KR100753906B1 - 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한탄소원 회수 및 슬러지 저감방법 - Google Patents

하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한탄소원 회수 및 슬러지 저감방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하·폐수 처리 결과 발생되는 슬러지에 알칼리 전처리를 수행하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 전처리된 슬러지에 방사선을 조사하여 방사선 처리하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 처리된 슬러지에 오존을 주입하여 오존 처리하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 의하면, 상기 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리의 조건을 최적화함으로써 탄소원의 회수 효율을 극대화하면서, 생물학적으로 이용가능한 유기물 함량의 비율을 최대화하고, pH를 7 부근으로 변화시킴으로써 추가적인 pH 조정과정을 없애고, 최종적으로 잔류하는 슬러지량을 최소화할 수 있으며, 본 발명의 방법에 따라 얻어진 탄소원은 중성 pH로 조정할 필요 없이 바로 생물학적 탈질공정으로 투입이 가능하므로, 종래 수입하여 사용하던 외부탄소원을 대체하여 유용하게 사용할 수 있다.
탄소원 회수, 슬러지

Description

하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법{Method of carbon source recovery for biological nutrient treatment from sludge and method of sludge reduction}
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리에 의한 탄소원 회수 공정도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리의 결합 방법에 의한 하수슬러지의 슬러지 가용화율(SCOD/TCOD) 또는 생화학적 산소 요구량(BOD5)의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리의 결합 방법에 의한 하수슬러지의 pH의 변화를 나타낸 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리의 결합 방법에 의한 하수슬러지의 SCOD/TN의 변화를 나타낸 그래프이다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
SCOD: 가용성 화학적 산소 요구량 TCOD: 총 화학적 산소 요구량
BOD5: 생화학적 산소 요구량 TN: 총 질소
Gr: 감마선 처리 Oz: 오존 처리
Al: 알칼리 처리
본 발명은 폐수처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법에 관한 것이다.
우리나라에서는 현재 연간 약 207만 톤의 하수처리 슬러지가 발생하고 있고, 이들 슬러지는 혐기소화, 매립, 소각, 해양투기에 의하여 처리되어 왔으며, 대부분 탈수 후 해양투기(77%)에 의존하여 왔다. 그러나, 2003년 7월 "하수슬러지 직매립 금지법"의 시행과, 런던협약에 의거한 "96 의정서"의 채택에 의해 슬러지의 해양투기가 어려워졌고, 국내 법제정에 의하여 2012년부터는 해양투기가 전면 금지되면서 발생되는 하수슬러지를 전량 육상처분해야 하는 실정이다. 따라서 상기 하수슬러지를 유용 자원, 예를 들면 퇴비, 바이오 가스 등으로 회수하는 기술 등의 슬러지 자원화 기술의 개발하는 데에 관심이 높아지고 있다.
그러나 종래 하수슬러지를 자원화하기 위한 기술로 개발된 소각 및 보조 원 료화 기술은 발열량 문제 및 지역주민의 반대 등으로 적용이 어렵고, 유기비료화 기술은 중금속 등 유해물질 함유에 따른 법적 규제로 아직까지는 비료로서의 적용이 어려운 실정이다.
한편, 생활하수, 산업폐수 축산폐수를 비롯한 각종 유기성 폐수 내의 질소, 인 등의 영양염류들로 인해 부영양화 등의 문제가 발생되는 바, 이런 문제를 해결하기 위하여 질소, 인 등의 영양염류를 제거할 수 있는 하수고도처리 시스템이 이용되고 있다.
현재 상기 하수고도처리 시스템에서 주로 채택되는 생물학적 질소 제거 공정에서는 질산화 과정을 거친 폐수를 무산소 반응조로 반송시켜 탈질 반응(Denitrification)을 유도하여 질소를 제거하고 있으며, 생물학적 인 제거 공정에서는 혐기성 반응조에서 반송슬러지 세포내의 인이 방출되고 호기성 상태에서 활성 슬러지에 의해 인이 섭취되어 잉여 슬러지의 형태로 인을 제거할 수 있어 질소 및 인 제거 공정 간에는 반응조의 배열상 공통점을 지니고 있다. 따라서 이러한 원리를 이용하여 질소 및 인을 동시에 제거하는 공정이 개발되고 있으며, 예를 들면, A2/O, UCT, VIP, SBR, 5단계 바덴포(Bardenpho) 공정 등이 있으며, 대표적으로 A2/O 공정이 있다.
A2/O 공정은 1차 침전조-혐기성 반응조-무산소 반응조-호기성 반응조-최종 침전조를 순차적으로 배열하고 최종침전조로부터 혐기성 반응조로 MLSS(mixed liquor suspended solids)를 유지하기 위하여 반송시키며 호기성 반응조에서 전환된 NO3 --N 을 무산소 반응조로 내부 반송시켜 질소 및 인의 영양염류를 처리하는 시스템이다. 이러한 A2/O 공정은 혐기성 반응조에서 대부분의 유기물을 섭취하며 인을 방출하게 되고, 인은 호기성 반응조에서 과잉 흡수가 이루어지고 잉여 슬러지를 폐기하면서 최종적으로 제거된다. 그리고 무산소 반응조에서는 호기성 반응조에서 순환된 질산성 질소를 유기물을 이용하면서 탈질을 수행하게 된다.
그러나 A2/O 공정은 혐기성 반응조에서 대부분의 유기물을 이용하게 되므로 무산소 반응조에서는 탈질을 위한 에너지원인 유기물이 부족하게 되어 메탄올과 같은 별도의 탄소원 공급이 요구되며, 이는 운전비용의 상당부분을 차지하고 있다.
상기 사용되는 외부 탄소원은 생분해도가 높고 비교적 저렴한 메탄올이 선호되고 있으나, 전량 수입에 의존하고 있으며, 고인화성으로 인한 취급상의 어려움이 많다. 이를 위하여 외부 탄소원의 대체물질에 대한 기술개발이 수행되고 있으며, 분뇨, 정밀화학폐수, 유화폐수, 주정폐수, 하수슬러지 소화액, 음식물쓰레기, 오존 처리 슬러지 등에서 탄소원을 회수하기 위한 기술개발이 진행되고 있다.
종래의 슬러지를 이용한 탄소원 회수방법들에는 감마선 또는 전자선의 방사선에 의한 탄소원 회수방법, 알칼리 전처리와 방사선의 병행처리에 의한 탄소원 회 수방법, 오존 처리에 의한 탄소원 회수방법 등이 있다.
먼저, 감마선 처리기술은 방사선기술의 일종으로 물에 감마선이 조사되면 수중의 수화된 전자(eaq -), 수소원자라디칼(·H), 수산화라디칼(·OH) 등이 생성되어 생성된 이들 활성종들은 폐수 중의 유기물질과 산화 또는 환원반응을 일으키게 되며, 그 결과 수중의 고분자 유기물질에서 저분자화시켜 생분해도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 방사선의 특성을 이용하여 염색폐수, 석유화학폐수, 침출수 등의 난분해성 유기폐수의 고도처리와 하수슬러지의 혐기소화 효율 향상 등에 활용되어 왔다.
그러나 이러한 감마선 등의 방사선 단독에 의한 탄소원 회수방법은 가용화 효율이 높지 못한 단점이 있고, 알칼리 전처리와 방사선의 병행처리시에는 적은 양의 알칼리 첨가시에는 가용화율의 향상이 높지 못하고, 일정량 이상으로 알칼리를 첨가하게 되면 최종 pH가 알칼리영역으로 변화하여 추가적인 pH 조정과정이 필요하게 된다.
또한, 오존 산화처리는 슬러지를 생물학적으로 분해되기 어려운 유기물을 분해되기 쉬운 유기물로 전환시켜주어 탄소원으로 사용가능하도록 한다. 따라서 오존 등에 의해 분해된 슬러지는 생물학적 분해도가 상대적으로 높아지기 때문에 낮은 C/N비를 가지는 하수의 경우 질소제거를 위한 탄소원으로 유용하게 사용될 수 있다. 이외에도 과산화수소를 첨가한 습식산화공정, 펜톤산화공정 등의 고급산화공정에 의한 슬러지로부터 유기산을 탄소원으로 회수하는 공정개발들이 이루어지고 있다
그러나 상기 오존 처리에 의한 탄소원 회수방법은 적은 량의 오존을 주입하면 가용화율 및 슬러지 저감 효과가 높지 못하고, 오존 주입량을 증가시키면 생물학적으로 이용가능한 유기물의 함량(가용화율)은 증가하지만, 최종 pH가 산성조건으로 감소하여 생물학적 처리공정에 투입하기 위해서는 추가적으로 pH 조정과정이 필요하다.
이에 본 발명자들은 하수 및 폐수처리 슬러지를 이용하여 질소, 인 등의 영양염류처리에 필요한 탄소원의 회수 효율을 높이며, 추후의 pH 조정과정을 없애 바로 생물학적 처리공정에 투입할 수 있는 탄소원의 회수 방법을 개발하기 위한 연구를 수행하던 중, 상기 하수 및 폐수처리 슬러지에 알칼리 가수분해, 오존 산화 및 전자선, 감마선 등의 방사선기술의 적용을 최적화함으로써 탄소원 회수 효율을 극대화시키고, 추후의 pH 조정과정을 없애 바로 생물학적 처리공정에 투입가능토록 하며, 하수 또는 폐수에서 문제가 되고 있는 질소, 인 등의 영양염류처리에 필요한 탄소원을 회수할 수 있고, 슬러지를 저감할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 상세히 설명한다.
본 발명은
하·폐수 처리 결과 발생되는 슬러지에 알칼리 전처리를 수행하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 전처리된 슬러지에 방사선을 조사하여 방사선 처리하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 처리된 슬러지에 오존을 주입하여 오존 처리하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 폐수는 특별한 제한 없이 그 대상이 될 수 있으나, 바람직하게는 공장폐수, 축산폐수 등이 될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 하·폐수 처리 공정에서 알칼리 전처 리, 감마선 조사 및 오존 처리에 의한 탄소원 회수 공정도를 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 일반적인 하·폐수 처리 공정은 침사지, 최초침전지, 포기조, 최종침전지 및 생물학적 영양 염류 처리조를 포함하여 이루어진다.
상기 침사지는 하·폐수 내에 포함된 모래와 자갈 및 나무토막, 깡통 등 비교적 부피가 큰 물질을 제거하는 곳으로 기계설비를 이용하여 이들을 제거한다. 상기 침사지를 거친 하·폐수는 유량조정조에서 균일하게 혼합되고,또한 하수유입의 증감에 따른 유량부하의 완충작용을 하며,일정량씩 최초침전지로 이송함으로서 미생물을 이용한 생물학적 하수처리에 적정환경을 유지한다.
상기 유량조정조에서 일정량씩 이송된 하수는 최초침전지에서 물보다 비중이 무거운 물질(슬러지)층과 가벼운 물질(부유물질)을 제거하며, 이때 제거율은 약 40% 정도이다.
상기 최초침전지에서 침전에 의해 제거되지 않은 하·폐수 속의 오염물질은 포기조에서 호기성 미생물에 의해 분해되며 미생물과 오염물은 덩어리를 형성하여 다음 공정인 최종침전지에서 가라앉게 된다.
상기 포기조에서 호기성 미생물에 의해 분해 형성된 덩어리는 이곳에서 다시 침전시키며 최초침전지와는 달리 맑은 상등액을 얻고, 이들을 생물학적 영양 염류 처리조에서 탈인 및 탈질 과정을 거쳐 맑은 물로 내보내게 된다.
이때 슬러지는 상술한 최초침전지 및 최종침전지에서 발생된다. 발생되는 상기 슬러지로는 1차 침전 슬러지(1차 슬러지), 생물학적 처리결과 발생되는 잉여활성슬러지(2차 슬러지), 1차 슬러지와 2차 슬러지를 혼합한 농축 슬러지, 혐기소 화반응 결과 발생되는 혐기소화 슬러지 등을 들 수 있으며 이들은 모두 본 발명에 의한 처리대상이 되는 하·폐수 처리 결과 발생되는 슬러지가 될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 슬러지는 슬러지 분해 및 pH 조정의 효과를 위해 알칼리 용액으로 전처리된다. 이때 사용되는 알칼리 용액은 수산화나트륨 용액, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등을 사용하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 수산화나트륨 용액을 사용할 수 있다.
최종 pH가 7 부근으로 변화하도록 함으로써 추가적인 pH 조정과정을 없애기 위하여 상기 알칼리 전처리시 pH는 9 ~ 14로 조정하는 것이 바람직하다. 상기 pH가 9 미만이면 가수분해 효율이 높지 않아 회수되는 탄소원의 농도가 높지 못하며, 14를 초과하면 회수 탄소원농도는 높아지나 다량의 알칼리 용액이 첨가됨에 따른 경제적 비용부담이 커지게 된다. 또한, pH 9 미만 또는 pH 14 초과 범위로 알칼리 전처리를 하면 이후의 오존 산화 및 방사선 처리 후의 최종적인 pH를 중성 영역으로 맞추기가 어렵게 되는 문제가 있다.
상기 전처리 단계를 거쳐 분해된 슬러지는 탄소원 회수효율을 극대화하면서 최종적으로 잔류하는 슬러지 발생량을 최소화하도록 하기 위하여 단계 2의 방사선 조사 처리 및 단계 3의 오존 처리를 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계 2의 방사선을 발생시키는 화학종으로는 60Co, 56Co, 46Sc, 22Na, 134Cs 등을 들 수 있으며, 이들로부터 발생되는 감마선을 이용할 수 있다. 또한, 상기 방사선은 전자선 가속기로부터 발생되는 감마선, 전자선, 플라즈마 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 방사선의 조사선량은 흡수선량을 기준으로 1 ㏉ 내지 1 M㏉의 범위내에서 조사하는 것이 바람직하고, 1 내지 100 k㏉의 범위내에서 조사하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 방사선의 조사선량이 1 ㏉ 미만이면 슬러지 발생량을 최소화하기 어렵고, 1 M㏉를 초과하는 것은 방사선 조사비용 대비 획득되는 탄소원량 측면에서 경제적 이득이 없다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 3의 오존 주입량은 0.1 내지 10.0 g O3/g SS인 것이 바람직하다. 상기 오존 주입량이 0.1 g O3/g SS 미만이면 슬러지 발생량을 최소화하기 어렵고, 10.0 g O3/g SS을 초과하면 경제적 이득이 없다.
상기 단계 2의 방사선 처리 후 공기성분과 반응하여 오존, 라디칼 등이 부가적으로 발생되는데, 이들 부가적으로 발생되는 오존, 라디칼과 같은 산화력을 가지는 부산물들을 회수하여 다시 슬러지에 재조사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 부가적으로 발생되는 오존, 라디칼과 같은 산화력을 가지는 부산물들을 회수하여 다시 슬러지에 재조사함으로써 가용화율과 슬러지 저감 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 상기 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리의 조건을 최적화함으로써 탄소원의 회수 효율을 극대화하면서, 생물학적으로 이용가능한 유기물 함량의 비율을 최대화하고, pH를 7 부근으로 변화시킴으로써 추가적인 pH 조정과정을 없애고, 최종적으로 잔류하는 슬러지량을 최소화할 수 있으며, 본 발명의 방법에 따라 얻어진 탄소원은 중성 pH로 조정할 필요 없이 바로 생물학적 탈질공정으로 투입이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용의 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 알칼리 처리, 방사선 처리, 오존 처리를 사용한 슬러지로부터 유기 탄소원의 회수 방법
J시의 하수종합처리장의 활성슬러지공정을 거친 후 반송되는 슬러지를 채취하여 2시간 침전시킨 후 상등액을 버린 슬러지 20 g SS/L에 15 mM의 NaOH를 가하여 pH가 11이 되도록 조정하여 완전히 반응시켰다. 이후 상기 슬러지를 아크릴 재질의 원통형 오존 접촉조에 넣고 0.56 g O3/g SS의 주입량으로 오존을 주입하였다. 이후 상온에서 고준위 60Co source를 이용하여 상기 슬러지에 50 kGy의 감마선을 조사하였다.
상기 알칼리 처리, 방사선 처리, 오존 처리의 가용화 처리 후, 상기 슬러지를 원심분리후 상등액에 대하여 GF/C 필터를 사용하여 고액분리를 실시하여 탄소원을 회수하였다.
< 실험예 1> 알칼리 처리, 방사선 처리 및 오존 처리에 따른 슬러지 탄소원 회수방법의 비교
본 발명에 따른 슬러지 탄소원 회수 방법에 있어서, 알칼리 처리, 방사선 처리 및 오존 처리의 결합순서와 조합에 따라 탄소원의 회수 특성 및 유기물 함량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
실시예 1의 감마선 처리(Gr), 오존 처리(Oz), 알칼리 처리(Al)의 결합순서를 각기 달리하여 [감마선 처리-오존 처리(Gr-Oz)], [오존 처리-감마선 처리(Oz-Gr)], [알칼리 처리-감마선 처리(Al-Gr)], [알칼리 처리-오존 처리(Al-Oz)], [알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리(Al-Gr-Oz)], [알칼리 처리-오존 처리-감마선 처리(Al-Oz-Gr)] 등 총 6가지의 경우에 대하여 탄소원 회수특성과 이때의 유기물함량에 대한 T-N 비율을 비교하여 보았다
상기 처리 후 상기 슬러지를 원심분리 후 상등액에 대하여 GF/C 필터를 이용하여 고액분리를 실시하여 얻어진 여과액에 대하여 가용성 화학적 산소 요구량(soluble chemical oxygen demand, 이하 SCOD), 총 화학적 산소 요구량(total chemical oxygen demand, 이하 TCOD), 생화학적 산소 요구량(BOD5), NH4+-N, NO2 --N, NO3 --N, T-N 등의 수질항목들에 대하여 APHA의 "Standard methods for the examination of water and wastewater" 및 수질공정시험방법(환경부고시 제99-208호)에 근거하여 분석하였다.
(1) SCOD / TCOD 및 BOD 5 분석
본 발명에 따른 슬러지 탄소원 회수 방법에 있어서, 알칼리 처리, 방사선 처리 및 오존 처리의 결합순서와 조합에 따라 유기물의 가용화와 생물학적 이용가능성에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 상기 6가지 경우에 대하여 슬러지 가용화율인 SCOD/TCOD 및 생물학적 이용가능성의 척도인 BOD5을 측정하고, 그 결과를 표 1 및 도 2에 나타내었다. 여기서, TCOD는 부유 유기물질을 포함한 모든 유기물에 대한 COD를 의미하며, SCOD는 대상물질을 GF/C filter로 여과시킨후 여과된 용존성의 유기물성분 여과액에 대한 COD를 의미한다.
구분 SCOD/TCOD (%) BOD5 (mg/L)
감마선 처리-오존 처리(Gr-Oz) 24.2 1845
오존 처리-감마선 처리(Oz-Gr) 20.7 1470
알칼리 처리-감마선 처리(Al-Gr) 29.4 1520
알칼리 처리-오존 처리(Al-Oz) 29.1 1770
알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리(Al-Gr-Oz) 35.0 2340
알칼리 처리-오존 처리-감마선 처리(Al-Oz-Gr) 34.4 1940
표 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, [알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리], [알칼리 처리-오존 처리-감마선 처리]와 같이 세 가지 공정으로 결합된 경우의 SCOD/TCOD가 각각 35.0%, 34.4%로 효율이 높게 나타났으며, 이때의 BOD5도 각각 2340 mg/L, 1940 mg/L로 높은 값을 나타내었다. 또한 세 가지 공정으로 결합된 경우, [알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리]의 결합방법이 보다 효과적임을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 [알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리] 결합방법은 종래의 방법보다 슬러지 가용화와 생물학적 이용가능성에 효과적임을 알 수 있다.
(2) pH 변화
본 발명에 따른 슬러지 탄소원 회수 방법에 있어서, 알칼리 처리, 방사선 처리 및 오존 처리의 결합순서와 조합에 따라 pH 변화에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 상기 6가지 경우에 대하여 pH 측정기를 사용하여 pH를 측정하고, 그 결과를 표 2 및 도 3에 나타내었다.
구분 pH
감마선 처리-오존 처리(Gr-Oz) 4.4
오존 처리-감마선 처리(Oz-Gr) 5.1
알칼리 처리-감마선 처리(Al-Gr) 8.6
알칼리 처리-오존 처리(Al-Oz) 7.1
알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리(Al-Gr-Oz) 7.2
알칼리 처리-오존 처리-감마선 처리(Al-Oz-Gr) 7.0
표 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, [감마선 처리-오존 처리], [오존 처리-감마선 처리]는 각각 4.4, 5.1까지 pH가 감소하였고, [알칼리 처리-감마선 처리]시에는 반대로 8.6까지 증가하였으나, 알칼리 처리로 증가된 pH에 오존 처리가 결합됨에 따라 각각 7.1, 7.2 및 7.0으로 감소되어 추가적인 pH 조정과정 없이도 바로 생물학적 탈질공정으로 투입이 가능함을 나타내었다.
따라서 본 발명에 따른 [알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리] 결합방법은 추가적인 pH 조정과정 없이도 바로 생물학적 탈질공정으로 투입할 수 있다.
(3) 총 질소 에 대한 가용성 화학적 산소 요구량( SCOD /TN) 분석
본 발명에 따른 슬러지 탄소원 회수 방법에 있어서, 알칼리 처리, 방사선 처리 및 오존 처리의 결합순서와 조합에 따라 총 질소에 대한 가용성 화학적 산소 요구량(SCOD/TN)에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 상기 6가지 경우에 대하여 각각 SCOD 및 TN을 측정하고, 이로부터 SCOD/TN을 계산하였다. 그 결과를 표 3 및 도 4에 나타내었다.
구분 SCOD/TN
감마선 처리-오존 처리(Gr-Oz) 11.5
오존 처리-감마선 처리(Oz-Gr) 13.0
알칼리 처리-감마선 처리(Al-Gr) 10.8
알칼리 처리-오존 처리(Al-Oz) 12.0
알칼리 처리-감마선 처리-오존 처리(Al-Gr-Oz) 12.4
알칼리 처리-오존 처리-감마선 처리(Al-Oz-Gr) 12.9
표 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, SCOD/TN 비율은 10.8 ~ 13.0으로 비슷한 수준으로 나타나고 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 상기 알칼리 전처리, 감마선 조사 및 오존 처리의 조건을 최적화함으로써 탄소원의 회수 효율을 극대화하면서, 생물학적으로 이용가능한 유기물 함량의 비율을 최대화하고, pH를 7 부근으로 변화시킴으로써 추가적인 pH 조정과정을 없애고, 최종적으로 잔류하는 슬러지량을 최소화할 수 있으며, 본 발명의 방법에 따라 얻어진 탄소원은 중성 pH로 조정할 필요 없이 바로 생물학적 탈질공정으로 투입이 가능하므로, 종래 수입하여 사용하던 외부탄소원을 대체하여 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 하·폐수 처리 결과 발생되는 슬러지에 알칼리 전처리를 수행하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 전처리된 슬러지에 방사선을 조사하여 방사선 처리하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 처리된 슬러지에 오존을 주입하여 오존 처리하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 방사선 처리 후 공기성분과 반응하여 부가적으로 발생되는 오존과 라디칼 성분을 회수하여 슬러지에 재조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폐수는 축산폐수 또는 공장폐수인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 슬러지는 1차 침전 슬러지(1차 슬러지), 생물학적 처리결과 발생되는 잉여활성슬러지(2차 슬러지), 1차 슬러지와 2차 슬러지를 혼합한 농축 슬러지 및 혐기소화반응 결과 발생되는 혐기소화 슬러지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 알칼리 전처리시 pH는 9 ~ 14로 조정하는 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방사선은 60Co, 56Co, 46Sc, 22Na 및 134Cs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종으로부터 발생되는 감마선, 또는 전자선 가속기로부터 발생되는 감마선, 전자선 또는 플라즈마인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 방사선의 조사선량은 흡수선량을 기준으로 1 ㏉ 내지 1 M㏉인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 오존 주입량은 0.1 내지 10.0 g O3/g SS인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리 슬러지로부터 생물학적 영양염류처리를 위한 탄소원 회수 및 슬러지 저감방법.
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