KR101021932B1 - 고분자 코팅을 이용한 하수슬러지 건조물의 냄새를 저감시키는 방법 - Google Patents

고분자 코팅을 이용한 하수슬러지 건조물의 냄새를 저감시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수 및 폐수 처리 공정에서 배출된 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법에 있어서, 슬러지를 탈수시켜 탈수케익을 형성하는 단계; 탈수케익을 건조시켜 슬러지탄을 형성하는 단계; 및 슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질을 스프레이 분사시킨 후, 수용성 고분자 물질이 도포된 슬러지탄을 건조시켜 수용성 고분자 물질로 슬러지탄의 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
슬러지, 냄새, 수용성 고분자 물질, 코팅

Description

고분자 코팅을 이용한 하수슬러지 건조물의 냄새를 저감시키는 방법{METHOD FOR REDUCING ODOR FROM DRIED SEWAGE SLUDGE BY POLYMER COATING}
본 발명은 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 건조된 상태의 슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질을 도포시킴으로써, 슬러지탄의 표면에 코팅막을 형성하여, 슬러지탄에서 발생되는 냄새가 대기 중으로 확산되는 것을 저감시키는 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법에 관한 것이다.
생활수준의 향상으로 하수 및 폐수가 증가하여, 하수 및 폐수를 처리하기 위한 하수 종말처리장이 늘어나고 있다. 또한, 산업단지 폐수처리장의 방류수 기준이 엄격해지고 처리시설이 늘어나고 있다. 하수 및 폐수 처리 과정에서 다양한 오염물질들이 슬러지로 분리 제거되며 처리공정을 고도화하면 할수록 슬러지의 양은 증가된다. 이에 따라, 현재 국내는 물론 선진국에서도 하수 및 폐수 처리공정에서 발생되는 슬러지양은 구조적인 증가 추세를 나타내고 있다. 슬러지는 하수 및 폐수에 포함된 오염물질이 농축된 것이다. 하수 및 폐수처리공정에서 제거되는 성분들에는 스크린 찌꺼기(Screenings), 그릿(Grit), 스컴(Scum), 슬러지(Sludge) 등이 포함된다.
한편, 슬러지 처리 및 처분이 완료되어야, 하수 및 폐수처리가 완료된다. 폐수 처리시 발생되는 것 중 슬러지는 매우 큰 부피를 갖는 것으로서, 슬러지의 최종 처리 및 처분은 폐수처리분야에서 당면하는 가장 복잡한 문제 중 하나이며, 그 이유는 다음과 같다.
첫째, 슬러지는 주로 미처리 폐수의 악취발생 등의 불쾌감을 유발시키는 물질로 이루어져 있다. 둘째, 생물학적 처리과정에서 생성된 슬러지는 폐수내의 유기질이 다른 형태로 존재하는 것으로서 처분이 필요하다. 슬러지도 분해되어 냄새나고 취급이 곤란하다. 셋째, 슬러지에는 하수슬러지에 포함된 악취유발물질들에 의하여 건조된 상태에서도 냄새가 나므로, 건조된 상태의 슬러지의 보관, 이송, 사용시 불편을 유발할 개연성이 존재한다. 아울러, 현재 슬러지탄에서 냄새발생을 억제하기 위한 기술은 없는 실정이다.
그 동안, 하수 및 폐수 처리공정에서 발생되는 슬러지의 일차적인 처리 방법은 직접 육상매립방법이나 해양투기의 방법이었다. 그러나, 직접 육상매립방법이나 해양투기의 방법은 토양 및 지하수 오염의 심각화를 막기 위한 런던협약에 의해 향후 원천적으로 불가능하게 되었다. 이에 따라, 슬러지 건조, 탄화, 연료화, 용융, 재사용, 퇴비화와 같은 육상처리 및 자원화 공정에 대한 체계적인 고도 연구의 필요성이 환경 친화적인 에너지 효율의 관점에서 불가피하게 부각되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하수 및 폐수 처리 공정에서 배출되어 건조된 슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질을 코팅함으로써, 슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도를 저감시켜 냄새가 대기 중으로 확산되는 것을 차단하기 위한 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 하수 및 폐수 처리 공정에서 배출된 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법에 있어서, (a) 슬러지를 탈수시켜 탈수케익을 형성하는 단계; (b) 탈수케익을 건조시켜 슬러지탄을 형성하는 단계; 및 (c) 슬러지탄의 표면을 수용성 고분자 물질로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 (c) 단계는, (d) 슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질을 스프레이 분사하는 단계; 및 (e) 수용성 고분자 물질이 도포된 슬러지탄을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 고분자 물질은 산성의 관능기를 가지는 고분자 물질인 것이 바람직하다. 아울러, 수용성 고분자 물질은 폴리비닐알콜 또는 폴리아크릴산인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수용성 고분자 물질은 슬러지탄의 무게 대비 0.25 내지 5 wt%로 코팅되는 것이 바람직하다.
본 발명은 하수 및 폐수 처리 공정에서 배출되어 건조된 슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질을 코팅함으로써, 슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도를 저감시켜 냄새가 대기 중으로 확산되는 것을 차단할 수 있도록 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
슬러지는 하수 및 폐수에 포함된 오염물질이 농축된 것으로서, 하수 및 폐수 처리공정에서 배출된다. 슬러지는 일반적으로 액체 또는 반고형의 액체(semisolid liquid)이며, 고형물질의 중량비는 슬러지의 약 0.25% 내지 12%를 함유하며, 고형물질 이외의 나머지 성분은 수분이다. 따라서, 슬러지의 수분함량은 슬러지 무게의 약 90%에 해당한다. 따라서, 슬러지의 재활용을 용이하게 하고, 슬러지에서 발생하는 냄새가 대기 중으로 확산되는 것을 1차적으로 차단하기 위하여 슬러지를 탈수시킨다. 이에 따라 탈수케익이 형성된다. 탈수케익의 수분함량은 약 80%전후가 바람직하다.
이어서, 탈수케익이 2차적으로 탈수 및 건조되어, 슬러지탄이 형성된다. 슬러지탄의 수분함량은 약 10%미만이 바람직하다. 이러한 슬러지탄은 주로 석탄화력발전소의 혼합연소용 연료로 사용되어진다. 다만, 슬러지탄은 건조된 상태라도 암 모니아, 아민등과 같은 염기성 악취물질, 및 황화수소와 같은 산성 악취물질이 복합적으로 발생하여 불쾌감을 유발한다. 이러한 산성 및 염기성의 악취물질에 의한 냄새가 대기 중으로 확산되는 것을 차단하기 위하여, 슬러지탄에 다음과 같은 처리가 이루어진다.
슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질이 도포된다. 수용성 고분자 물질은 물에 용해되기 쉬운 물질이므로, 물에 용해시킨 후 액체 상태로 슬러지탄의 표면에 도포되는 것이 바람직하다. 수용성 고분자 물질의 도포 방식으로는 스프레이 분사 방식, 비산 방식, 또는 섬유의 약품처리방식과 같은 표면처리방식등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 당업계의 당업자의 입장에서 자명한 범위 내에서 변형 및 변경 가능하다.
액체 상태의 수용성 고분자 물질이 도포된 후, 슬러지탄은 상온에서 건조된다. 건조된 상태의 수용성 고분자 물질은 슬러지탄의 표면에 흡착되어, 코팅막을 형성한다. 이러한 코팅막으로 인하여, 슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도가 저감되어, 대기 중으로 확산되는 냄새가 감소한다. 수용성 고분자 물질은 산성의 관능기를 가진 고분자 물질이 바람직하다. 또한, 수용성 고분자 물질로 폴리비닐알콜 또는 폴리아크릴산이 사용될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 통하여 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이러한 실시예들은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계의 당업자에게 자명할 것이다.
제 1 실시예
본 실시예에서는 슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도가 수용성 고분자 물질들의 종류에 따라 저감되는지에 대하여 표 1를 참조하여 설명하기로 한다.
슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도를 측정하는 방법은 다음과 같다. 우선, 테들러백에 건조된 상태의 슬러지탄 및 3ℓ의 공기를 주입한다. 본 실시예에서 사용된 슬러지탄은, 수용성 고분자 물질이 도포되지 않은 슬러지탄(이하, 무처리된 슬러지탄이라 한다), 1wt%의 폴리비닐알콜이 도포된 슬러지탄, 및 1wt%의 폴리아크릴산이 도포된 슬러지탄이다. 본 실시예에서 사용된 수용성 고분자 물질은 폴리비닐알콜과 폴리아크릴산이다. 폴리아크릴산은 산성의 관능기를 가진 수용성 물질이며, 폴리비닐알콜은 중성의 수용성 물질이다.
상온(25℃)에서 2시간 후, 테들러백에서 악취물질의 농도를 측정한다. 측정된 악취물질의 농도는 표 1에 도시된 바와 같다. 표 1은 무처리된 슬러지탄과 슬러지탄의 무게 대비 1 wt%의 수용성 고분자 물질이 도포된 슬러지탄의 악취물질의 농도 변화를 나타낸다.
고분자 종류
농도(ppb)		 슬러지탄
(무처리)		 수용성 고분자 물질이 도포된 슬러지탄(1 wt%)
폴리비닐알콜 코팅 폴리아크릴산 코팅
암모니아 2,000 800 500
황화수소 8 3 1
트리메틸아민 12 5 2
메틸머캅탄 5 3 3
다이메칠설파이드 4 - 2
다이메틸다이설파이드 7 8 3
상기 표 1에 도시된 바와 같이, 무처리된 상태의 슬러지탄의 암모니아 농도는 2000ppb임에 비하여 1wt%의 폴리비닐알콜이 도포된 슬러지탄은 800ppb, 1wt%의 폴리아크릴산은 500ppb로서, 대기 중으로 확산되는 암모니아의 농도가 슬러지탄의 표면에 수용성 고분자 물질을 도포했을 경우 약 60%~75% 저감된다.
아울러, 슬러지탄의 냄새의 주된 성분이 되는 산성 악취물질인 황화수소 및 염기성 물질인 트리메틸아민의 농도도 역시 저감된다. 즉, 1wt%의 폴리비닐알콜이 도포된 슬러지탄의 황화수소의 농도는 무처리된 슬러지탄의 황화수소의 농도보다 62.5% 저감되고, 1wt%의 폴리아크릴산이 도포된 슬러지탄의 황화수소의 농도는 무처리된 슬러지탄의 황화수소의 농도보다 87.5% 저감된다.
또한, 1wt%의 폴리비닐알콜이 도포된 슬러지탄의 트리메틸아민의 농도는 무처리된 트리메틸아민의 농도보다 58% 저감되고, 1wt%의 폴리아크릴산이 도포된 슬러지탄의 트리메틸아민의 농도는 무처리된 트리메틸아민의 농도보다 83% 저감된다. 메틸머캅탄 및 다이메칠설파이드의 농도값에서도, 1wt%의 수용성 고분자 물질이 도포된 슬러지탄의 농도값은 무처리된 슬러지탄의 농도값보다 작다.
결과적으로, 수용성 고분자 물질이 도포된 슬러지탄은 무처리된 슬러지탄보다 냄새가 덜 난다. 한편, 슬러지탄에 폴리비닐알콜을 도포했을때보다 폴리아크릴산을 도포했을때가 악취물질의 농도가 낮으므로, 산성의 관능기를 가진 고분자 물질이 중성의 관능기를 가진 고분자 물질보다 악취물질의 농도를 저감시킨다.
이하에서는 산성의 관능기를 가진 폴리아크릴산을 슬러지탄에 도포했을 경우, 슬러지탄에 대한 폴리아크릴산의 무게 대비 농도 변화에 따라 슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도 변화에 대하여 살펴보기로 한다.
제 2 실시예
본 실시예에서는 슬러지탄에 대한 폴리아크릴산의 무게백분율(wt%)에 따른 슬러지탄의 악취물질의 농도 변화에 대하여 표 2를 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 폴리아크릴산의 질량백분율(wt%)의 값만 0wt%, 0.25wt%, 0.5wt%, 1wt%, 및 5wt%로 다를 뿐, 상술한 제 1 실시예와 동일한 조건에서 수행되며, 그 실험값은 표 2에 도시된 바와 같다.
코팅양(wt%)
농도(ppb)		 0 0.25 0.5 1 5
암모니아 2,000 1200 600 500 50
황화수소 8 4 1.5 1 0.1
트리메틸아민 12 6 3 2 -
메틸머캅탄 5 5 4 3 -
다이메칠설파이드 4 4 3 2 -
다이메틸다이설파이드 7 6 5 3 -
표 2에 도시된 바와 같이, 슬러지탄에서 발생하는 악취물질의 농도는 폴리아크릴산의 코팅량이 증가할수록 감소된다. 따라서, 폴리아크릴산은 슬러지탄의 무게 대비 0.25 내지 5 wt%로 코팅되는 것이 바람직하다.
다만, 경제성을 고려한다면, 약 60%의 악취물질의 확산을 차단시키는 0.5wt%의 폴리아크릴산을 슬러지탄에 도포시키는 것이 바람직하다.
위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

Claims (5)

  1. 하수 및 폐수 처리 공정에서 배출된 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법에 있어서,
    (a) 상기 슬러지를 탈수시켜 탈수케익을 형성하는 단계;
    (b) 상기 탈수케익을 건조시켜 슬러지탄을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 슬러지탄의 표면을 수용성 고분자 물질로 코팅하는 단계를 포함하되,
    상기 수용성 고분자 물질은
    상기 슬러지탄의 무게 대비 1 초과 5 wt% 이하로 코팅되는 것을 특징으로 하는 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (d) 상기 슬러지탄의 표면에 상기 수용성 고분자 물질을 스프레이 분사하는 단계; 및
    (e) 상기 수용성 고분자 물질이 도포된 상기 슬러지탄을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수용성 고분자 물질은,
    산성의 관능기를 가지는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수용성 고분자 물질은,
    폴리비닐알콜 또는 폴리아크릴산인 것을 특징으로 하는 슬러지의 냄새를 저감시키는 방법.
  5. 삭제
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