KR20070113426A - 하수슬러지의 처리방법 및 이로부터 생성된 탈수 케이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장 최초침전지로부터 분리된 생슬러지를 농축, 소화시켜 얻어진 소화슬러지와 최종침전지로부터 분리된 잉여슬러지를 원심농축하여 만든 원심농축슬러지를 탈수처리하여 슬러지 탈수케이크를 제조하는 하수처리공정에 있어서, 상기 소화슬러지에는 카본첨가제를 혼합하여 소화슬러지 혼합물을 만들고 원심농축슬러지에는 폐지용액 및 카본첨가제를 혼합하여 원심농축슬러지 혼합물을 만들고, 탈수시킴으로써 탈수공정의 탈수성을 개선하고 최종 슬러지 탈수케이크의 함수율을 저감시키며 발열량을 향상시켜 연료로 재활용이 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리방법에 관한 것으로, 생성된 슬러지 탈수케이크의 함수율 및 응집제 주입량을 감소시켜 탈수케이크 생성량 및 응집제 소요량이 감소되고, 고액 분리효율이 향상되어 탈수성이 개선되며, 악취가 제거되어 운전여건이 개선되며, 탈수케이크 건조가 용이하여 성형과정에서 소요되는 에너지가 절감되고, 슬러지 탈수케이크의 강도가 증가하여 연료 규격에 부합하므로, 슬러지를 연료로 이용함에 따라 폐기물의 완전 재활용이 가능하다

하수슬러지, 소화슬러지, 원심농축슬러지, 슬러지 탈수케이크, 탈수케이크 탈수성 개선, 슬러지 연료화, 슬러지 재활용

Description

하수슬러지의 처리방법 및 이로부터 생성된 탈수 케이크{Method for treating sewage sludge and dehydrated cake produced thereby}

도 1은 하수슬러지의 슬러지 재활용을 위한 카본 및 폐지첨가에 의한 연료화 처리과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2는 고도처리 하수처리장의 수처리 및 슬러지 처리과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 하수슬러지의 재활용을 위한 처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 혐기성소화를 거친 소화슬러지와 최종침전지로부터 분리된 잉여슬러지를 원심농축시킨 원심농축슬러지에 폐지용액 및 카본첨가제를 혼합하여 탈수시킴으로서 탈수성을 개선하고, 생성된 슬러지 탈수케이크의 함수율을 저감시키며, 발열량을 향상시켜 하수슬러지를 연료로 재활용하기 위한 처리방법에 관한 것이다.

우리나라 폐기물 관리법에서는 수분함량이 95% 미만이거나 고형물 함량이 5% 이상인 것을 “오니”라고 명하고 있으며, 본 발명에서의 “슬러지”는 “오니”와 같은 개념으로 사용한다.

전국적으로 하수를 처리할 수 있는 시설이 증가함에 따라 하수처리에서 발생하는 슬러지의 양도 크게 증가하고 있으며, 이를 효율적으로 처리하는 것이 주요 환경정책 과제중 하나로 대두되고 있다.

그러나, 2003년 7월부터는 일정규모 이상의 배출시설에서 발생하는 유기성 슬러지의 직매립이 금지되었으며, 국내 대부분의 하수처리장에서 채택되고 있는 해양배출 역시 런던협약에 의해 단계적으로 금지가 예상되며, 이와관련 해양수산부에서는 해양환경오염방지법 시행규칙 개정(2006. 2. 21) 등을 통하여 해양배출의 엄격한 기준을 설정하는 등 하수슬러지 해양배출의 억제를 추진하고 있어 적절한 슬러지 처리대안이 시급히 요구되는 실정이다.

한편, 하수슬러지의 처리/처분에 활용되는 단위공정은 처리목적과 기능에 따라 구분되며, 처리방법은 전처리 단계 및 중간처리 단계 그리고 최종처리 단계로 구분된다.

전처리 단계는 하수슬러지를 농축, 소화, 기계탈수, 개량하는 것과 같이 하수슬러지의 처리효율을 향상시키고 감량화 시키는데 그 목적을 두며, 중간처리 단계는 이어지는 최종처리 단계를 위하여 탈수된 하수슬러지를 감량 또는 안정화시키는 단계로써, 퇴비화, 소각, 용융, 고형화 등의 공정이 사용된다. 최종처리 단계는 상기 중간처리 단계 이후에 발생되는 산물을 매립 또는 재활용하는 등 이를 유효하게 이용하는 것을 의미한다.

하수슬러지 처리에 있어서 우선적으로 자원화의 중요성이 강조되고 있으나, 종래 사용되고 있는 대표적인 자원화 방법인 일반적인 퇴비화나 지렁이 사육에 의한 퇴비화는 시 및 광역단위에서는 농업적으로 이용하는 것이 곤란하고, 읍 및 면단위라 할지라도 비료관리법에 의하여 농업과학기술원장의 허가를 받아야 하며, 농업적 이용이 아닌 임야, 공원녹지 또는 복토재료로의 이용 역시 수요와 공급에 한계성을 가지고 있는 실정이다.

하수슬러지의 또다른 자원화 방법인 하수슬러지의 연료화는 슬러지 탈수케이크의 발열량이 다른 폐기물과 달리 슬러지 내에 포함된 회분량과 수분의 함량 때문에 자체 발열량이 낮아 이들의 제어가 요구되는데, 슬러지 처리과정에서 회분량을 제어하는 것은 불가능하므로 수분량을 제어하여 발열량을 높이는 처리가 필요한 것으로 판단된다. 즉, 소각 혹은 퇴비화 시에는 초기에 수분을 제거하기 위하여 탈수효율을 증대시키거나, 건조 등에 의한 전처리가 필요하게 된다.

기존의 하수슬러지 연료화 기술은 슬러지 탈수케이크의 75 ~ 85%에 해당하는 수분을 효율적으로 제거하는 것이 이 기술의 핵심을 이루게 됨에 따라 슬러지 탈수케이크의 건조과정에서 많은 에너지가 소요되며, 건조과정에서의 악취제거 등이 요구되고 있다.

표 1에는 기존의 슬러지 탈수케이크 연료화기술 내용을 요약하여 정리하였다.

<표 1>

업체명	기술명	기술내용
조이환경에너지	하수슬러지의 연료화 처리기술	슬러지 탈수케이크를 건조한 후 석탄류를 10~20% 첨가하여 5,000㎉/㎏ 이상의 고형연료를 생산
건민산업	유기성 슬러지의 에멀젼화에 의한 건조 및 연료화 기술	함수율이 높은 유기성 슬러지 탈수케이크에 증유와 계면활성제를 넣어 에멀젼화 시켜 건조한 후 연료로 사용
리젠스 코리아	폐플라스틱 첨가에 의한 고형화 기술	슬러지 탈수케이크를 건조한 후 폐플라스틱 칩을 넣어 연료화 시킴
서신엔지니어링	폐비닐의 첨가에 의한 성형연료제조기술	슬러지 탈수케이크를 건조시킨 후 폐비닐을 첨가하여 고온성형한 연료를 생산
거신기술	Gravity Pressure Vessel에 의한 에탄올화 처리기술	미국의 Gene Syst사의 기술을 도입
하이테크, 월드이노텍 등	탄화처리기술	유기성 슬러지 탈수케이크를 고온 열처리하여 휘발분 소각 후 남은 고정탄소 탄화물을 재활용

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하는 동시에, 하수슬러지 처리방법을 향상시키고, 처리된 슬러지를 효율적으로 재활용하고자 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 목적은 하수슬러지에 카본첨가제를 첨가함으로써 탈수성을 개선하고, 생성된 슬러지 탈수케이크의 함수율을 저감시켜 건조과정에서의 에너지 소요량 및 악취발생을 저감시키며, 발열량을 향상시켜 연료로 재활용하는 효과적인 하수슬러지 처리방법을 제공하는데 있다.

이와 같은, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 하수 슬러지의 처리공정에 있어서, 소화슬러지에 카본첨가제를 혼합하여 탈수시킴으로써 탈수공정의 탈수성을 개선하며 함수율을 낮추고 발열량을 향상시켜 연료로서의 재활용이 가능하게 하며, 한편, 원심농축슬러지에는 폐지용액과 카본첨가제를 혼합하여 탈수시킴으로써 탈수공정의 탈수성 개선과 함수율을 낮추고, 이를 제품으로 성형/가공할 시 건조가 용이하며, 연료로서의 재활용이 가능하게 하여 향후 강화되어지는 하수슬러지 처분의 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명은 최초침전지로부터 분리된 생슬러지를 농축 및 소화시켜 생성된 소화슬러지와 최종침전지로부터 분리된 잉여슬러지를 원심농축시켜 생성된 원심농축슬러지를 탈수처리하여 슬러지 탈수케이크로 제조하는 하수 슬러지 처리공정에 있어서, 상기 소화슬러지에 카본첨가제를 혼합하여 소화슬러지 혼합물로 만들고, 원심농축슬러지에 폐지용액 및 카본첨가제를 혼합하여 원심농축슬러지 혼합물로 만들어, 이들을 탈수시킴으로써 생성된 슬러지 탈수케이크의 함수율을 저감시키고 발열량을 향상시키는 하수슬러지 처리방법에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 소화슬러지에 첨가되는 카본첨가제의 양은 2 ~ 10 중량%로 하고, 상기 원심농축슬러지와 폐지용액 및 카본첨가제의 혼합 중량비는 6:3:1 ~ 7:2:1로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기의 폐지용액은 1 ~ 2 중량% 농도의 폐지수용액이고, 카본첨가제로는 무연탄, 유연탄, 폐코우크스 등이 이용된다.

또한, 본 발명은 상기의 처리방법에 의하여 제조된 슬러지 탈수케이크는 처리과정에서 악취가 저감되며 함수율이 저감되고 발열량이 향상된 슬러지 탈수케이크를 제공한다.

도 2의 일반적 하수처리장의 수처리 및 슬러지처리 공정을 개괄적으로 살펴보면, 우선 유입된 하수중의 고형성분은 최초침전지에서 침전과정을 거쳐 분리되며 분리된 생슬러지는 농축조 및 소화조로 보내 농축, 소화시킨 후, 이를 탈수시켜 슬러지를 케이크화시키며, 상기 최초침전지의 상등수는 생물반응조에서 생물학적 처리를 거쳐 최종침전지로 보내진 후 잉여슬러지를 분리해내고, 이를 원심농축기로 원심농축하여 얻은 원심농축슬러지는 상기의 소화슬러지와 함께 케이크화 시키는 단계로 이루어진다.

이와 같은 일반적인 하수슬러지의 처리공정으로부터, 본 발명의 하수 슬러지 처리방법은, 도 1에서와 같이 소화슬러지에는 카본첨가제를 혼합하여 소화슬러지 혼합물로 제조하고, 원심농축된 잉여슬러지에는 폐지용액 및 카본첨가제를 혼합하여 원심농축슬러지 혼합물로 제조한 후, 이렇게 제조된 각각의 혼합물을 탈수기로 탈수하여 슬러지 탈수케이크로 만드는 것으로 이루어진다.

이렇게 생성된 슬러지 탈수케이크에 대해서는 함수율(%) 및 발열량 (㎉/㎏)을 측정하고, 여액은 수질분석을 통해 COD(㎎/L), SS(㎎/L) 및 GF/C 여과속도를 측정 분석함으로써 본 발명의 하수슬러지 처리방법의 개선된 처리 효과를 확인할 수 있다.

이하 하수슬러지 처리방법에 대해 하기의 실시과정을 중심으로 상세히 설명한다. 하지만, 이로부터 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

I. 소화슬러지의 처리

1. 소화슬러지 혼합물의 제조

소화슬러지란 일반적으로 최초침전지로부터 분리해낸 생슬러지를 농축조, 소화조를 거쳐 처리한 후 얻어진 슬러지를 칭하는 것이다.

이와 같은 소화슬러지 250㎖에 카본첨가제 5g[2 중량%(W/V)] 및 25g [10 중량W/V)]을 첨가하여 소화슬러지 혼합물을 제조하였다. 카본첨가제로는 시판중인 무연탄을 분쇄기로 분쇄하여 사용하였다.

2. Jar - test

상기에서 제조한 소화슬러지 혼합물에 대하여, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 Jar-test를 실시하였다.

<표 2>

구 분	Jar-test 조건	비고
응집시료량	250 mL
응집제농도	0.4(V/V%)	유기 고분자 응집제(에멀젼 type)
교반속도	200±5 rpm →100±5 rpm	200 rpm에서 1분 동안 응집제와 시료 교반 → 응집제 주입완료 후 10초간 교반(급속교반) → 100 rpm에서 20초간 교반(완속교반)

Jar-test를 실시한 후 응집제 주입량 및 소화슬러지 혼합물의 성상을 측정하 였다.

소화슬러지 혼합물의 성상을 분석한 결과, TS(%)가 3.3~4.4% 였고, 유기물 함량을 나타내는 VS/TS(%)[VS(Volatile Solid:휘발성고형물)/TS(Total Solid)]가 51.6~59.3 %였다.

3. 여과

뷰흐너 깔때기(Buchner funnel)에 상기에서 제조한 소화슬러지 응집 플록(floc)을 부어 여과시험을 실시하였다. 이때 응집 플록은 여포 상부에 여과되어 남았고, 여액은 하부의 메스실린더에 모아졌다. 여과를 시작한 후 메스실린더 눈금이 140㎖ 되었을 때의 시간을 측정하여 중력여과속도 (초/140 mL)를 측정하고, 여액을 분석하여 COD, SS(Suspended Solid) 농도(㎎/L)를 측정하였다. 여액 40mL를 GF/C(Glass fiber/C type) 여지에 흡인여과시켜 GF/C 여과속도(초/40mL)를 측정하였다.

한편, 단일 소화슬러지에 대해서도 소화슬러지 혼합물과 동일한 방법으로 시험을 수행하였다. 각각의 결과를 하기 <표 3>에 나타내었다.

<표 3>

구 분		TS(g/250mL)	중력여과속도 (초/140mL)	여액 COD(㎎/L)	여액 SS(㎎/L)
단일 소화농축 슬러지		10.3	27.8	152.2	112.5
소화농축 슬러지 혼합물	카본 2중량%	15.3	16.9	118.9	145.0
	카본 10 중량%	33.3	2.3	87.4	370.0

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 소화슬러지에 카본첨가제를 첨가하면 대상슬 러지의 TS(g/250mL)가 카본 2 중량% 첨가시에는 50% 정도 증가하고, 카본 10 중량% 첨가시에는 230% 증가함에도 응집제 소요량은 동일하며 중력여과속도는 오히려 감소하여 고액분리효율이 향상되었다.

또한, 카본첨가 소화슬러지 혼합물의 탈리여액 COD농도는 감소하고 SS농도는 증가하는데 이는 여액의 SS성분 대부분이 미세한 카본첨가제 플록으로서 수처리과정으로 반류되어 유입된다 하더라도 자체 질량에 의해 침사공정에서 모두 제거 가능함을 나타낸다.

4. 탈수

상기 과정에서 여과된 여포 상부의 소화슬러지 응집 플록을 비이커에 담아 현장 탈수기에 직접 도포하여 탈수시켰다. 탈수 후 생성된 케이크의 함수율(%)을 측정하였고, 봄베 열량계로 건조 케이크의 발열량을 측정하였다.

단일 소화슬러지에 대해서도 동일한 방법으로 탈수시킨 후 상기 수치를 측정하였다. 결과를 하기 <표 4>에 나타내었다.

<표 4>

구분		함수율(%, 현장탈수)
		전체평균	최저치평균
단일 소화슬러지		72.2	72.0(22.7)
소화슬러지 혼합물	카본 2 중량%	61.6	60.0(22.7)
	카본 10 중량%	41.8	40.3(22.7)
()는 0.4% 응집제 주입량 (㎖)

카본첨가제를 첨가한 소화슬러지 혼합물이 단일 소화슬러지의 경우 보다 함수율이 평균 10.6~30.4% 감소하였다.

5. 케이크 발생량 및 응집제 사용량 평가

소화슬러지 100㎥에 카본 첨가제 2톤을 첨가한 혼합물에 대하여 하기의 식에 따라 탈수케이크의 발열량과 응집제 사용량을 평가하였다.

단일 소화슬러지에 대해서도 동일한 평가를 수행하였다. 그 결과를 하기 <표 5>에 나타내었다.

<표 5>

구분	탈수케이크 함수율(%)	탈수케이크 발생량(톤)	탈수케이크 TS량(톤)	탈수케이크 수분량(톤)	응집제 사용량(kg)	발열량 (kcal/kg)
단일 소화슬러지	72.2	14.8	4.1	10.7	36.3	3,357
소화슬러지 혼합물	61.6	15.9	6.1	9.8	36.3	3,731
증 감	▽ 10.6	△ 1.1	△ 2.0	▽ 0.9	0	△ 374

상기 표에 나타낸 바와 같이, 케이크 발생량은 1.1톤 증가하였으나, 슬러지 100㎥에 대한 카본첨가제 투입량이 2톤인데 비해 케이크 증가량은 1.1톤으로 감소하여, 케이크내 수분량은 0.9톤 감소하였다.

6. 결론

상기와 같은 결과로부터 다음과 같은 결론을 도출해 낼 수 있다.

1. 카본 입자 자체의 전기적 부하 및 흡착력에 의해 슬러지 입자와의 응집력이 향상되며, 탈수시 슬러지 입자사이의 카본 입자를 통해 응집 플록 사이의 결합 수 뿐만 아니라, 응집 플록내의 내부수가 빠져나오게 되므로 함수율이 크게 감소한다.

2. 고액분리 및 여포 박리성이 탁월하고, 누액(Side-leak) 현상이 크게 감소되어 탈수기의 탈수성능이 개선되어 최선운전이 가능하며 여포세정이 용이해지고, 카본과의 혼합에 의한 슬러지의 악취가 감소한다.

3. 슬러지 탈수케이크를 건조소각 처리할 경우, 동일한 응집제 소요량에도 함수율은 10% 이상 감소하므로, 보조연료의 사용량이 대폭 절감된다. 또한 발수성이 향상되어 소각시에도 슬러지 사이에서 쉽게 착화되므로 에너지가 절감된다.

4. 카본첨가제를 첨가한 소각재에는 CaO와 MgO가 풍부하여 pH를 상승시킴으로써 토양개량제로 활용이 가능하며, 그 외에도 경량벽돌, 시멘트 제조 및 퇴비의 수분조절제로 활용이 가능하다.

II . 원심농축슬러지의 처리

1. 원심농축슬러지 혼합물 제조

원심농축슬러지란 최종침전지로부터 분리해낸 잉여슬러지를 원심농축기를 사용하여 원심농축방식으로 탈수하여 TS(Total Solid : 고형물 농도)가 3~5% 정도 되도록 농축한 슬러지를 말한다.

이와 같은 원심농축슬러지에 폐지용액과 카본첨가제를 6:3:1 내지 7:2:1의 중량비율로 혼합하고, 0.4 %(V/V%) 농도의 유기고분자 응집제를 소량 첨가하였다. 폐지용액은 통상의 골판지를 사용하였으며, 무게를 측정하여 원하는 농도에 맞게 물에 넣어 분쇄한 1 중량% 및 2 중량%의 것을 사용하였다. 카본 첨가제는 시판중인 무연탄을 분쇄기로 분쇄하여 사용하였다. 유기고분자 응집제는 국내 하수처리장에서 통상 사용되고 있는 에멀젼 형태의 고분자를 사용하였으며, 증류수 50mL에 2mL의 비율로 혼합하고, Jar Tester에서 30분간 혼합한 0.4 (V/V%) 농도의 응집제를 사용하였다.

2. Jar - test

상기에서 제조한 원심농축슬러지에 대하여, 하기 표 6에 나타낸 바와 같이 Jar-test를 실시하였다.

<표 6>

구 분	Jar-test 조건	비고
응집시료량	250 ㎖l
응집제농도	0.4(V/V%)	유기 고분자 응집제(에멀젼 type)
교반속도	200±5 rpm →100±5 rpm	200 rpm에서 1분 동안 응집제와 시료 교반 → 응집제 주입완료 후 10초간 교반(급속교반) → 100 rpm에서 20초간 교반(완속교반)

Jar-test를 실시한 후 응집제 주입량 및 원심농축슬러지 혼합물의 성상을 측정하였다.

원심농축슬러지 혼합물의 성상을 분석한 결과 TS(%)가 2.6~3.8 %였고, 유기물 함량을 나타내는 VS/TS(%)[VS(Volatile Solid:휘발성고형물)/TS(Total Solid)]가 70.8~71.5 %였다.

카본첨가제를 첨가하면 원심농축슬러지 혼합물의 TS(%) 농도가 상승하여 응집반응에 적절치 못하므로 원심농축슬러지 혼합물의 농도를 비교적 낮은 상태로 유 지하여 실시하였다.

원심농축슬러지 혼합물은 유기물 함량이 높고 밀도가 낮아 동일한 TS(%)에서 뭉글거림이 심하여 응집제와의 혼합이 즉각적으로 이루어지지 않아 반응시간이 길고 응집제 소요량도 많아졌다.

또한, 원심농축슬러지 혼합물은 응집반응 후 플록의 강도가 약하여 급속교반(10초) 및 완속교반(20초)에서 플록이 다시 해체되는 현상이 나타나, 단독적으로 응집탈수가 어려움을 나타내었다.

3. 여과

뷰흐너 깔때기(Buchner funnel)에 상기에서 제조한 원심농축 슬러지 응집 프플록을 부어 여과시험을 실시하였다. 이때 응집 플록은 여포 상부에 여과되어 남았고, 여액은 하부의 메스실린더에 모아졌다. 여과를 시작한 후 메스실린더 눈금이 70mL 되었을 때의 시간을 측정하여 중력여과속도(초/70mL)를 측정하고, 여액을 분석하여 COD, SS농도(㎎/L)를 측정하였다.

한편, 대조군으로서 단일 원심농축슬러지에 대해서도 원심농축슬러지 혼합물과 동일한 조건의 시험을 수행하였다.

각각의 결과를 하기 <표 7>에 나타내었다.

<표 7>

분석항목		중력여과속도 (초/70mL)	여액 COD (㎎/L)	여액 SS (㎎/L)
단일 원심농축슬러지		19.5	54.4	79.4
1중량% 폐지 혼합	혼합비(7:2:1)	9.8	31.6	130.4
	혼합비(6:3:1)	13.0	33.8	147.1
2중량% 폐지 혼합	혼합비(7:2:1)	9.6	34.5	224.2
	혼합비(6:3:1)	8.5	42.3	233.3

상기 <표 7> 나타난 바와 같이, 중력여과속도는 원심농축 슬러지 혼합물이 단일 원심농축슬러지 보다 6.5~11.0 (초/70 mL) 낮아 고액분리가 양호해졌음을 나타내었으며, 원심농축슬러지 혼합물 탈리여액의 COD는 감소하고 SS 농도는 증가하였다. 이때 여액의 SS 성분 대부분은 미세한 카본첨가제 플록으로 구성되어 있어 수처리 과정으로 반류되어 유입된다 하더라도 자체 질량에 의하여 모두 제거가 가능하다.

4. 탈수

상기에서 여과로 얻어진 1 중량% 폐지용액 첨가 원심농축슬러지 및 2 중량% 폐지용액 첨가 원심농축슬러지 혼합물에 대한 여포 상부의 슬러지를 비이커에 담아 현장 탈수기에 직접 도포하여 탈수시켰다. 탈수 후 생성된 케이크의 함수율(%)을 측정하였고, 봄베 열량계로 건조 케이크의 발열량을 측정하였다. 단일 원심농축슬러지에 대해서도 동일한 방법으로 탈수시킨 후 상기 수치를 측정하였다. 결과를 하기 <표 8>에 나타내었다.

<표 8>

구 분		함수율(현장탈수)			TS(g/250mL)
		평균치	최고치	최저치
단일 원심농축 슬러지		82.2	82.2	82.2(21.0)	7.8
1중량% 폐지 혼합	혼합비(7:2:1)	43.9	44.5	43.7(19.5)	31.2
	혼합비(6:3:1)	43.3	44.0	42.5(16.7)	30.3
2중량% 폐지 혼합	혼합비(7:2:1)	44.6	45.3	44.2(18.5)	32.1
	혼합비(6:3:1)	44.9	45.4	44.3(16.7)	31.3
( )는 0.4% 응집제 주입량(mL)

상기 <표 8>의 결과와 같이, 원심농축슬러지 혼합물이 단일 원심농축슬러지보다 함수율이 약 38% 낮았으며, 원심농축슬러지 혼합물의 TS(%)도 카본첨가제의 첨가에 의해 단일 원심농축슬러지의 4배 정도로 증가하였고, 이에 따라 응집제 소요량은 감소하였다.

1 중량%의 폐지용액을 혼합한 경우가 2%의 폐지용액을 혼합 경우 보다 함수율이 1% 정도 낮았으나, 응집반응 및 함수율의 수치가 불안정하였으며, 응집된 플록의 상태도 2 중량% 폐지용액 혼합의 경우가 보다 양호하였다.

5. 탈수케이크 발생량 및 응집제 사용량 평가

2 중량% 폐지용액을 첨가한 원심농축슬러지 혼합물 혼합 167㎥(원심농축슬러지 100㎥, 2 중량% 폐지용액 50㎥, 카본첨가제 17㎥)에 대하여 상기 소화슬러지 혼합물에서 사용한 것과 동일한 식에 따라 케이크 발생량과 응집제 사용량을 평가하였다.

단일 원심농축슬러지에 대해서도 동일한 평가를 수행하였다. 그 결과를 하기 <표 9>에 나타내었다.

<표 9>

구분	탈수케이크 함수율(%)	탈수케이크 발생량(톤)	탈수케이크 TS량(톤)	탈수케이크 수분량(톤)	응집제 사용량(kg)	발열량 (kcal/kg)
단일 원심농축슬러지	82.2	17.5	3.1	14.4	33.6	3,731
원심농축슬러지 혼합물	44.9	25.9	14.3	11.6	44.5	4,270
증감	▽ 37.3	△ 8.4	△ 11.2	▽ 2.8	△ 10.9	△ 539

상기 표 9에 나타낸 바와 같이, 탈수케이크의 발생량은 8.4톤 증가하였으나, 케이크내 수분량은 오히려 2.8톤 감소하였다. 즉, 폐지 및 카본의 첨가로 인해 응집/탈수성이 증가되어 2.8톤의 수분이 추가로 탈수되므로 첨가제 투입량이 11.2톤이었으나 탈수케이크 증가량은 8.4톤이 된다.

응집제 사용량은 슬러지 100㎥에 대하여 폐지용액 50㎥가 투입되므로 실제 응집제 사용량도 증가하나, 폐지 및 카본의 응집보조 기능으로 인해 유입 증가율(50%)에 대한 응집제 사용량 증가율(32%)은 낮게 나타났다. 탈수케이크 발열량은 카본이 첨가된 슬러지 혼합물이 높게 나타났다.

6. 결론

상기와 같은 결과로부터 다음과 같은 결론을 도출해 낼 수 있다.

1. 자체 응집이 어려운 원심농축슬러지에 폐지와 카본 첨가제를 첨가함으로써 폐지의 연결작용과 카본의 흡착력에 응집반응이 촉진되어 응집제 주입량이 감소된다. 폐지의 섬유성분은 엉기는 성질이 강하므로, 원심농축 슬러지와 같이 고농도의 유기물 성분을 함유하여 응집/탈수가 어려운 슬러지를 탈수시키는데 효과적이다.

2. 고액분리 및 여포 박리성이 탁월하고 누액(Side-leak) 현상이 크게 감소되어 최선의 운전이 가능하며, 슬러지 입자의 점착성이 감소하므로 여포 세정이 용이해진다. 카본 첨가제와의 혼합효과에 의해 슬러지의 악취가 감소하여 작업환경이 양호하게 된다.

3. 카본과 폐지 입자가 슬러지 사이에 위치하여 수분이 슬러지 내부에 갇히지 않고 발수성이 향상되어 건조과정에서의 에너지 사용량을 절감할 수 있다.

4. 원심농축슬러지와 카본 및 폐지를 혼합탈수하면 폐지의 섬유입자의 얽힘현상에 의해 단단하게 결합되므로, 연료제품으로서의 규격에 더욱 적합한 형태를 갖추게 된다.

5. 원심농축슬러지는 고도처리에 의해 제거된 인 성분을 고농도로 함유하고 있으므로 이를 연료화한 제품의 소각재에는 인 성분이 잔재하므로 비료로 활용이 가능하다. 카본첨가제를 첨가한 소각재에는 CaO와 MgO가 풍부하여 pH를 상승시킴으로써 토양개량제로 활용이 가능하며, 그 외에도 경량벽돌, 시멘트 제조 및 퇴비의 수분조절제로 활용이 가능하다.

본 발명에서 제시한 하수슬러지 처리방법에 의하면, 응집제 주입량 및 생성된 슬러지 탈수케이크의 함수율이 감소되어 탈수케이크 생성량 및 응집제 소요량이 감소되고, 고액 분리효율이 향상되며 악취가 제거되어 운전여건이 개선되며, 슬러지 건조가 용이하여 성형과정에서 에너지가 절감되고, 슬러지 탈수케이크의 강도 및 발열량이 증가하여 연료 규격에 부합하며, 소각 후 얻어지는 소각재의 경량골재, 시멘트 제조 및 퇴비의 수분조절제 등으로 활용이 가능하여, 폐기물의 완전 재활용이 가능하므로, 환경산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 하수처리장 슬러지 처리공정에서 소화슬러지에는 카본 첨가제를 혼합하여 소화슬러지 혼합물로 만들고, 원심농축슬러지에는 폐지용액과 카본 첨가제를 혼합하여 원심농축슬러지 혼합물로 만들어, 이들 각각을 탈수시킴으로써 탈수케이크의 함수율을 저감시키고 발열량을 향상시키는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소화슬러지에 첨가되는 카본 첨가제의 양은 2~10 중량%이며, 원심농축슬러지와 폐지용액 및 카본 첨가제의 혼합 중량비는 6:3:1~7:2:1인 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폐지용액이 1~2 중량% 농도의 폐지 수용액이고, 카본 첨가제는 무연탄, 유연탄 또는 폐코우크스인 하수슬러지의 처리방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 얻어진 함수율이 저감되고 발열량이 증가된 탈수케이크.

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