KR20150056473A

KR20150056473A - 용매 추출을 이용한 슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액의 처리방법

Info

Publication number: KR20150056473A
Application number: KR1020140157070A
Authority: KR
Inventors: 김용환; 강진구
Original assignee: 김용환
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2015-05-26
Also published as: KR20150056472A; WO2015072740A1; KR20150056471A; KR20150056429A

Abstract

본 발명은 용매추출을 이용한 슬러지와 폐수를 포함하는 하수를 처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 하수와 용매를 혼합하여 상기 슬러지의 적어도 일부를 상기 용매로 추출하는 단계와; 상기 추출 후 폐수와 용매를 분리하는 단계와; 상기 용매와 상기 슬러지를 1차 분리하는 단계를 포함한다.

Description

용매 추출을 이용한 슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액의 처리방법{Treating Method of organic waste liquid comprising sludge and waste water using solvent extraction}

본 발명은 슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액의 처리방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 용매추출법을 이용한 슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액의 처리방법에 관한 것이다.

런던 협약에 따라 대한민국은 2014년부터 하수 슬러지의 해양투기가 전면 금지될 예정이다. 이에 따라 하수를 효율적으로 처리할 수 있는 기술의 개발이 시급한 현실이다.

기존의 처리방법에서는 고분자 응집제를 이용하여 하수 내에 존재하고 있는 유기성 슬러지, 미생물 및 중금속 등을 물과 함께 덩어리로 응집/침전시킨다. 이러한 처리방법에 따르면 도 1과 같이 비중이 1.2 정도의 슬러지 덩어리가 분리/회수된다.

이렇게 덩어리가 되는 이유는 물 함유량이 25% 이상의 조건에서는 물이 입자들을 연결하는 매체로서 작용하기 때문이다.

고분자 응집제를 사용하는 경우 물의 함유량이 25%이상이 되는 이유는 두 가지이다. 첫 번째는 일반적으로 유기성 슬러지의 입자들은 200μm미만의 작은 입자 사이즈를 가지기 때문에 그 들 사이에 존재하는 모세관(Capillary)도 좁아 최외각수가 쉽게 빠지지 못하기 때문이다. 두 번째는 하수에 존재하고 있는 미생물이 파괴되지 않기 때문인데, 미생물 내부에 존재하고 있는 체내수는 응집 처리 후 전체 물의 약 40%를 차지한다.

이런 이유로 기존 방법에서는 기계적 탈수를 통해서는 미생물 내에 존재하는 40%의 체내수를 제외한 나머지 60%의 최외각수 중 15-20%의 물만 탈수 가능하다.

따라서 기존 처리방법에서는 재활용 또는 매립처리를 위한 함수율 기준을 맞추기 위해 열처리/건조 소각 등의 2차 처리가 필요한 문제가 있다.

한편, Palm Oil Mill Effluent(POME)는 팜오일 정제 시설에서 팜오일을 생산할 때 발생되는 폐수를 뜻하는 용어로 폐수정제 처리가 쉽지 않은 특성으로 인해 현재 팜유를 생산하고 있는 동남아 6개국에서 환경적으로 큰 문제를 야기시키고 있다.

이와 같이 유기슬러지와 폐수를 포함하고 있는 하수나 POME와 같은 유기폐액에 대한 처리방법의 개발이 필요하다.

대한민국 특허등록 제10-0371823호 (2003. 02. 11. 공개) 대한민국 특허공개 제2012-0120106호 (2012. 11. 01 공개)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 용매추출법을 이용하여 슬러지의 수분제거가 용이한 유기폐액 처리방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액을 용매추출법을 이용하여 처리하는 방법에 있어서, 상기 유기폐액과 유기용매를 혼합하여 상기 슬러지의 적어도 일부를 상기 유기용매로 추출하는 단계와; 상기 추출 후 폐수와 유기용매를 분리하는 단계와; 상기 유기용매와 상기 슬러지를 1차 분리하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 슬러지는 미생물을 포함하며, 상기 유기용매는, 상기 미생물을 파괴할 수 있는 미생물파괴성분과; 슬러지 계면의 특성을 변화시킬 수 있는 계면특성변화성분을 포함할 수 있다.

상기 미생물파괴성분은 알코올계 탄화수소를 포함하며 3 내지 10 중량%일 수 있다.

상기 계면특성변화성분은 방향족 탄화수소와 에테르계 탄화수소를 포함하며, 상기 방향족 탄화수소는 19 내지 35 중량%이고 상기 에테르계 탄화수소는 5 내지 10 중량%일 수 있다.

상기 유기용매는 29 내지 24중량%의 올레핀계 탄화수소와 12 내지 29%의 파라핀계 탄화수소를 더 포함할 수 있다.

상기 슬러지는 미생물을 포함하며, 상기 유기용매는, 상기 미생물을 파괴할 수 있는 미생물파괴성분과; 슬러지의 점도를 저감시키는 점도저감성분을 포함할 수 있다.

상기 미생물파괴성분은 알코올계 탄화수소를 포함하며 3 내지 10 중량%이고, 상기 점도저감성분은 파라핀계 탄화수소를 포함하며 12 내지 29 중량%일 수 있다.

상기 추출 전에, 상기 하수에 추가의 물을 가하여 희석하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 용매와 상기 슬러지의 1차 분리는 기계적 방법으로 수행될 수 있다.

상기 용매와 상기 슬러지의 1차 분리 단계 후에, 기화활성도를 높인 조건에서 상기 유기성 슬러지와 용매를 2차 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 2차 분리는 상온에서 수행될 수 있다.

상기 1차 분리 후에, 상기 슬러지를 브리켓팅이나 펠렛타이징하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 슬러지는 미생물을 포함하고, 상기 유기용매는 상기 미생물을 파괴할 수 있는 알코올계 탄화수소를 포함하며, 상기 미생물의 파괴는, 상기 추출 단계에서 수행될 수 있다.

상기 용매는, 상기 분리 단계에서 회수 후 상기 추출 단계에 재사용할 수 있다.

상기 희석, 추출 및 분리 단계는 외부와 차단된 닫힌계 내에서 수행되며, 상기 유기폐액은 오일/그리스를 더 포함하며, 상기 추출 전에, 오일회수용매와 상기 유기폐액을 혼합 후 상기 오일/그리스를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 용매추출법을 이용하여 슬러지의 수분제거가 용이한 유기폐액의 처리방법이 제공된다.

도 1은 기존 슬러지 처리방법에서 얻어지는 응집덩어리의 구성을 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러지 처리방법의 흐름을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러지 처리방법에서 추출 단계를 설명하는 것이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러지 처리방법에서 슬러지/용매 1차 분리 단계를 설명하는 것이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러지 처리방법에서 슬러지/용매 2차 분리 단계를 설명하는 것이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 슬러지 처리방법의 흐름을 나타낸 것이고,
도 7은 제1 실험예에 있어 용매추출 전의 하수를 나타낸 것이고,
도 8은 제1실험예에 있어 용매추출 후의 폐수를 나타낸 것이고,
도 9는 제1실험예에 있어 슬러지 처리방법에 의해 얻어진 슬러지 파우더를 나타낸 것이고,
도 10은 제2실험예에 있어 POME 원액과 희석액을 나타낸 것이고,
도 11은 제2실험예에 있어 처리수를 나타낸 것이고,
도 12는 제2실험예에 있어 회수한 오일을 나타낸 것이고,
도 13은 제2실험예에 있어 회수된 오일의 FT-IR 결과를 나타낸 것이고,
도 14는 제2실험예에 있어 시중에 판매 중인 팜 오일의 FT-IR 결과를 나타낸 것이고,
도 15는 제2실험예에 있어 사용전 실험용매의 FT-IR 결과를 나타낸 것이고,
도 16은 제2실험예에 있어 3회차 실험 후 회수한 실험용매의 FT-IR 결과를 나타낸 것이고,
도 17은 제2실험예에 있어 얻어진 슬러지 파우더의 모습을 나타낸 것이다.

본 발명은 슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액을 용매추출을 이용하여 처리하는 방법에 관한 것으로, 하수와 유기용매를 혼합하여 슬러지의 적어도 일부를 유기용매로 추출하는 단계와; 추출 후 폐수와 유기용매를 분리하는 단계와; 유기용매와 슬러지를 1차 분리하는 단계를 포함한다.

본 발명에서의 유기폐액은 폐수와 슬러지의 혼합물을 의미한다. 슬러지는 유기성 슬러지와 미생물 및 일부 무기물이 포함되며 경우에 따라 유기성 슬러지만을 포함할 수 있다. 본 발명에서의 유기폐액은 공장폐수, 공정폐수, 제지슬러리를 포함하는 유기폐액, 음식물을 포함하는 유기폐액, 축산분뇨를 포함하는 유기폐액, 식품가공 후 발생하는 유기폐액, 제약공정에서 발생하는 유기폐액, 유기성 광산폐수를 포함한다. 또한 본 발명에서의 유기폐액은 사탕수수 정제 시설에서 설탕을 생산하는 과정에서 발생되는 폐수인 SME(sugar mill effluent)를 포함한다.

본 발명에서는 금속 추출에 사용되는 용매 추출방법을 적용하여 유기폐액 중의 슬러지를 유기용매로 추출하며, 용매추출과정에서 유기성 슬러지의 최외각수가 용이하게 제거된다. 슬러지의 미생물은 용매에 의해 파괴되어, 미생물의 결정수도 용이하게 제거할 수 있다.

이하의 설명에서는 슬러지가 유기성 슬러지 및 미생물을 모두 포함하는 것을 예시로 설명한다. 또한 이하의 설명에서는 유기폐액으로 하수와 POME를 예시로 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 유기폐액의 처리 방법(슬러지 처리 방법)을 상세히 설명한다. 제1실시예에서의 유기폐액은 하수이다.

도 2는 제1실시예에 따른 하수 처리방법의 흐름을 나타낸 것이다.

먼저 하수를 용매추출에 적합하도록 희석한다(S100). 희석은 폐수와 용매와의 반응비를 고려하여 하수 내의 슬러지 농도를 조절하는 것이다. 하수 내의 슬러지 농도가 용매추출 공정에 적합한 범위 내에 있을 경우, 이 단계는 생략될 수 있다. 또한 하수 내 슬러지 농도에 따라 용매추출에서 용매 사용량과 같은 공정 조건을 변화시킬 수 있으며, 이 경우에도 희석단계는 생략될 수 있다.

다른 실시예에서는 하수 내 슬러지 농도 및/또는 성분을 관찰하고, 관찰된 결과에 따라 이후의 공정 조건을 변화시킬 수 있다. 슬러지 농도 및/또는 성분 관찰은 실시간으로 이루어질 수 있다.

다음으로 유기용매(추출용매)와 하수를 혼합하여 슬러지를 추출한다(S200). 이 단계에서 유기슬러지와 미생물이 추출용매(유기용매)로 이동하는 용매추출이 수행된다.

유기용매는 미생물을 파괴할 수 있는 미생물파괴성분, 슬러지계면의 특성을 변화시키는 계면특성변화성분, 슬러지 입자간의 특성을 변화시키는 입자간특성변화성분 및 슬러지의 점도를 저감시키는 점도저감성분 중 적어도 2가지 이상을 포함할 수 있다.

미생물파괴성분은 미생물 세포막 외부로 내부 수분을 유출시켜 미생물을 파괴하는 기능을 수행하며 알콜계 탄화수소를 사용할 수 있다. 알콜계 탄화수소는 탄소수 2 내지 5일 수 있으며, 예를 들어, 에탄올 및/또는 이소프로필 알콜을 사용할 수 있다. 알콜계 탄화수소는 3 내지 10중량% 사용될 수 있다.

계면특성변화성분은 유기성슬러지 계면의 물접촉각을 높이는 제1성분과 유기성슬러지 계면의 표면장력을 낮추는 제2성분으로 이루어진다. 제1성분은 방향족 탄화수소를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 디메틸벤젠과 메틸벤젠을 사용할 수 있다. 제1성분은 19 내지 35중량% 사용될 수 있다. 제2성분은 에테르계 탄화수소를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 디-n-프로필 에테르를 사용할 수 있다. 제2성분은 5 내지 10중량% 사용될 수 있다.

입자간 특성변화성분은 소수성 흡착 응집을 형성하여 유기성슬러지 입자 간의 캐필러리 반경을 넓히는 기능을 수행한다. 입자간 특성변화성분으로는 올레핀계 탄화수소를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 2-메틸 2-부텐(di-methyl but-2-ene)과 사이클로헥산을 사용할 수 있다. 입자간특성변화성분은 29 내지 48중량% 사용될 수 있다.

점도저감성분은 유기성슬러지의 점도를 저감시키는 기능을 수행한다. 점도저감성분으로는 탄소수 5 내지 8인 파라핀계 탄화수소를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 펜탄, 헥산 및/또는 헵탄을 사용할 수 있다. 점도저감성분은 12 내지 29%를 사용될 수 있다.

유기용매의 비중은 0.4 내지 0.9일 수 있으며, 0.5 내지 0.7일 수 있다. 유기용매는 물보다 휘발성이 높을 수 있다.

이 과정을 도 3을 참조하여 자세히 설명한다. 추출 전 유기성 슬러지, 미생물, 폐수 및 유기용매가 존재하고 있다. 이들을 혼합하면 유기성 슬러지 입자가 더 낮은 비중을 가진 유기용매에 결합한다. 유기용매와의 결합을 통해 비중이 물보다 가벼워진 유기성 슬러지 입자는 유기용매 층으로 빠르게 이동하면서 표면수로부터 분리된다. 또한 미생물의 경우에는 유기용매에 의한 미생물 파괴에 의해 미생물 속에 있는 40%의 결정수까지 용이하게 제거된다. 유기용매와 결합된 미생물도 유기용매 층으로 이동하게 된다.

추출은 난류조건에서 수행될 수 있으며, 난류 조건은 입구와 출구의 압력차를 유발하는 기계류, 베플이 설치된 유동학 기계, 믹서 또는 스터러 등으로 형성할 수 있다. 추출은 배치 반응 또는 연속식 반응으로 수행될 수 있다. 추출율을 향상시키기 위해 다단 연속추출(co-current multistage extraction) 방식이나 향류 다단추출(counter-current multistage extraction) 방식으로 수행될 수도 있다.

이 과정을 통해 하수의 유기성 슬러지와 미생물이 유기용매 층으로 이동하여 폐수로부터 분리된다.

다음으로 폐수상과 유기용매상을 분리한다(S300). 이 과정은 통상의 정치방법 및 분리방법을 사용할 수 있다. 분리된 폐수는 적절한 처리 후, 산업용/생활용/농업용 용수로 사용되거나 방류될 수 있다. 필요에 따라 회수된 유기용매상으로부터 완벽한 폐수의 분리를 위해 추가의 정체시간(retention time)을 확보하기 위한 별도의 농축조를 설치 및 운영할 수 있다. 다른 실시예에서 분리된 폐수는 하수의 희석(S100)에 사용될 수 있다.

한편 하수가 중금속을 포함하고 있을 경우, 중금속도 유기용매에 의해 추출될 수 있다. 이 경우 폐수의 중금속 함량이 크게 감소하므로 폐수의 활용이 용이하다. 다른 실시예에서는 폐수 또는 슬러지 내의 중금속 제거를 위해 별도의 용매를 사용하거나, 별도의 공정이 추가될 수 있다.

이후, 슬러지와 유기용매를 1차 분리한다(S400). 1차 분리는 감압필터, 필터프레스, 벨트프레스, 스크류탈수기, 원심탈수기와 같은 고액분리가 가능한 모든 기계를 통해 수행될 수 있다. 1차 분리는 기계적 방법으로 수행될 수 있으며, 단일의 기계적 방법을 복수 회 실시하거나 복수의 기계적 방법을 사용할 수 있다.

이 과정을 도 4를 참조하여 자세히 설명한다. 1차 분리 전 유기성 슬러지와 미생물 표면에는 유기용매가 결합되어 있다. 1차 분리를 통해 대부분의 유기용매가 유기성 슬러지와 미생물로부터 회수된다.

다음으로, 슬러지 표면에 있는 유기용매를 2차 분리한다(S500).

이 과정을 도 5를 참조하여 설명한다. 유기용매의 2차 분리는 상온에서 수행될 수 있으며, 압축공기를 가하여 잔여 유기용매의 회수를 도울 수 있다. 압축공기는 유기용매의 기화활성도가 높아지는 조건을 만드는 역할을 한다. 압축공기는 유기용매와 충돌하며, 충돌에 의해 유기용매가 확산 및 기화된다. 다른 실시예에서는 압축공기의 제공 외에 유기용매의 기화활성도를 높일 수 있는 다른 수단이 사용될 수 있다.

유기용매의 2차 분리를 상온에서 수행하게 되면 온도 상승을 위한 별도의 에너지 소비가 없어 유기용매 회수를 위한 에너지가 절감된다. 또한 사용된 유기 용매가 물보다 휘발성이 높은 경우, 종래 공정에 비해 최종 슬러지를 얻기 위한 에너지 소비가 절감된다.

다른 실시예에서는, 2차 분리는 상온 내지 50℃에서 수행될 수 있으며, 진공을 이용할 수도 있다.

2차 분리는 배치 또는 연속 공정으로 수행될 수 있다. 연속 공정으로 수행되는 경우 슬러지를 공기증폭기 형태의 관내 분체 이송기기, 팬과 같은 회전체가 포함된 탱크, 블로어, 사이클론, 제트밀, 콘베이어 밸트나 스파이럴 콘베이어로 이송하면서 유기용매를 회수할 수 있다.

2차 분리를 통해 10% 미만의 함수율을 가진 슬러지를 얻을 수 있다.

얻어진 슬러지는 파우더 형태일 수 있다. 슬러지는 브리켓이나 펠렛 형태로 제조하여 연료자원으로 사용할 수 있으며, 특히, 화력발전소나 열병합발전소와 같이 화석연료를 사용하는 곳에서 석탄과 함께 사용될 수 있다. 슬러지의 열량은 3500 내지 5500kcal/kg일 수 있다.

1차 분리 및 2차 분리에서 회수된 유기용매는 추출 공정에 다시 사용될 수 있다. 회수된 유기용매의 전부 또는 일부를 재생하는 공정이 추가될 수 있으며, 일정량의 유기용매를 새로운 유기용매로 대체할 수 도 있다.

다른 실시예에서는 유기용매의 추출효율이나 유기용매의 성분변화를 관찰하여 유기용매의 교체시기를 자동으로 알려줄 수도 있다. 추출효율 또는 성분변화의 관찰은 정기적 또는 비정기적으로 이루어질 수 있으며, 실시간으로 관찰하는 것도 가능하다. 추출효율 또는 성분변화는 유기용매를 샘플링하여 검사하거나 계측기를 통해 원격에서 관찰할 수 있다.

이상 설명한 하수의 처리는 외부와 내부가 분리된 닫힌계에서 수행될 수 있다. 이 경우 다른 추가반응의 발생이 원천적으로 차단되며, 2차 환경오염의 위험도 감소한다.

도 6을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 유기폐액의 처리방법을 설명한다. 제2실시예에서 유기폐액은 POME이다.

Palm Oil Mill Effluent(POME)는 팜오일 정제 시설에서 팜오일을 생산할 때 발생되는 폐수를 뜻하는 용어로 폐수정제 처리가 쉽지 않은 특성으로 인해 현재 팜유를 생산하고 있는 동남아 6개국에서 환경적으로 큰 문제를 야기시키고 있다.

말레이시아의 경우 430여개 Palm Oil Mill에서 연간 172백만톤 정도가 발생되고 있으며 매년 발생량이 증가하고 있다. POME는 매우 높은 BOD, COD 농도 뿐만아니라 많은 양의 Total Solids, Suspended Solids, Volatile solids 및 Oil & Grease를 포함하고 있는 특성으로 인해 일반 하수처리 기술로는 처리가 어려운 문제점이 있다.

표 1는 POME의 일반적인 특성을 나타낸 것이다.

<표 1> POME의 일반 특성(mg/L, pH 제외)

Parameter	평균	범위	규제치 (말레이시아)
pH	4.2	3.4-5.2	5-9
Biological oxygen demand(BOD)	25,000	10,250-43,750	100
Chemical oxygen demand(COD)	51,000	15,000-100,000	-
Total Solids	40,000	11,500-79,000	-
Suspended Solids	18,000	5,000-54,000	400
Volatile solids	34,000	9,000-72,000	N/A
Oil and Grease	6,000	130-18,000	50
Ammoniacal Nitrogen	35	4-90	100

현재 적용되고 있는 POME 처리 기술로는 1) 저수지 처리법(Ponding system), 2) 재래식 물리화학적 처리방법 (Conventional physico-chemical treatment), 3) 호기성 및 혐기성 분해처리 방법(Aerobic & Anaerobic digestion) 등이 사용되고 있다. 그러나 대부분 느린 처리 시간 (저수지 처리: 45~60일, 호기성&혐기성 처리: 4~10일), 넓은 처리 장소, 메탄 등과 같은 휘발성 가스 포집 및 포집시스템 관리의 어려움 및 침전물의 높은 함수율 (80% 이상) 등의 문제점으로 인해 POME가 적합하게 처리되지 못하고 있는 실정이다.

제2실시예 중 제1실시예와 다른 부분은 오일/그리스 회수단계(S150)이다. 오일/그리스 회수단계(S150)에서는 POME에 포함되어 있는 오일 및 그리스 잔여물을 분리/회수하며, 오일회수용매를 이용한 추출방법을 사용할 수 있다.

오일회수용매는 방향족 탄화수소와 파라핀계 탄화수소로 이루어질 수 있다. 방향족 탄화수소는 디메틸벤젠 및/또는 메틸벤젠을 사용할 수 있고, 파라핀계 탄화수소는 펜탄, 헵탄 및/또는 옥탄을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소는 74 내지 95 중량%를 사용할 수 있으며, 더 구체적으로는 디메틸벤젠은 22 내지 81 중량%를 메틸벤젠은 14 내지 53 중량%를 사용할 수 있다. 파라핀계 탄화수소는 C5 내지 C12의 탄화수소를 5 내지 26 중량%를 사용할 수 있다. 더 구체적으로는 펜탄은 2 내지 13 중량%, 헵탄은 2 내지 8 중량%, 옥탄은 1 내지 5 중량%를 사용할 수 있다. 파라핀계 탄화수소로는 이 외에 헥산, 노난, 데칸, 운데칸 및/또는 도데칸을 사용할 수 있다.

오일/그리스 회수를 통해 오일 및 그리스가 포함된 오일회수용매가 회수된다. 회수된 오일회수용매는 그 자체로 oil 성분의 에너지원으로 사용이 가능하며, 또한 가열/응집 회수장치나 멤브레인 분리막과 같은 특수한 분리장치를 통해 oil 및 grease와 분리가 가능해 다시 사용이 가능하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 미생물까지 파괴되어 악취제거가 가능하며, 슬러지가 자원화되어 폐기물 처리비용이 발생하지 않는다. 슬러지의 탈수가 용이하여 탈수를 위한 에너지 비용이 크게 절약된다. 또한 폐수의 처리가 닫힌계에서 이루어질 수 있어 원하지 않는 반응의 발생이 억제되며, 2차 환경오염의 위험이 감소된다. 또한 기존 하수처리장의 폐수처리효율에 영향을 미치지 않아 기존 시설에 부수장치로 설치가 용이하며 또한 기 설치되어있는 탈수시스템을 대체하는 것도 가능하다. 뿐만 아니라 장치 집약적인 공정을 통해 대용량 설비를 갖추기 용이하다.

희석(S100) 및 그 외의 단계는 제1실시예와 유사하며, 당업자가 적절히 변형할 수 있다.

이하 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

<실험예 1 - 하수처리>

실험에 사용된 하수는 U시 Y하수처리장으로부터 채취하였으며, 도 7과 같이 혼탁한 모습을 보여주고 있다. MLSS(혼합액부유물, mixed liquor suspended solid)는 5027mg/L였다.

상온에서 하수와 유기용매를 1:0.0005의 부피비로 혼합하고 5분간 난류조건에서 용매추출하였다.

사용된 유기용매의 조성은 다음과 같다.

성분명	함량 (%)
Dimethylbenzenes	8
Methylbenzene	19
Ethanol	4
Isopropyl alcohol	3
Di-n-propyl ether	7
2-methyl but-2-ene	26
Cyclohexane	13
Heptane	10
Hexane	6
Pentane	4

도 8은 정치 후 유기용매상을 분리한 폐수를 나타낸 것으로 도 7과 비교했을 때 슬러지가 충분히 제거되었음을 보여준다.

도 9는 1차 및 2차 분리를 거쳐 건조된 유기성 슬러지 파우더의 모습니다.

아래 표 3은 회수된 유기성 슬러지의 성분 및 발열량 데이터이다. 고위발열량이 3,876kcal/kg이었으며, 이는 화력발전소에 충분히 적용될 수 있는 발열량이다.

시험항목	단위	결과치¹⁾	시험방법
고정탄소	%	9.2	ASTM D 5142-04(준용)
회분	%	6.2	ASTM D 5142-04(준용)
휘발분(VM)	%	78.9	ASTM D 5142-04(준용)
수분	%	3.7	ASTM D 5142-04(준용)
유황분	%	0.37	KS E ISO 334 : 2003(준용)
고위발열량	kcal/kg	3876	KS E 3707 : 2001(준용)

1) 나머지 1.63%는 질소, 인 등의 기타 성분임.

<실험예 2 - POME처리>

실험은 MLSS 농도 57,400 (mg/L)인 POME를 대상으로 하였으며, 20배 희석 후 상온에서 POME과 오일회수용매를 1:0.0005의 부피비로 5분간 난류조건에서 혼합 후 오일과 그리스를 회수하였다. 이후 상온에서 POME과 유기용매를 1:0.0005의 부피비로 5분간 난류조건에서 혼합 후 용매상과 폐수상을 분리하였다.

오일회수용매의 조성은 다음 표 4와 같으며, 유기용매의 조성은 실험예 1과 동일하다,

성분	함량%
Dimethylbenzenes	55
Methylbenzene	35
Pentane	5
Heptane	3
Octane	2

도 10은 POME 원액과 희석액을 나타낸 것이고, 도 11은 처리수를 나타낸 것이다.

실험결과는 다음과 같다.

<표 5> POME 원액, 희석액, 처리수의 수질 분석 결과 (mg/L)

분석항목	원액	희석액	처리수	제거율 (%)¹⁾
pH²⁾	3.7	4.2	4.3	-
BOD²⁾	27600	1070	514	52.0
COD²⁾	25000	1000	605	39.5
Total Solid (TS)³⁾	50900	2280	-	-
Volatile Solid (VS)³⁾	41100	1790	-	-
Suspended Solid (SS)²⁾	9200	520	48.4	90.7
Oil and Grease (O&G)²⁾	1800	80	7.9	90.1
Ammoniacal Nitrogen (NH₄ ⁺)²⁾	85.4	4.95	3.91	21.0

주 1) 제거율은 각 항목별 희석액 기준 처리수의 농도비로 계산

2) "수질오염공정시험기준 : 2012"에 따라 시험

3) "APHA Standard Methods : 2012"에 따라 시험

표 5는 POME 희석액 대상으로 고형 슬러지(SS) 분리 실험 후 얻어진 처리수를 각각 샘플링하여 수질 분석한 결과이다. 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이 본 실험에서의 제거대상인 SS와 O&G의 경우 말레이시아 규제치를 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.

각 항목별로 검토해 보면 SS의 경우 희석액 대비 90.7%의 제거효율을 확인할 수 있었고 O&G의 경우는 90.1%가 제거되었다.

또한 이와 더불어 본 기술의 처리 목표는 아니지만 BOD의 경우에 희석수 대비 52%가 제거되는 그리고 COD의 경우에 39.5%가 제거되는 효과가 추가로 얻어짐을 확인할 수 있었다.

회수한 Oil의 성분이 Palm oil과 동일한지 확인하기 위하여 FT-IR 분석을 실시하였다. 도 12은 회수한 오일을 나타낸 것이고, 도 13는 회수된 오일의 FT-IR 결과를 나타낸 것이고, 도 14은 시중에 판매 중인 팜 오일의 FT-IR 결과를 나타낸 것이다.

분석결과에서 볼 수 있는 바와 같이 도 13과 도 14의 FT-IR 결과는 동일 wavenumber에서 거의 동일한 투과율 peak가 나타남을 확인할 수 있다. 따라서 본 실험을 통해 회수된 Oil은 palm oil임을 확인할 수 있었다.

팜 오일의 분석방법과 동일한 방법으로 사용전 유기용매 (fresh)와 3회차 실험 후 회수한 유기용매(used)를 FT-IR 분석하여 peak의 모습을 확인하였다. 도 15는 사용 전 유기용매의 FT-IR 결과를 나타낸 것이고, 도 16은 3회차 실험 후 회수한 유기용매의 FT-IR 결과를 나타낸 것이다.

도 15 및 도 16에서 볼 수 있는 바와 같이 모두 동일 wavenumber에서 거의 동일한 투과율 peak가 나타남을 확인할 수 있다. 따라서 회수된 유기용매는 추출 실험과정에서 변형이 발생되지 않음을 확인할 수 있었으며 또한 실제로 이 유기용매를 이용하여 재사용하였을 때 동일한 추출 효율이 얻어지는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다.

본 실험을 통해 POME로부터 회수된 파우더의 고형 연료화 가능성을 확인하기 위하여 회수된 파우더의 고위발열량을 분석하였다. 도 17은 본 발명의 제2실험예에서 얻어진 슬러지 파우더의 모습을 나타낸 것이다.

<표 6> POME로부터 회수된 파우더의 고위발열량

시험항목	단위	결과치	시험항목
수분	%	4.3	ASTM D 5142-04(준용)
고위발열량	J/g	17800	KS E 3707 : 2001(준용)

<표 6>에서 볼 수 있는 바와 같이 회수된 파우더는 17800 J/g의 고위발열량을 가짐을 확인할 수 있었다. 이를 환산해보면 약 4252 kcal/kg의 발열량으로 이는 화력발전소에 충분히 적용될 수 있는 발열량이다.

본 실험예에서의 결과에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 의해 POME을 효과적으로 처리할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

슬러지와 폐수를 포함하는 유기폐액을 용매추출법을 이용하여 처리하는 방법에 있어서,
상기 유기폐액과 유기용매를 혼합하여 상기 슬러지의 적어도 일부를 상기 유기용매로 추출하는 단계와;
상기 추출 후 폐수와 유기용매를 분리하는 단계와;
상기 유기용매와 상기 슬러지를 1차 분리하는 단계를 포함하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬러지는 미생물을 포함하며,
상기 유기용매는,
상기 미생물을 파괴할 수 있는 미생물파괴성분과;
슬러지 계면의 특성을 변화시킬 수 있는 계면특성변화성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 미생물파괴성분은 알코올계 탄화수소를 포함하며 3 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제3항에 있어서,
상기 계면특성변화성분은 방향족 탄화수소와 에테르계 탄화수소를 포함하며, 상기 방향족 탄화수소는 19 내지 35 중량%이고 상기 에테르계 탄화수소는 5 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제3항에 있어서,
상기 유기용매는 29 내지 24중량%의 올레핀계 탄화수소와 12 내지 29%의 파라핀계 탄화수소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬러지는 미생물을 포함하며,
상기 유기용매는,
상기 미생물을 파괴할 수 있는 미생물파괴성분과;
슬러지의 점도를 저감시키는 점도저감성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 미생물파괴성분은 알코올계 탄화수소를 포함하며 3 내지 10 중량%이고,
상기 점도저감성분은 파라핀계 탄화수소를 포함하며 12 내지 29 중량%인 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 추출 전에,
상기 하수에 추가의 물을 가하여 희석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 용매와 상기 슬러지의 1차 분리는 기계적 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제9항에 있어서,
상기 용매와 상기 슬러지의 1차 분리 단계 후에,
기화활성도를 높인 조건에서 상기 유기성 슬러지와 용매를 2차 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 분리는 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 분리 후에,
상기 슬러지를 브리켓팅이나 펠렛타이징하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬러지는 미생물을 포함하고,
상기 유기용매는 상기 미생물을 파괴할 수 있는 알코올계 탄화수소를 포함하며,
상기 미생물의 파괴는,
상기 추출 단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 용매는,
상기 분리 단계에서 회수 후 상기 추출 단계에 재사용하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 희석, 추출 및 분리 단계는 외부와 차단된 닫힌계 내에서 수행되며,
상기 유기폐액은 오일/그리스를 더 포함하며,
상기 추출 전에, 오일회수용매와 상기 유기폐액을 혼합 후 상기 오일/그리스를 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐액 처리 방법.