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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 하수슬러지탈 수성 개선 방안으로 과산화수소에 의한 산화처리 및 제지슬러지 흔합탈수에 대한 검토를 통해 현장 적용이 가능한 대안을 제시하고자 한다.
가설 설정
- 과산화수소 처리공정과 같은 조건으로 가정한다.
- 현재 A시 하수처리장에서 발생하고 있는 하수슬러지의 양은 약 930톤/ 일이며 , 농축슬러지의 평균 고형물 농도(TS)는 약 3%(TS 기준 발생량:28톤/일) 로가정한다.
제안 방법
- 자체 제작한 간이 filter press (Fig. 2 참조)를 사용하여 Skg/cm? 에서 5 분간 탈수한 후 105。(2에서 2시간 건조하여 탈수된 슬러지 케이크의 함수율을 측정하였다.
- TS 2%로 조정된 공장계와 생활계 하수슬러지 100ml에 황산을 주입하여 과산화수소의 산화력이 가장 뛰어난 pH 3.5로 맞춘 후, 과산화수소(30%)를 50mg/g-TS까지 단계적으로 증가시켜가며 주입하였다 .
- 제지슬러지를 사용하였다. 각각 TS-2%로조정된 공장 계 하수슬러지와 제지슬러지를 사용하여제지슬러지의 혼합비율을 증가시키면서 하수슬러 지와의 혼합을 실시하였다. 혼합시료 100ml에 0.
- 모든 CST 값은 3회 측정하여 그 평균값을 취하였다. 또한 과산화수소 주입 후로부터의 반응시간과 pH 변화에 따른 CST 값의 측정을 통하여 과산화수소에 의한 산화처리에서의 최적 반응시간과 pH를 도 출하였다.
- 필요하다. 본 연구에서는 과산화수소산화처리 후 슬러지를 중화시키기 위한 별도의 반응조를 설치하여 pH를 중성으로 조정한 뒤, 기존의 벨트 프레스를 이용하여 탈수하는 공정을 제안하였다. 이러한 공정을 거쳐 탈수된 슬러지는 기존 탈수 케이크의 함수율인 80% 수준보다 대 폭 낮아진 함수율의 탈수슬러지를 얻을 수 있을 것으로 기대되며, 슬러지 최종 처분(소각, 재활용 둥)에 있어서도 경제성 면에서 매우 유리하게 작용할 것으로 판단된다.
- 이러한 결과에 대한 원인으로 슬러지 내에 존재하는 금속 성분이 산 처리에 의한 낮은 pH 영역에서 슬러지 중으로 용출되어 과산화수소에 의한 산화반응을촉진시킨다는 사실 (Eckenfelder등, 1994)로부터, 본연구에서는 대상지인 경기도 A시 하수처리장의 슬러 지내 중금속 성분을 분석하였다.
- )를 3ml 씩 주입(3mg/g-TS)하고 동일한 속도로 10분간 교반 시켰다. 이렇게 만들어진 혼합 시료의 CST를 측정하여 간접적인 탈수성을 평가하였으며. 자체 제작한 간이 filter press (Fig.
- 일반적으로 슬러지의 침강성 테스트를 위하여 슬러지 V를 30분간 침강시킨 후 SVI를 측정하나, 본 연구에서는 TS 0.5%로 조정된 각각의 시료 200ml를 250ml 메스실린더를 사용하여 2시간 동안 침강시키면서 계면 높이를 측정하였다.
- 탈수성 평가를 위하여 탈수성의 간접지표로 많이사용되 는 CST(capiIlary suction time) 값과 침강성 을 측정하였다. CST 측정장치 (Triton Electronics Go.
- 각각 TS-2%로조정된 공장 계 하수슬러지와 제지슬러지를 사용하여제지슬러지의 혼합비율을 증가시키면서 하수슬러 지와의 혼합을 실시하였다. 혼합시료 100ml에 0.2% 양 이온계 고분자 응집제(BESFLOC, KolonCo.)를 3ml 씩 주입(3mg/g-TS)하고 동일한 속도로 10분간 교반 시켰다. 이렇게 만들어진 혼합 시료의 CST를 측정하여 간접적인 탈수성을 평가하였으며.
대상 데이터
- 본 연구에서는 혼합전의 생활계와 공장 계 농축슬러지를 각각 채취하여 실험을 진행하였다. TS는 공장 계가 3.
- 본 연구에서의 대상 시료는 경기도 A시 하수처리장의 것인데, 유입되는 생활계 하수와 공장 계 하수를 각각 독립적으로 처리하고 있으며, 처리된 하수슬러지는 농축과정을 거쳐 혼합된 후 벨트-프레스에 의해 탈수된다.
- 혼합에 사용된 제지슬러지는 대전의 H-제지에서 배출되는 제지슬러지를 사용하였다. 각각 TS-2%로조정된 공장 계 하수슬러지와 제지슬러지를 사용하여제지슬러지의 혼합비율을 증가시키면서 하수슬러 지와의 혼합을 실시하였다.
데이터처리
- 1과 같은 구조로 되어 있으며, 슬러지 시료가 모세관 현상에 의하여 여지를 통과하는 시간을 측정하는 원리이다. 모든 CST 값은 3회 측정하여 그 평균값을 취하였다. 또한 과산화수소 주입 후로부터의 반응시간과 pH 변화에 따른 CST 값의 측정을 통하여 과산화수소에 의한 산화처리에서의 최적 반응시간과 pH를 도 출하였다.
성능/효과
- 1.과산화수소 산화 처리에 의해 간접탈수성 지표인 CST와 침강성이 상당히 개선된다는 결과를 얻었으며, pH 4로의 조정 및 중화에 투입되는 약품비용 문제 등이 해결된다면 향후 슬러지탈 수성 개선에 크게 기여할 수 있는 대안이 될 수 있다는 가능성이 확인되었다.
- 2.하수슬러지와 폐기물로서의 제지슬러지를 적정 비로 혼합하여 탈수한 결과, 하수슬러지만을 탈수하는 경우보다 응집제주입량을 크게 줄이면서도(25% 감량) 보다 낮은 함수율(67%)의 슬러지 케이크가 얻어질 수 있음이 확인되었다. 뿐만 아니라 제지슬러지를 혼합하는 경우의 슬러지 케이크 발생량이 더 적다는 사실이 확인되었다.
- 3.본 연구에서 제시한 과산화수소산화처리와 제지슬러지 혼합탈수 모두 탈수성을 향상시키는 결과를 보여주었지만, 현장 적용성, 경제성 등을 고려할 때, 제지슬러지 혼합 탈수가 더욱 타당한 대안이라는 결론을 얻었다.
- 또한. 30%의 제지슬러지를 혼합하여 탈수할 경우, 기존 탈수 방식에서 응집제주입량이 4mg/g-TS이고, 이때의 탈수슬러지함 수율이 80% 수준인 것에 비해, 응집제를 3mg/g-TS만 주입하였음에도 불구하고 67%라는 양호한 함수율의 탈수슬러지를 얻을 수 있었다.
- 원슬러지(control)의 CST 값은 공장 계가 209, 생활계가 590이므로 공장계가 생활계 보다 3배 가까이 탈수성이 좋다는 간접적인 평가가 가능하다. pH 3.5로 조정된 시료에 과산화수소를 주입함에 따라 CST 값이 급격히 감소한 결과로부터 탈수성이 크게 향상됨을 알 수 있었으며, llmg/g-TS 이상 주입 시에는 CST의 변화가 거의 없는 것으로 보아 적정 주입량은 10mg/g-TS 정도인 것으로 판단되었다.
- 6은 공장 계 슬러지에 대하여 과산화수소 주입량의 증가가 슬러지침 강성에 미치는 영향을 조사한 결과이다. 과산화수소 주입량이 증가할수록 침강성이확연히 증가하는 것을 알 수 있으며, 10시간 이후부터는 침강이 거의 완료되는 결과를 보이고 있다. 특히, 위의 Fig.
- 5 %이었다. 그리고 pH는 공장계가 7.1, 생활계가 7.6으로 중성 영역으로 측정되었으며 , 공장계와 생활계 하수슬러지가 혼합 탈수된 탈수 케이크의 함수율은 약 81%이었다.
- 따라서 pH 외에 이러한 슬러지 중의 금속성 촉매 물질들에 의해과산화수소 산화 반응이 매우 활발하게 일어난다는 사실이 확인되었다.
- 하수슬러지와 폐기물로서의 제지슬러지를 적정 비로 혼합하여 탈수한 결과, 하수슬러지만을 탈수하는 경우보다 응집제주입량을 크게 줄이면서도(25% 감량) 보다 낮은 함수율(67%)의 슬러지 케이크가 얻어질 수 있음이 확인되었다. 뿐만 아니라 제지슬러지를 혼합하는 경우의 슬러지 케이크 발생량이 더 적다는 사실이 확인되었다.
- 이러한 결과로부터 제지슬러지 혼합 탈수가 기존탈수공정에 비해 응집제 사용량을 25% 정도 줄이는 동시에 저함 수율의 탈수 케이크를 얻을 수 있다는 결론을 얻었다.
- 이상의 결과로부터 탈수슬러지 140톤/일(함수율 80%)이 발생하던 기존의 공정에 30톤/일(함수율 60%)의 제지탈 수슬러지가 혼합되어, 120톤/ 일의 슬러지 케이크를 발생시키므로 50톤/일(약 30%)의 슬러지 케이크 발생량 저감이 달성된다고 평가될 수 있다.
- 과산화수소 주입량이 증가할수록 침강성이확연히 증가하는 것을 알 수 있으며, 10시간 이후부터는 침강이 거의 완료되는 결과를 보이고 있다. 특히, 위의 Fig. 5에서 언급된 적정 주입량인 10mg/g-TS에 대하여도 control과 비교하여 약 2배 정도 침강성 이 탁월하게 개선된다는 사실을 알 수 있었다.
후속연구
- 7은 이러한 이유에서 과산화수소 처리를 위한 최적 반응시간을 알아보기 위하여 최적pH와 과산화수소 주입량에서의 반응 시간에 따른 CST 변화를 측정한 결과이다. 과산화수소 주입 후 1분까지는 급격한 CST의 감소를 보이다가 그 이후부터는 거의 변화가 없는 것으로 보아, 1~2분 만에 반응이 거의 완료되는 것으로 판단되며, 과산화수소 처리에 있어 반응 시간이 이처럼 짧다는 사실은 현장 적용에 있어 매우 유리하게 작용할 것으로 기대된다.
- 본 연구에서는 과산화수소산화처리 후 슬러지를 중화시키기 위한 별도의 반응조를 설치하여 pH를 중성으로 조정한 뒤, 기존의 벨트 프레스를 이용하여 탈수하는 공정을 제안하였다. 이러한 공정을 거쳐 탈수된 슬러지는 기존 탈수 케이크의 함수율인 80% 수준보다 대 폭 낮아진 함수율의 탈수슬러지를 얻을 수 있을 것으로 기대되며, 슬러지 최종 처분(소각, 재활용 둥)에 있어서도 경제성 면에서 매우 유리하게 작용할 것으로 판단된다.
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