[논문]소화슬러지를 이용한 회분식 오존반응 시 습식분쇄가 스컴 생성과 가용화에 미치는 영향

홍성민; 이동훈; 김충곤; 신현곤

doi:10.17137/korrae.2019.27.2.13

초록
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생활의 향상 및 도시화로 인하여 국내의 하수슬러지는 매년 증대되고 있으나, 해양투기 금지 및 최종처리의 한계로 자원화 방법 중 하나인 혐기성소화의 관심도가 높아지고 있다. 그러나 하수의 고도처리에 따른 혐기성 소화 효율의 한계로 이를 높이기 위한 가용화 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 가용화 방법 중 경제적이고 유용한 기술로 알려진 오존은 스컴이 다량 발생되고, 제거에 대한 한계성이 있다. 따라서 본 연구에서 소화슬러지의 습식분쇄에 따른 성상변화 및 오존반응의 전처리로 적용 시 스컴의 발생 및 가용화 효율변화를 알아보고자 한다. 연구결과, 습식분쇄만으로 VS/TS는 4.4%, $SCOD_{cr}/TCOD_{cr}$이 9.4% 증대되어 가용화가 일어났다. 또한, 습식분쇄 적용에 따른 오존반응 시 슬러지의 고형분의 입경 감소에 따른 비표면적의 증가로 오존반응만한 경우에 비하여 스컴 발생속도는 14.3% 감소되고, VS/TS는 2.1% 증대 되었다. 이 때 가용화 효율도 23.3% 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때, 본 연구를 통해 습식분쇄를 적용하여 오존반응 시 슬러지 중의 고형물과 접촉효율이 증가로 스컴의 생성 억제 및 가용화 증대로 후속공정인 혐기성 소화의 효율을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Sewage sludge treatment is increasing every year due to improvement of living and urbanization. However, interest in anaerobic digestion which is one of the recycling technology. There is anaerobic digestion of increasing due to limitations of ocean dumping and final disposal. But, the limit of anae...

Sewage sludge treatment is increasing every year due to improvement of living and urbanization. However, interest in anaerobic digestion which is one of the recycling technology. There is anaerobic digestion of increasing due to limitations of ocean dumping and final disposal. But, the limit of anaerobic digestion efficiency due to the advanced treatment of sewage has been limited, and studies for solubilization technology have been actively conducted. Therefore, in this study, we aimed to investigate the variation of generation of scum and the solubilization efficiency in the application of pre-treatment of ozone reaction and the change of properties of digested sludge with wet milling. There are results of VS/TS increased by 4.4% and $SCOD_{cr}/TCOD_{cr}$ increased by 9.4% by wet milling alone. In addition, the increase of the specific surface area due to which the reduction of the particle size of the solid content of the sludge in the ozone reaction caused by wet milling decreased the generation rate of scum at 14.3% and increased VS/TS at 2.1%, compared with the ozone reaction alone. From these results, it is expected that the application of wet milling can be increased the contact efficiency with solids in the sludge during ozone reaction with suppress scum and increase the efficiency of the subsequent process in anaerobic digestion.

Keyword

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Schematic diagram and picture of test plant.
그림 Fig. 2. Variation of solids and CODcr in Digested Sludge.(a: TS&VS, b: TCOD_cr, c: SCOD_cr)
표 Table 1. Characteristic of Digested Sludge in O-Si
그림 Fig. 3. Variation of generation scum by wet milling with/without after ozonation. (a: wet milling without after ozonation, b: wet milling with after ozonation)
그림 Fig. 4. Variation of solids and COD_cr in Digested Sludge with/without wet milling by ozonation. (a: TS&VS without wet milling, b: TS&VS with wet milling, c: TCOD_cr&SCOD_cr without wet milling, d: TCOD_cr&SCOD_cr with wet milling)

AI 본문요약
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제안 방법

따라서, 본 연구는 소화슬러지를 대상으로 습식 분쇄의 적용에 따른 슬러지 성상의 변화와 소화슬러지를 습식분쇄하여 회분식 오존 반응의 전처리로 적용시 스컴 생성과 가용화에 미치는 영향을 알아보고자 한다.

대상 데이터

본 연구는 O시에서 운영되는 하수처리장 내 혐기성 소화조의 열가온시 반송되는 슬러지 배관의 시료 채취구로 시료를 채취하였다. 이 때 습식분쇄는 습식분쇄기(Hi Mixer, Model HM-5000, 현대가전업, KOREA)을 이용하였다.

이론/모형

이 때 습식분쇄는 습식분쇄기(Hi Mixer, Model HM-5000, 현대가전업, KOREA)을 이용하였다. 슬러지의 성상분석 중 COD_cr은 Standard Method에 따라 측정하였으며, TS 및 VS는 폐기물공정시험방법에 따라 측정하였다. 측정된 슬러지의 성상은 Table 1과 같다.

성능/효과

1. 소화슬러지를 대상으로 습식분쇄를 이용한 경우만으로 고형물 성상 중 VS/TS가 약 4.4 %, SCOD_cr/TCOD_cr이 9.4%가 증대되는 것으로 가용화가 일어남을 알 수 있다.
2. 소화슬러지를 대상으로 습식분쇄를 적용한 경우 오존반응을 한 경우가 오존반응 만을 한 경우에 비하여 스컴의 생성속도가 14.3% 감소되는 것으로 나타났다.
3. 소화슬러지를 대상으로 습식분쇄를 적용에 따른 오존반응 시 VS/TS는 2.1% 증대되었으며, SCOD_cr/ TCOD_cr은 22.8% 증대되는 것으로 나타났다.

후속연구

본 연구결과는 소화슬러지를 대상으로 습식분쇄를 적용한 경우, 홍 등(2015)의 연구에서 슬러지의 고형분 입자 비표면적이 약 23.3% 증가된다는 결과와 같이 반응조 내에서 용존 오존에 의한 직접 및 OH라디칼에 의한 간접반응에 의한 유기성 고형물과 접촉 효율이 높아져 가용화 효율 및 스컴 제거율도 높아지는 것으로 판단되며, 본 연구를 통해 소화슬러지의 회분식 오존반응 시 습식분쇄의 전처리 효과를 통해 후속 공정인 혐기성 소화의 효율을 증대시킬수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하수슬러지의 가용화 방법으로 오존을 이용 할 시에 발생되는 어려움은 무엇인가?	그러나, 오존을 이용한 슬러지 가용화 반응을 할 때 다량의 스컴이 발생되어 반응조 운영에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 오존 가용화 반응조 내 상부에 주로 스컴을 제거하기 위한 패들을 설치하는데, 이러한 방법으로는 스컴의 발생량을 줄이는데 한계가 있다8).
	오존의 특성은 무엇인가?	특히, 하수슬러지의 가용화 방법 중 하나인 오존은 직접적인 산화력 및 물과 반응에 의해 생성되는 OH 라디칼에 의한 간접반응이 동시에 일어나므로 슬러지 고형물을 산화 및 가용화하는 경제적으로 유용한 기술로 알려져 있다.
	하수슬러지를 자원화 하는 방법이 어려움을 겪고 있는 문제는 무엇인가?	이러한 하수슬러지 최종처리에 대한 한계로 퇴비 및 연료 등으로 자원화 이용 가능한 기술의 관심도가 증가하고 있다. 하수슬러지를 자원화 하는 방법에는 혐기성 소화, 건조 연료화, 탄화, 부숙화, 고화 등이 있으나, 대부분의 처리방법이 에너지 비용이 매우 높아 경제성이 떨어진다.

참고문헌 (10)

Ministry of Environment, 2010-2014 Statistics of Sewage. (2015).
Ministry of Environment, 2030 Leverage plan to Reduction and Biogas Production. (2012).
Pere, J., et al., "Characterization and dewatering of activated sludge from the pulp and paper industry", Water Science and Technology, 28(1), pp. 193-201. (1993).

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Weemaes, M., et al., "Anaerobic digestion of ozonized biosolids", Water Research, 34(8), pp. 2,330-2,336. (2000).

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Yasui, H. and Shibata, M., "An innovative approach to reduce excess sludge production in the activated sludge process", Water Science and Technology, 30(9), pp. 11-20. (1994).

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Onyeche, T. I., et al., "Ultrasonic cell disruption of stabilised sludge with subsequent anaerobic digestion", Ultrasonics, 40, pp. 31-35. (2002).

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Appels, L., et al., "Influence of microwave pre-treatment on sludge solubilization and pilot scale semi-continuous anaerobic digestion", Bioresource Technology, 128, pp. 598-603. (2013).

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Lee, Y.D., Cho, E.I., Hong, S.M., Ko, I.B., "Study on reduction effect of sewage sludge by ozone treatment with/without alkali addition", Journal of Korea Science and Technology, 14(3), pp. 19-26. (2006).
Hong, S. M., et al., "The Effect of wet milling on Ozonation Efficiency of Digested Sludge", Journal of Korea Society of Waste Management, 32(8), pp. 751-755. (2015).

상세보기
C. J., Park, et al., "Effect of suspended solids particle on mass transfer in vertical slurry flow", Journal of Korean Chemical Engineering Research, 30(4), pp. 450-4563. (1992).

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