[논문]토양생물을 이용한 환경보전형 하수슬러지 처리 기술 개발 및 활용

윤지훈; 김부생; 권형준; 김종인; 권영택

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윤지훈 (경남대학교 환경공학과) , 김부생 (경남대학교 환경공학과) , 권형준 (경남대학교 환경공학과) , 김종인 ((주)장춘) , 권영택 (경남대학교 토목환경공학부)

1) 지렁이를 이용한 하수슬러지의 분변토화 공정에서 실험실 규모의 처리에서는 장기간의 부숙 기간이 필요하였으나 개방된 대형 비닐하우스 시설을 사용한 처리 시스템에서는 전처리 공정의 생략이 가능하였다. 2) 하수슬러지의 이화학적 특성을 분석한 결과 지렁이 생육 조건은 만족하였으나 중금속 함량은 부숙토 원료기준을 초과하는 경우가 있었다. 3) 인위적으로 사육상 온도 조절이 없는 비닐하우스내 사육상의 온도는 기상 조건의 영향을 직접 받고 있으므로 계절별로 슬러지 처리기간 및 지렁이 성장밀도에 차이를 나타내었다. 4) 지렁이를 이용하여 하수슬러지를 처리하고자 할 때 유해성분에 의한 지렁이의 생육에는 문제가 없었다. 그러나 슬러지와 분변토의 중금속 함량을 부숙토의 원료기준 및 제품기준과 비교하였을 때 기준을 초과하는 경우가 있었다. 따라서 지렁이를 이용하여 하수슬러지를 처리하고자 할 때 원료 및 분변토의 특성개량과 재활용성을 높이기 위하여 부원료의 개발과 활용이 필요하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 수분함량과 유기성분이 많고 위생적인 문제와 해양투기의 제한 및 소 각처리에 의한 2차적인 환경오염을 유발시키는 하수처리장 슬러지의 재활용 가능성을 정밀분석하고, 기존 연구들에서 제시하고 있는 장기적인 부숙 공정(이성호; 2001, 손희 정, 1998; 손태호, 1997)을 생략한 실증 플랜트 규모의 처리공법과 생산된 분변토의 활용 방안을 모색하였다.

제안 방법

5m크기의 실험용 사육상에서 M하수슬러지와 제지슬러지(100:0, 75:25, 50:50, 25:75(W/W)), H하수 슬러지와 제지슬러지(100:0, 75:25, 50:50, 25:75(W/W))를 각각의 비율로 혼합하여 실험을 실시하였다. 그리고 실험 기간은 슬러지의 연속처리 여부를 판단하기 위하여 2월, 5월, 8 월, 10월에 각각 실험을 실시하였다.
사육시설은 16mX50mx6m(WxLxH) 규모의 비닐하우스 내에 2mXlmX0.5m크기의 실험용 사육상에서 M하수슬러지와 제지슬러지(100:0, 75:25, 50:50, 25:75(W/W)), H하수 슬러지와 제지슬러지(100:0, 75:25, 50:50, 25:75(W/W))를 각각의 비율로 혼합하여 실험을 실시하였다. 그리고 실험 기간은 슬러지의 연속처리 여부를 판단하기 위하여 2월, 5월, 8 월, 10월에 각각 실험을 실시하였다.
전처리 공정을 생략한 하수슬러지의 지렁이 급이성 판단과 생산된 분변토의 활용 가 능성을 판단하기 위해 시료의 이화학적 특성(함수율, pH, EC, 염분도, VS, TKN, P2O₅, TOC, 중금속) 및 지렁이 증식 밀도의 변화를 측정하였다.
하수슬러지를 급이한 사육상의 적정 처리 여부를 관찰하기 위하여 pH, 온도, EC, 염 분도 등을 3일 간격으로 측정하였다. 지렁이 생육에 적합한 온도는 15~25℃을 범위로 알려져 있다(고재경, 1992).

대상 데이터

시료는 슬러지의 이화학적인 특성을 고려하여 도시 하수를 처리하는 M하수처리장의 슬러지, 읍면단위 하수를 처리하는 H하수처리장의 슬러지 그리고 이미 많은 연구결과에 의해 처리가 입증된 제지슬러지 사용하였다.
지렁이는 우리나라에서 슬러지 처리에 일반적으로 사용되는 붉은줄지렁이(Eisenia Andrei)^: 사용하였다.

성능/효과

또한 하수슬러지를 처리하고자 할 때 처리 효율을 높이기 위해서는 지렁이가 건강한 상태로 증식이 왕성해야 하기 때문에 처리 전후의 지렁이 밀도 변화를 측정한 결과 대부분의 사육상에서 증가한 경향으로 나타났다.
환경부 부숙토 기준은 VS 25% 이상, 염분 1% 이흐卜, VS/N 50이하 그리고 유해 중금속인 Pbe 가 등급 150 ㎎/㎏이하, 나 등급 225 ㎎/㎏이하, Cde 가 등급 5 ㎎/㎏이흐卜, 나 등급 8 ㎎/㎏이흐}, Cu는 가 등급 500 ㎎/㎏이하, 나 등급 750 ㎎/㎏이하, (次은 가 등급 300 ㎎/㎏이흐]', 나 등급 370 ㎎/㎏이하, As는 가, 나 등급 모두 50 ㎎/㎏이하 그리고 Hg는 가 등급 2 ㎎/㎏이하, 나 등급 3 ㎎/㎏이하 로 규정되어 있다. 이러한 기준들을 발생된 분변토의 측정 결과와 비교하였을 때 VS, 염분 그리고 VS/Ne 모두 기준을 만족하였다. 그러나 분변토의 중금속 함량을 환경부 기준과 비교하였을 때 Pb, Cd, Hg 등의 함량이 기준을 다소 초과하는 경우가 있었다.
장기간 부숙 공정을 생략한 하수슬러지에 대하여 지렁이의 생육 가능여부를 판단하기 위하여 하수슬러지 단독 및 제지슬러지와의 혼합 시료의 이화학적 특성을 조사한 결과 함수율은 74.1-84.8%, pH는 5.79-8.46, EC 599-1, 730 “s/cm, 염분 0.14~0.45%, VS 49.01-71.30%, TOC 18.33~ 35.22%, TKN 1.70-4.91%, P2O₅ 0.60~6.39%로써 지렁이 생육 적정 범위였다.

후속연구

그래서 슬러지의 처리와 자원재활용 수단으로서 지렁이를 이용한 하수슬러지의 처리 는 자원이 부족한 우리나라의 여건에 알맞은 처리 방법으로서 생산된 분변토는 매립장 복토제, 토양개량제, 원예용 상토 및 부산물 비료 등으로 재활용 할 수 있을 것이다. 슬 러지의 재활용은 매립, 소각 또는 해양투기에 따른 환경오염을 줄이는 것은 물론 분변토 의 판매로 재활용 사업자의 경제적인 이익 창출과 슬러지 처리에 따른 지방자치단체의 처리비용을 경감시킬 수 있는 방법이기도 하다.

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