분리막을 이용한 생물학적 처리 공정(MBR)은 과다한 에너지 사용, 제품의 높은 단가 등이 단점으로 지목되었으나, 제품 및 시스템 개선이 이루어지고 있는 추세이다. 그럼에도 불구하고 MBR 공정의 운영시 발생되는 대부분의 막 오염은 슬러지 특성에 따른 유기물 오염이라고 할 수 있다. 일반적으로 슬러지 여과능과 TMP 증가 기울기는 연관성이 높은 것으로 알려져 있으며 MBR 공정에서 분리막의 막오염 제어를 위해 슬러지 여과능은 중요한 관리 지표가 될 수 있다. 본 연구에서는 슬러지 여과능에 대해 colloid 물질, 특히 EPS 와 SMP 유분이 미치는 영향을 확인하고자 하였다.

본 연구는 냉동전처리 기술이 분리막 기반의 슬러지 탈수공정에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 냉동법은 응집법이나 원심분리법과는 달리, 슬러지 Cell lysis를 통해 Cell의 체액을 유출시킬 수 있음을 확인하였다. Cell lysis 이후 슬러지를 정밀여과법으로 분리하여 슬러지 탈수효율을 증가시키고자 하였으나, 냉동전처리로 인해 슬러지의 모세관 흡입시간과 여과소요시간이 약 13배 증가함으로써 슬러지 탈수효율이 감소하였다. 이는 슬러지로부터 방출된 유기물에 의한 슬러지 케이크 형성과 작은 슬러지 입자에 의한 세공차단현상에 의한 것이다. 적절한 공극 크기 및 슬러지 흡착에 내성을 갖는 분리막의 개발이 이루어 진다면, 냉동전처리와 분리막 공정의 혼성화기술은 슬러지 탈수에 적용 가능할 수 있을 것으로 보인다.

액상 바이오연료를 생산할 수 있는 하수슬러지는 자국의 에너지 안보와 지속가능한 생산이 가능하고 경제적인 원료로 여겨지고 있다. 열화학적 기술은 하수슬러지를 에너지화, 연료화할 수 있는 가장 효과적인 방법이다. 일반적으로 하수슬러지는 수분 함량이 80% 이상으로 높은 금속 함량과 14 ~ 20 MJ/kg의 발열량을 갖고 있다. 본 논문에서는 하수슬러지를 활용한 액상 바이오연료를 생산하는 열분해 반응, 전이에스테르화 반응, 초임계 반응 기술에 대해 살펴보고자 한다. 또한, 하수슬러지 유래 액상 바이오연료의 연료적 특성과 액상 바이오연료와 관련한 국내 법에 대해 검토하였다.

Phosphorus (P) is a limited, essential, and irreplaceable nutrient for the biological activity of all the living organisms. Sewage sludge ash (SSA) is one of the most important secondary P resources due to its high P content. The SSA has been intensively investigated to recover P by wet chemicals (acid or alkali). Even though H2SO4 was mainly used to extract P because of its low cost and accessibility, the formation of CaSO4 (gypsum) hinders its use. Heavy metals in the SSA also cause a significant problem in P recovery since fertilizer needs to meet government standards for human health. Therefore, P recovery process with selective heavy metal removal needs to be developed. In this paper some of the most advanced P recovery processes have been introduced and discussed their technical characteristics. The results showed that further research is needed to identify the chemical mechanisms of P transformation in the recovery process and to increase P recovery efficiency and the yields.

This study aimed to investigate the feasibility of improving dewaterability and settleability of sewage sludge using coagulation sludge. When mixed with sewage sludge and coagulation sludge at 1:1 ratio, capillary suction time(CST) and specific resistance to filtration(SRF) decreased by about 56% and 68%, respectively. It is found that total solids(TS) and volatile solids(VS) of mixing sludge are increased by about 59% and 53%, respectively. Also, the turbidity of the mixing sludge supernatant was reduced from 99 to 16 NTU. It is observed that the mixing of sewage sludge and coagulation sludge at 1:1 showed better effect than using poly-aluminum chloride(PAC) coagulant at 25 mg/L.

본 연구에서는 막결합생물반응조(MBR)공법을 비롯한 하수고도처리공법에서 유입하수량의 변화에 따른 슬러지 특성 변화를 파악하고자 하였다. 일 1.5톤을 처리하는 모형실험시설에서 설계유량 대비 유입하수량을 100, 70, 40, 10%로 변 화시켜가며 이에 따른 비탈질속도(specific denitrification rate)와 비질산화속도(specific ammonia oxidation rate)의 변화를 측 정하였다. 각 공법의 폭기조에서 채취한 슬러지의 비질산화속도는 유입하수량 100% 조건에서 세 가지 공법 모두 유사한 값 (0.10 gNH4/gMLVSS/day)으로 측정되었다. 유입하수량이 70%에서 40%로 감소함에 따라 비질산화속도가 크게 감소하는 경향을 나타냈다. 비탈질속도 역시 유입하수량이 감소함에 따라 최대 50%가량 감소하였다. 유입하수량이 감소할수록 비탈질속 도와 비질산화속도가 감소하는 경향을 나타냈으나 원수의 총질소 농도와 반응조 내 미생물 농도를 고려하면 질소제거율에 영향을 미칠 정도는 아니었다. 따라서 유입하수량이 감소하는 경우에도 반응조 내 미생물 농도를 높게 유지할 수 있다면 안정적인 질소 제거가 가능할 것으로 판단된다.

하⋅폐수 처리 기술은 종래 단순 오염물질 처리에서 에너지 및 자원 절약형의 고도처리 기술로 발전되고 있으며, 공공 수역으로의 오염 물질과 유독 물질 배출을 최소화하고 설치⋅운영의 효율성을 높이기 위해 IT 및 BT와 같은 다양한 기 술을 접목한 융합형 기술로 진화하고 있다. 국내 하⋅폐수 처리기술의 발전 추이를 살펴보기 위해 등록된 특허기술을 수집⋅ 조사하여 연도별⋅부문별로 분류하여 분석하였다. 본고에서 2010년~2017년 5월 간의 관련된 특허 등록 내용을 생물학적⋅ 물리화학적 처리공정, 장치 및 기기, 소재⋅제재, 슬러지처리, 분리막, 공정제어기술 등 10개 분야의 42개 세부 영역으로 나누 어 추세를 분석했다. 총 3,356건의 특허가 등록되었으며 2013년에 638건으로 최고치를 기록한 이후 다소 감소하여 연간 3~400여 건을 유지하고 있다. 등록된 특허 총 건수는 아직 다른 국가에 비해 적지는 않으나 공정 제어 및 기기 분야, 신개념 처리 기술과 같이 세계 시장을 선도할 수 있는 첨단 기술의 특허는 타 분야에 비해 미흡한 것으로 나타났다.

반 건조 소화 하수슬러지와 폐플라스틱을 혼합하여 파일롯 규모(85.3kg/hr)의 연속식 저온 (510℃~530℃) 열분해 실험을 하였다. 실험결과 열분해가스 발생량은 투입물 건량의 최대 68.3%, 발열 량은 40.9 MJ/Nm3 이었으며, 연속식 열분해에 따른 외기 유입율이 19.6%이었다. 오일은 투입물 건량 의 4.2%가 발생하였고, 저위발열량은 32.5 MJ/kg 이었으며 시설부식 등을 일으킬 수 있는 황과 염소의 함량이 각각 0.2% 이상이었다. 투입물 건량의 27.5%가 발생한 탄화물의 저위 발열량은 10.2 MJ/kg 이 었고, 용출시험 결과 지정폐기물에 해당하지 않았다. 열분해가스의 연소 배가스는 일산화탄소, 황산화물, 시안화수소 등의 배출농도가 특히 높았고, 다이옥신 (PCDDs/DFs)은 0.034 ng-TEQ/Sm3 로서 법적 기 준치 이내였다. 건조 배가스 응축으로 발생한 폐수는 수질오염물질 47개 항목 중 총질소, n-H 추출물질, 시안 등의 고농도 항목이 많아 전처리 후 하수처리장 등에서의 병합처리 방식을 고려할 필요가 있었다.

Several disposal processes for waste sludge from wastewater treatment plants such as landfill, ocean dump, incineration, reuse as fuels or fertilizers are practiced. However, ocean dumping is prohibited by international treat. New constructions of landfill sites or incineration facilities are limited by NIMBY and reuse processes are still suffering from low energy yield. Therefore, development of alternative processes for sludge disposal are currently needed. In this study, alternative technique for sludge solubilization using HVI (high voltage impulse) was suggested and verified experimentally. Sludge solubilization was carried out for 90 minutes using HVI discharge with peak voltage of 16 kV and pulse duration for 40 microsecond. About 3∼9 % of MLSS and MLVSS concentration were reduced, but the soluble COD, TN, TP of the sludge increased to 372 %, 56 % and 102 % respectively. It indicates that the flocs and/or cells of the sludge were damaged by HVI. These resulted in flocs-disintegration and cells-lysis, which means the internal matters were bursted out of the flocs as well as the cells. Thus, electrical conductivity in bulk solution was increased. All of the results verified that the HVI could be used as an alternative technique for sludge solubilization processes.

현재, 하수처리분야에서 MBR 공정은 대부분 침지식 분리막에 의존하고 있다. 하지만, 실제 적용현장에서는 유지관리 및 막오염 제어의 어려움 그리고 낮은 처리 flux로 인해 대안이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 침지식 MBR의 문제점을 보완하고자 가압식 분리막을 이용한 85m3/일 규모의 MBR 공정을 구성하여 운전 특성을 고찰하였다. 슬러지 원천감량 기술을 결합한 가압식 MBR공정은 분리막 내부로 MLSS와 공기를 동시에 주입함으로써 40~50 LMH의 높은 여과 성능을 나타냈을 뿐 아니라 약 60%의 잉여슬러지 감량효과도 보여 주었다.

Phosphorus is an essential and irreplaceable element for all living organisms and its resource is limited. Significant amount of used phosphorus is collected in sewage treatment plant as sludge. Sludge ash after incineration contains about 10% of phosphorus in dry mass basis, which is comparable to phosphate rocks, and it is an important source of phosphorus recovery. Acid and alkali were used to leach phosphorus from sludge ash and compared for their leaching kinetics and performance. Phosphorus leaching by NaOH was fast and 0.2 N and 2 N NaOH leached 49% and 56% of the total phosphorus in the sludge ash at the L/S ratio of 100. Phosphorus leaching by sulphuric acid and hydrochloric were very fast and most of the phosphorus was leached in 5 minutes. In case of sulphuric acid 95% of the total phosphorus in the sludge ash was leached by 0.2 N at the L/S ratio of 100 and 93% was leached by 1 N at the L/S ratio of 10. 1 N hydrochloric acid leached 99% of the total phosphorus at the L/S ratio of 10. The results showed acids were more effective than alkali for phosphorus leaching from sludge ash and hydrochloric acid leached more phosphorus than sulphuric acid.

This study focuses on the development of an alkaline leaching hydrometallurgy process for the recovery of tungsten from WC/Co hardmetal sludge, and an examination of the effect of the process parameters on tungsten recovery. The alkaline leaching hydrometallurgy process has four stages, i.e., oxidation of the sludge, leaching of tungsten by NaOH, refinement of the leaching solution, and precipitation of tungsten. The WC/Co hardmetal sludge oxide consists of WO3 and CoWO4. The leaching of tungsten is most affected by the leaching temperature, followed by the NaOH concentration and the leaching time. About 99% of tungsten in the WC/Co hardmetal sludge is leached at temperatures above 90oC and a NaOH concentration above 15%. For refinement of the leaching solution, pH control of the solution using HCl is more effective than the addition of Na2S·9H2O. The tungsten is precipitated as high-purity H2WO4·H2O by pH control using HCl. With decreasing pH of the solution, the tungsten recovery rate increases and then decrease. About 93% of tungsten in the WC/Co hardmetal sludge is recovered by the alkaline leaching hydrometallurgy process.

The purpose of this study is to produce the auxiliary fuel additives that will improve the heat value and reduce the odor of dried sewage sludge, an auxiliary fuel for power plants using process by-products. Through an odor analysis prior to the production of auxiliary fuel additives, it was confirmed that the main odor materials are Methylmercaptan, Acetaldehyde and Trimethylamine. Based on this, we measured the heating value on various processes by-products such as by-products of thermal power generation and by-products of refinery. In addition, the adsorption performance in the major odor material was evaluated. However, for Trimethylamine, it is very difficult to secure the reproducibility of the concentration of the standard materials as the standard material is liquid. Therefore, it was used Ammonia, which has basic property, to replace Trimethyamine. In the evaluation of various process by-products, the highest heating value in heavy oil fly ash was 5,575 kcal/kg, while in the adsorption performance evaluation, FCC was shown as having the best performance in adsorption, as it could adsorb 100% of Methylmercaptan, 47% of Acetaldehyde and 76% of Ammonia. We conducted an adsorption experiment after supporting a transition metal on the FCC in order to improve the adsorption capacity. As a result, it was confirmed the best efficiency when supporting the copper nitrate 0.5% on the FCC. Based on this result, the experiment was conducted to determine the optimal mixing ratio with a high heating value and odor reducing function using Heavy oil fly ash and FCC. The optimal mixing ratio was 90% of Heavy oil fly ash and 10% of FCC. Furthermore, it was found that the most economical performance and highest odor reducing efficiency was achieved when the mixing ratio was 90% of dried sewage sludge and 10% of auxiliary fuel additives.

본 연구에서는 하수슬러지 가용화를 위한 불용성전극을 개발하여 전기화학적 특성을 확인 하였다. 이리듐을 주촉매로 사용하여 하수슬러지 가용화에 적합한 촉매를 선정하여 내구성이 우수하고 하수슬러지 전기분해에 적합한 기능성 전극 실험을 진행하였고 다음과 같은 결과를 얻었다. 전극의 코팅 소성온도를 주 촉매인 Ir의 질량감소가 적고, 흡열반응 구간인 300℃부터 500℃까지의 범위로 선정하고 실험을 하였다. 실험결과 350℃에서 촉매의 효율성이 가장 우수하게 나왔다. 각각의 바인더 별(Ta, Sn, W) 실험에서도 350℃에서 가장 큰 촉매효율성이 나타났다. 바인더로 사용한 탄탈럼, 주석, 텅스텐 중 탄탈럼이 다른 금속보다 주 촉매의 특성을 그대로 유지시키며 전극의 효율성을 향상시키는 것을 확인하 였다. 50%IrO2 전극의 경우 1.4 V(vs. Ag/AgCl) 약 29 mA/cm2 의 전류가 발생하여 전극의 효율을 평 가하였다.

음식물류폐기물의 에너지 잠재량은 2,206 천TOE 임에도 대부분 사료화와 퇴비화로 약 85.5%가 재활용 되고 있으며, 해당 시설에서 생산된 제품 중 사료화는 72%, 퇴비화는 61%가 무상판매 되고 있다. 이에 본 연구는 음식물류폐기물을 반탄화 반응을 이용하여 연료화하고자 한다. 하지만 음식 물류폐기물만 단독으로 연료화 할 경우 연료적 가치가 낮아짐을 예방하고자 하수슬러지를 일정 비율로 혼합하여 진행하였다. 음식물류폐기물과 하수슬러지의 혼합비율은 10:0, 8:2, 6:4, 5:5로 하였다. 실험 결과 혼합 비율에 상관없이 반응온도 240℃이상에서 함수율 10% 이하로 감소하는 것을 확인 할 수 있 었다. 고정탄소의 경우 반응온도가 높아질수록, 하수슬러지의 비율이 높아질수록 증가하였으며, 초기 1.1%에서 최대 약 36% 로(혼합비율 6:4, 반응온도 270℃) 측정 되었으며, 발열량의 경우 반응온도 24 0℃부터 고형연료제품기준인 3,000Kcal/Kg 이상에 만족하는 발열량을 나타내었으며, 초기시료보다 약 6 배 정도 증가한 발열량을 얻을 수 있었다. Van krevelen Diagram이 Lignite 범위까지 이동하였으며, 슬 러지 혼합비율이 높아질수록 높은 연료비와 5,500Kcal/kg 이하의 연소성지수를 얻을 수 있었다. 하수슬 러지 혼합 비율이 높아질수록 발열량은 감소하지만, 고정탄소 함량 증가, 연료비 개선 등으로 음식물류 폐기물만 단독 고형연료화 한 것 보다 연료로써의 품질이 좋아지는 것을 확인 할 수 있었다.

본 연구는 잉여슬러지와 차아염소산나트륨을 혼합하여 제조한 차아염소산나트륨 처리 슬러지를 침지형 분리막이 설치된 생물반응조에 주입하여 수처리 미생물에 기질을 공급하고 수처리에 적합한 pH와 알칼리도를 유지함으로써 응집제 주입 없이 방류수의 총질소 농도 20 mg/L, 총인 농도 0.2 mg/L 이하로 처리할 수 있는 MBR 하수처리공정을 개발하였다. 개발된 공정은 별도의 응집제 주입 없이 질소와 인의 법적 방류수 수질기준 을 만족하였고, 향후 하수처리장 약품비용 절감에도 기여할 것으로 기대된다.

본 연구에서는 산기량의 변화에 따른 임계 투과유속을 투과유속단법으로 측정하였다. 유효 막 면적이 85 cm2이고 공칭 세공크기가 0.4 μm인 중공사형 막모듈을 MLSS 5,000 mg/L인 활성슬러지 수용액에 침지시켜 투과 실험하였다. 산기시 키지 않을 경우 임계 투과유속은 15.2 L/m2⋅h로 측정되었으나 산기량을 100에서 1,000 mL/min까지 증가시키면 임계 투과 유속이 20.6에서 32.5 L/m2⋅h까지 크게 상승하였다.

정수슬러지를 탄화 및 활성처리하여 흡착제를 제조하였으며, 이를 이용한 황화수소 흡착특성을 고찰하였다. 제조 된 흡착제에 대한 BET측정 및 SEM 등 물성분석을 실시하였으며, 황화수소를 대상으로 회분식의 흡착평형실험 을 실시하였다. 실험변수로는 활성처리시 적용되는 약품종류 및 농도 등이 적용되었다. 실험결과, 정수슬러지는 탄화나 약품첨착과정을 통해 커다란 성능 향상이 이뤄짐을 알 수 있었다.

This study was carried out to recommend the recycling technology from the organic wastes generated in the neighborhood of a dam in Kroea. The order of production of the organic wastes without the suspended materials and energy corps are Chungju-dam(649.9 ton/day), Daechung-dam(525.1ton/day), Hapcheon-dam(485ton/day), Namgang-dam(478ton/day), and Soyang-dam(246.4ton/day). Because livestock excretions and nightsoil were composed of 72 to 93% of the total organic wastes, they should be proferly reflected in the plan of recycling. It was investigated that the biodegradability was 40~80%, biogas production, 0.22~1.70m3/kg VS, methan production, 0.15~1.07m3/kg VS, and methan contents, 63~79%, respectively, in case of the livestock excretions, which constituted over than 50% of organic wastes. Therefore, the appropriate technology for the recycling of organic wastes can be considered anaerobic co-digestion; this technology can create high added value because of using the fuel for new regeneration enery. SCFMR(Semi-Continuously Fed and Mixed Reactor) for an anaerobic digestion reactor was suited for the treatment of organic wastes because the retention time was relatively constant, compared to CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor), power consumption was small, and operation and management of reactor was easy and economical.