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국내 하수슬러지는 2013년 기준 전국 569개 하수처리시설에서 약 3,531 천톤/년이 발생하고 있으나, “런던협약 ’96의정서”로 인해 2012년부터 해양투기가 전면금지 됨에 따라 하수슬러지의 최종 처분을 위한 다양한 논의 및 연구가 활발히 이루어지고 있다. 슬러지 처리방안 중 국내에서는 폐기물관리법 시행규칙이 개정(‘09.8.7)됨에 따라 공공하수처리시설에서 발생하는 하수슬러지 중 발열량이 에너지회수 기준에 적합하고 환경에 문제가 없는 경우에는 화력발전소에서 5%이내로 석탄연료와 혼합하여 연료로 사용할 수 있게 되었다. 슬러지의 건조 공정은 건조 방식에 따라 직접건조와 간접건조 방식으로 나눌 수 있으며, 건조방법에 따라 기류건조, 원심박막건조, 열풍 회전건조, 다단건조, 열매체건조 방법 등으로 구분할 수 있다. 건조기 형식에는 유동상 건조기, 드럼건조기, 디스크 건조기, 패들 건조기 등이 있다. 건조슬러지를 연료로 재활용하기 위해서는 함수율 10% 이하까지 건조해야 하며 일반적인 건조 연료화 공정에서는 함수율 80% 내외의 탈수슬러지를함수율 10%까지 낮추도록 하고 있다. 그러나 기존 건조 방식과 같이 슬러지의 함수율을 80%에서 10%로 낮추기 위해서는 상당량의 화석연료가 소모되어야 하며, 이는 경제적 문제뿐만 아니라 슬러지를 연료로 활용함으로써 얻게 되는 온실가스 감축효과를 상쇄시키는 문제점이 있다. 또한 함수율 40~60%구간은 최대점성구간(Glue zone)으로 슬러지가 건조되어 함수율이 40~60%에 도달하게 되면 슬러지의 뭉침 현상이 발생하여 열 전달 감소 및 점성 증가로 인하여 건조 효율이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 처리용량 약 4톤/일의 pilot plant를 설치하여 자체 개발한 고압 프래스 탈수기와 패들 건조기를 이용한 슬러지 건조시스템의 성능을 평가하고자 하였다. 우선 슬러지를 탈수하기 전에 톱밥, 건조슬러지 등의 부형재를 슬러지와 혼합하여 슬러지의 뭉침 현상을 근본적으로 억제하여 함수율 40~60% 구간에서도 뭉침이 발생하지 않도록 하였다. 실험결과 최적 부형제 혼합비율은 1(슬러지):0.4(톱밥)로 분석되었다. 부형재와 혼합된 슬러지는 시스템 전단에 설치된 고압 프레스 탈수기에 투입되어 함수율 80% 내외의 슬러지에 약 30kgf/cm²의 압력을 가해 함수율 40~50%로 낮추도록 하였다. 이때 고압 프레스 탈수기의 탈수효율을 증대시키기 위하여 일방향 탈수 방식이 아닌 양방향 탈수 방식을 적용하였으며, 기존 일방향 탈수 대비 탈수효율을 약 25%증대시킬 수 있었다. 탈수된 슬러지는 패들형 건조기에 투입하여 함수율 10% 이하의 건조연료로 생산하며, 이때 건조기 내의 교차된 패들이 회전하면서 슬러지를 이송하고 패들의 내부에 스팀이 공급되어 패들 표면의 복사열을 통해 이송물의 건조가 순차적으로 이루어지도록 하였다. 본 실증 실험결과 건조기 투입 슬러지의 함수율을 40~50%까지 낮춤으로 인해 건조기 체류시간 및 화석연료 사용량을 감소시킬 수 있었다. 또한 고압 프레스 탈수기 운전 시 탈수효율의 개선을 위해 부형제로 톱밥을 사용하여 기존의 건조 방식과 비교하였을 때 부형제로 투입되는 톱밥의 비용 및 고압 프레스 장치의 전력 사용량을 고려하더라도 경제성 확보가 가능하였고, 건조효율 개선 및 건조 시간 단축의 우수성이 있는 것으로 나타났다.
