고도의 산업발달과 그에 따른 경제규모의 팽창은 방대한 양에 달하는 각종 유해물질의 발생을 가져왔으며 결국 이에 대한 처리능력의 한계와 함께 심각한 환경오염문제를 야기하고 있다. 특히, 악취 및 VOC 등은 규제가 강화됨에 따라 좀 더 엄격한 관리가 요구되고 있다. 이중에서 폐기물 매립장, 석유화학공업, 바이오가스정제 시설, 암모니아공업, 하수처리장 등 광범위하고 다양한 곳에서 발생하고 있는 황화수소(H2S)는 달걀 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 악취가스로 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 중추신경마비 등을 일으키는 위해성이 큰 기체로 분류되고 있어 이의 효율적인 처리방안 모색이 당면한 과제로 부각되고 있다. 한편, 우리나라의 정수처리장에서 발생하는 정수슬러지는 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입 등으로 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수슬러지처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성있는 정수슬러지 활용기술개발이 시급히 요청되고 있다. 본 연구에서는 정수슬러지를 소재로 수열반응 및 약품을 첨가하여 슬러지흡착제를 제조하고, 이에 대한 물성분석과 재생특성을 평가하였다. 물성분석은 화학적인 성분 분석과 BET, SEM분석을 토대로 하였다. 슬러지흡착제의 재생은 활성처리를 통해 이뤄졌으며, 재생성능실험은 황화수소를 대상으로한 batch식 흡착평형실험을 통해 실시하였다. 실험결과, 정수슬러지는 활성처리과정을 통해 기공의 확대와 함께 비표면적이 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한, 슬러지흡착제를 활성처리하여 재생시킬 경우 악취(황화수소)에 대한 흡착능이 30~40% 범위에서 복원되는 것으로 나타나 재활용이 가능할 것으로 판단되었다.

고도의 산업발달과 그에 따른 경제규모의 팽창은 방대한 양에 달하는 각종 유해물질의 발생을 가져왔으며 결국 이에 대한 처리능력의 한계와 함께 심각한 환경오염문제를 야기하고 있다. 특히, 악취 및 VOC 등은 규제가 강화됨에 따라 좀 더 엄격한 관리가 요구되고 있다. 이중에서 폐기물 매립장, 석유화학공업, 바이오가스정제 시설, 암모니아공업, 하수처리장 등 광범위하고 다양한 곳에서 발생하고 있는 황화수소(H2S)는 달걀 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 악취가스로 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 중추신경마비 등을 일으키는 위해성이 큰 기체로 분류되고 있어 이의 효율적인 처리방안 모색이 당면한 과제로 부각되고 있다. 한편, 우리나라의 정수처리장에서 발생하는 정수슬러지는 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입 등으로 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수슬러지처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성있는 정수슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다. 본 연구에서는 정수슬러지를 소재로 수열반응 및 약품을 첨가하여 슬러지흡착제를 제조하고, 이에 대한 물성개선과 악취제거 성능을 평가하였다. 물성개선은 화학적인 성분분석과 BET, SEM분석을 토대로 하였으며, 악취제거특성은 시료(황화수소)를 대상으로한 batch식 흡착평형실험을 통해 이뤄졌다. 실험결과, 정수슬러지는 활성처리과정을 통해 기공의 확대와 함께 비표면적이 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한, 정수슬러지를 활성처리할 경우 악취(황화수소)에 대한 흡착능이 30∼50% 범위에서 향상되는 것으로 나타났으며, 전체적으로 활성탄대비 비교적 양호한 평형흡착능을 갖는 것으로 밝혀졌다.

본 연구에서는 혐기성 소화가스(바이오가스)에 포함되어 있는 황화수소를 제거하기 위하여 연간 100만톤씩 발생하고 있는 정수슬러지를 사용하여 최적의 흡착제를 제조하고 제조된 흡착제의 흡착성능을 확인하고자 하였다. A시 산업단지에서 발생되는 식음료 슬러지 및 환입제품을 이용한 혐기성 소화공정에서 발생되는 바이오가스 중 황화수소를 제거하기 위해 고정층 연속흡착실험을 90일 동안 수행한 결과, 입상형 일반야자계 활성탄(GAC)의 경우 단위 흡착제 kg당 황화수소 제거량은 164.30g H2S/kg GAC으로 나타났다. 한편 정수슬러지를 활용하여 개발된 흡착제(DES-1000)를 이용한 경우, 단위 흡착제 kg당 황화수소 제거량은 180.18g H2S/kg DES-1000로 나타난 입상활성탄보다 흡착능이 우수함을 알 수 있다.

전국 정수처리장은 624개소이며 이곳의 전체시설용량은 약 2,775만톤/일으로서 상수생산량은 1,579만톤/일이다. 정수슬러지의 발생량은 1,479톤/일에 이르고, 상수원의 오염과 고도정수시설의 도입에 따라 매년 증가하고 있으며 발생하는 슬러지 케이크는 매립, 해양투기, 재활용에 의해 처분되고 있다. 매립은 매립지 확보의 어려움으로 거의 중단된 상태이고, 처리비용이 상대적으로 저렴한 해상투기의 경우는 해양오염방지법 시행규칙 개정으로 2013년부터 모든 폐기물은 해양배출이 금지되어 재활용에 의해 처리되어야 하는 실정이다. 따라서 이를 자원화하게 되면 처리비용을 절감하고 매립장의 수명을 연장함과 동시에 2차 환경오염원을 차단하는 효과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 정수슬러지의 고효율, 저비용 및 친환경적인 재활용 기술개발이 절실함에 착안하여 정수슬러지를 인산으로 수열반응 하거나 알루미노실리케이트 흡착제를 수열합성하고, XRD, SEM, FT-IR, BET, XRF, TGA 등을 이용하여 물성분석을 수행하였다. X-선 회절분석 결과 정수슬러지는 α-quartz 또는 Berlinite 결정구조를 나타내었으며, 정수슬러지와 인산으로 수열반응시킨 시료의 비표면적은 각각 104.7, 88.5 m²/g 이었다. 정수슬러지를 원료로 하여 알루미노실리케이트를 합성하는 경우 90℃에서 5시간 수열합성한 시료가 가장 높은 결정성을 나타내었으며, Pb2+, Cd2+ 이온에 대해 흡착성능을 평가한 결과 약 97% 이상의 높은 제거효율을 나타내었다.

황화수소는 환경기초시설뿐만 아니라 산업현장에서 발생되는 암모니아와 함께 대표적인 악취물질중의 하나로 알려져 있으며 사람에게 불쾌감을 주지 않을 정도로 일반대기중의 농도를 규제하려면 적어도 3 ppm 이하의 농도가 되어야 한다. 일반적으로 황화수소를 제거하기 위해서 금속산화물을 흡착제로 이용하는 것으로 많이 알려져 있는데 구리, 아연, 망간 등의 금속산화물을 이용하여 만든 황화수소 제거 흡착제에 대한 연구가 수행되었으며 특히 산화철을 이용한 흡착제가 황화수소 제거성능과 재생성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 흡착제 제조과정을 Fig. 1에 나타내었다. 건조시킨 레드머드 분말에 태성건설(주)에서 제조, 시판되고 있는 DEN-01 AlPO₄계 제올라이트 분말을 결합제 및 흡착효율 향상을 위해 무게비로 약 30% 혼합하여 증류수를 첨가하여 반죽을 하고 소형 성형기를 이용하여 ∮4 mm, 길이 5 ~ 10 mm의 펠렛으로 제조하였다. DEN-01 AlPO₄계 제올라이트 분말은 정수슬러지의 무기질성분 중 SiO₂, Al₂O₃가 약 50 ~ 60% 정도 함유되어 있는 점을 감안하여 인공 제올라이트로 전환한 것으로 본 연구에서 기존 문제점을 보완하고자 Red Mud를 활용해 입상형 흡착제를 제조하였는데 본 연구결과 황화수소의 파과시점을 초기 농도 10% 검출되었을때로 보고 제조된 흡착제는 4.7 g H₂S/흡착제 g으로 나타남으로서 수입에 의존하는 펠렛형 활성탄을 대체할 수 있는 잠재력을 갖고 있는 것으로 판단되며 이에 악취관리법에서 정하는 악취종류별 제거능을 평가하는 추가실험이 필요할 것으로 판단된다.

총인슬러지(total phosphorus sludge)라 함은 기존 하수처리시설의 최종침전지 후단에 급속응집침전지를 설치하고 alum 이나 PAC를 투입하여 AlPO4, Al(OH)3 및 SS반응물로 침전시켜 총인을 제거할 때 발생되는 슬러지를 말한다. 총인슬러지의 처분시 기존의 소각처분방법은 알루미늄의 신터링(sintering)현상 의해 소각로 파손문제가 발생하고 매립의 경우, 하수를 1만톤 이상 처리하는 시설에서 발생되는 슬러지는 직매립 금지와 매립지 확보의 어려움, 침출수 생성에 대한 2차 환경오염을 유발하는 문제점이 있다. 또한 퇴비의 경우도 알루미늄 이온에 의한 식물뿌리 고사현상을 일으키므로 부적절한 처분방법이다. 이에 본 연구에서는 연간 600천톤 이상 발생되는 총인슬러지를 활용하여 알포계 제올라이트인 bead형과 pellet형의 입상형 흡착제를 개발하여 알카리성 악취를 제거할 수 있는 흡착제로서의 가능성을 확인하고자 한다. 수질환경지표의 변화와 정책변화로 인해 년간 60만톤 이상 발생되는 총인슬러지를 활용한 암모니아와 TMA 흡착능 평가는 다음과 같은 결과를 도출하였다. 1. 총인슬러지 성분 분석 결과, Al2O3가 약 26%로 나타나 AlPO4계 제올라이트형 다공성 입자를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 가용성 P2O5의 함량이 9.83%로 나타나 인산비료로서의 활용도도 있을 것으로 판단된다. 2. 총인슬러지를 활용한 흡착제의 분말입자의 크기는 대부분 10 ㎛이하이며, 세공은 0.02 ㎛와 10 ㎛에 대부분 분포하여 첨착활성탄의 입도분포와 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한, A/C, B-TPS 및 P-TPS의 물리화학적 특성 중 비표면적과 micropore 용적, feedpore용적이 모두 비슷하게 나타나 활성탄 대체제로서의 가능성이 있음을 알 수 있다. 3. B-TPS, P-TPS의 알카리성 악취(TMA, NH3) 흡착능 평가실험 결과, 파과시간과 단위중량당 흡착량이 A/C보다 3~4배 증가하는 것으로 나타나 흡착성능이 매우 우수함을 알 수 있다.

This study was performed to evaluate the removal feasibility of nitrogeneous malodor compounds using AlPO4 zeolite manufactured by total phosphorus sludge (herein after TPS), which was produced from sewage treatment plant. Adsorbents in this study were activated carbon treated by H3PO4 (herein after AC), bead (herein after B-TPS) and pellet type adsorbents (herein after P-TPS) manufactured from total phosphorus sludge which was generated from sewage treatment plant. The breakthrough time of AC for ammonia gas (herein after NH3) removal was approximately 320 min, while those of BTPS and P-TPS were 1,140 min and 820 min, respectively. For trimethylamine (herein after TMA) removal, the breakthrough time of AC was 400 min, B-TPS and P-TPS were 1,180min and 1,100 min, respectively. From the results, it judged that adsorbents produced by TPS could be used to replace AC.