기후 변화가 가속화되어 국내에서는 국지성 호우가 증가하는 추세이며, 이에 대해 도심지역 토지의 불투수층이 증가하여 도로 유출수, Combined Sewer Overflows(이하 CSOs라고 한다.) 등 도심에서의 비점오염원에 의하여 하천 수중생물의 폐사, 부영양화, 대장균 및 병원성 미생물의 증가, 중금속 오염 등의 방류 수계에 타격을 줄 수 있기 때문에 이에 따른 환경오염 문제가 대두되고 있다. 그 중에서도 CSOs는 합류식 하수도 시스템에서 강우 시에 처리시설을 거치지 않고 하천이나 해안 등의 수계로 직접 방류되는 경우를 의미하며, 해당 오염 부하량은 강우의 지속시간 및 강우량에 큰 영향을 받는다. 이 때 합류식 하수관로에서는 관로 내부의 퇴적물이 강우 초기에 유출되는 초기세척효과(first flush effect)에 의해 강우 초기에 오염부하량이 높은 값으로 유출된다. 이런 CSOs에 대하여 현재 국내에는 3Q로 차집한 용량에 대하여 2Q의 월류수를 스크리닝 및 완충저류로 이루어진 간이처리만을 통하여 수계로 배출되고 있는 실정이다. 이러한 CSOs의 주된 오염물질은 입자성 물질이 가장 큰 비율을 차지한다. 환경부에서 제시한 임의의 도시지역 하수 평균 SS는 60 mg/L의 값을 나타내는데 강우 초기의 CSOs의 SS는 1,936 mg/L의 값으로 고농도의 값을 나타낸다. 이러한 입자성 물질을 제거해 줌으로써 입자성 물질에 영향을 받는 다른 항목에 대해서도 그 농도를 낮출 수 있다. 이에 본 연구에서는 CSOs의 입자성 물질을 제거하기 위한 공정으로 여과(filtration)방법을 선정하였으며, 여과용 담체로는 폐유리를 발포시켜 제조한 여재를 사용하였다. 여과속도 및 여과층 구성에 따른 SS제거효율 및 폐색된 여재의 효율을 복구시키기 위한 역세척 조건에 따른 역세척 효율에 대해 알아보고자 하였다.

The effect of mixed oil on the drying characteristics of sewage sludge in oil vacuum evaporation systems was studied. The experimental results showed that the drying rate with cooking oil was faster than that with refined oil due to the difference of thermal conductivity and composition of mixed oil. However, the heating value of all dried sludge was enhanced and the moisture content was below 1% due to penetration of oil into the microbial cells in sludge during the drying procedure. TGA analysis of sludge mixed with the refined oil, which had a higher volatility, showed the slope of the primary falling period was sharply declined. The result of DTA analysis also showed that the first peak was higher than the second peak and corresponded with the phenomena observed in the TGA analysis. In the DTA analysis, the temperature of the primary peak and the secondary peak of dried sludge were comparatively lower than those of raw sludge. Therefore, mixed oil could decrease the self-ignition temperature in an oil-sludge mixing system. In case of waste cooking oil, the TGA and DTA results showed similar results to those of raw sludge, but the DTA results showed that the secondary peaks of dried sludge were narrower and sharper than those of raw sludge. Overall, mixing oil could be a principal factor in controlling the drying efficiency and thermal properties of sludge-derived fuel in oil vacuum evaporation systems.

This study was performed to find the effect of Enteromorpha prolifera as a biosorbent on the removal of heavy metals such as lead, copper, zinc and cadmium from the synthetic wastewater. The biosorption experiment was conducted using biomass of dried Enteromorpha prolifera, which has caused environmental pollution issues in oceans and lakes. To find the physico-chemical characteristics and adsorption capacity, parameters such as biosorbent dosage, initial heavy metal concentration, pH value of solution, contact time which influence the effects on heavy metals removal were changed and the optimum values were found through batch test. The experimental results showed that the sequence for adsorption capacity of heavy metals by Enteromorpha prolifera was Pb2+> Cu2+> Cd2+> Zn2+. The optimum conditions of pH, contact time and dosage of biosorbent were pH 5.0, 60 min. and 0.5 g/L, respectively. As initial heavy metal concentration increased, the adsorption capacity increased up to 17.53 mg/g for Pb with 98% removal efficiency. From the adsorption thermodynamic and kinetic analysis, the biosorption pattern of Pb, Cu, Zn and Cd was well described using Freundlich and Langmuir sorption isotherm with their R2 values of 0.99 and 0.97, respectively. The sorption kinetics followed pseudosecond order kinetic models and thus supported chemical sorption rather than internal diffusion. The work clearly indicates the potential of using Enteromorpha prolifera as an excellent adsorbent for heavy metal removal in industrial wastewater.

최근 산업의 발달로 산업폐수가 다량으로 발생됨과 더불어 방류수내 유독성 중금속으로 인해 수생태계에 악영향을 미치고 있으며 또한 인체 내에 축적되는 성질을 가지고 있다. 이러한 중금속 제거에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나 효과적인 처리에는 한계점을 나타내고 있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 방법으로는 화학첨전법, 이온교환법 등이 이용되고 있으나 완전한 중금속 제거가 어렵고 많은 약품이 필요하며 고독성의 슬러지가 발생하는 단점이 있다. 생물흡착제로서 미세 해양 조류, 미생물 및 효모 등을 이용한 중금속 흡착연구가 진행되어 왔는데, 이중에서도 조류를 이용한 방법이 가장 경제적이고 효율적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 해양에 널리 분포성장하고 있는 조류 중 감태를 이용하여 중금속 흡착실험을 수행하였는데, 이러한 조류 감태는 최근 기후변화 및 부영양화 현상으로 인하여 2007년부터 여름철에 한국과 중국 연해인 황해에서 대량 번식하여 2014년에도 감태 최대 분포면적이 50,000 km²에 이르는 것으로 보고되고 있다. 현재 감태는 식용을 제외하고 일부 가축 사료로도 활용되지만 대부분 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 감태(Enteromorpha prolifera)를 이용한 중금속 흡착능을 평가하여 대부분 폐기물로 처리되고 있는 감태의 활용방안을 모색하고자 하였다. 비활성 감태의 물리화학적 특성 파악 및 금속이온 공존상태에서의 흡착능을 검토하기 위해서 감태를 건조한 후 분말로 만들어 batch test를 하였으며, Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ 등 4종의 중금속을 대상으로 흡착 실험을 수행하여 적정 투입량, pH, 온도 및 반응시간변화에 따른 최적 조건을 도출하고자 하였다. 또한 해조류 중 다시마 등과의 흡착능을 비교해 보았다. 흡착실험결과, pH는 1~11변화에 따른 흡착능을 비교해 본 결과, pH 5에서 가장 높은 흡착효율을 나타내었으며, 온도는 10~30℃ 범위내에서 실험해 본 결과, 최적 흡착 조건은 20℃로 나타났다. 또한 생물흡착제의 종류에 따라 금속의 흡착율 뿐만 아니라 금속의 선택적인 흡착까지도 명확하게 다른 것으로 나타났다. 중금속 종류별 흡착능력은 Pb2+>Cu2+>Cd2+>Zn2+순이었으며, 감태는 Pb2+, Cu2+이온에 대한 흡착율이 최대 95% 및 82%로서 높은 제거효율을 보였으며, 다시마는 각각 92%, 77%의 흡착율을 나타내었다. Zn2+과 Cd2+이 함유되어 있는 폐수에 대해서는 다시마가 감태보다 오히려 흡착능 효율이 더 좋은 것을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 생물흡착제 감태의 중금속 흡착 제거 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 조류의 활용과 더불어 생물흡착제로서 중금속 흡착제거에 활용될 수 있을 것으로 판단된다

This study was performed to evaluate the drying characteristics of food waste in oil vacuum evaporation system withdrying conditions and composition of food waste. The food waste was collected and separated into 4 categories such asvegetables, fruits, grain (rice), meats and others. which composition were 41.9%, 26.7%, 2.8%, 25.5% and 0.4%,respectively. Each food waste separated was dried and compared its characteristics in the same condition of vacuumpressure (−450mmHg), temperature (110oC) and mixing ratio (oil:food waste=1:1) for 90min of drying period. Theexperimental results showed that the moisture contents of dried vegetables, fruits and meats were less than 10%. Howeverthe grain was hard to be dried which moisture content was much high as 24.5%. This high value of the grain was thoughtdue to the viscosity of grain which prohibit oil penetration and water vaporization during drying process. In order tocompare drying characteristics with operating parameters, vacuum pressure, temperature and mixing oil type were changed.The operating temperature and vacuum pressure were major sensitive parameters. As the temperature increase and thepressure lower, the drying rate of food waste was increased and its efficiency was also improved. Especially, the moisturecontent of dried food waste was lower than 5% which was satisfied SRF standard 10% at the temperature over 110oC.Compared the effect of mixing oil type, waste cooking oil was more effective than refined oil in viewpoint of dryingefficiency. However, there is no difference of drying efficiency between fresh and waste cooking oil.

2012년부터 실행된 유기성 슬러지의 해양배출 금지와 신재생에너지공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard : RPS) 시행으로 인하여 유기성 슬러지의 건조 연료화 시설이 증가하고 있다. 슬러지 건조 기술로는 대표적으로 직접건조방식과 간접건조방식이 대표적이며, 이외에도 유온건조방식과 마이크로웨이브를 이용한 건조방식이 있다. 이러한 여러 가지 건조 방식에서 건조된 슬러지의 함수율은 10%이하를 나타내며, 이러한 건조슬러지는 저장․이송과정에서 자연발화로 인한 화재가 유발될 수 있는 것으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 건조 슬러지의 자연발화 가능성을 알아보기 위하여 유온감압증발장치를 이용하여 슬러지 성상에 따른 건조 슬러지의 열적특성을 비교하였다. 본 연구에서 사용된 하수슬러지는 서울시에 위치한 J하수처리장에서 발생되는 농축슬러지와 소화슬러지를 사용하였으며, 건조에 앞서 고분자응집제(C-310P)를 주입 후 원심분리기를 이용하여 탈수를 하였다. 탈수된 슬러지는 유온감압증발장치를 이용하여 폐식용유와 이온정제유를 첨가하여 온도 110℃, 압력 -450mmHg, 슬러지와 기름의 혼합비를 1:1로 조절하여 90분 동안 건조하였다. 건조 슬러지의 열적특성은 열분석장치(TA-50 Series, Shimadzu)를 이용하여 열중량분석과 시차열분석을 실시하였으며, 분석 조건은 10℃/min 의 승온 조건으로 1000℃ 까지 승온하여 air 조건에서 측정하였다. 농축 및 소화슬러지를 유온감압증발장치를 이용하여 건조한 후 열중량분석를 실시한 결과 농축 및 소화슬러지는 200 ~ 450℃ 구간에서 전체 질량의 30 ~ 60%가 감량하는 것으로 나타났으며, 이는 대부분이 슬러지내 휘발성분이 방출되었기 때문인 것으로 판단된다. 농축 건조슬러지와 소화 건조 슬러지의 시차열분석을 분석한 결과 2개의 피크가 나타났으며, 이는 갈탄의 시차열분석 결과 값과 유사한 경향을 나타내었다. 2개의 피크 중 첫 번째 피크는 휘발물질에 의해 발생하는 것이며, 두 번째 피크는 슬러지 내의 고정탄소 및 차르물질인 것으로 판단된다. 또한 혼합 기름의 종류에 따라 건조슬러지의 시차열분석 피크의 형태가 다르게 나타났다. 이온정제유를 혼합하여 건조한 슬러지의 경우 첫 번째 피크 값이 두 번째 피크 값보다 높은 것으로 나타났으며, 폐식용유를 혼합하여 건조한 슬지의 경우 두 번째 피크 값이 첫 번째 피크 값보다 높게 나타났다. 이를 통해 기름과 슬러지를 혼합하여 건조하는 과정에서 슬러지 내로 치환된 기름이 건조물의 열적특성에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 또한 하수슬러지 연료탄 기준에 따라 착화온도를 분석한 결과 폐식용유를 혼합한 경우 원슬러지에 비해 착화온도가 높아지는 것을 알 수 있었으며, 이와 반대로 이온정제유를 혼합한 경우 원슬러지에 비해 착화온도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터 유온감압증발장치를 이용하여 건조한 슬러지는 혼합 기름의 종류에 따라 자연발화 온도가 다르게 나타나므로, 최소 370℃ 이하에서 건조슬러지를 저장 및 이송시 고려할 필요가 있는 것으로 판단된다.

산업이 발전함에 따라 인구가 도시에 밀집하여 배출되는 하･페수를 처리하는 하수처리장이 생기게 되었고, 사람이 생활하는 대부분 지역에는 하수도 보급률이 85.5% 육박하고 있다. ‘96 교토의정서의 런던협약으로 인해 2012년부터는 해양투기가 전면 금지됨에 따라 슬러지 처리 및 자원화에 대한 관심이 증가하고 있고 최근에는 소각 및 퇴비화, 고형화 등의 처리방법이 적극적으로 검토되고 있다. 이러한 슬러지 처리방법에 앞서 선행되어야 하는 것이 바로 탈수인데 발생된 슬러지에 있어 부피를 줄이는 탈수는 슬러지 처리 및 처분비용과 관계가 된다. 일반적인 슬러지의 탈수 방법의 문제점은 슬러지 처리비용의 절반이 고분자 응집제의 구입비용이며(Chitikela and Dentel, 1998), 응집제의 과잉 주입 시 처리비용이 증가하며 탈수성이 악화되는 현상을 나타낸다. 또한, 응집제의 과소 주입 시 처리효율의 저하라는 문제점이 발생된다. 따라서 본 연구에서는 서울시에 위치한 대형 물재생센터에서 발생되는 농축슬러지를 대상으로 고분자 응집제를 사용하여 슬러지의 탈수성을 비교･평가하였다. 슬러지의 응집처리 및 탈수성 평가를 위해 사용되는 고분자응집제를 단일 주입하는 방법과 양이온 및 음이온 응집제를 N:1의 비율로 투입하는 복합 주입방법과 양이온 및 비이온 응집제를 N:1의 비율로 투입하는 복합 주입방법에 대하여 탈수효율을 비교하여 앞으로의 하수처리장에서 발생되는 슬러지의 탈수성 증대를 위해 기초자료로서의 활용을 검토 및 고찰해보고자 한다. 이에 따라 먼저 본 연구에서는 서울시에 위치한 “J” 물재생센터의 농축슬러지에 대하여 단일응집제 주입율에 따른 최적의 주입농도를 우선으로 삼고 CST측정을 해보았다. 또한 양이온고분자 응집제와 복합고분자 응집제 3:1, 2:1, 1:1의 CST와 TTF를 측정하여 최적의 고분자 응집제 주입방법을 모색하고자 한다. 서울시 J 물재생센터에서 시료를 채취한 후 농축 슬러지의 탈수성에 관한 효율을 비교하기 위해 고분자 양이 온 단일 응집제와 복합응집제(1:1, 2:1, 1:2=양이온:음이온)를 주입농도 각각 80mg/L, 160mg/L, 240mg/L, 320mg/L, 400mg/L로 하여 CST, TTF, SRF를 측정하였다. 하수슬러지의 탈수성을 비교하기 위하여 서울시에 위치한 “J” 물 재생센터(WWTP) 소화슬러지를 대상으로 단일과 복합주입 방식(Cation+Anion과 Cation+Nonion)에 따른 탈수성 및 여액량을 비교한 결과, 양이온 단일 주입방식이 복합주입 방식보다 탈수성이 양호한 것으로 나타났으며, 응집제의 최적주입량은 각각 160mg/L와 200mg/L로 나타났다. 또한, 복합주입 방식에 있어서는 2:1의 비율로 주입한 것이 탈수효율을 증대시키는데 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, CST는 슬러지로부터 물이 용출되는 속도를 시간(sec)로 나타내는 것으로, 측정결과 양이온 단일 주입이 복합주입 방식 보다 양호한 결과를 나타내었으며, 두 가지 복합주입 방법모두 비슷한 경향을 나타내었으며, 응집제의 종류(응집제의 이온성)와 슬러지의 성상의 영향에 따라서 탈수성이 다른 것으로 나타났다.

The drying and fuel technologies for sewage sludge have been developed due to the prohibition of ocean dumping and new renewable portfolio standard. This study was performed to enhance the quality of sludge derived fuel and compare drying characteristics for thickened and digested sewage sludge at different temperature, pressure and mixing oil conditions in oil vacuum evaporation system. In addition to investigate calorific value and characteristic analysis of dried sludge. The thickened and digested sludge used in this study were taken from municipal sewage treatment plant and coagulated using polymer (C-310P) in laboratory. The drying rate was increased with temperature and degree of vacuum and it was 25 mL/kg-sludge·min at 110oC and –450 mmHg. The moisture content of dried sludge products showed very low within 1% in the range of 0.4 ~ 0.8%. The evaporation rate of thickened sludge was lower than digested sludge and the constant evaporation period was also shorter. Compared the effect of waste cooking oil and refined waste petroleum oil on drying efficiency, the waste cooking oil showed more effective than refined oil in evaporation rate and drying time. The carbon and hydrogen contents of dried sludge with refined oil were higher than waste cooking oil. The low heating value of thickened dried sludge was higher than digested dried sludge about 400 kcal/kg and both of dried sludge showed high calorific value more than 4,000 kcal/kg.