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.