Food waste leachate (FWL) is a serious pollutant waste coming from the food waste recycling facilities in Korea. FWL has a high organic matter content and high COD to nitrogen (COD/N) ratio, which can disturb efficient methane production in the anaerobic digestion of FWL. In the present study a microalga, Clorella vulgaris (C.V), was used as co-substrate for the FWL anaerobic digestion in order to supply nutrients, decrease the COD/N ratio and increase its methane yield. Different co-digestion mixtures (COD/N ratios) were studied by using biochemical methane potential test and modified Gompertz equation for kinetic study. Mixed substrate of FWL and C. vulgaris in the co-digestion clearly showed more the biomethane yield than the sole substrates. The maximum methane production, 827.7 mL-CH4/g-VS added, was obtained for COD/N ratio of 24/1, whereas the highest improvement of methane yield was found for COD/N ratio of 15/1.

섬유염색산업은 유기오염물질을 다량 함유한 배기가스로 인한 대기환경오염문제가 지속적으로 대두되고 있으며 사회적 문제와 산업공단 인근 주민들의 보건환경을 위협하고 있다. 지난 3월 보도된 환경부의 “○○염색산단 주변지역 주민건강영향조사 결과” 에 따르면 산업단지에서 배출되는 대기오염물질이 주변지역 환경과 주민의 인체노출에 영향을 미치고 있고, 호흡기계 증상 경험 및 유병율이 높은 경향이 있는 것으로 파악되어 대기 배출원에 대한 관리강화 등 대책 마련이 필요한 것으로 나타났다. 섬유염색산업의 대표적인 대기오염물질 유발시설로는 염색 후 가공공정 중에 하나인 텐터공정(열처리 가공 공정)으로 염색한 섬유원단을 단순 건조시키는 건조기(Dryer)와는 구별되며, 섬유유연제 및 광택제 등의 각종 섬유조제(기능성 약품)가 투입되고, 섬유의 세탁 시 발생되는 수축 및 이완까지 고려하여 작업이 진행되는 열처리 가공공정이다. 텐터공정은 보통 150~220℃ 범위에서 열처리가공을 진행하며 고온의 열에 의해 섬유에 포함된 방직유(직물무게의 약 4~8%), 섬유유연제, 체인오일 등이 기화되어 유증기(Oil mist) 형태로 배기가스에 포함되어 배출된다. 그리고 텐터공정은 열매체보일로 또는 직화버너를 이용하여 챔버(Chamber) 내부의 온도를 상승시키는데 연료의 사용량이 타 염색가공장치에 비해 많은 유틸리티 비용을 소모하게 되는데, 텐터공정 배기가스(130℃ 이상)에서 폐열을 회수하여 공정에 재이용한다면 기업의 경쟁력 확보에 많은 이점이 있으나 배기가스에 포함된 섬유분진 및 유적성분 등으로 인하여 많은 애로가 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 “무필터 유적회수형 폐열회수장치” 를 개발하여 배기가스 300 m³/min 규모의 텐터가공 장치에 적용하여, 폐열을 회수하여 공정에 재활용하는 동시에 배기가스에 함유된 섬유분진 및 유적성분을 제거함으로서 에너지 회수 및 오염물질 제거가 가능하였다. 텐터 가공설비 배기가스 열량은 837,000kcal/hr(150℃기준)였으며, 폐열회수에 의한 온도변화 30℃(입구온도) → 70℃(출구온도)로 40℃가 상승하는 효과를 나타내었으며, 이에 따른 폐열회수 열량은 223,200kcal/hr(26.7% 열에너지 회수)로 확인되었다. 아울러 폐열회수 과정에서 문제점으로 지적되는 섬유분진과 유적성분에 의한 열교환장치 내부의 폐색은 무인 청소가 가능한 Auto Scraper를 이용하여 제거하여 회수함으로서 문제점을 해결하는 동시에 부산물이 폐오일을 확보할 수 있었다.

2013년 기준 대구광역시의 정수슬러지 발생량은 104.5 톤/일로 나타났으며, 이들 정수슬러지 중 약 23.2%가 대구소재 성서･서대구산업단지에 공업용수를 공급하는 J 정수사업소에서 발생한 것으로 나타났다. 이렇게 발생되는 정수슬러지는 하수처리 과정에 발생되는 슬러지에 비하면 많은 양이라고 볼 수 없지만, 정수장이 대형화 되고, 하천유량의 감소와 환경규제의 강화 등으로 하천이나 토양으로의 직접배출이 규제되면서 정수슬러지의 처리가 현안으로 부각되었다. 발생되는 모든 정수슬러지는 비용을 지불하고 시멘트의 원료로 처분되고 있어 처리비에 대한 부담이 큰 실정이다. 정수슬러지부터 유효한 알루미늄 자원을 함유하고 있음에도 불구하고 매립･해양투기에 의해 처리되거나 시멘트의 원료와 같이 제한된 산업 분야에서만 재활용되고 있는 실정이다. 아울러 정수슬러지 처리비용은 2013년 기준으로 톤당 35,000원으로 년간 약 15억원에 이르고 있으며, 처리 비용은 지속적으로 증가될 가능성이 높다고 알려져 있다. 이와 같이 단순 매립처분의 한계점이나 처리비용의 상승을 고려한다면, 정수슬러지의 다양한 활용 방안의 모색이 시급하다고 볼 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 기존 매립, 소각에 의해 처리되었던 정수슬러지로부터 알루미늄을 회수하는 방법들을 연구하여 기존 응집제와 총인 제거효율이 유사한 재생응집제로 제조하여 공공하폐수처리장과 산업단지 소재 기업들에 적용하고자 한다.

대구지역의 경우 성서, 서대구 산업단지에 공업용수를 공급하는 정수장을 포함해 6개소의 정수장에서 한해 평균 4만톤의 정수슬러지가 발생되고 있다. 2012년 기준 대구광역시의 정수슬러지 발생량은 124 톤/일로 나타났으며, 이들 정수슬러지 중 약 23.4 톤/일이 대구소재 성서･서대구산업단지에 공업용수를 공급하는 죽곡 정수사업소에서 발생한 것으로 나타났다. 대구광역시에서 발생되는 모든 폐 정수슬러지는 연간 15억 원의 처리비용을 지불하고 시멘트의 원료로 처분되고 있어서 처리비에 대한 부담이 큰 실정이다. 이렇게 발생되는 정수슬러지는 하수처리 과정에 발생되는 슬러지에 비하면 많은 양이라고 볼 수 없지만, 정수장이 대형화되고, 하천유량의 감소와 환경규제의 강화 등으로 하천이나 토양으로의 직접배출이 규제되면서 정수슬러지의 처리가 현안으로 부각되었다. 정수슬러지는 유효한 알루미늄 자원을 함유하고 있음에도 불구하고 매립･해양투기에 의해 처리되거나 시멘트의 원료와 같이 제한된 산업 분야에서만 재활용되고 있는 실정이다. 그러나 런던협약의 발효로 슬러지의 해양투기가 금지되고 매립의 경우에도 부지문제 등의 부수적인 문제점들이 발생하여 이에 대한 해결책이 필요하다. 아울러 정수슬러지 처리비용은 2013년 기준으로 톤당 35,000원으로 년간 약 15억원에 이르고 있으며, 처리 비용은 지속적으로 증가될 가능성이 높다고 알려져 있다. 이와 같이 단순 매립처분의 한계점이나 처리비용의 상승을 고려한다면, 정수슬러지의 다양한 활용 방안의 모색이 시급하다고 볼 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 기존 매립, 소각에 의해 처리되었던 폐정수슬러지를 재생응집제로 제조하여 산업단지 공단을 비롯한 기업에 재이용 하고자 한다.

일반적으로 섬유의 제조공정 중 다양한 기능성을 부여하는 섬유코팅공정에는 다량의 유기용제를 사용하고 있으며, 이러한 유기용제는 대기중에 휘발하여 환경을 심각하게 오염시킬 위험이 있다. 일반적으로 유기용제를 사용하는 사업장에는 흡착시설과 같은 방지시설을 가동하여 폐유기용제를 처리하고 있으며, 대부분이 자원으로서 활용되지 못하고 폐기되고 있는 실정이다. 섬유코팅공정에서 사용되는 유기용제는 톨루엔과 MEK(메틸에틸케톤)으로 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있으며, 그 중에서 톨루엔이 약 95%이상을 차지하고 있다. 따라서 본 연구에서 회수/정제하고자 하는 대상물질은 섬유코팅공정에서 발생된 폐톨루엔을 대상으로 하고 있으며, 본 연구의 목적은 폐톨루엔을 회수/정제하여 실제 생산공정에 재사용할 수 있는 톨루엔으로 정제하고자 하는 것이 그 목적이다. 실제 생산공정에서 재사용하기 위해서는 톨루엔의 순도를 95% 이상 높여야 하며, 색도등 오염물질의 배제가 반드시 이루어져야 한다. 섬유에 대한 코팅의 넓은 의미는 어떠한 목적을 갖고 섬유의 표면을 다른 재료 또는 같은 재료로 습윤, 침적, 전사, 도포 등의 방법으로 피막을 입히는 것을 의미하며, 과거 아마인유(Linseed Oil) 등의 건성유와 금속비누 파라핀 등으로 처리한 면직물의 Oil Cloth 등도 포함된다. 그러나 최근 섬유업계에서 통용되는 코팅가공의 개념은 일반적으로 각종 섬유로 만들어진 직･편물의 표면에 아크릴 수지나 우레탄 수지 등의 고분자 폴리머를 이용하여 균일한 피막을 견고하게 형성시켜 직･편물 단독으로는 얻기 힘든 외관과 물성, 성능 등을 부여하는 가공 방법을 말하며 대부분의 코팅공정에서는 변성실리콘오일을 사용하고 있다. 이러한 변성실리콘 오일은 비휘발성물질이나 학계에 따르면 약 3% 정도가 휘발하여 톨루엔과 같이 배출되는 것으로 알려져 있다. 이렇게 휘발된 변성실리콘 오일은 톨루엔에 포함되어 강한취기를 나타내고 톨루엔을 재사용하는데 큰 문제점으로 작용되고 있다.

대구광역시 섬유폐기물 발생량은 19톤/일로 나타났으며, 이들 섬유폐기물중 약 15.3톤/일이 대구소재 대구염색산업단지내에서 발생한 것으로 나타났다. 대구염색산업단지내에 입주 섬유/염색산업 관련 기업의 수는 128개이며, 이들 업체에서 염색 및 재직 과정에서 발생하는 파지 및 섬유조각, 염색불량으로 인한 섬유 폐기물의 발생량은 15.3톤/일의 섬유폐기물이 발생되고 있으며 이중 폐원단이 전체 섬유폐기물량의 20~30% (3.0~4.5톤/일) 를 차지하고 있다. 이렇게 발생되고 있는 섬유 폐기물의 90%이상이 수거, 파쇄 공정을 거쳐 성서폐기물 소각장으로 반입하여 소각처리되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 현재까지 제한적으로 응용되어 왔던 폐원단을 새롭고 효율적인 코팅기술로 가공함으로써 폐원단의 적용범위를 확대시키는 것이다. 폐원단의 대부분은 염색가공 공정중에 발생을 하며, 이렇게 발생된 폐원단은 탈색 후 재염색하여 제품으로 재이용하게 된다. 이렇게 재이용되는 원단의 대부분은 인열강도가 현저히 낮아져 정상적인 제품으로 사용이 어려운 실정이다. 이에 본연구에서는 폴리에스터 원단 두께별 염색가공공정 중 각공정별 원단의 인열강도 변화와 기능성 가공 코팅을 통해 재상품화 가능성 여부를 검토하였다. 현재 발생되어지는 폐섬유의 적용분야로는 생활용 섬유제품, 산업용 섬유제품, 의류용 섬유제품 등 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 예측되어지며 이는 산업단지 내외부를 연계하는 자원순환 리사이클링 네트워크를 통하여 폐자원의 고부가가치화를 통한 순환사회 구축에 기여할 것으로 예상된다.

본 연구에서는 유기성 슬러지와 섬유폐기물의 물성, 열적 특성을 파악하여 고형연료탄을 제작하여 고형연료탄에 대한 공업분석, 발열량분석등을 통해 고형연료로서의 활용가능성을 평가하였다. 제조된 고형연료탄의 공업분석결과 하수 슬러지 건조물과 섬유폐기물 혼합 연료탄(ST)은 평균 수분 3.5%, 휘발분 65.58%, 회분 9.12%, 고정탄소 25.30% 이며, 하수슬러지 건조물(S) 연료탄은 수분 10.2%, 휘발분 56.75%, 회분 33.73%, 고정탄소 9.52%로 측정되었다. 발열량의 경우 ST 연료탄 의 경우 평균 고위발열량 5,820 Kcal/kg, 저위발열량 5,520 Kcal/kg으로 나타나 슬러지 연료탄의 경우 평균 고위발열량 3,732 Kcal/kg(저위발열량 3,350 Kcal/kg) 보다 높게 나타났다. 국내 무연탄과 하수슬러지 고형연료탄의 기본적 물성치를 비교하면, 주 가연분에는 하수슬러지는 휘발분이 대부분이며, 무연탄에는 고정탄소가 대부분임을 알 수 있다. 때문에 하수슬러지 고형연료탄을 석탄의 보조연료로 사용할 시 휘발분에 대한 연소특성을 고려해야 할 것으로 사료된다. 더하여 발열량은 유사한 범위를 보였고, 원소분석 비교에서 석탄에 비해 N, S의 함량 비가 다소 높은 것으로 나타나 연소시 배가스 중 질소화합물과 황화합물의 양이 증가할 것으로 판단되며 이를 효과적으로 관리할 수 있는 배가스 저감시설에 대한 고려가 필요하다.