휘발성 지방산의 생성 및 회수를 위한 분리막의 유효성을 실험적으로 검토한 결과, 분리막의 적용에 의해 발효조 내의 부유고형물 농도, 유기산 생성균수 및 유기산 농도가 증가하였다. 혐기성 발효액의 고액분리 및 발효 효율향상을 위한 분리막의 적용은 발효조 내의 관련 미생물 농도를 증가시키고 따라서 분리막을 적용하지 않은 경우에 비해 유기산 생성효율이 훨씬 증가하였다. 분리막이 결합된 산 발효조의 적용은 유기성 슬러지로부터 휘발성 지방산의 회수 효율증대에 효과적인 적용기술이라 판단된다.

본 연구는 액상유기성 슬러지로부터 용존 유기물을 회수하기 위한 막결합형 발효 시스템의 여과특성의 검토에 초점을 두었다. 0.1 μmsim5 μm 범위에서 6종류의 막공경을 대상으로 한 슬러지 발효액의 정밀여과 특성으로 막공경이 작을수록 전체저항이 큰 값을 나타내었고 케？층의 형성에 의한 저항이 전체저항의 68~88%를 차지하여 막투과유속의 저하는 주로 입자간의 물리화학적 상호작용에 의한 막표면에의 강한 입자침전에 기인함을 알 수 있었다. 발효액의 고형물 농도가 증가함에 따라 막투과유속은 감소하였으나 일정이상의 고형물 농도에서는 비례관계를 보이지 않았다. 막면유속이 증가할수록 그리고 5.0~6.0의 pH범위에서 높은 막투과유속이 얻어졌고 에너지 효율측면에서는 가능한 낮은 압력에서 여과하는 것이 유리한 것으로 나타났다. 0.1μm과 0.2μm의 막공경에서는 100%의 미생물 제거율을 보였다 액상 유기성 슬러지로부터 용존 유기물을 효율적으로 회수하기 위한 최적 막공경은 제안된 기준의 관점에서 볼 때 1μm 정도라 판단되어진다.

2012년부터 런던협약에 의해 유기성 슬러지의 해양투기가 전면금지됨에 따라 슬러지 감량화 및 자원화에 대한 연구개발이 시급한 실정이다. 전 세계적으로 하수슬러지의 처리 및 재활용 방법이 활발히 연구되어지고 있으나, 경제적 방법에 대한 연구는 아직 미흡하다. 전통적인 탈수와 건조방법은 슬러지의 특성으로 인하여 경제성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 건조 공정에서 소비되는 에너지를 줄이기 위한 효율적인 처리방안으로 열처리에 의한 가수분해 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 열가수분해 공정을 적용하여 80% 이상 높은 함수율을 가진 하수슬러지를 고형연료 및 바이오가스로 회수하고자 한다.

This objectives of research are to figure out combustion characteristics with increasing temperature with petrochemical sludge by adding wasted organic matters which are waste electric wire, anthracite coal and sawdust, and to exam heating value and ignition temperature for using refused derived fuels(RDFs). After analyzing TGA/DTG, petrochemical sludge shows a rapid weight reduction by vaporing of inner moisture after 170℃. Gross weight reduction rate, ignition temperature and combustion rates represent 68.6%, 221.9℃ and 54.1%, respectively. In order to assess the validity of the RDFs, the petrochemical sludge by adding wasted organic matters which are waste electric wire, anthracite coal and waste sawdust. The materials are mixed with 7:3(petrochemical sludge : organic matters)(wt%), and it analyzes after below 10% of moisture content. The ignition temperatures and combustion rates of the waste electric wire, anthracite coal and waste sawdust are 410. 6℃, 596.1℃ and 284.1℃, and 85.6%, 30.7% and 88.8% respectively. In heating values, petrochemical sludge is 3,600 kcal/kg. And the heating values of mixed sludge (adding 30% of the waste electric wire, anthracite coal and waste sawdust) each increase up to 4,600 kcal/kg, 4,100 kcal/kg and 4,300 kcal/kg. It improves the ignition temperatures and combustion rates by mixing petrochemical sludge and organic matters. It is considered that the production of RDFs is sufficiently possible by using of petrochemical sludge by mixing wasted organic matters.

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.

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.