The ballasted flocculation effects of the mill scale and magnetite on activated sludge were investigated. Both ballasted flocculants (BF) could remarkably improve the sludge settleability in terms of zone settling velocity (ZSV) and sludge volume index (SVI). With the BF dosage of 0.2 to 2.0 g-BF/g-SS, the magnetite particles showed better efficiency on improving settling behavior of activated sludge than the mill scale due to higher surface area and hydrophobic property. The efficiency of SVI30 with magnetite injection was 2.5 to 11.3% higher than mill scale injection and that of the ZSV appreciated from 23.7% to 44.4% for magnetite injection. Averaged floc size of the BF sludge with magnetite dosage (0.5 g-BF/g-SS) was 2.3 times higher than that of the control sludge. Dewaterability of the sludge was also greatly improved by addition of the BF. The specific resistance to filtration (SRF) was reduced exponentially with increasing the dosage of BF. However, the BF’s particle size effect on the SRF looks to be marginal. Consequently, for improving the dewaterability, the BF played a physical role to remove the pore water of the biological flocs by intrusive attachment and a chemical role to induce aggregation of the flocs by charge neutralization.

The effects of activated carbon originated Ballasted Flocculant (BF) on the settleability of activated sludge and the recovery of BF by Hydro-cyclone (HC) were analyzed experimentally. Two kinds of BF (M-I: 125-250 μm, M-II: 250-425 μm in dia.) and three kinds of activated sludges with different SS concentration (2,300-7,100 mg/L) were applied for this study. With the dosage variation of BF from 0.14 to 1.3 g-BF/g-SS, we could obtain 24-31% improvement in SV30 (Sludge Volume after 30min sedimentation) for the lowest SS concentration sludge (2,300 mg/L). Whereas the SV30 improvement was much higher as 44-48% for the highest SS concentration sludge (7,100 mg/L). The settling characteristics of the sludge with BF followed Vesilind model the best among three models (Vesilind, Takacs and Cho model). HC could effectively separate BF with the separation efficiency of 70-90% and over 95% separation efficiency could be obtained when the HC was applied twice.

This study aimed to investigate the feasibility of improving dewaterability and settleability of sewage sludge using coagulation sludge. When mixed with sewage sludge and coagulation sludge at 1:1 ratio, capillary suction time(CST) and specific resistance to filtration(SRF) decreased by about 56% and 68%, respectively. It is found that total solids(TS) and volatile solids(VS) of mixing sludge are increased by about 59% and 53%, respectively. Also, the turbidity of the mixing sludge supernatant was reduced from 99 to 16 NTU. It is observed that the mixing of sewage sludge and coagulation sludge at 1:1 showed better effect than using poly-aluminum chloride(PAC) coagulant at 25 mg/L.

This study executed evaluation of drying characteristics based on the polymer injection rate (8%, 10% and 12%) and the drying method[NIF(near-infrared ray). According to this study analyzed VS, VS/TS, and calorific value compared with ‘the auxiliary fuel standard of the thermoelectric power plant and the combined heat & power plant’. The results are as follows. In the case of NIR, the VS was slightly changed at the early stage of the material preheating period and the constant drying rate period with low moisture evaporation. But VS reduction was shown higher as moisture was dried. In the case of non-digested sludge with high VS content, the VS reduction rate by drying was shown lower than that of digested sludge. As the flocculant injection rate increased, the VS loss due th drying was found to be small. Also, the higher the flocculant injection rate was the longer the drying time. Especially, in the case of the NIR drying equipment, as the moisture content of sewage sludge decreased(moisture content 20∼40%), the loss of net VS also showed a tendency to increase sharply. It is shown that the high calorific value according to the drying time of the non-digested sludge was changed from 590 ㎉/㎏ to 3,005 ㎉/㎏ and from 539 ㎉/㎏ to 2,796 ㎉/㎏.

We investigated the effects of leaching concentration (0.1 ~ 1.0 M) and time (1 ~ 120 min) on the phosphorus recovery from ash and dried sewage sludge produced by titanium tetrachloride (TiCl4) flocculation by acidic (H2SO4 and HCl) or alkaline (KOH and NaOH) leaching. The extraction efficiencies of dried sludge were 2.7 ~ 12.6% for H2SO4, 2.5 ~ 10.5% for HCl, 3.6 ~ 9.6% for KOH, and 7.1 ~ 9.9% for NaOH with 1 M, and the maximum efficiency was obtained within 45 min. The maximum %P extracted of sludge ash was 83.1 for H2SO4, 80.2 for HCl, 51.2 for KOH, and 51.2 for NaOH with 1 M, obtained within 45 min. The rate constants (min−1) for the leaching of P from sludge ash were found to be 1.199 for H2SO4, 1.026 for HCl, 0.264 for KOH, and 0.622 for NaOH. The P leaching increased with the increase in leaching concentration, and the maximum leaching for ash was obtained within 0.3 M, regardless of acidic or alkaline leaching. The overall results indicate that the ash of TiCl4 flocculated sewage sludge can be treated with H2SO4 to efficiently recover P.

하수처리시설의 방류수 수질기준은 계속적으로 강화되고 있으며, 이러한 기준을 충족시키기 위해 다양한 공법을 적용하려는 노력들이 증가하고 있다. 지금까지는 질소, 인 처리를 목적으로 활성슬러지 공법을 많이 적용해왔지만, 활성슬러지 공법의 경우 용존산소 및 온도 유지, 미생물의 생장에 필요한 탄소원이 부족할 경우 추가적인 메탄올 공급의 필요 등과 같은 문제점들을 가지고 있어 대안책이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 응집제 주입을 통해 유기물 뿐만 아니라 질소, 인 등을 제거하여 활성슬러지 공법을 대체할 수 있는 응집-침전 1차 처리(Chemically enhanced primary treatment, CEPT)의 최적화 과정을 진행하였으며, 추가적으로 CEPT 슬러지를 이용하여 혐기성 소화를 진행하였을 때 메탄 생성효율에는 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 먼저 문헌조사를 통해 총 7개의 후보군(FeCl2, FeCl3, FeSO4, PACl, Al2(SO4)3, 키토산, glucan)을 선정하였으며, jar-test를 통해 응집제로써의 적용가능성 및 최적 주입량을 확인하였다. Jar-test의 경우 광주 제 1하수처리장으로 들어오는 하수 원수 500ml를 이용하여 진행하였으며, 급속교반(150rpm, 1분), 완속교반(40rpm, 10분), 침전(10분) 순으로 진행한 뒤 상징액을 통해 저감효과를 확인하였다. 90% 이상의 탁도 저감효과를 보인 FeCl3, PACl, Al2(SO4)3 대상으로 CEPT 슬러지를 제작하여 혐기성 소화를 진행하였다. jar-test에서는 PACl이 응집제 주입량 대비 가장 높은 탁도저감효과를 보인 반면, 혐기성 소화 공정에서는 PACl을 이용하여 제작한 CEPT 슬러지의 메탄 발생효율이 가장 낮고, FeCl3를 주입한 경우에 가장 메탄발생효율이 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PACl의 Al 성분이 미생물의 생장을 저해한 반면, FeCl3의 경우에는 Fe3+가 Fe2+로 환원되는 과정에서 유기물로부터 H+를 받아 유기물의 분해속도를 촉진시켰기 때문인 것으로 추측된다.

국내 하수처리장에서는 방류수에 총인 규제의 강화에 대응하기 위해 응집제와 여과 혹은 가압 부상 등의 방법을 이용하여 인을 물리·화학적으로 처리고 있으며, 사용되는 응집제는 주로 황산반토, PAC(poly aluminum chloride)등을 이용되고 있다. 그리고 처리 과정에서 발생되는 슬러지(이하에서는 총인 슬러지라고 함)는 별도로 탈수하거나 처리장의 여건에 따라 소화 슬러지와 통합하여 탈수하여 처분되고 있는 실정이다. 총인 슬러지에는 다량의 알루미늄과 인이 함께 함유되어 있으며, D시 하수처리장에 발생되는 총인 슬러지를 대상으로 하여 분석한 결과, 알루미늄이 150~220g/kg, 총인이 16~23g/kg정도 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 함유량은 다량의 응집제를 사용하는 정수 공정에서 발생되는 슬러지의 알루미늄 함유량(110~140g/kg)에 비해서도 높은 값임을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 D시의 하수처리장 중에서 총인 슬러지를 별도로 탈수 처리하고 있는 처리장의 슬러지를 대상으로 비료의 원료로 사용할 수 있는 인과 응집제로 재사용을 위한 알루미늄의 회수를 위한 기초적 조건을 검토하고 회수한 응집제의 인의 회수능과 분리 회수한 인의 순도에 대한 검토를 실시하였다. 회수한 응집제의 경우는 황산반토와 유사한 인의 제거능을 보였으나, Hydroxylapatite의 형태로 회수한 인의 경우는 알루미늄과의 완전한 분리가 이루어지지 않아 중량 단위로 인에 비해 3배 이상의 알루미늄이 되어 있는 것으로 나타났지만, 총인 슬러지에 있어서 인의 함유량이 알루미늄의 약 10배 정도임을 감안한다면, 약 70%의 알루미늄을 제거한 알루미늄과 결합되어 있을 가능성이 높은 Hydroxylapatite를 얻을 수 있었다.

하수슬러지의 열풍건조시 하수슬러지의 특성, 고분자 응집제의 종류 및 주입량 등에 의해 발생되는 점성으로 인해 타공판에 부착성이 상당히 증가하여 건조효율을 낮추는 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 고분자 응집제로 인한 하수슬러지(생슬러지, 잉여슬러지, 혼합슬러지)의 부착특성을 평가하기 위하여 고분자 응집제 주입량에 따른 점도 변화를 측정하였으며, 또한 하수슬러지의 열풍건조시 부착성을 상당량 감소시킬 수 있도록 기존 타공판을 대체할 수 있는 다양한 타공판 종류별 부착특성을 평가하였다. 하수슬러지의 열풍건조시 기존 타공판(STS 304재질), 전해연마+티타늄코팅 타공판보다 크롬코팅된 타공판의 부착성이 가장 적게 발생되었으며, 또한 생슬러지 단독건조보다 잉여슬러지 단독건조시 부착성이 더 크게 나타났다.

본 연구는 응집제 자동투입장치를 탈수기 전단에 장착하여 농축슬러지의 플록상태에 따른 고분자 응집제 주입량을 다르게 함으로써 탈수케이크의 함수율 저감 및 응집제 사용량 절감, 탈수여액의 수질개선 등 탈수특성에 미치는 영향을 평가하는데 그 목적이 있다. 응집제 자동투입장치를 B시 S하수처리장의 벨트프레스 전단에 적용한 결과 고속회전 및 응집제 분사를 통한 균일한 플록이 형성됨에 따라 기존 시스템 대비 탈수케이크 함수율 및 응집제 주입율 저감효과를 나타내었다. S하수처리장 농축슬러지(TS; Thickened sludge)에 대한 여름철, 가을철 및 겨울철의 기존 시스템 대비 응집제 자동투입장치의 최적 운전조건은 탈수케이크의 함수율 기준으로 판단해 볼 때 각각 DS-P(14%), DS-P(13%) 및 DS-P(12%)로, 이때의 탈수케이크 저감율은 25.3%, 30.7% 및 13.3%를, 고분자 응집제(P; Polymer) 저감율은 17.6%, 16.7% 및 20.0%를 각각 나타내었다. 응집제 자동투입장치의 회전속도와 유입 농축슬러지량 대비 고분자 응집제 주입율과의 상관관계를 평가한 결과 회전속도를 900~1,200 rpm의 범위 내에서 운전시 플록형성이 양호하게 나타났다.

2013년 기준 대구광역시의 정수슬러지 발생량은 98 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 대형화되고, 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.

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.

Toxicity of polymer, Alum, Zeolite, Loess, Koalinite and Chitosan on earthworm and the effects of sewage sludges coagulated by several mixtures of those coagulants on the population growth of earthworm Eisenia andrei were evaluated. Under the concentration of 20,000 mg/L of Zeolite, Loess and Kaolinite, and under 1,000 mg/L of Chitosan were there no acute toxicities on earthworms. The concentration of Polymer over 160 mg/L showed acute toxicity upon earthworm, but the concentration under 80 mg/L showed no toxicity. The concentration of Alum over 125 mg/L showed acute toxicity. The mixture of ‘Polymer 80 mg/L + Kaolinite 500 mg/L + Chitosan 20 mg/L’ had higher coagulating efficiency than the ‘Polymer 80 mg/L + Kaolinite 500 mg/L’ on sewage sludge, And the sewage sludge coagulated by former mixture induced higher growth rate of earthworm population than that coagulated by latter mixture when the sewage sludges were supplied to earthworms.

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.

본 연구는 하수슬러지의 플록상태를 파악할 수 있는 응집제 자동투입장치를 탈수기 전단에 장착하여 하수슬러지(소화슬러지, 농축슬러지) 플록상태에 따른 고분자 응집제 주입량을 다르게 함으로써 탈수케이크의 함수율 저감 및 응집제 사용량 절감, 탈수여액의 수질개선 등을 평가하는데 그 목적이 있다. 응집제 자동투입장치를 B시 N하수처리장 소화슬러지 및 S하수처리장 농축슬러지에 적용한 결과 고속회전 및 응집제 분사를 통한 균일한 플록이 형성됨에 따라 탈수케이크 함수율 및 응집제 주입율 저감효과를 나타내었다. 하수슬러지의 탈수실험 결과 소화슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 12%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.11×1011 m/kg으로 나타났다. 또한, 농축슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 16%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.68×1011 m/kg으로 나타났다. 또한 응집제 자동투입장치의 회전속도와 유입 하수슬러지량 대비 고분자 응집제 주입율과의 상관관계를 평가한 결과 회전속도를 900~1,200 rpm의 범위 내에서 운전시 플록형성이 양호하게 나타났다. 기존 시스템 대비 응집제 자동투입장치의 경제성 평가 결과 N하수처리장 및 S하수처리장의 경우 각각 연간 263,542,490원 및 42,174,700원으로 산출되었으며, 시설투자비 회수기간은 각각 2.3년 및 7.1년으로 나타났다. 따라서, 하수처리장 탈수기 전단에 응집제 자동투입장치를 적용함으로써 함수율 및 약품주입량 저감 뿐만 아니라 중앙제어실을 통한 실시간 모니터링이 가능하므로 인력감축 유도 및 공정자동화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

일반적으로 응집제중의 알루미늄과 지각에 존재하는 알루미늄이 함유된 정수슬러지를 산(acid)을 이용하여 추출한 알루미늄을 재생 응집제라고 지칭하고 있다. 그러나 이 재생 응집제에는 산을 이용하여 추출하기 때문에 중금속을 비롯한 인(phosphorus) 성분이 함유되어 하수처리장의 총인 처리시설에 이용하기에는 한계가 있을 것으로 추측되었지만, 전보(2013년 춘계학술발표회)에서 보고한 바와 같이 하수처리장의 총인처리에서 사용되고 있는 응집제의 대체 가능성이 있는 것으로 나타났다. 그러나 전보에서는 정수슬러지로부터의 알루미늄의 용출에 미치는 중요한 조건인 pH, 산의 종류, TS의 농도 등에 대한 검토가 이루어지지 않았다. 특히 전보에서는 염산을 이용하여 회수한 응집제를 이용하여 하수 중의인 제거에 대한 특성을 검토하였지만, 황산으로 추출했을 때 생성되는 황산반토와의 차이에 대해서도 검토되지 못하였다. 이에 본 연구에서는 전술한 알루미늄의 용출 조건과 황산과 염산으로 추출한 용액을 이용하여 하수중의 인(phosphorus) 제거 과정에서 나타는 특성을 쟈테스트를 통해 비교･검토하였다. 검토한 산의 종류에 상관에 없이 pH 2 이하의 조건에서 함유된 알루미늄의 대부분이 용출되었으며, TS 농도 120 g/L이상에서는 정수슬러지의 대부분이 suspension되지 못하는 것으로 나타났으며, 현탁액 중의 알루미늄의 농도도 급격하게 낮아지는 경향을 보였다. 한편 산의 종류에 있어서는 동일의 pH 조건에서도 염산으로 처리했을 때, 알루미늄의 농도가 약 20% 정도 높아지는 경향을 보였으며, 인(phosphorus)의 제거에 있어서도 황산으로 처리한 경우보다 효율이 10% 정도 높아지는 경향을 보였다. 이는 인(phosphorus)이 존재하는 조건하에서 염소를 이용하여 회수한 염화알루미늄과 황산을 이용하여 회수한 황산알루미늄을 각각 투입하게 되면 알루미늄에 대한 염소, 황산, 인(phosphorus)간의 선택성의 차이가 이와 같은 결과를 야기하게 된 것으로 생각된다. 따라서 저농도의 인이 존재하는 총인처리시설의 유입수에 대해서는 염산으로 추출한 염화알루미늄 형태의 재생 응집제가 유효할 가능성이 클 것으로 판단된다.

최근 런던협약 96의정서 발효에 따라 하수 슬러지의 해양투기가 금지되고 환경 정책 강화와 향후 에너지 자원 부족을 대비하기 위해 녹색 성장이 강조되면서 슬러지를 재이용화 및 자원화 시키려는 처리 기술방법들이 개발되고 있다. 하수슬러지 처리 공정의 중점은 발생량의 감량화와 개량화를 통해 탈수 효율을 높이기 위함이며 대표적인 전처리 방법으로 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 약품 처리하는 것이 일반화되어 있다. 본 논문에서는 폴리머 응집제를 사용하여 총 4종류의 생, 잉여, 소화, 혼합슬러지에 대해서 적합한 유기 및 무기 응집제를 주입한 후 최적의 응집 조건을 선정하여 최종적으로 슬러지 탈수성의 효율을 비교 및 평가하도록 하였다. 혼합슬러지는 생슬러지와 잉여슬러지를 같은 부피 비율로 혼합하여 제조하였다. 최적의 응집 조건을 선정하기에 앞서 기본적으로 Jar Test 실험을 시행하였으며 200rpm에서 1 ~ 3분 완속 교반, 50rpm에서 5분 급속 교반 조건을 제시하였고, 유기 폴리머와 무기 폴리머 응집제의 단일 및 이액 주입 방식에 따라 응집 반응의 특성을 비교하였다. 실험결과는 슬러지 탈수성 및 최적 응집 조건 선정의 지표로서 응집을 형성시키고 방치 후, 고액 분리를 통해서 상등수의 탁도, pH, ORP, SS, 흡광도 (330nm), floc size와 TTF 실험을 하여 탈수성을 측정하였다. 따라서 응집제 주입 방법에 있어서 유기 응집제의 단일 방식 주입과 무기 응집제를 첨가하여 floc의 응결도를 높이는 이액 주입 방식으로부터 탈수성 효율에 미치는 결과를 본 논문에 나타내었다.

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.

본 연구는 부산광역시 하수슬러지 처리공정 중 탈수기에 유입되는 배관부에 하수슬러지의 플록상태를 파악할 수 있는 응집제 자동주입장치를 장착하여 하수슬러지 플록상태에 따른 적정 응집제 주입량을 다르게 함으로써 탈수효율 향상 및 응집제 사용량을 감소시키고, 나아가 하수슬러지의 건조효율을 증가시키는데 그 목적이 있다. Pilot-scale 응집제 자동주입장치는 B시 소재 N하수처리장의 원심탈수기 전단에 설치하여 2013년 8월 7일 ~ 16일(10일간)동안 운전하였다. 또한, 응집제 자동투입장치의 설치시 운전상의 문제 발생시에 대비하여 bypass관을 설치하여, 기존 시스템으로 전환이 용이할 수 있도록 설계하였다. 고분자 응집제 주입율은 기존 시스템에서 운영하고 있는 유입슬러지량 대비 고분자 응집제 주입율인 14%를 기준으로 운전을 실시하였으며, 응집제 주입율을 11%에서 9%까지 점차적으로 낮추어 가면서 적정 운전조건을 찾고자 하였다. 응집제 자동투입장치를 원심탈수기 전단에 적용한 결과 고속회전 및 응집제 분사를 통한 균일한 플록이 형성됨에 따라 탈수케이크 함수율 및 응집제 주입율 저감효과를 나타내었다. 기존 시스템 대비 응집제 자동투입장치의 운전조건별(DS-P(11%), DS-P(10%) 및 DS-P(9%)) 탈수케이크의 함수율은 기존 함수율 82.4%에서 각각 80.6(저감량 1.8%), 80.9(저감량 1.5%) 및 81.5%(저감량 0.8%)의 높은 탈수효율을 나타내었다. 또한, 응집제 저감율은 DS-P(11%), DS-P(10%) 및 DS-P(9%)에서 각각 21.4, 28.6 및 35.7%를 나타내었다. 또한, 기존 시스템(DS-P(14%); COD 179.2 mg/L, SS 139.3 mg/L) 대비 응집제 자동투입장치의 운전조건별(DS-P(11%), DS-P(10%) 및 DS-P(9%)) 탈수여액 중 COD 및 SS의 농도는 각각 66.2, 76.4, 81.5 mg/L 및 12.0, 19.3, 55.6 mg/L를 나타내었다. 따라서, 하수처리장 탈수기 전단에 응집제 자동주입장치를 적용함으로써 함수율 및 약품주입량 저감 뿐만 아니라 인력감축 유도 및 중앙제어실을 통한 실시간 모니터링이 가능하므로 공정자동화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

T-N and T-P in the filtrate from Sludge Treatment Process (STP) was returned to water treatment processing, because T-N and T-P are returned, it makes overload in Advanced Treatment Process. Removal efficiency of T-N and T-P are compared both at using polymer as simple method and at using PFS and polymer as complex method when coagulants was injected in Thickener. In simple method, removal efficiency of T-N and T-P were 95.68% and 99.29% for each. In complex method, removal efficiency of T-N and T-P were 98.07% and 99.90% for each. From the result, removal efficiency of complex method was highly better than simple method. According to increasing of removal efficiency, returned T-N and T-P loading to water treatment process was decreased (Reduced amount of T-N is 0.2309 kg/hr and TP is 0.0145 kg/hr). Also, the amount of a polymer used has been decreased to 80% by using PFS.