Phosphorus (P) is a limited, essential, and irreplaceable nutrient for the biological activity of all the living organisms. Sewage sludge ash (SSA) is one of the most important secondary P resources due to its high P content. The SSA has been intensively investigated to recover P by wet chemicals (acid or alkali). Even though H2SO4 was mainly used to extract P because of its low cost and accessibility, the formation of CaSO4 (gypsum) hinders its use. Heavy metals in the SSA also cause a significant problem in P recovery since fertilizer needs to meet government standards for human health. Therefore, P recovery process with selective heavy metal removal needs to be developed. In this paper some of the most advanced P recovery processes have been introduced and discussed their technical characteristics. The results showed that further research is needed to identify the chemical mechanisms of P transformation in the recovery process and to increase P recovery efficiency and the yields.

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.

This study was conducted to investigate the feasibility of nutrient recovery and reuse from centrate, which was produced by the centrifugal dewatering of anaerobic digested sludge. A continuous stirred reactor was operated for 3 months to recover phosphorous and nitrogen as magnesium ammonium phosphate (MAP) crystals from the centrate. More than 95% of phosphate could be recovered from the centrate into the crystalline materials. The contents of TP and TN in the crystalline materials were 28.1% and 5.17%, respectively. Some heavy metals were identified, but remained under Korean standards for organic fertilizer. On the other hand, X ray diffraction analysis clearly showed that the crystalline materials was MAP crystals. However, chemical analyses suggested that some undesirable crystals like magnesium potassium phosphate or hydroxyapatite might be formed during the MAP crystallization. Nevertheless, both results strongly confirmed that the MAP crystals could be a useful and valuable nutrient fertilizer, which slowly and continuously releases essential nutrients in response to the demand from farming and planting.

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.

This study evaluated the feasibility of recovering and recycling nitrogen (N) and phosphorus (P) from livestock excreta as struvite (MgNH4PO4·6H2O) in South Korea. Our experimental results showed that struvite precipitation was a very effective way to recover N and P from livestock excreta. Moreover, our study demonstrated that struvite precipitates from livestock excreta (SPL) contain higher concentrations of N, P, and magnesium (Mg) as compared to compost and liquid manure from livestock excreta. In addition, although SPL contain high concentrations of copper (Cu) and zinc (Zn), they meet the fertilizer criteria for concentrations of heavy metals. In South Korea, SPL cannot currently be used as a fertilizer due to legal constraints. Legal permission for SPL use would offer greater choice in livestock excreta management. In conclusion, recovery and recycling of N and P from livestock excreta as struvite can be an effective tool for managing nutrients in livestock excreta.

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.