하⋅폐수 처리 기술은 종래 단순 오염물질 처리에서 에너지 및 자원 절약형의 고도처리 기술로 발전되고 있으며, 공공 수역으로의 오염 물질과 유독 물질 배출을 최소화하고 설치⋅운영의 효율성을 높이기 위해 IT 및 BT와 같은 다양한 기 술을 접목한 융합형 기술로 진화하고 있다. 국내 하⋅폐수 처리기술의 발전 추이를 살펴보기 위해 등록된 특허기술을 수집⋅ 조사하여 연도별⋅부문별로 분류하여 분석하였다. 본고에서 2010년~2017년 5월 간의 관련된 특허 등록 내용을 생물학적⋅ 물리화학적 처리공정, 장치 및 기기, 소재⋅제재, 슬러지처리, 분리막, 공정제어기술 등 10개 분야의 42개 세부 영역으로 나누 어 추세를 분석했다. 총 3,356건의 특허가 등록되었으며 2013년에 638건으로 최고치를 기록한 이후 다소 감소하여 연간 3~400여 건을 유지하고 있다. 등록된 특허 총 건수는 아직 다른 국가에 비해 적지는 않으나 공정 제어 및 기기 분야, 신개념 처리 기술과 같이 세계 시장을 선도할 수 있는 첨단 기술의 특허는 타 분야에 비해 미흡한 것으로 나타났다.

We used a conventional activated sludge process to treat a paper wastewater, and then the effluent was treated with an ozone oxidation process as advanced process to remove non-degradable materials. It was found that the removal efficiency rates of the organic matter has been rapidly increased initially, and then it was almost constant after this period. The concentration of ozone should be recommended to maintain approximately 8.3 mg/L during this operation to keep the CODmn value below 100 mg/L and ozone contact time longer than 60 min.

활성슬러지 공정을 이용하여 Kraft 펄프공장에서 배출되는 유출수에 잔류하는 만성독성의 제거가능성을 평가하기 위하여 pilot plant를 운전하였다. 독성 이외에도 폐수내의 BOD, SS, resin과 fatty acids, 색도, 그리고 AOX와 같은 오염물질의 제거효과도 측정되었다. Pilot plant는 정상상태에서 약 10주 동안 운전되었으며 운전기간 동안의 평균 F/M 비율은 0.28, 그리고 sludge age는 8.4일로 계산되었다. 평균 MLSS 농도는 4,309mg/l이었으며 이중 휘발성 물질은 57%이었다. 운전기간 동안, BOD 제거계수(k)는 $30^{\circ}C$에서 8.2/일 이었으며 BOD 제거율은 full-scale 운전시보다 3~6% 정도 낮은 84%로 나타났다. 활성슬러지 유출수의 만성독성 시험은 Dinnel 방법과 BML 방법이 활용되었으며, 시험결과 pilot plant 활성슬러지 시스템에서도 효율적인 운전을 통하여 90% 이상의 독성제거가 가능함을 알 수 있었다. Pilot plant의 진 공정을 통해서 색도와 AOX의 제거는 매우 미미하였으나 resin과 fatty acids는 뛰어난 제거율을 나타내었다.

In this study, the treatment of livestock wastewater using an aerobic granular sludge based sequencing batch reactor was investigated. The reactor operation was carried out by general injection and split injection methods. The average removal efficiency of organic matter after the adaptation period was 71.5 and 87.4%, respectively. Some untreated organic matter was attributed to recalcitrant organic matter. The average removal efficiency of total nitrogen was 65.6 and 88.4%, respectively. These results indicate that the denitrification reaction by split injection was carried out smoothly. As for the solids, the ratio of aerobic granular sludge/mixed liquor suspended solid can be determined as the main factor of the process operation, and the ratio increased gradually and finally reached 86.0%. Correspondingly, the sludge volume index (SVI) was also improved, reaching 54 mL/g at the end of operation, and it is believed that the application of a short settling time contributed to the improvement of settleability.

The purpose of this study was to evaluate the effect of high-salinity wastewater on the microbial activity of Aerobic Granule Sludge (AGS). Laboratory-scale experiments were performed using a sequencing batch reactor, and the Chemical Oxygen Demand (COD), nitrogen removal efficiency, sludge precipitability, and microbial activity were evaluated under various salinity injection. The COD removal efficiency was found to decrease gradually to 3.0% salinity injection, and it tended to recover slightly from 4.0%. The specific nitrification rate was 0.043 0.139 mg NH4 +-N/mg MLVSS·day. The specific denitrification rate was 0.069 0.108 mg NO3 --N/mg MLVSS·day. The sludge volume index (SVI30) ultimately decreased to 46 mL/g. The specific oxygen uptake rate decreased from an initial value 120.3 to a final value 70.7 mg O2/g MLVSS·hr. Therefore, salinity injection affects the activity of AGS, causing degradation of the COD and nitrogen removal efficiency. It can be used as an indicator to objectively determine the effect of salinity on microbial activity.

The purpose of this study is to biological treatment of high salinity wastewater using Aerobic Granular Sludge (AGS). In laboratory scale’s experiments research was performed using a sequencing batch reactor, and evaluation of the denitrification reaction in accordance with the injection condition of salinity concentration, surface properties of microorganisms, and sludge precipitability was performed. The results showed that the salinity concentration increased up to 1.5%, and there was no significant difference in the nitrogen removal efficiency; however, it showed a tendency to decrease gradually from 2.0% onward. The specific denitrification rate (SDNR) was 0.052 0.134 mg NO3 --N/mg MLVSS (mixed liquor volatile suspended solid)·day. The MLVSS/MLSS (mixed liquor suspended solid) ratio decreased to 76.2%, and sludge volume index (SVI30) was finally lowered to 57 mL/g. Using an optical microscope, it was also observed that the initial size of the sludge was 0.2 mm, and finally it was formed to 0.8-1.0 mm. Therefore, salinity injection provides favorable conditions for the formation of an AGS, and it was possible to maintain stable granular sludge during long-term operation of the biological treatment system.

This study was carried out to investigate the economic and environmentally friendly process of drying sludge by combining a mechanical dewatering filter press and thermal dryer. The dryer for 40 kg/hr of dewatered sludge consisted of a main dryer, a heat exchanger, a pre-dryer, and supplementary equipment. During the dewatering process, 100 kg of sludge with 80.11% water content was diluted and mixed with 400 kg of water and ferric chloride solution was added as a sludge conditioner. The average water content of dewatered sludge cake was 60.9% and the energy consumption rate (ECR) for removing water was 226.9 kcal/kg-H2O. Hot flue gas generated from the main dryer was utilized as heating air for the pre-dryer in the heat exchanger. When 36 kg/hr of dewatered sludge cake was dried, the ECR was 1,009 kcal/kg-H2O with 3.96% water content. The combined operation of the dewatering and the thermal drying processes showed that the ECR was reduced sharply to 521 kcal/kg-H2O. The high humidity gas generated from each drying unit in the main dryer was recirculated to the odor decomposition chamber in the main dryer to destroy odor components at a high temperature. The odor concentration of humid gas generated by the pre-dryer was very low due to the relatively low operating temperature.

가열한 기름 속에서 비등에 의해 수분이 기화하는 유중증발 건조기술은 에너지 소비량이 약 680 kcal/kg-물로 다른 직･간접 접촉에 의한 건조기술과 비교하여 낮고 건조시간도 10분 정도이다. 그러나 건조물질의 높은 발열량이 건조한 물질에 기름 함유율이 25 % 정도인 것이 단점으로 지적되어 보급에 어려움을 겪고 있다. 한편 중금속이 포함된 산업폐수 슬러지는 건조 후 고형연료로 사용시 중금속 배출로 인한 공해문제를 유발하므로 현재는 친환경적인 처리가 어려운 실정이다. 현재까지 알려진 가장 친환경적인 중금속 함유 폐수슬러지 처리는 용융기술이나 다량의 에너지를 소비해야 한다. 따라서 유중건조 기술과 용융기술을 융합하면 각 기술의 단점이 상호 보완되어 시너지 효과를 극대화 할 수 있다. 하수슬러지, 축분 등은 협기성 소화와 더불어 건조 후 고형연료로 활용할 수 있는 다양한 처리방안이 마련되었으나, 산업폐수슬러지는 발생량이 하수슬러지 보다 많고, 특히 일부 폐수슬러지에는 다량의 중금속이 포함되어 있으나, 육상처리 기술은 하수슬러지와 유사하게 함수율을 줄인 후 매립이 허용되어 장기적으로 토양 및 지하수 오염이 우려된다. 본 연구는 용융로에서 유중증발 건조기술로 건조한 중금속을 함유한 고발열량의 폐수슬러지를 일부 보조연료를 활용하여 1,500 ℃ 정도 고온 열분해 용융로에서 용융 슬래그로 배출하여 유리화함으로써 중금속 성분 용출을 방지하고 폐열은 후단의 보일러에서 회수하여 폐수슬러지 건조용 열원으로 이용할 수 있는 기술이다. 실험결과 용융슬래그의 중금속 용출은 골재기준에 모두 만족하였고 폐열 회수도 효과적으로 할 수 있었다.

범정부적으로 2016년부터 유기성 폐수슬러지 해양배출이 전면 금지되고 육상처리를 권장하고 있어 주로 산업체에서 배출하는 폐수슬러지 육상처리 비용이 지속적으로 증가할 것으로 예상되며 따라서 슬러지 처리의 어려움으로 산업체의 경쟁력을 저하할 것으로 예상된다. 산업폐수 및 일부 하수슬러지에는 다양한 중금속과 미생물 분해가 어려운 유기물이 다량 포함되어 있어 기존 기술로 처리가 곤란한 실정이다. 육상처리 기술 중에서 비용이 저렴한 방법은 주로 매립에 준하는 것이므로 슬러지에 포함된 유기물에 의해 지구온난화지수(GWP)가 이산화탄소보다 21배 높은 메탄을 다량 배출하고 있으며, 중금속에 의한 지하수와 토양 오염이 우려된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 중금속 함유 산업슬러지를 건조 후 용융로에서 보조연료와 열분해 가스로 1,500℃이상의 고온 화염을 형성하여 폐수슬러지에 포함된 회분과 중금속을 용융 슬래그로 배출․유리화함으로써 분진 발생 감소와 회분에 포함된 중금속성분의 용출을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 건조 폐수슬러지를 용융하기 위하여 용융로 및 2차버너를 제작하여 용융실험을 수행하였으며, 열 회수 장치를 설치하여 열 회수 실험 또한 수행하였다.

In this study, content and leaching tests of heavy metals (14 items) were analyzed to evaluate the recyclability of the sludge from wastewater treatment facilities. Additionally, this was compared with and examined with the standard of controlled waste, certification standards of compost materials, etc. In the results of the content test, Cr6+ (30.82 mg/kg) of waste from the leather, fur, and textile industries (EWC 04) and Cr6+ (103.13 mg/kg) of waste from the manufacture formulation, supply, and use of coatings (EWC 08) were higher than the proposed criteria of Cr6+ (20 mg/kg). The high level of Cr6+ concentration was observed because of the use of sodium dichromate and chromic anhydride in the materials of dyestuffs and pigments and ink in the EWC 04 and EWC 08 processes. The results on sludge in this study did not meet the standard of the Fertilizer Control Act and quality standard of fuels. In particular, the high levels of Pb and Cd was the main reason.

The objective of this study was to evaluate the microwave drying characteristics of mixtures of chemical wastewater sludge (70~90%) and anthracite coal (10~30%) with respect to physical and economic factors such as mass, volume reduction, moisture content, drying rate and heating value when the wastes were dried at different weight mixing ratio and for different microwave irradiation time. The drying process were carried out in a microwave oven, the combined drying process with a 2,450 MHz frequency and 1 kW of power. Maximum dry rates per unit area on the microwave drying of mixtures with chemical wastewater sludge and anthracite coal were 35.5 kg H2O/m2·hr for Cs90-Ac10; 40.1 kg H2O/m2·hr for Cs80-Ac20 and 35.0 kg H2O/m2·hr for Cs70-Ac30. The result clearly indicated that moisture can be effectively and inexpensively removed from the wastes through use of the microwave drying process.

유기성슬러지는 바이오가스를 생산할 수 있는 우수한 원료물질로서 선진국에서는 이를 이용한 에너지 생산이 급증하고 있다. 국내의 경우 음식물쓰레기, 가축분뇨 및 하수슬러지를 대상으로 하는 바이오가스 생산 및 공급을 상용화하는 단계에 있다. 하지만 산업폐기물의 경우 에너지 가용 잠재력은 많으나 활용이 미흡하고, 산업단지에서 발생하는 유기성슬러지를 비롯한 유기성 폐자원은 일부 대규모 사업장에서 자체 에너지화 등을 통해 발생된 폐기물을 활용하고 있으나 대부분의 중･소규모 사업장은 일정 비용을 지불하고 위탁처리하고 있는 실정이다. 일부 대규모 사업장에서 생산된 적은 양의 바이오가스는 자체적으로 소각 또는 보일러용으로만 사용하고 있어 잉여 가스를 이용한 수익창출이 어려운 실정이다. 유럽의 경우 단일 유기성폐기물을 대상으로 처리하기 보다는 생분해성 폐기물을 하나로 통합 관리하는 방안을 적극적으로 추진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기성폐기물 해양투기 금지에 따른 대안 마련 및 유기성폐기물의 에너지화를 통한 국가 에너지원 확보를 위해 생활계의 음폐수와 사업장의 음료제조업(맥주제조업, 유가공제조업) 폐수처리슬러지를 대상으로 바이오가스화 가능성을 평가한 결과, BMP 실험의 경우 1:9, 3:7, 5:5 비율로 병합 처리한 경우 각각 약 233, 298, 344 CH4 mL/gVS의 메탄가스가 발생하였다. BMP 실험을 통해 생산된 메탄가스의 누적생산 곡선을 Modified Gompertz model과 first order kinetic model에 적용하여 추정한 결과, 메탄생성량은 Modified Gompertz model에서는 238.5, 302.3, 353.6 mL/gVS 발생하였고 first order kinetic model에서는 242.8, 312.5, 365.5mL/gVS로 음폐수와의 혼합비율이 증가할수록 높게 나타났으며, 최대 메탄생성속도의 경우 3:7비율에서 48.2 mL/gVS·day로 최대 메탄생성 속도를 보였다. first order kinetic model의 1차 반응속도상수 k값은 1:9, 3:7, 5:5 비율에 따라 0.32, 0.22, 0.08day-1 나타났다. 1차 반응속도 상수의 경우 음폐수의 혼합비율이 낮을수록 높게 나타났다. Modified Gompertz와 first order kinetic model 모두 실험결과를 잘 모사하였으며, 실험결과와 모의결과의 적합도를 나타내는 상관계수(R2)의 경우 0.92∼0.98으로 높은 상관성을 나타내었다.

하수슬러지의 해양배출은 2005년 77%, 2009년 47%, 2013년 14%로 점점 감소했으며, 유기성 슬러지의 직매립 금지, 런던협약에 의한 2012년부터 하수처리 슬러지의 해양투기가 전면 금지됨에 따라 전면적으로 육상처리를 위해 공공처리시설 및 민간위탁 시설에서 재활용 및 소각 등으로 대응하고 있으나 처리에 한계가 있다. 에너지 가격 상승에 따라 슬러지 처리비용이 지속적으로 상승하고 있어 설치･운영비 절감을 위해서는 육상처리 시설의 조속한 확충과 더불어 발생원에서 슬러지 감량화, 슬러지 처리 신기술개발이 필요하다. 이를 대체 할 처리 방법으로 우리나라와 중국 등에서 건조연료화 기술이 개발되어 적용하고 있다. 본 연구에서는 각종 사업장 폐수처리시설에서 다양하게 배출되는 폐수슬러지의 적정처리 및 재이용을 위하여 유중증발 건조기술을 이용하여 슬러지를 처리한 후 건조 전･후의 공업분석, 원소분석, 중금속분석, 발열량 측정을 하고 반응시간, 반응온도와 같은 건조조건에 따른 슬러지의 함수율 변화를 측정하여 각 조건에 따른 특성을 분석하여 유중증발 건조기술에 의한 폐수슬러지의 안정적이고 효율적인 처리 방법을 고찰하고 각종 산업단지에서 배출되는 폐수슬러지 성분에 포함된 다량의 중금속 등을 처리, 처분 시 용출량을 최소한으로 줄이고, 처리된 용융 부산물의 품위에 따라서 재이용, 재활용을 하기 위해서 용융실험을 수행하여 폐수슬러지를 친환경적이고 경제적으로 활용할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.

According to the elementary analysis on organic wastes, the C/N ratio, a major condition for anaerobic digestion, is 5.40 to 9.23, except for food waste leachate (FWL). Defined by Tchobanoglous’ mathematical biogas prediction model, methane gas and biogas productions increased, depending on the mixing rate of FWL. Furthermore, anaerobic digestion both wastewater sludge and food waste leachate based on the right mixing ratio, increases methane gas productions compared to digesting wastewater sludge alone. In other words, co-anaerobic digestion is more likely to realize biogasification than single anaerobic digestion. We mix food waste leachate and wastewater sludge from the dairy and beer manufacturing industry by the proportion of 1 : 9, 3 : 7 and 5 : 5. It turns out that they produced 118, 175 and 223 CH4 mL/g VS in the dairy manufacturing and 176, 233 and 263 CH4 mL/g VS in beer manufacturing of methane gas. The result suggests that as the mixing rate of food waste leachate rises, the methane gas productions increases as well. And more methane gas is made when co-digesting wastewater sludge and food waste leachate based on the mixing ratio, rather than digesting only wastewater sludge alone. Modified Gompertz and Exponential Model describe the BMP test results that show how methane gas are produced from organic waste. According to the test, higher the mixing rate of food waste leachate is, higher the methane gas productions is. The mixing ratio of food waste leachate that produces the largest volume of methane gas is 1 : 9 for the dairy industries and 3 : 7 for brewery. Modified Gompertz model and Exponential model describe the test results very well. The correlation values (R2) that show how the results of model prediction and experiment are close is 0.920 to 0.996.

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.