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하수찌꺼기에서 초음파를 활용한 인(P) 회수시스템(PRS) 개발
최예덕 ( Ye-duk Choi ),이준연 ( Jun-yeon Lee ),하현주 ( Hyun-ju Ha ),장주호 ( Joo-ho Chang ),조승희 ( Seung-hui Cho ),임찬섭 ( Chan-sub Lim ),오석률 ( Seok-ryul Oh ),이목영 ( Mok-young Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
인(P, Phosphorus)은 질소(N) 및 칼륨(K)과 더불어 비료의 3요소로 잘 알려졌다. 현재 우리나라는 인(P)의 주원료로 사용되는 인광석을 대부분 해외 수입에 의존하고 있다. 인광석 매장량은 모로코, 미국, 중국 및 러시아 등의 국가가 전 세계 매장량의 80% 이상을 차지한다. 그러나 많은 전문가들에 의하면 경제성을 가진 인광석은 100년 이내에 고갈될 것으로 전망되어 대체자원 확보 및 자원화기술 개발이 시급한 실정이다. 하수찌꺼기는 하수처리장에서 부산물로 발생하는 폐기물로써 하수도 통계(2018)에 따르면 전국에서 연간 약 409만톤에 이르는 엄청난 부피의 하수찌꺼기가 발생하고 있다. 과거에는 다량의 하수찌꺼기를 해양에 투기하여 처리하였으나 폐기물의 해양투기를 규제하는 런던협약(‘12년)에 따라 하수찌꺼기를 대부분 육상에서 처리하고 있다. 본 연구는 서남물재생센터 혐기성소화공정에서 발생한 소화찌꺼기를 대상으로 초음파 조사시간, 교반속도 및 체류시간 등의 최적의 인(P) 용출조건을 도출하였다. 또한 인(P) 회수에 유리한 탈리여액 생산을 위해 약품 비용을 줄이고 탈수찌꺼기의 함수율을 대폭 개선할 수 있는 탈수시스템을 개발하고 특허등록을 완료하였다. 소화찌꺼기 탈수시스템은 초음파용출조, 폴리머 투입조, 멤브레인-필터프레스 및 탈리여액조 등으로 구성하였다. 향후 하수찌꺼기에서 초음파를 활용한 인(P) 회수시스템(PRS) 상용화를 통해 대체자원 확보 및 폐기물 자원화를 위한 기반 구축에 기여할 것으로 판단된다.
최예덕 ( Ye-duk Choi ),이준연 ( Jun-yeon Lee ),하현주 ( Hyun-ju Ha ),장주호 ( Joo-ho Chang ),이진용 ( Jin-yong Lee ),조승희 ( Seung-hui Cho ),임찬섭 ( Chan-sub Lim ),오석률 ( Seok-ryul Oh ),이목영 ( Mok-young Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
환경부에서 발표한 하수도 통계(2018)에 따르면 전국에서 발생하는 하수찌꺼기는 약 409만톤/년이며 서울시의 하수찌꺼기 발생량은 연간 70만톤 이상으로 알려졌다. 국내 하수처리장은 폐기물의 해양투기를 규제하는 런던협약(‘12년)에 따라 하수찌꺼기 처리에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 현재 하수찌꺼기는 해양배출 금지로 인해 부분 육상에서 소각하거나 매립하고 있다. 최근에는 하수처리장에서 강화된 총인(P) 법적기준에 대응하기 위한 총인처리시설 도입으로 인해 하수찌꺼기 발생량이 지속적으로 증가하고 있다. 보통 하수찌꺼기의 함수율은 건조 또는 소각공정의 에너지 비용을 크게 좌우한다. 하수찌꺼기 처리과정 중 많은 약품비가 소요되는 탈수공정 개선은 해마다 증가하고 있는 하수처리비용을 절감할 수 있는 좋은 대안이 될 것이다. 본 연구는 서남물재생센터에서 발생하는 소화찌꺼기의 물리·화학적 특성을 고려하여 약품비용을 줄이고 함수율을 대폭 개선할 수 있는 탈수시스템을 공동 개발하였다. 탈수시스템은 인간이 들을 수 있는 가청주파수 상한치(20kHz) 이상의 초음파, 폴리머 투입조 및 멤브레인-필터프레스 등으로 구성하였다. 탈수시스템 운전을 통해 초음파 조사 여부, 개질제 및 폴리머 투입에 따른 탈수케익 함수율과 탈리여액을 분석하였다. 이를 통해 소화찌꺼기 부피 저감과 인(P) 회수시 탈리여액을 고려하여 탈수시스템의 최적 운전인자를 도출하였다. 향후 실험결과를 토대로 초음파를 활용한 탈수시스템은 기존의 탈수공정을 대체하고 하수찌꺼기 자원화를 위한 기반 마련에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
하수찌꺼기 소각재에서 초음파를 이용한 인 회수 시스템(PRS) 개발
최예덕 ( Ye Duk Choi ),이준연 ( Jun Yeon Lee ),장주호 ( Zoo Ho Jang ),정중곤 ( Jung Gone Joung ),한규문 ( Kyu Mun Han ),이목영 ( Mok Young Lee ),정권 ( Kweon Jung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.2
This study was performed to develop a Phosphorus Recovery System (PRS) for the recovery of phosphorus from incinerated sewage sludge ash using struvite precipitation. Fly ash generated at the Seonam sewage treatment plant has a high P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> content (13.9%). We developed a PRS consisting of an ultrasonic extractor, solid-liquid separator, mixing tank, and phosphorus recovery tank. The ultrasonic extractor had a 28 kHz vibrator for high speed and efficiency, which could perform the extraction in one-quarter of the time required in the conventional stirring method. Results of tests on the ultrasonic extractor showed that up to 0.044 g of PO<sub>4</sub> <sup>3-</sup>-P per gram of ash could be extracted with 1 N NaOH at an L/S ratio of 10 mL/g and an ultrasonic output of 500 Wh for 0.5 hr. The PRS showed the fraction of Mg and P was >70% in struvite. The PRS utilizing leachate is an effective and low-cost process that removes and recovers NH<sub>4</sub> <sup>+</sup> from landfill leachate. The PRS is needed to improve the operation method and economic analysis to commercialize the technology and its application through further studies.
이인걸 ( In-geol Yi ),최예덕 ( Ye-duk Choi ),장주호 ( Zoo-ho Jang ),김지성 ( Ji-sung Kim ),이준연 ( Jun-yeon Lee ),오석률 ( Seok-ryul Oh ),이목영 ( Mok-young Lee ),신용승 ( Yong-seung Shin ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
하수처리공정에서 필연적으로 발생하는 슬러지는 소각, 매립 등으로 처리 시 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 부수적인 환경 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라 슬러지를 연료, 건설자재, 매립지 복토재 등으로 재활용하는 방법에 대한 연구·개발이 활발히 이루어져 왔고, 일부 기술은 실용화되어 있다. 몇몇 연구에서는 폐 슬러지를 흡착제로 활용하여 수계 내 오염 물질을 제거하는 방안에 대한 가능성을 제시한 바 있다. 한편 인(P)은 유기체의 생명 활동에 필수적인 미량원소이자, 화학 비료 및 합성 세제 등의 주요 성분으로써 인간 활동 전반에 널리 이용되고 있다. 그러나 인이 수계에 과량 존재할 경우 질소와 함께 하천 및 호소, 해역등지에서 부영양화를 유발하여 심각한 환경 문제를 야기하므로, 적절한 처리 공정을 통한 엄격한 배출 규제가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 서울 소재 S 물재생센터의 탈수 공정에서 발생하는 슬러지를 수중의 인을 제거하는데 활용하여, 흡착제로서의 재이용 가능성을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 탈수 슬러지를 24시간 동안 105℃에서 추가로 가열 건조시킨 후, 곱게 분쇄하고 체를 이용해 100 μm 이하의 크기로 분류하여 완성된 분말을 흡착제로써 회분식 실험에 이용하였다. 건조 슬러지의 화학적 구조 및 특성은 XRF, XRD, FT-IR 등을 통해 분석하였으며, 슬러지에 대한 인의 흡착 특성을 파악하기 위해 슬러지 용량, 반응 시간, 초기 인 농도, pH 등의 변화에 따른 영향을 관찰해 보았다.