하수슬러지의 에너지 자원화를 위한 마이크로파 건조특성 분석

이성민(Lee Seongmin),이윤식(Lee Yoonsik) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.7

하수를 정화하는 과정에서 발생하는 슬러지는 과거 주로 매립되어 왔으나, 2003년 유기성 슬러지의 매립금지라는 폐기물 관리법이 개정됨에 따라 최근에는 주로 해양투기 되어왔다. 그러나 ‘런던협약 96의정서’에 의해 2011년부터 해양투기도 금지될 예정이어서, 세계 각국은 슬러지의 다양한 처리방법에 대해 노력하고 있다. 우리나라도 예외 없이, 하수슬러지의 합리적인 처리방법을 찾기 위해 현재 많은 전문가들이 노력하고 있으며, 그중 하나가 재생 에너지화이다. 슬러지의 재생 에너지화의 성패는 친환경적이고 경제적인 건조방법에 달려 있다 해도 과언이 아니다. 따라서 본 연구에서는 영동군에서 발생하고 있는 하수슬러지를 재생에너지화하기 위해, 슬러지의 화학적 특성을 분석하여 에너지화 가능성을 검토하고, 마이크로파를 물과 슬러지에 각각 조사하여 슬러지의 건조 특성과 효율성 등을 분석하였다. 그 결과, 영동군하수 슬러지는 중금속 성분이 매우 적고 열량이 3,370㎉/㎏ 이상으로 재생 에너지화하기에 적당함을 확인하였다. 또한, 마이크로파에 의한 슬러지 건조 특성을 분석한 결과, 슬러지 중량 대비 시간의 곡선은 투입 슬러지 량에 관계없이 늘어진 S자 형태의 거동특성을 보임은 물론 그 기울기가 일정함을 확인하였다. 또한, S 곡선을 변곡점 기준으로 세 영역으로 나눌 경우 두 번째 영역에서 건조가 가장 많이 일정하게 발생하며, 전체 건조량의 약 80% 이상임도 확인하였다. 본 결과는 향후 마이크로파를 이용한 full-scale 건조공정에서 투입 슬러지 대비 슬러지 건조량을 예측하는데 적용할 수 있다. 또한 본 실험 결과에 의하면, 마이크로파에 의한 건조능력이 약 1.0㎏/㎾ 이상을 보이고 있어 경제성도 갖고 있음을 확인하였다. Wastewater sludge had normally filled up in land before revising the law of waste material management in 2003, which does not permit landfill of organic sludge in Korea. After the law, most sludge has been littered in the ocean up to now. However, due to the London Convention 96 Protocol, littering sludge in the ocean will also be prohibited after 2011. This Protocol makes countries find out new methods to treat wastewater sludge. There is no exception in Korea too. Many researchers have urgently try to find out better ways to treat sludge. One of ways is to make sludge recycle energy and the success of it depends on drying method. Specifically, it really depends how to make sludge dry ecologic friendly and economic efficiently. Therefore, wastewater sludge produced in Youngdong was analyzed to make it energy resources in this study. The sludge was tested to analyze the drying and chemical characteristics of it by irradiating microwave. In the result, it is sure that the sludge has little heavy metals as like as others in country side. High calories, 3370 ㎉, shows that it has good potential to be recycle energy. Moreover, weight deduction of the sludge vs. time shows long S-curve and has same deduction ratio. Specifically, S-curve can be divided by three sections based on the curvature points. There are steady state reduction ratio of weight and approximately 80% of weight duction in the second section. This results can be used to estimate the amount of sludge reduction in the full-scale microwave dryer. Drying capacity of microwave shows approximately 1.0 ㎏/㎾/hr. It makes sure that sludge recycle energy has the potential of economic efficiency too.

A시 하수처리시설 약품주입비율에 따른 하수슬러지 점성도 및 건조특성에 관한 연구

윤권감 ( Kwon-gam Yun ),이승원 ( Seung-won Lee ) 한국환경기술학회 2017 한국환경기술학회지 Vol.18 No.1

본 연구는 A시 11개 하수처리장의 동절기 및 비동절기 약품 사용 비율에 대한 현황을 비교를 하였으며, 또한 그에 따른 점성도 평가 및 하수슬러지 건조 특성에 관한 연구를 실시하였다. 2012년의 비동절기 하수슬러지 1kg 발생 대비 응집제 사용비율은 소화슬러지 및 농축슬러지가 0.54% 및 0.31%로 나타났으며 동절기의 경우 소화슬러지 및 농축슬러지가 0.66% 및 0.27%로 농축슬러지에 비해 약 3배의 높았다. 2013년의 경우 역시 비동절기의 소화슬러지 사용비율 평균이 0.66% 및 농축슬러지의 사용 비율 평균이 0.30%에서 소화슬러지 동절기 사용비율은 0.76%, 농축슬러지 사용비율 0.27%로 소화슬러지의 경우 동절기 응집제 사용비율 평균이 높은 반면 농축슬러지는 동절기 응집제 사용량 평균이 오히려 감소하는 결과를 나타내었다. 점성도는 소화슬러지인 A 및 C site의 점성도가 농축슬러지인 E 및 H site 보다 다소 낮게 조사되었으며, 계절에 따라서 모든 site에서 겨울철의 점성도가 높게 조사되어 이는 응집제 사용의 증가에 기인하는 것으로 판단된다. 하수슬러지 건조효율 평가의 경우 1차 부분건조에서 내부온도 100℃∼120℃ 및 체류시간 90분 이후 모든 슬러지가 함수율 65% 이하를 만족하였으며, 특히 함수율이 다소 높게 나타났던 C site가 1차 부분건조 53.1%까지 수분이 감소되었다. 이후 2차 직접건조 90분 후 모든 site가 완전건조 함수율 10%를 만족 하였으며, 특히 초기 함수율이 다소 높았던 A site 및 C site의 최종 함수율이 각각 3.2% 및 5.1%까지 낮게 나타나 건조효율이 높은 것으로 나타났다. This is a research on evaluation of viscosity and drying characteristics of sewage sludge according to polymer dose ratio. The results are as follows. The polymer dose ratios per 1kg of sewage sludge produced during non-winter seasons in 2012 were 0.54% for digested sludge and 0.31% for thickened sludge. During winter, the polymer dose ratio was 3 time higher with 0.66% for digested sludge and 0.27% for thickened sludge. Similarly in 2013, non-winter polymer dose ratios had average of 0.66% for digested sludge and 0.30% for thickened sludge. In winter season, the ratios were 0.76% for digested sludge and 0.27% for thickened sludge. While the polymer dose ratio average was higher in winter season for digested sludge, the average rather decreased in winter season for thickened sludge. Viscosity of digested sludge from sites A and C was lower than that of thickened sludge from sites E and H. Increase in the polymer usage seems to contribute to the higher viscosity from all sites during winter. Evaluation on sewage sludge drying efficiency showed that all sludge met moisture content below 65% after indirect drying with inner temperature of 100℃∼120℃ and retention time of 90 minutes. Especially moisture content of sludge from site C, with comparatively high initial moisture content, decreased down to 53.1% after indirect drying. After 90 minutes of direct drying, all sites met complete drying moisture content of 10%. Especially, sites A and C that showed high initial moisture content had final moisture content of 3.2% and 5.1%, displaying high drying efficiency.

다양한 전처리에 따른 중온협기-고온호기 복합슬러지 처리공정의 슬러지 처리효율 및 메탄 생성량 변화

하정협,박종문,박상규,조현욱,장현민,최석순 유기성자원학회 2013 유기물자원화 Vol.21 No.3

In this study, various influent sludge pre-treatment methods were adopted to investigate their effects on the sludge digestion and methane production in combined mesophilic anaerobic and thermophilic aerobic sludge digestion process. A lab-scale sewage sludge digestion process was operated during 4 phases using different feed sludge pre-treatment strategies. In phase 1, feed sludge was supplied without any pre-treatment. In contrast, in phases 2, 3 and 4, thermal, thermal-alkaline and long time alkaline treatment (7 days) were applied to influent sludge, respectively. With sludge pre-treatment, TCOD removal was drastically increased from 44% to 76% from phases 1 to 4, respectively. Also, pre-treatment of feed sludge significantly improved the methane production rate of MAD, showing an increment from 101 to 165-256mL/L/day. Meanwhile, TCOD removal and methane production at phase 4 were not increased, compared to those at phase 3. Based on the experimental results, it was concluded that pre-treatment of feed sludge significantly increases the efficiency of sludge digestion and thermal-alkaline method was the most effective method among the pre-treatment methods examined. 본 연구에서는 유입 슬러지에 다양한 전처리 방법을 적용하여 전처리 방법이 중온혐기-고온호기 복합 슬러지 처리 공정의 슬러지 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 실험실 규모의 슬러지 소화장치를 제작하여 서로 다른 유입 슬러지 전처리방법을 적용하여 4단계로 실험을 진행하였다. 1단계에서는 전처리를 하지 않은 슬러지를 공급하였고, 2, 3, 4단계에서는 각각 열처리, 열-알칼리처리, 장기 알칼리 처리(7일)를 거친 유입 슬러지를 공급하였다. 실험 결과, 1단계에서 4단계까지 진행되는 동안 총COD 제거율은 44%에서 76%까지 증가하였으며, 메탄 생성량 또한 101mL/L/day에서 165, 256mL/L/day까지 크게 증가하였다. 한편, 4단계에서는 7일간의 장기 알칼리 처리를 하였음에도 불구하고 3단계에 비해 총COD 제거율과 메탄 생성량이 증가하지 않았다. 결론적으로, 유입 슬러지의 전처리를 통해 복합 슬러지 처리 공정의 슬러지 제거 효율과 메탄생성량을 크게 증가시킬 수 있었으며, 여러 가지 전처리 방법 중 열-알칼리 처리법이 가장 효율적임을 실험결과를 통해 알 수 있었다.

난지도 하수슬러지 매립지의 슬러지 성상분석

남궁완(Wan Namkoong),황선숙(Seon Suk Hwang),김철수(Chul Soo Kim),윤범한(Bum Han Yeun),류범수(Bum Su Ryu) 유기성자원학회 1996 유기물자원화 Vol.4 No.2

난지도 하수슬러지 매렵지 내 슬러지의 적정 처리방안을 검토하기 위한 기초조사로서 슬러지의 매립량 빛성상을 조사하였다. 보링시험을 통하여 매렵지의 깊이를 측정하였고 슬러지성상분석을 위한 시료를 채취하였다. 주요 분석내용은 슬러지의 화학적 특성, 중금속함량 그리고 용출시험이었다. 조사결과 슬러지 매립지는 펑균 15m 깊이에 약 5만 평방미터 넓이로 총 매렵량은 60만톤 정도로 추정되었다. 슬러지의 성상을 분석한 결과 일반적인 하수슬러지에 비하여 상당히 안정화된 슬러지임을 알 수 있었다. 또한 중금속 함량 시험에서 구리를 제외한 모든 항목에서 미국 캘리포니아주의 일반폐기물기준을 만족하였으며, 외국의 퇴비내 중금속허용기준치와 비교한 결과 대부분 기준치 이내 이었다. 슬러지의 용출시험결과 난지도 하수슬러지매렵장의 슬러지는 일반폐기물로 분류되었다. This study was carried out to estimate the amount and the characteristics of sewage sludge dîsposed of in the Nanjido sludge landfill sîte. Borîng test was conducted to estimated the landfîll volume and to get sludge samples to be analyzed. Total analysis and leaching test were performed to find the characteristics of sewage sludge. The Nanjido sludge landfill site had the surface area of 50,000 m2 and the average depth of 15 m. The estimated sludge volume was 600 ,000 ton. Sewage sludge in Nanjido sludge landfill site was very stable. Results of total analysis of heavy metals indicated that the sludge could be classified as a non - hazardous waste according to the California state regulation. The sludge also could be used as compost based on compost quality criteria of foreign countries. Results of Korea Extraction Procedure showed that sewage sludge in Nanjido sludge landfill site was not a hazardous waste.

전기장과 초음파를 이용한 하수슬러지의 가용화 특성 연구

서장원(Jang Won Seo),한지선(Ji Sun Han),안창민(Chang Min Ahn),민동희(Dong Hee Min),유연선(Yeon Sun Yoo),윤순욱(Soon Uk Yoon),이종규(Jong Gyu Lee),이종연(Jong Yeon Lee),김창균(Chang Gyun Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.9

초음파를 사용한 슬러지 가용화는 슬러지 부피 감소 및 혐기성 바이오가스 생산시의 소화효율 강화를 위해 그 이용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 세 종류의 슬러지(G 하수처리장의 반송슬러지, 잉여슬러지와 혼합슬러지)를 대상으로 가장 효율적인 가용화를 위해 전기장단독처리와 초음파단독처리 및 전기장-초음파 복합처리를 연구하였다. 폐쇄된 회로로서, 평균 0.7 m3/h의 유량으로 200 L의 슬러지(이는 1시간당 3.5회 처리에 해당)를 24시간 동안 84회까지 연속적으로 가용화 공정을 통과시켰다. 전기장만 단독으로 적용하였을 때의 경우 슬러지 종류와 관계없이, 처리 전과 후에 어떤 sCOD/tCOD 변화도 발생하지 않았다. 그러나 초음파 단독 또는 복합된 공정을 이용한 경우 통과횟수에 따라 두 방법 모두 슬러지 가용화율이 증가하였고 복합된 경우 더 크게 증가하였다. 또한, 입자의 직경(0.9)과 직경(0.5)이 원 슬러지보다 감소하는 동시에 VSS/TSS는 2~6% 범위까지 감소 하였다. 잉여슬러지와 혼합슬러지에는 전기장 및 초음파 복합처리가 더 적합했던 것에 비해 반송슬러지는 초음파 처리가 더 가용화를 효과적으로 촉진하였다. 가장 효율적인 슬러지 파괴를 위해서는 슬러지 종류에 따라 가용화 공정이 선택적으로 적용되어져야 할 것으로 판단할 수 있었다. Sludge solubilization using sonification has been increasingly used for sludge volume reduction along with enhancing digestion efficiency during anaerobic biogas production. In this study, either electric field or ultrasonification or in combination with were investigated using three types of sludge (return, excess and mixed at G sewage treatment facility) for the most efficient solubilization. As a the closed loop, 200 L of sludge was continuously passing through the solubilization system at an average flow rate of 0.7 m3/h, which is equivalent to 3.5 times treated per hour for up to 84 times (24 h). Only implying electric field showed no variation for sCOD/tCOD before and after treatment on sludge solubilization regardless of types of sludge. However, employing the ultrasonic or combined system could both increasingly solubilize sludge with regard to the number of passing-through, which more enhanced by the combined. In addition, VSS/TSS was lowered to in the range of 2 and 6% while its particle size, diameter (0.9) and diameter (0.5) were more minimized than that of raw sludge. For return sludge, ultrasonification was more efficiently facilitated for solubilization, whereas electric field-ultrasonification was more preferably applied for excess and mixed sludge. It is concluded that depending on types of sludge, solubilization system must be selectively applied for the most efficient break-up of them.

하수처리시설에서 발생된 약품 잉여슬러지의 혐기성 소화 특성

조상선(Sang Sun Cho),강호(Ho Kang),임봉수(Bong Su Lim) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.8

본 연구는 인제거를 위한 하수처리시설에서 발생하는 약품 잉여슬러지의 혐기성소화 특성을 조사하기 위한 것이다. 잉여슬러지의 최종생분해도 값은 Biogas발생량을 기준으로 약 31%, PACl 슬러지는 24%이며, Alum 슬러지는 26%이었다. 20일 동안 잉여슬러지는 S1이 75%로써 k1 (0.1129 day-1)의 속도로 분해되었으며, PACl 슬러지는 k1 (0.0998 day-1)의 속도로 S1인 74%의 BVS를 분해시켰고, Alum 슬러지는 S1이 76%로써 k1 (0.1091 day-1)의 속도로 분해되었다. SCFMR 반응조 운전시 모든 슬러지는 pH 6.7~7.0을, Alkalinity는 1,800~2,200 mg/L 범위로 차이가 미미하며 유사한 값을 유지하였다. HRT 20일에서 PACl 슬러지와 Alum 슬러지 Biogas 발생량은 각각 0.089, 0.091 v/v-d로 Control 0.124 v/v-d에 비해 낮은 27~28%이었다. 운전 전반에 걸처 메탄의 함량은 세 반응조 모두 70~76%로 PACl과 Alum을 주입함에 따른 영향은 없는 것으로 판단된다. PACl과 Alum을 주입한 슬러지의 TVS 제거효율은 HRT 20일에서 각각 평균 19.6%, 19.9%로 Control (23.8%)에 비해 약 4% 가량 작은 값을 나타내었으며, BVS 제거효율은 HRT 20일 조건에서 Control 반응조의 경우 평균 34.5%, PACl과 Alum 슬러지는 각각 평균 25.8%, 26.9%로 나타내어 PACl과 Alum 슬러지가 Control 보다 약 8% 낮은 제거효율을 보였다. This study was carried out to get the characteristics of anaerobic digestion for chemical/biological sludge produced from municipal sewage treatment plant for phosphorus. Anaerobic mesophilic batch tests showed that the ultimate biodegradability of waste activated sludge showed 31%, PACl sludge 24%, Alum sludge 26%, respectively. At the S/I 1.0, 75% of total biodegradable volatile solids (TBVS) of waste activated sludge was degraded with an initial rapid decay coefficient, k1 of 0.1129 day-1 and 74% of TBVS of PACl sludge with k1 of 0.0998 day-1, and 76% of TBVS of Alum sludge with k1 of 0.1091 day-1 for 20 days. During the operation of SCFMRs, the 3 reactor (Control, PACl, Alum) pH maintained 6.7~7.0 and the reactor alkalinity maintained 1,800~ 2,200 mg/L as CaCO₃. The average biogas production rates of SCFMRs fed with PACl sludge and Alum sludge were 0.089 v/v-d and 0.091 v/v-d, respectively, which was 27~28% lower than that of the control (0.124 v/v-d) at an HRT (hydraulic retention times) of 20 days. And the methane content during the operation ranged 70~76% in 3 reactor. The average TVS removal efficiency of SCFMRs fed with PACl sludge and Alum sludge were 19.6% and 19.9%, respectively, at an HRT of 20 days, which showed 4% lower than that of the control (23.8%). The average BVS removal efficiency of SCFMRs fed with PACl sludge and Alum sludge were 25.8% and 26.9%, respectively, at an HRT of 20 days, which was 8~9% lower than that of the control (34.5%).

반류수 MLE공정에서 고형물 부하율 기반 일차슬러지 제어기술 개발

장신요(Shinyo Chang),신풍식(Pung Shik Shin),박현(Hyeon Park),정연구(Yeon-Koo Jeong) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.12

목적: 반류수를 대상으로 고형물 부하율을 측정하여 일차슬러지 제거, 재순환, 투입에 대한 제어기술을 개발하여 처리용량 증가 및 공정성능 향상을 달성하고자 하였다. 방법: 파일럿 플랜트는 실플랜트와 유사하게 일차침전지+MLE공정으로 제작하였고, 유입 고형물 부하율을 기반으로 슬러지 인발량을 제어할 수 있도록 구성하였다. 상태점 분석으로 일차슬러지에 대한 제거 하부배출속도, 전체 하부배출속도를 결정하였다. 수동인발, 자동인발, 자동인발+재순환, 자동인발+투입 방식으로 구분하여 운전하였다. 일차슬러지 제어기술에 대한 성능평가 항목은 일차, 이차침전지의 SS 제거효율과 일차슬러지 농도로 하였다. 재순환 및 투입에 의한 생물반응조 성능향상은 암모니성질소, 총무기질소(TIN), 인산염인 제거효율과 SNR, SDNR을 통해서 판단하였다. 재순환으로 변화된 아세트산 농도와 미생물 군집특성을 비교하여 성능향상 원인을 분석하였다. 결과 및 토의: 유입 반류수 SS 모니터링 평균값은 2.2 (0.7 ~ 6.3) g/L로 일차침전지는 고농도 SS와 변동에 대응한 처리가 필요하였다. 실제 침강속도에 기반한 상태점 분석이 정밀하게 일차슬러지 제거, 재순환, 투입에 대한 안정적인 운전 가능여부와 구체적인 설계 및 운영기준을 제시할 수 있는 것으로 나타났다. 유입 고형물 부하율 변화에 따라서 하부배출속도를 제어하는 자동인발은 고농도 슬러지를 안정적으로 인발할 수 있으며, SS 제거효율도 안정적으로 유지할 수 있었다. 슬러지 재순환 운전에서도 안정적 운전이 가능하며 실플랜트에서 일차침전지 처리용량을 2배 이상 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 일차슬러지 재순환으로 생물반응조 TIN 제거효율은 24.2 ~ 52.3% 향상되었고 인산염인 제거효율은 최대 20.1% 향상되었다. 일차슬러지 투입으로 생물반응조 TIN 제거효율이 32.6% 향상되었다. 아세트산을 포함한 휘발성 유기산이 생성되고 제거효율이 향상된 것은 재순환에 의해 일차슬러지와 접촉하였고 발효 미생물 주요 종 비율이 2.0% 존재하였기 때문으로 판단된다. 유입 반류수에는 질소, 인 처리미생물 주요 종이 26.4% 존재하여, 일차슬러지 투입으로 미생물 공급이 이루어져서 제거효율을 향상시켰다고 판단된다. 결론: 반류수를 대상으로 고형물 부하율을 측정하여 일차슬러지 제거, 재순환, 투입을 제어하는 기술은 일차침전지 처리용량을 증가시킬 수 있고 생물반응조의 질소, 인 제거효율을 향상시키는 것으로 사료된다. Objectives : By measuring the solids loading rate for the sidestream, it was intended to achieve increased treatment capacity and improved process performance by developing control technologies for primary sludge removal, recirculation, and input. Methods : The pilot plant was manufactured by the primary clarifier + MLE process similar to the full-scale plant and was configured to control the amount of sludge withdrawal based on the inflow solids loading rate. The state point analysis was used to determine removal underflow withdrawal rate and the total underflow withdrawal rate for the primary sludge. The operation was divided into manual withdrawal, automatic withdrawal, automatic withdrawal + recirculation, and automatic withdrawal + input methods. The performance evaluation items for primary sludge control technology were primary sludge concentration and SS removal efficiency for primary and secondary clarifiers. The improvement in the performance of the bioreactor by recirculation and input was judged through the removal efficiency of ammonium nitrogen, TIN (Total Inorganic Nitrogen) and phosphate phosphorus, SNR (Specific Nitrification Rate), and SDNR (Specific Denitrification Rate). The cause of the performance improvement was analyzed by comparing the acetic acid concentration changed by recirculation and the microbial community characteristics. Results and Discussion : The average value of SS monitoring of the sidestream influent was 2.2 (0.7 ~ 6.3) g/L and the primary clarifier needed treatment in response to high concentration SS and fluctuations. It is judged that the state point analysis based on the actual settling rate can accurately suggest whether the stable operation of primary sludge removal, recirculation, and input is the possible and specific design and operation standards. The automatic withdrawal that controls the underflow withdrawal rate according to the change of the inflow solids loading rate could stably draw out the high-concentration sludge and maintain the SS removal efficiency. It is believed that stable operation is possible even in the sludge recirculation operation, and the treatment capacity of the primary clarifier can be increased more than two times in a full-scale plant. By recirculation of the primary sludge, the TIN removal efficiency in the bioreactor was improved by 24.2 ~ 52.3%, and the phosphate phosphorus removal efficiency was improved by up to 20.1%. The TIN removal efficiency in the bioreactor was improved by 32.6% by the input of primary sludge. VFAs (Volatile Fatty Acids) including acetic acid was produced and the removal efficiency was improved because it was in contact with primary sludge by recirculation and the ratio of major fermentation microorganisms was present at 2.0%. It is determined that 26.4% of the main species of microorganisms treated with nitrogen and phosphorus exist in the sidestream inflow and the removal efficiency was improved by supplying microorganisms through the input of primary sludge. Conclusions : Technology that controls primary sludge removal, recirculation, and input by measuring the solids loading rate for the sidestream is believed to increase the treatment capacity of the primary clarifier and improve the nitrogen and phosphorus removal efficiency of the bioreactor.

도시 하수 및 공장 폐수 슬러지의 바이오가스화에 관한 연구

김자현(Jahyun Kim),김석구(Seogku Kim),황인주(Injoo Hwang),안재환(Jaehwan Ahn),강성원(Sungwon Kang),이원태(Wontae Lee),임준혁(Junhyuk Lim),이제근(Jeakun Lee),이태윤(Taeyoon Lee) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.9

슬러지의 안정화, 휘발성 고형물 감소, 바이오가스 생산을 위해 혐기성 소화공정이 슬러지의 처리 방안으로 연구됐다. 본 연구에서는 하?폐수 슬러지(MWS, IWS), 혼합슬러지(Mix), 탈수슬러지(MWSC)를 대상으로 바이오가스 생산 가능성을 살펴보기 위해 Total solids, Volatile solids, 원소분석, BMP 실험을 하였다. Total solids 함량은 11.2∼20.6 %의 값을 가지며 Volatile solids의 함량은 TS의 62.1∼83.1 %의 값을 가지고 있다. C/N비는 4.96∼8.33의 값을 나타났다. BMP test를 한 결과 혼합슬러지의 경우 약 20일, 하?폐수 슬러지의 경우 약 16∼17일에 메탄발생이 종료되었다. 탈수케이크는 약 10일까지 메탄이 발생하였으며 가장 빨리 메탄발생이 종료되었다. 누적 메탄발생량의 경우 혼합슬러지가 395.50 mL CH₄/g VS으로 가장 높은 누적 메탄 발생량을 가진다. 누적 이산화탄소 발생량은 탈수케이크를 제외하고 비슷한 값을 보이고 있다. Anaerobic digestion was investigated for the stabilization of sludge, decrease of volatile solids, production of biogas for wastewater sludge. In this study, total solids and volatile solids, elemental analysis were conducted to determine characteristics of various types of sludges and investigate the feasibility of biogas production of Municipal Wastewater Sludge (MWS), Industrial Wastewater Sludge (IWS), mixed sludge (Mix), and Municipal Wastewater Sludg Cake (MWSC). Total solids, volatile solids, and C/N ratio were determined in the range of 11.2∼20.6 %, 62.1∼83.1 % of TS and 4.96∼8.33 %. Using the biochemical methane potential (BMP test), mixed sludge and wastewater sludge finished the methane production within approximately 20 day and 16∼17 day. Sludge cake finished within 10 day. Mixed sludge produced 395.5 mL CH4 per g of Volatile Solid (VS) and resulted in the highest methane production. For carbon dioxide production, five sludges had similar value of accumulated carbon dioxide production except for sludge cake.

알칼리 전처리에 의한 슬러지 호기성 소화 및 액비 특성 변화

황응주(Eung Ju Hwang) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.1

슬러지 직매립 금지와 런던협약에 따른 해양투기의 금지로 인해 하수슬러지의 처리 대안 연구가 다방면으로 진행되고 있으며 본 연구에서도 슬러지를 안정화시켜 액비로 재활용하는 기술에 대한 실험연구가 수행되었다. 슬러지 가용화를 위해 알칼리 전처리를 도입하였고 전처리된 슬러지를 호기성 소화조의 기질로 투입하여 유기물 및 질소화합물의 성상 변화를 관찰하였다. 또한 pot test를 통해 처리된 슬러지의 액비 이용 가능성을 평가하였다. 그 결과 알칼리 전처리된 슬러지를 호기성 소화조의 기질로 투입할 경우 전처리되지 않은 슬러지를 투입할 경우에 비해 SS 분해율은 57%에서 66%로 VSS 분해율은 59%에서 69%로 증가하였으며, 슬러지를 전처리할 경우 소화조의 체류시간 감소가 예측되었다. 알칼리 전처리와 호기성 소화를 통해 TCOD의 94.1%가 감소되었고, 최종 SCOD는 220∼230 mg/L로 낮아 유기물이 안정화됨을 나타내었다. 소화조에서 질산화와 이로 인한 pH 저하 현상이 발견되었으며 전처리하지 않은 경우(445.4 mgN/L)가 전처리한 경우(223.1 mgN/L)보다 높은 질산농도와 낮은 pH값(최저 3.0)을 보였다. 슬러지를 액비로 이용할 경우 오이 묘목 잎의 성장은 소화 처리된 슬러지, 전처리 및 소화된 슬러지, 처리되지 않은 슬러지, 증류수의 순으로 높았으며 질산성 질소의 농도, 슬러지 투입량은 잎의 성장과 정의 상관성을 보였다. 전처리와 소화를 병행할 경우 처리하지 않은 슬러지보다 잎과 줄기의 생육 모두를 향상시켰으나, 소화만을 거친 슬러지는 처리하지 않은 슬러지보다 잎의 성장은 크게 향상시키고 줄기의 성장은 다소 저하시켰다. In order to meet the stringent requirement of sludge disposal and to find ecological alternative, aerobic digestion coupled with alkaline pretreatment was studied. The treated sludge was tested for the potential of liquid fertilizer. In the aerobic digestion, it was obvious that the performance of digester B(fed with the sludge pretreated by NaOH) was better than that of digester A(fed with raw sludge) in terms of COD and SS removal. SS and VSS removal rates in digester B were 66% and 69%, respectively. At 5 days, TSS removal rate reached 47% in the digester B, which was 71% of final TSS removal rate. It revealed that the pretreatment process can shorten the retention time of aerobic digestion. 94.1% of TCOD in the raw sludge was reduced by alkaline pretreatment and aerobic digestion. Final SCOD was in the range of 220∼230 mg/L implying the sludge was stabilized. Nitrification and pH drop were observed in the aerobic digestion. Final nitrate concentrations in digester A and B were 445.4 and 223.1 mg/L and final pH in digester B was 3.0. Biological assays reported that leaf size of cucumber seedling increased with nitrate concentration and sludge to soil ratio. The sludge treated by alkaline and aerobic digestion promoted the growth of seedling leaf and stem remarkably compared to raw sludge. In contrast, the aerobically digested sludge without pretreatment improved leaf growth and inhibited stem growth.

하수슬러지 및 석유화학산업단지 폐수슬러지의 에너지화와 재활용을 위한 건조 및 탄화에 관한 연구

전관수(Kwan-Soo Jun),황응주(Eung-Ju Hwang),김형진(Hyung-Jin Kim) 한국청정기술학회 2009 청정기술 Vol.15 No.3