슬러지 처리, 수질오염 방지기술

○ 하수처리 또는 정수과정에서 생긴 침전물을 슬러지라고 한다.

 

○ 슬러지는 위생적인 문제, 부피문제, 안정화 문제 등을 위해 별도로 처리하는 과정을 거 쳐야 한다.

 

 

 

1. 슬러지처리의 개요

 

1) 슬러지처리의 목적

 

○ 안정화 : 슬러지에 포함된 부패성 고형물질이 완전히 소화되어 지하수 등 환경에 나쁜 영향을 미치지 않게 위생적으로 안정화한다.

○ 살균 : 슬러지에 잠재하고 있는 병원균이나 회충란 등이 슬러지의 이용 또는 최종 처분 후 발병이나 감염되지 않게 처리한다.

○ 부피의 감소 : 슬러지는 함수율이 매우 높으므로 처리해야 할 용적이 크다. 그러므로 슬 러지를 안정화 시키면 고액 분리가 용이하게 되어 수분을 분리함으로써 처분을 쉽게 할 뿐 아니라 비용이 절감된다.

 

 

2) 슬러지의 비중

 

○ 슬러지= 수분+고형물(TS)

 

○ 고형물= 무기물(FS)+유기물(VS)

 

 

 

3) 슬러지 처리 공정

 

○ 슬러지 → 농축 → 소화 → 개량 → 탈수 → 건조 → 처분

 

○ 슬러지처리는 반드시 위의 과정을 전부 거친다는 것은 아니며, 특성에 따라 과정의 생략 이나 순서에 차이는 있을 수 있다.

 

 

 

 

2. 슬러지 농축

 

1) 슬러지 농축의 목적

 

○ 농축이라 함은 수분함량을 줄이고 농도를 증가시키는 방법이다.

 

○ 슬러지를 농축함으로서 부피를 감소시켜 소화조의 필요 용적을 감소시킬 수 있다.

 

○ 슬러지량이 적어지므로 관과 펌프의 크기감소를 불러올 수 있다.

 

○ 슬러지 개량에 소요되는 화학약품이 적게 소요됨으로 경제적 효과가 있다.

 

 

 

2) 슬러지 농축 방법

 

가. 자연침전

 

○ 중력을 이용해 슬러지 내 고형물을 침전시키는 것으로 동력비 소요가 적다.

 

○ 구조가 간단하며 유지관리가 쉽다.

 

○ 1차 슬러지에 적합하다.

 

○ 잉여슬러지(2차 슬러지)의 농축에는 부적합하며 악취문제가 있다.

 

나. 부상법

 

○ 화학약품 또는 압축공기를 사용하여 비중이 작은 입자를 부상시키는 방법이다.

 

○ 잉여슬러지에 효과적이며 고형물 회수율이 높다.

 

○ 동력비가 많이 소요되며 유지관리가 어렵다.

 

 

 

 

3. 슬러지 안정화

 

○ 슬러지 안정화란 미생물이 폐수 속에서 유기물을 섭취하고 증식하면서 메탄 등의 무기 화합물을 방출해 정화작용을 하는 현상을 말한다.

 

○ 하수처리에는 호기성소화와 혐기성소화가의 2가지 방법이 이용된다.

 

 

1) 혐기성 소화

 

가. 혐기성 소화법의 종류

 

○ 표준 슬러지 소화 : 1단 또는 2단으로 실시된다. 1단의 경우 소화조는 소화, 농축, 상징 액의 형성이 동시에 이루어진다. 소화가 진행되면 유기물성분이 줄어들어 중력에 의해 슬러지 농축이 일어난다. 혼합이 잘 되지 않고 층이 형성되는 단점을 보완하기 위해 2단 소화조를 사용한다. 2단소화조는 1단계에서는 가열 혼합하고 2단계에서는 저장 농축을 한다.

 

○ 고율 슬러지 소화 : 고율 소화는 부하가 높고 혼합이 잘 이루어진다는 장점이 있고 그 외는 표준2단 소화와 동일하다.

 

 

나. 혐기성 소화단계

 

○ 산 발효기(pH 5이하) : 탄수화물이 분해되어 초산, 낙산 등의 저분자 지방산으로 전환되 어 산성도를 저하시키고 특이한 냄새를 풍긴다.

 

○ 산성 감퇴기(pH 6.5) : 유기산과 질산화합물이 산화 분해하여 암모니아, 아민 등을 생성한다.

 

○ 알칼리성 발효기(pH 7.5정도) : 탄수화물과 질소산화물이 완전히 분해되어 메탄, 이산화 탄소, 암모니아 등을 생성하게 되어 BOD를 크게 감소시킨다.

다. 혐기성 소화의 특징

 

○ 소규모인 경우 동력시설이 필요 없고 연속처리를 할 수 있다.

 

○ 유지관리가 용이하며 유용한 가스인 메탄을 얻을 수 있다.

 

○ 병원균이나 기생충란을 사멸시킨다.

 

○ 취기가 발생하고 소화일수가 길며 넓은 부지가 필요하다는 단점이 있다.

 

라. 소화조의 부피

 

○ 1단 소화조의 부피

 

 

○ 2단 소화조(고율 소화조)의 부피

 

 

 

[그림 1] 하수종말처리장 혐기성 소화조의 모습

[출처] 이학성, 폐수처리공학 강의자료, 울산대학교 OCW, 2009

 

 

 

2) 호기성 소화

 

○    폐슬러지를 장기간 폭기시킴으로써 호기성 생물처리와 같이 미생물을 내생성장단계에 있게 하여 BOD를 감소시키고, 슬러지의 VS를 분해 제거 시키는 것

 

○    원리가 활성슬러지법과 같음

 

○    혐기성분해보다 처리 시간이 짧고 정화효율이 좋으며 BOD농도도 많이 감소시킬 수 있다.

 

○    시설 건설비가 적고 적은 부지면적을 필요로 한다.

 

○    포기를 위한 동력비가 높고 유기물질의 회수가 없다는 단점이 있다.

 

 

 

4. 슬러지의 개량

 

○    슬러지 개량은 슬러지의 탈수성을 개선하기 위하여 실시한다.

 

○    여러 가지 개량방법이 있으나 약품처리와 열처리 방법이 가장 많이 사용된다.

 

○    약품처리의 약품요구량을 감소시키기 위하여 세척이 실시된다.

 

 

1) 슬러지 개량

 

○    세척 : 슬러지를 물로 세척하여 탈수, 농축 등의 처리를 방해하는 성분을 제거하는 과정 이다. 소화된 슬러지는 염기성이 매우 강한데 물로 세척함으로써 염기성을 중화시켜 필 요한 응집제의 양을 줄일 수 있다. 또한 가스방울을 세척함으로써 부력을 제거해 농축성 도 개선된다. 단, 세척 시 미립자가 방출되고 질소분이 씻겨나가 비료가치가 준다는 문 제가 있다.

○    약품처리 : 약품처리하면 고형물이 응집되고 흡수된 물은 제거된다. 정수처리시는 Alum

이 응집제로 가장 많이 쓰이며 폐수처리시에는 철염이 이용된다.

 

○    열처리 : 슬러지를 140℃ 이상으로 가열한 후 냉각하거나 동결시킨 후 녹임으로써 콜로 이드나 겔 상태의 구조를 파괴하여 농축성을 높이며 탈수성이 좋은 상태로 개량한다. 약 품첨가 없이 얻을 수 있고 살균효과도 있다는 장점이 있지만 가열을 위한 운전비가 높 다는 문제가 있다.

 

 

 

2) 슬러지의 탈수

 

○    슬러지의 탈수란 주로 수분함량을   강제적인 방법으로 감소시켜 부피의 감소를 이끌어 내는 방법이다.

○    경제성을 증가시키고 취급의 편의성이 생긴다.

 

가. 슬러지 탈수법의 종류

 

○    원심분리법 : 원심력을 이용해서 슬러지의 수분과 고형물과의 분리를 하는 방법이다. 원 심분리법이 잘 되기 위해선 고형물이 물보다 비중이 커야 한다.

 

○    진공여과법 : 슬러지를 진공펌프에 의해 여포에 흡착시키고 양 면에 압력차를 주어 여과 를 시키는 방법이다. 여과면의 형상과 구조에 따라 수평벨트형, 수직회전 원반형, 수평회 전 원반형, 회전식 드럼형으로 분류한다. 운영 효율은 Filter cake의 생산율로 측정된다. 주로 생슬러지나 소화슬러지의 탈수에 이용된다.

 

○    가압여과법 : 여과막을 통해서 슬러지를 압력으로 탈수시키는 방법이다. 물은 여과되고 슬러지는 막에 남게된다. 가압여과는 연속운전이 아닌 batch식 운전이기 때문에 유지관리비가 비싸다는 단점이 있다.

 

 

나. 설계 공식

 

 

참고문헌

1. 이학성, 폐수처리공학 강의자료, 울산대학교 OCW, 2009

 

 

 

 

 

EG-TIPS 에너지온실가스 종합정보 플랫폼 (energy.or.kr)

EG-TIPS 에너지온실가스 종합정보 플랫폼

 

 

 

 

 

 

 

2021.06.17 - [환경정보] - 생물학적 처리, 수질오염 방지기술

생물학적 처리, 수질오염 방지기술

2021.06.10 - [환경정보] - 화학적 처리, 수질오염 방지기술

화학적 처리, 수질오염 방지기술

2021.06.04 - [환경정보] - 물리적 처리, 수질오염 방지기술

물리적 처리, 수질오염 방지기술

2021.06.03 - [환경정보] - 대기환경설비 시스템의 개요, 환경설비 시스템

대기환경설비 시스템의 개요, 환경설비 시스템

2021.06.02 - [환경정보] - 수질환경설비 시스템의 개요, 환경설비 시스템

수질환경설비 시스템의 개요, 환경설비 시스템