하 폐수 고도처리 및 핵심요소기술 advanced sewage and...

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071-071-114 최종보고서(완결본) 폐수 고도처리 및 핵심요소기술 Advanced Sewage and Wastewater Treatment and Development of Important Point Technologies 하수 슬러지 감량과 바이오가스 생산을 위한 소화조 개선기술개발 The Technical Development for Digester which reduce Sludge and Produce Bio-Gas (주)에이알케이

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  • 071-071-114

    최종보고서(완결본)

    하∙폐수 고도처리 및 핵심요소기술Advanced Sewage and Wastewater Treatment and

    Development of Important Point Technologies

    하수 슬러지 감량과 바이오가스 생산을 위한

    소화조 개선기술개발

    The Technical Development for Digester which reduce

    Sludge and Produce Bio-Gas

    (주)에이알케이

    환 경 부

  • 071-071-114

    최종보고서(완결본)

    하∙폐수 고도처리 및 핵심요소기술Advanced Sewage and Wastewater Treatment and

    Development of Important Point Technologies

    하수 슬러지 감량과 바이오가스 생산을 위한

    소화조 개선기술개발

    The Technical Development for Digester which reduce

    Sludge and Produce Bio-Gas

    (주)에이알케이

    환 경 부

  • 제 출 문

    환경부장관 귀하

    본 보고서를 “하수슬러지 감량과 바이오가스 생산을 위한 소화조 개선 기술개

    발에 관한 연구”과제 의 최종보고서로 제출합니다.

    2010 년 07월 23일

    주관연구기관명 : (주)에이알케이

    연구책임자 : 홍 상 헌

    연 구 원 : 송 재 호

    〃 : 홍 성 민

    〃 : 이 병 주

    〃 : 남 윤 환

    〃 : 박 종 섭

    위탁연구기관명 : 한국과학기술원

    위탁연구책임자 : 신 항 식

  • 사업명 차세대 핵심환경기술개발사업 기술분류 (실용,공공,원천,기획)

    연구과제명 하수슬러지 감량과 바이오가스 생산을 위한 소화조 개선기술개발

    최종성과품스크류 부착형 디스크 농축기, 후오존가용화공정, 기계식 교반기

    설기공법, 혐기성 소화조 개선 시스템

    수행기관

    (주관기관)

    기관

    (기업)명(주)에이알케이 설립일 2000.06

    주소 경기도 군포시 대야미동 25블럭 3롯트

    대표자

    (기관장)홍 상 헌 연락처 031) 501-5522

    홈페이지 www.ar-korea.com 팩스 031) 501-8558

    연구과제

    개요

    주관연구책임자 홍상헌 소속부서관리,

    기술

    전화

    E-mail031) 501-5522

    [email protected]

    실무담당자 홍 성 민전화

    E-mail

    010-4178-5522

    [email protected]

    참여기업 (주)에이알케이

    총사업비

    (천원)

    정부출연금민간부담금

    합계현금 현물

    632,000 26,000 222,000 880,000

    총연구기간 2007. 04. 01 ~ 2010 . 03. 31 ( 3 년)

    연구개발

    결과

    최종목표

    1. 하수처리장에서 발생되는 슬러지를 TS 4~7%이상으로 농축할수

    있는 기술개발.

    2. 고농도의 슬러지(TS 3~5%)의 슬러지를 기존 소화조에 설치하

    여 안전 및 안정적으로 운전 가능한 설치 기술개발.

    3. 생물반응조(혐기성소화조)에서 발생되는 난분해성 및 불활성 유

    기물을 60%이상 가용화 할 수 있는 기술개발.

    4. 0.6N㎥/kg-VS 이상 가스발생을 할 수 있는 기술개발.

    개발내용 및

    결과

    스크류 부착형 디스크형 농축기를 개발하여 TS 4~7% 이상 슬러지를 농

    축할 수 있도록 하였고, 기계식 교반기를 기존소화조에 설치 할 수 있는

    기술을 개발하여 공사 기간 단축 및 공사비 절감, 저동력, 저 소음의 하이

    드로 포일형 교반기를 개발하여 경제적으로 운전될 수 있도록 하였다. 또

    한, 혐기성 소화조의 불활성 유기물을 60%이상 가용화 할 수 있는 기술

    을 개발하여 0.6 N㎥/kg-VS의 가스를 발생 시킬 수 있었으며, 이 때 소

    화슬러지에서 발생되는 고형물이 약 50%이상이 절감이 되어 발생되었다.

    개발기술의

    특징․장점1. 하수처리장에서 발생되는 슬러지를 고농도, 저소음, 저동력으로

    농축이 가능.

    2. 저동력, 저소음 및 기존 건설된 소화조에 교반시 부하를 주지

    보고서 초록

  • 않는 교반 및 설치가 가능.

    3. 오존을 이용하여 안전하고, 안정적인 가용화가 가능.

    4. 하수처리장에서 발생되는 고형물량을 1/2로 줄일 수 있음.

    5. 단단소화조로써 기존 설치된 2단 소화조 운영시 보다 가스발생

    량이 약 1.8배 상승.

    기대효과

    (기술적 및

    경제적 효과)

    기술적으로는 슬러지 처리의 감량화 및 자원화에 대한 기술개발이

    활발해 질 것이고, 저동력, 저소음의 환경친화 및 경제적인 기술

    개발에 대하여 관심을 많이 기울 일 것으로 기대가 된다. 또한, 발

    생된 에너지의 자원화로 하폐수처리장의 자원화 및 녹색마을

    (Green Village)에 대하여 에너지 자원이 풍부하지 못한 우리나라

    에 맞는 경제성을 가질 것으로 생각된다.

    적용분야하수처리장의 혐기성 소화조, 축산폐수처리장 처리, 음폐수 처리

    등.

    과학기술적

    성과

    특허

    국내 등록 1건(등록번호:30-0492437)

    국외

    논문

    게재

    SCI

    비SCI

    기 타 기술검증 진행중(1차 심사 통과)

    사업화

    성과

    매출액

    개발후 현재까지 1 억원

    향후 3년간 매출 억원

    시장

    규모

    현재의 시장규모 국내 : 1,500 억원

    세계 : 10,000 억원

    향후(3년) 예상되는 시장규모 국내 : 150 억원

    세계 : 1,000 억원

    시장

    점유율

    개발후 현재까지 국내 : 1.5 %

    세계 : 0 %

    향후 3년 국내 : 10 %

    세계 : 0.01 %

    세계시장

    경쟁력

    순위

    현재 제품 세계시장 경쟁력 순위 위 ( %)

    3년 후 제품 세계시장 경쟁력 순위 위 ( %)

  • - 6 -

    요 약 문Ⅰ. 제 목

    하수슬러지 감량과 바이오가스 생산을 위한 소화조 개선기술개발

    Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성

    매년 문화생활 및 하수도 보급률의 향상으로 하수슬러지발생량이 증대되고 있다. 이렇게

    발생된 슬러지의 대부분이 비용이나 방법 면에서 쉬운 해양투기가 많이 이용되고 있으나,

    해양배출이 어렵게 되어 감에 따라 지금까지의 하수슬러지의 처리정책을 재검토하고 경제

    적이고 효율적인 하수슬러지 처리를 위한 중장기정책 방향을 수립해야 할 상황에 직면하

    고 있다.

    이런 관점에서 보면 슬러지를 재활용하거나 슬러지 량을 최대한 줄여 처리하는 방안이

    가장 경제적으로 보이며 최근 이에 관한 연구 및 개발, 유기성 폐기물을 환경 친화적으로

    감량화와 동시에 에너지화를 위한 기술이 필요하다.

    이러한 슬러지의 감량화 및 에너지화를 할 수 있는 최적인 방법으로 일반적인 중・대 하수

    처리장의 탈수Cake 처분량을 40-50%감량 할 수 있는 혐기성 소화시설이 설치되어 있으

    나, 적절한 관리나 기술개발이 이루어지지 않아 소화조의 효율이 매우 저조하거나 거의 이

    용하지 않고 있다.

    따라서, 탈수Cake의 해양 투기량을 단계별로 축소로는 현재 보급되어진 소화조를 적극적

    으로 이용하는 기술을 개발하여 발생되는 탈수Cake을 저감시키고, 선진국에서와 같이 발생

    되는 가스를 적극적으로 이용하는 기술을 개발하여 탈수Cake 발생량에 대한 문제점에 대한

    해결책을 강구할 필요가 있다.

    Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위

    ○ 스크류부착형 디스크형 슬러지 농축기는 다른 기계식 농축기와는 다르게 저농도의 슬러지도 농축할 수 있으며, 슬러지의 농축농도의 조절이 간편한 농축기술.

    ○ 기계식 교반기는 기존 혐기성소화조의 교반에 이용되는 가스식 교반의 문제점인 농축슬러지(TS 4~7%이상)에 대해 원활한 교반능력부족을 해결을 할 수 있는 기술.

    ○ 오존가용화설비는 혐기성 소화 시 혐기성미생물의 미분해 및 불활성유기물 분해율을 높여서 소화효율 및 소화가스의 발생량을 증대시킬 수 있는 기술.

    ○ 혐기성 고율단단소화 시스템은 기존 2단 혐기성소화조를 개량하는 시설이기 때문에 슬러지 처리량의 증대에 대한 완충력을 가질 수 있고, 가스발생량의 증대율이 높아져서 잉

    여가스에 대한 활용능력을 향상시킬 수 있는 기술.

  • - 7 -

    Ⅳ. 연구개발의 결과

    1. 하수 • 분뇨 혼합처리장에서 발생되는 슬러지를 농축하는 기술.

    ◦ 하수 • 분뇨 혼합처리장에서 발생하는 슬러지 TS 1~3%를 스크류 부착형 디스크농축기로 농축하여 TS 5~8%의 고농도로 농축시킨다.

    ◦ 우리나라의 하상계수가 큰 특징으로 인하여 여름철 불명수가 하수처리장에 유입이 된다. 이로 인한 유기물 부하 저감으로 농축 전후의 VS의 농도가 낮아지는 경향을 볼

    수 있다.

    ◦ 유입슬러지 대비 여액의 SS농도는 평균 1,200 mg/L로 90%이상이 고형물 회수율을 얻을 수 있다.

    ◦ 일일 평균 8시간 가동으로 인하여 시간당 사용되는 전력소모량은 11.8 kW로 경제적인 전력비가 산출되었다.

    2. 고농도의 슬러지 교반이 가능하고, 이에 따른 교반효율이 증대되며, 가스발생량 및 메

    탄 분율을 증대시킬 수 있는 기술.

    ◦ 소화효율은 60~70% 정도의 소화효율이 산출된다. ◦ 사공간은 5%미만으로 CFD로 확인을 하였다. ◦ 혐기성 소화조에서 발생되는 가스의 양은 일일 평균 350 N㎥정도이며, 이에 따른 가

    스성상은 메탄 64%, 이산화탄소 36%, 황화수소 90 ppm으로 측정이 되었다. 이 때,

    일일 최대 가스 발생량은 VS 1kg당 0.6~0.8 N㎥였다.

    ◦ 혐기성 소화조 640㎥(단단 소화조, 유효용량)에 대하여 일일 가온에 필요한 가스량은 동절기를 포함하여 약 180 ~ 240N㎥로 110N㎥정도의 잉여가스가 발생한다. 기존의

    혐기성소화조 2단소화조를 단단으로 2기를 활용할 경우 일일 잉여가스량은 220N

    ㎥~340N㎥로 향후 전력, 가스에너지 이용 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

    3 . 소화슬러지 중의 미분해성 및 불활성 유기물을 활성 및 분해성 유기물로 전환하는 기

    술.

    ◦ 유입슬러지(소화슬러지) 대비 가용화슬러지의 SCODcr/TCODcr의 전환율이 약 60% 이상으로 가스 발생량이 기존의 280 N㎥/day정도에서 200N㎥/day 증가된 480 ~

    540N㎥로 가스사용량이 측정되었다.

    ◦ 오존 흡수율은 80~96% 정도이며, 이 때 배가스로 발생되는 오존은 오존분해촉매를 이용하여 제거하여 대기로 방출하였다.

  • - 8 -

    Ⅴ. 연구개발의 활용계획

    소화조 Retrofitting 기술은 지구의 생존에 매우 중요한 것으로 지구온난화 방지 및 대

    안 에너지 방안으로 선진국에서 하수처리장의 기술 중 가장 중시하는 기술개발로 진

    행되고 있는 상황이다.

    이는 향후 2011년, 슬러지 해양투기 금지 시 슬러지 처리의 기본방향인 탈수Cake

    발생 전 기술로서도 중요하며, 발생된 탈수Cake을 소각, 매립, 퇴비화 시 모든 후단공정

    에 설비비 등을 대폭 절감 시킬 수 있는 기술이다. 또한, 새로운 설비의 구축이 아닌 기

    존 대규모 처리장에 설치되어 있는 것을 재사용 하는 것으로서 가장 경제적이며, 소화조

    에서 발생된 가스는 Bio-Gas로 인정되어 국가적으로 CO2를 저감시키는 기술로 소개되고

    있다.

    이제까지의 농축기는 탈수기를 전제로 하는 것이어서 탈수에 초점이 맞춰 개발

    되었으나, 본 연구개발기술은 소화조 전용 농축기의 연구개발로 이러한 전문농축기의 개

    발은 앞으로 소화조 기술개발에 절대적으로 필요하다. 과거 교반기 개선기술은 주판알식

    소화조 구조물에서는 소화조의 성능효율을 위해 필요한 교반능력의 확보가 불가능하였다.

    그러나, 본 기관의 교반기는 소화조와 분리된 교반기를 설치하여 소화조 구조물의 상태

    및 형태와 관계없이 모든 소화조에 설치가 가능하므로 기존 소화조의 Retrofitting의 기

    본방 향으로 활용될 수 있으며,가용화 시설도 소화조에서 발생되는 가스를 이용하여 설치

    되므 로 경제적인 면을 고려하면 가장 효과적인 감량화 시설로 파악된다.

  • 목 차

    제1장 서론······························································································································1

    가. 연구개발의 중요성 및 필요성 ·······························································································2

    나. 연구개발의 국내외 현황 ·········································································································3

    다. 연구개발대상 기술의 차별성 ·································································································4

    제2장 연구개발의 목표 및 내용 ·······································································7

    가. 연구의 최종목표 ························································································································8

    나. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ·················································································9

    다. 연도별 추진체계 ······················································································································10

    제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ·································································11

    가. 연구개발 결과 및 토의 ·········································································································12

    나. 연구개발 결과 요약 ···············································································································31

    다. 연도별 연구개발목표의 달성도 ···························································································35

    라. 연도별 연구성과(논문․특허 등) ··························································································36 마. 관련분야의 기술발전 기여도 ·······························································································37

    바. 연구개발 결과의 활용계획 ···································································································38

    제4장 참고문헌 ·································································································39

    부 록 ···················································································································40

  • - 10 -

    표 목 차

    (표1-1) 기계농축법 일반 비교표 ································································································4

    (표1-2) 각 종 교반장치의 에너지 소비율 비교 ·····································································7

    (표1-3) 가용화 기술종류 ············································································································10

    (표1-4) 기계식 슬러지 농축기 비교 ·······················································································13

    (표1-5) 기계식 혐기성 소화조 교반기 비교 ·········································································14

    (표1-6) 가용화설능 비교 ············································································································16

    (표3-1) 콜로이드 입자의 응집의 영향인자 ·········································································26

    (표3-2) 응집제 투입결과 ············································································································29

    (표3-3) 각 종 교반장치의 에너지 소비율 비교 ···································································36

    (표3-4) 슬러지 처리방법에 따른 소화율의 변화 ·································································64

  • - 11 -

    그 림 목 차

    (그림1-1) 각 종 교반장치의 교반효과와 교반강도 ·····························································8

    (그림1-2) 슬러지 농도와 점도와의 관계 ···············································································8

    (그림2-1) 전체 수처리 공정 중 연구범위 ···········································································18

    (그림3-1) 활성슬러지공법 모식도(처리장의 공법) ··························································23

    (그림3-2) 하수처리장의 기존 중력식 농축조 전경 ··························································24

    (그림3-3) 하수처리장에서 발생되는 슬러지 TS 농도의 변화 ······································24

    (그림3-4) KSMBR 모식도(처리장의 고도처리공사 공법) ·············································25

    (그림3-5) 고분자응집제에 의한 응집 ···················································································27

    (그림3-6) 유기성 고분자 응집제 분류 ·················································································28

    (그림3-7) 디스크형 농축기 구조 ···························································································30

    (그림3-8) 디스크형 농축기 상부 및 하부 교반기 사진 ··················································30

    (그림3-9) 샤프트(Shaft)노즐 장착상태 ···············································································31

    (그림3-10) 스크류 농축기 구동형태 ·····················································································32

    (그림3-11) 스크류 부착형 디스크형 농축기 구성 ····························································33

    (그림3-12) 스크류부착형 디스크형 농축기 실증 Pilot Plant 설치전경 ····················33

    (그림3-13) 혼합슬러지와 농축슬러지의 발생유량 비교 ··················································34

    (그림3-14) 유입슬러지와 농축슬러지의 고형물량 비교 ··················································35

    (그림3-15) 스크류 속도에 따른 슬러지 농축농도의 변화 ··············································35

    (그림3-16) 혐기성 소화조의 교반방법 ·················································································36

    (그림3-17) 가스식 교반의 회분조건에서 교반형태 ························································37

    (그림3-18) 가스식 교반의 연속식 조건에서 교반형태 ····················································38

    (그림3-19) 가스식 교반기와 기계(하이드로포일형)교반기의 CFD ···························39

    (그림3-20) 기계식 교반기와 설계도면 및 설치전경 ···················································40

    (그림3-21) 오존의 수중에서의 반응기작 ·····································································42

    (그림3-22) 오존의 용존형태 ····································································································43

    (그림3-23) 오존의 유기물 반응경로 ·············································································43

    (그림3-23) 오존의 유기물 반응경로 ·············································································43

    (그림3-24) 후오존가용화설비 모식도 ···········································································44

  • - 12 -

    (그림3-25) 스크린 및 메탄 탈기조 사진 ······································································45

    (그림3-26) 미분화조를 거친 소화슬러지의 입도분포 ·················································46

    (그림3-27) 미분화조 ········································································································47

    (그림3-28) 교반속도에 따른 오존흡수율 ·····································································48

    (그림3-29) 오존접촉시간에 따른 오존강도와 유기물의 변화 ···································49

    (그림3-30) 유입슬러지와 가용화슬러지의 SCOD/TCOD ··········································50

    (그림3-31) 혐기성 소화시의 유기물 분해과정 ····························································52

    (그림3-32) 슬러지 혐기성 소화시의 유기물 분해과정 ···············································52

    (그림3-33) 일반적인 혐기성 소화반응 ·········································································53

    (그림3-34) 온도변화에 따른 가스생성의 상대적 속도 ···············································57

    (그림3-35) 2단 혐기성 소화의 최적 pH 조건 ····························································58

    (그림3-36) 슬러지 농도와 총 가온열량과의 관계 ······················································59

    (그림3-37) 혐기성 소화조 가온방법 ·············································································62

    (그림3-38) 혐기성 소화조 내의 슬러지 중의 pH와 온도 ··········································62

    (그림3-39) 투입유기물에 따른 소화율의 변화 ····························································63

    (그림3-40) 월평균에 따른 유기물 제거율당 가스발생량 변화 ··································64

    (그림3-41) 혐기성 소화조내 슬러지 농도의 변화 ······················································65

    (그림3-42) 혐기성 소화조의 개선전․후의 소화효율 ····················································66 (그림3-43) 혐기성 소화조 개선 System 전체 공정도 ··············································67

  • 제 1 장 서 론

  • - 2 -

    ·제1장 서 론

    1절. 연구개발의 중요성 및 필요성

    도시화와 하수보급률이 증대하면서 하수발생량도 증가 하였으며, 이렇게 발생된 하수는 생

    물학적 처리방법에 의하여 처리한다. 이것은 유기물을 효과적으로 처리하여 상당량의 오염원

    인 물질을 제거한다. 하지만, 이 방법은 부가적으로 잉여슬러지를 발생시키며, 그 양은 처리

    하수량 당 0.03%에 해당한다1). 이는 하수처리시설 유지관리비 측면에서 15%정도를 차지한

    다. 이렇게 발생된 하수슬러지도 하수발생량 증가에 따라 매년 점차적으로 증가하고 있다.

    발생된 슬러지의 처리는 매립, 소각, 해양투기, 재활용 등 여러 가지 방법에 이용되고 있으

    며, 현재는 대부분이 비용이나 방법 면에서 쉬운 해양투기가 많이 이용되고 있다. 그러나, 수

    산자원보호 및 런던협약 발효와 폐기물관리법의 제정에 따라 하수종말처리장시설의 증가와

    고도처리로 하수슬러지 발생량은 매년 증가하고 있음에도 불가하고 육상매립과 해양배출이

    어렵게 되어 감에 따라 지금까지의 하수슬러지의 처리정책을 재검토하고 경제적이고 효율적

    인 하수슬러지 처리를 위한 중장기정책 방향을 수립해야 할 상황에 직면하고 있다.

    미국과 유럽의 경우 하수슬러지의 재활용을 통한 자원화 사업이 꾸준히 진행되어 왔으나, 우

    리나라에서는 관련제도 및 기술적 문제 등의 제반여건에 따라 그간 하수슬러지의 재활용이

    활발히 진행되지 못했다. 또한, 세계적으로 슬러지 처분방법은 각국의 기술적, 경제적, 환경

    적 요인에 따라 차이가 있으나, 매립이 차지하는 부분이 아직도 많으며 공통적으로 재이용방

    법이 증가하는 추세를 보이고 있다. 또한, 퇴비화는 농림부의 비료규정규격에 의하여 비료원

    료로서 도시지역 하수슬러지의 퇴비화는 원칙적으로 금지하고 있어서 재활용에 큰 걸림돌로

    작용하고 있다. 따라서 슬러지 처리시설인 소각, 용융 및 열분해 기술들이 관심이 고조되고

    있다. 최근 하수처리장의 신설 내지는 증설이 대폭 증가되고 2차 고도처리의 도입도 증가되

    는 추세이며, 이는 국민생활수준의 향상이라는 측면과 국민의 환경권 보장이라는 면에서 더

    욱 증가할 것으로 전망되고 있다.

    소각과 매립처분방법은 하수슬러지 첨가물에 의한 지하수의 오염, 매립지 용지부족 등 이미

    한계상황에 이르고 있으며, 소각처리에 의한 다이옥신(Dioxine) 등과 같은 유해가스 발생으

    로 2차적인 환경오염을 유발시키고, 연소반응 시 효과적인 산소공급이 어렵기 때문에 선진국

    에서는 점차 규제하는 움직임을 보이고 있다. 이것은 현재 도입되는 기술을 적용 하는데 문

    제점이 있기 때문이다. 이에 따라 슬러지 처리기술이 아닌 저감기술로 관심이 이동하고 있

    다. 이런 관점에서 보면 슬러지를 재활용하거나 슬러지 량을 최대한 줄여 처리하는 방안이

    가장 경제적으로 보이며 최근 이에 관한 연구 및 개발, 유기성 폐기물을 환경 친화적으로 감

    량화와 동시에 에너지화를 위한 기술이 필요하다.

    이러한 슬러지의 감량화 및 에너지화를 할 수 있는 최적인 방법으로 일반적인 중・대 하수처

  • - 3 -

    리장의 탈수케이크처분량을 40-50%감량 할 수 있는 혐기성 소화시설이 설치되어 있으나,

    적절한 관리나 기술개발이 이루어지지 않아 소화조의 효율이 매우 저조하거나 거의 이용하

    지 않고 있다.

    그러나, 선진국에서는 소화조의 효율을 적극적으로 개선하여 탈수케이크 감량이 75%로 감량

    할 수 있고, 이 소화조에서 발생되는 바이오가스(Bio-Gas)를 직접 또는 정제하여 이용하는

    대체 에너지로 이용하는 기술로 발전시켜 소화조에 대한 기술을 적극적으로 개발하고 있다.

    현재 해양수산부 및 환경부는 탈수케이크의 해양 투기량을 단계별로 축소로 지향하는 방향

    으로 환경기술을 개발시켜 해양환경오염을 방지 하여 지속 개발이 가능한 해양수산자원 확

    보 및 해양환경보전의 대안이 필요한 실정이다.

    따라서, 탈수케이크의 해양 투기량을 단계별로 축소로는 현재 보급되어진 소화조를 적극적으

    로 이용하는 기술을 개발하여 발생되는 탈수케이크을 저감시키고, 선진국에서와 같이 발생되

    는 가스를 적극적으로 이용하는 기술을 개발하여 탈수케이크 발생량에 대한 문제점에 대한

    해결책을 강구할 필요가 있다.

    2절. 연구개발의 국∙ 내외현황

    1. 세계적 수준

    가. 슬러지 농축기술 3)

    하수도가 발달된 국가에서는 일반적으로 유입되는 하수 농도가 높아 최종침전지

    에서 농축이 되는 슬러지의 농도가 낮고 계절적 변화가 뚜렷한 경우에는 벌킹 현

    상이 자주 일어나는 것으로 알려져 있다.

    이러한 국가에서는 저농도의 슬러지를 농축한 다음 슬러지 소화나 슬러지 탈수를

    효과적으로 가능하게 하는 목적으로 자주 이용되고 있다.

    슬러지 농축에는 중력식, 부상식, 원심분리식, 중력식 벨트, 조립식이 이용 농축되

    고, 이 중에 부상식은 가압부상농축과 상압부상농축 등으로 구분되어 질수 있다.

    이 외에 농축방법에 대한 원리의 장 • 단점을 구분하면 다음과 같다.

    이러한 기계식 농축방법은 1997년도에 채택된 교토의정서의 온실가스 대책으로 대 전

    환기를 맞고 있다. 농축방법도 전기의 효율적 사용 및 이산화탄소(CO₂)절감에 대한

    대책이 영향을 미쳐 농축방법이 전기가 많이 드는 원심력 농축방식은 새로운 방식의

    시장Model 에는 적합하지 않은 방향으로 가고 있고, 전기가 적게 소요되는 벨트형

    (Belt Type), 스크류형(Screw Type)이 시장모델에 적응하는 방향으로 전개되고 있다.

    따라서 앞으로 농축방식은 하수처리장 및 폐수처리장이 이산화탄소(CO₂)절감에 대한

    대책지역의 중요한 위치이므로 효율적 전기사용과 이산화탄소(CO₂)절감으로 나아갈

    수 없는 방식은 더 이상 대안으로 위치할 수가 없을 것으로 판단된다.

  • - 4 -

    (표1-1) 기계농축법 일반 비교표

    상압부상농축법 가압부상농축법 원심농축법 조립농축법법

    개략도

    개요

    본 법은 기포와 슬

    러지 중의 고형물을

    전기화학적으로 부

    착시켜서 고형분을

    액상으로부터 부상

    분리시키는 것이다.

    미세기포는 기포장

    치로 물, 공기와 약

    제(기포조제, 고분자

    응집제)에 의해 생

    성되고, 혼합장치에

    서 슬러지와 기포를

    혼합하여 부상조에

    서 고 • 액분리시킨

    다.

    중력장에 의한 부상

    현상을 이용한 부상농

    축조작으로 슬러지에

    기포를 부착시켜 슬러

    지의 비중을 조정하고,

    슬러지를 상부로 밀어

    올림으로써 고 • 액분

    리를 실시한다. 따라

    서, 상부에는 Floc층

    (슬러지층)을 만들어

    중력에 의해 수분을

    빼내고, 슬러지농도를

    높인다. 가압방법에는

    전가압법, 순환법, 부

    분가압법의 세종류가

    있다.

    원심력기로 일어난

    침강현상을 이용하

    는 원심침강농축 조

    작으로 원심력으로

    고 • 액분리를 실시

    한다. 원심력농축법

    에는 입형, 횡형이

    있다. 투입된 슬러

    지는 bowl내의 주변

    부로 분리되며, bo-

    wl과 약간의 회전차

    로 회전하고 있는

    스크류에 의해 연속

    적으로 배출된다.

    원심력은 100G이상

    이다.

    본 법은 약제(금속

    염조제에 의해 슬러

    지의 조질과 양쪽성

    고분자응집제에 의

    한 거대하고 강고한

    floc을 형성)와 장치

    (특수한 교반에 의

    한 pellet의 성장과

    반응조 내부로부터

    물의 배출시켜 농

    축)를 합쳐놓은 기

    술이다. 위치에 따

    라 농축장치 뿐만

    아니라 탈수기의 전

    처리(전농축)도 있

    다.

  • - 5 -

    상압부상농축법 가압부상농축법 원심농축법 조립농축법법

    농축효과 농축슬러지 농도는 잉여슬러지 3~6%,생슬러지로 4~7%정도.

    농축슬러지 농도는 잉여슬러지로 3~5%,생슬러지로 4~6%정도.

    농축슬러지 농도는 잉여슬러지로 3~6%,생슬러지로 4~7%정도.

    농축슬러지 농도는 잉여슬러지로 2.5%,혼합슬러지로3.5정도.

    SS회수율

    98% 이상 (잉여슬러지) 98% 이상 (생슬러지)

    90% 이상 (잉여슬러지)90% 이상 (생슬러지)

    90% 이상 (잉여슬러지)80~90%이상 (혼합슬러지) 기본적으로 무약주방식이지만 고분자응집제를 보조제로 약0.1%사용하면 98%이상의 회수율이 얻어진다.

    97% 이상(잉여슬러지)97% 이상(생슬러지)탈수기를 포함한 종합SS회수율은 95%이상(탈수기 SS회수율은 98%.

    운전조작성

    * 기계류, 약품관리등의 일상관리가 번거롭다. 특히, 약품주입률의 설정등이 중요.* 오니성상에 영향을 받지 않으며 공급 고형물의 일정한 제어에 의한 자동운전이 가능하므로 운전조작이 용이하다*기동시, 정지시의 조작은 필요하지않다.

    * 기계류, 운전조작 인자가 많아서 운전조작이 힘들다.* 오니 공급량은 자동제어 되나 농축수량, 기체-고체 비율 또는 floc두께 등, 운전조작은 다소 복잡하다.

    * 설비는 단순하지만, 본체구조는 복잡하며 운전조작 인자도 속도차이 또는dam높이 등의 조정이 필요하다.* 연속운전 중에 필요한 제어는 오니공급량과 스크류의 속도차 또는 유출변의 개폐가 주이므로 자동제어설비로 되어 있어서 편리하다.* batch운전의 경우에는 기동, 정지시에 50분 정도의 조정시간이 필요하다, 또 정전 후에 기동시에는 대응이 곤란하다.

    *기계류, 운전조작인자가 많으나 오니공급량, 약주량은 자동제어되므로 운전조작이 쉽다.* 약주율의 설정은 탈수 cake의 성상에 의해 조정할 필요가 있다.

    공급오니농도 변화에 대한

    안정성

    *농도 변화에 대해 소정의 약주량 첨가 필요가 있다.*수면적당 고형물 처리능력의 설정(25kg/㎤.hr)이 크기 때문에 유입슬러지 농도가 저하되어도 고형물처리능력 상당의 슬러지량을 증가시킴으로써 처리가능.

    *유입 슬러지농도가 낮으면 floc층이 불안정하게 되고 농축슬러지농도가 저하된다.*SVI가 악화시, 소정 농축농도를 얻기 위해서는 슬러지 처리량을 줄일 필요가 있다.

    *유입 슬러지농도가 극단적으로 낮아지면 농축슬러지농도도 저하된다. 통상은 자동농도제어장치로 안정한 농축농도를 얻을 수 있다.*유입슬러지농도의 저하시, 처리 고형물량을 너무 유보하여 슬러지량을 처리하기 때문에 예비기 운전으로 대응할 필요가 있다.

    *투입슬러지농도의 변동은 전단계 슬러지저장조에서 흡수하는 것이 기본.*슬러지농도계의 측정치를 이용하여 고형물 일정처리를 제어하고 있기 때문에 탈수가 안정하다.

    보수기의 종류 많음 많음 적다많으나 탈수기의 보수기가 적다.

  • - 6 -

    상압부상농축법 가압부상농축법 원심농축법 조립농축법법

    유지관리성

    * 보수가 많기 때문에, 보수점검은 빈번하다.* 두 종류의 약품을 사용하기 때문에 보수점검에 주의를 요한다.

    * 보수기가 많기 때문에, 보수점검이빈번하다.* 순환수계에 고압기기를 가지고 있으므로 손상이 있다.

    * 회전 본체 내부면에 접액부 또는 스크류부가 고속회전하기 때문에 슬러지 중의 모래성분등으로 마모가 있으므로 정기적으로 스크류부의 부속품 또는 chip의 교환이 필요하다.(일반적으로 도시하수의 잉여슬러지는 2~

    3만시간, 2~4년/회)* 생슬러지의 경우, 투입관등에 폐쇄를 방지하기 위해 공급슬러지의 전처리가 필요하다.

    * 두 종류의 약품을 병용하므로 보수점검에 주의를 요한다.* 슬러지의 PH가 4.5~5 정도가 되므로 기기의 내식성을 고려할 필요가 있다.

    소음공해에 대한 적용성

    *소음류로 기포용 콘프레셔가 있어서 방음커버 등으로 처치할 필요가 있 다.

    * 소음류로 가압용 공기압축기가 있다. 방음커버 등으로 처치할 필요가 있다.

    * 본체에 소음이 크다. 방음커버를 부착하거나 저소음 type도 있다. 통상 중앙조작감시로 되어 있으므로 건물에 방음 대책을 할 필요가 있다.방음커버 없음:80~85本방음커버 부착:70~75本

    * 소음원이 거의 없다.

    진동공해에 대한

    적용성* 진동이 거의 없다. * 진동이 거의 없다.

    * 원심효과 ( G치 ) 가

    1,000~2,000G 로 높

    고, 방진대책을 세우

    지 않으면 안된다.

    * 진동이 거의 없다.

    취기확산에 대한 적용성

    * 취기대책은 필요하지만. 부상조 내부가 작기 때문에 설비는 간단하지만 작업성은 나쁘다.

    *취기확산을 방지하기 위해서는 방취커버의 설치가 필요하나 설비가 크게된다.

    *밀폐구조이기 때문에 취기확산이 없다.

    *첨가하는 금속염에 소취효과를 넣을 수 있으므로 취기대책은 쉽다. 탈수기에는 취기 발생도 제어가능하다.

    건설비 大 大 大 中

    유지관리비 中 小 中 中

  • - 7 -

    나. 혐기성 소화조 교반기술

    혐기성소화에서 교반의 목적은 투입슬러지와 혐기성균의 접촉 횟수를 높일 뿐만

    아니라 조 내의 생물반응에서 발생한 메탄가스와 황화수소 등 혐기성균의 활동을

    저해하는 가스의 탈기 등이다.

    (표 1-2) 각종 교반장치의 에너지 소비율 비교

    종 류

    조 1㎥/일당

    소비전력

    임펠라형

    기계교반

    가스식 교반

    펌프순환식교

    반저부(低部)송풍식 가스리프트식

    25wh/㎥ • day 130wh/㎥ • day 100wh/㎥ • day 170wh/㎥ • day

    본 기술에서 사용되는 임펠라형 기계식 교반(이하 기계식 교반 이라함.)은 기존

    에 국내에 많이 이용되고 있는 가스식 교반에 비하여 동력이 1㎥당 75%이상의

    동력비 절감(표 1-2)을 가져오며, 교반강도도 10%이상 좋다는 연구결과가 있다.

    또한, 기계식 교반은 가스식 교반에 비하여 교반강도의 지속시간이 일정한 반면,

    가스식 교반은 서서히 올라가며, 교반강도를 갖기 위한 지속시간도 오래 걸렸다

    (그림1-1).

    그래서, 본 기술에서는 교반강도 및 저렴한 운영비가 소비되는 기계식 교반기를

    혐기성 소화조에 적용시켜 고농도의 슬러지에 대한 효율적인 교반으로 소화효율

    을 향상시킬 수 있다.

    또한, (그림 1-2)에서 보이듯이 슬러지의 농축농도가 높아짐에 따라서 점도도 높

    아짐을 알 수 있다. 이렇게 되면, 가스식 교반강도가 미치는 범위의 한정으로 인

    하여 고농도의 슬러지를 교반 시 기존에 비하여 높은 동력이 요구된다.

    그렇기 때문에 고농도의 슬러지에 대한 혐기성소화율을 높이기 위한 좋은 교반방

    법은 기계식 교반방법이며, 가스식 교반방식에 비하여 낮은 동력이 소비되므로

    운영비의 절감효과도 가져온다.

  • - 8 -

    (a) (b)

    (c)

    (그림 1-1) 각종 교반장치의 교반효과와 교반강도10)

    (a): 펌프순환형 교반, (b): 가스교반, (c): 기계식 교반

    (그림 1-2) 슬러지농도와 점도의 관계11)

  • - 9 -

    다. 슬러지 가용화기술

    슬러지 가용화기술은 혐기성 소화의 전 • 후처리기술로써 궁극적인 목적은 슬러

    지 배출기준 항목 확대와 강화, 최종적으로 가장 널리 이용되고 있는 해양 배출

    이 2012년에 금지됨에 따라 슬러지 처리시설을 개선하고 고효율 처리공정을 도입

    하는데 있다.

    혐기성 소화에 있어서 제한단계는 가수분해단계로서 혐기성 미생물이 이용하는

    대부분의 기질이 세포막으로 둘러싸여 있기 때문에 혐기성 미생물의 세포의 효소

    로 유기물을 분해하는 시간이 길어 전체 반응에서 속도 제한단계가 된다.

    제한단계를 조절하는 방법은 크게 기계적인 방법, 물리적 • 열적 처리, 화학적 처

    리로 나눌 수 있다.

    이러한 방법을 이용한 기술로는 농축슬러지에 대해, 초음파, 오존, 고온호기성균,

    용균성 산화제, 물리적 파쇄장치 및 이들을 조합한 감량기술 등을 적극적으로 개

    발하고 있으며, 일부에서 상용화하여 실증플랜트에 적용되어 그 성능이 확인되고

    있다.

    고온호기성세균을 이용한 가용화는 55~65℃로 활성슬러지를 가열하면 활성슬러지를 보호하는 점성물질이 해체되고 고온호기성세균이 가열에 의해 활성화되어

    효소를 분비하고 이 효소가 세포벽을 파괴하여 파쇄가 이루어져 원형질이 용출되

    고 이는 생화학적 산소요구량(BOD; Biochemical Oxygen Demand)성분으로 고열

    호기성 세균이 일부 분해하고 나머지는 생물반응조로 유입되어 최종적으로 이산

    화탄소로 분해되고 일부는 생체합성에 사용되어 잉여슬러지가 가용화 되는 기술

    이다. 오존산화를 이용한 가용화 기술은 오존의 산화력을 이용하여 세포벽을 산

    화시켜 슬러지를 가용화 시킨 후 생물반응조로 유입시켜 최종적으로 이산화탄소

    로 분해되고 일부는 생체합성에 사용되어 잉여슬러지를 가용화시킨다. 또한, 금속

    밀의 마찰력 및 마찰열을 이용한 가용화기술은 잉여슬러지를 농축 후 금속밀파쇄

    기에 유입시키고 금속밀을 상호 유동시켜 볼과 볼 사이의 마찰력과 마찰열에 의

    해 활성슬러지의 세포벽을 강제적으로 파쇄하여 가용화시킨 후 생물반응조로 유

    입시켜 최종적으로 이산화탄소로 분해되고 일부는 생체합성에 사용되어 잉여슬러

    지가 가용화된다. 이러한 가용화 기술을 이용하여 생물학적 반응조로 투입시켜

    안정적인 탄소원의 공급 및 처리시간 단축 등의 효과로 효과를 증대 시킬 수 있

    는 방법이다7). 위의 기술 외에도 초음파 등 여러 가지 방법에 대한 연구개발이

    활발히 진행되고 있다.

  • - 10 -

    (표1-3) 가용화 기술종류

    구분 고열호기성 가용화기술 오존산화 가용화기술 금속밀 가용화기술

    가용화원리 고열호기성 세균(효소)오존산화

    (물리화학적처리)밀파쇄(기계적 처리)

    주요기기

    고열호기성 세균, 배양

    조, 열교환기, 송풍기, 가

    온설비

    오존반응조, 오존발생기,

    pH 조정설비, 폐오존처리

    장치

    밀파쇄장치, 농축기

    장 점

    운전비 저렴, 2차오염적

    음, 일부 무기화되어 반

    류 부하 감소.

    반응이 빠르고 시설이 간

    단함.시설이 간단함.

    단 점설치면적이 크다.

    가용화조에 취기가 발생.

    오존발생기 유지관리 복

    잡.

    가용화액의 반류부하가

    큼(호기조건).

    생물반응조의 발포현상우

    려.

    침강성이 약함(호기조건).

    가용화액의 반류부하가

    큼(호기조건).

    금속볼의 교체비용 고가.

    침강성 악화(호기조건).

    전기소비량 많음.

    감량화율분류식: 90~95%

    합류식: 85~90%분류식: 95~98% 합류식: 85~88%

  • - 11 -

    2. 국내수준

    국내의 하수처리장에 설치된 혐기성 소화조는 68개소로 68%정도가 적정운전을 못하고 있

    는 것으로 조사가 되었다2). 이에 대한 원인으로는 혐기성 소화조로 투입되는 슬러지의 농도

    가 낮고, 소화슬러지 인발량이 과다하여 위시아웃(Wash Out) 현상과 같이 미생물의 감소,

    소화조내 적절한 가온이 되지 않아 운전온도보다 낮아지고, 교반장치의 원활한 교반이 이루

    어 지지 않는 것으로 나타났다.

    이에 대한 대안기술로 최근에 혐기성 소화조의 개선에 대한 연구개발이 활발히 진행되고

    있으며, 특히 하수슬러지의 처리에 대한 해양투기, 매립지의 반입금지 등의 이유로 감량화

    및 바이오에너지(Bio-Energy)에 대하여 관심이 집중되고 있다.

    국내에 설치된 혐기성 소화조의 대부분은 중력식 농축조를 이용하여 슬러지를 농축한다. 이

    때의 농축된 슬러지의 총고형물농도(이하 TS(Total Solids)라 함.)농도는 약 TS 1%전후이

    며, 제일 높은 슬러지의 경우는 약 TS 3%정도 인 것도 있다. 이는 선진국의 중력식 농축조

    를 이용한 농축된 슬러지의 농도 TS 5% 보다 적다. 이는 문화 및 식습관의 차이 등의 이

    유로 인한 슬러지 특성에 대한 이유를 들 수 있을 것이다. 중력식 농축조를 이용하여 슬러

    지의 농축농도를 높일 경우 체류시간 증대와 수처리 상에서 발생되는 슬러지 처리, 부지 확

    보 등의 문제점이 발생된다. 그래서, 몇몇 처리장에서는 탈수를 목적으로 슬러지의 부피를

    줄이기 위하여 원심농축기를 이용하는 경우도 있다.

    국내에 1990년대 초반에 건설된 혐기성 소화조의 형태는 대부분이 약 5,000~100,000 ㎥ 규

    모(2단 소화 기준)의 혐기성 소화조로써 주판알식소화조의 형태를 하고 있으며, 종:횡의 비

    율이 1:2를 구성하고 있다. 이때 혐기성 소화조에서 중요시 하는 인자 중 하나인 교반의 형

    태는 가스식 교반 또는 드래프트(Draft)식 가스식 교반방법으로 하고 있다. 주판알식 소화

    조의 경우 저농도(TS 2%전후)에서는 원활한 교반을 하고 있으나, 슬러지의 농축효율 증대,

    소화조 내 농도 증가 등의 운전조건을 향상(Up Grade) 하였을 때 가스식 교반에서는 슬러

    지의 점도 및 비중의 증가로 인하여 사공간의 증가, 교반동력의 증가 등의 문제를 일으킬

    수 있다. 이에 대해 외국의 기술력을 도입하여 인양식 드래프트 튜브(Draft Tube), 기계식

    교반에 대해서 적용을 시도하고 있다.

    혐기성 소화 효율 및 슬러지의 감량화를 증대시키기 위한 방법으로 최근에 많은 연구가 진

    행되고 있는 기술이 슬러지 가용화기술이다. 슬러지 가용화기술은 혐기성 소화조에 투입을

    하였을 때 고분자 유기물 즉, 미생물의 고분자성 세포벽의 분해력이 감소로 인한 효율 감

    소, 슬러지 발생량 점차적으로 증대하는 부분에 대한 대안으로 혐기성 전처리로써 많이 이

    용되고 있는 기술은 초음파이다. 초음파를 이용한 가용화는 혐기성 소화공정의 전처리로써

    초음파 조사 시 슬러지의 공동에 의해 발생되는 열로 인한 라디칼 형성으로 슬러지의 고분

    자성 유기물(미생물 슬러지(잉여슬러지)의 세포벽 등)을 분해하여 저분자성으로 변환시켜

    혐기성 소화조의 효율을 증가 시킨다. 이 외에 수 처리 상에 오존을 이용하여 잉여슬러지만

  • - 12 -

    가용화하여 포기조 전단에 공급함으로써 부족한 탄소원의 공급 분해율 증대로 인한 슬러지

    발생량 감소에 대한 공법이 개발되고 있다.

    3. 국내・외의 연구현황

    교토의정서에 의한 온실가스 저감 대책으로 인한 이산화탄소 배출량 감소, 런던협약에 의한

    해양투기 금지에 대해서 국제적으로 환경에 대한 관심이 증대되고 있으며, 청정에너지를 사

    용하는 기술에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 하수처리 시 발생되는 슬러지의 처

    리시 소모되는 에너지에 의한 이산화탄소 증대, 슬러지 탈수케이크의 해양 투기량 매년 증

    가의 문제가 숙제로 남고 있다. 해외의 선진국의 사례를 보면 하수처리에서 발생되는 슬러

    지를 이용한 퇴비화, 탄화 등의 이용에 의해 해양 투기되는 슬러지 량이 없거나 미비하게

    발생되는 것을 볼 수 있는 반면, 국내의 경우 관련제도 및 기술적 문제 등의 제반 여건에

    따라 그간 하수슬러지의 재활용이 활발히 진행되지 못했다. 또한, 퇴비화는 농림부의 비료

    공정규격에 의하여 비료원료로서 도시지역 하수슬러지의 퇴비화는 원칙적으로 금지하고 있

    어 재활용에 큰 걸림돌로 작용하고 있는 실정이다4)5).

    국내의 경우 전자에 기술한 것과 같이 기존의 슬러지 처리 방법으로도 매립과 해양투기를

    대신할 만한 대안 기술에 대하여 실용화 된 것이 없고 각각의 상황에 따라서 달라 질 수

    있을 것으로 보여진다. 이와 관련하여 일본에서는 하수도에서도 자원순환을 위한 폐기물 발

    생량 제로화(Zoro Emission) 개념을 도입하여 하수슬러지의 발생을 최대한 억제하고, 슬러

    지를 없애기(Zero화) 위한 슬러지 감량화 기술이 개발되고, 실용화되어 있으며, 유럽 및 미

    국에서도 기술도입을 시도하고 있다.

    국내에서도 슬러지 감량화 기술에 대한 관심이 점점 높아가고 있는 상황에서 매립과 해양

    투기를 일부분 대신할 슬러지 처리기술에 대한 기술을 검토해야 한다. 현재 개발되어 있는

    슬러지 감량화 기술은 주로 농축단계에서 발생하는 농축슬러지에 대한 초음파, 오존, 고온

    호기성세균, 용균성 산화제, 물리적 파쇄장치 및 이들을 조합한 감량화 기술 등을 적극적으

    로 개발하고 있으며, 일부에서 상용화하여 실증 플랜트에서 적용되어 그 성능이 확인되고

    있다5).

  • - 13 -

    3절. 연구개발대상 기술의 차별성

    1. 슬러지 농축기술

    소화조에서 농축도를 높일수록 소화조에 투입되는 열원를 적게 소요되게 하고 소화조의 체

    류기간이 많아지게 함으로 농축도를 높게 할 수 있으면 좋으나 일반적으로 소화조의 교반

    력에 문제가 되지 않아야 하므로 10%이하에서 기술개발이 진행 되고 있다. 이 때, 열량은

    농축도와 비례하므로 10%농축 시 1% 농축 할 때와 비교하면 소화조에 투입되는 열원이

    1/10로 적게 소요되고 소화조 반응시간은 10배 정도 길어지므로 충분한 소화가 가능해지므

    로 농축농도를 소화조의 교반력이 문제시 되지 않는 한 농축농도를 높이려고 하고 있다.

    (표 1-4) 기계식 슬러지 농축기 비교

    구 분 농축방식 외 관 탈리액 배출방법농축

    농도

    투입가능

    슬러지농도

    당사 구성도 및 외관도

    응집혼화 +

    스크류 압착식

    응집혼화 스크류압착

    응집 혼화 농축기내 설치

    된 탈리액 배제 장치 의해

    응집 시 배제된 탈리액 자

    연 배출로 1단농축 및 다

    중 원판농축스크류에 의

    해 2단농축.

    2-10% 0.3-4%

    일본 기술개발 제품 구성도 및 외관도

    응집 혼화식

    Ⅲ.탈리액배출장치

    및 설치위기

    Ⅱ.탈리액배출방법

    Ⅰ.탈리액배출장치

    응집 혼화 농축기 상부

    에 설치된 탈리액 배제

    장치에 의해 응집시 배제

    된 탈리액 진공펌프에 의

    해 1단농축.

    2-4% 0.3-2%

    벨트(중력)

    압착식

    응집 혼화된 슬러지

    를 Belt에 투입 중력에

    의한 탈리액 배제.

    4-7% 1-4%

    당사제품의

    효율성

    응집 혼화 농축방식(1단)과 다중원판농축스크류(2단)에 의해 농축을 동시에 하므로

    1. 투입되는 슬러지의 농도 범위가 높고

    2. 높은 농축농도의 범위를 조절이 가능하고 설치비, 운전성이 매우 편리함

  • - 14 -

    2. 혐기성 소화조 교반기술

    소화조 교반 시스템은 소화슬러지 농도가 고농도 일수록 소화조에 투입되는 열원 적

    게 소요되게 하고 소화조의 체류기간이 길어지므로 소화 효율이 상승하므로 고농

    도일 때 침전이 일어나지 않도록 강한 교반력을 가지는 방향으로 기술개발을 진행

    하고 있다.

    (표1-5) 기계식 혐기성 소화조 교반기 비교

    구 분 교반방식 외 관 교반방식 교반농도

    교반기 소화조

    분리식

    소화조 상부에 소화조

    와 연결되지 않은 별도

    의 구조물 에 교반기를

    설치함으로서 소화조에

    진동과 하중의 전달을

    피할 수 있는 구조로

    설 설치.

    1-8%

    교반기 소화조

    일체식

    소화조 내부에 설치하

    여 교반기의 진동, 하중

    을 소화조 점검창에 가

    능한 전달을 피 할 수

    있는 구조로 설치되고,

    향후 유지관리를 고려

    여 설치하므로 충분한

    교반력을 얻기 어려움.

    1-4%

    교반지 소화조

    일체식

    교반력은 높아 고농도

    에서 충분한 교반력으

    로 교반 할 수 있으나

    나 소화조 상부에 설치

    하여 교반기의 진동과

    하중을 소화조에 전달

    을 피 할 수 없는 구조

    로 설치되므로 기존 주

    판알 형 소화조 상부에

    설치 곤란.

    1-8%

    소화조 상부와 별도의 교반기 지지 구조물을 설치하여 교반기를 설치하므로

    1. 자유로운 교반력 증가가 가능하므로 소화조 고농도화 대응 가능.

    2. 기존 주판알 형 소화조의 소화조 상부의 상태에 관계없이 적용가능하며,

    설치비, 운전성, 보수성이 매우 편리함

  • - 15 -

    3. 슬러지 가용화설비

    유럽의 기술인 캠비시스템(Cambi Process)를 응용한 레져(Reser) 시스템은 하수

    처리장에서 발생되는 슬러지를 고농도로 농축하여 펌핑(Pumping)하면서 파쇄를 거

    쳐서 100℃의 가온조로 이송되어 가수 분해되며, 165℃의 고온 6 kg/㎠에서 가용화가 이루어지며 가용화가 지속되기 위해 후단에 플래쉬 탱크를 두고, 슬러지의 안정

    화를 위한 쿨링시스템을 두어 이를 소화조로 보내는 흐름으로 되어 있다.

    본 기술은 혐기성 소화조의 미분해 및 불활성 슬러지를 인발하여 스크린 및 탈

    기조를 거쳐 미분화하여 오존과 반응하여 기 • 액분리하여 다시 혐기성 소화조로

    반송시킨다.

    위의 레져(Reser) 시스템은 본 기술과 비교하여 보았을 때 에너지와 가수분해

    및 가용화를 위한 추가적인 농축시스템이 필요하지만, 본 기술에서는 이러한 고

    온, 고압의 조건을 유지할 필요가 없으며, 추가적인 농축시설이 필요하지 않는 단

    순한 구조로 되어 있어서 유지관리가 편리하고, 반응조 전단의 메탄의 배제를 위

    한 설비를 갖추고 있어서 레져(Reser) 시스템에 비하여 안전하다.

  • - 16 -

    (표1-6) 가용화 성능 비교

    오 존 레져 시스템

    구조 및

    형상

    가용화목적

    슬러지의 VS의 메탄발효율을 높여

    서 무기물 생산을 증대시켜 저함수

    율의 탈수케이크를 얻음.(최종처분

    슬러지의 감량)

    슬러지를 열에 의한 살균을 하여 농

    지 등으로 환원시킴.

    소화율체류시간(소화조의 부하)에 영향을

    주어 점점 증대된다.

    반응속도 및 소화율은 그다지 변화

    하기 않고 소화율이 높아지는 케이스

    로 원래의 HRT를 단축시키며, 본래

    의 소화성능이 발휘되는 경우나 탈리

    액으로 난 분해성의 유기물이 유출되

    어 고형물의 소화가 상승된다.

    구성, 기계오존발생기, 반응기 정도의 단순한

    구성

    슬러지를 탈수하여 열기를 주입하여

    가용화되어야 하기 때문에 소화전 후

    에 탈수가 필요하며, 고압장치상에서

    밸브의 정기적인 교환이나 부수장비

    의 정기적인 검사가 필요하다

    탈리액

    처리수

    슬러지의 VSS가 메탄으로 전환되어

    산소나 인은 적게 증가된다.

    - 가용화슬러지의 일부는 난분해성에

    서 탈리액 수질 및 취기가 나빠짐.

    - 탈수시 약품의 사용양도 많이 든다.

    적용된 시설

    혐기성 소화조의 투입슬러지량이 비

    교적 작으며, 어느정도 저부하의 시

    설(1.0kgTS/㎥/조/day)이하에서 운

    전관리에 경비를 증가시키지 않는

    시설.

    혐기성 소화조의 투입슬러지량이 많

    고, 본래의 소화율을 달성시키기에는

    어려운 시설.

  • 제 2 장 연구개발의 목표 및 내용

  • - 18 -

    제2장 연구개발의 목표 및 내용

    1절. 연구의 최종목표

    국내의 혐기성 소화조 효율의 저하요인으로는 투입슬러지 농도가 낮고, 하수처리장에서

    발생되는 슬러지의 처리량을 커버하기 위해 인발되는 량이 과다해 지며, 직접가온 및 슬러

    지 투입량 및 인발량의 과다로 인한 소화조 내 온도의 저하, 부상오니나 토사의 퇴적으로

    인한 유입슬러지의 토사분 조사 및 부상오니의 파쇄에 의한 사공간이 발생되는 것이다. 또

    한, 침출수 등의 연계처리에 의한 슬러지 성상의 유기물 농도 증가 및 독성 금속류의 유입

    등에 의해 pH 저하현상이 추가적인 소화효율 저하 요인으로 작용을 한다.

    앞서 언급한 혐기성소화조 저하요인 중 슬러지 농축률 저하, 소화조 교반력 저하, 유기물

    분해력 감소의 개선을 목적으로 본 연구를 다음과 같이 목표를 설정하였다.

    (그림2-1) 전체 수처리 공정 중 연구범위

  • - 19 -

    1. 소화조에 투입되는 농도를 저농도(MLSS 5,000-15,000 mg/L), 중-고농도(MLSS

    15,000mg/L-40,000 mg/L)에서 소화조 투입농도를 7%까지 농축 가능한 기술개발 및

    5m3/hr의 Pilot Scale 농축설비 제작, 운전 및 향후 상업화를 한 스케일 향상(Scale

    Up) 및 성분도출.

    2. 농도 및 소화조의 규모에 따라 교반기 교반 능력이 2시간 내에서 소화조에

    서 완전히 혼합 가능하도록 리튬을 이용한 트레이서 실험(Tracer Test)를 모형 소

    규모 소화조(20 ㎥)정도의 시설(Pilot Scale) 규모로 실시하여 유체 유동에 대한 기

    초 자료를 도출 교반기 에 대한 형태 및 유속을 해석하는 프로그램에 대한 연구개

    발 및 향후 상업화를 위 한 스케일 향상(Scale Up) 및 성분도출.

    3. 열을 이용한 가용화시설을 Bench Scale 규모로 체류시간 3시간 정도에서

    수산화나트륨(NaOH)를 첨가시키면서 가용화율 70%이상 가질 수 있는 효율을 실험

    한 후 시설(Pilot Scale) 규모의 농축기와 소화조의 실험를 실시하고, 슬러지 가용화

    방법 도입에 따른 경제성 비교 평가 실시로 비용절감 방안제시.

  • - 20 -

    2. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법

    구분 연도 연구개발 목표 평 가 방 법

    1차

    연도2007

    선진소화조 개선기술의 국내 적용 방향

    성 검토

    1) 국내∙ 외 소화조의 운영실태 파악 및

    문제점 파악.

    2) 적정 소화운영 방법 검토.

    1) 적정 농축기술의 검토.

    2) 실증 Scale 농축장치 제작 및 설치.

    1) 당사에서 개발된 농축기를 이용한 적정

    농축방식 선정.

    2) 슬러지의 농축자유도.

    3) 농축효율 TS 7% 이상 달성 여부

    1) 가스식 교반시설 교반력 확인.

    2) 기계식 교반기 안정적 설치방법 도출.

    3) 기계식 교반기 설계 및 설치.

    1) 기존 하수처리장에 건설된 혐기성 소화

    조에 안정적으로 기계식 교반기를 설치

    가능성.

    2) 고농도의 슬러지 교반이 가능한 기계식

    교반기 선정.

    2차연도 2008

    1) 기계식 농축기의 안정적인 운전조건

    도출.

    2) 기계식 교반기의 운전상태 확인 및 점

    검.

    1) 기계식 농축기의 응집 및 농축기의 안

    정도 시험.

    2) 수처리에서 발생되는 슬러지에 대한 안

    정적 운전조건 도출.

    3) 교반기의 모터의 부하시험 및 가스 누

    수여부 수시확인.

    1) Lab Scale 가용화장치 설계 및 제작.

    2) 시험을 통한 Piolt 시험장치 설계인자

    도출.

    1) Lab Scale 가용화장치 설계 및 제작.

    2) Lab Scale 가용화장치의 적절한 운전조

    건 도출.

    1) Pilot 가용화장치 설계 및 설치.

    2) Pilot 가용화장치 시운전

    1) Pilot 가용화장치의 기계적 안정도 확인.

    2) 가용화 시운전시 문제점 및 해결방안

    도출.

    3차

    연도2009

    Pilot 가용화설비의 안전화 후 오존처리에 대한 안전화 조건 도출

    혐기성 소화시스템 완성

    1) 기존 혐기성 소화와 비교한 슬러지 감

    량화, 가스발생량 비교하여 조건 향상 여

    부 확인.

    2) 경제성 평가.

    Scale Up System 설계 인자 도출. 수식 및 실험을 토대로 한 Scale Up 설계

    인자 도출

    홍보 및 상업화

    1) 전람회 및 발표회 참가.

    2) 환경 신기술 검증 획득, 국내∙ 외 특허

    개발 및 ENVEX 전시회 참가.

  • - 21 -

    3. 연도별 추진체계

    1차년도

    하수슬러지 감량과 바이오가스 생

    산을 위한 소화조 개선기술 개발

    국내 소화조 문헌 조사 디스크 농축기 설계 적정 가용화 방법 검토

    대표적 현장 방문 스크류식 응집 농축장치 제작 적정 가용화 조건 도출

    국외 소화조 문헌 조사고농도 슬러지의 교반이 가능한

    기계식 교반기 선정

    가용화 실험 기초계획

    수립

    Pilot Test 현장 기초조사

    및 현장 조사

    기존 소화조에 안정적인 기계식

    교반기 설치 방법 도출

    개발 방향 재검토 및

    종합 시운전 계획 수립

    기계식 농축기 및 기계식 교반기

    실증 Pilot 제작 및 설치

    Pilot System 계획 수립

    2차년도

    설치된 교반기 및 농축기 시운전

    pilot System 기본 Lay Out

    설계

    기계식 농축기 및

    교반기의 안전 운전 조건

    Pilot System 실시 계획 수립 및

    설계가용화 Pilot 장치 설치

    기계식 농축기

    적절운전조건 도출 및

    적절성 확인

    Pilot System 설치가용화 Pilot 장치 무부하

    운전 및 시운전 Test

    기계식 교반기 부하 검토Pilot System 무부하 운전 및

    단독 시운전

    기존 기술과의 안전도

    비교Pilot System 종합시운전

    3차년도

    종합시운전시 문제점에 대한

    시설보완

    Pilot System 부하시운전 및

    종합시운전

    교반기 및 가용화 시설,

    소화조의 단독 Test

    환경신기술평가 및 전시회 발표회

    참가

    Screw 응집 농축기

    단독 Test

    Scale Up System 완성

  • 제 3 장 연구개발 결과 및 활용계획

  • - 23 -

    제3장 연구개발 결과 및 활용계획

    1절. 연구개발 결과 및 토의

    1. 연구 적용 처리장의 현황

    가. 활성슬러지 공법

    본 연구가 진행되는 처리장은 일일 유입되는 분뇨량이 30㎥/day, 하수량은 18,000

    ㎥/day로 스크린, 침사지, 초침, 포기조, 종침을 거쳐서 방류되어지는 표준 활성 슬러

    지공법이다(그림3-1).

    표준활성슬러지 공법은 전단의 물리적 처리(스크린, 침사지)를 거치는 동안 협잡물,

    Grit, 모래 등을 제거하고, 초침에서 일부 유기물 및 침전물(생슬러지)를 제거하여 포

    기조에서 호기성미생물을 이용하여 오염물을 제거하여 종침에서 침전되는 플록(잉여

    슬러지)를 제거하는 방법이다.

    현장의 특이사항으로는 Alum을 이용한 고속응집침전조를 이용한 인의 제거효율을

    높이는 방법이다. 이 방법은 처리수에 Alum을 넣어서 응집시켜서 경사판이 설치된

    침전조를 거쳐서 인의 제겨효율을 높이는 방법이다. 이렇게 침전된 슬러지도 혐기성

    소화시스템으로 유입된다.

    (그림 3-1) 활성슬러지 공법 모식도(처리장의 공법)

    2008년도 1월1일부터 기계식 농축기 및 혐기성 소화조의 기계식 교반기의 실증

    Pilot Plant가 가동된 시점에서 슬러지의 일일 발생되는 량 및 농도를 측정하였다.

    그 결과, 일일 발생되는 초침슬러지 및 종침슬러지의 양은 각각 평균 69.1과 120.3

    ㎥/day(잉여량과 반송량의 합)였으며, 슬러지농도는 각각 평균 약 TS 2.7%, 0.54%

  • - 24 -

    로 분석이 되었다. 이를 1:1로 혼합하여 농축기로 유입되는 슬러지농도는 [그림 3-2]

    에서 보는 바와 같이 초침슬러지의 농도에 크게 영향을 받음을 알 수 있다. 이는 기

    존의 중력식 농축조를 슬러지 저류조로 사용용도를 변동하고, 기존의 슬러지 인발

    배관을 이용하여 농축기로 슬러지를 이송되어 저류의 슬러지 농도가 높은 부분이

    주로 유입되기 때문인 것으로 판단이 된다.

    (그림 3-2) 하수처리장의 기존 중력식 농축조 전경

    (그림 3-3) 하수처리장에서 발생되는 슬러지 TS 농도의 변화

  • - 25 -

    나. KSMBR 공법( 처리장의 고도처리공법)

    2009년부터 처리장의 KSMBR공법으로 고도처리 공사가 진행이 되어서 혐기성 소

    화시스템으로 유입되는 슬러지의 발생량 및 성상이 변화되었다. 2009년에 처리장의

    총 3계열의 공사 중 1, 3계열의 공사가 진행되었으며, 2010년에 2계열의 공사가

    진행 중 이다.

    KSMBR공법은 혐기조, 병렬로 배열되어 비포기-포기-비포기 및 비포기로 운전되

    는 교대 반응조, 폴리올레핀계 중공사 정밀여과막을 침지시킨 호기조와 용존산소저

    감조로 구성되어 유기물 및 질소․ 인을 처리하고 여과막에 의하여 고액 분리되는 하수 고도처리기술(그림 3-2)이다.

    (그림 3-4) KSMBR 모식도(처리장의 고도처리공사 공법)

    2. 스크류 부착형 디스크형 농축기의 원리 및 농축이론

    가. 응집이론

    응집(flocculation)의 정의는 부유물질 및 콜로이드 입자의 표면전하가 음전하이

    므로 하전중화를 시키기 위해서는 통상 양전하(+)를 띄는 물질, 즉, 알루미늄

    (Al+3

    ), 철(Fe+3 혹은 Fe+2)등의 물질을 사용하게 된다. 양전하의 물질을 첨가하면,

    하전중화로 인하여 반발력은 없어지고 쿨롱(Coulomb) 인력, 반데왈스(Var der

    Waals) 인력에 의하여 소규모의 플럭(Primary floc)이 형성되는데, 이 작용을 일

    컫는다.

    이렇게 응집된 플럭은 응결작용에 의해 형성된 미세한 플럭은 입자크기 및 가교

    에 의해 보다 조대화 된 플럭이 형성하게 되는데 이를 응결작용이라고 한다. 이러

    한 응결적용은 완속 교반과정에서 이루어지게 된다.

    응집에 영향을 미치는 영향인자로는 수온, pH, 용존 물질의 성분 등이 있으며, 각

    인자별 응집특성에 대해서는 (표3-1)에 정리하였다.

  • - 26 -

    (표 3-1) 콜로이드 입자의 응집의 영향인자

    인 자 응 집 특 성

    수 온

    - 높은 수온에서는 반응속도의 증가와 물의 점도의 저하가 되어 응

    집제의 화학적 반응이 촉진된다.

    - 낮은 수온에서는 플럭 형성에 필요한 시간이 길어지고, 입자가 작

    아짐으로써 반응에 필요한 응집제의 양이 증가된다.

    pH 응집제의 종류에 따라 반응 최적의 pH를 맞추어 주어야 한다.

    용존 물질수중의 응집반응을 방해하는 용존물질의 존재 여부에 따라서 응집 상

    태가 변할 수 있다.

    교반속도응집제 및 응집보조제의 적절한 반응을 위해서 교반 속도를 조절하여

    야 한다.

    (1) 응집제의 종류와 특징

    응집제는 무기응집제와 유기응집제로 구분되는데, 유기응집제는 응집제의 형태로 사용하

    지 않으며, 널리 사용되는 응집제는 알루미늄이나 철염이며, 하수특성에 따라 응집보조

    제를 첨가하는 이액방식으로 사용하면 응집효과가 증대된다.

    (가) 철염

    - 고체상과 액체상이 있으며, 일반적으로 액체상이 많이 사용된다.

    - 입자상은 Fe2(SO4)의 함량이 55%이상이고, 7개의 결정을 가지며, 밀도는 1,000~

    1,057 kg/㎥이다.

    - 응집 적정범위가 pH 4~12로 넓고, 황화수소의 제거가 가능하다.

    (나) 유기고분자 응집제(Polymer)

    수처리에 사용되는 유기고분자응집제는 천연적으로 존재하는 물질로서 응집제의

    성질을 가지는 것과 인공적으로 합성된 것이 있다. 유기고분자응집제는 사슬이 길

    고 물에 용해가 가능하고 분자량이 높다. 그리고, 팔(그림1-1)은 활동적인 반응기를

    가지고 있으며, 이들 유기고분자 응집제가 물에 용해될 때 많은 Funefical Group들

    이 이온화된다. 수용액에서 유기고분자응집제는 전하에 따라 양이온성, 음이온성,

    비이온성, 양쪽성으로 분류가 되어지며, 유기고분자응집제의 전화중화, 플럭의 결합

    그리고 입자로부터 결합수의 방출에 영향을 받는다.

  • - 27 -

    (그림 3-5) 고분자 응집제에 의한 응집

    유기고분자 응집제는 분자량, 전하의 밀도와 형태, 활성 고형분(Active solid), 배경

    인자(Backbone unit structure) 등에 따라 특성이 변하며 아크릴아미드(Acrylamide)

    가 단성분으로 있으면 비이온성이고, 아크릴아미드(Acrylamide)에 아크릴산 나트륨

    을 중합한 것이 음이온성이며, 크릴아미드(Crylamide)에 양이온성으로 중합된 것이

    양이온성을 나타낸다.

    (2) 슬러지 응집

    (가) 슬러지 응집의 정의 및 의의

    슬러지 응집이란 농축과 탈수 시 수분을 제거하기 위한 전처리 과정이며, 응집과정동안

    작은 입자들은 보다 크고 강한 플럭을 형성시켜 탈수 속도의 증가와 고액분리를 증진

    시킨다.

    여과, 원심분리 등에 의한 슬러지 성분들의 분리는 슬러지의 교반강도와 특정한 물

    리 • 화학적 공정에 의해 향상될 수 있으며, 슬러지 개량 기술을 포함한 슬러지의 농축

    과 탈수의 방법들은 전후 단위공정에 매우 중요한 영향을 끼칠 수 있다.

    슬러지 조절 방법(Sludge-Handling Method)에서 슬러지를 농축조 등에 장기간 보관

    하면, 미생물의 소화 작용에 의하여 슬러지 입자들이 보다 작은 입자로 분리되며, 이들

    작은 입자들은 탈수 시 단위 부피당 더 큰 부피를 갖기 때문에 탈수가 악화된다.

    그러므로, 이들 입자들의 응집을 향상시키기 위한 개량에 영향을 주는 물리, 화학, 그

    리고 생물학적 메카니즘은 매우 복잡하다. 그러므로, 최적 개량방법은 경험적 실험 기

    술을 적용하여 특정한 슬러지에 대해 결정되어야 한다.

  • - 28 -

    [Methacrylate] [Acrylate]

    [Anionic] [Nonionic]

    (그림 3-6) 유기성 고분자 응집제 분류

    (나) 유기고분자 응집에 의한 슬러지 개량

    슬러지 약품처리의 경우 전하중화와 가교작용이 주 메카니즘이며, 양이온성 유기고분

    자응집제의 경우 전해질이 물에 용해하였을 때 양의 전하를 가지는 활성기를 가지고

    있기 때문에 음으로 하전된 부유입자를 흡착하여 그 입자의 표면입자를 중화시킨다.

    가교작용의 경우 다음의 두 가지 힘에 의해 결정된다.

    하나는 고분자의 입자와의 접착력이며, 다음은 접착모체인 고분자간의 접착성이며, 첫

    째의 고분자의 입자간의 접착력은 고분자와 입자조성과의 친화력과 분자간 인력, 수소

    결합 등이 있으며 친화력은 접착이론에서 기본적으로 취급하는 SP(Solubility

    Parameter)로 고분자가 가지는 친수성, 수산화기의 균형, 활성기의 종류가 문제가 된

    다.

    분자간의 인력은 입자와 분자간의 밀착도와 고분자의 중합도가 관계되고, 고분자가 가

    지는 활성기를 기초로 하여 입자와 직접 또는 물 분자를 모체로 하여 수소결합이 생겨

    그것이 응집력으로 작용하고 있다.

  • - 29 -

    (다) 최적탈수효율을 위한 유기고분자 응집제 종류선정

    슬러지의 최적탈수를 위해서는 슬러지의 물리 화학적 특성이 중요하며, 슬러지의 탈수성

    은 슬러지의 pH와 입자의 전하, 결합수의 함량, 고형물 함량, 알카리도, 입자의 기계적

    강도, 공극율, 입자의 크기, 유기물의 함량, 압력계수, 슬러지의 종류 등 수많은 요소에

    의해 결정된다. 슬러지의 약품응집에 관하여 수처리에서는 전하중화와 입자 가교작용이

    주 메카니즘이고, 전하중화가 증가할수록 고액분리성은 일반적으로 증가한다.

    생물학적 폐활성슬러지(잉여슬러지)의 경우에는 전하중화 메카니즘이 우세하고, 생물학

    적 슬러지를 유기고분자응집제로 개량한 경우에는 입자의 가교작용이 우세하다. 대부분

    의 하수슬러지는 음으로 하전 되어 있기 때문에 양이온 개량제를 사용하며, 정수상의 황

    산알루미늄(Alum) 응집된 슬러지는 과량의 수산화알루미늄으로 생성이 되었으므로 통상

    약 양이온을 띄는 것으로 알려져 있으며 하수슬러지와는 달리 음이온 유기고분자 응집제

    가 효율적인 것으로 알려져 있다. 이 때 황산알루미늄(Alum) 슬러지 제타전위 -17mV일

    경우는 유기고분자응집제 종류별 탈수효율은 양이온〉비이온〉음이온 순으로 나타났고,

    슬러지 비저항에 의한 탈수효율은 양이온 유기고분자 응집제가 음이온 유기고분자응집제

    에 비해 30% 정도 양호한 것으로 나타났다. 즉, 무기고분자응집제에 대해 사용되는 유기

    고분자응집제는 슬러지의 비저항에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 양이온 고분자응

    집제가 다른 이온성의 고분자응집제에 비하여 응집효율이 좋다.

    본 연구에서는 무기응집제(폴리황산제이철, 액상, 황산이온 22%, 철이온 11%)와 양이온

    성 유기고분자응집제 (주성분: Ethanamineium, N,N,N- Trimethyl-2(

    (1-Oxo-2-Propenyl)Oxy)-Chlorid))를 사용하여 반응이 최적으로 나왔으며, 이에 대한 실

    험결과는 (표3-2)와 같이 무기응집제(액상)을 슬러지 양(1,000 ㎖) 대비 0.15%일 때와 유

    기고분자응집제(액상, 40%wt) 0.10%일 때가 여액 중 SS 농도(고형물 회수율)이 높게 나

    타났다.

    (표3-2) 응집제 투입 결과

    유입슬러지(혼합슬러지) : 20,000㎎-TS/ℓ슬러지 유량 대비

    유기고분자응집제 투입율(%)

    슬러지 유량 대비

    무기고분자 응집제 투입율(%)농축 여액 SS(mg/l)

    0.05 0.10 1,624.0

    0.05 0.15 1,420.5

    0.05 0.20 1,820.0

    0.10 0.10 1,015.5

    0.10 0.15 950.0

    0.10 0.20 987.5

    0.15 0.10 1,003.0

    0.15 0.15 998.5

    0.15 0.20 1,100.5

  • - 30 -

    나. 디스크형 농축기 원리

    (1) 디스크형 농축기 구성

    (가) 응집교반기 형상

    응집 농축기 하부에서는 난류에 의한 유기응집제가 슬러지에 균등 균일하게 혼합될수

    있도록 하는 형상을 주고 응집 농축기 상부에서는 층류에 의해 플럭이 성장하여 치밀한

    모양으로 형성 시킬 수 있도록 형상을 주어 설치하였다.

    (그림 3-7) 디스크형 농축기 구조

    (그림 3-8) 디스크형 농축기 상부 및 하부 교반기 사진

  • - 31 -

    (나) 탈리액 배출 장치의 자동세척 시스템 구축

    응집농축장치를 운전 정지후 자동적으로 응집농축탱크의 슬러지를 배출하여 슬러지에 의

    해 탈리액 배출장치가 막히지 않도록 구성하였고 슬러지가 배출됨과 동시에 탈리액 배출장

    치의 내통를 세척할 수 있도록 교반기 열결된 샤프트(Shaft)에 건들링 작업을 하여 샤프트

    (Shaft)내로 세척수를 유입시켜 세척수를 노즐을 통해 분사 시키고 있고 운전도중에도 세척

    수를 분사시켜 막힘에 배출량을 줄이고 유지보수를 발생하지 않도록 하였다.

    (그림 3-9) 샤프트(Shaft) 노즐 장착 상태

    (다) 스크류 농축기의 원리

    디스크형 농축기에서 발생되는 농축되는 슬러지는 유입슬러지 성상, 농도 및 운전조건에

    따라서 약간의 차이는 보이지만, 평균적으로 TS 2~3%정도 농축이 되어서 중력식 농축조

    와 비교하여 볼 때 크게 농축효율에 대하여 개선점을 찾을 수가 없었다. 이러한 방법을 개

    선하기 위해서는 디스크형 농축기와 같이 최소화(Compact)한 형태의 기계식 농축기술이 적

    용이 되어야 한다는 결론에 도달하여 스크류 프레스 방식의 탈수기를 응용하여 스크류형

    농축기를 개발하였다.

    스크류형 농축기는 디스크형 농축기에서 응집과 농축이 1차적으로 이루어진 슬러지를 스

    크류 프레스 방식의 탈수기의 원리와 동일한 방식으로 농축한다. (그림3-10)에서와 슬러지

    는 스크류 구동에 의하여 배출�