A-27 : 정수슬러지의 활성처리를 통해 제조한 흡착제의 H2S 흡착특성연구

박영성,박종주,길태형,박상규 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

우리나라의 정수처리장에서 발생하는 정수슬러지는 2008년말 기준 1일 평균 1,800톤에 달하고 있으며, 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입등으로 정수슬러지의 발생은 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수슬러지처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성있는 정수슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다. 본 연구에서는 정수슬러지를 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 정수슬러지를 대상으로 탄화, 스팀활성처리, 약품활성처리등 다양한 조건으로 슬러지흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 통한 소재별 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 정수슬러지는 탄화 및 스팀활성화과정을 통해 기공의 확대와 함께 비표면적이 증가되는 것을 알 수 있었고, 약품처리할 경우 정수슬러지 내부구조상에 약품의 함침으로 기공이 막히는 현상이 일어나 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있었다. SEM분석을 통하여 건조된 정수원슬러지는 단단하면서 치밀한 표면구조를 보이지만, 탄화슬러지는 느슨하면서 헝클어진 표면구조를 나타내고, 석회석이 첨가된 경우에는 슬러지성분과 석회석이 물리적으로 혼합되어 표면에 산재해 있는 것으로 나타났다. 정수슬러지를 스팀이나 약품으로 활성처리할 경우 악취(황화수소)에 대한 흡착능이 10 ~ 35% 범위에서 향상되는 것으로 나타났으며, 전체적으로 활성탄대비 70 ~ 90%에 해당되는 비교적 양호한 평형흡착능을 갖는 것을 알 수 있었다.

정수슬러지의 활성처리를 통해 제조한 흡착제의 H2S 흡착특성연구

박영성,박종주,길태형,박상규 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

우리나라의 정수처리장에서 발생하는 정수슬러지는 2008년말 기준 1일 평균 1,800톤에 달하고 있으며, 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입등으로 정수슬러지의 발생은 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수슬러지처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성있는 정수슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다. 본 연구에서는 정수슬러지를 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 정수슬러지를 대상으로 탄화, 스팀활성처리, 약품활성처리등 다양한 조건으로 슬러지흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 통한 소재별 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 정수슬러지는 탄화 및 스팀활성화과정을 통해 기공의 확대와 함께 비표면적이 증가되는 것을 알 수 있었고, 약품처리할 경우 정수슬러지 내부구조상에 약품의 함침으로 기공이 막히는 현상이 일어나 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있었다. SEM분석을 통하여 건조된 정수원슬러지는 단단하면서 치밀한 표면구조를 보이지만, 탄화슬러지는 느슨하면서 헝클어진 표면구조를 나타내고, 석회석이 첨가된 경우에는 슬러지성분과 석회석이 물리적으로 혼합되어 표면에 산재해 있는 것으로 나타났다. 정수슬러지를 스팀이나 약품으로 활성처리할 경우 악취(황화수소)에 대한 흡착능이 10 ~ 35% 범위에서 향상되는 것으로 나타났으며, 전체적으로 활성탄대비 70 ~ 90%에 해당되는 비교적 양호한 평형흡착능을 갖는 것을 알 수 있었다.

하수슬러지의 수증기 활성화법을 이용한 흡착제 제조와 흡착특성

정동현(Dong Hyun Jung),전영남(Young Nam Chun) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.5

현재 슬러지의 처리는 주로 해양투기에 의해 진행되는데 런던협약에 의해 슬러지 내 중금속 함량에 따라 점진적으로 해양투기가 완전 금지되어진다. 이에 하수슬러지의 안정적 처리 방안이 시급히 검토되어야 한다. 그 대책으로 최근 슬러지의 능률적이고 친환경적인 처리를 위한 방법 중 하나로 활성화를 통한 흡착제 제조가 부각되고 있다. 본 연구는 하수슬러지를 수증기 활성화법을 이용하여 흡착제로 활용하기 위한 기초연구로서 양질의 흡착제를 제조하기 위한 변수별 연구를 통한 최적 활성화조건을 연구하였다. 그 결과 요오드 흡착능을 기준으로 하여 변수별 연구를 통해 수증기 주입량 30 mL/hr, 활성화 온도 500℃, 활성화 시간 60분으로 선정되었다. 이 때 요오드 흡착능과 수율은 228.4 mg/g, 77.23%로 나타났다. 또한 질소 흡착, SEM, EDS를 이용하여 수증기 활성화에 따른 세공 발달, 비표면적, 평균 세공경 및 화학적 성상과 함량을 파악하였다. 수증기 활성화를 통해 발달되는 세공은 주로 미세 세공임을 확인하였다. Recently, the treat of sludge is usually progressed by ocean disposal. But it will be totally banned by content of its heavy metal according to London Dumping Convention, gradually. The stable way of treat of sewage sludge should be examined urgently. To solve the problem, recently, there are efficient and environment-oriented method. One of them is to produce absorbent through the activation. This study produces absorbent through steam activation. As basic experiment, optimum activation condition for preparation of good absorbent is researched through study of the following variables : steam flow rate, activated temperature, activation time. As the result of this with standard on Iodine adsorptivity, it is chosen, that steam flow rate "30 mL/hr", activation temperature "500℃", activation time "60 minutes". At the time, Iodine adsorptivity and yield shown that 228.4 mg/g, 77.23%. And also, by using nitrogen adsorption, SEM and EDS are confirmed that pore development, specific surface area, mean pore size, chemical component and content. Pore developed by steam activation is also confirmed that it is micropore.

MBR 시스템의 연속운전에 따른 막오염 효과

장인성 湖西大學校工業技術硏究所 1998 工業技術硏究所論文集 Vol.17 No.-

막결합형 활성슬러지 시스템은 운전시간의 증가에 따른 막오염 때문에 분리막의 플럭스가 크게 감소하는 문제가 발생한다. 이러한 시스템은 활성슬러지를 순환, 가압시키기 위해 펌프를 사용하는데, 활성슬러지 플록은 펌프의 영향으로 매우 쉽게 해체된다. 그러나, 많은 연구자들은 이러한 플럭 크기의 감소가 막오염에 미치는 영향을 간과해 왔으며, 입자 크기 감소에 의한 활성슬러지의 활성도에 미치는 영향에 대해서도 알려진 것이 별로 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 막결합형 활성슬러지 시스템을 운전하면서, 입자 크기 감소에 따른 막오염 효과와 활성슬러지의 활성도에 관하여 고찰하여 보았다. 입자 크기 감소는 운전 초기에 급격히 발생하였다. 아울러 플럭스도 초기에 급격히 감소하는 경향을 보였다. 이와 같은 플러스 감소가 농도분극 등에 의한 플럭스 감소의 영향인지를 확인해 보기 위해서 미리 입자 크기를 감소시켜 놓은 활성 슬러지를 연속 운전하였다. 직렬저항모델로 해석을 하여 본 결과 입자 크기 감소에 의한 플럭스 감소 효과가 전체 플럭스 감소를 지배하는 주요인자로 지목되었다.

열수가압탄화반응에 의해 생성된 하수슬러지 Biochar의 흡착성능 비교

김형욱,조우리,김진관,박윤수,이재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

유기성 폐기물인 하수슬러지는 특성상 다량의 수분과 유기물을 함유하고 있어 처리하기가 까다롭다. 우리나라에서는 하수슬러지를 대부분 매립과 해양투기에 의해 처리했으나 2005년 이후 직ㆍ매립이 금지되고 최근 해양투기마저 금지됨에 따라 슬러지 처리방법의 개발이 시급하다. 따라서 본 연구에서는 하수슬러지를 재활용하기 위해 열분해 반응 중 하나인 열수가압탄화 반응을 사용하여 Biochar를 생성하였고 생성된 Biochar의 미세기공을 발달시키기 위해 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 화학적 활성화 반응을 통하여 활성 Biochar를 생성하였다. 또한 생성된 Biochar 및 활성 Biochar의 특성을 분석하고 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대하여 중금속 흡착제로써의 흡착능력 실험을 통해 기존에 연구된 lab-scale실험과 비교평가 하였다. 기존연구에 따르면 하수슬러지를 200ml 용량의 반응기에서 열수가압탄화반응을 통해 하수슬러지 Biochar를 생성하고 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 화학적 활성화 반응을 거친 후 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대해 중금속 흡착능력을 평가한 결과 80% 이상의 효율이 나타났다. 본 연구에서는 하수처리장에서 발생되는 슬러지 중 탈수 후 배출되는 탈수cake를 이용하여 130L 용량의 반응기에 하수슬러지 100kg을 넣고 220℃ 온도에서 2시간 반응을 통해 Biochar를 생성하였다. 생성된 Biochar는 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 600℃, 60분에서 화학적 활성화를 진행하였으며 이후 생성된 활성화 Biochar에 대해 삼성분, 원소분석, 중금속 용출, 양이온교환수지(CEC), SEM, FT-IR 실험을 진행하여 기본특성을 분석하였다. 그 후, 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대하여 등온 흡착실험을 수행하여 중금속 흡착제로써 흡착성능을 비교평가 하였다.

M B R 시스템의 연속운전에 따른 막오염 효과

장인성 호서대학교 공업기술연구소 1998 공업기술연구 논문집 Vol.17 No.1

막결합형 활성슬러지 시스템은 운전시간의 증가에 따른 막오염 때문에 분리막의 플럭스가 크게 감소하는 문제가 발생한다. 이러한 시스템은 활성슬러지를 순 환 , 가압시키기 위해 펌프를 사용하는데, 활성슬러지 플록은 펌프의 영향으로 매우 쉽게 해체된다. 그러나, 많은 연구자들은 이러한 플록 크기의 감소가 막오염에 미치는 영향을 간과해 왔으며, 입자 크기 감소에 의한 활성슬러지의 활성도에 미치는 영향에 대해셔도 알려진 것이 별로 없는 실정이다 . 따라서, 본.연구에서는 막결합형 활성슬러지 시스템을 운전하면서, 입자 크기 감소에 따른 막오염 효과와 활성슬러지의 활성도에 관하여 고찰하여 보았다. 입자 크기 감소는 운전 초기에 급격히 발생하였다. 아울러 플럭스도 초기에 급격히 감소 하는 경향을 보였다. 이와 같은 플럭스 감소가 농도분극 등에 의한 플럭스 감소의 영향인지를 확인해 보기 위해서 미리 입자 크기를 감소시켜 놓은 활성 슬러지를 연속 운전하였다. 직렬저항모델로 해석을 하여 본 결과 입자 크기 감소에 의한 플럭스 감소 효과가 전체 플럭스 감소를 지배하는 주요인자로 지목되었다.

열수가압탄화반응에 의해 생성된 하수슬러지 Biochar의 흡착성능 비교

김형욱,조우리,김진관,박윤수,이재영 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.11

유기성 폐기물인 하수슬러지는 특성상 다량의 수분과 유기물을 함유하고 있어 처리하기가 까다롭다. 우리나라에서는 하수슬러지를 대부분 매립과 해양투기에 의해 처리했으나 2005년 이후 직・매립이 금지되고 최근 해양투기마저 금지됨에 따라 슬러지 처리방법의 개발이 시급하다. 따라서 본 연구에서는 하수슬러지를 재활용하기 위해 열분해 반응 중 하나인 열수가압탄화 반응을 사용하여 Biochar를 생성하였고 생성된 Biochar의 미세기공을 발달시키기 위해 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 화학적 활성화 반응을 통하여 활성 Biochar를 생성하였다. 또한 생성된 Biochar 및 활성 Biochar의 특성을 분석하고 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대하여 중금속 흡착제로써의 흡착능력 실험을 통해 기존에 연구된 lab-scale실험과 비교평가 하였다. 기존연구에 따르면 하수슬러지를 200ml 용량의 반응기에서 열수가압탄화반응을 통해 하수슬러지 Biochar를 생성하고 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 화학적 활성화 반응을 거친 후 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대해 중금속 흡착능력을 평가한 결과 80% 이상의 효율이 나타났다. 본 연구에서는 하수처리장에서 발생되는 슬러지 중 탈수 후 배출되는 탈수cake를 이용하여 130L 용량의 반응기에 하수슬러지 100kg을 넣고 220℃ 온도에서 2시간 반응을 통해 Biochar를 생성하였다. 생성된 Biochar는 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 600℃, 60분에서 화학적 활성화를 진행하였으며 이후 생성된 활성화 Biochar에 대해 삼성분, 원소분석, 중금속 용출, 양이온교환수지(CEC), SEM, FT-IR 실험을 진행하여 기본특성을 분석하였다. 그 후, 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대하여 등온 흡착실험을 수행하여 중금속 흡착제로써 흡착성능을 비교평가 하였다.

어드밴스드 패키징 공정에서 발생할 수 있는 슬러지의 인자 확인 및 형성 방지법의 제안

김지원,제갈석,김하영,김민상,김동현,김찬교,추연룡,이능히,윤창민 유기성자원학회 2023 유기물자원화 Vol.31 No.1

In this study, the sludge formation in the wastewater drain from the advanced packaging process mechanisms are revealed as well as the key factors, materials, and sludge prevention methods using surfactant. Compared with that of conventional packaging process, advanced packaging process employ similar process to the semiconductor fabrication process, and thus many processes may generate wastewater. In specific, a large amount of wastewater may generate during the carrier wafer bonding, photo, development, and carrier wafer debonding processes. In order to identify the key factors for the formation of sludge during the advanced packaging process, six types of chemicals including bonding glue, HMDS, photoresist (PR), PR developer, debonding cleaner, and water are utilized and mixing evaluation is assessed. As a result, it is confirmed that the black solid sludge is formed, which is originated by the sludge seed formation by hydrolysis/dehydration reaction of HMDS and sludge growth via hydrophobic-hydrophobic binding with sludge seed and PR. For the sludge prevention investigation, three surfactants of CTAB, PEG, and shampoo are mixed with the key materials of sludge, and it is confirmed that the sludge formations are successfully suppressed. The underlying mechanism behind the sludge formation is that the carbon tails of the surfactant bind to PR with hydrophobic-hydrophobic interaction and inhibit the reaction with HMDS-based slurry seeds to prevent the sludge formation. In this regard, it is expected that various problems like clogging in drains and pipes during the advanced packaging process may effectively solve by the injection of surfactants into the drains. 본 연구에서는 어드밴스드 패키징 공정 중에 배관과 드레인에서 발생하는 슬러지의 형성 인자 및 메커니즘을확인하고 계면활성제를 활용한 슬러지 방지법에 대해 제안하고자 하였다. 어드밴스드 패키징 공정은 기존의 컨벤셔널 패키징 공정과 다르게 전공정(Fabrication)에서 진행되는 공정들이 동일하게 적용되기에 폐액이 발생할 수 있는공정들이 다수 존재한다. 상세히는, 캐리어 웨이퍼 본딩, 포토, 현상, 및 캐리어 웨이퍼 디본딩 공정에서 다량의 폐액들이 발생하게 된다. 어드밴스드 패키징 공정의 폐액에서 슬러지가 형성되는 주요 인자를 확인하기 위해 6종의화학 소재들인 Bonding glue, HMDS, Photoresist, PR developer, Debonding cleaner 및 수분을 활용하여 혼합 평가를진행하였다. 그 결과, 검은색의 고체 슬러지가 형성이 됨을 확인할 수 있었으며, 이는 HMDS의 가수화/탈수 반응을통한 Sludge seed의 제공 및 PR과의 소수성-소수성 결합을 통해 슬러지가 성장에 의한 것으로 추정된다. 이러한, 슬러지의 형성을 방지하기 위해 3종의 계면활성제들인 CTAB, PEG 및 샴푸를 슬러지의 주요 인자들과 함께 혼합한결과, 슬러지가 형성되지 않았음을 확인할 수 있었다. 이는, 계면활성제의 탄소꼬리들이 PR과 소수성-소수성 결합하여 HMDS 기반의 Sludge seed와의 반응 및 슬러지의 형성을 억제하기 때문이다. 따라서, 계면활성제의 드레인 투입을통해 어드밴스드 패키징 공정 중에 발생할 수 있는 슬러지의 형성 억제를 진행하여 드레인과 배관에서의 막힘과같은 다양한 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대한다.

활성슬러지의 광원을 이용한 SV30 측정 가능성에 관한 연구

홍성민,김한래,정우진 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

2011년 말 기준 전국에 가동 중인 공공하수처리시설은 500 m³/일 이상이 505개소에 시설용량은 25,017,730 m³/일이고, 500 m³/일 미만은 2,858개소에 시설용량은 210,376 m³/일에 달한다. 이는 2003년부터 하수도 보급률 78.8%에서 해마다 약 3%씩 증가하여 2011년도 말에는 90.9%로 증가되고, 인구증가 등의 요인에 따른 것이다. 또한 매년 하수처리시설의 유입유량과 유입하수농도의 변화는 지속적으로 증가하고 있다. 하수처리시설의 주 처리방법은 고액분리와 용존성 물질의 고형화하는 방법이 주를 이루며 이외에도 산화의 방법, 필터에 의한 방법 등으로 수중의 오염물을 배제시킨다. 특히, 용존성 물질을 고형화 하는 과정에서 대부분 유기성 물질로 구성된 오염물을 미생물의 처리과정으로 처리가 되어 지는데, 이 때 하수처리시설에서 생물 반응조의 상태를 보기 위하여 대부분이 SVI를 측정한다. 이는 미생물의 상태를 간접적으로 확인하고, 후단 공정에서의 고액분리의 정도를 예측하는 중요한 방법으로 많이 활용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 SV30의 측정방법에 대하여 높이에 따른 광원의 조사와 측정된 값을 인식 가능성에 대하여 실시하고자 하였다. 연구에 대상으로 사용된 슬러지는 경기도 안산시 A공공하수처리장의 생물반응조 내의 슬러지를 채수하여 실험에 사용하였으며, 이 때 사용된 슬러지의 TS는 3,428 mg/L, VS는 2,491 mg/L로 측정이 되었다. 광원으로 사용된 램프는 LED(White, Foryard Co. Ltd, Taiwan)으로 하단에서 최초 높이 20mm 정도를 제외하고 높이 17mm간격으로 20개를 설치하였다. 광원 검출기(Perkin Elmer Co., German)도 동일한 방법으로 설치하고 광원과 검출기 사이에 SV30을 실험하는 방법을 기준으로 1,000mL의 유리재질의 매스실린더를 사용하였으며, 광의 조사 및 검출의 외부 환경은 외란광이 존재하는 조건에서 실험을 실시하였다. 사용된 검출기의 특징은 외부 광원을 에너지로 인식하고 광원이 조사되면 저항(단위 Ω, R)이 내려가고, 광원이 차단되면 저항이 올라간다. 외란광의 환경에서 하부에서 상부로 갈수록 외란광의 차단효과가 적어져 메스실린더 내의 슬러지 투입전의 1,000 mL 위치에서 LED 램프 조사전은 4.78 kΩ, 0 mL에서 27.75 kΩ, 조사시는 1,000 mL 위치에서 3.49 kΩ, 0 mL에서 5.92 kΩ으로 측정이 되었다. 활성슬러지 투입시 압밀침전 전까지 슬러지 침강속도는 43.6 mm/min이었으며, 압밀침전의 속도는 3.58 mm/min으로 측정이 되었다. 이 때, 슬러지 계면이 있을 경우와 없을 경우의 측정차는 약 90 kΩ이상이 발생하여 슬러지 계면의 정도에 따른 측정이 가능할 것으로 판단된다.

고농도 대두가공폐수의 처리를 위한 개선 활성슬러지법

조권익,이정수,이태규,김종화 한국농화학회 2002 Applied Biological Chemistry (Appl Biol Chem) Vol.45 No.1

활성슬러지에 의한 생물학적 폐수처리에 있어 주된 관리인자는 유기물의 효율적인 제거와 슬러지의 침강성을 일정치 이하로 유지하는 것이다. 식품폐수의 하나인 고농도의 대두가공폐수를 일반적인 활성슬러지법을 적용한 결과 최적 F/M비(food-to-microorganism ratio)는 0.24(㎏-BOD/㎏-MLVSS.day)였으며 그 이상의 농도인 0.48(㎏-BOD/㎏-MLVSS.day)에서는 슬러지 팽화현상이 발생하여 고농도의 식품폐수처리에는 효율적이지 못하였다. 이를 개선하기 위하여 응집보조제(NaOH)를 활용하여 유입폐수의 pH를 9.0으로 조절한 결과, 2.88(㎏-BOD/㎏-MLVSS.day)의 고농도 폐수를 유입하여도 슬러지의 팽화현상없이 SVI(studge volume index)를 150이라로 유지하였다. 이것은 최대 허용부하를 일반적인 활성슬러지법에 비하여 7.2배 높일 수 있는 효율적인 방법으로 평가되었다. The kernel of wastewater treatment by activated sludge is elimination of organic subtances and maintenance of well- flocculated slufgc scdimentation. By the conventional activated sludge tretment, the optimum F/M ratio of soybean wastewater treatment was 0.24(㎏-BOD/㎏-MLVSS.day) and sludge balking was generated at 0.48(㎏-BOD/㎏-MLVSS.day). To improve the treatment capacity and operation quality in higher loading of soybean wastcwatcr, influt pHwas constantly controlled by 9.0 using NaOH as a coagulant agent. In this process,higher loading up to 2.88(㎏-BOD/㎏-MLVSS.day) was possible and SVI was maintained under 150 without bulking. This was equivalent to 7.2 times higher than maximum permissible load of the conventional activated sludge process