하수슬러지 탄화물을 이용한 고농도 하·폐수 전처리에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

국내 하수슬러지 발생량은 연간 지속적으로 증가하고 있으며 런던협약에 의하여 해양배출이 전면 금지됨에 따라서 전량 육상처리 해야 하는 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 소각-열처리 기술이 국내·외적으로 주목받고 있으며 정부는 하수슬러지 재활용 하수슬러지 최종 처리물로써 하수슬러지 탄화물이 발생한다.
위와 같은 영향으로 하수슬러지 탄화물 또한 발생량이 증가할 것으로 예상되며 처리방법에 대한 대책이 필요한 실정이다.
본 연구에서는 활성화제나 산세정을 이용하여 표면적을 증가시키기 위한 전처리를 거치지 않은 슬러지 탄화물을 사용하여 유기물 및 영양염류의 제거능을 확인하기 위해 용출 실험, 요오드 흡착능 실험, 메틸렌블루 흡착 실험, 합성폐수 연속투과 실험, 실폐수 연속투과 실험을 진행하였다.
용출 실험에서 유기물 및 영양염류의 용출 농도가 2차 오염을 유발할 정도로 크지 않음을 확인하였다. 공정시험법에 의한 요오드 흡착능 실험에서 슬러지 탄화물의 요오드 흡측량은 114.9mg/g을 나타내었고 메틸렌블루 흡착 실험에서 Langmuir 및 Freumdlich 흡착등온식에 적용했을 때 상관계수(R2)는 각각 0.98845, 0.95059로 Langmuir식에 적합한 것으로 나타났으며 이론적인 최대 흡착량은 1.8085mg/g이었다. 요오드 흡착능 실험 및 메틸렌블루 흡착 실험을 통하여 슬러지 탄화물이 활성탄의 흡착성능의 15~17%정도의 흡착능을 갖는 것으로 확인되었다.
소화조 반류수를 원수로 슬러지 탄화물 흡착탑을 만들어 연속으로 여과·흡착실험을 진행하였을 때 슬러지 탄화물은 활성탄에 비하여 CODcr 14.3%, T-N 1.5%, SS 4.1% 낮은 제거율을 나타냈지만 큰 차이가 나지 않기 때문에 충분히 활성탄을 대체 가능할 것으로 판단된다. 반면 T-P의 경우 0.4% 슬러지 탄화물의 효율이 좋은 것으로 나타났다. 또한 슬러지 탄화물 흡착탑 연속실험을 진행하여 경험적 교체주기를 파악하였고 흡착탑에 슬러지 탄화물 2L를 채워 체류시간 5시간으로 설정하여 평균 고형물 농도 9,045.4mg/L의 유입수를 주입시켜 운전하였을 때에 평균 6.7일 운영 가능한 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ever since ocean disposal of sewage sludge has been prohibited by the London Agreement, sludge treatment technology on land has been emerged worldwide in Europe, Japan, and Korea. Related researchers in developed country have been trying to reuse carbide products to develop replacement, since the final products of sewage sludge by char can only be able to remove organic matter on the liquid, acting as activated carbon.
In this investigation, sludge char that had not been activated was used by activator or acid cleaning to increase surface area. Elution, iodine adsorption, methylene blue adsorption, and continuous flow experiment for synthetic and real wastewater were progressed to identify the organic matter and nutrients
First, in elution experiment, the concentration of dissolved organic matter and nutrients was not big enough to cause secondary pollution. Experiment of sludge char of iodine adsorption showed that the amount of adsorption of iodine was 114.9mg/g. Then, experiment of methylene blue adsorption showed that first, each correlation coefficients (R2) was 0.98845 and 0.95059, when it was applied to Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, and second, the amount of theor etical maximum adsorption was 1.8094mg/g. The experiment of iodine adsorption and methylene blue adsorption showed that the sludge char had 15~17 percent of efficiency, compared to ability of activated carbon adsorption. In filtration and adsorption experiment, the tower of adsorption was made by using returned flow wastewater in digestion tank, and efficiency of activated carbon of removal had higher CODcr 14.3%, T-N 1.5% and SS 4.1% than that of sludge char. On the other hand, incase of T-P, efficiency of sludge char was higher than that of activated carbon about 0.4 percent. As a result of continuous experiment, when it was filled with 2L of the sludge char, residence time was set as 5 hours and 9,045.4mg/L of average influent concentration of suspended solid was injected, the column test of adsorption and filteration showed that it was needed around 6.7 days for the cycle.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론
• II. 문헌연구
• 2.1 활성탄
• 2.2 탄화
• 2.2.1 탄화의 원리
• 2.3 흡착
• 2.3.1 흡착등온식
• 2.4 여과
• 2.4.1 여과 원리
• 2.5 국내 반류수의 특성
• 2.5.1 국내외 반류수의 특성 비교
• Ⅲ. 실험재료 및 방법
• 3.1 실험재료
• 3.1.1 활성탄
• 3.1.2 슬러지 탄화물
• 3.2 용출 실험방법
• 3.3 요오드 흡착능 실험
• 3.4 노르말헥산 실험
• 3.5 메틸렌블루 흡착실험
• 3.5.1 활성탄과 슬러지탄화물 흡착량 비교실험
• 3.5.2 슬러지 탄화물 크기별 흡착량 실험
• 3.5.3 메틸렌블루 농도별 실험
• 3.6 음식물폐수를 이용한 슬러지탄화물 여과 실험
• 3.7 슬러지탄화물과 활성탄의 합성폐수 흡착비교실험
• 3.8 소화조 반류수를 이용한 연속 여과흡착실험
• 3.9 소화조 반류수를 이용한 교체주기 경험적 도출실험
• Ⅳ. 실험결과
• 4.1 용출실험 결과
• 4.2 요오드 흡착능 실험 결과
• 4.3 메틸렌블루 흡착실험
• 4.3.1 활성탄 및 슬러지 탄화물 비교실험
• 4.3.2 슬러지 탄화물 크기별 흡착량 실험
• 4.3.3 슬러지탄화물 포화 흡착시간 실험
• 4.3.4 메틸렌블루 흡착등온 실험
• 4.4 음식물폐수를 이용한 슬러지탄화물 여과 실험결과
• 4.5 슬러지탄화물과 활성탄의 합성폐수 흡착비교실험 결과
• 4.6 소화조 반류수를 이용한 연속 여과흡착실험 결과
• 4.7 소화조 반류수를 이용한 교체주기 경험적 도출실험결과
• Ⅴ. 결론