슬러지 처리기술, 전처리 공정 소개

서론

도시하수와 산업폐수의 처리과정에서 발생되는 슬러지는 일반적으로 최종 처분 및 사용에 앞서 안정화 및 탈수공정이 필요하다. 슬러지의 안정화와 탈수공정의 효율 증가를 위하여 여러 처리공정들이 제안되어 왔다. 전처리 공정이란 액상처리 공정을 의미한다. 액상처리 공정들은 연속적인 혐기 또는 호기소화, 탈수 처리공정의 효율 증가 그리고 병원균 감소의 목적을 달성할 수 있는 방법들을 의미한다. 슬러지 전처리 공정들을 정리하면 다음과 같다.

• 열에너지
• 냉동/해동
• 화학약품 : 오존, 산, 알카리
• 기계적 에너지 : 고압, 회전볼분쇄, 초음파
• 효소
• 조사

일부 연구에서는 알카리 주입과 초음파를 이용한 병합공정들이 고려되었다. 액상처리 공정들은 탈수공정을 생략할 수 있고 가스가 거의 생성되지 않는 장점을 가지고 있다.

슬러지 취급 및 처분에 있어서 전처리 공정들의 잠재능력과 장점들을 나타내는 이전의 여러 문헌에도 불구하고 실규모 적용은 소수에 불과하다. 기계식 분해 공정과 같은 일부 처리법들은 수십년간 생물학적 기술에 적용되어 왔음에도 불구하고 최근에 와서야 슬러지 처리에 적용되고 있다. 여러 전처리 공정들의 자세한 비교에 필요한 현장적용 자료들은 그리 많지 않다.

전처리

잉여 하수슬러지 시료를 하수처리장으로부터 채취하였다. 전처리에 따른 슬러지 특성변화를 살펴보기 위해 다음과 같은 항목들이 측정되어 왔다. 평균 플럭크기, 모세흡인시간(capillary suction time : CST), 종속영양세균수(colony-forming units : CFU), 총 대장균수(most probable number : MPN).

초음파 실험은 초음파발생기(sonicator)를 사용하였다. 반응조 온도조절을 위하여 슬러지 반응조는 얼음이 채워진 수조에 담구어 사용하였다. 초음파 반응시간은 30분으로 고정하였다.

최초 슬러지의 pH는 대략 7.0이었다. 특정 물질을 주입하여 슬러지 pH를 3~11 범위로 조정하였다. 슬러지는 특정의 pH값에서 두시간 동안 안정화시켰다.

저온살균(pasteurization) 실험은 반응조 내에 주입된 증기를 이용하여 30분간 실행되었는데 이는 슬러지의 혼합과 온도를 70도로 높이기 위한 목적으로 이용되었다.

냉동과 해동 실험에 있어서 슬러지 시료는 직경 5cm, 높이 25cm인 스테인레스 금속 실린더형 용기에 놓고 사용하였다. 이 용기는 -20도로 유지되는 냉동고에 담가져 24시간 동안 방치하였다.

기계식 분해는 11.5mm 크기의 유리구슬이 장착된 300ml의 실험실 규모인 볼밀분쇄기를 이용하여 10분간 슬러지를 분해하였다.

슬러지 플럭의 형태구조에 미치는 영향

플럭의 형태구조는 전처리 방법에 따라 확실히 구별된다. 70도에서 30분간 처리된 슬러지 플럭은 어느 정도 플럭 구조의 해체가 보여짐에도 불구하고 기본적인 골격구조는 손상되지 않는 것으로 드러났다. 이와 비슷한 결과는 pH3에서 두시간동안 산처리된 슬러지 실험 결과에서도 보여진다. 한 실험에서는 플럭을 구성하고 있는 재료들은 알카리 환경에서 대부분 용해되어 있는 현상이 발견되었다. 또한 많은 양의 사상성(filamentous) 박테리아가 주변으로 노출되는 현상도 관찰할 수 있다. 30분간 초음파 처리된 슬러지 플럭은 미세한 군체(aggregate)들로 변화되었다. 냉동/해동 후의 슬러지는 대개 초기 슬러지보다 더 큰 크기의 조밀한 구조를 나타낸다.

다른 방법들을 이용해 처리된 슬러지는 일반적으로 비슷한 결과를 보인다. 예를 들어, 볼밀 분쇄기를 이용하여 해체된 슬러지는 초기슬러지에서 보여지는 커다란 플럭을 포함하고 있다. 이것은 동시에 초음파 처리된 슬러지에서 나타나는 미세한 군체(aggregate)도 포함하고 있다.

지금까지 특정 슬러지의 실험결과를 소개했다. 하지만 여기서 얻어진 결론은 다른 슬러지들에도 보편적으로 적용될 수 있을 것이다. 다음 글에서는 전처리가 슬러지의 물리학적 및 미생물학적 특성에 미치는 영향과 후속 슬러지 처리공정에 미치는 영향에 대해 소개하겠다.