전처리 공정에 따른 슬러지의 변화

전처리 공정의 종류에 따라 슬러지의 물리학적 및 미생물학적 특성에 다양한 변화가 발생한다.

기계식 분해

초음파는 수중에서 케비테이션(cavitations)을 생성하는 압력파이다. 이것은 부분적으로 1000도 이상의 온도를 만들어 낸다. 이러한 캐비테이션(cavitations)은 세포벽을 파괴할 수 있다.

본 실험 중 0.1kW의 초음파 강도에서는 초음파 조사 후에 측정한 CST(capillary suction time), 입자크기, 종속영양세균수 및 총대장균수의 변화가 극히 작게 나타났다. 상징액으로 방출된 화학적 산소요구량 또한 제한적으로 증가하였다. 그러나 초음파 강도를 0.3kW으로 증가시켰을 경우 입자크기와 미생물 밀도는 현저하게 감소하였다. 상징액의 산소요구량은 초음파 전과 비교하여 약 10배 정도 증가하였는데 이는 후속 소화공정을 촉진시킬 수 있다.

슬러지 탈수성능은 현저하게 악화되었다. 임계 초음파 조사강도는 0.1~0.3kW의 범위이지만 임계값을 초과하는 초음파 조사가 실제 슬러지 처리에는 효과적이다.

볼밀분쇄는 분쇄용 구슬에 의해 생성되는 높은 전단력을 이용하여 세포벽을 파괴한다.

고압 처리는 슬러지가 고압에서 상압으로 노출될 때 생성되는 높은 전단력에 의해서 슬러지를 처리한다.

습식분쇄(Wet-mill)는 효과적으로 슬러지 플럭을 해체하고 미생물 밀도를 감소시키며 또한 상징액의 산소요구량을 증가시킨다. 그러나 슬러지 여과성능은 상당히 악화된다. 이러한 방식으로 처리된 슬러지를 개량하는데 소요되는 polyelectrolyte 양이 증가한다는 보고가 있다. 분해로 인하여 결합수(bound water) 함량이 감소하지만 보다 작고 느슨한 플럭이 생성된다. 이러한 현상은 간극수(interstitial water)를 증가시켜 탈수성능을 악화시키는 결과를 가져올 수 있다.

저온살균

열처리 공정은 폐수 및 슬러지 내에 존재하는 미생물을 비활성화시키기 위한 가장 적절한 기술이다. 종속영양 미생물과 총대장균은 매우 낮은 수준으로 감소한다. 또한 상징액의 산소요구량도 열처리 후 현저하게 증가한다. 하지만 플럭의 전반적인 구조는 미세하게 해체되기 때문에 처리된 슬러지는 여전히 나쁘지 않은 탈수성능을 나타내고 있다. 가장 중요한 영향인자는 열처리 시간인 것으로 나타난다. 열처리 시간이 약 10~15분 이상 지속된 후에 슬러지 특성의 큰 변화가 나타났다. 에너지 요구량은 다른 기계적 처리공정보다 높지만 기계적 처리공정에 반드시 사용되는 전기에너지를 대신하여 보다 싼 열에너지를 이용할 수 있다.

냉동/해동 처리

냉동/해동 처리는 여과성능을 상당히 증가시키고 미생물 밀도 수준을 현저하게 감소시킨다. 실제로 처리된 슬러지는 Class B 슬러지로 분류될 수 있다. 상징액 산소요구량은 초기 슬러지에 비해서 5~6배 정도 증가한다.

슬러지를 개량시키기 위한 냉동/해동처리 성능은 냉동속도가 증가할수록 감소한다. 충분히 느린 냉동이 충분한 슬러지 개량을 위한 필수조건이다. 기계식 냉동처리를 이용할 경우 최대 15MJ의 에너지가 요구된다. 기계식 냉동처리 에너지 효율이 20%라고 가정하면 필요한 에너지는 70MJ로 증가하게 된다. 하지만 북미와 같은 천연 냉동이 가능한 지역에서는 운영 비용이 매우 낮을 수 있다. 최근의 보고에 따르면 냉동/해동 처리방법은 기름을 함유한 슬러지 개량에 충분히 효과가 있는 것으로 알려지고 있는데 이때 물리적 분리를 이용하여 고체입자에 함유되어 있는 오일을 추출하는 방법이 사용된다.

pH 변환

pH 변환은 미생물 밀도를 상당히 감소시킬 수 있으며 특히 pH가 10보다 작은 경우에는 슬러지 내부로부터의 산소요구량 용출을 일으킨다. 예를 들어 pH 11에서 2시간 처리를 통해 총대장균은 99% 감소하고 종속영양세균은 92% 감소한다. 현미경 관찰은 알칼리 환경에서 플럭 구조가 악화됨을 보여준다. 사상성 박테리아가 플럭 외부로 노출되고 원형질 성분의 용해를 확인할 수 있다. 알칼리 처리 후 큰 플럭들이 작은 입자들로 전환되는 것을 플럭크기 측정으로도 알 수 있는데 이러한 플럭 사이즈 감소는 탈수성능을 저하시킨다.

그러나 pH 3에서는 총 대장균 개체의 87%가 감소하고 종속영양미생물 개체의 74%가 감소한다. 산처리(acidification)는 큰 플럭을 유도하여 결과적으로 향상된 여과성능을 가져온다.

산이나 알칼리 처리 시에는 슬러지의 염도(salinity)를 증가시켜 잠재적으로 슬러지 처분 시 문제를 야기시킬 수 있다는 것을 주의해야 한다.