하수 슬러지

건조 자원화 시설

ROTADISC 시스템 (중랑하수처리장 하수슬러지 처리)

목 차

1.서론

2.하수슬러지 처리방법

3.초기설계기준 1 2

4.전체 공정 및 주요 처리공정

5.건조시설에 반영된 주요 설계시설의 요약 1 2 3

6.건조기 성능향상을 위한 검토사항

7.환경오염 방지시설 및 대책

8.자원 및 에너지 절감방안

9.결론

1.서론

(1)하수 슬러지 자원화시설 도입 배경

-정수장에서 발생되는 폐기물은 폐기수나 고·액상 슬러지로서 주로 정수처리공정의

침전 및 역세척과정에서 발생되고, 이런 폐기물의 처분은 음용을 목적으로 하는 모든

정수장에서 일상적인 문제이다.

정수 처리과정에서 발생되는 폐기물은 하수처리에 비하여 매우 적은량이 발생되므로

정수장에서 처리된 부산물 대부분이 근처 하천에 직접배출되어 왔으나 정수시설의

대형화와 하천유랑의 감소로 하천은 이런 방류처분을 더 이상 감당하기 어렵게 되었고

또 97년 7월에 개정된 폐기물관리법에 의해 2001년 1월1일이후 배출업소의 유기성오니를

바로 매립안된다고 규정 됨에 따라 하수슬러지의 처리 및 자원화에 대한 관심이 높아

지고 있다.

(2)하수 슬러지 자원 이용 현황

-선진국에서는 슬러지를 건조후 녹농지에 이용하고 혹은 건축자재, 시멘트

원료로 이용하고 있다. 이러한 유효이용은 슬러지의 성상이 유기슬러지 인지 무기슬러

지인지에 따라 선정하게 된다.

(2-1) 슬러지 전처리 기술

슬러지는 그래로는 리사이클 할 수 없고 매립처분할 수 없다. 따라서 감량화(감용화),

혹은 무해화 자원화를 목적으로 농축·소화·탈수·고체화·소각 등의 처리를 하고 있다.

슬러지의 처리에서는 우선 탈수를 한다. 일반적으로는 80%이하의 수분량이 될 때까지 탈수하여 고형상의 「탈수 케이크」로 한다. 탈수 방법에는 벨트 프레스 탈수등 많은 기술이

실용화 되고 있다. 일반적으로 전 처리로서 응집제를 첨가하지만 고분자 응집제는 사용량이

적은경우도 효과가 커 탈수케이크의 중량도 거의 없다.

(2-2) 유기 슬러지 처리 기술

유기 슬러지는 어느정도 탈수를 하여 연료로 할 수가 있다. 하수 슬러지도 탈수를 충분히 하면 연소한다  하수슬러지를 혐기성 발효시키면 메탄가스가 발생한다. 메탄 발효시간 후의

슬러지를 소화 슬러지라고 한다. 소화 슬러지는 소각하거나 콤포스트(퇴비)로 가공해

원예용으로 이용되고 있다. 하수 처리장에서 얻을수 있던 메탄가스로 가스 엔진 발전을 하여 처리장에서 필요로 하는 전력의 상당부분을 조달하고 있는 예가 있다.

하수 슬러지를 혐기성 발효 시켜 수소가스를 발생 시키는 기술도 개발중이다.

또한, 하수슬러지에서 기름을 만드는 방법도 연구되고 있다. 그 외 탈수 케이크를 기름으로

튀켜 연료로하는 기술, 탈수슬러지화 폐플라스틱, 고지와 혼합연료(RDF) 등도 검토 되고 있다. 초잉계수를 이용하면 슬러지는 재(소각재,비산재)를 발생 시키지 않고 물과 가스와 금속(산화물)으로 할수 있다.

하수 슬러지를 탈수후에 고온의 감압화로 플래시시켜 세포막을 파괴해,슬러리화 하는 기술도 개발중이다. 슬러리화에 의해 탈수 슬러지의 수송이 쉬워지고 또한 액체로서 고압의 반응용기에 눌러 넣는 것이 가능해진다.

(2-3)무기 슬러지 처리 기술

건설슬러지는 양적으로 무기 슬러지의 대부분을 차지하고 있어 1,400~1,500 톤/년 발생하고 있다. 건설슬러지의 탈수는 이전에는 태양건조, 기계탈수가 주가 되었지만 공터의 확보가 곤란하게 되어 처리비용에도 문제가 생겼기 때문에 현재는 고화재를 첨가하여 탈수를 하고 있다. 무기슬러지의 처리기술 중에서는 중금속을 포함한 슬러지의 처리는 중요하다.

수은,크롬,니켈,아연 등을 포함한 슬러지는 고체화 하거나 재생해 재 이용되고 있다.

자원으로 취급하는 것이 일반적으로 되고있다.

선직국에서의 처리,처분의 예로써 일본과 미국을 들어보겠습니다.

정수장슬러지의 처분현황

수자원공사가 운영·관리하는 정수장 중 배출수 처리시설이 설치되어 가동중인 곳은 반월, 성남, 일산, 시흥, 반송, 청주, 대덕, 신현, 석성, 황지, 자인, 군산, 대불(이상 기계식), 연초, 산성정수장(이상 자연건조식) 등이며 슬러지 처분 현황은 아래와 같다.

□광역관리 폐기물매립장 : 수도권

□지자체 쓰레기매립장 : 연초, 구천, 황지정수장

□폐기물처리업자 자가매립장 이용 : 청주, 대덕, 화순, 대불정수장

□농지살포, 매립성토재 : 석성정수장

□해양투기 : 자인, 구미, 사천, 반송, 온산정수장

□자연건조 : 산성정수장

외국의 정수장슬러지의 처리·처분 현황

정수장슬러지의 처리

일본의 경우

고베시와 쿄토시는 정수장슬러지를 정수장슬러지를 하수도로 방류처리하고 있다. 특히 고베시에서는 하천방류처분이 금지된 1975년 경에 이미 하수도가 잘 정비되어 있었다. 이때부터 고베시는 정수장슬러지를 2,000□/□이하로 하수관에 방류처리 하였다. 고베시 및 교토시 모두 정수슬러지를 하수도로 방류하여도 하수 관거내 하수의 흐름과 하수처리에서의 악영향은 없는 것으로 알려지고 있다.

미국의 경우

1973년 미국의 하수처리장에서 하수만 처리할 경우 SS 및 BOD의 제저효율은 60%와 20% 이었으나 정수장슬러지를 투입하여 공동처리한 결과 69 ∼82%, 25∼45%로 제거효율이 더높게 나타나 연계처리의 효과가 있었다. 그리고 50□/□의 정수장슬러지를 1차 침전지에 주입하였을 경우 SS의 제거율이 증가하였으나 그 이상 주입시에는 처리효율이 감소하였다. 따라서 적정 주입률을 50□/□ 정도로 제시하고 있다.

서독의 경우

1986년 서독에서는 143개중 10개 수처리 회사가 슬러지를 하수관으로 방류하였고 3개회사는 슬러지를 하수처리장으로 직접 이송 처리하였다.

정수장슬러지 처분

일본의 정수장슬러지 처분

동경도, 동촌산정수장

동경도의 정수장슬러지의 처분을 보면 1987년말까지는 총발생량의 80%를 내륙매립처분하여 왔다. 그 후 내륙매립 처분장소의 매립이 완료되어 내륙매립지의 확보가 어려워지고, 처분량 및 처분비용의 절감을 위해 유효이용량을 확대해 나가고 있다.

과거 10년간 정수장슬러지의 유효이용비율이 연차적으로 높아가고 있다. 즉 1987년에는 26%의 유효이용비율이 1996년에는 45%로 높아졌다. 1996년 동경도의 정수장슬러지 발생량은 79,020톤이였으며, 이중 45%인 35,591톤이 유효 이용되고 있다. 나머지 55%는 동경만의 최종 처분 매립장에 매립처분하고 있다. '97년 발생량의 유효이용량중 농·원예용 개량제로 유효이용이 97.2%, 테니스코트 및 블록원료로 2.5%, 모래 및 토사채취후 파인 웅덩이 등에 0.3% 그리고 기타 각종 자재의 원료로 이용되고 있다.

유효이용 방법 중 농·원예용토로의 이용은 슬러지를 민간회사에 유상양도하는 방법을 택하고 있는데 유상양도 받은 회사는 자체적인 처리방법을 통하여 슬러지를 농·원예용토로 제조하여 판매하고 있다.

현재 동경도의 유효이용을 위한 양도방법은 다음 두 종류에 해당된다.

소량 유상양도

- 양도량(약 500톤)이 적고, 비교적 단기간 및 간헐적으로 인도하는 방법으로 슬러지는

상품화 연구등에 주로 이용된다. 이 경우 슬러지의 적재 및 운반비는 이용자가 부담한다.

또 협정서의 변형방법으로 "슬러지 구입신청서"의 양식을 통해 구입하는 문제나 사무처리를 간소화 시키고 있다.

유상 양도 협정

- 소량 유상 양도가 발전하여 장기적 전망이 있는 경우, 또는 처음부터 연속적으로 장기간

또는 일시적으로 대량 이용이 확실하다고 판단될 때 협정을 체결하여 유상 양도한다.

이 경우 슬러지의 적재는 동경도에서 하며, 운반비는 이용자 부담이 원칙이다.

千葉懸(치바현)의 정수장

千葉懸(치바현)의 정수장슬러지의 유효이용현황은 수경용 경량골재, 투수성블록, 토양개량재, 육묘용토로 사용하였다.

선대시 수도국 국견정수장, 무정정수장의 예

각 정수장의 슬러지처리방법은 동결융해처리방식( 무약주 )을 채용하고 1977년 5월까지 운전을 하고 있었다.

발생 cake는 유효유리 방향으로 처분을 생각하고 사단법인 궁성현 공중위생조사센터로 발생 cake에 포함된 유해물질의 검사 및 조성분석 및 토양오염방지법에 관한 분석시험을 의뢰한 결과 전 항목이 정량한계 이하이고 그대로 매립해도 환경오염의 2차공해는 전혀 없다는 것이 확인되었다.

여기에서 궁성현 농업센타에 수도, 종묘용상토로서의 이용을 위한 야채의 밭에서의 생육 및 토양의 이화학성상에 관한 분석조사를 의뢰한 결과 다음과 같은 보고가 나왔다.

- cake를 현물 그대로 사용한 경우에는 밭의 토양과 비교해서 생육수량이 부족했다.

그러나 토양개선대책으로 인산, 유기물의 보급이나 작부년차의 경과에 따라 고토 등의

미량요소의 보급을 고려하면 밭의 토양과 같거나 그 이상의 생육수량이 얻어질 수있다.

- 수도육묘용토로서 사용하는 일은 부적당하다.

- 사질토 밭으로의 객토재로서 또 야채류의 상토로서 탁월한 효과가 있었으며, 발생 cake의 유효이용의 실용화가 계획되어졌다.

그 이후 재생이용처분의 허가신청서를 내어 허가를 받은 후 밭의 객토제, 야채류의 상토, 법면보호녹화용( cake와 묘종을 혼합해서 )로서 재이용 하였다.

수도관 포설토로 재활용

1983년 정수장 탈수케이크를 수도관 포설토로 이용한 사례가 많이 있으며, 1989년에 하나의 도시전체에 포설되었다.

제조과정

- 탈수케이크를 파쇄기에 유입

- 세립으로 파쇄 후 파쇄케이크는 계량호퍼로 유입

- 모래가 계량호퍼에 유입

- 케이크와 모래는 혼합기에 투입되고 동시에 시멘트계 고화제가 일정비율

(탈수 케이크 : 모래 : 고화제 = 100: 5 : 8)로 유입

- 양생장소에서 2주간 양생되어 수화반응이 완료됨

사용실적

제조된 제품은 수도관 포설토 및 가스관포설토로 사용되기도 하고, 토목재료로 이용되기도 한다.

이중 포설토 사용실적은 1985년의 836m3/년에서 1990년의 16,556m3/년이었다.

폐광지역 충진제로 이용

名古室市 東部 구릉지대 일대에 걸쳐 아연폐광이 다수 존재하고 있다. 아연체굴은 1965년경에 끝났으나 폐광의 침하 등이 일어날 수 있으므로 대책마련이 시급하였다. 또 이 지방은 일본에서 유명한 도자기 산업지대이고 요업원료공업에서 배출되는 미이용 저급점토등의 처분에 고심하던 名古室市에서는 이러한 폐기점토와 정수장슬러지를 혼합하여 아연폐광에 충진제로 사용하였다.

충진량으로는 1976년에 3,600m3, 1977년에 50,000m3을 사용한 실적이 있다.

고베천현내 광역수도 기업단에 의한 예

탈수방법은 미량인 유기계고분자 응집제 첨가( sludge에대해서 약 0.2%)에 따른 습식 조립 탈수후 탈수 cake을 열풍으로 건조를 하는 것으로 건조 cake의 함수율은 약 30% 그 형상은 과립상으로 되고 취급이 용이하다.

농업자재로서의 유효이용을 고려하여 1975년부터 4년에 걸쳐서 고베현 농업종합연구소에 의뢰해서 기초적인 실험을 중심으로 한 「농업이용에 관한 시험연구」를 실시해 왔다.

시험조사의 목적 및 내용을 요약하면 대개 다음과 같다.

농작물 등에 관한 시험성적

-수도(벼) : 수도에 관한 효과는 무비료 재배에서도 높은 수량이 얻어졌다.

야채 : 토양에 유기물을 혼합한 경우와 동등의 생육을 나타냈다.

배양토 : 상토로서의 효과는 기존제품에 비해서 입고병도 없고 동등 이상의 성적을

나타냈다.

객토 : 야채밭에서의 객토효과는 초년은 10t/10a구가 좋고, 2년째는 100t/10a구 가 최고로되        었다.

화목류 : 질소의 비효가 크고 생육이 왕성하게 되었다.

관엽식물 : 배양토의 일부 또는 전량을 cake로 교체하여 재배해도 유해성이 없었다.

안전성

- cake중의 연, 아연 니켈 등의 중금속류의 수치는 낮고 충분히 안전하다는 것이

인정되었다.

식물에 의한 폴리마 자체의 흡수는 생각할 수 없지만 폴리마의 잔류성조사의 결과에서는배수처리과정에서의 통상의 폴리마 첨가시 cake 내에서의 분해가 약 4일 정도에 종료한다. 또 식물 잔류성 조사에서는 건조 cake 및 일반 토양 을 사용한 경우 수도의 현미에서 모든 잔류성을 인정할 수 없었다.( 검출한계량 이하).

이상의 결과에서 통상의 cake를 사용한 경우의 식물의 생육에 미치는 영향이나 그 잔류의 우려가 없이 안전성이 높다는 것이 입증되었다.

실용화

유효이용의 가능성이 높았으므로 고베천 환경부와 구체적인 협의를 진행한 결과 「법의 운용에 따른 유의사항에 대해서」의 유상매각에 의한 유효이용에 다음과 같은 기본적인 합의를 얻었다.

o 1979년 1년간은 유효이용을 위해서 시행기간으로 적용한다.

o 유통창구를 현경제농업협동조합연합회( 현경제연)로 한다.

o 실제의 현장시험을 현지력보전대책협의회를 통해서 실시한다.

o 시행기간중의 실시결과를 보고한다.

유통의 정비

유효이용을 위한 조건으로는 수요처를 확보하는 것이 필요하고 이것은 환경부와의 합의 사항이기도 하다.

즉 취급자는 유효이용의 목적에 충분히 대응할 수 있는자 또한 장래적으로도 조직을 활용한 시장확대의 가능성을 가진 자일 것 등이다.

유효이용의 계획

1979년은 약 2,000□( 전 cake발생량의 약 25% ), 1980년은 약 6,000□을 유효이용분으로 출하하였다.

시멘트 원료

일본 구마야 시멘트공장에서는 정수장슬러지를 이용하여 연간 16,000톤을 시멘트 원료로 재활용한 실적이 있다. 제조과정은 석회석, 점토, 철, 규소 등의 원료를 잘 분쇄한 후 1,450oC로 가열하고, 클링커 싸이로에서 1 ∼ 3mm로 분쇄하면 시멘트 제품이 된다.

미국의 정수장슬러지 처분

요업재료

미국 North Carolina의 Durham 정수장의 A.T.Rolan에 의해 정수장슬러지를 점토벽돌재료에 혼합 사용한 연구가 발표되었다. 그 결과에서 혼합사용에 대한 가능성이 기술적으로는 해결이 가능하였으나, 슬러지의 운반과 취급비용은 실적용을 하지 못하는 이유가 되었다.

토양개량제

1972년 AWWA의 슬러지 처분 분과 위원회에 의하여 농업전문가와 공동으로 3년간에 걸쳐 수행되었다. 실험결과 건조된 정수장슬러지가 토양의 산소공급과 보습력을 향상시킨다는 것을 발견하였다.

알루미늄 회수

정수과정에서 원수의 고형물의 량에 비해 과량의 알루미늄을 주입할 경우에는 슬러지의 농축성 및 탈수성이 저하되는 경향이 있다. 탈수효율을 높이기 위해 미국 North Carolina의 Durham 정수장에서는 모래건조상의 탈수효율을 증가시키기 위하여 정수장슬러지에 황산을 첨가하여 정수장슬러지내의 알루미늄을 용출시킨 후 탈수효율에 대한 실험을 수행하였다. 또한 용출된 알루미늄을 재사용 하기위한 실험울 수행하였다. 알루미늄 회수공정은 산성화공정 및 추출공정, 재생공정으로 구성되어 있으며, 각 공정별의 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

산성화 공정

알루미늄을 회수하기 위해 1단계에 산을 첨가하여 슬러지로부터 알루미늄을 용해시킨다. 알루미늄 슬러지는 2Al(OH)3·3H2O로 나타나는데, 황산을 첨가하여 pH2로 슬러지를 조절한 후 상분리를 시켜 슬러지내의 고형물을 pH 조정후 탈수공정으로 보내고 용해된 알루미늄이온은 추출공정으로 보낸다.

추출공정

추출은 슬러지로부터 용출된 알루미늄을 추출하는 용매와 접촉하는 공정이다. 금속을 추출하기 위해 사용한 추출제가 가져야 할 요소를 정하면, 필요한 금속에 대한 선택성이 우수해야하며, 재생에 용이하여야 한다. 그리고 각 순환단계에서 안정하며, 재생에 용이하여야 한다. 산성화 반응조의 상등액은 추출반응조로 이송되어지며, 알루미늄을 회수하기 위한 추출제가 유입된다. 추출제의 희석제로는 등유가 사용되며 Water : Oil의 비는 1:9로 한다. 등유의 냄새와 유기물질을 제거하기 위하여 활성탄 흡착공정을 수행하여 수용액은 강산성을 나타내므로 산성화반응조의 pH 조정제로 사용되고, 추출액은 재생반응조로 이송된다.

재생공정

추출액은 재생공정에 유입되면서 재생제인 황산과 결합한 후 추출제와 액체황산알루미늄으로 분리된다. 이공정은 추출제와 액체황산알루미늄으로 재이용되는 단계로서 추출제는 추출공정에서 재사용되고, 액체황산알루미늄은 정수장 응집제로 사용된다.

정수장슬러지의 처리·처분을 위한 관련 제도

처리수 방류

슬러지 처분 및 처리수 방류 관련 규정을 설명하기 전에 이들 규정의 존재 이유 및 방류관련 규정의 적절여부를 검토한다.

침전은 정수의 가장 오래전부터 알려진 기술이며 이에 여과기술을 더하여 위생상 적절한 공공상수도 공급이 시작되었다.

정수장 규모가 커지고 여과기술의 발전과 더불어 상당량의 슬러지가 발생하였으나 수처리공정상 20세기에 이르기까지 슬러지의 처리에 관해서는 문제가 되지 않았다.

발생슬러지는 어느곳에든지 처분하여야 한다. 이전의 슬러지 처리에 가장 많이 쓰인 방법은 라군법 또는 하천방류이었다. 그러나 거의 모든 정수장에서 급속여과지의 증가는 역세척수량의 증가로 이어졌고 1960년대에서 부터 미국에서는 이들 정수장의 배출수가 환경에 미치는 영향에 대하여 검토하기 시작하였다.

많은 사람들은 완속여과지만을 운전할때에는 정수장슬러지에 포함된 세사 실트와 점토등을 이미 원수중에 포함되었던 물질들이기에 이들이 다시 방류된다 해도 크게 우려하지 않았었다.

그러나 약품침전지와 급속여과지가 적용되면서부터 사람들의 관심은 점차 투여된 응집제에 의하여 발생되는 많은 문제점에 관하여 숙고하기에 이르렀다.

알루미늄 독성이 수서생물의 생태계에 미치는 영향의 규명에서 시작하여 황산 알루미늄 슬러지 방류에 관한 관심이 커졌다. 정수처리 기술외의 분야에서 황산알루미늄 응집제 슬러지 방류에 관한 연구가 행해졌으며 이 슬러지의 독성분이 방류선에 미치는 영향에 관하여 행해졌다. 비록 황산알루미늄의 독성이 크지 않다 하더라도 연구는 계속되어 이 슬러지의 방류 또는 방류금지에 관한 판단이 내려져야 할 경우에까지 이르렀다.

국내의 경우

수질환경보전법 시행규칙 제5조 별표3에 따라 정수능력 1,000m3/일 이상인 수도사업시설인 경우(역세척은 하지 않고 물리적으로만 처리하는 시설은 제외)는 폐수배출시설에 해당되며 이들 시설(정수장)로부터 배출되는 폐수는 수질환경보전법 제 8조(배출허용기준) 및 동법 시행규칙 제8조(배출허용기준)에 의한 별표5 오염물질의 배출허용기준이 적용된다. 이 기준치는 표 1과 같으나 통상의 경우 정수장의 배출수에 관하여는 부유물질량에 대하여 기준치에 적합한 처리시설을 하는 것이 필요하다.

이 처리과정에 있어서 석회첨가처리 등을 실시하는 정수장일 때 슬러지를 건조시키는 설비에서 스크레이퍼 배출수가 나오는 경우 등에 있어서는 화학적 산소요구량에 관하여도 기준에 적합하도록 하는 조치가 필요하다. 또 유기고분자 응집제를 사용하는 경우에는 배출수중에 포함된 아크릴아미드모노머의 농도에 관하여도 고려하여야 하나 현행법상 항목에 포함되지 않고 있다.

일본의 경우

배출수 처리 공정으로부터 처리수를 원수로 반송하는 경우에는 그 양과 질을 가능한 한 균일하게 하도록 애써야 한다. 균일하지 않는 경우에는 원수로의 약품 주입 관리에 막대한 지장을 주는 것이 많아 주의할 필요가 있다.

또한 공공수역 등으로 배출하는 경우에는 배출허용기준에 적합한지의 여부를 수시 감시함과 동시에 수질 검사를 할 필요가 있다. 더구나 유기 고분자 응집제를 사용한 경우의 배출수중의 아크릴아미드모네마 농도에 대해서는 후생성의 사용 기준( 0.01 □/□ 이하 )에 적합해야 한다.

정수능력 10,000 □/d 이상의 정수장의 침전 시설 및 여과시설이나 탈수능력 10 □/d 이상의 탈수시설은 수질오탁방지법 제2조 제2항에 기초한 「특정시설」로 지정되어 있고 이러한 시설을 설치하는 정수장으로부터의 배수는 수질오탁방지법 제12조의 배출허용기준이 적용된다. 또 수질오탁방지법에서의 배수 기준은 표2와 같다. 그러나 특수한 처리를 하는 정수처리공정 예로서 석회첨가처리를 실시하는 곳에서는 pH 값이, 또는 과망간산칼륨 처리를 실시하는 곳이나 망간이 많은 지하수를 사용하는 곳에서는 용해성 망간이, 각각의 기준치를 초과하는 것이 있는데 배출허용기준에 적합하도록 처리 시설을 설치하는 것을 검토하여야 한다. 또 배니중에는 철, 망간, 아연 등이 많고 배수처리시설의 농축조등에 혐기성 상태로 될 때에는 배수중에 금속류가 용해되고 배출허용기준을 초과할 위험이 있는데 주의할 필요가 있다.

배출수처리에 유기고분자응집제를 사용하는 경우는 고분자 응집제 규격에 적합한 것을 사용하고 방류수중의 아크릴아미드.모노머의 농도에 대해서는 후생성편 정수장배수처리시설의 입문(1973년 5월)에서 정한 0.01 □/□ 에 적합하여야 한다.

배출허용기준에 대해서는 지방공공단체의 조례에 따라 「수질오탁방지법」의 배수기준에서 정한 허용한도보다 엄격한 허용한도를 독자적으로 설정할 수 있도록 되어 있다. 정수처리공정 뿐만 아니라 다른 수도시설( 침사지 등 )도 규제 대상이 되는 경우가 있어서 「특정시설」만이 아니라 조례에 의한 인허가 및 설치허가의 절차가 필요하게 된다.

(3)ROTADISC 시스템이란?

-로타 디스크 드라이어는 완전 간접스팀 가열식으로 열효율이 매우 좋으며 눌거나 타는 것을 방지할 수 있으므로 고품질의 생산을 보장할 수 있다. 또한 건조물이 어떠한 반죽상태 및 수분 함량으로도 건조할 수 있다. 특히 열팽창 자동조정장치,열효율상승장치,동력비 절감장치 등 특수 설계 및 특허 제품으로 기계성능과 실용성 견고성등을 한층더 향상시켰다. 또 제품에 따라 투 디스크 드라이어는 당치의 소형화 능률 향상등으로 인기가 아주 높다

(4)우리나라 도입현황

-ROTADISIC 건조시스템은 서울시에서 하수슬러지를 건조하여 시멘트원료로 한다는 타당성조사 결과에 의하여 제안된 것이고  현재 국내에서는 대규모 하수슬러지 건조시설이 소개되어 있지 않다

외국에서 상용화 실적이 있고 보편화되어 있는 ROTADISC 건조시스템을 서울시 중랑하수처리장에서 선정하였지만, 이 시스템은 아직까지 설치가 안된 실시설계중에 있는 프로세스이므로 상당기간 동안 문제점이 보안되어 완벽한 시스템으로 전환될 예정이다.

2.하수 슬러지 처리방법

- 현재 하수 슬러지 처리, 처분에 이용되고 있는 단위공정은 처리목적과 기능에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.

농축□혐기성소화□탈수□건조        □   매립, 토양개량제

퇴비화       □ 토양개량제, 유해성검토 후 녹농지의 비료

지렁이사료   □ 지렁이 사육, 토양개량제

고화         □ 매립, 복토제

소각         □ 매립, 소각재 건설자재화(벽돌, 시멘트 원료)

용융         □ 건설자재(로반재, 경량골재, 블록), 매립

열분해       □ 가스, 오일, 차르등의 연료화

육상매립

해면매립

해양투기

위와 같이 처리PROCESS 및 중간 처리PROCESS, 그리고 최종 처분PROCESS로 구분할 수 있다. 처리PROCESS라고 하는 것은 농축, 소화, 기계탈수와 같이 감량화를 주요 목적으로 하고 있다. 처리는 최종처분을 위하여 탈수케이크를 감량 또는 안정화 시키는 방법으로 퇴비화, 소각, 용융, 고화등이 이에 해당한다. 한편 최종처분은 처리공정에서 발생되는 최종산물을 매립 또는 재이용하는 것이다.

Ⅱ. 처분방안 검토

1. 소각

소각은 공기중의 산소를 이용하여 가연성물질을 연소시키는 방법으로 최근의 매립지란 해소를 위한 폐기물의 감량화, 유기물의 무기물화를 위한 부패성물질 처리를 위한 안정화등의 폐기물의 처리공법으로 많이 이용되고 있다. 또한 연소시 발생하는 폐열을 이용하여 발전이나 난방등으로 재이용할 수 있어 오래전부터 도시 폐기물처리 등에 많이 활용되어 왔으며, 유해폐기물의 경우 슬러지 특성상 안정화 및 안전화 효과보다는 매립장의 한계등을 극복하기 위한 감량화 문제가 우선시되면서 대도시를 위주로 추진되어 왔다. 선진국에서는 대도시를 중심으로 기존의 매립방법에서 소각으로 전환하고 있는 추세이다.

소각처리의 장점으로는

·위생적인 처분이 가능하다.

·부패성이 없다.

·탈수 케이크에 비해 혐오감이 없다.

·슬러지 용적이 최초용적의 10∼20%로 감소된다.

그러나 소각은 고열을 취급하는 방법이므로 기본적으로 요구되는 효율성이나 안정성등이 소각 대상물질에 따라 변화하여 여러종류의 방법이 있으며 아직도 꾸준한 연구가 진행중에 있다.

2. 용융

소각후 소각재의 감량화와 소각재 안에 포함된 중금속등의 문제로 인해 최근 용융이 관심을 끌게 되었다. 용융은 중금속을 슬래그 속에 포함시켜 최종적으로 슬래그를 건축자재로 이용하는등의 연구가 진행되고 있다.

용융로의 종류는 다양한 방법으로 분류가 가능하며 가열방법에 따라 불을 사용한 화염로와 전기로로 구분할 수 있다. 또 열원에 따라서 탄소원의 연소열을 이용하는 것과 전기를 이용하는 것으로 나누어지며, 탄소원을 사용하는 용융로에서는 배기가스의 양이 많은 것이 단점이다. 표면용융로는 슬러지 자체의 열량을 이용하는 시스템에 적합하고, COKE BED 용융로는 높은 열량의 석탄을 이용해서 높은 온도를 유지할 수 있으면서 고온의 용융온도를 유지할 수 있다. 하수슬러지는 그 자체가 고에너지원이기 때문에 이러한 특성을 이용해서 용융시스템을 적용하는 것이 가능하고, 또 이를 위해 슬러지의 함수율을 최대한 낯추기 위한 고효율의 Belt press를 갖추고, 고분자응집제를 투입하여 슬러지의 함수율을 76%이하로 낮추는 것이 좋다. 일본의 Oyabe시의 Futakami하수처리장의 경우는 슬래그 생성을 최소화하기 위해서, 염기도 조정을 위한 무기보조제를 전혀 사용하지 않았으며 다음 기본 계통도에 준하여 처리시스템을 구축하였다.

탈수케이크 Hopper □ 간접건조기(steam) □ Reflect melting furnace □ 폐열 보일러 □ 배기가스 처리탑 □ 습식전기집진기 => 굴뚝

□

Slag Hopper

3. 열분해

1)열분해의 원리

원료물질을 무산소상태에서 가열하여 가스와 오일, 차르등으로 분해시키는 과정을 말한다. 열분해는 생성물의 종류에 따라서 순수 열분해, 액화, 가스화등으로 분류하기도 한다. 이들은 세가지의 공정으로 분류할 수 있는데 다음과 같다.

·열분해(Pyrolysis)

산소나 수증기, 고온의 이산화탄소를 주입하지 않고 간접 가열에 의해서 탄화물질 또는 탄화수소 물질을 기체, 액체, 고체물질로 분해 하는 것을 말한다.

·가스화

건류화라고도 하며, 탄화물질을 산소나 수증기, 고온의 이산화탄소와 반응시켜 연료가스를 얻는 과정이다. 가스화 반응기에는 차르를 생산하기 위한 열분해 공정이 포함될 수 있으며, 가스화에 필요한 열은 보통 차르의 부분 연소반응에 의해서 발생되는 연소열로 공급되고, 연소공기에 의해서 열전달이 일어난다.

·액화

연료가스보다는 유기 액체를 얻기 위한 공정으로 액체 생성물에 중점을 둔 열분해 공정도 액화로 분류할 수 있다. 그러나 대개는 촉매수소화나 먼저 일산화탄소와 수소의 합성가스를 생성시킨 후 촉매를 이용하여 메탄올, 가솔린, 중유, 기타 유기액체를 생산하는 공정이다.

열분해공정은 흡열반응으로서 열의 공급형태는 직접가열식과 간접가열식이 있다. 직접가열식은 반응기 내부에서 원료나 보조연료를 연소시켜 열을 공급하는 방식으로 주로 연료가스를 생산하는데 이용되나, 생산가스에는 이산화탄소, 수증기 및 질소의 함량이 크기 떄문에 연료가스의 열량이 낮은 문제점을 가지고 있다. 반면에 간접가열방식은 반응기의 벽이나 별도의 매체를 이용하여 열을 공급하는 방식으로 열공급의 효율성 문제가 있다. 슬러지의 열분해는 건조공정이 전처리로서 반드시 필요하며 산소가 없는 상태에서 유기물에 열을 가해 유기물의 다른 연료나 에너지원(오일, 가스 및 차르)으로 전환시키는 공정이다. 통상적으로 슬러지의 열분해 조건은 다음과 같다. 온도는 250∼1000□ 정도되며 압력은 1∼170기압 정도된다. 슬러지의 운전조건에 따라 공정이 분리되고 있으며 생성물의 변환은 아래표와 같다.

열분해 공정	운전조건	생성물 분포
고온저압 부분탈수 열분해	온도 : 250∼350□ 압력 : 100∼170기압	오일과 차르 : 60∼70% 가스 : 3∼40%
고온저압 완전탈수 열분해	온도 : 250∼450□ 압력 : 대기압	오일 : 53∼60% 차르 : 35∼40% 가스 : 10%

4. 고화

슬러지의 고화는 탈수케이크에 고화제를 첨가하여 슬러지의 물리적 성상, 화학적 성상을 개선해 최종처분의 작업능률의 촉진, 중금속류 등 유해물질의 무해화, 안정화를 도모하는 것이다.

탈수케이크 함수율은 일반적으로 75∼85% 정도로 토질역학적 강도가 연약하여 육상매립으로 처리할 경우, 불도저, 작업차량등의 매립작업에 많은 지장을 초래하고 있다. 또한 해양투기에 대해서는 수증에서의 케이크 붕괴, 함유물질의 용출등의 방지책이 필요하다.

슬러지의 고화목적을 정리하면 다음과 같다.

1)토질역학적 강도의 증가

2)침적에의한 고체붕괴방지

3)유해물질의 용출방지

4)악취의 발생방지

슬러지의 최종처분 상황, 형태등에 따라 고화제의 선택, 혼합비, 혼합기계의 종류등이 결정된다. 슬러지와 고화제의 혼합에는 일반적으로 전단작용을 이용하여 균일한 분산혼합을 하는 혼합기가 사용된다.

고화제로서는 보통 포틀랜드시멘트, 조강시멘트, 고화시멘트등 각종시멘트, 알루미늄계 특수시멘트, 아스팔트, 플라스틱, 생석회등이 있다. 고화제의 요건을 정리하면 다음과 같은 점을 만족해야 한다.

1)매립재로써 충분한 강도,지지력이 얻어져야 할 것

2)고화시간은 단시간으로 용적증가가 적을 것

3)장기간 안정된 고화능력을 보유, 붕괴하지 않을 것

4)고화제 자체에 유해물을 포함하지 않을 것

5)첨가량이 소량으로 효과가 있을 것

6)혼합반죽 작업이 용이하며 가격이 저렴할 것

7)안정공급이 가능한 것

(1)생석회를 이용한 고화

하수슬러지에 생석회를 주성분으로 하는 물질을 혼합시키면 흡수발열반응이 일어나 슬러지중의 수분을 화합수의 형태로 거둬드리고 석회자체의 수화반응에서 발생하는 열에 의해 수분이 증발되면서 슬러지중의 수분이 감소되고 압밀이 촉진된다. 또한 석회의 칼슘이온이 물에 분산되어 있는 토립자에 가해지면 토립자의 표면에 흡착되어 있던 Na+, K+, Mg2+등이 Ca2+에 의해 치환되고 이로 인해 서로 반발하고 있던 토립자가 접근할 수 있게 되어 단결화가 이루어지는 이온교환반응이 진행된다. 이온교환반응 후에는 점토성분으로부터 수중에 용출된 콜로이드실리카와 콜로이드알루미나가 증가하여 석회의 Ca2+와 반응하여 지금까지 존재하지 않았던 새로운 복잡한 화합물을 형성하는 포졸란반응이 진행되고 이들 반응생성물들은 장기간에 걸쳐 생성되어 이들이 결합재로 되서 고화가 되고 강도, 내구성이 발휘된다. 또한 장기적으로 석회가 공기중의 탄산가스와 반응해서 탄산칼슘(CaCO3)을 형성하는 반응이 일어나 흙을 고결시켜 슬러지가 안정한 상태를 보이게 된다. 현재 국내의 경우, 대구 남천폐수종말처리장에서 5톤/시간 용량의 고화처리시설이 시범적으로 운영되고 있으나 고화제로 생석회만을 이용하고 있어 다른 고화제를 첨가하는 것에 비해 고화강도가 낮아 고화처리라기 보다는 안정화 처리에 가까운 실정이다.

한편 미국 뉴저지주 Middlesex County 지역의 경우, 과거 하수슬러지의 해양투기가 금지되고 인근 생활쓰레기 매립지의 복토재 자원의 부족으로 인해 1990년대 후반부터 인근 Middlesex County 하수처리장에서 발생되고 있는 하수슬러지('91년 180,000톤/년)를 생석회 및 시멘트 제조공정에서 발생한 재와 혼합하여 고화처리하고 이를 매립지 복토재로 이용하고 있다.

(2) 시멘트 고화

소량의 고화제로서 단시간에 효과를 얻을 수 있는 것은 알루미늄계 특수시멘트이다. 이 시멘트는 단기간에 응결화되며 동시에 탈취, 유해물의 흡착, 고착성을 높이는 작용이 있다.  그러나 보통의 포틀랜드시멘트, 조강시멘트등은 단기간에 강도를 얻기 힘들며 첨가량도 많이 필요해서 고화제로서의 효과가 미약하다. 따라서 알루미늄계 특수시멘트를 고화제로 하여 탈수케이크의 중량에 대해 약 10%의 고화제와 약 10%의 소각재를 혼합해서 혼합반죽한 후, 양생장소에서 2∼3일간 정치한 후 처분지에 반출할 경우 효과가 높은 것으로 보고되고 있다. 이때 운전방식은 연속식으로 하여 혼합반죽 시간은 약1분간, 능력은 30□/h로 한다. 함수율이 80%인 탈수케이크에 10%의 소각재와 10%의 고화제를 혼합반죽하고 3일이 경과되었을 경우에 일반적으로 일축압축강도는 1.0∼1.1kg/□정도이다.

(3) 아스팔트 고화

아스팔트를 혼합제로 이용한 아스팔트 고화는 슬러지를 아스팔트와 혼합반죽하여 고화 처리한 후 토질역학적 강도를 증가함과 동시에 유해물이 용출, 확산되지 않도록 안정화 한다.

연속식 아스팔트 고화공정은 함수율 5∼10%정도로 건조하기 위해 90□정도로 가열한 슬러지와 170□로 용융한 아스팔트를 슬러지 고형물당 25∼28%정도 첨가해 혼합반죽한다. 이 후 80□정도로 공기냉각한 혼합반죽물을 성형기에 공급하여 고화시킨다. 고형물의 밀도는 성형전의 약 2배로서 감량화를 도모한다. 압축강도는 장기간에 걸쳐 물과 접촉한 후에도 거의 강도를 유지할 수 있다. 또한 유해물질(시안 제외)도 고화되어 용출량이 상당히 감소하는 장점이 있다.

(4) 제강전로슬래그를 이용한 고화

본 처리기술은 하수슬러지의 고화처리에 폐기물인 제강슬래그 분말을 주 고화제로하고 소량의 생석회를 보조 고화제로 이용하는 처리기술이다. 현재 제강제철공정에서 다량 발생하고 있는 제강슬래그는 대부분이 매립처분되고 있으나 슬래그내에 일반 고화제와 같이 CaO성분이 다량 함유되어 있어 이러한 특성을 이용하여 하수슬러지와 혼합하여 고화시키고 있으며 현재 많은 연구가 진행중에 있다. 고화처리는 제강전로슬래그와 하수슬러지와 같은 폐기물을 매립지 복토재등으로 재이용할 수 있다는 장점이 있으며 국내에서 사용되고 있는 생석회 및 고화제의 경우, 단가가 비싸기 때문에 다량 처리가 이뤄지지 못하는 실정에서 경제적으로 많은 효과를 얻을 수 있을 것이다. 또한 기술자료 검토결과 일축압축강도면에서 다른 고화방식과 유사한 효과를 보이는 것으로 나타났다.

5. 퇴비화

유기성 폐기물을 토양미생물의 작용에 의하여 호기성조건에서 분해시켜 그중의 분해성 성분을 가스화하여 안정화하는 방식을 퇴비화라고 하며, 하수슬러지의 퇴비화라는 것은 하수슬러지의 녹농지 이용을 주요한 목적으로 하여 퇴비화기술에 의하여 탈수케이크 단독 혹은 통기개량제를 혼합하여 발효시켜 이것에 의하여 안정화를 기하는 프로세스로 정의 할 수 있다. 하수슬러지는 다량의 유기물과 질소등의 비료성분을 함유하고 있으며, 통기성확보등과 같은 물리적으로 토양을 개량할 수 있는 특성이 있다. 따라서 최근에는 슬러지를 호기성으로 발효시켜 안정화처리한 후 녹농지로 환원하는 처분방법이 중소도시를 위주로 실용화되고 있다. 한편 퇴비화의 장점으로는 호기성미생물에 의한 분해이므로 악취를 감소시키고 비교적 안정한 재료를 단기간에 만들 수 있다는 점과 분해중에 생긴 발효열에 의해서 많은 유해세균을 살균할 수 있다는 점 및 퇴비화된 슬러지는 탈수케이크에 비해 뚜렸하게 취급이 우수하며, 토양개량제등의 유효한 자원으로 활용할 수 있다는 점이다. 퇴비화의 과정은 전처리, 1차발효, 2차발효, 가공,저장의 4단계로 나뉘어진다. 퇴비화의 요구조건은 다음과 같다.

(1) 유기물

호기성발효를 충분히 시키기 위해서는 미생물이 활동하는데 필요한 유기물이 있는데 고분자계 케이크는 40%이상, 석회계 케이크는 30%이상의 유기물이 필요하다고 알려져 있다. 유기물의 분해속도는 탄소계유기물과 질소계유기물의 비 (C/N)에 좌우되는데, 미생물 세포의 구성비가 약 10내외이므로 탈수케이크의 C/N비도 이 값에 가까운 것이 바람직하다. 한편 C/N비가 높으면 농지에 사용한 후 식물에 질소부족현상을 일으켜 퇴비화가 잘 형성되지 않아 퇴비화의 소요기간이 길어진다. 반면에 적을 경우에는 퇴비화 과정에서 질소가 많이 유실된다. 보통의 탈수케이크의 경우 C/N비가 10∼30범위에 있으므로 탄소율의 조정은 하지 않고 있다.

(2) pH

호기성발효의 반응은 pH 7∼8의 범위가 최적이다. 고분자계 탈수케이크의 pH는 중성부근이지만, 석회계탈수케이크는 11∼13의 강알카리성으로 pH조정을 하는 것이 바람직하다. 또한 반송퇴비와 첨가물을 혼합하여도 pH가 10이하로 되지 않을 경우가 있기 때문에 이때에는 탄소가스를 혼합하여 발효조가스와 접촉시키는 방법으로 pH를 저하시킬 필요가 있다.

(3) 함수율

일반적으로 탈수케이크의 수분함량은 75∼85%정도로서 호기성발효에 적당한 발효범위인 50∼60%를 상회하므로 퇴비화장치의 운전상 수분조정이 필요하다. 함수율을 조정하는 방법으로는 탈수케이크의 천일건조, 가열건조, 탈수케이크와 함수율 조정재료(첨가물, 반송퇴비)를 혼합하는 방법이 있다.

(4) 통기방식 및 통기량

호기성발효에는 호기성세균이 이용할 수 있는 산소의 공급이 필요한데 일반적으로 공기를 주입한다. 이때 통기방식을 흐름방향에 따라 분류하면 기본적으로 상향류식, 하향류식, 상하향류식의 3가지로 분류되며, 통기량은 투입케이크중의 유기물의 양에 비례한다. 유기물과 통기량의 관계는 고분자케이크의 경우 2∼4□/분/□-VS, 석회계케이크는 7∼10□/분/□-VS정도의 통기량이 필요한 것으로 알려지고 있다.

(5) 온도

퇴비화의 적절한 온도는 55∼65□이며 이 온도가 유지되어야만 병원균을 사멸시킬 수 있을 뿐만 아니라 수분을 증발시켜 자체적으로 수분함량이 조절된다. 슬러지 성상 및 경제성을 고려하여 2단계의 발효를 시행하는데, 1차발효의 경우 65□ 이상에서 48시간 이상 지속시킨 후 10∼14일간 발효시키며, 2차 발효는 함수율을 40∼50%로 유지시키고 주 1회 뒤집고 온도상승이 없을 때까지 계속한다.

(6) 퇴적높이

발효조내의 퇴적높이는 1∼2m 전후이다. 낮으면 퇴적물과 공기와의 접촉면적이 많아 방열에 의한 온도유지가 곤란하며, 높게 퇴적하면 슬러지가 압밀침하를 일으켜 간극율과 입도분포를 악화시키기 때문에 공기의 통기율 및 이용율이 저하하여 호기성발효를 저해시킨다.

1)하수슬러지의 퇴비화 장치

퇴비화장치의 종류는 통기 및 혼합방식에 따라 퇴적통기, 입형원통, 입형다단, 횡형교반 및 원형교반방식으로 분류할 수 있다.

(1) 퇴적통기방식

이 방법은 탈수케이크와 반송퇴비 또는 첨가물을 혼합하여 수분 또는 pH를 조정한 후 일정 높이로 퇴적하고 하부에서 공기를 공급하여 발효시킨다. 발효는 비가 적은 지역에서는 옥외에서는 하지만 보통은 옥내에서 하는데 퇴적고를 2m 정도로 하고 악취방지를 위해 혼합물의 상부를 약 30□ 정도 숙성퇴비로 덮거나 배출가스를 강제로 혼입하여 숙성퇴비 사이를 통과시켜 처리한다. 통기는 송풍기로부터 통기관을 이용해 주입하는 간단한 방법을 이용하는 경우가 많으며 뒤집기는 보통 불도저를 이용한다. 이방법은 설치비가 저렴하나 넓은 부지가 필요하다.

(2) 입형원통방식

발효조의 형상이 원통으로 하부에 퇴비 배출장치를 갖추고 있으며 통기는 하부로부터 하고 탈수케이크와 반송퇴비 및 톱밥 또는 왕겨 등의 첨가물과 혼합한 후 발효조의 상부에서 투입한다. 자중에 의해서 혼합물을 하부로 이동하는데 발효조내에서는 교반을 하지 않으므로 혼합물중의 미생물 우점종의 천이는 자연법과 유사하다고 알려져 있다. 필요부지면적은 횡형 발효조에 비해서 적고, 발효조내의 기계적인 장치는 퇴비배출장치만 필요하므로 비교적 조작이 간단하나 퇴적고에 한계가 있는데 약5m정도인 것으로 알려져 있다.

(3) 입형다단방식

입형의 발효조 내부를 몇 개로 분리하여 공기를 각 소실의 하부로부터 보내고 상부에서 배출하게 한다. 상단의 소실에서 하단의 소실의 혼합물을 보내는 방법으로는 개페식, 회전날개방식 등이 있으며 이장치에 의해 큰 덩어리의 혼합물이 분쇄되어 혼합물 내부의 발효가 촉진된다. 본 방식은 발효조를 수직방향으로 설치하므로 부지면적을 절약할 수 있다. 그러나 그 만큼 기계장치가 증가하므로 운전조작, 유지관리, 보수측면에서 입형원통방식보다 복잡하다.

(4)횡형교반방식

발효조가 횡형으로 설치되어 기계식 뒤집기에 의해서 혼합물이 분쇄, 혼합 및 이동이 이뤄지며 뒤집기 기계의 종류는 카터필더, 바스켓 및 스쿠르형등이 있고 통기는 하부에서 행한다. 본 장치는 구조적으로 많은 발효조를 횡으로 배열 가능하며, 발효조는 상부가 개구형이므로 발효상태를 관찰하기 쉽고 기기의 수리가 손쉬운 특징을 갖고 있다. 한편 입형에 비해 넓은 부지면적이 필요하고 개구부가 넓기 때문에 악취방지대책이 비교적 곤란한 단점이 있다. 다라서 발효조 상부에 신축자재로 덮개를 하거나 강제흡입방식에 의하여 악취방지 효과를 얻을 수 있다.

(5)원형교반방식

원형의 발효조 내부에 많은 스크류 또는 회전날개를 설치하여 뒤집기를 하는 장치이다. 이방식은 자체에서 혼합물을 충분히 교반할 수 있고, 발효전의 혼합장치가 필요없는 특징을 갖고 있지만 교반부의 유지관리에는 주의할 필요가 있다.

6. 건조

건조공정은 함수율75∼80%인 탈수케이크를 함수율 60∼50%로 수분함량을 감소시키는 공정으로 매립이나 자원화의 전처리 공정으로 선택되기도 한다. 건조공정에 사용되는 건조기의 종류는 직접가열식과 간접가열식으로 분류된다. 직접가열식인 로타리킬른 건조에서는 생슬러지가 경사진 회전로로 유입되며 회전로를 통하여 뜨거운 연소가스를 역방향으로 이동하여 건조되며 건조된 슬러지는 로의 하부 말미에 배출된다. 다단식 건조로에서 슬러지는 로를 통하여 아래쪽으로 통과함으로서 건조된다. 온도는 보통 371∼482□이다. 슬러지처리에 적용이 가능한 건조기는 직접가열식으로 로타리킬른 건조기, 다단식 건조기등이고, 간접가열식으로는 로타리디스크형 건조기등이다. 로타리킬른형 건조기는 회전하는 원통형의 킬른에 슬러지를 통과시키며 직접 불꽃을 슬러지에 가열하여 건조시키는 방법이고, 다단식 건조기는 직사각형의 통내에 체인이나 반원형 버켓에 의하여 슬러지를 이송시키며 직접 불꽃으로 건조시키는 방법이다. 간접건조기인 로타리디스크 건조기는 로타리 드럼내에 원형디스크를 통과하는 증기의 열을 이용하여 디스크표면에 부착된 슬러지를 간접적으로 건조하는 방법이며 이때 증기온도는 150∼180□정도이다. 주요공정은 열전달과 고형물 이송의 역할로서 열전달 계수는 수분함량과 교반정도에 따라 좌우된다. 그러니 이방법은 초기투자비가 많이 들고 유지보수가 까다로운 단점이 있다.

경기도 용인시의 용인환경사업소는 서울시와는 달리 인근지역에서 발생하는 생활하수만이 하수처리장으로 유입되고 있어 하수 및 하수슬러지내에 중금속 함량이 매우 적게 존재하는 특성을 보인다. 따라서 용인환경사업소는 3톤/시간 규모의 직접가열식 다단로 형식의 건조기를 설치하여 함수율 85%의 하수슬러지를 함수율 20∼40%까지 건조시킨 후 인근 녹농지에 보급하여 재이용하고 있다.

한편 스위스 Zurich시는 하수슬러지는 가능한 한 비료로 재활용한다는 정책취지에 따라 대부분의 하수슬러지를 건조한 후 조경 및 녹농지에 이용하고 있다. Zurich시에서 적용되고 있는 대표적인 슬러지 건조과정을 보면, 70∼80%의 함수율을 보이는 탈수케이크는 저장탱크에서 피스톤 펌프에 의해 2단계 건조설비로 이동된다. 첫번째 단계에서는 긴 튜브를 통해 농축된 슬러지를 수직으로 떨어뜨리면 내부원통의 열처리된 드럼벽 위에 있는 얇은 층속으로 뿌려지게 되고 이와 동시에 슬러지를 유출방향으로 옮기게 되면 슬러지가 악 50∼55%까지 건조된다. 이와 같이 건조된 슬러지는 샤프트를 통해 2단계로 진행되어 1단계와는 달리 드럼벽 뿐만 아니라 슬러지를 건조시키는 회전통까지 가열된다. 이때 회전통의 속도는 8rpm정도이며 굵은 알갱이로 된 건조슬러지가 생성되어 배출된다.

7. 육상매립

하수 및 정수슬러지는 함수율을 85%이하로 탈수하여 1:5의 비율로 일반쓰레기와 혼합매립을 하거나 혼합비율 미확보시 또는 슬러지의 함수율이 85%를 초과할 시에는 별도 매립을 하고 있다. 그러나 매립처분의 경우 슬러지의 취급, 매립부지 확보, 침출수 문제등으로 점점 처분의 어려움을 겪고 있다. 수도권매립지는 경기도 김포군 양촌면과 인천광역시 검단동 및 검암동의 해안 간척지에 위치하고 있으며 부지면적은 약 630만평, 5개 공구로 구분되어 단계별로 시행중 이다. 1989년 9월부터 2015년 12월까지 약 25년간을 사용할 예정이다. 일반적으로 슬러지 매립은 슬러지 단독 트렌치매립, 슬러지 단독 지역식매립, 생활쓰레기와의 혼합식 매립으로 분류할 수 있다.

8. 해양투기

슬러지를 해양투기하는 방법은 바지선과 파이프관을 통하여 이송하는 두가지 방법이 있다. 최근에는 파이프관을 매설하여 이송하는 것이 보편적으로 행해지는데 파리프관을 묻을 겨우 바다 깊은 곳에 설치하기 때문에 해양환경에 영향을 덜 주게 된다. 단점으로는 파이프관을 바다 깊은 곳까지 매설해야 되기 때문에 고가의 비용이 들므로 경재적인 방안은 될 수가 없으며 심해 수중생태계에 영향을 주는 것으로 보고되고 있다. 그러나 해양투기가 꼭 필요한 경우에는 해양환경의 교반, 희석 및 확산이 매우 잘 될 수 있는 곳을 선정하여야 하기 때문에 신중한 고려가 요구된다.  향후 런던협약에 의해 전면금지될 것으로 예상됨.

9. 슬러지 재이용

슬러지 재이용에는 슬러지 자체를 이용하는 퇴비화와 슬러지를 처리하는 과정에서 발생하는 가스(예:CH4)나 소각열등의 에너지를 이용하는 방법, 소각 또는 용융후의 소각재나 슬래그를 이용하는 등의 3가지로 분류할 수 있다. 퇴비화는 위에서 기술하였으므로 생략하기로 한다.

1) 건설자재화

소각후의 소각재는 무기성분의 재료이며 탈수과정에서 사용되는 응집제에 따라 그 성분이 크게  달라지는데 일반적으로 사용돠는 석회계를 이용하여 얻어진 소각재에는 다량의 CaO가 있어서 시멘트 원료, 아스팔트 충전제, 2차 콘크리트제품, 토량개량제, 벽돌, 경량골재, 토관용등 제조품에 이용된다. 압축소성기술은 하수슬러지의 소각재만을 원료로 금형에 넣어 약 1톤/□의 압력으로 가압하여 성형한 후 1050□전후에서 소성해 벽돌등을 만드는 기술로써 일본에서는 이 제품을 보도, 연결도로, 광장, 공원등의 포장재로 활용하고 있다. 또한 우수의 지하 저류를 향상시키기 위해 침투성벽돌도 제작하여 이용하고 있다. 최근 건설자재의 유효이용으로 생각되는 분야는 아스팔트필라, 로상 및 로반재, 경량골재와 시멘트원료등이 있다. 각방법의 특징은 다음과 같다.

(1) 아스팔트필라

소각재를 아스팔트필라로서 사용할 경우 이전부터 이용되고 있는 석회암분말을 필라로서 사용하는 경우와 비교할 때, 연화점이 높고, 침입도가 적다. 또한 물의 침투저항성은 크고, 밀도, 공극율, 포화도등은 크게 차이가 없다. 따라서 소각재는 석회분말과 비교하여 손색이 없어 충분하게 이용이 가능하다.

(2) 로상 및 로반재

소각재는 로상재료로서 이용가능한 공학적 특징을 가지고 있어 관거 공사시의 포설토등의 재료로서 사용이 가능하다. 로반재는 경교통로에만 사용이 가능하지만 큰 응력이 작용하는 표층이 가까운 부분에서의 사용에는 문제가 있다. 그 이유는 소각재가 로반재로서 이상적인 입도분포로부터 서로 탈리된 세립입자의 재료이기 때문에 서로간에 뭉치는 강도는 기대하기 어렵다.

(3) 경량골재

소각재를 조립 및 소성하여 입도를 조정한 소성품에 대하여 골재성상과 콘크리트성상을 조사한 결과, 일반 경량골재 및 구조용 경량골재로서 사용이 가능한 것이 생성되는 것으로 밝혀졌다. 또한 소각재에 벤토나이트를 넣은 소성에 있어서도 조립성이 좋으며 물성, 강도등을 비교할 경우 시판되는 인공골재와 같은 품질을 확보할 수 있다.

(4)연와재료

소각재중에 CaO함유량이 적고, 규산의 함유량이 높으면 연와의 소성이 충분하게 가능하여 소각재에 일정량의 점토 또는 규사를 첨가하면 보통의 연와 주원료로서 이용이 가능하다. 그러나 다음과 같은 문제점이 있다.

①경량골재 및 연와재료에 대해서는 양질점토등의 첨가물 공급확보와 중유가 필요하게 되어 이전 원자재의 감소분을 고려하여도 자원낭비등의 검토가 요구된다.

②소각재는 조밀한 미분체로서 비산하기 쉽고 작업성이 나쁘기 때문에 아스팔트필라, 로상 및 로반재로의 이용이 좋지 않다.

③건설자재로서 장기적 안정성 및 2차공해에 대해서 확증을 갖고 있지 않다.

④소각재 조성이 일정하지 않다.

⑤슬러지로 만든 생성품이기 때문에 이미지의 문제가 있다.

하수슬러지를 소각처리하고 소각재를 매립처분하는 것보다 용융슬래그화 하여 도로용자재나 건축용자재로서 재이용하고자 하는 발상은 오래전부터 있었는데 프로세스의 본견적인 개발은 1978년 제 2차 석유파동 이후 일본 오사카에서 이루어졌으며, 최근에는 4∼5종의 방식이 소규모로 활용되고 있다.  용융슬래그는 탈수케이크를 건조한 후 1400∼1500□의 고온에서 용융시켜 유기물을 열분해함과 동시에 무기분을 슬래그로 배출해서 급냉각 고화한 것이다. 이 슬러지는 건설자재로서 이용되는데 투수성블럭의 재료, 도로의 노반재, 콘크리트의 골재로서 개발되어 활용되고 있다.

10. 시멘트 원료로 활용하는 방안

1)개요

시멘트는 철광석, 점토, 규석 및 석회석을 1500□정도의 고온으로 소성하여 제조한다. 시멘트의 질은 석회석등을 분쇄해 제조되는 포틀랜드클링커와 고로슬래그등의 혼합재 함유율에 의해 결정된다. 최근에는 전로슬래그, Fly-ash와 시멘트회사에서 폐기하는 저품위 석회석을 이용하여 만든 제품도 종전의 제품과 동등한 수준의 시멘트로 알려졌으며, 일본에서도 시멘트공장의 고온소성을 이용해 다종의 산업폐기물을 처리하고 있다. 그러나 도시쓰레기나 하수슬러지등에는 다량의 염소가 함유되어 있어 폐기물이 킬른내에 들어 붙어 코팅시킬 뿐만 아니라 축척되어 시멘트 품질에 영향을 미칠 우려가 있다고 보고되고 있다. 따라서 일본의 우베시멘트 공장에서는 염소제거를 함으로써 현재 하수슬러지를 시멘트 원료로 연간 2500톤에서 2∼3만톤까지 증가,사용할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 이미 국내에서도 전량 폐기되고 있는 산업폐기물을 이용하여 시멘트를 제조하고 있는데 특히 화력발전소에서 연간 500만톤 정도가 발생하는 Fly-ash를 시멘트원료로 활용하기 위해 각 기업에서 활발히 연구가 진행중이다. 실제 S 시멘트회사에서는 화력발전소에서 발생되는 석탄회를 시멘트원료와 레미콘혼화재로 재활용하고 있다. 국내 D시멘트 회사의 경우 석회석, 점토(고령토), 철, 규소등의 원료를 잘 분쇄한 후 소성로에서 1450□로 가열한 후 클링커싸이로에서 1∼3mm로 분쇄하면 시멘트제품이 된다. 이러한 시멘트 공정중 1450□의 소성로를 이용하여 일반쓰레기를 소각처리하기도 한다.

2)시멘트원료로 활용

탈수케이크를 시멘트 원료로 사용하기 위하여는 운반비 절감 및 시멘트 원료로 사용하기 위해 함수율을 감소시켜야 한다. 즉 함수율이 높으면 시멘트 소성로에서의 연료사용 비율이 높아지기 때문이다. 대략 슬러지내 함수율이 30%이하가 적합하며 건조공정의 전처리가 필요하다.

3.초기 설계기준 1 2

중랑하수처리장 rotadisc 시스템의 설비명에 따른 초기설계기준을 보여주는 표입니다

-표 설명

ROTADISC  시스템의 구체적인 설계에 앞서 설계기준에 대한 것을 표로 나타내었다

우선 슬러지의 처리기준은 200톤으로 하였으며 이양에 따라 반입설비, 건조설비를 계획하였다.  건조기는 일 100톤 처리용량은 2기두는 것으로 하였으며 1기당의 시간당의 최대처리량을 5톤으로 하였다 건조방식은 간접가열식, 최종생성물의 함수율은 10% 이하로 하였다.

설비명	설계기준	비고
반입 및 공급설비	·탈수슬러지 기준 200톤 + 트럭 5대분
건조용량	·100톤/일 □ 2기 (정격용량) ·열효율 : 스팀 1kg이하/ 수분 1kg	·각 건조기의 최대 슬러지 건조 ·처리량은120톤/일(순간최 대능력)
건조방식	·간접가열식
건조능력	·최대건조능력 : 함수율 10%이하
열공급설비	·증기 보일러(11톤/시간 □ 8kg/□g)
악취제거설비	·보일러 연소용 공기로 사용, 악취제거 ·약액세정법(구산 신기술 KT-0664호)	·공정상의 건조 배기가스와 기기의 국부악취를 구분하여 처리

4.전체공정 및 주요처리공정

(1)전체공정 및 주요처리공정

- 전체공정도 설명

하수처리장으로부터 발생된 슬러지는 소화조를 거쳐 함수율 70%로 탈수된 후 슬러지벙커

로 이송되어 일시 저장된다. 탈수 슬러지는 펌프로 이송되어 함수율이 10% 이하로 건조

된 슬러지와 혼합, 25%로 수분이 조정된후 건조기로 유입하게 된다. 건조기는 디스크형

건조기로서 증기에 의하여 디스크가 가열되어 건조되며, 건조된 생성물은 사일로에 저      장·보관후 시멘트 원료등의 재활용 용도로 사용된다. 이런한 건조기의 부속설비로 건조    기에 열을 공급하는 보일러 설비가 설치되며 건조기내에서 발생되는 배기가스에는 일부

분진이 동반되므로 분진포집기와 증발되어진 수분을 제거하는 콘덴서가 설치된다.

(2)반입 및 공급설비 계통도

- 반입된 탈수 슬러지를 임시 저장하고 건조기에 필요한 적정량을 공급하기 위하여 설치     하였으며 악취방지 및 시설내 쾌적한 환경유지를 위한 완전밀폐형 설계 및 출입구 에어커    튼을 설치하였다. 주요기기는 슬러지 벙커, 슬러지 공급펌프로 구성되어 있으며, 슬러지

가교현상(Bridge) 발생이 없는 푸시로드 배출장치를 설치하고, 슬러지 이송펌프 회전수에

의한 공급량 조절이 가능하다. 원활한 슬러지 반입을 위하여 동선을 확보하고 트럭의 추

락을 방지하기 위한 턱을 설치하였으며, 벙커내에 슬러지 적재량을 수시로 확인가능하도

록 벙커레벨 지시등을 설치

(3)슬러지 투입구

- 슬러지 차량 반입시에 유입 실린더에 의한 자동개폐되도록 되어있고, 악취 및 비산먼지

의 확산을 방지 하는 완전 밀폐구조로 설계 되어있다. 이 투입구의 기능은 슬러지의 벙커

상부에 설치되어 슬러지 투입시 open되고, 상시 close되어 악취의 확산방지를 하는 목적

으로 하였다. 형식은 유압식 자동 개폐 투입구이다.

(4)슬러지 벙커

-투입경사각이 없는 사각형 철재 벙커구조로 설치용적을 최소화. push rod 방식을 적용

하여 공급을 원활하게 하고, bridge 현상이 방지되도록 하였다. 악취발생을 최소화 하기

위하여 완전밀폐형 구조로 되어있다. 벙커는 트럭 반입슬러지를 건조기로 공급하기 위하여

임시 보관 기능을 한다.

(5)배출 및 저장설비

-건조슬러지 이송, 저장 및 반출설비로 구성되어 있으며, 반출시 건조슬러지의 비산방지를

위하여 밀폐형 구조 및 비산분진 포집설비를 설치하였다. 수분함량이 30% 이상이면 메탄

가스등이 발생하여 폭발의 가능성이 있으므로 가능한 수분을 10%이하로 유지하되 분진폭

발방지를 위한 온도감지기, 불활성가스(N2) 주입설비를 설치 하였다.

(6)건조 슬러지 공급펌프

실증플랜트에 적용된 설비로서 함수율 변동이 크므로 공급압력 조정을 위한 속도 조정을 적용하여 내구성 및 안전성을 증진 시켰다. 설비가 간단하므로 운전 및 유지관리가 용이하고, 비상시 유지보수가 신속하여 유동제어가 가능하다. 벙커에 저장된 탈수슬러지를 정량적으로 건조기에 공급하며, 형식은 용적회전형 Mono Pump(Screw 및 Feeder 내장형)이고 용량은 6.0□/hr □ 13kg/□g □ 2 Sets 이다.

(7)슬러지 건조설비

슬러지 건조설비는 이 시스템의 가장 중요한 부분으로 ROTADISC형 (그림 7)을 채택하였으며 최종적으로 생산되는 건조물이 10%이하로 되는 완전 건조형으로 설계되었다.

유입되는 생슬러지는 반송되는 건조슬러지와의 혼합에 의해 수분이 조절됨으로써 슬러지 전열효율을 극대화 하였다. 또한 건조슬러지를 반송하여 재혼합하여 유입하는 것은 슬러지의 고유성질인 고착성질(Glue Phase) 영역에서는 운전되지 않도록 하기 위함이다.

건조기 내부에는 Scraper를 설치하여 열전달면에 불순물 축적을 방지하였다. 건조기 내부에 Paddle을 설치하여 슬러지의 혼합효과를 극대화 하였고 내부열의 분포를 효율적으로 하여 건조능력을 개선하였다. 주요기기는 건조기, 윤활유 공급설비, 배출스크류 컨베이어로 구성되어 있으며, 자동운전 및 설비의 안전성 확보를 위하여 슬러지 무게, 슬러지 온도, 내부압력을 측정하는 기기를 설치하였다.

건조기 설비의 설계에서 검토된 사항은 다음과 같다.

①슬러지내 수분증발의 극대화를 위해 건조기 내부 압력은 진공으로 유지(-10 ~ -20□Aq정도)하였으며, 배가스 온도를 98□로 유지하였다

②화재 및 분진폭팔에 대하여 안정된 설비로 설계하였다.

③전세계적으로 하수슬러지 건조에 가장 많이 채택된 방식을 선정하였다

④열효율의 극대화 가능 및 열전달 사각지대, 과열지역 방지 구조를 채택하였다.

⑤슬러지 성상변화에도 효과적인 처리가 가능한 재순환방식 채택 및 배출슬러지의 함수율 조절이 가능하도록 하였다.

⑥건조배가스와 함께 배출되는 분진등의 2차 오염물질 발생이 없는 설비로 하였다

⑦이송공기량 및 배가스량의 최소화로 후처리설비가 경제적으로 운영되도록 설계되었다.

⑧설비의 수명 극대화 및 유지보수비를 최소화 하였다.

(8)건조배가스 처리설비

건조배가스주에 함유된 수증기와 분진을 제거하기 위하여 건조기 후단에 분진 포집기(Cyclone)와 콘덴서를 설치하였으며, 분진포집기 전단 덕트에 전기식 가열설비를 설치하여 운전초기 저온의 비산분진이 고착하는 것을 방지하였다. 냉각수는 하수 처리장의 방류수를 사용하고 응축수는 하수처리장 최초침전지를 배수처리 하도록 하였다.

(9) 악취제거 설비

수증기 및 비산분진을 제거한 건조배가스는 보일러로 유입시켜 연소용 공기로 사용하여 악취를 고온산화처리하도록 별도의 설비가 필요없는 경제적, 합리적인 악취 제거시스템으 구성하였다. 슬러지 반입 및 반출설비에서의 악취는 강제 흡입탈취하여 중화, 산화, 환원반응에 의하여 완전분해 처리하도록 하였다. 이러한 탈취설비(국산 신기술)는 효율이 우수하며 친환경적이고 유독성 약품을 사용하지 않으며 모든 악취물질에 효과적인 것으로 알려져 있다.

(10) 열공급 설비

수관식 증기보일러로서 건조에 필요한 증기를 생산하는 것을 목적으로 하고 있으며, 건조열원을 증기 선정으로 인근 성동 자원회수시설에서 잉여증기를 직접 활용 가능하다. 보일러의 효율을 극대화화기 위하여 공기예열기(연소용 공기예열), 저압 열교환기(보일러 급수승온)을 사용하였다.

5.건조시설에 반영된 주요 설계시설요약 1 2 3

-표 참고 설명

구분	내용
슬러지의 특성을 고려	·건조기 설계를 위하여 슬러지 샘플을 채취 기술제휴선 (Atlas-stord)에서 건조실험 시행 ·슬러지 특성 및 성상변화에 따른 운전조건 설정으로 건조슬러지의 함수율 변동 대응
설비의 안정성	·시스템적으로 화재/폭팔가능성 제거 ·건조기내 산소농도,온도 및 압력의 제어를 통한 화재/폭 팔방지
주변환경에 대한 고려	·주민친화시설로서 친근감을 주도록 모든시설을 옥내화 ·환경친화시설로서 이용이 가능하도록 전면에 조경공간 계획 ·증설 및 견학자를 고려한 일반통행식의 효율적인 동선
운전 및 유지관리의 용이성	·안산시/구리시의 하수슬러지 처리시설 운영개선사항 반영(최소인원으로 운전관리가 가능한 자동화 system 적용) ·호환성과유지관리를 위해 동일기준,동일제작자 제품적용 ·각설비의 교체,유지보수가 가능한 배치 및 동선계획
에너지 절감 및 유효자원 이용	·인근 성동 자원화시설 운영시 잉여증기 직접 활용가능 ·보일러 효율향상으로 연료비 절감 -공기예열기 설치 : 고온의 연소공기 공급 -열교환기 설치 : 보일러급수 승온 공급 ·슬러지 공급 및 배출속도 제어로 전력비 및 유지관리비 절감
건조 슬러지 처리계획	·안산시/구리시 유동층 소각로 보조연료로 사용 ·시멘트 원료로 사용

6.건조기 성능향상을 위한 검토사항

6-1 하수 슬러지 최대 점성구간의 검토

(1)최대 점성구간의 문제점

하수슬러지는 하수처리 공정특성과 농축·탈수과정에서 사용하는 응집제의 종류에 따라

슬러지의 성분이 결정되며 일반적으로 함수율에 따라 점성이 결정된다.

슬러지의 함수율에 따른 형상은 수분이 90%이상에는 액상이고, 수분이40~60% 에서는

덩어리 현상이 발생되며, 10~30% 일 경우에는 입자상이다

일반적으로 점성이 커져 덩어리 현상을 갖추게 되는 수분함수율 40~60% 구간을 최대 점성

구간(Glue Zone) 이라고 하며, 이영역에서 슬러지 열전달면의 코팅 때문에 열 전달 성능이

떨어지고 점성증가에 의한 동력증가의 이유로 건조 공정자체를 어렵게 하므로 이영역에서

의 연속운전은 피해야 한다. 최대점성형상은의 문제점은 다음과 같다

·전열면 코팅으로 인한 열전달효율 감소 및 건조기 성능저하

·슬러지 부착에 의한 전열면의 부식(Erosion) 및 건조기 수명 단축

·건조기내 슬러지 점성계수 증가로 인한 소요동력 증가

·건조기내에서의 슬러지 덩어리 생성으로 인한 불완전 건조

(2) 최대 점성구간(Glue Zone) 방지대책

하수슬러지의 특성에 맞는 건조시설의 건설과 운영시의 문제점을 토출하고, 기본설계시부터 반영하여 완벽한 시설이 되도록하는데 목적을 두고 건조시설의 기본설계 착수 전 하수슬러지 샘플을 채취하여 해외기술제휴선에서 (Atlas-Stord)에서 슬러지의 건조실험을 수행하였다

실험결과 일반적으로 알려진 슬러지 고착영역(40~60%) 보다 낮은 구간인 33~55% 사이에서

고착영역이 나타남을 확인하였다. 따라서 슬러지 건조시 최대문제점인 고착영역(33~55%)

에서의 건조기 운전을 피하기 위해 건조슬러지의 재순환 (Recycling)을 통해 건조기 입구에서 슬러지 농도를 25%로 유지하여 슬러지의 고착영역을 피하도록 설계하는 것이 타당한 것으로 판단되었다.

설계는 Recycling System 구축으로 건조기 입구 슬러지를 함수율 25%로 유지하여 건조기

내부에서 Glue Zone 생성을 억제하고, 슬러지 점성제어시스템으로 Dryer Main Moter 에

Ampare Meter를 설치하여 건조공정과정중 슬러지의 고착영역을 감지하여 재순환 건조슬러지 공급량을 증감제어로 하도록 설계되었다

6-2 기타실험에 의한 하수슬러지의 특성검토

(1)실험조건 및 방법

1차 Pilot Test 는 완전건조방식에서 국내슬러지 성상 및 특성변화를 파악하고 열전달비율 및 오염계수를 측정함과 동시에 건조과정중 슬러지의 특성 변화를 파악하였다.

실험은 Pilot Dryer(Mini disc)를 사용하여 서울시 하수슬러지 건조(전열 면적 0.17□)시켰다

2차 Pilot Test 는 Scale Up에 따른 Glue Zone 변화 및 증발율을 측정하여 설계 Data에

적용하였다.

3차 Pilot Test 는 Scale Up에 따른 설계 Data 도출 및 확인을 위하여 실시되었으며, 서울시 하수슬러지 30톤을 안산시에 설치된 건조기로 실험하였다

(2)주요 실험결과

3차에 걸친 Test 결과 서울시 하수슬러지의 특성을 파악하였으며 설계인자 도출 및 확인을

하였다. 서울시 하수슬러지의 경우 Glue Zone 의 발생범위가 일반적으로 알려진 범위보다

넓은 33~55 % 임을 확인, 따라서 건조기 내부슬러지 함수율이 최대 25%이하가 되도록

건조 슬러지 재순환설비를 고려 되어야 할것으로 검토되었다

증발율은 기계적 구조상 과열지역 및 열전달 사각지대가 없는 것으로 드러났으며, 실험결과

증발율 11 □/□hr 이하로 결정하여 전열면적을 설계해야 한는 것으로 밝혀졌다.

또한 화재발생 가능성 확인사례를 통해 화재/폭발발생에 대비한 안정장치가 고려되어야

하며 별도의 성형설비는 불필요한 것으로 검토되었다.

또한 대부분의 실험에서 수분함수율은 78 %에서 5% 혹은 10%이하로 얻어졌으며 건조슬러지 비중 (함수율 10%)은 700□/□로 측정 되었다.

7.환경오염 방지시설 및 대책

(1)일반사항

-건조공정에서 발생되는 각종 환경오염원의 완벽한 처리를 위한 오염원별로 적합한 처리방

법을 선정하였고, 공사시의 소음 , 분진, 운영시의 악취 및  소음등에 대한 환경계획을 수립

되어 있다. 방지시설의 기준은 안정성(설계기준치 이하로 오염물질 처리), 경제성(최소의 운영관리비 및 2차오염 물질 배출), 유지보수 용이성(운전 및 유지보수가 용이)에 두었다.

(2)발생오염 및 방지계획

-건조기 배가스와 함께 배출되는 악취는 비산분진 제거공정을 마친후 공기예열기에서 예열하고 보일러 연소용 공기로 사용하여 산화처리하며, 슬러지 벙커 및 각종 컨베이어에서 발생되는 악취는 포집후 탈취기에서 처리하는 것으로 하였다. 이러한 설비는 밀폐형 기기 적용으로 소풍량으로 악취포집이 가능하여 경제적이며, 외부 악취확산 방지, 공장동 내부공기를 연소용 공기로 사용하므로 건물외부로의 악취확산을 방지하였다.

발생되는 오·폐수는 사업부지가 하수종말처리장에 위치하므로 하수종말처리장으로 이송하여 처리하는 것이 적합하다. 건조설비에서 배출되는 공장폐수는 대부분 냉각수로써 중금속 성분은 없고 BOD 및 SS 는 하수종말처리장 유입수보다 낮다.

즉, 발생 오·폐수량이 하수종말처리장보다 현저하게 작으므로 부하변동이 적다.

8.자원 및 에너지 절감 방안

8-1설비 및 공정에 의한 에너지 회수

공정중에 발생되는 각종 폐열을 회수하여 설비의 효율을 높이며 에너지 사용량을

최소화 하였다

(1) 열교환기에 의한 폐열회수

-건조기에서 배출되는 응축수로 인한 급수온도르 승온하여 보일러의 열효율을 향상시키고 보일러 급수배관 및 탱크의 운전압이 대기압이므로 유지보수가 용이하고 설비의 내구성을 증진 시켰다.

(2) 공기예열기에 의한 폐열회수

-보일러 배가스를 이요앟여 연소용 공기를 예열하여 보일러 열요율을 향상시킨다

(3) 슬러지 냉각기

-재순환 슬러지를 제의한 실제 배출되는 양을 냉각하므로 냉각수량을 최소화 시킨다.

-필요 냉각수량이 적어지므로 관련설비 규모 및 전력소모량을 최소화 할수 있다.

8-2자동운전에 의한 에너지 절감

-항상 최적의 조건을 유지하여 에너지 손실을 절감, 부하변동시 프로그램에 의한 신속한 운정상태를 변경하도록 하였다. 풍부한 운전실적 및 측정 data에 의한 제어 프로그램.

국내 발생 슬러지의 pilot test 에 의한 국내 실정에 맞는 제어계통을 적용시켰다 또한 필요

유량에 따라 펌프의 가동 댓수 제어로 동력소모를 최소화.

건조기 내에서의 운전조건과 실제사항을 비교하여 이상 발생시 신속하게 대응되므로 운전에

의한 에너지 낭비요소를 제거할수 있다. 슬러지 함수율 변동사항 발생시 증기 공급량 및

슬러지 재순환량의 최적값을 찾아 운전에 반영하므로 최소의 에너지소모로 설비운영이 가능하도록 하였다. 건조슬러지가 glue zone (일반적으로 점성이 커져 덩어리 현상을 갖추게 되는 수분함수율 (40% ~ 60%) 구간을 최대점성구간 - glue zone 이라고 한다.) 으로 들어가는 것을 자동으로 방지하여 과부하에 의한 과다한 전력소모의 방지 및 설비파손을 방지 하였다. 또한 건조기 운전조건에 따른 송풍기, 펌프 및 보일러의 자동부하 제어로 전력소모를 최소하 한다.

9.결론

- 이시스템은 중랑하수 처리장 하수 슬러지 특성을 고려한 자원화 시설이다. 그러나 슬러지 성분은 계속변화 하므로 앞으로 그 특성을 장기간에 걸쳐 좀더 분석 및 조사하여 최적의 공정이 되도록 노력해야 될것이며 국내 설치 뿐만 아니라 전세계의 표준모델이 되어 수출까지

가능하도록 노력이 필요하다.

□참고 자료

http://www.vulcan21.co.kr/index_product_k.html

http://www.kowaco.or.kr/~water/pages/main_su/su_03/su_03_05/waterco17-9.htm

http://my.netian.com/~sclee2/wzinciner12.html

□참고 문헌

- 한국수자원공사, "정수장슬러지 감량화 기초 연구", 1995.

- 한국수자원공사, "정수장슬러지 처분 및 활용 방안 연구", 1993.

- 한국수자원공사, "정수장슬러지 재활용 추진방안 연구", 1996.

- 한국수자원공사, "정수장슬러지 재활용 추진방안 연구", 1997.

-『서울시 하수처리장 슬러지의 감량 및 재이용 방안에 관한 연구』

서울시정개발연구원, 김갑수, 1997