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1. 슬러지 탈수 실험
1.1. 실험 배경 및 원리
급수 보급율 및 급수량 증가에 따라 정수처리공정의 부산물로 슬러지 발생량이 증가되고 있다"" 정수장에서 발생하는 슬러지는 사용된 응집제 등으로 인해 점액성, 난 탈수성을 가지고 있어 그 처리가 문제가 되고 있다". 슬러지의 처리는 함수율 저하를 의미하며, 운반이 가능하도록 하기 위해서는 함수율을 70%, 매립을 위해서는 50% 이하로 하는 것이 적절하다고 제안되고 있다". 일반적으로 기계적인 탈수방법이 적용되고 있다".
탈수성에 영향을 미치는 인자는 입자특성과 액상 특성으로 구분되며, 입자특성으로는 크기, 모양, 분포, 표면전하, 응집정도 및 구조, 휘발성 고형분 함량, 결합수량 등이 거론되며, 액상 특성으로는 점도, 이온강도, pH 등이 거론되고 있다". 상수 슬러지의 경우에는 5㎛ 이하의 입자의 함량, [Si]/[Al]비 등도 제시되고 있다". 탈수성을 나타내기 위해서는 주로 케이크 내의 공극을 흐르는 액체의 수리적 저항으로 인식되는 비저항이 사용되며, 입자분포 및 비표면적이 탈수성을 결정하는 가장 중요한 인자라고 평가되고 있다". 그러나 저류 등에 의한 슬러지 액상 특성 변화가 입자특성 및 탈수성에 큰 영향을 미치며, pH 및 전기전도도의 변화가 표면전하 특성의 변화를 야기하여 비저항 값에 중대한 영향을 미친다고 보고되고 있다".
1.2. 슬러지의 개념 및 특성
슬러지(sludge)는 하수처리 또는 정수과정에서 발생하는 침전물로, 약 50%의 유기질을 함유하고 있으며 함수율도 최초 침전오니의 96~98%에서 활성오니의 99~99.5%로 높아 처리하기 어려운 특성을 지니고 있다"
슬러지는 생활 오수 등의 하수를 정화하여 처리하는 과정에서 발생하는 부산물이다. 하수처리장에서 하수를 처리하면 고형물이 침전되어 발생하는데, 이를 "슬러지"라고 한다. 슬러지는 주로 유기물과 무기물로 구성되어 있으며, 함수율이 매우 높아 부피가 크고 처리가 어려운 문제가 있다.
슬러지의 주요 특성은 다음과 같다. 첫째, 유기질 함량이 약 50% 수준으로 비교적 높은 편이다. 둘째, 함수율이 매우 높아 96~99.5%에 달한다. 이로 인해 부피가 크고 처리하기 어려운 문제가 있다. 셋째, 일반적으로 악취가 심하고 병원성 세균 등이 포함되어 있어 위생상 문제가 발생할 수 있다. 넷째, 비중이 낮아 침강성이 좋지 않은 편이다. 따라서 슬러지 처리 시 이러한 특성을 고려하여 적절한 방법을 선택해야 한다.
종합적으로 슬러지는 하수처리 과정에서 발생하는 부산물로, 높은 유기물 함량과 극심한 함수율로 인해 처리가 용이하지 않은 특성을 지니고 있다. 이러한 슬러지의 특성을 고려하여 적절한 처리 방법을 선택하는 것이 중요하다.
1.3. 슬러지 탈수의 방법
1.3.1. 건조상
건조상은 슬러지 탈수의 자연적 탈수 방법 중 하나이다. 건조상은 유공배수관, 자갈, 그리고 모래로 구성되어 있다. 슬러지는 0.3~1.0m의 깊이로 적용되며, 슬러지 적용 깊이가 깊어질수록 건조 시간이 길어져야 한다. 알루미늄 슬러지의 경우 고형물 농도 15~30%의 농축이 가능하다.
건조 시간은 3~4주 정도가 소요되지만, 정확한 설계를 위해서는 현장 시험이 필요하다. 고형물 부하율은 100~300kg/m2·yr 수준이다. 건조상의 사용 횟수는 연 1~20회 정도이나, 고형물 부하율이나 건조상의 수는 기후, 슬러지의 고형물 농도 및 슬러지 개량 정도에 따라 다르다. 슬러지의 적용, 배수, 건조 및 슬러지 제거의 사이클이 가능하도록 다수의 건조상이 필요하다.
건조가 완료된 슬러지는 불도저 등의 장비로 제거할 수 있다. 약품 개량된 슬러지의 탈수에는 진공 장치가 장착된 건조상이 사용되기도 한다. 이 경우 하루 내 고형물 농도 15%의 슬러지 케이크를 얻을 수 있다. 건조상 방식은 초기 투자비와 운전비가 낮은 것으로 알려져 있다.
1.3.2. 라군
라군은 깊이 0.7~1.4m로 수분증발건조 방식을 이용하여 슬러지를 탈수한다. 라군에서는 TS(Total Solids) 함량이 20~40%까지 증가되며, 이 과정에 약 2~3개월의 시간이 소요된다. 라군 처리 후에는 3~6개월 동안 휴식기를 가지는데, 이를 통해 약 11회 정도의 탈수 및 건조 사이클을 거치면 최종적으로 1~3년 동안의 처리 기간을 가지게 된다. 라군 방식은 지하수 오염 및 위생해충 발생 등의 문제점이 있을 수 있으나, 건조상 대비 기상조건의 영향을 덜 받고 악취와 해충 문제가 해결된다는 장점이 있다.
1.3.3. 원심탈수기
원심탈수기는 슬러지 고형물의 침전속도를 상승시키기 위하여 원심력을 사용하는 탈수 방법이다. 대표적인 원심탈수기에는 basket형과 solid bowl형이 있다.
basket형 원심탈수기는 반 연속으로 운전하는데, 개량된 슬러지가 투입되면 고형물이 원심력에 의해 vessel의 바깥쪽으로 분리되어 배출된다. 이와 달리 solid bowl형은 수평축 또는 원통형의 bowl에 슬러지가 펌프로 유입되어, 고형물이 bowl의 바깥쪽으로 회전하며 스크류 콘베이어에 의해 이송된다. 여액은 별도의 처리를 위해 저류조로 회수된다.
원심탈수기는 크기가 작고 밀폐된 구조로, 설치 공간이 적게 소요되며 여과포를 사용하지 않아 막힘 문제가 없는 장점이 있다. 그러나 유지관리가 복잡하고 마모 문제가 있으며, 여액의 고형물 농도가 다소 높다는 단점도 있다.
원심탈수기를 통해 얻을 수 있는 슬러지 케이크의 농도는 20~35% 정도이며, 고형물 회수율은 85~98% 수준이다. 개량에 필요한 고분자 응집제의 양은 공급 슬러지 건조 고형물의 0.05~0.5% 정도가 요구된다. 특히 알루미늄 슬러지의 경우 고분자 응집제 투여율이 높은 편이며, 소석회로 연수화된 슬러지는 30~70%의 높은 고형물 농도 탈수가 가능하다.
원심탈수기는 탄산칼슘에서 수산화마그네슘을 분리하거나, 소석회 슬러지를 재소성할 때 유용하게 활용될 수 있다.
1.3.4. 진공탈수기
진공탈수기는 회전식 진공탈수기로 응집 및 연수화 슬러지의 탈수에 널리 사용...
