DSM (Daewoo Sludge Management using Microwave)
국가 경제발전과 국민생활 수준의 향상으로 매년 발생하는 하수의 양은 지속적으로 증가하는 추세이며 2005년 말 기준 현재 우리나라에서 발생하는 연간 하수슬러지량은 전국 268개 하수처리장에서 2,426,070톤의 나타났으며, 하수슬러지의 직매립이 금지된 이후의 처리방법으로는 발생량의 77.9%가 해양투기 되었고, 소각 11.2%, 재활용 4.8%, 매립 1.7%로 나타났다. 우리나라는 이와 같이 하수슬러지의 해양투기처분 의존율이 매우 높은 국가로서, 2003년 7월부터 육상 직매립 금지 및 런던협약 96의정서와 같은 국제적인 해양배출 규제동향에 따라 안정적이고 경제적인 하수슬러지의 처리, 재이용, 자원화 등에 관하여 연구할 필요성이 대두되고 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 현재 환경부에서는 슬러지 처리대책을 강구하여 해양배출을 대폭 감축하고, 재활용을 증대하려는 방안을 수립, 추진 중에 있다.
이러한 측면에서 하수슬러지 발생량에 대한 감량화 기술은 당면한 하수슬러지 처리에 대한 문제를 해결할 수 있는 가장 적극적이고, 기본적인 처리방법이라 할 수 있다. 하수슬러지 감량화 기술은 수분과 고형물을 효과적으로 분리하는 기술을 의미하는 것으로 일반적으로 탈수와 건조기법이 많이 적용되고 있다.
국내에도 다양한 하수슬러지 처리 공법들이 존재하고 있으며, 현재 시장을 선점하기 위해서 많은 노력을 기울이고 있는 실정이다. 그 중에서 대우에서는 아직까지 환경산업으로의 적용이 보편적이지 않은 마이크로파와 열풍을 이용한 하수슬러지 감량화 공법을 과감하게 자체개발 및 시장에 도입하여, 새로운 환경시장을 선점해 나가겠다고 밝혔다.
특허, NET 신기술(구 과학기술부)을 획득한 마이크로파와 열풍을 이용한 하수슬러지 감량화 공정은 기존의 하수처리장에 보편적으로 적용되어 왔던 기계적 탈수에 추가하여, 운전이 용이하고 유지관리가 쉬운 마이크로파와 열풍을 하수슬러지에 적용하여 처리효율을 높이고 하수슬러지의 재이용도 할 수 있는 우수한 공법이다.
마이크로파와 열풍을 이용한 하수슬러지 감량화 기술은 환경법규를 충족시키고 기존 공정에 비해 경제성을 지니며, 효율을 극대화한 신공정의 적용을 수행하기 위하여 개발되었다. 하수처리장에서 가장 문제시되는 하수슬러지의 부피 및 무게 감량화에 초점을 맞추어 경제성 획득에 최우선을 두었으며, 처리를 위한 기술의 고안은 기존의 처리방법에서 벗어나 마이크로파 및 열풍 건조를 동시에 수행하여, 독립적인 열원을 사용할 때보다 효율이 우수한 장점이 있다.
문헌에 의하면, 마이크로파를 이용하여 일반식품의 해동, 건조 등에 사용시 일반열풍을 사용했을 때보다 에너지 및 반응시간에서 20～40% 이상의 절감효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다. 아래 그림 1과 같이 기존의 열풍방식의 가열로 함수율을 줄일 때의 시간과 마이크로파를 병용했을 때 시간적인 경제성을 예측할 수 있다.
한편, 함수량 감소시 감압을 시킬 경우는 열풍 및 마이크로파에 비해 더욱 효율이 증가하나, 경제성에 대해서는 자세한 연구가 필요하다. 본 기술에서는 마이크로파와 열풍을 겸용하여 슬러지 온도 상승에 따른 겸용 비율을 달리하여 최적 운전인자를 결정하여 이를 파일럿 플랜트 및 실증연구 플랜트에 바로 적용하였다.
따라서, 하수처리장 내 슬러지 농축 및 탈수 설비가 운전되고 있는 경우, 일반적으로 배출되는 하수슬러지 (수분함량 80% 이상)의 처리를 원하는 함수율로 자유롭게 감량화 할 수 있는 (지자체 및 수요처의 needs에 따라 함수율 25~60% 이하) 마이크로파 조사장치와 열풍을 겸용한 경제적이고 효율적인 “하수슬러지 감량화 기술”을 개발 하는 데에 목적이 있다. 현재, 본 감량화 기술의 기본개념은 크게 건조효율을 높이고 건조시 하수슬러지가 건조기 내부에서 점착되어지는 현상을 막기 위한 약품혼합 전처리단계와 마이크로파 건조단계로 나뉜다. 마이크로파 건조단계에서는 마이크로파를 이용, 슬러지의 온도를 80～85℃까지 1차로 올리며 안정적인 최종함수율의 감량을 위해 마이크로파로 처리된 슬러지를 열풍을 이용하여 수분을 증발시키게 된다. 또한 열풍으로부터 발생되는 폐열은 다시 초기 유입슬러지의 예열시스템(열교환기)으로 순환하여 재이용하게 된다. 열풍을 이와 같은 방법으로 재이용하게 되면 에너지 절약 효과를 크게 볼 수 있다. 하수슬러지를 처리할 때 발생하는 악취의 경우 Wet scrubber + 활성탄 공정을 후단에 부착하여 악취를 제거하게 된다.
이 기술을 통하여 얻을 수 있는 효과는 환경적, 기술적, 경제적 효과를 기대 해 볼 수 있다.
환경적 기대효과로는 경제적이고 환경친화적인 하수슬러지 감량화 공법 확보, clean technology로서의 환경법규 변화에 유동적 대응 가능, 슬러지 처리 후 무게 및 부피감량에 따른 하수처리장 운영비용 절감 (매립 및 해양투기 금지시 슬러지 처리비 측면), 중/소규모 하수처리장 슬러지처리시설 적용가능, 하수슬러지의 건조에 따른 자원화 인식 고취시키는 효과 등을 기대할 수 있다.
기술적 파급효과로는 슬러지 감량화에 국내 최초로 마이크로파와 열풍의 최적조사 연구를 통한 겸용 및 약품, 흡수제 투입시 효율적인 감량화 수행 가능하다. 평균 80% 함수율의 탈수슬러지를 수요처의 요구에 따라 25~60% 이하의 목표함수율로 단시간내 감량화 가능해진다. 또한 유지관리의 용이성, 운전 및 공정 자동화 시스템 구축등의 효과를 기대해 볼 수 있다. 에너지 절약적, 기술집약적, 그리고 경제적 하수 슬러지 처리기술 확립 및 기타 고농도 유기고형물 처리시설의 계획, 설계 및 운영에 활용 할 수 있으며 독자적인 Package화된 슬러지 발생현장 최종처리기술 개발 및 플랜트 수출 가능을 기대해 볼 수 있다.
경제적 파급효과는 슬러지의 감량화로 매립 및 해양투기 금지로 인한 슬러지 처리의 어려움을 덜어주고, 따라서 국가와 지방정부의 정책적 부담경감과 경제적 이익 창출 (최종함수율을 유연하게 처리할 수 있는 본 공정 적용시, 환경여건에 따른 정책의 다양한 적용이 가능), 처분해야 할 슬러지의 양을 최대 4분의 1로 감소시킴으로써 최종처분까지의 소각시설과 같이 민원발생의 소지가 많은 환경시설의 추가시설분을 감소시킬 수 있고, 이로 인한 직접적인 경제이익과 함께 환경분쟁의 소지를 줄일 수 있다는 점, 관련시설의 국산화로 국내시장에 쉽게 보급할 수 있으며, 기술수입 대체에 따른 로얄티 지급액 (장치금액 기준 3～5% 지급)을 사전에 절약할 수 있으며 기존 공법에 비해 전기에너지 사용을 통한 환경친화적인 공법이며, 유지관리비 또한 절감 가능, 신기술 개발에 따른 해외 수출 효과를 기대 해 볼 수 있다.
본 개발기술은 NET 신기술 제0075호로 지정되어 있으며, 특허출원 및 등록이 되어 있다. (출원번호 제2004-0014040호, 등록번호 제0541159호 “마이크로파와 가열을 이용한 하수슬러지 처리장치 및 방법”) 또한 미국특허도 출원하였다. (US11/219,246, "Method and apparatus for treating sludge using microwave and hot air")
연구개발결과에 대해서는 관련 학회 및 전시회 등을 통한 지속적인 기술홍보를 통하여 기술의 대외적인 공신력을 확보하고, 기술적용 사례를 늘림으로써 기술료 수익을 제고할 계획이라고 전했다. 그리고 대우의 사업관련 유관부서와 연계하여 package화된 기술의 대규모 사업으로의 적용을 위한 인프라를 구축하여 기술사업 확대와 하수처리전문 엔지니어링사를 대상으로 한 지속적인 공정설명을 통하여 단위구역별 중?소규모 하수슬러지 처리 공정에의 적용을 시도할 예정이라고 했다.
향후 국내 및 해외에서 발생할 수 있는 이용가능한 자원의 처리를 위해 본 기술의 적용을 우선적으로 실시할 수 있게 됨에 따라, 환경산업의 선점을 도모할 수 있으며, 경제적 이익이 가능할 것으로 판단된다.
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