점차 도시화되어 하수보급률이 증대하면서 하수발생량도 증가하였으며, 이에 따라 하수 슬러지의 양도 급속도로 증가하고 있다. 이렇게 발생된 하수슬러지는 매립, 소각, 해양투기, 재활용 등 여러가지 방법으로 처리되고 있으며, 현재는 대부분이 비용이나 방법 면에서 쉬운 해양투기가 많이 이용되고 있다.
그러나 수산자원 보호 및 런던협약에 따라 해양투기 관련법이 강화되어 ′11년부터 하수슬러지의 해양투기가 전면 금지될 예정이다.
하수슬러지는 최종처분 전체 발생량을 줄이는 것이 최적의 방법으로 현재 우리나라의 일반적인 중ㆍ대 하수처리장의 탈수 케익 처분량을 40~50%감량 할 수 있는 혐기성 소화시설이 설치되어 있으나, 적절한 관리나 기술개발이 이루어지지 않아 소화조의 효율이 매우 저조하거나 거의 이용하지 않고 있다.
하수슬러지는 생활에서 필히 발생하여 양적·질적으로 안정적이며, 수집을 위한 별도 에너지가 필요 없는 집약형 유기성 자원이고, 하수처리장은 바이오 매스(하수슬러지, 분뇨, 음폐수 등)를 에너지로 전환할 수 있는 소화조 등의 처리 공정 도입이 용이하다. 이와 같은 장점으로 소화조 활용이 대두되고 있다.
이에 따라 (주)에이알케이는 소화조 유입 슬러지를 고농축하고, 고농축된 슬러지의 완전 교반, 오존을 통한 가용화를 통한 ‘고효율 소화조 개선기술(코어소화조 시스템)’을 도입하여 소화조의 소화효율을 높임으로서 ‘슬러지 감량화 및 바이오가스 생산’을 통한 하수처리장 에너지 자립화에 기여할 수 있다.
기술의 개요
본 공법은 기존 처리장의 혐기성 소화조를 개량하여 유기물의 감량 및 가스발생량을 증대시킬 수 있는 기술로서 기존 혐기성 소화시스템에서 개선되는 부분은 기계식 농축기인 스크류 부착형 디스크 농축기, 고효율 기계식 교반기, 혐기성 고효율 단단 소화조, 오존 가용화설비이다.
스크류 부착형 디스크 농축기는 다른 기계식 농축기와는 다르게 저농도의 슬러지를 농축농도를 3~4배 이상 높여 에너지 절감효과 및 신재생에너지 기술에 적합한 농축기술이다. 고효율 기계식 교반기는 기존 혐기성 소화조의 교반에 이용되는 가스식 교반의 문제점인 농축슬러지(4~10%이상)에 대한 교반 능력 부족을 해결할 수 있는 기술이다.
오존 가용화설비는 혐기성 소화시 혐기성 미생물의 미분해 및 불활성 유기물 분해율을 높여서 소화효율 및 소화가스의 발생량을 증대시킬 수 있는 기술이다. 혐기성 고효율 단단소화 시스템은 기존 2단 혐기성 소화조를 단단으로 개량하는 시설이기 때문에 슬러지 처리량의 증대에 대한 완충력을 가질 수 있고, 가스발생량의 증대율이 높아져 잉여가스에 대한 활용능력을 향상시킬 수 있는 기술이다.
공정의 원리
본 기술의 공정은 기존 소화조에 설치가 용이한 트러스(Truss) 구조의 고효율 소화조 교반기와 기계식 농축 시스템, 가용화 장치로 구성된다.기계식 농축시스템을 통해 생슬러지 및 잉여슬러지를 농축함으로써 혐기성 소화조에서 가온시 필요한 열량과 처리에 필요한 슬러지의 부피를 줄일 수 있다.
가온 열량의 축소에 대한 예로 슬러지 농도 99%를 95%로 농축 시 열량을 약 75% 절감할 수 있고, 농축율이 높아짐에 따라 슬러지 용적이 줄어들게 되어 기존 설치된 혐기성 2단 소화조를 단단소화의 형태로 변환하여 소화조의 규모를 늘릴 수 있다.
이러한 기계식 농축 시스템은 유입되는 슬러지의 고형물 농도에 맞추어 폴리황산 제2철을 첨가 및 반응시켜 여액중 T-P를 배제시킴과 동시에 슬러지를 개량하고 적정한 응집력을 형성할 수 있도록 폴리머를 주입하여 동시에 고액분리를 한다.
이렇게 고액분리 농축된 슬러지를 스크류 농축을 통해 한번 더 농축함으로써 하수처리장의 발생슬러지에 대해 고형물 부하의 증대 및 부피의 감소를 가져올 수 있다. 이렇게 농축된 슬러지는 소화조로 투입된다. 이때 고농도로 농축된 슬러지는 기존 소화조 구조물의 안전을 위하여 기존 소화조 외부에 설치된 트러스(Truss)형 구조물 위에 설치된 기계식 교반기에 의해 슬러지 중의 유기물을 분해하여 유입되는 슬러지의 부피를 감소시키고 안정화시키며 가스를 발생시킨다.
또한 혐기성 고효율 단단소화시 미분해성 및 불활성 유기물은 가용화 장치로 이송되어 스크린과 일체형의 산기장치를 통하여 협잡물 제거와 동시에 메탄이 탈기되며 미분해조를 거쳐서 고형분의 입경을 작게하여 비표면적을 크게 한다.
이렇게 비표면적이 커진 슬러지는 오존과 반응을 하여 이중의 미분해성 및 불활성 유기물을 분해하고 가스 성분은 기액분리장치를 통해 배오존설비로 잔존되는 오존은 분해가 되어 배기되며, 슬러지는 다시 소화조로 우비하여 혐기성 소화조의 영양원으로 공급된다.
이러한 공법을 통해 하수처리장에서 발생되는 슬러지 중의 유기물이 대부분 분해되어 ‘슬러지 감량 및 가스화’되어 최종적으로 탈수를 통하여 무기성 슬러지로서 자원화, 소각 등을 통해 처분된다.
공법 적용 후 개선효과
개선효과로는 가스발생량이 40%이상 증대하고 케익 배출량이 40%이상 저감됨에 따라 에너지 자립화를 50%이상 실현 가능하게 한다.
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