응집제종류에 따른 Microwave 가열에 의한 슬러지 건조 특성

Abstract

1972년 체결된 런던협약에 의해 2003년 7월 하수슬러지 육상매립이 금지되었고 2012년부터 해양배출이 금지되어 유기성 슬러지를 자원으로 활용하는 방안에 대하여 다방면에서 연구가 진행되고 있다. 하수슬러지 처리 방법으로 건조, 소각, 고화 부숙화 등의 방법 등이 있으며 43.3 %가 건조방식을 채택하고 있으나 처리 시간과 비용이 많이 소모되는 문제점이 있어 이와 다른 개념의 처리 방법이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 슬러지 건조공정에 Microwave를 적용시켜 슬러지를 경제적이고 효과적으로 처리하는 방안을 개발하는데 그 목적을 두었다. 구체적으로 응집제 종류에 따라 개량된 슬러지를 유전가열방식인 마이크로파 조사를 통해 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률 시행규칙(고형연료제품의 품질·등급기준)에 따라 함수율 10 %에 도달하는 시간을 분석하였으며 Microwave를 이용한 하수슬러지의 건조시간을 단축할 수 있는 응집제를 선정하는데 목적을 두었다. 그 결과 함수율 10 %에 도달하는 시간이 타방식(간접가열방식, 직접가열방식)과 비교하여 Microwave 유전가열방식을 사용한 결과 함수율이 크게 단축되며 열 변환 효율이 우수한 것으로 조사되었다. 또한 Microwave 세기에 따른 가열에서 0.6 ㎾의 세기가 가장 경제적이며 일정 시간의 온도 정체 구간이 존재하기 때문에 그 구간 이상 마이크로웨이브 건조 시간이 필요할 것으로 기대된다. Microwave 건조 실험에 앞서 하수슬러지 개량을 위한 응집제로 황산알루미늄(Al2(So4)18H2O), 염화제2철(FeCl3·6H2O), 폴리염화알루미늄(Al2(OH)nCl6-n), 고분자응집제 K530을 선정하고 슬러지에 필요한 응집제 투여량을 조사하였다. 효율성을 측정하기 위한 방법으로는 탁도와 함수율을 측정 하였다. 응집제 투입량 대비 함수율 변화는 고분자 양이온 응집제가 가장 큰 것으로 관찰되었고, 탁도 제거효율은 PAC가 가장 우수한 것으로 조사되었으며 황산알루미늄과 고분자 응집제의 응집효율이 높은 것으로 나타났다. 각 응집제를 사용하여 개량한 슬러지를 Microwave 건조 결과 Microwave 유전가열 건조공정을 고려한 수처리 운전시 Alum응집제를 사용하는 것으로 Microwave의 전력 사용량을 감소시킨다. 또한 Microwave 전처리 공정이 추가될 경우 건조 효율이 상승하지만 전처리 공정을 위한 에너지 소모량이 과다하게 소비되어 전반적인 건조 공정을 고려할 경우 경제성이 떨어지는 것으로 나타났다. 결과적으로 S시 300톤 규모의 Microwave 플랜트 처리를 가상하여 적용하고 Alum으로 응집제를 교체사용 할 경우 연간 25,000,000 원 절감이 예상된다. 공정에 소모되는 마그네트론 전력소모량이 감소됨에 따라 연간 488,571 ㎾의 전력소모가 절약되고 207,154 ㎏ CO2 배출을 감소시키는 효과를 얻을 수 있었다.