Abstract
Sewage treatment plants are social infrastructure of cities. The sewage distribution rate in Korea is reaching 94% based on the sewage statistics based in the year of 2017. In Korean sewage treatment plants, use of PAC (Poly Aluminum Chloride) accounts for 58%. It contains a large amount of impurities (heavy metal) according to the quality standards, however, there have been insufficient efforts to reinforce the standards or technically improve the quality, which resulted in secondary pollution problems from injecting excessive coagulant. Also, the increase in the use of chemicals is leading to the increases in the annual amount of sewage sludge generated in 2017 and the need to reuse sludge. As such, this study aims to verify the possibility of reusing sludge by evaluating the stability of heavy metals based on the injection of coagulant mixture during water treatment which uses the torrefield wood powder and natural materials, and evaluating the sedimentation and heating value of sewage sludge. As a result of analyzing heavy metals (Cr, Fe, Zn, Cu, Cd, As, Pb, and Ni) from the coagulant mixture and PAC (10%), Cr, Cd, Pb, Ni, and Hg were not detected. As for Zn, while its concentration notified in the quality standards for drinking water is 3 mg/L, only a small amount of 0.007 mg/L was detected in the coagulant mixture. Maximum amounts of over double amounts of Fe, Cu, and As were found with PAC (10%) compared to the coagulant mixture. Also, an analysis of sludge sedimentation found that the coagulant mixture showed a better performance of up to double the speed of the conventional coagulant, PAC (10%). The dry-basis lower heating value of sewage sludge produced by injecting the coagulant mixture was 3,378 kcal/kg, while that of sewage sludge generated due to PAC (10%) was 3,171 kcal/kg; although both coagulants met the requirements to be used as auxiliary fuel at thermal power plants, the coagulant mixture developed in this study could secure heating values 200 kal/kg higher than the counterpart. Therefore, utilization of the coagulant mixture for water treatment rather than PAC (10%) is expected to be more environmentally stable and effective, as it helps generating sludge with better stability against heavy metals, having a faster sludge sedimentation, and higher heating value.
하수처리장은 도시를 구성하는 사회기반시설물로 2017년 하수도 통계 기준 국내 하수도 보급률은 94%에 달하고 있다. 국내 하수처리장에서 PAC(Poly Aluminum Chloride)의 사용량이 58%를 차지하고 있으나 PAC의 경우 품질기준상 불순물(중금속) 함량이 높음에도 불구하고, 기준 강화나 기술적 품질개선이 제대로 이루어지지 않아 응집제 과다 주입 시 2차 오염문제가 대두되고 있다. 또한, 약품사용량이 증가함에 따라 2017년 기준 연간 하수슬러지 발생량과 슬러지 재이용의 필요성 또한 증대되고 있다. 이에 본 연구에서는 반탄화목분 천연재료 혼합응집제를 이용한 수처리 시 혼합응집제 주입에 따른 중금속류에 대한 안정성을 평가하고, 하수슬러지의 침강성 및 하수슬러지 발열량 평가를 통해 슬러지 재이용의 가능성을 검증하고자 한다. 반탄화목분 천연재료 혼합응집제와 PAC(10%)의 중금속류(Cr, Fe, Zn, Cu, Cd, As, Pb, Ni) 분석 결과 Cr, Cd, Pb, Ni, Hg의 경우 검출되지 않았으며, Zn의 경우 반탄화목분 천연재료 혼합응집제에서 먹는물 수질기준에서 고시한 Zn의 농도가 3mg/L인 것에 비해 0.007 mg/L로 극소량만 검출되었다. Fe, Cu, As의 경우 PAC(10%)를 주입한 경우가 반탄화목분 천연재료 혼합응집제 보다 최대 2배 이상 검출되는 것으로 나타났다. 또한, 슬러지 침강성 분석 결과 반탄화목분 천연재료 혼합응집제가 기존 응집제인 PAC(10%)에 비해 최대 2배 빠르게 침강하는 것으로 반탄화목분 혼합응집제의 침강성이 PAC(10%)보다 우수한 것으로 나타났다. 반탄화목분 천연재료 혼합응집제를 주입하여 발생된 하수슬러지의 건조기준 저위발열량은 3,378 kcal/kg이며, PAC(10%) 응집제를 주입하여 발생된 하수슬러지의 건조기준 저위발열량은 3,171 kcal/kg으로 두 응집제 모두 화력발전소의 보조연료 구비조건을 만족하였으나, 본 연구에서 개발한 반탄화목분 천연재료 혼합응집제를 사용할 경우 기존의 응집제보다 200 kal/kg 정도 높은 슬러지 발열량을 확보할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 반탄화목분 혼합응집제를 이용하여 수처리를 수행할 경우 기존의 응집제인 PAC(10%)보다 중금속류에 대해 안정적이며, 우수한 슬러지 침강성과 높은 발열량을 갖는 슬러지를 생성하여 환경적으로 안정적이며, 효율적인 활용이 가능할 것으로 판단된다.
