Transcript 동서대학교 환경공학과 과목명 발표자 담당교수

( Treatment and Reuse of Water Treatment Plant Residuals )
동서대학교 환경공학과
과목명 : 고형폐기물처리공학
발표자 : 최치열, 조현익
담당교수: 장정국 교수님
Ⅰ. 서 론
1. 연구의 배경
1. 매립처분에 대한 환경적인 잠재적인 위험요소 문제
및 경제적 손실
2. 슬러지 발생량 ‘96년 66,277톤 에서 2001년
167,000톤으로 증가 추산
3. 처분비용(수도권기준 : 31,000원/톤)은 연간21억원
에서 52억원으로 증가로 정수생산 원가 상승 요인
4. 수도권 매립지 주민들의 정수슬러지 케잌을 직접매
립 반대
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2. 연구의 목적
 국내외의 정수슬러지의 처리, 처분현황 조사
 국내의 실정에 맞는 대안 모색
 정수슬러지의 재활용 가능성 모색
 향후 연구 방향 제시
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3. 연구 수행방법
 국내외 자료조사
 현황 조사 및 분석
 관련법규 조사
 정수슬러지 성상분석
 처리, 처분공정에서의 감량 및 재활용
 외국의 정수슬러지 처분방안
 실용 가능한 정수슬러지 처분방안
복토재 이용
시멘트 원료
수도관포설토
원예용토
매립성토재
 경제성 평가
 세부 추진방안
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 방향 제시
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Ⅱ. 정수슬러지의 정의 및 성분현황
1. 정수슬러지의 정의
 원수중의 탁도물질과 응집제의 수산화물이 응집 농축
된 액상의 물질
 응집, 침전 공정에서 탁도물질을 제거시키기 위해 주
로 알루미늄 응집제(황산알루미늄, 폴리염화 알루미늄
등) 사용하며 이 때문에 정수슬러지를 Alum슬러지 라
고도 한다.
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2. 정수슬러지의 특성조사
슬러지의 처리현황
높은 수분함량
90% 이상이 매립과 해양투기 방법
탈수슬러지 80%, 침전슬러지 97%
낮은 C/N 비
비료화시 탄소원의 첨가필요
미생물 풍부
정수공정(침전)의 부산물
중금속 함유
낮은 발열량
기준치 이하로 문제 발생의 우려 없음
6,500 Btu/lb, 소각시 보조연료필요
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Ⅲ. 정수슬러지의 처분현황
1. 슬러지 처리 및 처분방법
 기계식 탈수기 등에 의한 탈수케잌 생산(함수율 70~80%)
 탈수케잌을 폐기물 처리업자가 매립, 해양투기(위탁계약, 입찰)
 슬러지 처분비용 구성
1) 매립 처분 비용 (수도권 기준)
- 매립장 사용료 : 10,000 – 30,000원/톤
- 운반비 : 거리별 운송료
- 기타
2) 해양투기 처분비용 (2001년 2월 덕산정수장 기준)
- 육상 운반비용 : 10,340원/톤
- 해상 운반비용 : 12,050원/톤
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2. 정수슬러지 발생량(부산)
98ㆍ99년 정수슬러지 발생량 및 예상량
(단위 : 톤/일)
구 분
합계
덕산
화명
명장
오륜
공업용수
98년
170.3
99.5
52.8
11.0
1.4
5.6
99년
197.4
120.1
61.2
11.1
0.3
4.7
2000년
212.6
136.3
56.0
11.9
1.4
7.0
 2000년 예상발생량
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3. 정수슬러지 처분 현황(전국)
 광역관리 폐기물매립장 : 수도권, 일산
기 타
- 지자체 쓰레기 매립장 : 연초, 구천, 황지정수장
- 폐기물처리업자 자가매립장 : 청주, 대덕, 화순,
대불정수장
- 농지살포, 매립성토재 : 석성정수장
- 해양투기 : 자인, 구미, 사천, 반송, 온산, 덕산,
화명, 명장정수장
- 자연건조 : 산성정수장
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4. 정수슬러지 처분 현황(차트)
9.8%
49.2%
0.4%
40.6%
 수도권의 경우 대부분 매립처분에 의존하며,
 부산의 경우는 100% 해양투기에 의한 슬러지 처분
매립
해양투기
재활용
기타
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5. 슬러지 처분의 문제점
 런던협약에 의한 해양투기 전면금지
 폐기물관리법에 의한 직매립 금지
 지역이기주의 등에 의한 자체 매립처분장 확보 곤란
 기존 매립장의 수명한계(2년 이내) 및 이용불편
 고함수율로 취급성 불량 및 기존매립장의 반입기피
 하천 배출 또는 토지에 폐기시 사회적, 환경적 문제
발생 및 민원발생 우려(악취 및 작물피해)
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6. 매립과 소각 처리의 문제점
매립






과다한 침출수 발생
매립지반의 약화
매립지 확보의 어려움
각종 유해 가스 및
대기 오염물질 발생
악취 발생
복토의 어려움
환경오염, 민원발생
환경부는 슬러지의 직매립
금지 법안 마련
소각





막대한 양의 보조연료 필요
높은 유지관리비와 건설비
슬러지가 소각로 벽면에
녹아 붙음
유지관리의 어려움
유해성분의 대기오염물질
발생
환경오염, 민원발생
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7. 외국의 정수슬러지의 처리현황
구분
일본
연계처리
- 고베시, 쿄토시 :
결과 및 문제점
- 2,000mg/L이하로 방류시 악영향은 없음.
하수도로 방류
미국
서독
– 하수처리장 유입
– 하수만 처리시 SS, BOD의 제거효율 60%, 20%
– 연계처리후 각각 70~80%, 25~45%로 제거율 증가
– 10/143개 처리장 하수 방류 – 2.5~3.0%의 슬러지 농도로 유입
– 3/143개 처리장 하수처리장 – 0.2%의 농도로 1km파이프 관을 통해서 유입시
슬러지 직접 유입
하수관의 퇴적은 발생하지 않음.
국내
– 하수처리장 유입
• 2차 침전지 투입
– 슬러지 100mg당 생하수내 0.057mg의 인 제거
• 첨가량 증가할수록 침강농축성, 탈수성 개선
국내
• 합류관거로 유입시
• 평상시 유량이 설계유량의 1%에 불과하여 유속
 차집관거로 유입시
이 1m/s이하로 침적이 우려됨.
• 관거의 구배불량, 중간처짐 등에 의하여 일반
하수의 20~30%가 침전됨
 우천시 통수단면이 부족함.
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8. 외국의 정수슬러지 처분현황 (Ⅰ)
일본의 처분현황
 수도관 포설토 재활용
 폐광지역 충진제 이용
- 1989년 하나의 도시전체 포설
- 폐기점토와 정수슬러지 혼합
- 탈수케잌 파쇄 후 (탈수케잌 :
모래 : 고화제 = 100 : 5 : 8)
일정비율로 혼합 2주간 양생
- 사용실적 : 1985년 836㎥/년,
1990년 16,556㎥/년 사용
아연폐광 충진제로 사용
- 사용실적 : 1976년 3,600㎥,
1977년 50,000㎥ 사용
 시멘트원료
- 일본구마야 시멘트공장에서
정수슬러지를 이용 연간
16,000톤을 시멘트원료로 재
활용
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8. 외국의 정수슬러지 처분현황 (Ⅱ)
미국의 처분현황
 요업재료
- 정수슬러지를 점토벽돌재료
에 혼합 사용 연구발표
- 혼합사용에 대한 가능성 기술
적으로 해결 가능
- 슬러지 운반과 취급비용은 실
적용에 어려움.
 토양개량제
- 1972년 AWWA 슬러지 처분
분과 위원회와 농업전문가가
공동으로 3년간 연구수행
- 건조슬러지가 토양의 산소
공급과 보습력 향상발견
 알루미늄 회수
- 정수슬러지에서 황산 첨가하
여 용출된 알루미늄 재사용
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산성화공정
추출공정
재생공정
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Ⅳ. 정수슬러지 재활용 방안
복토재
 복토재 조건 : 일축압축강도 0.5kg/㎠이상
유해물질이 용출되지 않아야 한다.
 정수슬러지 : 석회 : 플라이애쉬를 100:10:10으로 고
화처리 후 일축압축강도 0.5kg/㎠의 분석
1) 용출시험 결과 유해물질 기준치 이하로 검출
2) 제조비용 : 50톤/일 규모이상 21,295원/톤
수도권 매립지의 반입비용과 비슷
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 슬러지 용출시험 결과
단위:㎎/ㅣ
용출시험결과
항 목
기준치
Cd
0.3
0.05 이하
CN
1.0
0.16
Pb
3.0
0.2 이하
1.5
0.01 이하
As
1.5
0.09
Hg
0.005
0.0005 이하
Cu
3.0
0.96
유기인
1.0
0.1 이하
TCE
0.3
0.05 이하
PCE
0.1
0.02 이하
Cr
+6
과천시 정수슬러지(1994)
<자료> 한국건설기술연구원 (1995) 『폐기물매립지 차수재 개발』
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 정수슬러지 : 석고 : 석회의 비율을 100:20:5로 혼합
고화한 결과 일축압축강도 0.88kg/㎠를 유지함으로써
매립지 복토재의 활용가능성 확인(수자원공사,1993)
 일본 동경시의 방파제 매립지에 탈수케잌 : 소각재 :
특수시멘트를 100:10:10으로 고화후 해안매립에 활용
사례.
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경량골재, 벽돌재료
1. 슬러지 회분을 금속 몰드에 넣고 1000기압으로
벽돌모양으로 가압성형
2. 1,050℃ 연소로에서 3시간 동안 소성, 부피가
22~28% 감소되면서 벽돌 생산
 장점
1) 알루미나 함량이 많은것은 내화도 높고 단열벽돌
제조의 원료로 사용가능
2) 실리카 성분이 많은 것은 소결성이 좋아 경량골재
점토광물의 대체물질 사용 가능
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3) 단열성, 강도특성 및 경량골재의 경량화 유리.
4) 간단한 분쇄공정에 의해 용이하게 입도의 조절 가능
 단점
1) 폐기물의 생산제품이란 인식으로 일반판매 어려움.
2) 제조 원가가 일반제품보다 고가
 해결방안
- 정부에서 전량 수매후 자체 공사에 조달하거나 국가
보조금을 받는 방식으로 단점 해결.
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시멘트 원료
 시멘트 원료 중 점토의 대체물질로 활용 가능
 단점
1) 슬러지 케잌의 염소함량이 높을 경우 백화현상의
원인
2) 함수율을 낮추기 위해 건조 전처리 시설 필요
3) 시멘트공장의 먼지역 분포에 따른 운송비용 소요
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 해결방안
1) 제조과정 중 염소제거 공법 개발
2) 건조시설 부지 무상 제공
3) 현재 반입비용 지불하는 장기양도 계약 체결
4) 시멘트 운송하고 난 빈 트럭을 이용
 경제성 평가
1) 제조업체가 년간 10억원 이상의 원가 절감
2) 기존 처분비용보다 5억가량 절감
3) 전국으로 확대시 년간 20억원 절감 효과
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수도관 포설토
 탈수케잌, 모래 및 시멘트(고화제) 혼합 고화처리
 탈수케잌 파쇄, 혼합, 고화 및 양생 시설 필요
 제조비용 (처분비용 28,900원/톤 기준)
시설용량
(톤/일)
고정비용
(원/톤)
25
14,931
15
21,247
10
28,813
5
46,803
변동비용
(원/톤)
고화재 제조단가
(원/톤)
23,751
8,820
30,067
37,633
55,623
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원예용토
 토양의 통기성 및 투수성 개선
 pH 교정효과(산성화 억제)
 양분보존능력 및 수분흡수력 효과
 제조공정
슬러지 이송
건조기
원예용토 이용
사이클론
송풍기
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공기 배출
습식 스크러버
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Ⅴ. 실용 가능한 재활용 방안 평가
구분
복토재 활용
시멘트원료 활용
수도관 포설토, 원예
용, 매립성 토재 활용
기술적 가능성
고화처리방법 등으로
제조 가능
시멘트 원료
활용 가능
고화, 건조처리
제조가능
경제성
복토재 구입비용 등을 고려하
면 경제적 편익 큼.
양도협정 체결시
경제성 있음
매립지 반입비용이면
경제성 있음
수요처 확보
매립지 복토재 소요량
고려시 수요량 높음
시멘트 제조량 고려시
수요량 높음
수요량 안정적이지
못함
적용후 2차적
영향
2차적 영향 없음
거의 없음
원예용토 2차 영향
지속 분석 필요
제도적 문제
환경부 장관의 고시획득
없음
원예, 매립성토 제도
보완 필요
기타
수도권 인근 수요처가
있어 재활용 유리
시멘트 제조공장
원거리에 위치
매립성토재 시민 및
민간원예 반대 예상
슬러지 발생량 중
30% 활용
재활용 방안의 다양성
을 위해 20% 활용
비교적 활용 가능방안
슬러지
발생량 중 50% 활용
Resources Recycling
Biotechnology
종합평가
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Ⅵ. 결론
 현재 슬러지 발생량을 고려한 정수처리방법, 슬러지
의 감량화는 거의 초보적인 수준




재활용 방안도 거의 실용화되지 못하고 있는 실정
정수슬러지를 폐기물에서 자원이란 인식 전환 필요
지속적인 활용도 모색
민간업체 참여 가능 분야 (원예용토, 부산물 비료,
시멘트 원료)에 대한 세부 검토 필요
 수요처 확보 할 수 있는 분야에 민간업체의 참여
 자체적인 사업화 방안 및 수급방안 강구
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감사합니다.