KR100877171B1 - 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페활성슬러지의 중심체인 세포를 과산화수소와 은(silver)이 결합된 산화제, 일명 후와산(Huwa-san)을 사용하여 세포막과 세포벽을 손상시켜 세포 내의 구성물인 물을 세포 밖으로 유출시킴으로써, 하수처리장에 설치 사용되고 있는 벨트프레스나 데칸터(decanter) 등 탈수기의 탈수효율을 높여 하수처리장에서 발생하는 슬러지의 양을 대폭 줄일 수 있는 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법은 폐활성슬러지에 400 내지 700ppm의 후와산을 혼합하는 단계; 혼합된 폐활성슬러지와 후와산을 교반기에서 100rpm으로 3분간 교반시키는 단계; 양이온계 고분자응집제 용액을 주입하면서 40rpm에서 2∼3분간 교반시키는 단계를 거쳐서 하수 폐활성슬러지를 처리하며, 후와산은 물, 과산화수소, 은, 질산으로 구성된 산화제인 것을 특징으로 한다.

폐활성슬러지, 후와산, 과산화수소, 은, 콜리이드실버, 세포막

Description

후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법{Treating method of waste activated sludge using Huwa-san}

본 발명은 폐활성슬러지의 중심체인 세포를 과산화수소와 은(silver)이 포함된 산화제, 일명 후와산(Huwa-san)을 사용하여 세포막과 세포벽을 손상시켜 세포 내의 구성물인 물(H₂O)을 세포 밖으로 유출시킴으로써, 하수처리장에 설치 사용되고 있는 벨트프레스나 데칸터(decanter) 등 탈수기의 탈수효율을 높여 하수처리장에서 발생하는 슬러지의 양을 대폭 줄일 수 있는 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하수처리장에서는 생활하수를 미생물에 의한 생물학적 공법으로 처리하고 있는데, 이때 생기게 된 최종적으로 살아있는 미생물 집합체인 농축생물체를 폐활성슬러지(waste activated sludge)라고 한다. 폐활성슬러지는 함수율이 99%이상이므로 반드시 기계적인 탈수공정을 거쳐 탈수시킨 후, 폐활성슬러지에 포 함된 물을 제거한 후에 해양배출 또는 육상매립과 같은 방법으로 슬러지를 처리하고 있다.

일부 하수처리장에서는 기계적인 탈수의 효율을 높이기 위해 폐활성슬러지를 혐기성 조건에 의해 혐기 소화시켜 그 소화액을 벨트프레스나 원심탈수기에 의해 탈수시키기도 하는데, 여러 사정과 기술상으로 소화효율이 낮아 탈수율이 저조한 편이고, 또한 기계적인 탈수설비에 의해 폐활성슬러지를 탈수시키는 데는 탈수율에 한계가 있다. 그런데 폐활성슬러지의 물리적인 특성 즉, 폐활성슬러지는 대부분 세포로 구성되어 있고, 세포는 80% 이상이 물(H₂O)로 구성되어 있으며, 이 물은 세포막과 세포벽에 둘러싸여 세포 외부로 유출할 수 없기 때문에 탈수를 시키더라도 탈수율에 한계가 있다.

세포막(cytoplasmic menbrane)은 그 두께가 7∼8㎚정도이고, 건조중량의 10%정도 차지하는데, 주로 인지질과 단백질로 구성되어있다. 세포벽(cell wall)은 견고한 구조물로 외부로부터의 기계적 충격이나 삼투압에 의해 파괴되는 것을 막는 기능을 수행하고 있으며, 세포벽의 성분은 여러 가지 다당류와 인산에스테르 결합에 의해 연결되어 있어서, 세포 내부에 있는 물이 세포 밖으로 빠지지 않게 되어 있다.

폐활성슬러지로부터 원활한 탈수가 이루어지기 위해서는, 우선 세포벽과 세포막을 파괴시켜야 하고, 이와 같이 세포벽과 세포막이 파괴되어 세포 내에 있는 물이 밖으로 유출될 때, 기계적인 탈수율이 높아지게 되어 전체적인 폐활성슬러지의 양이 줄어들게 된다. 따라서 폐활성슬러지의 양을 줄이기 위해서는 폐활성슬러지를 구성하는 세포의 세포벽과 세포막을 파괴시키는 일이 필수적이라고 할 수 있다.

상기와 같이 세포 내에 있는 물을 탈수시킨 폐활성슬러지 케익은 복토재로 활용하거나, 농촌지역에서 퇴비로 활용할 수 있고, 혼합소각시에도 높은 소각효율을 가질 수 있는데, 그러기 위해서는, 현재 80% 전후의 함수율을 갖는 폐활성슬러지 케익의 함수율을 대폭 낮춰야 한다. 그러나 현재 사용되고 있는 어떤 방법으로도 폐활성슬러지 케익의 함수율을 대폭 낮출 수 없다는 문제가 있다. 또한 앞으로는 슬러지의 해양투기를 금지하는 법률이 제정되어 슬러지의 해양투기가 원천적으로 봉쇄되므로 하수처리장에서 발생하는 슬러지 처리 문제가 환경적으로나 사회적으로 큰 골칫거리가 된다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 폐활성슬러지의 중심체인 세포를 과산화수소와 은이 포함된 산화제, 일명 후와산(Huwa-san)으로 세포막과 세포벽을 손상시켜 세포 내의 구성물인 물을 세포 밖으로 유출시킴으로써, 하수처리장에서 벨트프레스나 데칸터(decanter) 등 탈수기의 탈수효율을 높여 슬러지의 양을 대폭 줄이고, 또한 친환경적이며 경제적으로 슬러지를 처리할 수 있는 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적 달성을 위하여 본 발명에 따른 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법은, 폐활성슬러지에 400 내지 700ppm의 후와산(Huwa-san)을 혼합하는 단계; 상기 혼합된 폐활성슬러지와 후와산을 교반기에서 100rpm으로 3분간 교반시키는 단계; 양이온계 고분자응집제 용액을 주입하면서 40rpm에서 2∼3분간 교반시키는 단계를 거쳐서 하수 폐활성슬러지를 처리하며, 상기 후와산은 물, 과산화수소(H₂O₂), 은(silver), 질산(HNO₃)으로 구성된 산화제인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 고분자응집제의 농도는 0.1%인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 것과 같은 본 발명에 따른 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법은, 폐활성슬러지(농축 슬러지)에 후와산을 투입하면 슬러지(농축 슬러지)내 선택적 미생물의 세포벽과 세포막에 손상을 주어 세포 내의 구성물인 물(H₂O)을 세포 밖으로 유출시키기 때문에 탈수효율을 대폭 높일 수 있어서 슬러지의 양을 대폭 줄일 수 있다.

또한, 폐활성슬러지도 수분함유량이 감소되어 다음과 같이 처리 및 이용할 수 있는 장점이 있다.

1) 매립지 인근지역의 하수 슬러지는 고화 처리하여 복토재 활용

2) 소량발생 및 농촌지역은 퇴비화 추진

3) 생활폐기물소각장에 여유가 있는 지자체는 혼합소각

4) 시멘트회사 인근지역은 시멘트 원료화 추진

5) 매립장에 매립하는 경우 매립효율 증대

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 발명은 하수 폐활성슬러지에 물(H₂O), 과산화수소(H₂O₂), 은(silver), 질산(HNO₃)으로 구성된 산화제인 후와산을 혼합하여 교반하는 것을 특징으로 하는데, 후와산은 무색, 무취, 무미의 액체로서 강산화제의 화학적인 살균소독제이다. 이러한 후와산은 독일의 화학자 Heinz Hungerbach가 1980년에 소독제 및 살균제로 개발하여 현재는 벨기에의 Roam chemie사(社)가 생산하여 유럽 지역의 식품산업, 화장품산업, 음료산업, 수영장과 사우나 등에 소독과 살균 목적으로만 널리 사용되고 있다.

살균력은 과산화수소와 은의 결합으로 살균대상이 광범위하고 살균력은 과산화수소보다 최대 100배 이상 강하며, 안정성은 콜로이드 실버(colloidal silver)가 과산화수소의 안정제 역할을 하여 멸균작용 후 물, 산소, 은으로 분해되고 유해가스나 2차 화합물을 생성시키지 않으므로 사람과 환경에 피해가 전혀 없으며, 거의 모든 재질과 장치에 대해 부식을 일으키지 않으며, 살균작용 후에는 완벽히 분해된다.

후와산의 조성은 [표 1]과 같다.

[표 1]

성분	중량(g)	비율(%)
Water	597.7	49.98
H2O2	597.7	49.98
Silver	0.36	0.03
HNO₃	0.2	0.01
합계	1,196g/ℓ	100

이러한, 후와산이 세포의 파괴 기작을 살펴보면, 후와산은 과산화수소를 기반으로 하는 세포소독 및 살균제로서, 살균원리는 활성화산소(active oxygen)에 의한다. 과산화수소(H₂O₂)가 갖고 있는 산소원자(O)는 세균이나 불순물 등과 접촉하게 되면 매우 빠르게 과산화수소로부터 이탈되어 활성화되며, 활성화산소는 세균의 세포벽과 세포막을 침투해 세포 내의 핵산, 단백질 등을 산화시키는 역할을 한다. 과산화수소에서 떨어져 나온 산소원자(O)는 직접 세포벽을 침투하는 것이 아니라, 산소원자 결합의 중간체(Intermediary products)로 변환되어 있다가 이 중간체가 세포막의 지질을 과산화(lipid peroxyidation)시킨다.

과산화된 세포막은 유동성이 떨어지게 되며, 세포막 내의 물질수송에 장애를 받게 되어 세포막의 기능저하, 내부물질의 유출, 세포막의 파열 등이 일어난다.

산소원자결합체는 Hydroxyl radicals(°O-H), Peroxy radicals(°O-O-H), Peroxyl anions(￣O-O-H)의 중간체로 짧은 시간 동안 존재한다. 이 중간체의 성격은 전자 하나가 부족한 매우 불안정한 상태이므로 음전하를 띄는 세포와 반응하기 위해 달려들어 충돌하고, 충돌과정 중에 Hydroxyl radicals(°O-H)와 Peroxy radicals(°O-O-H)는 세포의 세포벽과 세포막에 작용하지만, 음전하를 띄는 Peroxyl anions(￣O-O-H)는 튕겨져나간다.

후와산은 과산화수소에 콜로이드 상태의 은(colloidal silver)이 용해되어 어서, 은(Ag)이 과산화수소 내에 원자상태로 골고루 퍼져 있어 안정제(Stabilizer)와 활성제(Activator)의 역할을 한다. 후와산은 과산화수소에 은이 침전되지 않고 용해된 상태로 지속되는 것이다. 일반적으로 은(Ag)은 비중이 높기 때문에 조금만 시간이 지나면 가라앉고, 또 과산화수소는 분해되어 버리지만, 후화산은 2년 이상 그 기능을 유지한다. 이러한 안정제로서의 기능은 바이러스나 박테리아 등 균류와 접촉했을 때 매우 강력한 활성제 기능으로 바뀌게 된다.

즉, 은과 과산화수소 분자 간의 상호작용으로 인하여, 산소원자 결합의 중간체(Intermediary products)는 매우 강력한 운동에너지를 갖게 되므로 Hydroxyl radicals(°O-H), Peroxyl radicals(°O-O-H)는 더욱 강력한 운동에너지를 갖게 되고, 음전하를 띄는 Peroxyl anions(￣O-O-H) 조차도 세포벽을 쉽게 침투한다. 이 운동에너지는 후와산의 살균력을 과산화수소에 비해 최대 100배 정도 강하게 해주며, 또한 후와산은 살균 후 물(H₂O)과 산소(O₂)로 변하기 때문에 환경오염이나 냄새 등 2차 오염이나 인체피해가 전혀 발생하지 않는다.

[ 실험예 ]

<시료 채취 준비>

세포 파괴실험을 위한 시료채취는 하루 유입하수량이 150,000∼160,000㎥, 유입 BOD는 200∼300mg/ℓ, SS는 150∼250mg/ℓ 유발하는 S시 하수처리장 2차 농축슬러지를 실험에 필요한 시료로 채취하였고, 채취시료의 조성은 [표 2]와 같다

[표 2]

항 목	범 위	평 균
pH	6.78∼7.5	6.96
Alkalinity	292∼447	369
volatile acid	110∼296	203
TCOD	11,480∼18,864	15,172
TBOD	4,288∼8,200	6,244
TS	5,230∼19,955	12,592
VS	4,269∼16,892	10,580

(all unit : mg/ℓ)

<분석 항목 및 방법>

- 시료의 pH는 TOA사(社)의 HM-30V pH meter을 이용하였고 측정 전에 표준용액으로 보정하여 사용하였다.

- 시료의 온도측정은 알콜 봉상온도계를 사용하였다.

- COD는 potassium dichromate(K₂Cr₂O₇)를 산화제로 이용한 open reflux method를 사용하였으며 TS, VS는 evaporation dish 를 사용해 각각 110˚C, 550˚C에서 일정시간 건조시켜 무게를 달아 측정하였다.

- 탈수 실험에서 비저항계수는 Buchner Funnel system을 이용하여 측정하였고 이때 사용된 여지는 국산여지로서 NO.B로 여과하였고 그 여액을 COD 분석 시료로 사용하였다. 그리고 후와산 처리 후 탈수실험에 동원된 압축식 탈수기의 사용 압력은 ㎠당 kg으로 임의 조정이 가능한 것을 사용하였다.

<세포 파괴실험>

전체 용량이 8ℓ되는 사각 투명유리 용기 5개를 준비하여 균질화 된 농축슬러지를 각각 3ℓ씩 넣었다. 유리용기 5개에 NO.1, NO.2, NO.3, NO.4, NO.5로 표시하고 후와산의 농도가 400, 500, 600, 700ppm이 되게 후와산의 원액을 1.2mℓ, 1.5mℓ, 1.8mℓ, 2.1mℓ을 넣고 NO.5 용기는 후와산을 넣지 않은 비교군(control) 반응조로 하였다. 이때 반응온도(슬러지의 온도)는 상온범위인 16∼17˚C였다.

그리고 후와산과 농축슬러지의 접촉을 위해 속도 조정이 가능한 교반기를 100rpm에서 3분간 교반시켰다. 교반 후에는 하수처리장에서 사용하고 있는 양이온계 고분자응집제(한솔화학 제품) 0.1% 용액을 주입하면서 40rpm에서 2∼3분간 완속교반시켜 응결/응집 상태를 확인한 후 교반기를 정지시켰다.

<세포파괴 관찰>

세포파괴 실험에서 고분자응집제를 넣기 전 즉, 후와산을 각각 상이한 농도로 넣고 교반 후의 파괴실험액을 100mℓ씩 각각 취해 냉장고에 보관 후 실험 익일 E.J 대학교 전자현미경실에 촬영의뢰 하였다. 촬영에 동원된 주사전자현미경의 기종은 Hitachi, S-4700 였다.

<세포파괴에 따른 탈수정도 측정>

후와산을 400ppm(No.4), 500ppm(No.3), 600ppm(No.2), 700ppm(No.1) 그리고 후와산을 투입하지 않은 비교군(원시료 자체)의 탈수 측정을 분석하기 위해 Buchner Funnel System을 사용하여 슬러지 specific resistance를 측정하였다.

[실험결과]

<세포 파괴 실험에서 전자현미경 관찰>

농축슬러지에 대해 후와산을 400, 500, 600, 700ppm이 되도록 투입처리를 한 것과 후와산을 처리하지 않은 원시료 자체를 주사현미경(SEM, Scanning electron microscope)을 이용하여 세포표면을 관찰한 사진에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1∼2는 후와산을 투입하지 않은 원시료 자체를 20,000배로 확대해서 촬영한 것이다. 하수처리에 관여하는 미생물은 다종 다양성을 가지는 복잡성 때문인지 농축슬러지 자체도 매우 복잡한 것 같다. 주로 진정세균영역(Bacteria), 고세균영역(Archaea) 들로 볼 수 있는데 사진상에는 볼 수 없었지만 식물계, 균계 원생동물계의 진핵생물영역(Eukarya)도 공생했을 것으로 판단된다.

도 3∼6까지는 후와산을 400, 500, 600, 700ppm 농도로 처리했을 때의 미생물 세포들인데, 후와산 농도별로 뚜렷하게 구별할 수 없었다. 아울러 후와산을 처리(투입)하지 않은 비교군과도 구별이 되지 않았으며 세포 파괴 여부도 정확하게 관찰할 수가 없었다. 이 같은 결과는 농축슬러지의 농도가 너무 고농도였기 때문인 것으로 판단된다.

그래서, 경기도에 위치한 S시 하수처리장에서 농축슬러지를 재차 채취하여 후와산을 500ppm 농도를 주입하고 100rpm에서 3분간 교반시킨 후 증류수로 10배 희 석하여 5종B 여과지를 사용해 여과시킨 후, 여과지에 걸러진 슬러지를 구균형태와 간균형태별로 구분해서 20,000배의 전자현미경으로 촬영했는데, 도 7은 후와산을 처리하지 않은 원시료 자체이며, 도 8∼10까지는 후와산을 500ppm 농도로 처리한 것을 여러 방향에서 촬영한 것이며, 도 11과 12에서는 간균형의 세포만을 촬영한 것이다.

o 구균형태의 슬러지(미생물)인 경우

원시균은 도 7과 같이, 세균의 표면이 매끄러우며 고유형태가 그대로 유지된 것이 관찰되었다. 그러나, 후와산을 주입한 실험균은 도 8 내지 도 10과 같이, 후와산에 의해 손상을 받아 세균의 표면이 수축되어 쪼그라든 형태로 관찰되었으나 손상이 심한 경우는 더욱 수축되어 중심부위가 도너츠 모양으로 함입되어 있는 것들이 관찰되었다.

o 간균형태의 슬러지(미생물)인 경우

원시균은 도 11과 같이, 세균의 표면이 매끄러우며 고유형태가 그대로 유지된 것이 관찰되었다. 그러나, 후와산을 주입한 실험균은 후와산에 의해 손상을 받아 세균의 표면이 수축되어 쪼그라든 형태로 관찰되었으나 간균의 크기가 큰 것은 모양이 거의 변하지 않은 것으로 관찰되었다.

<세포파괴 실험에서 탈수 특성>

Buchner Funnel System을 이용하여 슬러지 비저항을 측정한 결과들을 요약해서 후와산 주입농도별 t/v를 y축에 v(㎖)를, x축에 protting 한 것을 도 13에 나타내었다. 도 13의 추세선 기울기(b)값은 다음식에 대입하여 후와산 투입농도별 슬러지의 비저항값(r)을 구하여 [표 3]에 나타내었다.

여기서, r : 비저항(cm/g), μ : 여액의 점도(g/cm·sec), A : 여과면적(cm²), w : 단위여액당 생성되는 건조고형물의 무게(g/cm³), p : 진공압력(dyne/cm²), b : t/v-v 의 기울기(sec/cm⁶)이다.

[표 3]

Huwa-San 투입농도(ppm)	Specific Resistance(cm/g)	b값	탈수양호순위
400	9.476×108	0.070	4순위
500	5.984×108	0.061	3순위
600	1.270×109	0.053	1순위 제일양호
700	4.135×108	0.061	2순위
control	6.995×109	0.297	-

도 13과 [표 3]에 나타난 바와 같이, 후와산 처리를 하지 않은 원시료의 비저항값(r)은 6.995×10⁹였는데 비해 후와산 처리를 하였을 때는 비저항 값들이 이보다 매우 적은 값을 보였다. 이는 후와산 처리로 인하여 농축슬러지 미생물 세포에 손상을 주었다는 의미이다.

후와산 처리농도별 세포에 미치는 영향은 600ppm처리일 때 비저항값이 매우 적어 탈수에 가장 효과적인 것으로 나타났고, 500ppm과 700ppm에서는 유사한 값을 보였다.

한편, 도 14는 S시 하수처리장에서 농축슬러지를 다시 채취하여(2008년 3월 30일) 후와산에 의해 세포 파괴 실험을 한 후 탈수특성 실험을 하였다. 이 경우도 후와산 농도별로 처리하여 처리된 슬러지 20㎖를 50㎖용량의 증발접시에 취해 0.1% 고분자 응집제 0.6㎖씩을 공히 넣고, 교반 대신 유리봉으로 휘저어서 응결/응집시킨 후 전량을 Fuchner Funnel에 넣고 진공탈수 실험을 한 결과를 도 14에 plotting하였다. 도 14의 추세선 기울기(b값)을 갖고 비저항(r) 값을 구해서 [표 4]에 나타내었다.

[표 4]

Huwa-San 투입농도(ppm)	Specific Resistance(cm/g)	b값	비고 (탈수양호순위)
400	3.780×109	0.173	4순위
500	3.483×109	0.140	3순위
600	3.469×109	0.127	2순위
700	3.019×108	0.013	1순위
control	1.112×1010	0.407	-

도 14와 [표 4]에 나타낸 바와 같이, 후와산 처리를 하지않은 원시료의 비저항 값(r)은 1.112×10¹⁰ 였는데 비해 후와산 처리를 하였을 때는 비저항 값들이 이 보다 훨씬 적었다. 이는 후와산 처리로서 농축슬러지 세포에 크게 손상을 주었기 때문이다. 후와산 처리농도별 세포에 미치는 영향은 700ppm일 때 제일 양호하여 탈수기로 탈수시킬 때 탈수가 제일 잘 될 것으로 판단되며 비교적 후와산 투입농도가 클수록 탈수율이 높을 것으로 판단된다.

1차 실험과 2차 실험에서 서로 비저항값(r)이 서로 상이하게 나타난 것은 원시료 자체의 슬러지농도(TS)에 차이가 있었기 때문이며, 1차 실험에서는 후와산 처리 후에 고분자 응집제를 넣고 응결/응집시킨 후에 시료 20㎖씩을 취할 때, 2차 실험 때보다 계량에 오차가 있었던 것으로 판단된다.

<세포 파괴 실험 후의 기타 분석>

1) 2008년 3월 30일에 채취한 농축슬러지 3ℓ에 후와산을 400, 500, 600, 700ppm이 되도록 주입하고 100rpm에서 3분간 교반시킨 후, 고분자응집제를 투입하지 않고 TS 및 VS측정 결과를 [표 5]에 나타내었다. 이때 원시료의 MLSS는 11950mg/ℓ였다.

[표 5]

시료명	Huwa-San처리조건(mg/ℓ)	TS(mg/ℓ)	VS(mg/ℓ)
원시료자체	0	8900	7289
No.1시료	400	12030	9820
No.2시료	500	12185	9980
No.3시료	600	11910	9850
No.4시료	700	11800	9765

2) [표 6]은 동일시료를 갖고 후와산 처리 후 0.1% 고분자응집제(polymer)를 40㎖씩 넣고 응결/응집시킨 시료에 대한 TS(㎖), 고형물(%) 및 함수율(%)을 분석결과이다. 원시료에는 고분자응집제만 넣었다.

[표 6]

시료명	Huwa-San 처리조건(mg/ℓ)	TS(mg/ℓ)	고형물(%)	유기물(%)	함수율(%)
원시료+고분자응집제	-	8981	0.89	82.0	99.1
No.1시료	400	12407	1.24	83.6	98.7
No.2시료	500	13114	1.32	81.9	98.7
No.3시료	600	15048	1.51	82.0	98.5
No.4시료	700	19955	1.99	81.7	98.0

※ 유기물(%)는 건량 기준임.

[표 5]에 의하며 단순하게 후와산 처리만 하고 응집제를 사용하지 않았을 때 원시료 자체보다 후와산 처리군에서 총고형물에 변화를 준 것으로 나타났다. 이같은 결과는 후와산 처리로 과산화수소(H₂O₂)에서 발생기 산소가 이탈되어 산소기체가 슬러지 입자와의 결합으로 슬러지의 밀도를 증가시켰기 때문이라 판단되며, 실험중 실제로 많은 산소기체가 발생되어 슬러지 입자를 크게 하면서 부상되는 것을 볼 수 있었다. 이 현상은 오랜시간 동안 지속되었다.

[표 6]은 후와산 처리 후 고분자응집제를 주입했을 때의 TS, VS 및 함수율을 나타낸 것인데, [표 5]와 비교할 때 응집제 투입시에 TS 함량이 많이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 응집제로 인해 응결/응집으로 슬러지의 밀도가 매우 증가되었 기 때문이다. 그리고 특이한 현상은 후와산 투입농도가 클수록 총고형물 농도가 증가되었다. 이 같은 현상은 후와산의 농도가 증가할수록 발생기 산소 이탈이 과산화수소로부터 많이 생성했기 때문이라 생각되며, 아울러 세포파괴로 세포 내의 원형질이 세포 밖으로 유출되어 세포 자체의 비중이 적어진 데다 발생기 산소기체량에 의해 복합적으로 작용한 것으로 보여진다. 한편, 함수율(%)에는 큰 차이는 없었으나 후와산 처리군이 원시료 자체보다 적게 측정되었다. 이는 후와산에 의해 세포가 손상되었기 때문이다.

다음은 농축슬러지에 후와산을 농도별로 상이하게 처리한 후에 1ℓ비이커에 옮겨 고분자응집제를 일정량 넣고 24시간 방치한 후에 부상(浮上)슬러지 층의 두께를 정밀한 자로 잰 결과를 그림으로 나타낸 것이다.

원시균에 후와산 처리를 하지 않고 고분자응집제만 넣었을 때 1ℓ 비이커 내의 부상슬러지 두께는 약 5.2cm였고 약간의 슬러지가 흐트러져 있었다. 그러나 600 ∼700ppm의 후와산이 주입된 비이커에서는 2.3∼2.5cm, 400∼500ppm의 후와산 주입 비이커에서는 공히 3.2cm정도로 부상층이 생성되어, 후와산을 주입했을 때는 슬러지의 양이 확연히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이때 하부 수(水)층의 색깔은 모두 엷은 회색을 띄고 있었다.

<탈수여액에 대한 COD 분석>

분석에 사용된 여액의 조건은 다음과 같다,

1) 탈수실험(비저항값)을 할 때 Buchner Funnel System에서 발생원 여액에 대한 COD분석하고,

2) 후와산 농도별로 처리 후 농축슬러지를 부상시키고 하부액을 사이펀으로 취해 여과하지 않고 COD 분석하여 [표 8]에 나타내었다

3) 후와산 500ppm으로 처리 후 100rpm에서 2, 4, 6, 8분을 각각 교반시킨 후, 이 액 50㎖씩을 증발접시에 취해 0.1% 고분자응집제 3㎖씩 넣고 유리봉으로 응결/응집시켜 5종 A여지로 여과한 후 여액을 COD 분석시료로 하였고 여과지에 걸러진 고형물은 5∼110℃에서 건조하여 함수율 측정하였다.

[표 8]

시료명	1)번 조건의 여액(mg/ℓ)	2)번 조건의 여액(mg/ℓ)
원시료+고분자응집제 (control)	96.8	212
No.1(400ppm)	101.4	236.5
No.2(500ppm)	129.6	236.5
No.3(600ppm)	135.2	259.1
No.4(700ppm)	149.2	287.3

[표 8]을 볼 때, 후와산 처리 여액에서 COD값이 원시균에서 보다 약간 높게 측정되었다. 이는 후와산에 의해 세포가 파괴되었기 때문이라 생각된다. 한편, 3)번의 실험결과 COD 분석값은 [표 9]와 같다.

[표 9]

시료명	교반시간(분)	COD(mg/ℓ)	함수율(%)
원시료+고분자응집제 (control)	NO-Huwa-San NO-Mixing	45.0	94.4
Huwa-San처리군	2	73.3	-
Huwa-San처리군	4	67.6	95.1
Huwa-San처리군	6	73.2	94.7
Huwa-San처리군	8	74.2	95.1

원시균에서 COD가 45.0mg/ℓ인 반면, 후와산 처리군에서는 대체적으로 높게 측정되었다. 후와산 처리를 동일한 농도로 하고 교반시간을 상이하게 하였을 때 COD에는 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났고, 여과지에 걸러진 습상태의 고형물의 함수율에도 영향을 주지 않았다.

이상에서 살펴본 봐와 같이, 폐활성슬러지(농축 슬러지)의 세포파괴를 위해 5개의 반응 용기에 후와산의 농도를 400 , 500 , 600 , 700ppm이 되도록 각각 주입하고 동시에 후와산을 넣지 않은 반응조를 100rpm에서 3분간 교반시켰을 때, 후와산을 투입한 반응조에서는 증기 발생과 거품이 생성되는 현상을 볼 수 있었다. 아울러 반응 용기 내에서 미세기포가 생성되어 이 기포로 인해 슬러지들이 쉽게 부상되었으며 원시균과의 비교에서 미세한 플럭을 볼 수 있었다. 이런 현상을 후와산의 주입 농도가 저농도에서 고농도 쪽으로 갈수록 뚜렷하게 관찰되었다.

또한, 0.1% 고분자는 응집제를 동일 량 주입하고 40rpm에서 3분간 교반 시켰을 때 응결/응집이 쉽게 일어났으며, 그 규모는 후와산의 반응 농도가 저농도에서 고농도 쪽으로 갈수록 반응이 크게 일어났다.

또한, 고분자응집제를 넣지 않은 상태의 원시균과 후와산 처리군을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 결과, 고농도의 농축 슬러지로 인해 세포 파괴 여부를 파악하는데 실패했으나, 증류수로 10배 희석 후 촬영한 결과, 폐슬러지(농축 슬러지)내 선택적 미생물의 세포벽과 세포막에 손상을 주는 것으로 확인되었다.

그리고, 세포 파괴에 따른 탈수 정도를 확인하기 위해 Bucher Fnunel system으로 specitic resistance를 측정한 결과 원시균에 비해 비저항 값(r)이 약 7∼17배 정도로 차이를 보였고, 후와산의 주입 농도가 클수록 탈수율이 높은 데, 경제적 측면을 고려하면 500∼600ppm이 현장성과 경제성이 있을 것으로 판단된다.

세포 파괴 실험으로 인한 총고형물(TS)의 변화는 원시균 보다 후와산 처리군에서 상당량 증대되었으나 함수율에는 큰 변화가 없었다. 그리고 후와산 처리군에서 슬러지의 부상 현상이 원시균 보다 훨씬 빠르고 부상 밀도가 증대되었으며, 원시균에서 부상 슬러지 층은 5.2cm정도였으며 쉽게 흐트러지는 반면, 후와산 처리군에서는 부상 슬러지 층의 두께가 3.2∼2.3cm이고 흐트러짐이 매우 적었다.

각종 실험에서 발생된 여액의 COD를 분석한 결과 원시균 보다 후와산 처리군에서 높은 COD값을 보였는데, 이는 후와산에 의해 세포의 파괴에 의한 것으로 판단된다.

이상과 같은 결과를 종합해 보면, 후와산 주입농도 400ppm 내지 700ppm 에서 폐활성슬러지(농축 슬러지) 내의 세포가 파괴되는 것을 확인하였고, 이와 같이 후와산에 의해 폐활성슬러지 내의 세포를 파괴시킴으로써 폐활성슬러지의 탈수율을 현저하게 높일 수 있어서, 하수처리장에 후와산 주입을 하면 폐활성슬러지의 양이 현재보다 현저하게 줄어들 것으로 판단된다.

도 1∼2는 후와산을 투입하지 않은 원시료 자체를 20,000배로 확대해서 촬영한 사진.

도 3∼6은 후와산을 400, 500, 600, 700ppm 농도로 처리했을 때의 미생물 세포 사진.

도 7은 후와산을 처리하지 않은 원시료 자체 사진.

도 8∼10은 후와산을 500ppm농도로 처리한 것을 여러 방향에서 촬영 한 사진.

도 11과 12는 간균형의 세포만을 촬영한 사진.

도 13과 14는 후와산 주입농도별 t/v를 y축에 v(㎖)를 x축에 protting 한 그래프.

Claims (6)

1. 하수 폐활성슬러지의 처리방법에 있어서,

   상기 폐활성슬러지에 400 내지 700ppm의 후와산(Huwa-san)을 혼합하는 단계;

   상기 혼합된 폐활성슬러지와 후와산을 교반기에서 100rpm으로 3분간 교반시키는 단계;

   양이온계 고분자응집제 용액을 주입하면서 40rpm에서 2∼3분간 더 교반시키는 단계;

   를 거쳐서 하수 폐활성슬러지를 처리하며, 상기 후와산은 물(H₂O), 과산화수소(H₂O₂), 은(silver), 질산(HNO₃)으로 구성된 산화제인 것을 특징으로 하는 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 고분자응집제의 농도는 0.1%인 것을 특징으로 하는 후와산을 이용한 폐활성슬러지의 처리방법.

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