농축슬러지 pH에 따른 응집성 및 탈수성 정성평가

경규선·김성재·유동구·정희중·이태일·오세영

서울특별시 구의아리수정수센터

1. 서 론

정수처리시 부산물로 발생하는 슬러지의 재활용에 대한 노력과 더불어 정수장 슬러지의 특성, 탈수성능, 응집제의 적용성, 탈수기 운전 조건 등의 개선을 통해 탈수슬러지 함수율을 낮추어 슬러지 감량화를 모색하는 연구가 많이 진행되어 왔다.

정수장 슬러지 내에는 정수처리상 사용하고 있는 무기고분자응집제가 포함되어 있으며, 이는 pH와 알칼리도 범위에 대하여 일정한 응집특성이 있다. 또한 슬러지 탈수를 위해 사용하고 있는 유기고분자응집제 역시 pH에 따라 응집효율 차이가 있다. 이에 따라 슬러지 감량화를 위해서는 응집․탈수성 향상을 위한 pH와 유기고분자응집제의 최적화가 필요하다.

따라서, 본 연구에서는 pH 조정을 통한 유기고분자응집제의 응집성 및 탈수성을 pH별로 비교 평가하여 탈수성 향상을 통한 함수율 저감과 그에 따르는 정수장 슬러지의 감량화 가능성을 모색코자 하였다.

2. 실험재료 및 분석방법

2차 농축조에서 나와 탈수공정으로 가기 전의 저류조에 있는 농축슬러지를 대상으로 실험하였으며, 실험실 실온(16～20℃)에 맞춰 실험을 실시하였다.

실험에 사용할 유기고분자응집제는 이온성별로 총 11종을 대상으로 하였으며, 수돗물로 농도 0.1 w/v%의 액상 희석응집제로 제조하여 사용하였다. pH 조절제로는 황산(95%), 황산(1+1) 용액과 가성소다(20 w/v%), 소석회(10 w/v%)를 사용하였다. 총고형분(TS, Total Solid)은 약 100g의 시료를 건조기에서 105℃로 12시간 건조하여 방냉(放冷) 후 저울로 측정하였다. pH의 측정은 Thermo Scientific사의 ORION 3 STAR 측정기를 사용하여 Buffer Solution으로 Calibration 및 재현성 확인 후 시료를 측정하였다. 탈수성은 슬러지 200 mL를 대상으로 Buchner funnel을 사용하여 TTF(Time to filter) 실험을 실시하였다.

3. 실험 결과

3.1 유기고분자응집제의 종류별 적용성 평가

중성 pH 범위에서 슬러지의 응집․탈수성이 가장 좋았다. 응집제 종류별로는 음이온계>비이온계>양이온계 순으로 응집성을 나타내었고, 음이온계 응집제 중에서도 중음이온성인 A-330PH가 상대적으로 우수한 탈수성을 보였다.

Table 1. Comparison characteristics of sludge between pH and properties of polymer

Details		pH of thickened sludge
		3～4	6～7	11～12
Sedimentation		○	△	○
Coagulation	Cationic polymer	×	×	×
	Anionic polymer	×	◎	△
	Nonionic polymer	△	◎	○
Dewaterbility	Anionic polymer	×	◎	×
	Nonionic polymer	×	○	△
Delamination from filter cloth		-	○	×

※ 양호 : ◎, 보통 : ○, 미흡 : △, 불량 : ×

3.2 농축슬러지 pH별 탈수성 평가

TS가 6.1%, 4.7%, 3.3%인 각각의 농축슬러지의 pH를 5.6, 6.2, 6.7, 7.3, 8.0으로 조정하여 응집제 주입율별 TTF 실험을 한 결과는 탈수여액 수율 및 여액통과시간으로 판단할 때 pH 6.2와 pH 6.7에서 가장 좋은 탈수성을 보였다.

pH 5.6의 슬러지에서는 응집제 주입율별로 동일한 TTF를 기준으로 탈수성의 편차가 컸으며, pH 6.2, 6.7, 7.3의 경우는 pH가 높을수록 시간에 따른 여액량의 증가 속도가 느리게 나타났다. pH 8.0에서는 여액수율이 가장 낮았으며, 여액통과시간도 가장 느리게 진행되었다.

Table 2. Comparison Dewatering characteristics of sludge between pH and polymer dosage

4. 결 론

정수장 농축슬러지의 pH는 장마철 고탁도 유입시기를 제외하고는 pH 6.6～7.2 범위를 갖고 있다. 이를 pH 6.2로의 조정을 통해 탈수성 향상에 의한 함수율의 저감을 기할 수 있을 것으로 판단된다. 단 주의할 점으로는 pH 6.2에서는 pH 6.7과 비교하여 동일한 최저 응집제 주입율시 탈수성이 저하되므로 현장 적용시 최적 주입율을 선정하는 것이 중요하다. 또한 본 연구결과는 pH에 따른 탈수성의 정성평가이므로 실공정 적용에 따른 함수율 정량분석을 통하여 효과 검증이 필요하다.

참고문헌

1. 문용택 외 3명, “정수장슬러지의 전처리에 의한 탈수특성”, 대한토목학회학술발표회논문집,.2000(3), 901-904(2000)

2. 이정언, “정수슬러지의 특성이 탈수성능에 미치는 영향”, 대한환경공학회지. 25(8), 1059-1066(2003)

3. 서정원 외 4명, “고분자 응집제 첨가에 따른 슬러지의 탈수성 및 점도 특성”, 대한환경공학회지, 18(12), 1609-1618(1996)