상하수도기술사 127회 4교시 기출문제 3. 하수슬러지 처리 시 혐기성소화의 목적, 원리, 장단점 및 슬러지가용화에 대하여 설명 하시오.

답 1. 혐기성 소화의 목적

- 유기물질의 농도가 매우 높은 폐수는 유기물질을 충분히 산화시키기 위한 호기성 처리가 어려우므로, 산소공급이 없는 혐기성 반응으로 처리하여 유기물 농도를 감소시킨 후 호기성으로 처리

- 유입수의 COD가 2,000ppm이상인 경우에 혐기성 처리가 호기성 보다 경제적인 경우가 많으며, 혐기성 처리는 분뇨, 폐수슬러지 및 공장폐수의 최초처리에 주로 사용됨

 

답 2. 혐기성 소화의 원리

- 혐기성 소화는 유기물을 여러 미생물의 분해작용에 의해 메탄으로 전환하는 일련의 프로세스

- 혐기성 소화는 아래 3단계의 프로세스로 구분가능하며, 하나의 반응조 내에서 미생물군이 공생계를 만들고, 연계된 반응 메탄발효가 진행됨

답 3. 혐기성 처리의 장단점

1) 장점

- 유기물 부하가 높은 폐수 처리 가능

- 슬러지 발생량이 호기성 처리법에 비해 적음

- 발생 슬러지의 탈수성 우수

- 질소나 인 등의 영양염류의 요구량 적음

- 호기성 처리법에 비해 중금속 및 독성물질에 대해 덜 민감

- 최종산물로서 유용한 메탄가스 획득 가능

2) 단점

- 처리수의 수질이 나쁘기 때문에 후처리로 호기성 처리 필요

- 호기성 처리에 비해 냄새가 심하며, 처리기간 길다

- 호기성 처리에 비해 운전이 비교적 어려움

- 건설비가 비싸고 넓은 부지면적 요구됨

 

답 4. 슬러지 가용화

1) 슬러지 가용화의 필요성

- 2003년 슬러지의 직매립 금지, 2011년 해양투기 금지

→ 슬러지의 처분을 위한 감량화 및 자원화 필요성 증가

- 슬러지 처리비용이 전체 유지관리비용의 많은 부분을 차지

→ 환경친화적, 경제적, 대규모 처리가 가능한 처리기술 개발 시급

- 슬러지 가용화는 하수슬러지 감량화를 위해 적용된 혐기성 소화효율의 향상 및 반응조 용량 감소를 위해 적용

2) 슬러지 감량기술의 원리

(1) 가용화 방법의 구분

- 열처리

- 기계적 방법 : 기계적 파쇄, 고압파쇄

- 화학적 방법 : 산, 알칼리 및 오존처리

- 초음파 처리

- 생물학적 방법

- 혼합처리 : 둘 이상의 방법 동시 적용

(2) 가용화의 효과

- 세포파괴로 인한 COD, 단백질, 탄수화물 또는 핵산 등의 농도 증가

- Floc의 크기 감소

- 생분해성 및 탈수능 향상

- SCOD 증가 : 가용화 시 세포내 물질의 외부 방출

- 가용화된 슬러지를 탈질을 위한 외부 탄소원으로 활용 가능

- 혐기성 소화효율 향상 및 바이오가스의 생산량 증가

(3) 슬러지 가용화 및 감량기술의 원리

- 상기의 슬러지 가용화 방법들을 통해 슬러지 Floc과 세포벽을 파괴

- 가용화 후 생물반응조로 유입시켜 최종적으로 이산화탄소로 분해, 일부는 생체합성에 사용되어 잉여 슬러지의 감량화 효과 발생

- 슬러지의 생분해성 향상으로 슬러지 혐기성 소화효율 향상

3) 대표적 가용화 방법 비교

공법 항목	열적 가수분해	가압파쇄	초음파
원 리	온도 165℃까지 상승 → 미생물 세포막 파괴	가압(12bar)후 급격한 압력강하 → 공동화(cavitation) 현상 → 세포막 파괴	초음파의 공동화 현상이용 → 세포막 파괴
효 율	우수	낮음	보통
장 점	- 소화조 가온열 재이용 - 살균 동시 진행 - 고형물부하 대응성 탁월	- 슬러지 저감효율 비교적 우수 - 설비 컴팩트 - 살균 동시 진행	- 설치, 시공 간편 - 운전관리 용이 - 전력소보 적음
단 점	- 소요부지 비교적 큼	- 전력소모 비교적 큼 - 가용화 효율 낮음	- 유지관리비 비교적 높음 - 설치면적이 다소 큼

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