XJY 하수 슬러지를 바이오 고형물로 전환: 폐수 처리 그 이상을 통한 여정

XJY 슬러지 처리 도입

1950년 이전에는 미국 대부분의 지역 사회에서 폐수 또는 하수를 거의 처리하지 않고 하천과 강에 배출했습니다. 도시 인구가 증가함에 따라 하천과 강의 자연적인 폐수 처리 능력이 압도되어 많은 지역에서 수질이 악화되었습니다. 수질 저하에 대한 우려에 대응하여 미국 전역의 수천 개의 지역 사회가 1950년대와 1960년대에 폐수 처리 시스템을 건설했습니다. 이로 인해 하천과 강의 수질이 크게 향상되었지만 처리해야 할 또 다른 물질인 하수 슬러지가 발생했습니다. 처리장으로 유입되는 폐수의 약 99%가 재생수로 배출됩니다. 나머지는 처리 과정에서 포착된 희석된 고체 현탁액입니다. 이러한 폐수 처리 고형물을 일반적으로 하수 슬러지라고 합니다.

"하수 슬러지" 또는 "생물 고형물" - 이름이 무엇인가요?

"바이오솔리드(biosolids)"라는 용어는 최근 폐수 처리 산업에 도입되었습니다. 업계에서는 바이오솔리드를 안정화 및 병원균 감소를 위한 충분한 처리를 거쳤으며 토지에 적용할 수 있을 만큼 품질이 충분히 높은 하수 슬러지로 정의합니다. 이 용어는 처리되지 않은 하수 슬러지, 그리고 다량의 환경 오염물질을 함유한 하수 슬러지와 고품질의 처리된 하수 슬러지를 구별하기 위한 것입니다. "바이오 고형물"이라는 용어는 하수 슬러지가 생물학적 과정에 의해 생성된다는 점을 강조하여 산업 슬러지와 하수 슬러지를 구별하는 데도 도움이 됩니다. 이 용어는 하수 슬러지의 실제 특성을 위장하여 일반 대중이 이 물질을 토지에 적용하는 것을 덜 불쾌하게 만들려는 시도로 비판을 받아왔습니다. 비록 "바이오 고형물"이 "하수 슬러지" 또는 단순히 "슬러지"와 같은 부정적인 이미지를 불러일으키지는 않지만, 위에 설명된 구별을 위해 올바르게 사용될 경우 합법적이고 기능적인 용어입니다. 본 문서에서 "하수 슬러지"는 일반적으로 폐수 처리 고형물을 지칭하는 데 사용되며, "바이오 고형물"은 구체적으로 토지 적용에 적합한 물질을 지칭하는 데 사용됩니다.

그림 6하수슬러지

도시 XJY 하수 슬러지 생산

도시 폐수 또는 하수는 도시 및 교외 지역의 가정이나 기업에서 세탁, 목욕 및 화장실 수세를 위해 사용되는 물을 말합니다. 도시 폐수에는 산업계에서 나오는 물도 포함될 수 있습니다. 산업 공정에서 발생하는 화학 물질이나 오염 물질을 제거하려면 도시 폐수 시스템에 기여하는 산업 종사자는 폐수가 하수 시스템으로 배출되기 전에 폐수를 전처리해야 합니다. 폐수는 위생 하수 시스템을 통해 중앙 폐수 처리장(공공 소유 처리장 또는 POTW라고도 함)으로 운반됩니다. POTW에서 하수는 물 속의 영양분과 고형물을 제거하고 유기 물질을 분해하며 병원균(질병을 유발하는 유기체)을 파괴하기 위해 물리적, 생물학적, 화학적 과정을 사용하는 일련의 처리 단계를 거칩니다. 재생된 물은 하천과 강으로 방출되거나 넓은 토지에 뿌려질 수 있습니다.

그림 7 도시 하수 슬러지

미처리 오수의 1차 처리에는 막대기, 병, 종이, 헝겊과 같은 큰 물체를 제거하기 위한 스크리닝과 무기 고형물(모래, 모래, 재)이 물에서 빠르게 침전되는 모래 제거 단계가 포함됩니다. 이 처리 단계에서 제거된 스크리닝과 모래는 일반적으로 매립되며 하수 슬러지의 일부가 되지 않습니다.

1차 처리에는 이 단계에 들어가는 고체 물질의 약 절반을 제거하는 중력 침강 및 부유 공정이 포함됩니다. 이 처리 단계에서 가라앉은 고체 물질(유기 및 무기 모두)은 바닥에서 흡입되어 1차 슬러지를 구성합니다. 대부분의 POTW에서는 1차 처리 과정에서 수면에서 제거된 부유물질(기름, 그리스, 목재, 식물성 물질)을 별도로 폐기하며 1차 슬러지에 포함되지 않습니다.

2차 처리는 자연적으로 발생하는 미생물을 사용하여 폐수에 부유하고 용해된 유기 물질을 분해(분해 또는 소화)하는 신중하게 제어되고 가속화되는 생물학적 공정입니다. 이 물질은 대기 중으로 방출되는 이산화탄소와 미생물 세포 덩어리로 변환됩니다.

2차 침전지에서는 미생물 세포 덩어리가 바닥에 가라앉아 제거됩니다. 이러한 주로 유기 물질을 2차 슬러지라고 합니다.

일부 처리장에는 폐수의 식물 영양분(질소 및 인), 부유 물질 또는 생물학적 산소 요구량을 더욱 줄이기 위해 설계된 3차 처리 단계도 포함됩니다. 화학적으로 침전된 인과 여과는 3차 슬러지를 생성합니다.

마지막으로 물은 병원성 미생물을 파괴하기 위해 소독 처리를 거칩니다. 재생된 물은 하천이나 강으로 방류되거나 넓은 토지에 뿌려질 수 있습니다.

XJY 도시하수슬러지 처리방법

1차, 2차, 3차 슬러지는 일반적으로 결합되며, 1~4%의 고형물을 포함하는 생성된 혼합물을 "원시" 하수 슬러지라고 합니다. 병원균 함량과 불안정하고 분해 가능한 특성으로 인해 미가공 하수 슬러지는 잠재적인 건강 및 환경 위험 요소입니다. 그러나 현재 하수 슬러지를 안정화하고 병원균 함량을 낮추며 고형물 함량을 높이기 위해 여러 처리 공정이 사용됩니다. 하수 슬러지의 병원균 수준을 안정화하고 감소시키기 위해 보다 일반적으로 사용되는 공정 중 일부가 표 1에 나열되어 간략하게 설명되어 있습니다.

하수슬러지에는 무엇이 들어있나요??

하수 슬러지는 무기물과 유기물, 고농도의 일부 식물 영양소, 훨씬 적은 농도의 수많은 미량 원소 및 유기 화학 물질, 일부 병원균으로 구성됩니다. 하수 슬러지의 구성은 폐수의 구성과 사용된 처리 공정에 따라 상당히 다릅니다. 표 2는 하수 슬러지에서 발견되는 식물 영양소와 일부 미량 원소의 중앙값 및 95번째 백분위수 농도를 제공합니다. 이 데이터는 1996년과 1997년 동안 펜실베니아에서 생산된 하수 슬러지에 대한 광범위한 조사에서 나온 것입니다.

하수 슬러지 처리 옵션

하수 슬러지는 유용하게 활용되는 유기 및 영양 자원으로 볼 수도 있고, 폐기해야 할 폐기물로 볼 수도 있습니다. 1991년 이전에는 펜실베니아의 일부를 포함하여 많은 양의 하수 슬러지가 해양 투기로 처리되었습니다. 바닷물의 과도한 영양분 부하에 대한 우려로 인해 이러한 관행이 금지되었습니다. 현재 펜실베니아에서 생산되는 거의 모든 하수 슬러지는 처리되었으며 생물학적 고형물로 분류될 만큼 품질이 충분히 높습니다. 이 물질의 절반 미만이 매립이나 소각으로 처리되는 반면, 나머지 바이오 고형물은 농업, 광산 매립, 조경 또는 원예에 사용하여 토양으로 재활용됩니다. 이러한 각 옵션에는 경제적, 환경적 이점, 문제 및 위험이 있습니다.

매립처리

관리 및 자재 취급 관점에서 볼 때 매립은 아마도 가장 간단한 솔루션일 것입니다. 경제적 관점에서 현재 매립은 다른 옵션에 비해 유리합니다. 그러나 매립 공간이 더욱 제한되고 팁핑 비용(폐기물 투기 비용)이 증가함에 따라 이러한 상황은 의심할 여지 없이 바뀔 것입니다. 환경적 관점에서 볼 때, 매립은 슬러지를 단일 위치에 집중시켜 슬러지 기반 오염 물질이나 병원균의 방출을 방지합니다. 매립지가 적절하게 건설되고 유지관리된다면 환경 위험은 최소화됩니다.

그러나 하수 슬러지 매립 처리와 관련된 위험이 있습니다. 유기 폐기물은 매립지에서 혐기성 분해를 거쳐 대기로 방출될 수 있는 메탄 가스를 생성합니다. 메탄은 지구 온난화와 관련된 온실가스입니다. 매립지에서 방출되는 기타 가스는 불쾌한 냄새를 유발할 수 있습니다. 하수 슬러지가 매립지에 추가하는 다량의 영양분은 지역 환경에 위험을 초래합니다. 매립지 라이너 또는 침출수 수집 시스템에 장애가 발생하면 이러한 영양소가 지역 지하수와 지표수를 오염시킬 수 있습니다. 매립 하수 슬러지는 또한 귀중한 매립 공간을 차지하고 슬러지 내 유기물과 식물 영양분의 잠재적인 이점을 상실합니다.

그림 8매립처리

소각처리

하수슬러지 소각은 폐기되는 물질의 부피를 줄이고, 병원균을 완전히 사멸시키며, 대부분의 유기화학물질을 분해하고, 하수슬러지에 함유된 미량의 열량을 회수하는 기술이다. 잔류 재는 원래 슬러지 부피의 10~20%에 불과한 안정적이고 상대적으로 불활성인 무기 물질입니다. 하수 슬러지에 있는 대부분의 미량 금속은 재에 농축됩니다(농도가 5~10배 증가). 이 물질은 잠재적으로 건축 자재로 사용될 수도 있지만 가장 일반적으로 매립됩니다.

소각은 또한 이산화탄소(또 다른 온실가스)와 기타 휘발성 오염물질(카드뮴, 수은, 납, 다이옥신)을 대기 중으로 배출합니다. 소각장 운영에는 굴뚝 가스에서 미세 입자상 물질(비산회)과 휘발성 오염 물질을 제거하기 위한 정교한 시스템이 필요합니다. 이로 인해 소각은 하수 슬러지 처리에 있어 가장 비용이 많이 드는 옵션 중 하나가 됩니다. 매립과 마찬가지로 하수 슬러지의 유기물과 식물 영양분의 잠재적 이점이 상실됩니다.

그림 9 소각처리