화장실 물을 내리거나, 물을 빼거나, 세탁을 한 후, 폐수는 하수 시스템을 통해 폐수 처리 시설로 이동합니다. 이로 인해 하수 슬러지라는 잔류 고형 폐기물이 생성되는데, 여기에는 중금속, 화학 물질 및 병원균이 포함될 수 있습니다. 전 세계적으로 발생하는 대량의 하수슬러지는 오염물질 농도가 높아 환경문제를 야기하고 있습니다. 그러나 스페인 코르도바 대학의 연구원들은 하수 슬러지를 광범위한 산업 및 주거 부문에서 사용할 수 있는 고부가가치 활성탄으로 전환하는 지속 가능하고 간단한 방법을 개발했습니다.
최근에는 하수 슬러지를 가치 있는 활성탄으로 전환하는 방법으로 열분해(불활성 분위기에서 물질을 고온 열분해하는 방법)가 관심을 끌고 있습니다. 이 프로세스가 실현 가능한지에 대한 지식 격차가 여전히 크기 때문에 연구자들은 여기에서 시작했습니다.
연구진은 생물학적 공정(미생물을 이용해 폐수를 정화하는 공정)을 통해 처리된 하수 슬러지를 사용하여 먼저 슬러지를 용광로에서 건조시켜 높은 수분 함량을 제거했습니다. 그런 다음 건조된 제품을 분쇄기에서 분말로 분쇄하고 활성화제와 혼합합니다.
활성화제는 열화학 반응을 활성화하거나 가속화하며 하수 슬러지에서 활성탄을 얻는 데 필수적입니다. 연구진은 비용이 저렴하고 오염이 없기 때문에 수산화칼륨(KOH)을 선택했으며, 공정을 보다 지속 가능하게 만들고 자원 소비, 환경 오염 및 최종 생산 비용을 줄이기 위해 더 낮은 비율을 사용하려고 노력했습니다. 활성화 후 슬러지 분말을 혐기성 조건에서 열분해 및 탄화시킨 후 염산으로 처리하여 특정 미네랄을 정화 및 제거합니다.
연구진은 슬러지에서 고표면 활성탄을 생성하는 최선의 방법을 결정하기 위해 슬러지와 KOH의 다양한 혼합 비율, 열분해 시간 및 온도 목표를 연구했습니다. 연구원들은 KOH 양을 최소 50% 줄이고, 슬러지 대 KOH 비율을 3:1로 하고, 최대 온도 800°C(1,472°F)가 최적이며, 하수 슬러지 1kg(2.2lb)당 0.63kg(1.3lb)의 활성탄을 생성하는 것이 최적이라는 사실을 발견했습니다. 이는 또한 활성탄을 더 다공성으로 만들고 더 높은 탄소 함량(62%)을 갖습니다. 활성탄은 공기 및 수질 정화, 악취 제거, 귀금속 회수 등에 사용되기 때문에 기체와 액체 속의 화학물질을 흡착하는 능력을 높여주기 때문에 다공성 특성이 중요합니다.
해당 연구의 교신 저자인 María Ángeles Martín은 "실용적인 관점에서 볼 때 산업 규모로 구현할 수 있는 솔루션을 찾는 것이 중요합니다. 이는 산업 규모로 이미 시장에 존재하는 기술을 사용하는 문헌에서 가장 간단한 절차 중 하나입니다."라고 말했습니다.
연구원들은 에너지, 질량 및 경제성을 계산하고 습식 슬러지에서 활성탄을 생산하는 비용이 킬로그램당 €17.53($18.91)가 될 것으로 추정했습니다. 가격이 비싼 이유는 슬러지의 수분 함량이 92%에 달하기 때문이라고 한다. 원심분리를 이용해 폐수처리 과정에서 습도를 80%까지 낮추면 활성탄 1kg당 비용이 50% 이상 감소해 8유로(8.63달러)가 될 것으로 추산된다.
이제 하수 슬러지에서 얻은 활성탄의 품질을 검증하기 위해 단순화된 공정이 테스트되었으므로 연구원들은 이 물질에 대한 응용 프로그램을 개발할 계획입니다.
이번 연구는 환경경영저널(Journal of Environmental Management)에 게재됐다.