KR0138648B1

KR0138648B1 - 화산재 반응에 의한 액상 슬러지의 화학적 응고방법

Info

Publication number: KR0138648B1
Application number: KR1019900002369A
Authority: KR
Inventors: 꼴렝 프랑소와
Original assignee: 크리스티앙 메떼레뜨; 아쟝스 나셔날트 뿌르 라 레뀌뻬라숑 에 레리미나숑 데 데쉐
Priority date: 1989-02-24
Filing date: 1990-02-24
Publication date: 1998-04-30
Also published as: JPH03101899A; FR2643628A1; FR2643628B1; EP0384846A1; US5043081A; CA2010828A1; EP0384846B1; DE69012852D1; KR900012839A; ATE112240T1

Abstract

액상 슬러지의 원추형 탱크로 이송하고, 내리받이관을 통해 공기를 주입하면서 교반시킨다. 재순환펌프(4)를 사용하여 슬러지가 상기 주탱크와 반응물탱크 사이에서 폐색 순환되도록 한다. 반응물탱크가 넘쳐 주탱크쪽으로 들어간다. 석회를 반응물탱크에, 화산재물질을 주탱크에 첨가한다. 물은 슬러지, 석회 및 화산재물질의 혼합물이 균질해지면 그 혼합물을 다른 펌프에 의해 압축 여과기쪽으로 이송한다. 여과케익은 모아서 최종적으로 저장하거나, 배출시켜 응결시킨다.

Description

화산재 반응에 의한 액상 슬러지의 화학적 응고방법

도면은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 설비의 개요도이다.

본 발명은 화산재 반응에 의한 슬러지의 응고 방법에 관한 것이다.

고체상의 유독물질을 포함하는 폐수 슬러지는 그 슬러지가 방출되는 환경에 해를 끼칠 수 있는데, 그 이유는 고체상이 매우 미세하게 분산되므로 외부의 주위환경과 접촉되는 면적이 상당히 크기 때문이며, 그 슬러지가 적지 않게 물리적 용해, 가수분해, 생물학적 분해 및 기타 현상의 결과로 유독 오염물질의 용액으로 변화되는 것은 불가피하다. 또한, 그 슬러지는 보다 이동성인 분획을 이루며 그 자체가 다소 오염된, 간질성(間質性)액상을 함유한다.

화산재 반응물을 이용하는 방법을 비롯하여 각종 방법을 사용하여 그러한 슬러지를 응고시킴으로써 환경오염 문제를 해결한다.

무기물질의 화산재 능력은 상온에서 석회를 응고시켜 수경성 결합재, 즉 물의 존재하에 응결되어 경화되고 고화될 수 있는 물질을 생성하는 능력이다.

그 효과는 매우 느리고, 혼합한지 약2, 3일 후에나 시작된다. 그 물질은 시각이 경과함에 따라 매우 서서히 변화하고 최대 기계 강도를 얻는데도 수년이 걸릴 수 있다.

널리 통용되고 있는 화산재 물질은 1/30 마이크론 정도의 입자 크기를 갖는 플라이 애쉬(fly ash)이다. 석탄의 연소로부터 생기는 실리카-알루미나 재와 아탄의 연소로부터 나오는 황화 칼슘재로 구분된다.

실질적으로, 플라이 애쉬의 화산재 효과는 처리할 슬러지에 플라이 애쉬와 석회를 동시에 첨가하여 이용할 수 있다.

석회는 슬러지(과량의 석회를 함유한 침전 또는 중화 슬러지)내에 Ca(OH)2의 형태로 이미 포함되어 있을 수 있다.

화산재 반응물을 이용하는 상업적 방법은 이미 알려져 있다.[R.B. POJSASEK, Toxic and hazardous waste disposal volume 1, Ann Arbor Science(1979) 및 U.S.E.P.A., Survey of solidification/Stablization technalogy for hazardous industrial wastes E.P.A.-600/2-79-056(July, 1979) 참조].

미국 회사 I.U.C.S가 개발한 POZ-O-TEC 방법에는 플라이 애쉬와 다른 첨가체가 사용된다. 2개의 반응, 즉 석회 및 가용성 염과 플라이 애쉬에 존재하는 알루미나와의 급속한 반응 및 실리카와 석회와의 보다 느린 화산재 반응이 동시에 일어난다.

처리된 직후에 슬러지는 펌프할 수 있으며 저장소에서 몇주 동안 경화할 수 있는 점성 유체의 형태로 존재한다.

상기 방법은 화력 발전소 매연의 SO 세척액에서 생기는 슬러지를 처리하기 위해 개발된 것으로 그후 화학물질 및 금속 표면 처리 공정에서 배출되는 폐수의 고화에 이용되었다.

상기 방법의 변형방법을 Research-Cottrell 방법(상기에서 이용한 R.B. POJAEK의 문헌 참조)에서 사용하였다. 그 처리 시스템에는 중력식 농축기, 슬러지 탈수용 원심분리기, 플라이 애쉬 콘베이어, 석회 콘베이어, 및 탈수된 슬러지/플라이 애쉬/석회 혼합기가 포함된다.

금속 표면 처리시 나오는 폐수 슬러지의 경우에는 원심분리기 또는 컨베이어 압력 밴드로 수분 약 80중량%를 함유하는 잔류물이 얻어진다. 압축여과기로는 수분 약 70%를 함유하는 잔류물이 수득된다.

그렇게 수분함량이 많으면 불리한데, 그 이유는 그 물질을 응고시키는데 다량의 석회 및 화산재가 필요하고, 그 결과 저장할 고형 폐기물의 중량 및 부피도 증가되기 때문이다.

또한, Research-Cottell 방법에서 사용되는 혼합기는 원심분리에 의해 농축된 슬러지로 이루어진 농후 매질을 플라이 애쉬 및 석회와 고르게 혼합하는 기능을 갖기 때문에 강력하면서도 견고해야 한다.

본 발명의 목적은, 본 발명의 경우 강력한 혼합기를 필요로 하지 않으나 슬러지의 고체상과 액체상 분리의 향상을 보장하는, 다시 말해서 초기 슬러지의 수성상 35 내지 40%를 회수한다는 점에서 보다 간소화된, 비교적 저농도 슬러지(예를 들면 슬러지 중량에 대해 건조 물질 약 3 내지 20%중량 함유)의 처리 방법을 제시하는데 있다. 그 수성상은 재순환시키거나, 예를 들어 이온 교환 수지에 의해 정화될 수 있다.

본 발명은 액상 슬러지를 화산재 물질과 우선 혼합하고 경우에 따라 그 수성 슬러지가 초기에 화산재 반응물 전량과 반응하기에 충분히 많은 양의 수산화 칼슘을 함유하지 못한다면 석회와 혼합하여, 상당히 균질한 혼합물을 수득한 다음, 그 혼합물을 기계적으로 건조시켜, 서서히 응결되어 저장할 수 있는 고형케익을 수득하는, 화산재 반응에 의한 액상 슬러지의 화학적 응고방법으로 이루어진다.

더욱 상세히 설명하면, 상기 방법을 하기 연속 단계 a) 내지 c)로 수행한다:

a) 필요하다면, 상기 슬러지의 PH를 9보다 큰 값으로 조정하는 단계;

b) 상기 단계 a)에서 얻은 생성물을 화산재 물질 및 경우에 따라, 석회와 혼합하여, 생성된 균질의 혼합물이 1 내지 2의 수산화 칼륨/건조물질과 약 2의 화산재물질/수산화칼슘의 중량비로 슬러지 건조물질, 수산화 칼슘 및 화산재 물질을 함유하도록 하는 단계, c) 상기 균질 혼합물을 기계적으로 탈수시키는 단계.

본 발명의 명세서에서, 석회란 용어는 생석회(CaO) 또는 소석회(Ca(OH)₂)를 의미하는 것으로 이해된다.

기계적 탈수란 힘 또는 압력을 가하여, 예를 들면 여과 또는 원심 분리에 의해 슬러지에서 액체상을 많든 적든 완전 제거하는 것을 말한다.

본 발명의 방법은 여러 이점을 갖는다 :

-비교적 묽은 수성물질의 유체를 교반시켜, Research-Cottrell 방법보다 더욱 신속하면서도 양호한 수성상에서 고형물질(폐기물, 석회, 화산재 물질)의 균질화를 이룰 수 있는 점;

-화산재 물질이 특히, 슬러지의 여과에 의해서만 수득된 여과케익보다 투과성이 더 크고 압축성은 덜한 상태로 여과 케익을 만들므로써, 상기 혼합물에 개선된 탈수 능력을 부여하는 점;

-수거된 고체상이 침식 및 침출에 대해 우수한 내성을 갖는 일종의 돌로 서서히 고화되는 점; 및 -마지막으로 본 발명의 방법은 화산재 물질의 저장 및 계량용 설비를 부설하는 것 외에는 달리 기존 처리 장소를 변경시키지 않고서 이용할 수 있는 점.

이미 전술한 배치외에도, 본 발명에는 다른 배치가 또한 포함되는데, 그 배치는 이하에서 본 발명의 방법을 수행하는 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 기술하 설명으로 잘 나타날 것이다.

[슬러지 처리시험 실시예]

1. 조성에 의한 슬러지의 정의

a) 제1슬러지 V₁

비교 실험을 하기 위해 제1슬러지 V1을 합성하였다. 슬러지 V1은 금속염의 산용액을 중화시키기 위해 소석회를 사용함으로써 수득되었다. 표 1은 상기 슬러지의 고체상 및 액체상에 대한 조성을 보여준다.

상기 슬러지는 슬러지 Kg 약 261g의 건조물질 함량을 갖는다(건조 고형물질 25%). 물을 가함으로써 6%가 되도록 회석하여 슬러지 V1을 얻는다.

b) 제2슬러지 V₂

이 슬러지는 금속 표면 처리 공업(자전거 부품의 크롬도금 및 니켈도금)에서, 산성 매질중에서 중아황산 나트륨을 첨가하여 크롬산염을 화학적으로 환원시키는 공정 및 배출물 Kg당 생석회 14.1g의 비율로 생석회를 PH 약 10으로 중화시키는 공정을 연속하여 포함하는 배출물 처리 계통에서 나오는 폐수 슬러지이다.

상기 슬러지의 필수 특징은 다음과 같다.

현탄액의 PH : 9.8

110℃에서 건조 잔사 : 60.7g/Kg

이온화 가능한 염 금속의 농도(mg/건조물질 Kg) :

나트륨 : 8518

칼슘 : 6175

3가크롬 : 980

철 : 192

니켈 : 1310

2. 사용된 화산재 물질의 성질

여러 종류의 화산재 물질을 선정한다. 그 물질들을 각기, 이하에서 기호 A, B, C, D, E로 분류하였다.

A는 프랑스 회사 SOFREM에서 시판하고 있는 훈증 실리카이다.

B는 하기 조성을 갖는 시판중의 가열 실리카이다.

화학적 분석 :

ZrO2 1.3%

Al2O3 3.4%

Fe2O3 0.2% 100℃에서 수분함량 0.22

Na2O 0.2% 100℃에서 1000℃의 연소에 의한 손실율(H2O 제외)

CaO 0.04% 0.03%

C 0.07% 4% 현탁액의 PH 4.4

K2O 0.06%

SO3 0.006%

SiO2 94%

물리적 특성 :

이론적 밀도 2.2g/㎤

겉보기 밀도(압축되지 않은) 0.24g/㎤

비표면적(B. E. T) 14㎡/g

입자크기 : 2μm 미만 90%

1μm 미만 80%

0.2μm 미만 10%

ø50=0.55μm

이러한 가열 실리카는 본질적으로 유리상 실리카의 소구(작은 공모양)들로 이루어진다.

C는 TUBAG에서 시판하고 있는 화산재이다.

D는 VOLVIC(프랑스) 발원의 천연 화산재이다.

E는 유리제조공업에서 일찌기 사용된 유리연마공정의 폐기부산물로서 대량 구입이 가능한 실리카-기재물질이다.

화학적 물질(중량%) :

SiO₂90% 이상

Na₂O(수산물 형태로) 1.5%

탄소를 기본으로 하는 유기물질 0.02%

Fe₂O₃나머지량

상기 분말의 입자 크기는 5μm미만이다.

상기 물질 E를 사용하면(쓸모없을 때까지) 대체로 비교적 값비싼 시판중의 화산재 물질을 사용하는 경우와 비교하여 경제적인 이점이 크다.

[I. 합성슬러지 V1을 처리하기 위해 본 발명의 방법을 사용한 실시예]

각각의 시험에서 수치는 미처리 슬러지 V1 1Kg에 대해 결정된다. 시험 1 내지 6은 대조시험이다.

시험 7 내지 22은 본 발명의 방법에 의한 시험이다.

슬러지 V₁1Kg에 매번 생석회(CaO) 60g이나 120g을 첨가하고 2배량의 화산재 물질 A, B, C 또는 E를 첨가한다. 다음에는, 교반시켜 그 혼합물을 균질화한 후, 196 또는 392kPa의 압력에서 여과한다.

각 시험마다 여액의 중량과 최종 페기물의 용량 및 중량을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

상기 시험 결과는, 최종 고형 페기물의 중량을 감소시키고 수득된 여액의 용량을 증가시키는 압축 여과기의 유리한 효과를 보여주며, 이때 최종 페기물의 중량은 물질 A, B, C의 순으로 감소한다.

이하에 기술된 또 다른 실험은 슬러지 V₁에 첨가된 화산재 물질의 슬러지의 여과능력에 미치는 유리한 영향력을 보여준다. 슬러지의 여과 능력은 하기의 파라메터로 특정 지워질 수 있다 :

1. 여과에 대한 비저항성 : α

2. 여과 케익의 압축건조 : S

3. 여과 케익의 한계건조 : s1

상기 파라메터는 농축능력에 관련된 특성의 측정 실험기준(슬러지 시험)이란 주제로 실린 1979년 11월자 AFNOR(French Standards Institution) 간행물 T97-0001(페이지 1 내지 14)에서 논의되었다.

α는 여과된 현탁액의 여과에 대한 비정항성으로 정의된다. 이 α는 현탁액의 농도와는 무관하며, 무엇보다도 여과 케익을 구성하는 고형 입자의 크기, 형태 및 응집도에 따라 좌우된다.

표 3은 슬러지 V₁만에 대한 비저항성과 비교하여 슬러지 V₁에 석회 및 화재물질을 첨가하여 수득한 비저항성을 보여준다. 그 표로부터, 화산재 물질 C 및 D가 여과 능력을 개선시킴을 알 수 있다.

표 4는 화산재 물질의 첨가로 S의 값이 매우 현저하게 감소됨을 보여준다.

표 5는 슬러지 V₁만의 경우와 비교한 화산재 물질을 첨가한 경우의 한계 건조를 보여준다.

표 2 내지 5에 요약한 결과로부터, 화산재 물질들이 합성 슬러지 V₁의 여과 능력을 개선시킨다는 것을 알 수 있다.

표 6으로 요약한 또 다른 시험은 표 2에 실린 바와 같이 시험 1 내지 22에서 얻어진 케익의 고체화에 관하여 수득된 결과를 보여준다.

실시방법 :

여과후 즉시 각종 여과 케익으로부터 원통형 샘플(직경 3.5㎝, 높이 5.5㎝)을 취하여, 제1배취의 경우에는 28일간, 제2배취의 경우 6개월간 고체화시킨다. 다음에는, 샘플을 교반하지 않은채 물에 놓고, 액침한지 15시간이 경과할 때까지 정기적으로 외관을 검사한다.

그 결과를 표 6에 요약하였으며, 표에서는 하기 부호를 사용한다 :

0 : 물속에 놓은 직후나 잠시후 물질은 가루가 됨.

＋ : 15시간 경과후 물질이 전체적으로 붕괴됨.

＋＋ : 물질이 주로 작은(15㎜) 단편으로 된 최종 상태로 붕괴됨.

＋＋＋ : 부분적으로 붕괴되어 큰 단편(15㎜)의 최종 상태가 얻어짐.

＋＋＋＋ : 물질이 균열됨.

＋＋＋＋＋ : 물리적 상태 불변.

＋＋＋＋＋＋ : 손으로 부서지지 않음.

표 6은 본 발명의 방법에 따라 처리한 물질이 대체로, 슬러지만의 경우나 석회로만 처리한 슬러지의 경우 보다 훨씬 더 내구성이 크다는 것을 보여준다.

또 다른 시험(침출 시험)은 오염물질의 체류와 관련하여, 6개월간 성숙시킨 후, 금속 Cr, Ni, Cu, Fe, Cd, Mn들이 고화된 케익 100g을 교반하지 않은채 15시간 동안 물 1ℓ와 접촉시킴으로써 침출시켜 수득한 수성상에서 더 이상 검출되지 않았음을 보여준다.

[Ⅱ. 슬러지 V2를 처리하기 위해 본 발명의 방법을 사용한 실시예]

제1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 설비의 개요도이다.

슬러지 V2를 약 20㎥ 용량의 원추형 탱크(1)로 이송하고, 내리받이관(2)를 통해 공기를 주입하면서 교반시킨다. 탱크(1)의 상류쪽에 위치한 약 300ℓ들이의 반응물탱크(3)을 사용하여 석회를 첨가한다.

재순환 펌프(4)의 영구 작용에 의해 탱크(1)에 나오는 슬러지를 탱크(3)에 공급한다. 탱크(3)는 넘쳐 탱크(1)로 들어가고 동일한 슬러지 V2로 가득 채워지며, 상기 펌프(4)로 인한 교류에 의해 교반된다.

상기 방법은 다음 단계들로 이루어진다.

(a) 생석회 분말을 미처리 슬러지 Kg당 석회 11g의 비율로 반응물탱크에 과량 첨가하는 단계, 주입된 석회는 몇분 후에 그 설비내에 존재하는 액상 슬러지의 매스 전량과 전부 혼합된다. 측정된 PH는 12.7이다.

(b) 선정된 화산재 물질(이 경우에는 가열 실리카 B)를 초기 슬러지 Kg당 11g의 비율로 원추형 탱크(1)에 직접 첨가하는 단계 ;

(c) 탱크(1)에서 10 내지 15분 동안 교반을 지속시키는 단계, 펌프(5)를 사용하여 혼합물을 압축 여과기(도면에는 나와 있지 않음)쪽으로 이송시킨다.

(d) 혼합물을 60×60cm 접시가 있는 접시형 압축 여과기에 공급하고 4Kg/㎠의 압력에서 불연속적으로 가압하는 단계 ;

(e) 여과 케익을 모아 최종적으로 저장하거나 배출시키는 단계(가능하다면 압착후에).

샘플을 또한 채취한다. 29일 경과후에 원통형 샘플(직경 3.5cm, 높이 5.5cm)은 매우 단단했고 손으로 부서지지 않았다. 슬러지 V₁의 경우와 동일한 조건하에서 교반하지 않고 침출시험을 행한 결과, 본 발명의 방법이 석회만으로 처리하는 방법에 비하여 유리한 것으로 입증되었다.

[표 1]

* 얻어진 값은 mg/슬러시 Kg으로 표시함

** 얻어진 값은 mg/슬러지 ι로 표시함

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

[표 7]

Claims

액상 슬러지를 화산재 물질과 우선 혼합하고 경우에 따라 그 슬러지가 초기에 화산재 반응물 전량과 반응하기에 충분히 많은 양의 수산화 칼슘을 함유하지 못한다면 석회와 혼합하여, 상당히 균질한 혼합물을 수득한 다음, 그 혼합물을 기계적으로 탈수시켜, 서서히 응결되어 저장 고형케익을 수득하는 화산재 반응에 의한 액상 슬러지의 화학적 응고방법.
제1항에 있어서, 상기 액상 슬러지가 3 내지 20중량%의 건조물질함량을 갖는 방법.
제2항에 있어서, 하기 연속단계(a) 내지 (c)를 포함하는 방법 : (a) 필요하다면, 상기 슬러지의 PH를 9보다 높은 PH값으로 조정하는 단계 ; (b) 상기 단계 a)에서 수득된 생성물을 화산재 물질 및 경우에 따라 석회와 혼합하여 수득된 균질 혼합물이 1 내지 2의 수산화칼슘/건조물질과 약 2의 화산재 물질/수산화칼슘의 중량비로 슬러지 건조물질, 수산화칼슘 및 화산재 물질을 함유하도록 하는 단계 ; 및 (c) 상기 균질 혼합물을 기계적으로 탈수시키는 단계.
제1항에 있어서, 상기 화산재 물질이 유리 연마공정에서 배출되는 실리카-기재 폐기산물인 방법.
제4항에 있어서, 상기 폐기물이 5μm 미만의 입자크기를 가지며 실리카 90중량% 이상을 함유하는 분말인 방법.