KR0163751B1 - 지렁이 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법 - Google Patents
지렁이 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 활성탄 제조원료의 확보를 위하여 제한된 고급 원료의 대체원료 개발 및 재생효과가 양호한 활성탄의 제조방법과 공정의 연구, 날로 늘어나는 활성탄의 수요 등에 대응하는 활성탄 제조업계 문제점과 각종 폐하수 처리장에서 발생하는 슬러지와 가축폐기물의 처리방법의 하나로 유기성 슬러지를 지렁이의 먹이로 공급하고 지렁이로부터 배설된 분변토는 탈취제나 토지개량제, 퇴비 등으로 재활용하므로 환경공학적 측면에서 폐기물을 안정화시키고, 유기성슬러지를 섭취한 지렁이의 분변토를 활성탄의 제조원료로 사용하는 것이다.
Description
본 발명은 활성탄의 제조에 관한 것으로, 특히 지렁이의 분변토와 유기성 슬러지를 이용하여 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.
활성탄은 상수도 수원 및 취수지, 정수장처리, 하수처리, 산업폐수처리와 지하수의 유기물(색, 냄새, 콜로이드, 세제, 농약제거) 및 상수중의 유리염소의 냄새제거 등의 여러 가지로 이용될 수 있다.
상수도 수원 및 취수지, 정수장의 처리에서는 조류의 발생억제와 미생물 발생에 의한 이물질 냄새제거, 산업폐수 유입으로 인한 이물질 냄새제거, 기름의 제거 및 ABS, 농약 및 아민질의 제거 등에 이용할 수 있고, 하수처리시는 생물학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소량(TOC), 고도처리의 색소제거, 생물처리 방해물질(농약, ABS등)제거, 공업용수로의 재이용, 골프장용수와 잡용수, 지하수로의 이용, 상수도의 재이용 등에 이용할 수 있다.
또한, 산업폐수처리의 이용으로는 생물학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소량(TOC), 색소, 냄새, 기름, 고도처리에 의한 석탄산 제거, 생물처리 방해물질 제거, 생물분해가 곤란한 물질 제거, 수은 기타 금속의 제거, 기름냄새제거, 재순환 용수의 처리 및 방사성 핵종(원자력발전소, 촬영소 등)의 제거 등이 있고, 지하수의 유기물 제거 및 상수중의 유리염소 냄새제거에서는 보일러 원수정화, 원수 중 발열성 물질제거, 초순수의 제조, 수돗물의 염소제거 및 음료수의 처리, 이온교환수지의 보호, 공업용수의 제조, 공장내 순환수의 제조 등에 이용될 수 있다.
일반적으로 활성탄의 제조에 사용되는 원료로는 식물질(목재톱밥, 목탄, 과일껍질, 해조류, 왕겨, 곡물류, 농산물찌꺼기, 커피콩), 동물질(생선뼈, 동물뼈, 혈액), 석탄질(이탄, 토탄, 아탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄, 석탄타르, 석탄피치, 석탄 코오크스), 섬유질(오일스케일, 석유타르, 석유피치, 황산슬러지, 석탄코오크스) 및 산업폐기물(합성수지, 펄프폐액, 알콜폐액, 유기물폐재, 폐타이어, 피혁폐기물, 연소배기가스)등이 있다.
이러한 활성탄을 제조하는 업계에서는 날로 늘어나는 활성탄의 확보를 위하여 제한된 고급 원료의 대체원료 개발 및 재생효과가 양호한 활성탄의 제조에 많은 관심을 두고 있다. 일반적인 활성탄 제조방법의 예로는 약품활성화법과 가스활성화법이 있는 데, 톱밥과 같은 식물성 원료를 이용하는 경우에는 주로 약품활성화법을 사용한다. 약품활성화법은 600℃정도에서 탄화와 활성도를 동시에 시키는 방법으로 염화아연, 인산, 황산 등이 사용된다.
본 발명은 유기성 슬러지를 먹이로 사용한 지렁이의 사육시 발생되는 분변토의 자원화로 환경오염방지 및 폐기물을 재활용함과 동시에 활성탄 업계가 당면한 원료부족 문제, 기존의 활성탄 제조원료의 대체원료 개발과 저렴한 활성탄 원료의 공급 등 날로 늘어나는 환성타의 수요를 충족하는데 그 목적이 있다.
현재 우리 나라에서 발생되는 유기성 슬러지의 대부분은 매립이나 소각과 같은 단순처리 방법으로 처리되고 있는 실정으로 슬러지 매립에 필요한 매립부지확보도 점차 어려워지고 있다.
매립 후 발생되는 침출수에 의한 매립지 주변 지하수나 토양오염, 침출수 처리문제, 매립완료 후 사후관리비용, 슬러지 소각에 따른 대기오염 문제 등을 감안할 때 지렁이 먹이가 될 수 있는 유기성 물질로 이루어진 하수처리장, 식품공장, 제지공장, 공단폐수처리장 등에서 배출되는 슬러지는 양질의 지렁이 먹이가 될 수 있고, 이러한 슬러지를 섭취한 지렁이가 배설하는 분변토는 탈취제 및 비료, 토지개량제 등으로 이용될 수 있기 때문에 지렁이에 의한 지렁이 안정화(Vermistabilization)는 유기성 슬러지의 자원화 및 위에서 언급한 2차 오염방지 측면에서 타당하다 할 수 있다. 여기서 지렁이 안정화(Vermistabilization)는 각종 폐하수 처리장에서 발생하는 슬러지와 가축 폐기물을 지렁이의 먹이로 공급하고 지렁이로부터 배설된 분변토는 탈취제나 토지개량제, 퇴비 등으로 재활용하므로 환경공학적 측면에서 폐기물을 안정화시키는 처리방법을 말한다.
이러한 유기성 슬러지를 먹이로 섭취한 지렁이는 소화관 내에서 당, 지질, 단백질 등의 소화산물을 흡수하고 미분해된 섬유질을 체외로 배출하는데, 이때 점성물질이 섞여 분변토가 형성된다. 이렇게 형성된 분변토는 매우 안정된 물질로서 보수성, 흡습성, 통기성이 우수한 고른 입자로서 그 크기는 대개 0.2∼2.0㎜ 내외이며 구형 또는 타원형의 형태를 갖게 되고, 충분한 영양염류와 함께 유기질을 다량 함유한다. 이와 같이 지렁이의 분변토가 매우 안정된 물질로서 공극이 크며 토양입자의 분산을 막고 입자를 서로 결합시키는 입체구조를 형성하여 토양의 통기성과 보수성 등의 토양 물리성을 개선시키며 양이온 치환능력이 크다는 것과 함께 활성탄 제조시 사용되는 원료와 성상이 유사하다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.
그러므로 본 발명에 의하면 유기성 슬러지를 지렁이 안정화 처리한 후 생성된 지렁이 분변토를 탄화하는 것을 특징으로 하는 지렁이의 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
지렁이를 이용한 유기성 슬러지 처리에서 중요한 인자는 지렁이와 먹이와의 관계라고 볼 수 있다. 즉, 지렁이의 먹이가 되는 슬러지는 미생물을 함유하고 있는 유기물질로 되어 있으므로 시간이 경과하면 변하게 되며, 이 변화과정을 부숙(Decomposition)이라 한다. 즉, 슬러지를 지렁이 안정화로 처리하기 위해서는 슬러지의 이화학적 특성이 지렁이의 생리적응에 알맞고 지렁이에게 독성을 나타내는 물질이 함유되어 있지 않아야 한다. 이와 같은 슬러지의 이화학적 조건과 지렁이의 사육조건이 적합한 경우에만 슬러지의 재활용을 위한 효율적인 지렁이 안정화를 수행할 수 있다. 지렁이의 먹이로 이용되는 슬러지의 성상과 성분은 폐하수처리장에서 발생되는 슬러지의 농축방법, 응집제의 사용여부와 슬러지의 혐기성 소화여부 등에 따라, 유기성 슬러지는 미생물의 작용에 의하여 변화하는데 이 과정에서 일어나는 여러 가지의 변화는 지렁이의 생육에 많은 영향을 주게 된다.
본 발명자의 연구에 의하면 지렁이 안정화로 처리할 수 있는 유기성 슬러지의 이화학적 조건은 pH가 5.8∼7.5, 산화환원전위가 양(+)의 값, 알카리도가 1000ppm이하, Cl-1이온의 농도는 5000ppm이하가 바람직한 것으로 나타났다.
지렁이 안정화 처리여부를 판단하는 데 우선적으로 고려해야 할 조건은 pH이다. 지렁이는 중성에서 잘 자라기 때문에 지렁이 안정화가 가능한 슬러지는 pH 7.0근처인 것으로 알려져 있으며, pH가 5.8∼7.5의 범위에서는 지렁이가 잘 자라는 것으로 보고되고 있다.
또한 지렁이 안정화로 슬러지를 처리하는데 있어서 고려해야 할 조건은 산화환원전위(Eh)이다. 산화환원전위는 슬러지의 함수율, 산소의 유무, 유기물질의 함유농도에 영향을 받으며 슬러지내 환원물질의 농도에 따라서도 영향을 받는다. 슬러지 중에서 유기물질의 분해속도가 빠르면 산화환원전위가 음(-)의 값을 나타내는 데 이 때는 혐기성 상태이므로 호흡에 필요한 산소의 결핍으로 생존할 수 없게 된다. 산화환원전위가 양(+)의 값을 나타낼 때는 지렁이 안정화로 쉽게 슬러지를 처리할 수 있다. 그러므로 지렁이의 생존이 가능한 슬러지는 호기성 상태에 가까운 슬러지이어야 한다.
그리고 지렁이의 먹이로 공급할 수 있는 슬러지의 이화학적 조건으로는 pH와 밀접한 관계가 있는 알카리도가 있다. 이에 지렁이의 먹이로 직접 공급할 수 있는 슬러지의 알카리도는 1,000ppm이하인 것으로 조사되고 있다.
또한 지렁이를 이용하여 슬러지를 처리하는데 있어서 중요한 이화학적 조건으로는 염소이온을 포함한 무기용존염의 존재여부이다. 토양중의 용존염과 Cl-1농도에 따른 영향을 관찰하였을 때 용존염이 0.3∼0.8%, Cl-이온의 경우 0.06%에서는 생체량이 약 0.85g으로 개체의 성장에는 별영향이 없으나 사육상에는 아주 낮은 사육밀도로 나타난다.
유기성 슬러지에 있어서, 제지폐수처리장 슬러지는 수소이온농도, 산화환원전위가 지렁이 안정화조건에 적합하여 제지처리장 슬러지의 경우 지렁이를 이용하여 직접처리가 가능한 것으로 판단된다. 분뇨처리장 슬러지도 수소이온 농도, 산화환원전위가 지렁이 안정화조건에 적합하여 분뇨처리장 슬러지의 경우 지렁이를 이용하여 직접처리가 가능한 것으로 판단된다. 하수처리장 슬러지는 pH가 중성범위로 적당하나, 다른 지표인 산화환원전위와 알카리도가 지렁이 안정화를 하는데는 대부분 부적합하다. 산업폐수처리장 슬러지의 경우는 pH, 산화환원전위, 알카리도가 지렁이 안정화를 하는데는 대부분 부적합하다. 축산폐수처리장 슬러지는 pH와 산화환원전위는 지렁이 안정화 조건에 적합하나 알카리도의 경우는 너무 높아 부적합하여 부숙과정 등의 전처리가 필요하다. 공단폐수처리장 슬러지는 pH는 중성으로 적합하나, 다른 지표인 산화환원전위나 알카리도가 지렁이 안정화를 하는데는 대부분 부적합하다. 즉, 각종 폐하수처리장에서 발생되는 유기성 슬러지중 제지슬러지나 분뇨슬러지를 제외하고는 전처리 없이 직접 지렁이를 이용하여 처리하는 것이 조건에는 부적합하다.
특히, 종이를 제조하는 공장의 폐수처리장에서 발생되는 폐기물인 제지슬러지의 경우에는 대부분이 펄프질로 구성되어 있어 활성탄의 제조에 적합하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 비한정적인 실시예의 기재로부터 보다 명백하게 될 것이다.
하기 실시예에서 수소이온농도(pH), 산화환원전위(Eh), 함수율(MC), 휘발성고형물(VS), 알카리도(ALK)는 다음과 같은 방법으로 측정한 값이다.
수소이온농도(pH) : 슬러지 10g에 증류수 25㎖를 가해서 교반한 후 30분 이상 방치한 다음 수소이온농도 미터(pH meter)로 측정하였다.
산화환원전위(Eh) : 대상슬러지에 대하여 직접 산화환원전위미터(Eh meter)를 사용하여 측정하였다.
함수율(MC) : 미리 항량으로 건조하여 무게를 정밀히 측정한 도가니에 슬러지 일정량을 넣고 무게를 정밀히 측정한 다음 105℃에서 24시간 건조시켜 수분을 날려보내고 황산데시케이터안에서 방냉하여 무게를 정밀히 측정하여 전후의 무게차로부터 함수율(WC)의 백분율을 산출하였다.
휘발성 고형물(VS) : 슬러지를 105℃에서 24시간 건조시킨 후 건조슬러지를 도가니에 채취해서 초기무게를 측정하고 550℃에서 30분간 회화한 후의 무게를 특정하여 산출하였다.
알카리도(Alkalinity) : 슬러지 5g에 증류수 500㎖를 가해서 분당 200회, 진폭 4∼5㎝로 진탕기를 조작하여 30분간 진탕한 후 5B여과지로 여과한 액을 표준시험법(standard method)에 따라 분석하였다.
[실시예 1]
수소이온농도 7.4, 산화환원전위 73㎷, 함수율 70.9%, 휘발성 고형물 52%, 알카리도 3875인 제지슬러지를 먹이로 사육한 후 지렁이를 분리해 낸 제지슬러지(지렁이 분변토)를 건조시켜 부피를 측정하고 도가니에 넣은 후 5%의 동일량 부피 염화아연 용액을 가하여 배합한 후 1시간 동안 충분히 침지시킨 후 도가니의 뚜껑을 닫고 500℃의 전기가열로에 넣어 2시간 강열하고 그 후에 도가니를 상온에서 냉각시키고 다시 KS표준체 No.7(2㎜)호와 No.20(0.85㎜)사이의 것으로 입도 분리하는 염화아연활성화법을 사용하였다. 이 때 제조된 입상활성탄의 물리적 특성인 가밀도는 0.54g/cc, 공극률은 66.77%로 나타났다.
이 때 염화아연활성법은 우선 셀룰로스성 물질이 저분자화하여 글루코스(Glucose)나 알도펜토스(Aldopentos)의 단당류로 분해한 후 산화와 분자내 전이가 일어나 클리크론산(Uronic acid)이 생성되고, 다시 알도펜토스(Aldopentos)와 글리크론산은 상호 또는 각각 축합하여 푸르푸라알(Furfural)이 생성된 후 방향족 환원과 분자내 재배열이 3차원적 난층구조가 형성되는 반응기전을 가진다.
활성탄의 탈취능조사
실시예 1에 의해 제조한 활성탄을 KS표준체 No.7호(2㎜)를 통과하고 No. 20호(0.85㎜)를 통과하지 않은 입경의 것을 취하여 함수율을 45∼55%범위로 조절한 것을 사용하였다. 비교실험을 위하여 탈취제로 시판되는 입상활성탄(대림탄소 공업 주식회사)을 KS표준체 No.7호(2㎜)를 통과하고 No. 20호(0.85㎜)를 통과하지 않은 입경의 것을 취한 후 스프레이로 물을 분무하여 습윤시킨 다음 풍건하면서 함수율을 45∼55%범위로 조절하여 사용하였다.
본 실험에서 사용한 피탈취제와 탈취실험장치, 탈취능의 성분 분석은 다음과 같다.
피탈취제 : 무기성휘발성분인 황화수소가스(Hydrogen sulfide gas, 99.9%) 및 암모니아가스(Ammonia gas, 99.9%)를 사용하였다.
탈취실험장치 : 2L용량의 가스체류 유리병, 625㎖ 용량의 탈취제 충전칼럼, 공기순환 펌프로 구성되어 있는 탈취력 시험장치에 피탈취제의 도입부분과 분석시료 채취부분 등을 장치하였으며, 실험의 정확성을 기하기 위해 피탈취성분(가스상태)의 흐름이 탈취제 충전칼럼을 통과하지 않는 경우와 탈취제 충전칼럼을 통과하는 경우를 단계별로 조작할 수 있도록 연결된 유도관에 콕크를 장치하였다. 탈취력 시험장치는 탈취제 충전칼럼을 통과하여 흐르는 경우 전체용량은 3,375㎖로 되어 있으며, 연결부위를 제외한 장치는 유리제로 제작하여 탈취능시험 도중에 피탈취성분의 흡착손실이 방지되도록 하였다. 또한 탈취능시험은 밀폐된 장치안에서 공기순환펌프에 의해서만 피탈취성분(가스상)이 반시계바늘 방향으로 이동되도록 하였다.
탈취능의 성분분석 : 탈취력 시험의 대조시험과 탈취력시험에서 채취한 탈취력 분석시료를 즉시 가스크로마토그래프에 주입하여 측정하였으며, 황화수소와 암모니아는 열전도도 검출기(Shimadzu, TCD)를 사용하였다.
각각의 탈취제에 의한 황화수소와 암모니아 제거율 하기 표1에 제시된다.
Claims (3)
- 유기성 슬러지를 지렁이 안정화처리한 후 생성된 지렁이 분변토를 탄화하는 것을 특징으로 하는 지렁이의 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법.
- 제1항에서 지렁이 안정화로 처리할 수 있는 유기성 슬러지의 이화학적 조건이 pH가 5.8∼7.5, 산화환원전위가 양(+)의 값, 알카리도가 1000ppm이하, Cl-1이온의 농도는 5000ppm이하인 것을 특징으로 하는 지렁이의 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 유기성 슬러지가 제지슬러지 또는 분뇨슬러지인 것을 특징으로 하는 지렁이의 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1019960004190A KR0163751B1 (ko) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 지렁이 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법 |
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| KR1019960004190A KR0163751B1 (ko) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 지렁이 분변토와 유기성 슬러지를 이용한 활성탄의 제조방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010017261A (ko) * | 1999-08-09 | 2001-03-05 | 이원서 | 하·폐수처리장의 슬러지 처리방법 |
| KR100351133B1 (ko) * | 2000-07-13 | 2002-09-05 | (주)이오바이오텍 | 지렁이에 의한 활성 분변토의 제조방법 |
-
1996
- 1996-02-22 KR KR1019960004190A patent/KR0163751B1/ko not_active Expired - Lifetime
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| KR100351133B1 (ko) * | 2000-07-13 | 2002-09-05 | (주)이오바이오텍 | 지렁이에 의한 활성 분변토의 제조방법 |
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| KR970061778A (ko) | 1997-09-12 |
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