KR0182374B1 - 고온 소성물 생산에 의한 하수슬러지 처리방법 - Google Patents

Abstract

하수슬러지 또는 인분슬러지에 황토 및 점토, 생석회를 첨가 500 - 700° 로 소성하여 저온소성물(인공토)를 만들고, 이를 분쇄한것과 하수 또는 인분슬러지에 황토 및 점토, 생석회, 돌마이트고토, 맥반석 중 하나 이상을 선택 첨가하여 1000℃-1200℃ 로 고온 소성 하므로서 고온 소성물인 인공배양토, 고토비료, 연과정화토를 생산하므로서, 하수 또는 인분슬러지를 처리하는 방법에 관한 것이다.

Description

고온 소성물 생산에 의한 하수슬러지 처리방법

본 발명은 하수처리나 인분뇨처리에 있어서, 종래 방법과는 달리 하수슬러지 또는 인분 슬러지에 생석회, 황토 및 점토를 혼합한 조성물로 저온에서 소성하여 저온소성물을 얻고 이를 분쇄한 분쇄토에 하수슬러지와 해다엄가물을 첨가한 조성물로 고온 처리하여 고온소성물을 얻음으로서 하수슬러지 또는 인분슬러지를 처리하는 방법에 관한 것이다.

위에서 고온 소성물이라 함은 저온소성물을 분쇄한 분쇄토에 하수슬러지, 해당첨가물을 첨가하여 고온 소성하여 얻어진 고온 소성물로서 해당 첨가물의 성분에 따라서 인공배양토, 고토비료, 여과정화토로 구분되는 인공토라 할 수 있다.

종래 하수슬러지나 인분뇨 등의 처리에는 주로 혐기성 및 호기성 소화법을 이용하거나 이를 활용하는 방안으로 생석회를 이용한 슬러지의 안정화로 유기퇴비를 생산해 왔으나, 혐기성 및 호기성, 소화법의 처리 기술은 복잡하고 처리비용의 과다와 처리시 발생되는 악취와 처리후 잉여 오니의 폐기문제는 제2의 오염문제를 유발시킨다. 여기에서 특히 소석회를 이용한 슬러지의 안정화 방법은 고액분리공정, 안정화 반응공정 및 건조공정을 거쳐 유기질 비료를 생상하는 것으로 되어 있으나, 고액분리 공정에서 나오는 슬러지도 그 함수율이 65% 이상이고, 이와같은 슬러지에 통상의 생석회 첨가중량비인 5-10%를 첨가하여 안정화 시킨다 하더라도 수분함량은 슬러지가 유동할 수 있는 상태이여서 이를 연속 건조공정으로 투입된다는 것은 대량처리를 목적으로 할 때 그 설비 규모가 방대하고 넓은 장소가 요구되는 등의 결점이 있었다.

본 발명은 종래 하수슬러지 처리나 인분슬러지 처리에 있어서 발생되는 제반 문제점을 해소하는 차원에서 우선 종래 방법의 슬러지 안정화나 유기질 비료생산시 소요되는 처리기간을 대폭 단축하고 방대한 장소와 설비규모를 줄이며 슬러지 처리에 소요되는 경비보다 적은 경비로 소성 방법으로 처리하므로서, 인공배양토, 고토비료, 여과정화토등 다목적 재활용 제품을 얻을 수 있는 하수 또는 인분슬러지 처리방법에 관한 것으로 이를 공정별로 설명하면 다음과 같다.

제1공정 : 저온 소성제품(인공토)생산공정

중량비로 하수 또는 인분슬러지 50-60%, 황토 및 점토 28-38%, 생석회 6-8%을 혼합기에 의하여 균질하게 혼합하여 반죽을 만들고 이를 5mm-20mm 크기로 압출 절단 성형하여 성형된 입자들을 유동식 회전건조로에 투입 300℃-500°열풍으로 수분함량 20%이하가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속적으로 투입하여 500℃-700℃로 1-2시간 소성하여 저온소성물(인공토)을 얻는다.

제 2 공정 : 고온 소성물 생산공정

제 1 공정에서 얻어진 저온 소성물(인공토)을 분쇄한 분쇄토 30-40%에 슬러지 40-58%, 황토 및 점토 8-12%, 생석회 4-6%을 첨가하여 혼합기에 의하여 균질의 반죽을 만들고 이를 5mm-20mm크기로 압출 절단으로 성형하여 성형된 구상의 입자를 연속 유동시 회전건조로에 투입 300℃-500℃ 의 열풍으로 수분함량 20%이하가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속적으로 투입하고 1000℃-1200℃의 온도로 소성하여 고온 소성물인 인공배양토를 얻는다.

위와 마찬가지 방법으로 아래의 고토비료 조성물(1)과 여과정화토 조성물(2)의 중량비로 고온 소성물을 얻는다.

고토비료 조성물(1)

저온 소성물(분쇄토) : 30 - 40%

하수 또는 인분슬러지 : 45 - 62%

돌마이트고토 : 8 - 12%

여과정화토 조성물(2)

저온 소성물(분쇄토) : 25 - 35%

하수 또는 인분슬러지 : 30 - 40%

맥반석분말(200매쉬이상) : 20 - 30%

황토 또는 점토 : 8 - 12%

상기 방법의 (1) 및 (2)공정에서 사용되어지는 하수슬러지 또는 인분슬러지 케익의 수분함량은 60-80% 정도이고, (1)공정에서 황토 또는 점토, 생석회의 첨가로 전체 조성물의 수분함량이 45%전후로 되어 성형하기에 적당한 수분함량이라 할수 있으며, 여기에서 성형된 입자를 500℃-700℃로 저온소성한 저온소성물(인공토)은 슬러지중의 유기물 혼입으로 소성결과 다공질 상태이고, 중심부에는 완전 연소되지 않은 탄화물이 남게 되며 수분이 거의 없는 고형물 입자상의 인공토이다.

결국 저온 소성물의 온도범위는 유기물이 연소되어 저온 소성물중에 탄화물로 남게하고 쉽게 수화될 수 있으며 어떤 구간의 소성온도보다 하수슬러지중의 수분을 최대로 흡수할 수 있고, 소성물중에 존재하는 탄화물은 하수슬러지에서 발생하는 악취를 쉽게 흡착할 수 있어 기술구성의 중요한 부분이라 할 수 있다.

다시 말하면, 이온도를 초과하면 소성물중의 탄화물이 완전연소되어 하수슬러지에서 발생하는 악취제거기능이 떨어지며 소성물의 분쇄물이 쉽게 수화되지 않아 소성을 위한 성형물의 성형성이 떨어지고 온도가 낮아지면 성형물내의 유기물처리(탄화)가 불충분해지므로 결국 하수슬러지 처리 효율이 떨어진다.

이와같은 인공토가 연속적으로 생산되어 나오는 것을 즉시 로울러로 분쇄하여 분쇄토를 만들고 여기에 다량의 슬러지를 첨가하고 생석회, 돌마이트고토, 황토 또는 점토 및 맥반석중 하나 이상을 선택적으로 첨가하여 구상의 입자를 성형하여 1000℃-1200℃의 온도로 고온소성 하므로서 고온 소성물인 구상의 인공배양토, 고토비료, 여과정화토를 생산하며 이와같은 입자상의 고온 소성물은 슬러지에 포함된 유기물질의 완전 연소로 다공질로 되며, 각 조성물에 따라 각각 다른 작용과 기능을 갖게 된다.

여기에서도 고온소성 온도범위는 중요하다. 그 이유로서 황토 및 점토가 소성물 주성분으로 되어 있어 상기 온도 범위 이상에서 소성이 진행되면 결정화 및 유리화로 진행되어 소성물의 흡수성 및 흡착성이 떨어지고 소정의 온도범위 이하에서는 고온 소성물의 강도가 떨어지며 수화성을 갖게 되어 요구되는 고온소성물의 특성을 잃게 된다.

본 방법에서 저온 소성생성물인 구상의 인공토와 고온 소성생성물의 차이점은 인공토는 다공질이면서 입자내부에 탄화물이 남아있고 슬러지 첨가에 의한 수분에 의하여 쉽게 수화되어 반죽(플라스트화)상태가 되지만 고온 소성물의 입자들은 극히 다공질이면서 유기물에 의한 탄화물이 전혀 없고 완전연소된 상태이며 수분에 의하여 수화되진 않고 구상의 입자 상태를 유지하게 되며 종류에 따라 차이는 있지만 25-30kg/cm²의 압축강도를 갖는 구상입자라 할 수 있다.

결국 본 발명의 목적은 슬러지 처리에 주 목적을 두고 있으므로 제1공정에서 중량비로 60% 에 해당하는 슬러지를 처리하고 (2)공정에서 40-60% 에 해당하는 슬러지를 처리하므로 총 소성처리 중량의 50-55% 에 해당하는 슬러지를 처리할 수 있다.

본 방법에서 저온 소성물로 처리하여 재분쇄한 분쇄토를 사용하여 (2)차 공정을 수행하는 이유는 첫째 황토 및 생석회를 절약할 수 있고, 둘째 저온 소성물인 인공토는 소성과정을 통해 수분이 거의 없고, 다공질이여서 슬러지의 수분을 최대한 흡수할 수 있으며, 셋째 하수 또는 인분슬러지와 혼합시 악취를 흡수하여 작업시 악취발생을 크게 줄일 수 있고, 혼합 교반과정이 극히 용이하고, 넷째 저온소성물(인공토)자체를 토질 개량제 특히 산성화된 토양에 토질개량제로 그대로 사용할 수 있기 때문이다.

위의 방법에서 얻어진 인공토는 흡수성이 좋고 보습 및 통기성이 양호하여 식물의 묘포장, 발아용토, 화훼재배용토, 매립장에 유효토인 매립토, 중간 및 최종복토용토 등 활용범위가 크다 하겠으며, 고온 소성물인 인공배양토는 장기간 수중에 방치하더라도 수화파쇄현상이 일어나지 않는 다공질토로서 식물재배용 배양토로 사용할 경우 탁월한 통기성과 보수성은 식물 성장에 절효의 효과를 발휘하며 무공해 수경재배시 점적식 재배법에 이용할 경우 시설비의 절감과 관리운영개선 및 연작 피해개선에도 효과적이다. 또 공장폐수처리장의 여과제로 사용시 탁월한 여과효과를 발휘하고 청소 및 재생방법이 용이하여 향후 공장폐수정화제로 이용가치가 크다 하겠다.

그리고, 고토비료는 혼합공정에서 돌마이트첨가로 하수슬러지 안정화 작용을 하며 하수슬러지의 수분으로 생석회와 산화마그네슘 그리고 유리된 수산화칼슘, 수산화마그네슘은 이온교환에 의해 슬러지중의 중금속류가 불용성 수산화물의 안정화 작용에 의해 용출이 방지되며 생석회와 고토가 이상적으로 배합되어 알카리성 비료로 식물에 영양공급은 물론 산성화된 농토의 토질개량제로 사용될 수 있다.

그 밖에 고온 소성물인 여과정화토는 맥반석 함량이 30-40%가 함유되고 이들이 다공체내에 균일하게 분포되면서 비표면적이 극대화 되므로서, 맥반석의 기능이 수배로 증가된다.

이로인해 여과정화토는 공정폐수의 여과제로서 분순물의 흡착여과는 물론 특히 맥반석의 작용에 의하여 금속이온 교환흡착능을 갖게되어 중금속이온, 악취 등을 흡착시켜 물의 정수 정화 작용과 질소, 인, 발암물질까지도 흡착 제거할 수 있다.

본 발명의 기술내용을 더욱 구체화하기 위하여 아래와 같이 실시예로 나타내었다.

[실시예 1]

상기 표 1과 같은 성상을 가진 하수슬러지 64톤, 동량으로 혼합된 황토 및 점토 30톤, 생석회 6톤을 혼합기에 넣고 균일하게 혼합하여 반죽을 만들고 이를 15mm 직경으로 압출하면서 15mm 길이로 절단 구상의 성형체를 만들고 이들 입자를 회전 건조로에 투입 400℃의 열풍으로 수분함량 20%가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속적으로 투입 700℃로 소성하여 저온소성물 44톤을 얻었다. 이를 분쇄한 것에 표 1의 하수슬러지 66톤, 동량으로 혼합된 황토 및 점토 14톤, 생석회 7톤을 혼합하여 반죽을 만들고 이를 15mm 직경의 원주상으로 압출하여서 15mm 길이로 절단구성의 성형체를 만들고 이들 입자를 연속유동식 회전로에 투입 약 500℃의 열풍으로 수분함량 20% 이하가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속으로 투입하고 1100℃ 온도를 유지 약 2시간 소성하여 고온 소성물인 인공배양토를 72톤 얻었다.

[실시예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 저온 소성물 44톤을 얻고 이를 분쇄한 것에 표 1의 하수슬러지 52톤, 맥반석 37톤, 동량으로 혼합한 황토 및 점토 15톤을 혼합하여 반죽을 만들고 이를 15mm 직경의 원주상으로 압출하면서 15mm 길이로 절단 구상의 성형체를 만들어 연속유동식 회전로에 투입 500℃의 열풍으로 수분함량 20% 이하가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속적으로 투입하고 1150℃ 의 온도로 유지한 상태에서 1시간반 동안 소성하여 고온소성물인 여과 정화토 90톤을 얻었다.

상기 실시예 1 및 2에서 사용된 조성물의 함수율은 대략 하수슬러지가 표 1에서와 같이 65%, 황토 및 점토가 15%, 생석회분말 5%, 맥반석분말 5%, 저온 소성물인 분쇄토가 1-2% 정도이고, 저온 소성 및 고온 소성과정을 거쳐 대부분의 수분은 증발하고 특히 하수슬러지에 포함된 다량의 유기물은 인공토의 경우에 인공토 외측부분에서는 완전연소되고 내부에는 탄화된 상태로 남았다가 고온소성을 거치면 완전연소된다.

이와같은 이유로 실시예 1에서 고온소성물인 인공배양토를 얻기까지 하수슬러지 130톤, 황토 및 점토 44톤, 생석회 13톤, 전체조성물 187톤으로 수분증발, 유기물의 완전연소에 의한 감량으로 인공배양토 72톤을 얻을 수 있고, 실시예 2에서는 하수슬러지 118톤, 황토 및 점토 45톤, 맥반석 37톤 생석회 6톤, 전체소성물 206톤으로 인공배양토에서와 같이 여과정화토 90톤을 얻었다. 결국 소성과정에서 하수슬러지의 수분은 증발하고 유기물은 완전 연소되며 하수슬러지에 포함된 소량의 무기물만 인공 배양토나 여과정화토의 성분으로 잔존하게 되므로서 하수슬러지를 소성처리에 의하여 공해없이 완벽하게 처리할 수 있으며 종래 하수처리에 소요되는 경비 이하의 경비로서 부가가치가 큰 인공배양토, 고토비료, 여과정화토를 얻을 수 있는 고온 소성물 생산에 의한 하수슬러지 처리방법이라 할 수 있다.

이상에서 얻어진 인공배양토를 난, 화분에 시비한 결과 활착 및 성장률이 극히 우수하고 수경재배에 사용한 결과 수확율이 평균 50% 정도 증가하였으며, 고토비료인 경우 산성화토질에 20kg/m²으로 시비한 결과 약 20% 의 수확율이 증가하였고 여과 정화토인 경우는 흡착시험, 유해물 제거시험을 실시하여 아래와 같은 결과를 얻었다.

흡착시험

(1) 여과법

내경 4cm, 길이 10m 인 파이프에 여과정화토를 분쇄하여 충진시키고 배양한 대장균 현탁액 12.56ℓ을 1시간에 10m을 통과하겠금 하여 6회 반복 통과시켜 대장균수를 측정하였다.

(2) 정치법

입방체 1m³의 용기에 여과정화토를 가득 충진시키고 0.5m³의 배양한 대장균 현탁액을 부어 밀폐시킨후 시간경과에 따른 대장균의 수를 측정하였다.

흡착시험 결과표

2. 유해물 측정

시안 0.9PPM, 수은 1.10PPM, 카드미음 0.9PPM으로 조성한 용액에 여과정화토를 가득 채워 밀폐시킨 다음 시간 경과에 따른 유해물의 농도를 측정하였다.

유해물 시험표

Claims (4)

1. 중량비로 하수 또는 인분슬러지 50-60%, 동량으로 혼합된 황토 및 점토 28-38%, 생석회 6-8%를 혼합하여 반죽을 만들고 이를 일정 크기로 압출하면서 절단하여 성형한 구상의 입자를 연속유동식 투입 300℃-500℃의 열풍으로 수분함량 20%이하가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속적으로 투입 500℃-700℃ 로 1-2시간 소성하여 저온소성물인 인공토를 얻고 이를 즉시 분쇄한 분쇄토와 하수 또는 인분슬러지에 황토 및 점토, 생석회, 톨마이트고토, 맥반석중 하나 이상을 선택 첨가하여 인공배양토, 고토비료, 여과정화토 각각의 반죽조성물을 만든 다음 일정크기의 구상입자로 성형하여 이를 연속유동식 회전 건조로에 투입 300℃-500℃ 열풍으로 수분함량 20% 이하가 되도록 건조한 것을 회전소성로에 연속적으로 투입하고 1000℃-1200℃ 의 온도로 1-2시간 소성함을 특징으로 하는 고온 소성물 생산에 의한 하수슬러지 처리방법.
2. 제1항에 있어서, 인공배양토의 반죽조성물의 조성비가 아래와 같음을 특징으로 하는 고온소성물 생산에 의한 하수 또는 인분슬러지 처리방법.

   저온 소성물(분쇄토) : 30 - 40%

   하수 또는 인분슬러지 : 40 - 58%

   황토 및 점토(동일량으로 혼합) : 8 - 12%

   생석회 : 4 - 6%
3. 제1항에 있어서, 고토비료의 반죽조성물의 조성비가 아래와 같음을 특징으로 하는 소성물 생산에 의한 하수 또는 인분슬러지 처리방법.

   저온 소성물(분쇄토) : 30 - 40%

   하수 또는 인분슬러지 : 45 - 62%

   돌마이트고토 : 8 - 12%
4. 제1항에 있어서, 여과정화토의 반죽조성물의 조성비가 아래와 같음을 특징으로 하는 고온 소성물생산에 의한 하수 또는 인분슬러지 처리방법.

   저온 소성물(분쇄토) : 25 - 35%

   하수 또는 인분슬러지 : 30 - 40%

   맥반석분말 : 20 - 30%

   황토 및 점토 : 8 - 12%