KR100305689B1

KR100305689B1 - 함머식 혼합장치를 이용한 슬러지의 고형화처리 방법

Info

Publication number: KR100305689B1
Application number: KR1019990034299A
Authority: KR
Inventors: 윤희철; 강진수
Original assignee: 고학봉; 포스코개발 주식회사
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-09-24
Also published as: KR20010018366A

Abstract

본 발명은 수처리 슬러지의 고형화처리 방법에 관한 것이며, 그 목적은 함머식 혼합기를 이용하여 슬러지를 고형화처리함으로써 슬러지를 복토재로 활용할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 장입물을 함머로 타격하여 그 축사이로 혼합하면서 낙하하도록 대향설치되는 상부 함머축, 낙하하는 장입물을 함머로 재타격하여 혼합하고 이를 하부의 배출구로 배출하도록 대향 설치되는 하부 함머축을 포함하여 구성되는 함머식 혼합기를 이용한 고형화처리하는 방법에 있어서,

수처리슬러지와 생석회를 상기 혼합기로 공급하여 혼합물을 얻는 단계; 상기에서 얻은 혼합물과 시멘트를 혼합기로 재공급하여 혼합물을 얻는 단계; 상기 혼합물을 양생하는 단계;를 포함하여 이루어지는 수처리슬러지의 고형화처리방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

함머식 혼합장치를 이용한 슬러지의 고형화처리 방법{method for solidifying treatment sludge by using Hammer-mixer}

본 발명은 수처리 슬러지를 함머식 혼합기를 이용하여 고형화처리하는 방법에 관한 것으로, 이 고형화처리된 슬러지는 복토재로 활용할 수 있다.

하수 및 폐수처리 공정에서 필연적으로 발생되는 수처리 슬러지(오니)류는 매립, 해양투기, 소각, 퇴비화, 고형화 등의 방법에 의해 처리되고 있다. 현재 국내는 대부분 매립 아니면 해양투기로 슬러지를 처리하고 있는 실정이다.

국내환경규제 강화(폐기물관리법 시행령 제 6조 제1항 관련 별표4(개정 97. 7. 19))에 따라 2001년도부터 하수 슬러지는 소각 또는 퇴비화 처리후 잔재물만을 매립하도록 규정하고 있다. 그러나, 소각처리방법의 경우에는 초기시설 투자비가 고가이고 시설 가동시에도 2차 오염물(배기가스내 다이옥신, 분진, 황산화물, 질산화물 등) 발생에 의해 운영비가 높아질 뿐만 아니라, 환경오염의 우려가 높다. 또한, 퇴비화 처리방법의 경우에도 퇴비화후 생산된 퇴비의 유해성 문제로 사용처 확보가 어려워서 대량의 슬러지를 처리하기에는 곤란한 점이 있다.

따라서, 슬러지를 고형화처리하여 매립하려는 시도가 행해지고 있다. 슬러지의 고형화처리는 슬러지를 고형화제와 함께 혼합기에 장입하여 혼합하고 양생하는 것이다.

슬러지는 고형화처리를 통해 그 함수율이 80에서 약 50이하로 감소되는데, 이때 슬러지내 병균성 균 및 박테리아 등이 살균된다. 또한, 고형화처리를 통해 슬러지내 고형물의 입도 및 강도가 증가됨에 따라 슬러지의 물성이 변화되어 중금속 등 오염물의 용출이 어느 정도 억제되고 슬러지에서 발생되는 악취가 감소된다. 슬러지의 고형화제로는 생석회가 주로 사용되고 있다.

지금까지의 슬러지 고형화처리기술은 단순히 슬러지를 고형화하여 매립하는 기술수준에 머물러 있다. 이는 고형화된 슬러지에서 침출수 발생의 염려가 있으며, 또한 토질공학적 물성치(소성지수, 노상토 지지력)가 부족하기 때문에 복토재 등으로의 적용을 못하고 있다.

한편, 슬러지의 고형화처리에 사용되는 혼합기에는, 도 1에 제시된 로타리 드럼(도 1a)과 패들식 혼합기(도 1b)가 있다. 이들 혼합기는 일일 약 100톤 정도의 처리능력을 갖고 있다. 이들 혼합기는 처리능력이 적어 대량으로 발생하는 슬러지 처리에는 한계가 있다. 또한, 슬러지에 포함될 수 있는 이물질(자갈, 괴석, 깡통, 비닐 등)에 의해 잦은 기기 손상이 발생되고 있다. 이외에도, 슬러지 특유의 부착성과 점결성에 의해 슬러지가 기기 내부에 부착되는 경우가 자주 발생되고 있다. 기기내부에 슬러지가 부착되면, 재가동시 초기 과부하 운전을 초래되므로 반드시 재가동전의 정지시에는 장치내 슬러지를 제거해야 하기 때문에 연속조업이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명자들은 고형화처리한 수처리 슬러지를 단순 매립하는 것이 아니라 복토재로 사용할 수 있는 방안을 모색하기 위한 일련의 연구와 실험을 통해 본 발명을 완성하여 본 발명을 제안하게 이르렀다.

본 발명에서는 수처리 슬러지를 매립장 복토재로 활용할 수 있도록 고형화처리하는 데에서 나아가 대용량의 처리가 가능하면서 연속적인 고형화처리방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 슬러지 혼합기의 일례로서

도 1(a)는 로타리 드럼식 혼합기

도 1(b)는 패들식 혼합기

도 2는 본 발명의 고형화처리의 공정도

도 3은 본 발명에 적용된 함머식 혼합기의 일례도

*도면의 주요부분에 대한 보호의 설명*

10...... 함머식 혼합기 12......상부 함머축

14......하부 함머축 15......함머

16...... 슬러지 부착 방지막

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고형화처리 방법은, 장입물을 함머로 타격하여 혼합되면서 그 축사이로 낙하하도록 대향설치되는 상부 함머축, 상기 낙하하는 장입물을 함머로 재타격하여 혼합하고 이를 하부의 배출구로 배출하도록 대향 설치되는 하부 함머축을 포함하여 구성되는 함머식 혼합기를 이용한 고형화처리 방법에 있어서,

수처리슬러지와 생석회를 상기 혼합기로 공급하여 혼합물을 얻는 단계;

상기 혼합물과 시멘트를 상기 혼합기로 재공급하여 혼합물을 얻는 단계;

상기 혼합물을 양생하는 단계;를 포함하여 이루어지는 수처리슬러지의 고형화처리방법을 포함하여 구성된다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 고형화처리공정에서는 고형화제로서 생석회를 먼저 사용하고 난 다음 시멘트를 사용함으로써 수처리 슬러지의 2차오염(침출수 발생, 유해물질 용출)의 발생을 막고, 토질공학적 물성치가 확보되도록 함으로써 슬러지를 복토재로 사용한다는데, 그 특징이 있다. 또한, 대용량 처리와 연속조업이 가능하도록 새롭게 함머식 혼합기를 개량하여 슬러지의 고형화처리에 적용한다는데도 그 기술적의미를 갖는다.

먼저, 본 발명에서 슬러지와 고형화제의 물리 화학적 반응은 (1) 흡수 및 발열반응 (2) 이온교환반응, (3) 포졸란 반응, (3) 수화반응 등을 통해 수처리 슬러지를 복토재로 활용할 수 있도록 하는 것이다.

(1) 흡수 및 발열반응에 의한 함수비저하(생석회 반응)

슬러지에 생석회를 투입하면 아래와 같은 반응에 의해 생석회가 물을 흡수하고 발생된 열에 의해 물을 증발시킨다(생석회 1kg당 약 320g의 물을 흡수 반응하고 약 280Kcal의 열을 발생하여 450g의 물을 증발시킴).

CaO +H₂O → Ca(OH)₂+ 15Kcal/mol

(2) 이온교환반응에 의한 용출억제(생석회와 시멘트와의 반응)

각종 반응시 발생되는 이온(칼슘이온등)이 이온교환반응에 의해 점토입자가 응집단립화 함으로 유해물질의 용출을 억제한다.

(3) 포졸란 반응에 의한 장기강도증가

생석회와 시멘트의 반응에 의한 포졸란반응에 의해 장기강도 증가한다.

(4) 수화반응에 의한 안정화 및 강도증가

시멘트가 슬러지중에서 수화 경화되어 수화물 생성에 의해 안정화(강도증가) 효과를 나타낸다.

본 발명에서는 이러한 4가지의 반응효과를 얻기 위해 도 2에 나타난 바와 같이, 슬러지에 먼저 생석회를 투입하고 이를 혼합한 다음, 이 혼합물에 다시 시멘트를 투입하고 이를 혼합기에 투입하여 혼합물을 얻는다.

생석회는 슬러지 100중량에 대하여 4-15중량부 투입하는데, 이는 슬러지 고형화후 발생가능한 침출수 및 악취등의 2차오염을 최소화하기 위하여 함수율을 50이하로 감소시키기 위하여 상기 생석회의 흡수 및 발열반응에 근거하여 설정된 것이다. 바람직하게는 반입 슬러지의 함수율에 따라 생석회의 투입비를 조절하는 것이다.

상기와 같이 수처리 슬러지에 생석회를 투입하여 함머식 혼합기에서 혼합하고 난 다음, 수처리 슬러지 100중량에 대하여 시멘트를 10-19중량부 투입하여 함머식 혼합기에서 다시 혼합한다. 이는 생석회에 의하여 알칼리화 분위기로 조성됨에 따라 내재된 중금속 등이 재용출 가능성을 억제하고, 재활용시 고형화물의 최소한 전단강도의 물성치를 확보하기 위한 것이다.

한편, 본 발명의 고형화처리공정에 적용될 수 있는 혼합기의 일례가 도 3에 제시되어 있다. 함머식 혼합기(10)는 수분을 함유한 토양의 고형화에 이용되었던 것으로, 보통 상부 함머축(12), 하부 함머축(14)의 함머(15)를 통해 흙과 고형화제를 가격하여 이들의 비산되면서 혼합하도록 구성되어 있다.

본 발명에서는 함머식 혼합기를 슬러지의 고형화처리에 적용하기 위해서 아래와 같이 혼합기를 개량하였다.

첫째, 상부함머축(12a, 12b)의 축간거리가 조정되도록 함으로써 대용량처리가 가능하도록 하였다. 상부함머(12a, 12b)의 축간거리는 700-750mm로 하는 것이 바람직하다. 이는 슬러지의 특성중 점착성으로 인한 덩어리화를 고려하여 설정된 것이다. 즉, 슬러지는 벨트 콘베이어로 이송되면서 혼합기에 장입되기 전에 슬러지가 일정한 두께를 유지하는데, 이들이 혼합기의 양축에 부착된 햄머의 끝부분에 슬러지 덩어리가 접촉할 수 있는 간격을 설정함으로써 슬러지가 이탈되지 않고 함머방향으로 유도하기 위한 것이다.

둘째, 하부함머축(14a, 14b)중에서 상부함머축의 중심부 아래에 설치되는 하부함머축(14a)의 회전수를 조정하도록 하여 슬러지 처리용량을 조정하도록 하는 것이 바람직하다. 하부함머축((14a)의 회전수는 300-600RPM으로 하는데, 이는 슬러지의 함수율 및 처리량을 고려하여 설정한 것이다.

셋째, 상하부 함머축(12)(14)과 벽체사이에는 슬러지 부착방지막(16)을 설치하여 비산되는 슬러지가 기기에 부착되는 것을 방지하도록 하여 슬러지의 연속처리가 가능하도록 구성한다. 슬러지 부착방지막은 혼합기 자체의 진동에 의해 막(16)이 미세하게 진동하면서 부착되는 슬러지를 막으로부터 분리되도록 한다. 이러한 막(16)으로는 고무를 이용할 수 있다.

본 발명에 따라 슬러지를 고형화처리하면 슬러지가 흙과 유사한 성질을 가지게 된다. 따라서, 위생 매립장의 일일복토재로 사용이 가능하다. 특히, 고형화처리과정에서 생성된 Ca(OH)₂성분은 매립지에서 생성되는 매립가스의 CO₂와 반응하므로 CO₂량을 저감하고 안정적물질인 CaCO₃를 만든다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

표 1의 산업폐기물 수처리 슬러지 2,000kg을 함머식 혼합기로 공급하여 생석회를 투입하여 1차 혼합한 다음, 다시 함머식 혼합기로 공급하고 시멘트를 투입하여 2차 혼합한 다음, 양생하여 복토재를 얻고 이 복토재의 함수율과 pH 그리고, 중금속 용출을 검사하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 이때 함머식 혼합기의 축간거리는 725mm로 하였고, 하부 함머축의 회전수는 400RPM으로 하였다.

구분	함수율()	고형화제 투입비
		생석회	시멘트
		투입량(kg)	비율(중량부)	투입량(kg)	비율(중량부)
시료1	78.9	260	13	340	17
시료2	63.5	160	8	200	10
시료3	64.5	160	8	200	10
시료4	79.5	260	13	340	17
시료5	62.5	120	6	200	10
시료6	78.5	260	13	340	17
시료7	66.3	200	10	200	10

구분	분석결과	기준치(mg/ℓ)
구분	시료1	기준치(mg/ℓ)	시료2	시료3	시료4	시료5	시료6	시료7
pH	10.77	10.73	10.75	10.52	10.72	10.58	10.71
함수율	49.33	43.38	43.91	41.62	43.75	43.34	41.15
중금속용출량(mg/ℓ)	Cu	0.993	0.875	0.598	0.913	0.823	0.770	0.681	3
	Cd	0.009	0.005	0.002	0.006	0.004	0.009	0.004	0.3
	Pb	1.970	1.660	1.460	1.510	1.711	1.645	0.722	3
	Cr^-6	ND(Non Deffect)	1.5
	CN		1.0
	AS		1.5
	Hg		0.005

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 고형화된 수처리 슬러지는 함수율이 50이하이고 중금속 용출량도 기준치 이하로서 복토재로 사용가능함을 알 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1의 시료 1, 시료 4, 시료 6를 본 발명에 따라 처리한 고형화제에 대하여 복토재로서의 토질학적 물성치를 알아보기 위하여 (1)소성지수와 (2)노상토지지지력(CBR)를 아래와 같은 실험을 통해 측정하였다.

(1)소성지수

소성지수는 흙의 소성한계를 구하기 위한 것으로, 흙의 소성상태와 반고체 상태의 한계를 나타내는 함수비를 나타낸다. 한국산업규격(KS F 2304)에서는 '흙 덩어리를 손으로 밀어 지름 3mm 국수 모양으로 만들어 부슬부슬해질 때의 함수비'라 정의되어 있다. 본 발명에서도 이 방법으로 소성지수를 측정하였다.

(2)노상토지지력(California Bearing Ratio Test: 이하 'CBR'이라 함)

CBR은 포장을 지지하는 노상토의 강도, 압축성, 팽창성, 수축성 등을 결정하는 시험으로 포장두께의 설계나 지반의 지지력을 판정하는데 이용한다. 본 발명에서는 실내 CBR시험(KS F 2321)에 의해 측정하였다. 즉, 몰드(ø15cm, 높이 17.5cm)내에서 다짐한 공시체와 몰드내에서 채취한 부스러지지 않은 흙의 시공체에 대하여 규정된 피스톤(지름 5cm)을 규정속도(1mm/min)로 관입시켜 관입량 별로 구한 시험하중강도를 표준하중강도에 대한 백분율로 구하였다.

구분	소성지수(<20)	CBR(>3)
시료1	13.5	9.8
시료4	5.8	12.1
시료6	19.4	12.0
평균	12.9	11.3

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 처리된 고형화물은 복토재로서의 기준을 충분히 만족하고 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 현 각 매립장에서 확보에 어려움이 있는 복토재의 원활한 수급이 가능할 뿐 아니라 슬러지를 재활용할 수 있다는 측면에서 폐기물을 효과적으로 처리할 수 있다. 또한, 함머식혼합기를 슬러지의 처리에 적용함에 따라 동일 처리용량과 비교할 때 로타리 드럼 및 폐들식 혼합기는 함머식 혼합장치에 비해 설치부지도 200이상 감소된다는 잇점이 있다.

Claims

장입물을 함머로 타격하여 그 축사이로 혼합되면서 낙하하도록 대향설치되는 상부 함머축, 상기 낙하하는 장입물을 함머로 재타격하여 혼합하고 이를 하부의 배출구로 배출하도록 대향 설치되는 하부 함머축을 포함하여 구성되는 함머식 혼합기를 이용한 고형화처리 방법에 있어서,

수처리슬러지와 생석회를 상기 혼합기로 공급하여 혼합물을 얻는 단계;

상기 혼합물과 시멘트를 상기 혼합기로 재공급하여 혼합물을 얻는 단계;

상기 혼합물을 양생하는 단계;를 포함하여 이루어지는 수처리슬러지의 고형화처리방법.
제1항에 있어서, 상기 생석회는 수처리 슬러지 100중량에 대하여 4-15중량부 투입함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 시멘트는 수처리 슬러지 100중량에 대하여 10-19중량부 투입함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 상하부 함머축과 혼합기의 벽체사이에는 슬러지 부착방지막이 설치됨을 특징으로 하는 수처리 슬러지의 고형화처리방법.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 함머축의 축간거리는 700-750mm이고, 하부 함머축의 회전수는 300-600rpm임을 특징으로 하는 수처리 슬러지의 고형화처리방법.