KR100383855B1 - 하수 슬러지를 이용한 건축자재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 슬러지를 이용한 건축자재의 제조방법에 관한 것이며, 상세하게는 하수처리시설에서 하수를 정화할 때 발생되는 슬러지를 이용하여 타일, 블록 등의 건축자재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 하수 슬러지를 고형화하여 환경 공해를 저감함과 동시에 강도가 양호하고 수축균열이 작도록 한 것이다.

본 발명은 처리시설에서 회수한 상태의 하수 슬러지에 생석회 40∼50중량%를 균일하게 혼합 하여 생석회의 수화 반응에 의하여 함수율 50∼60%의 탈수 슬러지를 얻고, 상기 탈수 슬러지 100∼110중량부에 골재 100~120중량부와, 시멘트 100중량부에 대하여 실리카 분말 20∼50중량부, 소석회 20∼50중량부, 염화마그네슘, 염화칼슘 및 탄산나트륨 중에서 선택된 적어도 1종 15∼20중량부, 리그닌 설폰산 나트륨 또는 리그닌 설폰산 칼리 15∼50중량부, 몬모릴로나이트 또는 세리사이트 15∼50중량부, 지르코늄 15∼50중량부의 조성비를 가진 혼합물 0.3∼3중량부를 첨가한 응결경화재 30∼40중량부를 혼합한 후 금형에서 200∼300㎏/㎠의 압력으로 함수율 25∼30％가 되도록 성형하여서 탈형하고 자연 건조시킨 것이다.

Description

하수 슬러지를 이용한 건축자재 제조방법 {MANUFACTURE METHOD OF CONSTRUCTION MATERIAL MAKE USE OF SEWAGE SLUDGE}

본 발명은 하수 슬러지를 이용한 건축자재의 제조 방법에 관한 것이며, 상세하게는 하수처리시설에서 하수를 정화할 때 발생되는 슬러지를 이용하여 타일, 블록 등의 건축자재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 생활하수 및 산업하수는 발생 원으로부터 분류식 또는 합류식 관거 등을 경유하여 하수처리시설에서 정화 처리한 후 공공수역으로 방류하고 있으며, 상기 하수를 하수 처리 시설에서 정화 처리하는 과정에서 부산물로서 슬러지가 발생되고 있다.

상기 하수 슬러지는 80％내외의 수분과, 침적토, 점토, 모래, 유기물, 구리· 납· 아연· 수은· 크롬 등의 중금속으로 된 고형물로 구성되어 있으며, 상기 하수 슬러지는 매립 또는 해양투기 등의 방법으로 거의 대부분을 처리하고 일부분은 건조 또는 소각 등의 방법으로 처리하고 있는 실정이다.

그러나 하수 슬러지를 매립하면 하수 슬러지에 포함된 중금속 및 유기물 등에 의하여 토양내의 중금속 농축, 지하수 오염, 각종 병원균 및 악취가 발생하고,해양투기시에는 해양오염의 주원인이 되고 있음으로 사회문제로 대두되고 있다. 그리고 건조 시에는 슬러지내에 포함된 수분은 고형물의 미세기공에 결합수 또는 비결합수 상태로 존재하거나 유기물의 세포막으로 둘러싸여 있기 때문에 기계적인 탈수방법으로는 건조가 어려워서 열원에 의하여 가열하는 가열탈수방법을 이용하고 있음으로 비용이 많이 소요되고, 또한 소각방법도 열원을 이용함으로서 상기한 가열탈수방법과 같이 비용이 많이 들 뿐 아니라 재 또는 중금속의 비산으로 2차환경문제를 일으키고 있다.

한편 상기한 매립, 해양투기, 건조, 소각 등에 의한 사회문제를 해결하고 운반시의 편의성을 증대하기 위하여 하수 슬러지에 생석회들을 혼합하여서 하수 슬러지에 포함된 수분을 생석회가 수화(水和)할 때의 발열반응에 의하여 증발시켜 총 고형물의 농도를 증대시키고 또한 중금속을 흡착 또는 희석하여서 쓰레기 매립지용 복토재 또는 토지개량재로서의 이용 가능성 여부에 대한 시험적 연구 즉 하수 슬러지의 안정화 공법이 학계에 보고된 바 있다.

그러나 상기한 하수 슬러지의 안정화 공법은 하수 슬러지에 대한 1차적 이용 시도임으로 자원의 효율적인 이용 측면에서 개선의 여지가 많고, 또한 토양내의 중금속 농축 및 지하수 오염 등의 환경공해의 염려가 남아 있게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 하수 슬러지를 고형화하여 환경공해를 저감함과 동시에 강도가 양호하고 수축균열이 작은 하수 슬러지를 이용한 건축자재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 처리시설에서 회수한 상태의 하수 슬러지에 생석회 40∼50중량%를 균일하게 혼합 하여 생석회의 수화 반응에 의하여 함수율 50∼60%의 탈수 슬러지를 얻고, 상기 탈수 슬러지 100∼110중량부에 골재 100∼120중량부와, 시멘트 100중량부에 대하여 실리카 분말 20∼50중량부, 소석회 20∼50중량부, 염화마그네슘, 염화칼슘 및 탄산나트륨 중에서 선택된 적어도 1종 15∼20중량부, 리그닌 설폰산 나트륨 또는 리그닌 설폰산 칼리 15∼50중량부, 몬모릴로나이트 또는 세리사이트 15∼50중량부, 지르코늄 15∼50중량부의 조성비를 가진 혼합물 0.3∼3중량부를 첨가한 응결경화재 30∼40중량부를 혼합한 후 금형에서 200~300㎏/㎠의 압력으로 함수율 25∼30％가 되도록 성형하여서 탈형하고 자연 건조시킨 것이다.

본 발명은 처리시설에서 회수한 함수율 75∼85%의 하수 슬러지에 생석회 40∼50중량%를 균일하게 혼합한 후 비 또는 눈이 맞지 않도록 방치하여서 생석회가 수화할 때의 발열반응에 의하여 하수 슬러지중에 포함된 수분을 증발시켜 함수율 50∼60%의 탈수 슬러지를 얻는다.

상기와 같이 얻은 탈수 슬러지 100∼110중량부에 모래, 제철 슬래그. 콘크리트 폐기물과 같은 골재 100∼120중량부를 후기하는 응결경화재 30∼40중량부와 함께 혼합한다.

한편 상기한 응결경화재는 포틀랜드 시멘트, 조강 시멘트, 알루미나 시멘트중에서 선택되는 1종의 시멘트 100중량부에 실리카 분말 20∼50중량부, 소석회 20∼50중량부, 염화마그네슘, 염화칼슘, 탄산나트륨 중에서 선택된 적어도 1종 15∼50중량부, 리그닌 설폰산 나트륨 또는 리그닌 설폰산 칼리 15∼50중량부, 몬모닐로나이트 또는 세리사이트 15∼50중량부, 지르코늄 15∼50중량부의 조성비로 혼합하여 제조한다.

상기와 같이 탈수 슬러지에 골재와 응결경화재를 혼합한 후 금형에서 성형하며, 이때 그 성형 압력은 200∼300㎏/㎠를 30초∼1분 정도 유지하여 탈수 슬러지에 포함된 수분을 유출하여서 함수율 25∼30%가 되도록 한 후 탈형하고 자연 건조하여서 된 것이다.

상기한 생석회는 석회석을 가열 열분해하여 제조한 것을 사용하지만, 제조원가를 절감하기 위하여 국내의 화학공장등에서 다량으로 생산되는 예를 들면 석회석과 소금을 반응시켜 탄산나트륨(소다회)을 생산하는 과정에서 폐기물로 발생되는 폐석회(폐석회중 CaO는 34.5%를 포함하고 있음)를 일부 대체 사용할 수 있으며, 이경우에는 폐석회의 혼합량은 생석회 혼합량 보다 증량하는 것이다.

상기한 하수 슬러지는 처리시설에서 하수를 정화처리할 때 일정기간마다 정화조의 바닥에 쌓인 하수 슬러지를 채취하여 비 또는 눈이 맞지 않도록 방치하는 것이기 때문에 방치기간 및 계절에 따라 그 함수율에 차이가 있음으로 그 함수율에 따라 생석회의 양은 증감되는 것이다.

상기한 실리카 분말 및 소석회는 그 자체는 수경성은 아니나, 그 성분 중에 수분과 결합하여 물에 잘 녹지 않는 화합물을 만들어서 내부식성 등을 향상시키고 고형물 입자 사이의 간극에 충전되어 고형물을 응결하는 것이다.

상기한 리그닌 설폰산 염은 고형물의 Ca이온과 결합하여 그 입자에 흡착막을 형성하여 소수성(疎水性)으로 함과 동시에 전하에 의한 반발력의 작용으로 분산성을 발휘하고 강도를 증대 시키는 것이다.

상기한 염화마그네슘 등은 상기한 리그닌 설폰산 염에 의한 소수성 때문에 응결이 지연되는 것을 방지함과 동시에 고형물의 보수성을 유지하고, 몬모닐로나이트 또는 세리사이트와 함께 보수성 및 팽윤성이 증대되어 제품의 건조시에 수축 균열의 발생을 방지하는 것이다.

상기한 지르코늄은 이의 가수분해에 의하여 백색 젤라틴상 침전물을 생성하고, 이 침전물은 제품의 치밀성 및 내후성을 증대하며, 상기한 몬모닐로나이트와 세리사이트의 팽윤작용과 함께 밀도를 증대기키는 것이다.

상기한 탈수 슬러지의 함수율을 50~60%로 하고 성형후의 함수율을 25~30%로 하여 일정한 차이를 두는 것은 본 발명의 성형시에 응결경화재 등의 수화를 양호하게 하고, 성형시에 일부의 수분을 유출하여 응결경화재 등의 분산성을 양호하게 하며, 또한 탈형 후 자연 건조시에 경화를 지속시키기 위한 것이다.

상기한 응결경화재중 시멘트에 첨가되는 혼합물은 0.3∼3중량부를 첨가하는 바, 0.3중량부 이하이면 고형물의 응결이 양호하지 못하여 강도 등이 저하되고, 3중량부를 초과하면 급응결이 됨으로서 고형물의 소수성이 불량하고 친수성화되어 보수성 및 팽윤성이 취약하며, 건조시에 수축균열이 발생하는 것이다.

실시예 1

함수율 80%의 하수 슬러지에 생석회 45중량%를 균일하게 혼합하여 생석회가수화반응을 시작한 후 2시간 방치하여 함수율 50%의 탈수 슬러지를 얻었다.

그리고 포틀랜드 시멘트 100중량부에 실리카 분말 20중량부, 소석회 20중량부, 염화마그네슘 15중량부, 리그닌 설폰산 나트륨 15중량부, 몬모닐로나이트 15중량부, 수산화 지르코늄 15중량부를 혼합하여 응결경화재를 제조한 후 상기 탈수 슬러지 100중량부에 모래 100중량부와 응결경화재 30중량부를 혼합하여 금형에서 250㎏/㎠의 압력으로 1분간 가압하여 함수율 25%의 210×100×10㎜의 판상체를 제조하고 탈형하여 1주일간 자연 건조시켰다.

실시예 2

함수율 80%의 하수 슬러지에 생석회 50중량%를 균일하게 혼합하여 2시간 방치하여 함수율 60%의 탈수 슬러지를 얻고, 상기 탈수 슬러지 100중량부에 제철 슬래그 110중량부와 상기 실시예 1과 동일한 조성의 응결경화재 35중량부를 혼합하여 실시예 1과 같은 판상체를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1의 포틀랜드 시멘트 대신에 알루미나 시멘트를 혼합하여 실시예 1과 같은 판상체를 제조하였다.

시험결과

이상과 같이 본 발명은 하수 슬러지를 생석회의 수화에 의한 발열반응에 의하여 수분 및 유기물을 증발 건조함으로서 탈수가 간편하고 신속할 뿐 아니라 병원균을 살균함으로서 환경공해를 저감할 수 있고, 탈수 슬러지에 골재와 응결경화재를 혼합하고 함수율과 성형압력을 일정하게 유지함으로서 보수성과 분산성이 양호하며 강도가 증대되고 수축균열이 작은 양질의 건축자재를 얻을 수 있고, 또한 자연 건조함으로서 저렴하게 생산할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 처리시설에서 회수한 상태의 하수 슬러지에 생석회 40∼50중량%를 균일하게 혼합 하여 생석회의 수화 반응에 의하여 함수율 50∼60%의 탈수 슬러지를 얻고, 상기 탈수 슬러지 100∼110중량부에 골재 100∼120중량부와, 시멘트 100중량부에 대하여 실리카 분말 20∼50중량부, 소석회 20∼50중량부, 염화마그네슘, 염화칼슘 및 탄산나트륨중에서 선택된 적어도 1종 15∼20중량부, 리그닌 설폰산 나트륨 또는 리그닌 설폰산 칼리 15∼50중량부, 몬모릴로나이트 또는 세리사이트 15∼50중량부, 지르코늄 15∼50중량부의 조성비를 가진 혼합물 0.3∼3중량부를 첨가한 응결경화재 30∼40중량부를 혼합한 후 금형에서 200∼300㎏/㎠의 압력으로 함수율 25∼30％가 되도록 성형하여서 탈형하고 자연 건조시킨 하수 슬러지를 이용한 건축자재 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 생석회의 일부를 폐석회로 대체 혼합한 하수 슬러지를 이용한 건축자재 제조방법.