KR100450898B1 - 하수슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수슬러지를 이용하여 벽돌 패널 등의 건자재를 성형함으로서 고갈되는 천연자원의 모래, 자갈을 대체하고 환경오염을 줄일 수 있도록 한 것이다.

더욱 상세하게는 하수종말처리장, 산업폐수처리장등에서 함수율 약80% 이상의 케이크상태의 하수슬러지를 수거하는 공정과; 상기 함수율 약80% 이상 케이크 상태의 하수슬러지를 약 100±5℃에서 24시간동안 1차 건조하는 공정과; 상기 1차 건조된 하수슬러지 케이크를 분쇄기로 분쇄하여 미분말화하는 공정과; 상기 분쇄된 슬러지 미분말 200∼60%, 점토 10∼30%, 규사 10∼30%, 석고 2∼8%, 고로슬래그분말 0∼30%를 혼합하는 공정과; 상기 혼합된 원료를 벽돌, 블럭, 패널의 건자재 형상모양을 갖는 프레스에 넣고 가압 성형하는 공정과; 상기 성형된 건자재를 약 70℃의 건조실에서 약 1시간 2차 건조하는 공정과; 상기 건조된 건자재를 900∼1100℃의 소성로에서 약 12시간 소성하는 공정을 거쳐 제조된 토목, 건축자재를 제공할 수 있도록 된 것이다.

Description

하수슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법{production of incinerated construction materials using wastewater sludge}

본 발명은 하수 종말처리장, 산업폐수처리장 등의 가정 및 각종 산업현장에서 발생되는 하수슬러지를 분말화한 다음 점토, 규사, 석고 등과 혼합 가공하여 제조하고자 하는 건자재로 성형한 다음 건조, 소성단계를 거쳐 건자재를 형성함으로서 직매립이 금지된 하수슬러지를 처리하는 동시에 수질오염, 대기오염, 토양오염 등의 환경오염을 방지할 수 있도록 발명된 하수슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법에 관한 것이다.

산업사회가 발달함에 따라서 가정, 빌딩, 대형 음식점, 산업현장에서 발생되는 각종 하수슬러지가 하루에도 전국적으로 수천 톤씩 배출되고 있는 실정이나 2001년도부터 하수슬러지는 직매립이 금지된 관계로 이를 대체 처리하기 위한 수단이 강구되어야 함에도 불구하고 특별한 대안이 없는 실정이다.

또한 산업사회가 발달하고 생활수준이 향상됨에 따라서 유락시설, 호텔, 대형음식점, 아파트 등의 건축물 시공이 많이 이루어지다 보니 반대적으로 모래, 자갈, 벽돌, 블럭, 콘크리트 패널 등의 건축기초자재 소비가 기하급수적으로 이루어지므로 현재에는 천연자재가 상당히 부족한 관계로 바다 모래를 씻어 사용함으로 잔류된 염분에 의하여 부실 시공이 이루어질 뿐만 아니라 하천 강의 환경이 파괴되는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해 플로팅세라믹(FLOATING CERAMIC), 경랑골재등과 같은 경량건축자재가 개발 사용되고 있으나, 이러한 경량건축자재는 그 값이 일반시멘트 제품에 비하여 매우 고가이어서, 크게 이용되지 못하고 아직까지는 건축전반에 걸쳐 값이 싼 시멘트제품을 주로 사용하는 있는 실정이다.

한편, 모든 산업분야에서 다량 발생되는 각종 산업폐기물들은 그 처리문제가 국내외적으로 크게 대두되고 있는 실정이고, 이러한 문제들은 어제, 오늘의 문제도 아닌 것이지만, 특히 심각한 점은 위와 같은 폐기물의 처리문제가 국가 산업발전은물론 인간생활 공간의 곳곳을 저해하는 크나큰 요인으로 대두되고 있음에도 불구하고 이를 해결할 수 있는 적절한 대책이 없어, 아직까지 주로 매립이나 소각 또는 해양투기등의 방법에 의존하고 있다는 점이다.

그러나 상기한 해양투기방법이나 매립방법은 투기장소와 매립지가 거의 포화상태에 이르러 당장 한계에 도달하였고, 또 생태계의 주 파괴요인으로 작용하기 때문에 적절한 방법이라고 할 수 없으며, 특히 매립의 경우 발생되는 침출수의 문제는 수자원과 각종 지하자원 및 토양오염등이 매우 심각한 실정에 놓여있다.

또한 하수슬러지는 하수 종말처리장이나 산업폐수처리장, 분뇨처리장 등에서발생되는 유기성오니이며 그 처리과정에서 석회계나 고분자계의 탈수재료에 의해 탈수되고 약 80%이상의 함수상태를 갖는 탈수 케이크 상으로 최종 배출된다. 이렇게되는 하수슬러지의 화학성분은 발생되는 장소에 따라 각기 다르며 그 함유량도 각각 다르지만 일반적으로 중금속(Cu, Cd, Cr등)을 포함한 Ca, K, Na, Mg, Si 등의 금속성분과 유기물(C, N, P)로 구성되어 있다. 따라서 최종 매몰되는 하수슬러지의 높은 함수상태와 중금속, 유기물을 다량 포함한 슬러지의 조성은 이들의 처리 및 재활용기술에 많은 제약이 되었다. 즉, 하수슬러지를 퇴비화 하여 녹농지에 이용하는 기술은 중금속에 대한 세심한 주의와 대책이 필요하며, 슬러지를 소각하여 매립하거나 건축자재로 재활용하는 기술은 소각공정에 따른 막대한 시설투자등의 경제적문제와 소각에 의해 다이옥신등의 유해가스를 발생시켰으며, 특히 슬러지내 함유된 중금속은 소각되어도 소각재내에 그대로 잔류되어 매립되거난 건축자재로 재활용되더라도 외부로 용출되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 함수율 약80% 이상의 케이크상태의 하수슬러지를 수거하는 공정과; 상기 함수율 약80% 이상 케이크 상태의 하수슬러지를 건조하는 공정과; 하수슬러지를 분쇄하여 미분말 하는 공정과; 점토, 규사, 석고, 고로슬래그분말을 혼합하는 원료 혼합공정과; 프레스 성형공정과; 성형물을 건조하는 공정과; 소성하는 공정과 냉각하는 공정을 거쳐 제품을 제조함으로, 하수슬러지내 유기성분들은 대기중으로 날아가고 중금속(Hg, Cd, Cu 등)을 포함한 금속성분들은 소성시 용융 변질되어 금속성분들상호간 강한 결합구조를 형성한다. 따라서 하수슬러지 내에 함유된 각종 중금속들은 여러 가지 금속성분들과 함께 결합구조를 이루고 있기 때문에 중금속 용출이 없으며 하수슬러지 소각회를 재활용한 시멘트 제품 보다 안정적으로 처리한 토목, 건자재를 제공함과 동시에 하수슬러지에 의한 환경오염을 줄일 수 있도록 된 것이다.

도1은 본 발명에 따른 건자재 제조방법의 블럭도.

이하 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.소석회 슬러지, 폐석분, 폐석사 등의 폐기물 슬러지와 점토를 혼합하여 성형, 건조, 소성시켜 건자재를 제조함에 있어서,

하수종말처리장, 산업폐수처리장등에서 함수율 80%이상인 탈수케이크 상태의하수슬러지를 수거한 후, 하수슬러지 케이크를 약 100±5℃에서 24시간동안 1차 건조하는 공정과;

상기 1차 건조된 하수슬러지를 분쇄기로 분쇄하여 미분말화하는 공정과;

상기 분쇄된 슬러지 미분말 20∼60%, 점토 10∼30%, 규사 10∼30%, 석고 2∼8%, 고로슬래그분말 0∼30%를 혼합하는 공정과;

상기 혼합된 원료를 벽돌, 블럭, 패널등 건자재 형상모양을 갖는 프레스에 넣고 가압 성형하는 공정과;

상기 성형된 건자재를 약 70℃의 건조실에서 약 1시간 2차 건조하는 공정과;

상기 건조된 건자재를 900∼1100℃의 소성로에서 약 12시간 소성 및 냉각하는 공정을 거쳐 토목, 건축자재를 완성할 수 있게된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명은 먼저 하수슬러지를 수거하기 위해 가정 등의 하수를 처리하는 하수종말처리장, 산업현장에서 발생되는 하수 및 폐수를 처리하는 산업폐수처리장 등에서 수거된 하수슬러지는 함수율은 약 80% 이상 유지된 탈수 케이크 상태이다.

상기와 같이 함수율 80% 이상의 하수슬러지 케이크를 약 100±5℃로 24시간 1차 건조하여 함수율 3%이하로 감량화시켜 취급 및 운반이 용이하도록 한다.

상기 1차 건조되어 수분함량이 3%이하로 된 슬러지를 분쇄기로 미분쇄시켜 슬러지 미분말20∼50%, 점토 10∼30%, 규사 15∼25%, 석고 3∼7%, 고로슬래그분말 10∼30%를 혼합하여 토목, 건자재 형상의 프레스 60㎏f/㎠에 넣고 가압성형한다.

상기 성형된 건자재 약 70℃의 건조실에서 약 1시간 동안 2차 건조과정을 거친다.

상기 2차 건조된 토목, 건자재는 다시 900∼1100℃ 소성로에서 약 12시간 소성시켜 가마에서 구운 것과 같은 경량 건자재의 제품을 완성하게 된다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 수분함량이 3%이하로 된 슬러지를 분쇄기로 미분쇄시켜 슬러지 미분말40∼60%, 점토 20∼30%, 규사 10∼30%, 석고 2∼8%를 혼합하여 토목, 건자재 형상의 프레스 100㎏f/㎠에 넣고 가압성형한다.

이렇게 가압 성형된 건자재는 상기 경량 건자재에서 실시한 것과 같이 약 70℃의 건조실에서 약 1시간 동안 2차 건조과정을 거친다.

상기 2차 건조된 토목, 건자재는 다시 900∼1100℃ 소성로에서 약 12시간 소성시켜 가마에서 구운 것과 같은 일반 토목, 건축자재를 제조할 수 있게 된다.

상기와 같이 성형된 본 발명은 하수슬러지에 점토, 규사, 석고, 고로슬래그분말 등을 혼합하여 소성함으로써, 하수슬러지내 유기성분들은 뜨거운 고열에 의하여 대기중으로 날아가고 중금속(Hg, Cd, Cu 등)을 포함한 금속성분은 소성시 용융 변질되어 강한 결합구조를 형성한다. 하수슬러지 내에 함유된 각종 중금속들은 소성후 여러 가지 금속성분들과 함께 결합구조를 이루고 있기 때문에 중금속 용출이 없으며, 하수슬러지 소각회를 재활용한 시멘트 제품 보다 더욱 고강도이고 안정적으로 성형된 벽돌, 블럭, 패널 등의 건자재를 제공함과 동시에 하수슬러지를 처리함으로써 수질오염, 대기오염, 토양오염 등의 환경오염을 줄일 수 있도록 된 것이다.

이렇게 이루어지는 본 발명의 제조 방법을 요약하여 설명하면, 하수종말처리장, 산업폐수처리장에서 탈수케이크 상태의 하수슬러지 수거 →함수율 3%이하가 되도록 온도 100±5℃에서 24시간 1차 건조 →슬러지 미분말화 →점토, 규사, 석고 또는 고로슬래그분말을 혼합 원료형성 →건자재 형상으로 프레스 성형 → 온도 70℃로 1시간동안 2차 건조 →온도 900∼1100℃로 12시간 소성 →냉각 → 제품완성의 공정으로 제품을 성형하게 된다.

본 발명은 하수슬러지 미분말에 점토를 혼합하고 규사나 고로슬래그미분말, 석고, 등을 첨가하여 소성함으로써, 물성(강도나 흡수 등)이 우수한 소성 벽돌, 블럭, 패널 등의 건자재를 제조하게된다.

이때 점토는 결합재로 이용되고, 규사는 제점제(除粘劑)로서 소성시 수축량을 조절하며, 석고는 강도를 높이는 작용을 하고 고로슬래그미분말의 사용은 매트릭스(matrix) 내부를 충전하여 치밀화함으로서 강도와 흡수률등을 크게 개선한다.

또한 본 발명은 하수슬러지 미분말의 사용량을 늘리고 점토를 적게 사용함으로써 비중 1.2이하인 경량 소성제품으로 특성화시켜 제조할 수 있다.

이와 같이된 본 발명은 하수슬러지에 점토, 규사, 고로슬래그분말, 석고 등을 적당비율로 혼합하여 프레스로 성형한 다음 온도 900∼1100℃로 소성함으로서 소성과정에서 유기성분들은 대기 중으로 날아가고, 중금속(Hg, Cd, Cu 등)을 포함한 금속성분들(Na, K, Ca, Si, Mg, Fe)은 상호간 결합구조를 이루고 있기 때문에 중금속 용출이 없고, 특히 하수슬러지의 수거장소, 중금속의 함량에 관계없이 완성된 제품에서 유해물질의 유출이 없으며, 고온에서 소성함으로 벽돌, 패널 등의 고강도 토목, 건자재를 제공할 수 있으며, 직매립이 금지된 하수슬러지를 수질오염, 대기오염, 토양오염을 발생시키지 않고 처리하게 되므로 환경친화적인 효과를 갖게된 것이다.

Claims (2)

1. 소석회 슬러지, 폐석분, 폐석사, 점토 등의 폐기물 슬러지를 선택하여 소정의 혼합비로 혼합하여 성형, 건조 및 소성시켜 건자재를 제조함에 있어서,

   하수종말처리장, 산업폐수처리장등에서 수거한 함수율 80%이상인 탈수케이크 상태의 하수슬러지 케이크를 약 100±5℃에서 24시간동안 1차 건조하는 공정과;

   상기 1차 건조된 하수슬러지를 분쇄기로 분쇄하여 미분말화하는 공정과;

   상기 분쇄된 슬러지 미분말 20∼50%, 점토 10∼30%, 규사 15∼25%, 석고 3∼7%, 고로슬래그분말 10∼30%를 혼합하는 공정과;

   상기 혼합된 원료를 통상의 건자재 형상모양을 갖는 프레스에 넣고 가압 성형하는 공정과;

   상기 성형된 건자재를 약 70℃의 건조실에서 약 1시간동안 2차 건조하는 공정과;

   상기 건조된 건자재를 900∼1100℃의 소성로에서 약 12시간 소성 및 냉각하는 공정을 거쳐 경량자재의 토목, 건축자재를 제조할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 소성 건자재 제조방법.
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