KR100472907B1 - 슬러지 처리제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 90 내지 95중량%의 스테인리스 슬래그(Stainless Slag)와 잔량의 생석회 부산물을 함유하고 있음을 특징으로 하는 슬러지(Sludge) 처리제 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 기존의 시멘트 및 생석회 계열의 알칼리계 고화제 사용에 따른 암모니아 악취발생 등의 문제점을 보완하고, 고함수율을 갖는 슬러지를 안정화함은 물론, 수분을 조기에 감소시켜 고결촉진을 도모하여 일반토양과 같은 성상으로 토질 역학적 강도를 지속적으로 유지시킴으로서 슬러지를 매립지의 복토재 및 토지개량제로서 유용하게 활용할 수 있도록 하였다.

Description

슬러지 처리제 조성물 {Composition of material treating Sludge}

본 발명은 슬러지(Sludge) 처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 90 내지 95중량%의 스테인리스 슬래그(Stainless Slag)와 잔량의 생석회 부산물을 함유하고 있음을 특징으로 하는 슬러지 처리제 조성물에 관한 것이다.

슬러지란 하수 또는 폐수 처리과정에서 발생되는 침전물로 오니(汚泥)라고도 하며, 상하수처리장, 산업폐수처리장, 분뇨처리장 등에서 수유 등의 부유물질이 중력작용에 의해 액체로부터 분리되어 바닥에 농축된 고함수비의 고형물을 일컫는다.

이러한 슬러지는 그 성분의 다양함과 높은 함수율로 인하여 처리가 대단히 어려운 물질로 분류되며, 지금까지는 매립, 소각, 고화처리 기타 등의 방법에 의하여 처리되어 왔다. 그 중 매립 방법에 의한 처리가 가장 일반적이나, 일반 쓰레기의 매립장에 함수율 85% 정도의 슬러지를 아무런 처리없이 그냥 폐기 매립하므로 침출수에 의한 수질 악화 및 침출수량의 증가로 인한 환경 오염 등의 문제점을 야기한다. 슬러지 처리의 다른 방법인 안정화 및 고화처리는 생석회 단일물질, 생석회와 시멘트의 혼합물, 생석회 및 시멘트 그리고 플라이애쉬(Fly ash : 알루미나, 실리카를 주성분으로 하는 석탄재) 등으로 조성된 첨가제 등의 알칼리계 안정제 및 고화제를 첨가하여 생석회의 발열반응에 의한 안정화 및 시멘트의 수화반응에 의한 고화를 통하여 슬러지를 처리하며, 처리토의 토질에 역학적 강도를 갖게 하여 매립지의 복토재 및 토지개량제 등으로 활용할 수 있는 방법을 말한다. 그러나 이러한 종래의 안정화 및 고화에 의한 슬러지 처리방법은 연속적인 다량 처리, 조기 고화 처리, 슬러지의 다양한 성상에 의한 고화제 조성물의 다양한 처리기법의 요구를 충족하지 못하고 있는 실정이다. 특히, 생석회와 시멘트의 강한 알칼리 성분으로 인하여 pH가 12이상으로 지나치게 증가하여 이로 인한 암모니아 가스의 발생이 촉진되어 이로 인한 주변환경에 악영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 갖는 문제점 없이 조기 고화 처리할 수 있고, 암모니아 악취 등이 발생하지 않아 환경 친화적이며, 처리토는 매립지의 복토재 및 토지 개량제로서 유용하게 재활용 할 수 있는 최적의 조성물 및 조성비의 슬러지 처리제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 90 내지 95중량%의 스테인리스 슬래그(Stainless Slag, 제철부산물)와 잔량의 생석회 부산물을 함유하고 있음을 특징으로 하는 슬러지(Sludge) 처리제 조성물을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 조성물은 제철소에서 발생되는 스테인리스 슬래그를 주성분으로 하고, 석회제조공정 중에 발생되는 생석회 부산물을 기타 성분으로 하여 구성되어 있음을 특징으로 하는데, 상기와 같은 성분을 특정비율로 혼합하여 슬러지에 처리함으로써 고함수율을 갖는 슬러지를 안정화 및 고형화시키고, 수분을 조기에 감소시켜 고결을 촉진하며, 처리토는 일반토양과 같은 성상으로 지속적인 강도를 유지하면서 매립지의 복토재 및 토지 개량제로서 유용하게 사용할 수 있게 된다. 특히, 기존의 고화제로서 강알칼리계 물질로 알려진 생석회(CaO)의 직접 사용을 최소화하기 위하여 스테인리스 슬래그를 주성분으로 혼합하여 사용하는데, 그 결과 pH를 10 내지 11로 유지함으로써 암모니아 발생을 감소시킨다. 또한, 스테인리스 슬래그와 생석회 부산물은 각기 제철소 및 생석회 제조공정 중에 발생되는 부산물로 낮은 제조원가의 슬러지 처리제를 생산할 수 있게 된다.

본 발명의 목적에 부합하는 상기 스테인리스 슬래그와 생석회 부산물의 최적의 조성비는 전체 중량에 대해서 스테인리스 슬래그가 90 내지 95중량%이어야 하고 나머지가 생석회 부산물로 구성되어 있어야 한다.

본 발명의 주성분인 스테인리스 슬래그는 슬래그 전체 중량에 대하여 50 내지 55중량%의 산화칼슘(CaO), 20 내지 25중량%의 이산화규소(SiO₂), 3 내지 5%의 산화알루미늄(Al₂O₃), 5 내지 10%의 산화마그네슘(MgO), 잔량으로서 크롬(Cr)화합물을 포함하여 이루어지며, 상기 스테인리스 슬래그는 제철소에서 발생하는 스테인리스 제강 슬래그 성분이다.

또한, 생석회 부산물은 30 내지 70%의 산화칼슘(CaO), 잔량으로서 이산화규소(SiO₂)를 포함하며, 미량의 불순물을 더 포함된 것은 당연히 이해될 수 있는 것이다. 상기 생석회 부산물은 석회제조공정 중에서 발생한다.

상기와 같은 스테인리스 슬래그와 생석회 부산물의 조성물과 조성비로 구성된 슬러지 처리제 조성물은 분말상인 것이 바람직하며, 슬러지에 대한 본 처리제 조성물의 사용량은 슬러지의 성상, 계절, 목적하는 고화체의 종류에 따라 약간의 차이는 있지만 수분함량 80%인 슬러지 100중량부에 대하여 본 조성물 20 내지 25중량부인 것이 바람직하다.

스테인리스 슬래그와 생석회 부산물을 구성하고 있는 조성물의 개개 기능을 살펴보면 아래와 같다.

산화칼슘은 백색 등축정계의 분말로서 공기중의 습기와 이산화탄소(CO₂)를 흡수하여 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 및 탄산칼슘(CaCO₃)을 생성하므로써, 슬러지를 고화시키며, 산화칼슘의 수화열에 의하여 수분을 증발시키므로써 고화현상을 더욱 촉진시키게 된다.

또한 이산화규소(SiO₂)와 산화알루미늄(Al₂O₃)은 알카리성에서 -OH-과 알칼리의 영향을 받아 고화체인 물질 X와 X-OH-와 같은 양쪽성 물질의 결합이 일어나 응고력이 커지며 강한 흡착력을 유발하게 된다.

그밖에 산화마그네슘은 등축정계의 결정으로, 공기중에서 하기 화학식 1에서 보여주는 바와 같이 물 및 이산화탄소와 반응하여 탄산화마그네슘을 생성함으로써 슬러지의 고화작용을 더욱 촉진시키게 된다.

4MgO+3CO₂+4H₂O →3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O

이와 같이 본 조성물은 산화칼슘, 이산화규소, 산화알루미늄 등에서 발생되는 에뜨링자이트 결정에 착안하여 고결의 조기촉진을 발현케 한 것이며, 본 조성물에 의한 슬러지의 안정화 및 고화는 흡수발열반응(수화반응), 이온교환반응, 포졸란(pozzolane)반응, 탄산화 반응을 통해 작용하게 되는 것이다.

상기 흡수발열반응은 산화칼슘을 슬러지에 첨가하는 경우, 산화칼슘이 그 수화반응에 의해 슬러지에 포함된 수분을 화합수의 형태로 내포하게 되고, 또한 산화칼슘의 수화반응으로 발생하는 열에 의해 수분을 증발시켜 슬러지 중의 수분을 감소시키고, 슬러지의 고형성분이 압밀되도록 한다.

이온교환반응은 석회의 칼슘이온이 물에 분산되어 토립자에 가해지면 토립자의 표면에 흡착해 있던 나트륨 이온, 칼륨이온, 수소이온, 마그네슘이온 등이 친화력이 더 큰 칼슘이온에 의해 치환되는 반응으로, 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 이온교환량 이상으로 가하면 수산기(OH)가 증가하여 물은 알칼리성이 되고, 칼슘이온은 더욱 다량 흡착된다. 이와 같은 이온교환반응이 슬러지 내에 함유되어 있던 점토 입자에 작용하여 서로 반발하고 있던 작은 토립자들을 결합하게 하여 단결화시키므로써 커다란 덩어리가 되게 한다.

포졸란(Posallane)은 이산화규소(SiO₂)를 주성분으로 하는 물질로 수산화칼슘과 상온에서 서서히 반응하여 불용성의 화합물을 형성한다.

탄산화 반응은 석회가 공기 중의 탄산가스와 반응해서 탄산칼슘을 형성하는 반응으로 흙을 고결시키는 작용을 통해 슬러지를 안정화시킨다.

본 발명에 의한 조성물은 유기성 및 무기성 슬러지 등을 종합적으로 처리할 수 있으며, 주원료물질 조성비의 조절을 통하여 사용목적에 따라 매립지의 복토재, 토지개량제 등 다양한 형태의 결과물을 얻을 수 있으며, 안정화 및 고결화 기능이 우수한 조성물로서 슬러지의 재활용과 환경오염방지 측면에서 크게 각광을 받을 수 있는 조성물이라 할 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명자의 또 다른 발명인 "유기성 슬러지의 고형화, 안정화를 통한 자원화 방법 및 이를 위한 장치" 에서 첨가제로 제공되며, 이는 특허출원 제2002-0005080호를 참조한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 시멘트 및 생석회 계열의 알칼리계 고화제 사용에 따른 암모니아 악취발생 등의 문제점을 보완하고, 고함수율을 갖는 슬러지를 안정화함은 물론, 수분을 조기에 감소시켜 고결촉진을 도모하여 일반토양과 같은 성상으로 토질 역학적 강도를 지속적으로 유지시킴으로써 슬러지를 매립지의 복토재 및 토지개량제로서 유용하게 활용할 수 있도록 하였다.

Claims (3)

1. 유기성 및 무기성 슬러지를 안정화 및 고화시키는 처리제 조성물로서, 90 내지 95중량%의 스테인리스 슬래그(Stainless Slag, 제철부산물)와 잔량의 생석회 부산물을 함유하고 있고,

   상기 스테인리스 슬래그는 슬래그 전체 중량에 대하여, 50 내지 55중량%의 산화칼슘(CaO), 20 내지 25중량%의 이산화규소(SiO₂), 3 내지 5%의 산화알루미늄(Al₂O₃), 5 내지 10%의 산화마그네슘(MgO), 잔량으로서 크롬(Cr)화합물을 포함하고,

   상기 생석회 부산물은 생석회 부산물 전체 중량에 대하여, 30 내지 70%의 산화칼슘, 잔량으로서 이산화규소(SiO₂)를 포함하며, 미량의 불순물을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 슬러지 처리제 조성물.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 슬러지 처리제 조성물이 분말상임을 특징으로 하는 슬러지 처리제 조성물.