KR100528701B1 - 불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 이용한 하수슬러지의 탈수방법 - Google Patents

불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 이용한 하수슬러지의 탈수방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제 및 이를 이용한 하수슬러지 탈수방법에 관한 것이다.
하수슬러지 탈수시 탈수보조제로서 불가사리 분말을 이용함으로써, 탈수효율을 증대시킬 수 있으며, 이로 인해 탈수케이크의 부피감소 및 이에 따른 처리비용을 절감시킬 수 있다.
특히, 해양생태계에 악영향을 주는 불가사리의 이용범위를 확대함으로써, 불가사리 구제 및 수매사업의 활성화와 해양환경보전에 이바지할 수 있다.

Description

불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 이용한 하수슬러지의 탈수방법{METHOD FOR DEWATERING SEWAGE SLUDGE CAKE USING DEWATERING AID USING STARFISH FOR REDUCING WATER CONTENT IN SEWAGE SLUDGE CAKE}
본 발명은 불가사리로 이루어진 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 이용한 하수슬러지의 탈수방법에 관한 것이다.
하폐수의 처리시설에서는 매년 수백만 톤의 슬러지가 배출되고 있으며, 이들은 약 80%의 수분을 함유한다. 이러한 슬러지들은 일반적으로 비료의 사용, 땅에 매립 또는 소각 등의 방법에 의해 처리되고 있다. 이때 슬러지를 매립에 의해 처리하는 경우, 대량의 수분함유로 인한 부피로 인해 부지 확보 등의 문제가 발생하며, 슬러지를 소각하여 처리하는 경우, 설비비 및 소각연료비 등 많은 비용이 드는 문제점이 발생한다. 특히, 슬러지 내에 많은 수분 함량으로 인해 수분을 증발시키는데 많은 에너지가 소비되어 연료비가 증가되고 처리효율 또한 저하된다는 문제점이 있다. 따라서, 하폐수의 처리과정에서 발생하는 슬러지 내의 수분함량을 감소시켜 슬러지 부피의 감량 및 소각 처리시 연료의 사용량을 감소시킬 필요가 있다.
상기 기술한 바와 같이, 슬러지내에 존재하는 수분을 제거하는 것을 슬러지 탈수라 하며, 이러한 슬러지 탈수에 관한 연구는 그동안 많이 연구되어지고 있다.
하폐수의 처리과정에서 발생하는 슬러지는 수처리의 침전조에서 발생되는 슬러지를 농축조를 통과시켜 조금 더 농축하고 이후 탈수장치에서 수분을 탈수하게 된다. 일반적으로 슬러지를 효과적으로 탈수하기 위해, 대부분 탈수전에 농축슬러지의 성상을 개량하는 과정이 도입되어 왔다. 이 과정에서 응집제를 이용하여 슬러지를 이루고 있는 고형물질간의 결합을 크게 하여 플록을 형성시키고, 수분을 탈수장치를 이용하여 분리시켜 고액분리가 일어나며 그 결과 슬러지케이크를 얻게 된다.
응집제는 슬러지를 이루고 있는 고형 물질간의 결합을 크게 하는 것으로, 구체적으로 양이온계, 비이온계, 음이온계　고분자응집제가 있으며 양이온계와 음이온계 응집제는 이온성에 따라 강이온계, 중이온계, 약이온계 응집제로 분류된다. 일반적으로 시중에서 주로 사용되어지고 있는 응집제로는 고분자 합성화학물질로 강-양이온계 응집제로 YCX-686; 중-양이온계 응집제로 SC-050; 비이온계 응집제로 N-302P 등이 있다.
또한, 탈수장치는 가압식 탈수장치가 가장 일반적인 것으로, 응집제 투입후 플록이 형성된 슬러지를 여과포 사이로 주입하고 이러한 여과포에 일정압력을 가해주어 슬러지를 수분(여액)과 고형분(탈수케이크)으로 분리하는 원리를 이용하고 있다. 가압식 탈수장치의 구체적인 예는 벨트프레스, 필터프레스, 스크루데칸터 또는 원심분리 장치가 있다.
벨트프레스 탈수장치는 현재 가장 보편적으로 보급 및 사용되어지고 있는 탈수장비로 상여과포와 하여과포를 롤러로 이동 및 압착시키며 그 사이에 슬러지를 주입, 여과하는 방식의 탈수장치이다. 필터프레스 탈수장치는 일정한 체질을 갖는 다수의 여과판을 유압실린더로 압착한 후 그 공간속에 슬러지를 투입하여 슬러지 탈수케이크를 여과판 안쪽에 압착, 농축시키고 여액을 배출하는 방식을 취하고 있다. 스크루데칸터는 회전 보울(Bowl) 내부에 연속적으로 피드 파이프(Feed pipe)를 통해 사전 응집반응 없이 슬러지와 응집제를 동시에 투입하면 중력의 수천배로 원심 압밀력이 가해져 고형물과 수분이 분리되고 고형물은 전단력과 압착력 작용에 의해 케이크로 배출되는 탈수장치이다. 또한 원심분리장치는 원심분리의 원리를 이용한 것으로 다소 소음을 발생시키는 문제가 있으나 비교적 적은 용량을 연속적으로 탈수하는 경우에 널리 사용되는 것으며, 그 종류는 수평형 원심분리기와 수직형 원심분리기가 있다. 이 중에서 수평형 원심분리기는 에너지 소모량이 적고 단위 용적당 투자비가 낮기 때문에 많이 사용된다.
이렇게 얻어진 슬러지케이크는 소각 또는 매립 등의 후처리를 수행하게 된다. 이때, 상기 슬러지케이크의 함수율에 따라 처리비용 및 처리효율성에 영향을 미친다.
이러한 슬러지케이크의 탈수효율 증진을 위한 방법중의 하나로 탈수보조제를 사용한다. 상기 탈수보조제는 응집제를 첨가하기 전에 첨가함으로써 탈수 케이크내에서 첨가된 탈수보조제 부피만큼의 수분을 제거하고 가압탈수장치에서의 압축성을 개선하는 역할을 한다. 기존에 알려진 탈수보조제로는 규조토, 톱밥, 소각재 및 제지 펄프 등이 있으나, 이러한 탈수보조제는 추가로 확보하기 위한 비용과 자원의 낭비가 있고 후속처리공정에 따라 그 효용성이 가변되는 단점이 있다.
따라서, 기존의 가압식 탈수장비의 활용과 함께 경제적이고 이용범위가 넓은 탈수개량제의 개발이 요구되어지고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결 및 개선하기 위한 것으로, 폐수산자원인 불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 이용하여 슬러지케이크의 함수율 감량효과가 우수한 하수슬러지의 탈수방법을 제공하는 것이다.
삭제
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수거된 불가사리를 자연수로 세척 및 건조한 후 분쇄하여 얻어진 분말 형태의 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 제공한다.
또한, 본 발명은 하수슬러지 탈수방법에 있어서,
하수슬러지에 불가사리 탈수보조제를 혼합 및 교반하는 단계(단계 1),
상기 단계 1에서 얻어진 하수슬러지에 응집제를 혼합 및 교반하여 플록을 형성시키는 단계(단계 2), 및
상기 플록을 탈수장치를 이용하여 슬러지케이크를 얻는 단계(단계 3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 탈수방법을 제공한다.
즉, 본 발명에서 하수슬러지 탈수시 탈수보조제로서 불가사리 분말을 이용하여 탈수효율을 증대시킬 수 있으며, 이로 인해 탈수케이크의 부피감소 및 이에 따른 처리비용의 절감의 장점을 가지고 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 제공한다. 구체적으로, 수거된 불가사리를 자연수로 세척 및 건조한 후 분쇄하여 분말 형태로 얻어진 분말 형태의 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 제공한다.
상기 하수슬러지 탈수용 탈수보조제는 해양생태계에 악영향을 주는 폐수산자원인 불가사리를 사용하는 것으로, 상기 불가사리는 통상적으로 얻을 수 있는 불가사리를 사용한다.
상기 얻어진 불가사리를 자연수를 이용하여 표면에 묻은 불순물 등을 세척하고 건조기를 이용하여 수분을 건조시킨다. 상기 자연수는 수거된 불가사리에 존재하는 염분 및 불순물 제거를 위한 세척수로 수돗물, 지하수 및 지표수등이 이에 해당된다.
이후, 분쇄기를 이용하여 일정한 크기의 분말 형태로 얻는데, 분말의 크기는 20∼80 메쉬(mesh) 일때 탈수보조제로서 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 분말의 크기를 한정하지 않는다.
또한, 본 발명은 추가로 상기 분말을 열처리 과정을 수행하여 얻어진 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 제공한다. 이러한 열처리는 불가사리 내부의 불순물 및 휘발성 유기물질을 제거하여 효율을 증대하기 위한 것으로, 105∼700℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만인 경우, 불가사리 내부의 불순물 및 휘발성 유기물질이 건조되지 않고 잔류하는 단점이 발생하며, 상기 범위를 초과한 경우 열처리 비용이 과다 상승하는 단점이 발생한다.
또한, 본 발명은 불가사리 탈수보조제를 이용한 하수슬러지 탈수방법을 제공한다.
단계 1에서는 하수슬러지에 불가사리 탈수보조제를 혼합 및 교반한다.
하수슬러지는 하수슬러지를 포함한 오수 및 폐수처리장치에서 발생되는 슬러지인 것으로서, 슬러지내에 다량의 수분을 함유하고 있으며 모든 종류의 유기슬러지, 무기슬러지 그리고 유기슬러지와 무기슬러지가 혼합된 혼합슬러지를 포함한다.
상기 불가사리 탈수보조제는 본 발명의 가장 특징적인 것으로, 불가사리 분말을 사용함으로써, 탈수후 얻어진 슬러지케이크의 함수율을 감소시킬 수 있다. 이러한 불가사리 탈수보조제는 슬러지 건조 고형분에 대해 1∼200 중량부를 사용하며, 사용량이 상기 범위 미만인 경우 탈수보조제 첨가에 따른 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과한 경우 유의적인 상승효과를 얻을 수 없다.
단계 2에서는 상기 단계 1에서 얻어진 하수슬러지에 응집제를 혼합 및 교반하여 플록을 형성시킨다.
본 발명에서 "플록"이라 함은 슬러지 내부의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자를 응집제로 응집시킨 큰 덩어리를 의미하는 것이다.
상기 응집제는 슬러지를 이루고 있는 고형물질간의 결합을 크게 하는 것으로, 본 분야에 사용되는 모든 합성 고분자응집제(양이온계, 비이온계, 음이온계)를 사용할 수 있으며, 일예로 시중에서 주로 사용되고 있는 양이온계 SC-050을 사용한다.
단계 3에서는 상기 플록을 탈수장치를 이용하여 탈수하여 슬러지케이크를 얻는 것이다.
본 발명에서 "슬러지케이크"라 함은 슬러지를 응집후 가압식 탈수장치를 이용하여 일정량의 수분을 제거하고 남은 고형분을 의미하는 것이다.
상기 탈수장치는 얻어진 플록과 수분을 분리시키기 위한 장치로서, 본 분야에서 사용되는 모든 탈수장치를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 벨트프레스, 필터프레스, 스크루데칸터 또는 원심분리 장치를 사용한다.
이렇게 얻어진 슬러지케이크는 해양투기, 육상매립 또는 소각 등의 후처리 방식에 의해 처리할 수 있으며, 본 발명에서는 이에 한정하지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 불가사리 탈수보조제의 제조 1
해안에서 수거된 불가사리를 자연수로 세척한 후 105℃의 건조기에서 3시간 동안 건조하였다. 상기 건조된 불가사리를 분쇄기(Micro-mill, Scienceware사)로 분쇄한 후 300 ㎛ 크기 이하로 채가름하여 탈수보조제를 제조하였다.
<실시예 2> 불가사리 탈수보조제의 제조 2
해안에서 수거된 불가사리를 자연수로 세척한 후 105℃의 건조기에서 3시간 동안 건조하였다. 상기 건조된 불가사리를 분쇄기(Micro-mill, Scienceware사)로 분쇄한 후 300 ㎛ 크기 이하로 채가름하여 불가사리 분말을 얻었다. 상기 불가사리 분말을 600℃에서 3시간 동안 열처리하여 탈수보조제를 제조하였다.
<실시예 3> 불가사리 탈수보조제를 이용한 탈수방법
초기 총 고형분 함량 (TS) 4% 인 하수슬러지 500 ㎖에 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 얻어진 불가사리 탈수보조제 5∼40 g을 혼합한 후 30분 동안 교반하였다.
상기 불가사리 탈수보조제가 첨가된 하수슬러지에 양이온계 고분자응집제인 SC-050를 0.3 % 용액으로 조제하여 10∼20 ㎖를 혼합한 후 10~30분 동안 교반하여 플록을 형성시켰다.
상기 플록을 벨트프레스 가압식 탈수장치(유천, SP-1000) 또는 원심분리 장치(Vision, VS-5000N)를 이용하여 탈수하여 슬러지케이크를 얻었다.
<실험예 1> 함수율 측정
본 발명의 탈수방법의 탈수효과를 알아보기 위해, 얻어진 슬러지케이크의 함수율을 측정하였다.
함수율 측정은 폐기물공정시험방법에 의한 수분 및 고형분 측정방법에 준하였으며 측정방법은 다음과 같다. Jar-tester를 이용하여 슬러지와 SC-050 고분자 응집제를 혼합교반하여 플록을 형성한 후 벨트 프레스 또는 원심분리장치를 이용하여 탈수하였다. 탈수 후 얻은 탈수케이크를 일정량 취하여 무게를 측정하고 105℃ 온도의 오븐에서 4시간 동안 건조 후 무게를 측정하여 함수율을 구하였다. 함수율 계산은 하기 수학식 1에 따랐다.
(상기 식에서, W1은 증발접시무게이며, W2는 증발접시무게 + 건조전 시료(탈수케이크)무게이며, W3는= 증발접시무게 + 건조후 시료(탈수케이크)무게를 나타낸 것이다.)
결과는 도 2 및 도 3에 나타내었다.
도 2는 실시예 1의 불가사리 탈수보조제의 첨가량에 따른 슬러지케이크의 함수율 변화를 나타낸 것으로, 도 2a는 벨트프레스 탈수장치를 이용하여 얻어진 슬러지케이크의 함수율 변화를 나타낸 것이며, 도 2b는 원심분리 장치를 이용하여 얻어진 슬러지케이크의 함수율 변화를 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이, 불가사리 탈수보조제를 첨가하지 않은 경우, 슬러지 탈수케이크의 함수율이 76∼80% 였으나, 본 발명의 불가사리 탈수보조제를 75 중량부 첨가한 경우, 탈수케이크의 함수율이 60∼65%로서, 약 15%의 함수율 감량효과를 얻었다. 또한 탈수케이크의 함수율은 불가사리 탈수첨가제의 첨가량이 증가할수록 감소폭이 비례적으로 증가하였다.
도 3은 실시예 2의 불가사리 탈수보조제의 첨가량에 따른 슬러지케이크의 함수율 변화를 나타낸 것으로, 도 3a는 벨트프레스 탈수장치를 이용하여 얻어진 슬러지케이크의 함수율 변화를 나타낸 것이며, 도 3b는 원심분리 장치를 이용하여 얻어진 슬러지케이크의 함수율 변화를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이, 벨트프레스 탈수장치(도 3a)를 이용하여 탈수한 경우, 불가사리의 열처리 온도의 증가와 함께 슬러지케이크의 함수율이 낮아졌다. 그러나, 원심분리 장치를 이용하여 탈수한 경우, 슬러지케이크의 함수율은 탈수보조제의 첨가량이 많은 경우, 오히려 열처리의 효과는 슬러지케이크의 함수율 감량에 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 불가사리 탈수보조제를 첨가하여 하수슬러지를 탈수함으로써, 탈수케이크의 함수율을 감소시킬 수 있다. 탈수케이크의 함수율 감량으로 인해 하수슬러지의 부피를 감소시켜 처리비용의 절감 및 슬러지 처리효율성을 높일 수 있다. 구체적으로 슬러지케이크의 해양투기시 함수율 감량에 따른 내륙 및 해양 운반비 절감 및 해양환경 보존 그리고 육상매립을 위한 환경규제치를 만족시킴으로써 육상 매립이 가능하게 할 수 있으며, 또한 소각 등의 후처리방법을 병행할 시 슬러지케이크의 함수율 감량에 따른 전처리 건조과정의 불필요, 불가사리에 의한 자체 소각열량 증대 효과, 운전비용 저감 및 소각로의 최적운전을 유지할 수 있다.
특히, 해양생태계에 악영향을 주는 불가사리의 이용범위를 확대함으로써 불가사리 구제 및 수매사업의 활성화와 해양환경보전에 이바지할 수 있으며, 이러한 불가사리의 활용은 탈수케이크의 퇴비화 및 복토제로의 재활용에도 유익할 수 있어 폐기물의 재활용에 이바지 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 불가사리 탈수보조제를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이며,
도 2a는 본 발명의 벨트프레스 방식의 탈수방법에서 불가사리 탈수보조제 첨가량에 따른 하수슬러지 케이크의 함수율 변화를 나타낸 그래프이며,
도 2b는 본 발명의 원심분리 방식의 탈수방법에서 불가사리 탈수보조제 첨가량에 따른 하수슬러지 케이크의 함수율 변화를 나타낸 그래프이며,
도 3a는 본 발명의 벨트프레스 방식의 탈수방법에서 열처리된 불가사리 탈수보조제 첨가량에 따른 하수슬러지 케이크의 함수율 변화를 나타낸 그래프이며,
도 3b는 본 발명의 원심분리 방식의 탈수방법에서 열처리된 불가사리 탈수보조제 첨가량에 따른 하수슬러지 케이크의 함수율 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 하수 슬러지의 탈수방법에 있어서,
    하수 슬러지에 불가사리 탈수보조제를 혼합 및 교반하는 단계(단계 1),
    상기 단계 1에서 얻어진 하수 슬러지에 응집제를 혼합 및 교반하여 플록을 형성시키는 단계(단계 2) 및
    상기 플록을 탈수장치를 이용하여 탈수하여 슬러지케이크를 얻는 단계(단계 3)를 포함하고,
    상기 불가사리 탈수보조제는, 수거된 불가사리를 자연수로 세척 및 건조한 후 분쇄하여 얻어진 분말 형태의 하수 슬러지 탈수용 탈수보조제이고,
    상기 불가사리 탈수보조제의 사용량은 슬러지 건조 고형분에 대해 1∼200 중량부인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지의 탈수방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 불가사리 탈수보조제는, 상기 분쇄하여 얻어진 불가사리 분말을 추가로 105 내지 700℃에서 열처리하여 얻어진 분말형태인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지의 탈수방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 탈수장치가 벨트프레스, 필터프레스, 스크루데칸터 또는 원심분리 장치인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지의 탈수방법.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 슬러지가 하수슬러지를 포함한 오수 및 폐수처리장치에서 발생되는 슬러지인 것을 특징으로 하는 하수 슬러지의 탈수방법.
KR10-2003-0074270A 2003-10-23 2003-10-23 불가사리를 이용한 하수슬러지 탈수용 탈수보조제를 이용한 하수슬러지의 탈수방법 KR100528701B1 (ko)

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