KR100544462B1 - 하수슬러지 고화용 혼화제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수슬러지 고화용 혼화제에 관한 것으로, 스테인레스 정련로 슬래그 분말 및 스테인레스 정련로 슬래그 분말 100중량부당 황산나트륨 0.1-5중량%로 구성되는 하수슬러지 고화용 혼화제가 제공된다.
본 발명의 혼화제는 하수슬러지 고화처리시 물리적으로 혼합되어 하수슬러지내 수분을 효율적으로 감소시킬 뿐만아니라 고화기능을 동시에 가져 슬러지의 강도를 증대시킬 수 있으며 폐기처분되는 스테인레스 정련로 슬래그를 재활용하는 측면에서 환경오염방지 효과도 기대된다.
스테인레스 정련로 슬래그, 황산나트륨, 하수슬러지, 고화제, 혼화제
Description
본 발명은 하수슬러지 고화용 혼화제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수슬러지 고화처리시 고화제와 함께 첨가되는 혼화제에 관한 것이다.
하수종말처리장에서 발생하는 하수슬러지는 경제 발전과 인구증가 및 하수도 보급율이 점차 높아지면서 해마다 증가하고 있으며, 하수슬러지는 연간 130만톤이상이 발생되고 있고, 거의 대부분 매립과 해양투기에 의존하고 있는 실정이다.
하수슬러지의 매립에 관한 종래기술로서 하수슬러지를 탈수한 후 일반폐기물과 함께 매립처분하는 방법이 있지만, 하수슬러지의 높은 함수율 및 유기물 함유 등으로 인하여 작업차량의 진입이 어려워지는 등의 문제점과 생활수준의 변화 등에 따른 일반폐기물의 성상변화 등으로 혼합 매립이 어려워지고 있어 이에 대한 적절한 처분대책이 요구되고 있다. 이러한 하수슬러지의 대량 처분방법으로 슬러지 케이크를 고화처리하여 매립작업을 용이하게 하는 방법 또는 나아가 단독 매립이나 위생 매립지에 중간 복토재로 활용하는 방안이 고려되고 있다.
하수슬러지의 고화방법으로서는 고화제로 특수시멘트를 사용하는 방법이 있 다. 이러한 특수시멘트는 대부분이 고가의 알루미나계 시멘트로서 이들을 사용할 경우 고화의 효과는 우수하나 비경제적이다. 하수슬러지의 고화방법의 하나로서 고화제와 고화보조제로서의 역할을 하는 소각재, 시멘트, 킬른먼지, 플라이 애쉬, 제강슬래그 등의 폐기물을 활용함으로서 고화제의 사용 비율을 낮추어 경제성을 도모하는 방법(대한민국 특허공고 제 97-8689)이 알려져 있다.
한편, 이와 같이 하수슬러지를 고형화 처리함에 있어서, 고화제로서 시멘트와 생석회계를 주원료로 사용하여 고화처리하는 방법 및 고로미분말 및 석고계 고화제를 이용하여 고화처리하는 기술 등이 있다. 이때 고화처리시 고화제만 투입하는 것이 아니라 경제성이나 고화체의 물리적 성질의 향상을 위해 혼화제로서 기 매립된 연탄재나 건설폐재 등이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 혼화제는 하수슬러지와 혼합시 단순히 물리적으로 혼합된 상태로 존재할 뿐 다른 기능을 나타내는 것은 아니다. 특히 혼화제로서 건설폐재를 이용하는 경우 하수슬러지의 고화시 높은 pH로 인해 악취 발생의 원인을 제공하는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 목적은 하수슬러지 고화처리시 종래의 고화제와 혼화제의 복합작용을 하는 하수슬러지 고화용 혼화제를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면,
스테인레스 정련로 슬래그 분말 및 스테인레스 정련로 슬래그 분말 100중량 부당 황산나트륨 0.1-5중량%로 구성되는 하수슬러지 고화용 혼화제가 제공된다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 하수슬러지 고화용 혼화제는 스테인레스강 제조시 정련공정에서 발생되는 스테인레스 정련로 슬래그와 황산나트륨의 혼합물이다.
스테인레스 정련로 슬래그는 감마형 디칼슘실리케이트 결정구조를 갖는 결정상이다. 일반적으로 디칼슘실리케이트는 고온 용융상에서부터 서서히 냉각되면서 결정상으로 전이된다. 이 결정상 전이로 인해 부피팽창이 수반되며 이러한 체적변화로인하여 냉각시 스스로 붕괴하는 더스팅 현상이 발생한다. 이러한 더스팅 현상은 일반 제강 공장에서 발생하는 제강 슬래그와는 달리 별도의 분쇄 공정없이 매우 미세한 분말 입자를 생성하므로 이를 혼화제로 사용할 경우 기존 혼화제와 같이 분쇄 등의 전처리가 필요없거나 적어져 경제적이다.
더스팅 현상의 발생에 의한 스테인레스 정련로 슬래그의 입도분포는 하기 표 1과 같다.
| 구분(입도) | 입도분포(중량%) | 누적 입도분포(중량%) |
| >25.4mm | 2.12 | 100 |
| 12.7-25.4mm | 2.96 | 97.88 |
| 5-12.7mm | 4.69 | 94.92 |
| 2.36-5mm | 2.97 | 90.23 |
| 1.0-2.36mm | 2.63 | 87.26 |
| 0.5-1.0mm | 1.56 | 84.63 |
| 300-500㎛ | 1.91 | 83.07 |
| 250-300㎛ | 1.61 | 81.16 |
| 150-250㎛ | 7.19 | 79.55 |
| 75-150㎛ | 24.61 | 72.36 |
| 45-75㎛ | 27.21 | 47.75 |
| <45㎛ | 20.54 | 20.54 |
본 발명의 혼화제를 구성하는 스테인레스 정련로 슬래그는 입자크기가 최대 250㎛인 것이 사용되며, 그 입자크기를 한정하려는 것은 아니나, 보다 바람직하게는 10-250㎛이다. 스테인레스 정련로 슬래그의 입자크기는 작을수록 좋으나, 10㎛이하의 입자크기를 얻기 위해서는 스테인레스 정련로 슬래그를 재차 분쇄 가공해야하며, 또한 상기 스테인레스 정련로 슬래그가 250㎛이상의 입자크기를 갖는 경우 비표면적이 작을 뿐만아니라 구성 성분 중에 구슬모양의 스테인레스 스틸볼이 함유된 것이 있기때문에 하수슬러지 고화용 혼화제로 사용하기에 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 입자크기가 최대 250㎛인 스테인레스 정련로 슬래그는 황산나트륨과 함께 하수슬러지 고화처리시 혼화제로 사용된다. 황산나트륨은 시멘트-생석회계 뿐만아니라 고로미분말-석고계 고화제에 함유되어 있는 생석회 및 석고 등의 용해도를 증가시켜 고화제의 반응성을 증가시킨다. 또한 스테인레스 정련로 슬래그의 결정상인 감마형 디칼슘실리케이트 결정중의 산화칼슘 및 산화규소의 용해를 촉진시켜 CaO-SiO2-H2O 결정상의 생성을 돕는 기능을 하며 슬러지의 강도를 증가시킬 뿐만아니라 단시간내에 하수슬러지내 수분함량을 감소시킨다.
황산나트륨은 스테인레스 정련로 슬래그 100중량부당 0.1-5중량%으로 사용된 다. 상기 범위에서 황산나트륨은 고화제로 사용되는 생석회 및 시멘트중의 CaO 뿐만아니라 상기 스테인레스 정련로 슬래그내의 CaO 및 SiO2의 용해도를 증가시키고 따라서 수경성을 일으키는 고화제의 반응성을 증가시켜 하수슬러지내의 함수율을 감소시킨다. 그러나 5중량%를 초과하는 경우, 상기 CaO 및 SiO2의 용해도가 감소하여 하수슬러지중의 수분함량을 감소시키기 어렵다.
본 발명의 혼화제는 하수슬러지의 고화처리시 결정상 형성 등 고화제로써의 적용 뿐만 아니라 함수율을 감소시키는 혼화제로써의 복합적인 작용을 나타낸다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1
본 실시예는 하수슬러지 고화에 시멘트-생석회계 고화제 및 혼화제로서 10-250㎛의 입자크기분포를 갖는 분말형태의 스테인레스 정련로 슬래그와 황산나트륨의 혼합물 및 종래 사용되던 연탄재 및 건축폐재를 하기 표 2와 같이 투입하여 3일간 기건양생 후 하수슬러지 고화체내에 함유되어있는 수분량을 측정하였다. 상기 연탄재와 건축폐재는 건조한 후 사용하였으며, 하수슬러지내의 초기 함수율은 80%인 것을 사용하였다.
| 구분 | 각 성분함량:중량부 | 3일 기건양생후 함수율(%) | ||||||
| 하수 슬러지 | 생석회 | 시멘트 | 황산나트륨 | 스테인레스 정련로 슬래그 | 연탄재 | 건축폐재 | ||
| 비교예 1 | 100 | 18 | 20 | 0 | 20 | 48.3 | ||
| 비교예 2 | 100 | 18 | 20 | 0 | 20 | 48.4 | ||
| 비교예 3 | 100 | 18 | 20 | 0 | 20 | 47.7 | ||
| 발명예 1 | 100 | 18 | 20 | 0.02 | 20 | 44.4 | ||
| 발명예 2 | 100 | 18 | 20 | 1 | 20 | 42.9 | ||
| 비교예 4 | 100 | 18 | 20 | 1.4 | 20 | 46.6 | ||
상기 표 2의 비교예 1 및 비교예 2와 같이 시멘트 및 생석회를 고화제로서 사용하고 연탄재와 건축폐재를 혼화제로서 사용함으로써 하수슬러지를 고화처리한 경우 3일 기건양생 후 함수율은 48.3% 및 48.4%를 나타내었다.
혼화제로서 스테인레스 정련로 슬래그를 단독으로 사용한 비교예 3은 비교예 1 및 2와 비슷한 함수율을 나타내었다.
발명예 1 및 발명예 2와 같이 스테인레스 정련로 슬래그 100중량부에 대하여 황산나트륨을 0.1중량% 및 5중량%로 혼합하여 혼화제로 사용한 경우에는, 3일 기건양생 후 함수율이 상당히 감소됨을 알 수 있었다. 이러한 경향은 경시변화에 따라 더욱 차이가 났다.
한편, 비교예 4와 같이 황산나트륨이 스테인레스 정련로 슬래그 100중량부에 대하여 5중량%를 초과하여 혼합된 경우, 오히려 고화제 및 스테인레스 정련로 슬래그내에 함유되어 있는 성분의 용해도 증가 현상이 감소되어 함수량 감소효과를 나타내지 않음을 알 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 혼화제의 조성 즉, 스테인레스 정련로 슬래그와 황산나트륨의 혼합비가 압축강도에 미치는 영향을 나타내는 것이다. 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 10-250㎛의 입자크기분포를 갖는 분말형태의 스테인레스 정련로 슬래그와 황산나트륨만으로 이루어진 압축강도 측정용 시편(5cm×5cm×5cm)을 제조한 다음 3일 경과후 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때 사용한 물의 양은 스테인레스 정련로 슬래그 100중량부에 대하여 48.5중량%이었다.
| 스테인레스 정련로 슬래그 100중량부에 대한 황산나트륨 혼합량 | 0중량% | 0.1중량% | 3중량% | 5중량% | 7중량% |
| 압축강도 측정값(kgf/㎠) | 1.28 | 6.4 | 11.92 | 8.96 | 3.08 |
상기 표 3에 나타낸 바와 같이 스테인레스 정련로 슬래그 100중량부에 대하여 황산나트륨 0.1-5중량%로 혼합한 경우, 0.1중량%미만 또는 5중량%를 초과하여 혼합한 경우에 비해 압축강도가 현저히 높게 나타남을 알 수 있다. 상기 결과로 부터 본 발명의 혼화제는 CaO-SiO2-H2O의 결정상 형성에 기여하여 따라서 이러한 결정상의 생성으로인해 압축강도가 상승한 것으로 여겨진다.
본 발명의 스테인레스 정련로 슬래그 분말과 황산나트륨의 혼합물인 혼화제는 하수슬러지를 재활용하기위한 고화처리시, 물리적 혼합 작용을 하여 하수슬러지의 수분을 효율적으로 감소시킬 뿐만아니라 고화 기능에도 기여하여 하수슬러지의 강도를 증가시키는 효과가 있다. 또한 스테인레스 정련로 슬래그를 유용하게 재활 용할 수 있어 환경오염방지에 기여할 수 있다.
Claims (2)
- 입자크기가 최대 250㎛인 스테인레스 정련로 슬래그 분말 및 스테인레스 정련로 슬래그 분말 100중량부당 황산나트륨 0.1-5중량%로 구성되는 하수슬러지 고화용 혼화제.
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