KR100702602B1

KR100702602B1 - 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제 제조방법및 그 제조된 탈취제

Info

Publication number: KR100702602B1
Application number: KR1020060093842A
Authority: KR
Inventors: 이호용; 현재혁; 김민길
Original assignee: 태성건설 주식회사
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2007-04-02

Abstract

본 발명은 하수처리장에서 발생되는 탈수 슬러지(수분함량 80 내지 85%)를 고형화하여 쓰레기 매립장의 복토재를 제조함에 있어서 발생되는 악취를 제거하기 위한 탈취제 제조방법 및 그 제조된 탈취제를 개시한다.

본 발명에 따른 탈취제는 알럼계열의 정수장 슬러지, 플라이애쉬, 폐실리카중 선택된 어느 하나의 처리물 100 중량부, 상기 처리물 대비 인산 10~14 중량부, 상기 처리물 대비 물 100중량부를 각각 혼합하는 혼합 단계와; 상기 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반시켜 반응시키되, 100~120℃의 온도를 유지하며 상기 혼합물의 수분만을 증발시키는 반응 단계와; 반응이 완료되면 반응물을 1~3시간동안 상온에서 교반기를 통해 교반시켜 냉각시키는 냉각 단계; 및 냉각이 완료되면 상기 반응물에 함유된 수분이 완전 증발되도록 110~140℃의 유지된 조건의 건조기에서 건조시켜 최종물인 탈취제를 얻어내는 건조 단계를 거쳐 제조되어 진다.

본 발명에 따르면 인산 및 알럼계열의 슬러지 또는 SiO₂, Al₂O₃ 광물을 주성분으로 하는 플라이애쉬, 폐실리카 등이 이용되므로 독성이 없어 인체 및 환경에 무해하고, 암모니아와 혼합시켰을 때 이 암모니아의 농도를 현저히 줄일 수 있다.

암모니아, 탈취제, 정수장 슬러지, 플라이애쉬, 폐실리카

Description

하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제 제조방법 및 그 제조된 탈취제{The manufacturing method of deodorant for removal offensive odor and it's manufactured Deodorant}

본 발명은 하수처리장에서 발생되는 탈수 슬러지(수분함량 80 내지 85%)를 고형화하여 쓰레기 매립장의 복토재를 제조함에 있어서 발생되는 악취를 제거하기 위한 탈취제 제조방법 및 그 제조된 탈취제에 관한 것으로 특히, 정수처리장에서 폐기처분되는 알럼계열의 슬러지, SiO₂, Al₂O₃ 광물을 주성분으로 하는 플라이애쉬 및 폐실리카 중 어느 하나와 인산을 이용하여 독성이 없고 인체 및 환경에 대한 위험성이 없으며 하수슬러지 고화시 발생되는 악취, 그 중 암모니아에 의한 악취를 효과적으로 탈취/제거할 수 있는 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

우리나라의 경우 1996년 전국 70개소 하수처리장에서 발생한 슬러지량은 128 만톤, 2001년에는 190만톤, 2003년에는 207만톤, 2003년에는 227만톤으로 매년 계속해서 증가하고 있는 실정이며, 이와 같은 추세로 하수슬러지가 발생된다면 2006년에는 285만톤이 발생될 것으로 예상된다. 발생된 슬러지 중 3.5%에 해당하는 4만 5천톤은 재활용되고, 나머지는 매립 또는 해양 투기 등으로 버려지고 있는 바, 이와 같이 지금까지는 최종 슬러지 폐기물을 주로 매립과 투기를 통해서 처리하였고 일부는 재활용하여 퇴비 등으로 사용하고 있다.

한편, 슬러지는 함수율이 높아 부패성이 강하고, 병원균의 오염문제가 있으며 용존산소를 고갈시키고 토양을 환원성으로 조성하는 등 각종 나쁜 영향을 주므로 반드시 처리를 하여야 한다. 그러나, 매립의 경우 매립지의 확보라는 가장 큰 과제를 안고 있으며 슬러지의 매립작업 시 작업성이 나쁘고 슬러지에 함유되어 있는 각종 유해 중금속이 토양에 잔류하게 되어 지하수 및 지표수를 오염시키며 침출수량의 증가를 초래하게 된다.

이러한 이유로 최근에는 하수슬러지의 재활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 슬러지의 재활용 방법으로는 크게 유기물을 이용하는 기술과 무기물을 이용하는 기술로 구분할 수 있다. 이 중 유기물의 이용 기술로는 열분해, 액화, 고체 연료화, 퇴비화 등이 있으며, 무기물의 재활용 기술로는 경량골재, 벽돌, 용융슬래그, 복토재 활용 등으로 재활용이 가능하다.

특히, 상기와 같은 유용한 처리방법 중 하나인 복토재 활용은 좁은 국토로 매립지 확보 및 복토를 위한 흙의 안정적인 확보에 어려움이 예상되는 국내 현실을 감안한다면 흙을 대체할 대용 복토재의 개발 및 실용화는 기존 매립지의 수명 연장 및 환경오염 방지측면과 경제적인 측면에서 매우 중요한 의미를 지닌다. 또한 이상적인 슬러지의 재활용을 위해서는 인체 및 환경에 영향을 미치지 않아야한다는 전제조건이 충족된다면 경제적 측면과 환경적인 측면에서 슬러지의 재활용은 매우 중요한 과제라 할 수 있다.

이와 같은 요구로 최근에는 하수처리장에서 발생된 하수슬러지에 각종 고화제를 첨가하여 고형화 시킴으로써 하수슬러지를 복토재로서 재활용할 수 있도록 한 여러가지 기술들이 제안된 바 있다.

그 중, 대한민국 공개특허공보 제2000-25028호는 하수슬러지에 특수 고화제로서 석고, 생석회, 시멘트 등를 혼합하고 500℃ 이하로 가열한 후 대기중에서 냉각시킨 것을 매립토로 사용하는 기술에 대해 개시하고 있다.

그러나, 위와 같이 고화제로서 시멘트, 생석회를 사용하는 기존 방식의 경우에는 하수슬러지와 첨가물 혼합, 양생, 건조과정에서 발열반응이 일어나며 타 방안에 비해 PH 상승으로 인한 암모늄이온이 암모니아 가스로 전환되어 심한 악취가 발생되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 독성이 없고 인체 및 환경에 대한 위험성이 없으면서 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 특히, 암모니아에 의한 악취를 효과적으로 탈취/제거할 수 있는 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제 제조방법 및 그 제조된 탈취제를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 하수슬러지 고화시 발생되는 악취, 구체적으로 암모니아에 의한 악취를 효과적으로 탈취/제거할 수 있는 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제는 알럼계열의 정수장 슬러지, 플라이애쉬, 폐실리카중 선택된 어느 하나의 처리물 100 중량부, 상기 처리물 대비 인산 10~14 중량부, 상기 처리물 대비 물 100중량부를 각각 혼합하는 혼합 단계와, 상기 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반시켜 반응시키되, 100~120℃의 온도를 유지하며 상기 혼합물의 수분만을 증발시키는 반응 단계와, 반응이 완료되면 반응물을 1~3시간동안 상온에서 교반기를 통해 교반시켜 냉각시키는 냉각 단계 및 냉각이 완료되면 상기 반응물에 함유된 수분이 완전 증발되도록 110~140℃의 유지된 조건의 건조기에서 건조시켜 최종물인 탈취제를 얻어내는 건조 단계를 거쳐 제조된다.

상기 탈취제는, 하수 슬러지에 암모니아를 제거하도록 하수 슬러지 100중량부 대비 15~30중량부가 혼합된다.

본 발명에 따른 상기 악취 제거용 탈취제 제조방법은, 알럼계열의 정수장 슬 러지, 플라이애쉬, 폐실리카중 선택된 어느 하나의 처리물에 인산(K3PO4, KH2PO4, K2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4중 하나)과 물을 혼합하는 혼합 단계와, 상기 혼합 단계를 통해 혼합된 혼합물을 교반과 동시에 건조시키는 반응 단계와, 반응이 완료된 반응물을 상온에서 교반하는 동시에 냉각시키는 냉각 단계 및, 냉각이 완료된 반응물의 수분 제거를 위해 상기 반응물을 건조기에서 건조시켜 최종물인 탈취제를 얻어내는 건조 단계로 이루어진다.

본 발명에 따른 제조방법을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

혼합 단계

알럼계열의 정수장 슬러지, 플라이애쉬, 폐실리카중 선택된 어느 하나의 처리물 100 중량부에 상기 처리물 대비 인산 10~14 중량부를 혼합한다. 상기 처리물 대비 물 100중량부를 혼합시켜 혼합물을 형성한다.

상기 처리물에 혼합되는 인산의 양이 처리물 100 중량부 대비 10 중량부 미만인 경우 악취제어제로서의 효과가 미비하며, 14 중량부 초과시에는 과다의 Al과 인산의 PO4이온의 몰비 형성이 이루어지지 않으므로 냄새 제어면에서 효과가 미비하게 되며 또한 재료비의 상승문제가 있다.

반응 단계

슬러지, 플라이애쉬, 폐실리카중 선택된 어느 하나의 처리물 100 중량부에 상기 처리물 대비 인산 10~14 중량부를 혼합하고, 상기 처리물 대비 물 100중량부를 혼합시켜서 제조된 상기 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반함과 동시에 가열하여 혼합물에 포함된 수분을 증발시킨다.

바람직하게는, 상기 혼합물에 포함된 수분 증발을 위하여 상기 혼합물을 가열할 경우 교반기는 80~150℃의 온도를 유지시킨다. 이는 인산(K3PO4, KH2PO4, K2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4중 하나)의 끓는점을 고려하여 그 이상일 경우 증발 과정에서 인산이 함께 증발될 우려가 있기 때문이며, 80℃ 이하의 경우 혼합물에 포함된 수분의 증발이 억제되어 함수량 조절효과를 전혀 기대할 수 없기 때문이다.

냉각 단계

냉각 단계는 상기 반응 단계를 거치면서 수분이 1차 제거된 반응물을 상온에서 강한 교반과 함께 자연냉각시켜 수분을 제거하기 위한 과정이다. 이 과정에서 자연냉각에 필요한 시간은 1~3시간 정도가 적당하다.

건조 단계

건조 단계는 기 냉각 단계를 거쳐 냉각이 완료된 상기 반응물을 다시 한번 건조시켜 수분이 완전 증발되도록 함으로써 최종물인 탈취제를 얻어내는 과정이다. 이러한 건조과정에서는 100~300℃의 온도가 유지되는 조건의 건조기가 이용된다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명에 따른 탈취제의 작용 및 효과에 대해 살펴본다.

<실시예>

정수처리장에서 폐기처분되는 알럼계열의 슬러지 1kg에 인산(K3PO4, KH2PO4, K2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4중 하나) 100~140g, 물 1L를 첨가하여 혼합물을 형성한다. 이때, 혼합되는 인산의 양은 인산의 농축도에 따라 변화시킨다. 즉, 농축도가 65% 인 경우에는 슬러지 1kg에 140g을, 농축도가 85% 인 경우에는 슬러지 1kg에 100g을 정도를 첨가한다.

상기 슬러지, 인산(K3PO4, KH2PO4, K2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4중 하나), 물이, 혼합된 혼합물을 110℃ 온도범위를 유지하는 교반기에 투입하여 교반기에서 3시간 동안 교반과 함께 열을 가해 수분을 1차 제거하여 반응물을 형성한다.

다음, 교반기의 온도를 상온으로 떨어뜨려 상기 3시간 동안 가열과 함께 강하게 교반된 반응물을 3시간에 걸쳐 상온에서 다시 한번 교반함과 동시에 자연냉각시켜 그에 포함된 수분을 재차 제거한다.

상기 교반기를 거쳐 교반 및 수분이 어느 정도 제거된 고체상태의 반응물은 100~300℃의 온도가 유지되는 조건의 건조기에서 건조시켜 수분이 완전히 제거된 최종산물 즉, 탈취제를 얻어낸다.

상기와 같은 실시예를 통해 얻어진 고상 분말형태의 탈취제의 악취 제거 효능 실험을 위해 아래와 같은 실험을 실시하였다.

<실험예>

하수슬러지 300g에 생석회 60g을 투입하여 기계 혼합시킨 후 암모니아 가스 검지관을 이용 악취도를 측정한다.

그런 다음, 전술한 실시예에서 제조된 고상 분말형태의 탈취제를 하수 슬러지 100중량부 대비 15~30중량부로 투입하여 교반을 통해 기계혼합 한 후 하수 슬러지의 암모니아 악취도를 측정한다. 탈취제 투입전과 투입후의 암모니아 악취도 측정 결과는 아래 <표 1>과 같다.

탈취제 투입 전 암모니아 농도	탈취제 투입 후 농도
암모니아(NH₃) 표면 1cm 500ppm	＞10ppm
암모니아(NH₃) 내부 1000ppm	＞30ppm

상기 표 1에서와 같이, 탈취제 투입 후 하수 슬러지의 암모니아 표면과 내부 농도가 현저히 떨어진 것을 알 수 있다. 이는 하수 슬러지 고화처리시 발생하는 악취 중 대표적인 암모니아 악취오염물질에 대해 본 발명에 의해 제조된 탈취제가 탁월한 악취제거 효과를 발현하고 있음을 보여주는 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 인산(K3PO4, KH2PO4, K2HPO4, H2PO4, H3PO4중 하나) 및 알럼계열의 슬러지 또는 SiO₂, Al₂O₃ 광물을 주성분으로 하는 플라이애쉬, 폐실리카 등이 이용되므로 독성이 없어 인체 및 환경에 무해하면서 암모니아와 혼합 시 이 암모니아의 농도를 현저히 줄일 수 있다. 결과적으로, 하수 슬러지를 재활용 하기 위하여 고형화할 경우 암모니아 악취에 의한 환경오염 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

알럼계열의 정수장 슬러지, 플라이애쉬, 폐실리카중 선택된 어느 하나의 처리물 100 중량부, 상기 처리물 대비 인산 10~14 중량부, 상기 처리물 대비 물 100중량부를 각각 혼합하는 혼합 단계와;

상기 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반시켜 반응시키되, 100~120℃의 온도를 유지하며 상기 혼합물의 수분만을 증발시키는 반응 단계와;

반응이 완료되면 반응물을 1~3시간동안 상온에서 교반기를 통해 교반시켜 냉각시키는 냉각 단계; 및

냉각이 완료되면 상기 반응물에 함유된 수분이 완전 증발되도록 110~140℃의 유지된 조건의 건조기에서 건조시켜 최종물인 탈취제를 얻어내는 건조 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 탈취제는,

하수 슬러지에 암모니아를 제거하도록 하수 슬러지 100중량부 대비 15~30중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제 제조방법.
제 1 항의 제조 방법에 의해 제조된 하수슬러지 고화시 발생되는 악취 제거용 탈취제.