KR100760029B1

KR100760029B1 - 하수슬러지를 복토재로 활용하기 위한 고화처리 방법 및 그장치

Info

Publication number: KR100760029B1
Application number: KR1020060028335A
Authority: KR
Inventors: 박상철; 이남훈
Original assignee: 안양대학교 산학협력단; (주)토고이알씨
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-09-18

Abstract

본원은 하수처리과정에서 발생하는 슬러지(오니)를 고화처리하여 쓰레기매립장의 복토재로 재활용함에 있어, 관련법규의 요구조건을 충족시키는 복토재를 제공하고자 하는 발명에 관한 것이다.

본원은 기존의 알카리계고화제를 대체하여 중성계고화제를 적용하여 고화처리과정에서, 1차고화제로 황산철 + 생석회 성분을 이용하거나 또는 황산철 + 산화마그네슘 성분을 이용하되, 그 조성비는 황산철성분 60~90중량부에 생석회 또는 산화마그네슘을 10~40중량부 혼합하여 제공될 수 있으며, 경화제로서 시멘트, 생석회, 산화마그네슘, 연탄재 등을 사용함으로써, 상기의 조성으로 이루어진 중성계고화제를 슬러지 100중량부에 대하여 20~35중량부 혼합하여 혼합물의 pH를 8.5 이하의 중성부근으로 유지시키도록 하여 암모니아가스 발생을 최소화시키는 부분에 특이점이 있으며, 고화처리과정에서 토질공학적 물성치(특히 강도)가 확보되도록 함으로써 그동안 복토재로 재활용되지 못하고 매립되던 하수슬러지 고화처리물을 매립장의 복토재 및 토목공사의 성토재로 재활용 할 수 있도록 하는 고화처리방법에 특징부를 갖는 발명이다.

하수슬러지, 복토재, 성토재, 고화, 중성계고화제

Description

하수슬러지를 복토재로 활용하기 위한 고화처리 방법 및 그 장치{The solidification method and it's machine for utilizing sewage sludge by covering materail}

도 1 : 종래의 하수슬러지(오니)를 고화처리를 수행하는 공정도.

도 2 : 본원의 고화처리공정도

도 3 : 본원에서 이용되는 로타리 교반장치의 일 실시 예시도.

도 4 : 본원의 복토재나 성토재 제조공정 중 수소이온농도에 따른 암모니아 발생량 분석자료.

본 발명은 하수처리과정에서 발생하는 슬러지(오니)를 고화처리하여 쓰레기매립장의 복토재로 재활용할 수 있으며 관련법규의 요구조건을 충족시키는 복토재 및 성토재의 제공방법에 관한 것이다.

슬러지란 하수 및 폐수를 처리하는 과정에서 침전분리되는 진흙상태의 물질을 말하는 것으로 함수율이 높고 유기물 함량이 높아 부패하기 쉽고 처리하기 곤란한 특성이 있는 것으로, 현재 대부분 지하에 매립하거나, 해양투기가 이루어지고 있으며 부분적으로 소각, 건조, 퇴비화, 고화 등의 처리방법이 시도되고 있다.

특히 하수슬러지는 2003년 7월부터 쓰레기 매립장에의 직매립이 금지된 이후 2004년말 기준 전국에서 발생한 6,645톤/일중 77.1%에 해당하는 약5,120톤/일이 해양투기(환경부 발표자료, 하수종말처리시설 운영관리실태 분석, 2005. 6) 되었으며, 폐수슬러지는 2002년도에 4,915톤/일이 해양투기(환경부 발표자료, 2003년)되어 해양오염을 가중화시키고 있다.

슬러지의 해양투기는 런던조약(1972년)에 의거 국제적으로 금지하는 추세에 있으며, 대부분 해양투기에 의존하고 있는 우리나라는 슬러지의 해양투기가 전면금지로 확대될 것을 예상하여 효율적인 처리방안을 조속히 강구해야 할 실정에 있다.

하수슬러지를 소각처리하는 경우에는 초기 시설투자비가 높고 처리시에 2차오염물이 발생하는 등 환경오염의 우려가 높아 소각관련 시설 설치추진도 곤란하며, 또한 일부 퇴비화가 시도되고 있지만 생산된 퇴비의 사용처 확보가 곤란해 대량의 슬러지를 처리하기에는 한계가 있는 실정이다.

또한 환경관련법으로 폐기물관리법 시행규칙 별표8에는 매립작업 종료 후 투수성이 낮은 흙, 고화처리물 또는 건설폐자재류를 재활용한 토사 등을 사용하여 10센치미터 이상의 두께로 다져 일일복토를 하여야 한다. 는 매립장 복토기준이 제시되어 있고, 매립지 현장 복토재 요구기준으로 투수계수가 1×10^-3~ 1×10^-6cm/s 범위로 투수성이 낮을 것, 유해물질이 용출기준 이하일 것, 장비에 달라붙지 않도록 토사기준 함수율이 35% 이하일 것, 압축강도 0.5kgf/㎠ 이상일 것, 냄새로 암모니아 등 악취가 나지 않을 것, 등의 요구조건을 제시하고 있다.

그러나 종래의 하수슬러지 고화처리 기술은 하수슬러지에 생석회, 시멘트, 플라이애시 등과 같은 알칼리계고화제를 투입하여 혼합, 양생하는 기술이 대부분의 것으로, 따라서 종래의 알칼리계고화제와 슬러지가 투입되어 혼합, 양생되는 과정에서는 암모니아가스 발생으로 인한 지독한 악취문제가 대두되어 민원이 발생되고, 작업환경의 유해성으로 인하여 현장작업을 기피하게 되는 현실적용에 한계점을 갖고 있을 뿐 아니라, 또한 상기의 알칼리계고화제와 슬러지가 투입되는 조성으로는 양생이 원활하게 이루어지지 아니하여 관련법규에 의한 복토재나 성토재로서의 요구조건을 충족시킬 수 있는 고화물을 얻지 못하고 있는 문제점을 갖고 있다.

또한, 종래의 알카리계고화제와 슬러지가 투입된 혼합물은 아무리 장시간 양생과정을 거친다 해도 환경관련법에서 요구하는 압축강도, 투수계수 등을 충족시키지 못하여 당일 매립되는 상황에서 복토재나 성토재 등으로 활용되지 못하는 한계 상황 가운데 머물러 있는 현실이다.

본원 발명은 상기한 바와 같은 종래의 하수슬러지 고화처리시의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하수슬러지를 고화처리 후 단순 매립하는 것이 아니라 매립장의 복토재로 재활용할 수 있도록 하기 위한 기술적 과제를 해결하기 위하여 오랜 연구와 실험을 통하여 본 발명을 완성하게 되었는바, 본원은 하수슬러지를 이용하여 환경관련 법규의 매립작업에 필요한 요구조건을 충족시키기 위한 복토재 및 성토재를 제공하고자 하는 목적을 갖는 것으로, 기존의 알칼리계고화제와는 달리 중성계고화제를 사용하여 하수슬러지와 중성계고화제의 혼합물의 pH수치를 8.5이하의 중성부근으로 유지시켜 발생하는 암모니아가스 발생량을 최소화 하고자 하였으며, 하수슬러지와 고화제의 혼합물을 기계적인 교반 및 양생장치를 거쳐 고화가 완성되도록 하여 함수율이 40%이하, 투수계수가 1×10^-3~ 1×10^-6cm/s, 압축강도 0.5kgf/㎠ 이상을 유지하는 매립장 복토재를 제공하고자 하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본원에서는 하수슬러지를 이용한 복토재로의 이용방법으로서, 하수슬러지 100중량부에 황산철과 생석회 또는 황산철과 산화마그네슘 분말이 혼합되어 이루어지는 1차고화제를 15~25중량부를 투입하여 1차 혼합공정을 갖고, 2차로 시멘트, 생석회, 산화마그네슘 또는 연탄재 중에서 선택되는 경화제를 5~10중량부 투입하여 수 시간 이상의 양생공정을 통하여, 함수율 40%이하, 투수계수 1×10^-3~ 1×10^-6cm/s, 압축강도 0.5 kgf/㎠이상을 유지하는 매립장 복토재를 제공할 수 있으며, 고화처리과정시 고화물의 pH가 중성부근을 유지하므로 암모니아가스발생이 근본적으로 일어나지 않아서 기존의 현장작업에 문제가 되었던 암모니아가스발생으로 인한 악취문제가 해결될 수 있음을 확인하고 발명을 완성하였다.

상기의 중성계고화제는 1차고화제와 2차고화제(경화제)로 구분하여 제공될 수 있으며, 또한 상기의 양생공정은 공기공급관 및 교반시설을 가진 기계적 혼합 및 양생공정으로 이루어 질 수 있다.

상기의 기술사상을 구현하기 위한 수단은 다양하게 제시될 수 있을 것인바, 하수슬러지가 저장 및 공급되는 저장호퍼와 중성계고화제가 저장 및 공급되는 저장탱크로 이루어지는 원료공급부를 갖고, 상기 원료공급부에서 일정 비율로 공급되는 슬러지와 1차고화제를 투입 혼합하는 혼합처리부를 가지며, 상기에서 혼합 처리된 혼합물에 경화제를 투입한 후 자체발열로 약 50~ 90℃ 정도를 유지하며 수 시간 이상의 양생공정을 갖는데 양생공정의 시간을 절약하기 위하여 슬러지 및 고화제 혼합물을 기계적인 공기공급과 교반시설을 가진 양생시설에서 양생시키는 것이 바람직하다.

본원은 중성계고화제 부분에 특징을 갖는 것으로 1차고화제는 pH 3~7정도의 약산성을 나타내며, 2차고화제(경화제)는 pH 11~13정도의 강알칼리성을 나타낸다.

따라서 하수슬러지의 고화 시에는 이들 1, 2차 고화성분을 적절한 비율로 조정 투입하여 슬러지와 고화제 혼합물의 pH를 8.5 이하로 조절하도록 하여 암모니아의 발생량을 최소화 하고자 한 부분에 발명의 특징부를 갖는다.

1차고화제는 황산철 + 생석회 성분을 이용하거나 또는 황산철 + 산화마그네슘 성분을 이용할 수 있는바, 그 조성비로서는 황산철성분 60~90중량부에 생석회 또는 산화마그네슘을 10~40중량부 혼합하여 제공될 수 있으며, 상기의 조성으로 이루어진 1차고화제는 pH 3~7, 수분 5%이하의 분말상태이다.

2차고화제(경화제)는 경화기능을 갖는 것으로서 시멘트 또는 생석회, 산화마그네슘, 또는 연탄재 등이 분말화 상태로 이용될 수 있다.

상기의 1, 2차 고화제는 물론 동시에 투입될 수도 있으나 하수슬러지 성분과 1차고화제가 충분히 반응이 이루어 진 후 경화제를 투입했을 때 함수율을 낮출 수 있으며, 압축강도를 높이는 결과가 있어 1, 2차 고화제를 분리 투입하는 것이 바람직하다.

양생시설은 공기공급시설과 교반시설로 구성된다. 공기공급시설은 고화물에 공기를 공급하여 산화반응을 촉진시키기 위한 것으로서 바닥면이나 교반기의 축이나 패들부에 송풍에 의한 공기공급이 가능하도록 장치한 공기공급관을 적정 간격으로 배열한 구조이면 일반 로터리식 믹서기류, 기타 혼합식 교반기류 등이 제한 없이 이용되어 질 수 있으며, 교반시설은 고화물을 뒤집어주어 각종 반응을 신속히 진행시키기 위한 것으로서 기계식 로타리 교반장치 스크류 교반장치 등이 제공되어 이용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 하수슬러지(오니)를 고화처리하기 위한 일반적 고화처리방법의 공정도로서, 종래의 고화처리방법을 예시하여 보면, 하수슬러지 100중량부 정도에 석분을 약 10중량부, 알카리계고화제(플라이애시)를 10~30중량부, 시멘트를 10중량부 정도를 가하고 혼합시켜 매립시키는 것이 대부분인 종래의 슬러지 처리방법인바, 상기의 공정에서는 하수슬러지와 알카리계고화제의 혼합물의 pH치가 8.5 이상인 pH 10~12 정도로 높아지고 이에 따라 암모니아가스가 다량 발생하여 민원을 야기하기 작업환경을 위태롭게 할 뿐만 아니라, 그 처리결과물도 관련법규에서 요구하는 복토재나 성토재로서의 요구조건을 만족시키지 못하는 문제점을 갖는 종래 의 고화처리방법 공정도가 제시되어 있다.

도 2는 본원의 고화처리공정을 예시하여 도시하고 있는바, 기존 공정의 알카리계고화제를 대체하여 중성계고화제를 적용하여 고화처리과정에서 발생하는 암모니아가스 악취의 발생을 최소화 시키는 것에 차이점이 있으며 1차고화제로서 황산철과 생석회 또는 황산철과 산화마그네슘 혼합물을 하수슬러지 100중량부에 대하여 15~25중량부, 경화제로서 시멘트, 생석회, 산화마그네슘, 연탄재 등을 5~10중량부 사용함으로써 고화처리과정에서 토질공학적 물성치(특히 강도)가 확보되도록 함으로써 그동안 복토재로 재활용되지 못하고 매립되던 하수슬러지 고화처리물을 매립장의 복토재 및 토목공사의 성토재로 재활용 할 수 있게 되었다는 데에 발명의 특징부를 갖는다.

본 발명에서 하수슬러지와 고화제의 물리화학적 반응은 [혼합단계]에서 일어나는 (1) 흡수 및 발열반응, (2) 중화반응과 [양생단계]에서 일어나는 (3) 이온교환반응, (4) 포졸란 반응, (5) 탄산화반응 등을 통해 하수슬러지 고화처리물을 매립장의 복토재로 활용할 수 있도록 하는 것이다.

[혼합단계]

(1) 흡수 및 발열반응

- 생석회의 수화반응(수분량 감소)

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 15㎉/㏖

중성계고화제 성분속에 포함되어 있는 생석회가 하수슬러지와 혼합시 수화반 응에 의해 하수슬러지중의 수분을 일차적으로 감소시키는 역할을 한다. 생석회 1㎏당 약320g의 물을 흡수반응하고 약280㎉의 열을 방출하여 450g의 물을 증발시킨다.

- 시멘트의 수화반응(수분량감소, 강도 및 용출억제)

2(3CaO SiO₂) + 6H₂O → 3CaO 2SiO₂ 3H₂O + 3Ca(OH)₂ (일부예시)

시멘트는 물과 접촉시 수화반응을 일으켜 실리카 물질로 변하게 되며 이때 하수슬러지중의 수분이 흡수되며 고화물의 강도가 서서히 증가하게 되며 하수슬러지중의 용출성분도 용출이 억제되게 된다.

(2) 중화반응

H⁺(αｑ)+OH^-(αｑ) → H₂O(ℓ)

중화반응이란 pH가 낮은 산과 pH가 높은 염기가 반응하여 pH가 중화되는 반응으로서 중화열을 동반한다. 1차고화제중의 산성분과 2차고화제중의 알칼리성분이 반응하여 중성화합물로 변하게 되며 이때 생산된 수분은 반응열고 인하여 수증기로 변하게 된다.

[양생단계]

(3) 이온교환반응(단립화, 용출억제)

슬러지 표면은 일반적으로 음이온으로 대전되어 있는 것으로 알려져 있으며 슬러지 표면에 부착된 결합력이 약한 양이온이 고화제중의 결합력이 강한 Ca² ⁺과 결합하여 슬러지입자간의 대전반발력이 감소되어 입자가 응집 단립화되어 표면적이 축소함으로 용출이 억제된다.

(4) 포졸란 반응(강도증가)

슬러지 중의 점토(실리카)성분과 생석회나 시멘트 중의 수산화칼슘이 반응하여 강도 및 수밀성을 지배하는 규산칼슘(C-S-H) 수화물의 생성을 촉진시키는 반응을 말하며, 고화물은 장기간에 걸친 포졸란 반응에 의해 강도가 증가하게 된다.

(5) 탄산화 반응(강도증가, 안정화)

고화물중의 Ca(OH)₂가 공기 중의 CO₂와 반응하여 CaCO₃의 안정된 물질로 장기간에 걸쳐 변화되는 현상을 말한다.

따라서 본원에서는 상기와 같은 반응효과를 얻기 위해 도 2에 나타낸 바와 같이 정량연속 투입한 슬러지에 1차고화제를 일정비율 투입하고 1차혼합한 다음, 1차혼합물에 추가로 2차고화제(경화제)를 혼합하여 슬러지혼합물을 얻고 이 혼합물을 양생시설로 이송하여 기계적인 송풍과 교반시설을 이용하여 혼합물을 양생하여 최종적인 고화처리물을 얻는다.

상기 공정에서 고화제의 투입비율은 하수슬러지의 함수율에 따라 달라 질 수 있으며, 하수슬러지 100중량부에 대하여 중성계고화제를 20~35중량부 투입하는데, 1차고화제로 15~25중량부, 2차로 5~10중량부로 구분 투입하는 것이 바람직하다. 이는 슬러지 고화처리 시 고화물의 pH를 중성으로 하고 흡수반응을 위해 설정된 것으로 다수의 반복적인 실험을 통해서 시행오차법에 의해 얻은 결과이다.

하수슬러지를 고화할 경우 고화물의 pH가 8.5이상이 되면 하수슬러지 중의 암모늄이온(NH₄ ⁺)이 암모니아가스(NH₃)로 변하게 되어 대기 중으로 발산되게 된다. 따라서 기존의 하수슬러지를 고화처리 할 경우 고화제가 알칼리성인 관계로 고화물의 pH가 10~12정도가 되어 고화물로부터 암모니아가스가 다량 발생되어 암모니아악취가 심하였다. 한편, 고화물의 pH가 7이하로 낮아지면 경화반응이 제대로 일어나지 않아 고화가 잘 되지 않으며 강도도 현저히 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에 의한 하수슬러지 고화물의 pH를 7.0~8.5사이가 되도록 고화제의 첨가비율을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 중성고화제를 사용할 경우 하수슬러지 고화물의 pH가 7.0~8.5가 되어 하수슬러지중의 암모늄이온(NH₄ ⁺)이 암모니아가스(NH₃)로 변하지 않게 되어 암모니아가스 발생이 현저히 줄어들게 된다.

상기의 방법은 하수슬러지 100중량부에 중성계고화제를 1차로, 2차로 나눠 1차고화제를 15~25중량부 정도씩을 투입하여 혼합기에서 기계적인 혼합을 한 다음, 다시 2차고화제(경화제)를 5~10중량부 정도를 투입하여 2차혼합기에서 기계적인 혼합을 실시하는 것도 바람직한바, 이는 혼합물 중의 중금속의 용출을 억제하고, 단립화시켜 덩어리 지게하고 혼합물의 강도를 증가시키기 위해 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

본원의 도 3은 본원의 양생장치로 이용할 수 있는 일 실시예의 기계식 로타리 교반장치를 나타내고 있는바, 3a는 로타리 교반장치의 측면도를 나타내고 있고, 3b는 로타리 교반장치의 내부를 나타내 보여주기 위한 사시도를 나타내고 있는바, 교반장치의 샤프트와 패들의 사이사이에 산기공이 형성되어 슬러지와 고화제 및 경화제를 교반하여 주면서 공기를 공급하여 주므로 내부 발열을 해소하면서 빠른 산화를 도모하도록 설계되어 제공될 수 있다.

도 3에서는 간단하게 도시하기 위하여 패들로 도시하고 있으나, 실제 현장에서는 유입되는 혼합물을 일측으로 이송시키며 공기를 공급하도록 나선형 블레이드 상에 산기공을 갖는 구조로 제공되어 사용될 수 있음은 당업자에게 자명한 기술이다.

도 4는 본원의 하수슬러지를 이용하여 매립작업에 필요한 요구조건을 충족시키기 위한 복토재나 성토재로의 최적 이용조건을 찾던 중 수소이온농도에 따른 암모니아 발생량과의 그 평형관계를 분석한 자료로서, 본원에 따른 중성계고화제를 사용할 경우 하수슬러지 고화물의 pH가 7.0~8.5가 되어 하수슬러지중의 암모늄이온(NH₄ ⁺)이 암모니아가스(NH₃)로 변하지 않게 되어 암모니아가스 발생이 현저히 줄어들게 하여 운전될 수 있음을 나타내고 있다.

도 3의 교반장치를 거친 혼합물은 양생장치로 이송되어 바닥으로부터 공기공급을 함과 동시에 기계적인 교반시설을 이용하여 2차 혼합물을 1시간에 수회 교반하는 속도로 양생시켜 원하는 고화처리물을 얻는다.

이는 2차 혼합물 중의 수분을 양생과정을 통하여 증발시켜 함수율 40%이하로 만들고, 이온교환반응, 포졸란 반응 및 탄산화 반응을 일어나게 하여 복토재로 적 합한 강도를 갖는 하수슬러지 고화처리물을 얻기 위함이다.

이하, 본 발명의 기술사상을 구체적으로 구현하기 위한 발명의 일 실시예를 설명하고자 한다.

[실시예 1]

도 2에 나타낸 고화처리 공정을 이용하여 표 1에 제시된 바와 같이 시료1로서 함수율 78.1% 짜리 하수슬러지 100톤을 시료 1로 하고, 또 다른 시료로 함수율 76.5% 짜리 하수슬러지 100톤을 시료 2로 하여, 1차고화제를 1, 2차로 나누어 1차로 10톤 및 15톤을 각각 투입하여 2시간 정도 혼합시킨 다음, 2차로 1차고화제를 다시 15톤 및 10톤을 각각 투입하여 2시간 정도 혼합시킨 후, 경화제로 시멘트 10톤을 추가로 투입하여 혼합한 다음, 중장비를 이용하여 혼합물을 6시간에 1회씩 교반하는 형식으로 뒤집어 주며 약 2일간 양생시켜 고화처리물을 얻었고 그 결과물에 대한 분석자료를 표 2에 나타내었으며, 비교 실시예로서는 종래의 방법에서 사용되는 내용대로 하수슬러지 100중량부에 1차 알카리계고화제로 플라이애시를 20중량부, 2차고화재로 시멘트를 10중량부를 혼합하여 실시예 1과 같은 조건에서 혼합 및 양생시켜 그 결과치를 비교하고자 하였다.

표 1

구분	하수슬러지		1차고화제		경화제
	투입량(톤)	함수율(%)	1차	2차	시멘트
	투입량(톤)	함수율(%)	투입량(톤)	투입량(톤)	투입량(톤)
시료 1	100	78.1	10	15	10
시료 2	100	76.5	15	10	10

표 2

구분		기준치	시료 1	시료 2	기존고화물
암모니아 가스(ppm)		-	18	23	170
pH		2.0-12.5	8.2	8.5	10.5
함수율(%)		40이하	38.0	35.6	48.8
중급속 용출량(mg/L)	Pb	3.0이하	0.12	불검출	0.12
	Cu	3.0이하	불검출	0.047	1.022
	Cr⁶ ⁺	1.5이하	불검출	불검출	0.013
	Cd	0.3이하	불검출	0.003	불검출
	CN	1.0이하	불검출	불검출	불검출
	AS	1.5이하	불검출	불검출	불검출
	Hg	0.005이하	불검출	불검출	불검출
	유기인	1.0이하	불검출	불검출	불검출

상기 표2에 나타낸 바와 같이, 본원의 중성계고화제를 이용한 슬러지 고화처리물은 기존 고화물에 비하여 암모니아 가스 발생량이 1/10 이하로 줄었으며, pH가 중성부근이며, 함수율도 40%이하이고 폐기물공정시험법에 의한 중금속 용출량도 기준이하로서 기존 고화물에 비하여 중금속 용출이 대폭 억제 되는 것으로 나타났으며, 본원 발명의 공법에 의한 고화처리물이 매립장의 복토재로 재활용이 가능함을 알 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1의 시료1, 2에 대해 매립장의 복토실험 및 토질공학적 물성치를 확보하는지 확인하기 위하여 관련실험을 하였으며 그 결과로 표 3과 같은 결과치를 얻었다.

본원의 조성으로 처리한 고화제에 대하여 복토재로서의 토질학적 물성치를 알아보기 위하여 노상토지지지력(CBR)을 아래와 같은 실험을 통해 측정하였다.

노상토 지지력(California Bearing Ratio Test: 이하 'CBR'이라 함)은 포장 을 지지하는 노상토의 강도, 압축성, 팽창성, 수축성 등을 결정하는 시험으로 포장두께의 설계나 지반의 지지력을 판정하는데 이용되는 것으로 본원에서는 실내 CBR시험(KS F 2321)에 의해 측정하였다. 즉, 몰드(ø15cm, 높이 17.5cm)내에서 다짐한 공시체와 몰드내에서 채취한 부스러지지 않은 흙의 시공체에 대하여 규정된 피스톤(지름 5cm)을 규정속도(1mm/min)로 관입시켜 관입량 별로 구한 시험하중강도를 표준하중강도에 대한 백분율로 구하였다.

표 3

구분	복토재 기준		성토재 기준
구분	투수계수(cm/s)	압축강도(kgf/cm²)	수정CBR
기준	10^-3-10^-6	0.5이상	10이상
시료 1	3.6×10^-6	0.71	12.0
시료 2	1.7×10^-5	0.96	14.2

상기 표3에 나타낸 바와 같이 복토재로서의 요구조건인 투수계수 1×10^-3~ 1×10^-6cm/s, 압축강도 0.5 kgf/㎠이상임에 대하여 시료 1에서는 투수계수 3.6×10^-6cm/s, 압축강도 0.71 kgf/㎠ 를 얻고, 시료 2에서는 투수계수 1.7×10^-5cm/s, 압축강도 0.96 kgf/㎠ 를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었으며, 성토재의 기준인 노상토지지력 10 이상임에 비하여 시료 1은 12.0, 시료 2는 14.2의 수치를 나타내어 본 발명에 따라 하수슬러지를 처리한 고화처리물은 매립장의 복토재 및 성토재로서의 기준을 충분히 만족시키고 있음을 확인할 수 있다.

상기와 같은 방법에 의하여 제조된 슬러지 고화처리물은 재 슬러지화 되지 않고, 함수율 40%이하, 압축강도 0.5kgf/㎠이상, 수정CBR(노상토지지력) 10 이상으로 토질역학적으로 매립장 복토재로서 기준을 충족하여, 처리가 곤란한 하수슬러지를 간편히 고화처리하여 환경오염을 최소화 하고, 고화처리물을 복토재 및 성토재로 재활용함으로써 토사굴착으로 인한 자연환경을 보호 할 수 있을 뿐 아니라 현재 대부분 매립, 해양투기, 소각 등의 비효율적인 방법으로 환경오염을 가중시키고 있는 하수슬러지 처리에 안정화를 도모할 수 있는 효과를 주게 될 것이다.

Claims

하수슬러지를 이용하여 매립작업에 필요한 복토재나 성토재로의 요구조건을 충족시키기 위한 하수슬러지 처리방법에 있어서,

하수슬러지 100중량부에 황산철과 생석회 또는 황산철과 산화마그네슘 분말이 혼합되어 이루어지는 1차고화제를 15~25중량부를 투입하며 1차로 수소이온농도(pH)를 조절하여 암모니아가스 발생을 저감시키는 혼합공정을 갖고, 2차로 시멘트, 생석회, 산화마그네슘 또는 연탄재 중에서 선택되는 경화제를 5~10중량부 투입하여 1일 이상의 기계적 양생공정을 통하여 함수율 40%이하, 투수계수 1×10^-3~ 1×10^-6cm/s, 압축강도 0.5kgf/㎠이상을 유지하는 매립장 복토재 또는 성토재를 제공하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리방법.
제1항에 있어서,

중성계고화제 중 1차고화제는 황산철 60~90중량부와 생석회 또는 산화마그네슘 분말 10~40중량부 혼합하여 만든 분말로 제공되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리방법.
제1항에 있어서,

하수슬러지 혼합공정에서 중성계고화제를 이용하여 혼합물의 수소이온농도(pH)를 7.0~8.5로 조절하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리방법.
제1항에 있어서,

상기의 기계적 양생공정은 공기공급관 및 교반시설을 가진 기계적 혼합 및 양생장치가 이용되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 처리방법.
하수슬러지를 복토재나 성토재로 이용하기 위해 매립에 필요한 요구조건을 충족시키기 위래 제공되는 하수슬러지 교반장치에 있어서,

하수슬러지와 중성고화제와 경화제를 혼합하여 양생공정을 수행 시 교반장치의 샤프트와 교반날개(패들)에 산기공이 다수 형성되어 혼합물에 공기를 공급하여 주므로 혼합물 내부의 발열을 해소하면서 빠른 산화를 도모하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 교반장치.