KR100854036B1

KR100854036B1 - 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법 및 이를 이용한흙골재

Info

Publication number: KR100854036B1
Application number: KR20070034150A
Authority: KR
Inventors: 유종희
Original assignee: 유종희
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2008-08-26

Abstract

본 발명은 하수슬러지를 복토용, 성토용, 지반강화용 및 토지개량용의 흙골재로 재활용하는 제조방법과 이를 이용하여 생산한 흙골재에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 하수슬러지와 혼합첨가물을 교반시켜 흙골재를 생산하는 제조방법에 관한 것으로 함수율을 낮추고, 악취를 제거하며, 중금속과 유해물질 제거 및 강도를 강화한 흙골재를 생산함으로써, 슬러지 처리비용을 줄이고 환경문제해결에 일조하는 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법과 이를 이용한 흙골재에 관한 것이다.

본 발명의 구성은, 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법에 있어서, 수분 및 유기폐수를 흡수하여 다량의 유기물질을 제거하고 유해가스를 강하게 흡착하여 탈취, 탈색 및 접촉반응의 촉매역할을 하는 실리카겔 40~43 중량%; 탈습과 액체의 흡착성이 뛰어나고, 높은 비표면적과 다공성의 분체로써 각종 가스의 탈습과 정화작용을 하며, 특히 산성을 띤 폐기물과 작용하여 응집효과가 증가하고 산과 반응할 수 있는 염기성물질들을 엷은 플록으로 형성하여 침전시키는 활성알루미나 15~17 중량%; 탄산과 수분흡수를 하며 유기물과 반응하여 중화제 및 플록을 침전시키는 산화마그네슘 1~3 중량%; 수분흡수를 하는 소각회 10~13 중량%; 흡착제로 사용하는 활성탄 0.2~1 중량%; 탈취 및 소독효과를 갖는 황산제일철 5~7 중량%; 물과 반응시 고온의 열을 발생시켜 살균 및 살충작용을 하여 가축질병의 원인인 병원균을 비롯한 각종 유해성 균을 사멸시키는 동시에 유기물과 반응하여 지표면의 산성화 및 점액질화를 방지하는 생석회 5~7 중량%; 중금속이 함유된 폐기물과 반응하여 중금속을 흡착제거하고 유기물과 반응하여 콜로이드성으로 응집시켜 침전을 촉진하는 산화철 5~7 중량%; 슬러지유기물 내에 함유되어 있는 중금속을 분해하는 아콘산 0.1~0.5 중량% 및 강도를 강화시키는 시멘트 10~13 중량%, 석고 5~7 중량%;으로 이루어진 혼합첨가물과 이에 하수슬러지가 0.45~0.5:1 비율로 교반된 혼합물을 2~3일간 숙성 제조하는 것을 특징으로 한다.

흙골재, 복토, 성토, 지반강화, 토지개량

Description

하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법 및 이를 이용한 흙골재{THE SOIL AGGREGATE MANUFACTURING METHOD WHICH USES THE SEWAGE SLUDGE AND THE SOIL AGGREGATE WHICH IT USES}

도 1은 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법을 보인 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법을 이용하여 제조한 흙골재를 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 1단계 200 : 2단계

300 : 3단계 400 : 흙골재

본 발명은 하수슬러지에 혼합첨가물을 첨가하여 복토용, 성토용, 지반강화용, 토지개량용 등으로 사용할 수 있는 흙골재를 제조하는 방법과 이를 이용한 흙골재에 관한 것이다.

우리나라는 1990년대에 들어와서 각 지역의 하천의 수질문제가 악화됨에 따라 하수처리장을 정비해 왔으며 초기에는 대도시를 기반으로 한 대형하수처리장을 건설해 오면서, 중소도시 및 농어촌지역의 하수처리율을 높이기 위하여 중소규모의 하수처리장도 함께 건설하여 왔다.

우리나라의 하수 1㎥에 대하여 탈수케이크로써 슬러지가 0.303㎏이 발생되어, 연간 170 내지 200만톤 정도가 발생되고 인구증가와 경제발전에 따른 공업화로 인하여 기하급수적으로 증가하고 있을 뿐만 아니라, 그 막대한 양의 대부분이 토양내 매립 및 해양투기와 같은 처리방법에 의존하고 있는 실정이다. 이러한 하수슬러지의 매립방법은 하수슬러지를 어느 정도 탈수한 후 일반폐기물과 함께 처분하는 방법이 대부분이지만, 하수슬러지의 높은 함수율로 인하여 완전한 탈수가 곤란할 뿐만 아니라, 슬러지 내부에 포함된 유기물의 오염정도가 심각해 토양 및 해양에의 2차 오염문제를 유발하는 심각한 문제가 있었다.

또한, 슬러지 직매립에 관한 관련법규의 개정에 따라 2005년부터 토양매립 또는 해양투기 등이 금지됨에 따라 기존방법 외에 새로운 처리방법이 요망되고 있다.

상기의 문제점에 따라, 하수처리시설을 통하여 오탁물을 제거하고 정수하여 일정한 수질 이상을 유지한 처리물을 강과 바다로 흘려보내는 방법들이 제시되고 있고, 일례로 하수처리시설에서 협기성 미생물을 이용하여 슬러지 중의 유기물을 분해시켜 슬러지의 부피를 줄이고 농축된 슬러지를 탈수시켜 케이크상태로 처리하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 방법들은 시설비용 및 유지비용이 막대하여 실질적으로 활용되지 못할 뿐만 아니라, 슬러지 분해시 악취를 유발시키는 심각한 문제가 있다. 또한, 상기 방법은 폐기물의 양을 감소시키는 측면에서 효과만 발휘할 뿐, 상기 폐기물을 재활용하여 다른 용도로 전환하여 사용하는 적극적인 방법으로는 부족하다.

폐기물 관리의 일반적 목적은 폐기물 발생을 최소화하고, 폐기물을 자원화하며, 폐기물 처리과정에서의 환경오염을 최소화함으로써 자연환경과 생활환경을 보호하는 것이다. 즉, 재활용 가능물질은 회수하고 남은 폐기물을 청정하고 안전하게 처분하는 것이다.

이러한 목표를 달성하기 위해서는 현 실정에 맞는 환경기술의 개발이 시급한 형편이고, 최근에는 하수슬러지를 토지개량제로 재활용하는 방법이 등장하고 있다.

본 발명은, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 본 발명의 주된 목적은 하수슬러지와 혼합첨가물을 교반시켜 복토용, 성토용, 지반강화용 및 토지개량용의 흙골재를 제조하는 방법과 이를 이용한 흙골재에 관한 것이다.

본 발명에 들어가는 상기 혼합첨가물의 용도는 다음과 같다.

① 하수슬러지의 함수율을 낮춘다.

② 하수슬러지의 악취를 제거한다.

③ 하수슬러지의 중금속 및 유해물질을 제거한다.

④ 하수슬러지의 강도를 강화한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법 및 이를 이용한 흙골재는, 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법에 있어서, 수분 및 유기폐수를 흡수하여 다량의 유기물질을 제거하고 유해가스를 강하게 흡착하여 탈취, 탈색 및 접촉반응의 촉매역할을 하는 실리카겔 40~43 중량%; 탈습과 액체의 흡착성이 뛰어나고, 높은 비표면적과 다공성의 분체로써 각종 가스의 탈습과 정화작용을 하며, 특히 산성을 띤 폐기물과 작용하여 응집효과가 증가하고 산과 반응할 수 있는 염기성물질들을 엷은 플록으로 형성하여 침전시키는 활성알루미나 15~17 중량%; 탄산과 수분흡수를 하며 유기물과 반응하여 중화제 및 플록을 침전시키는 산화마그네슘 1~3 중량%; 수분흡수를 하는 소각회 10~13 중량%; 흡착제로 사용하는 활성탄 0.2~1 중량%; 탈취 및 소독효과를 갖는 황산제일철 5~7 중량%; 물과 반응시 고온의 열을 발생시켜 살균 및 살충작용을 하여 가축질병의 원인인 병원균을 비롯한 각종 유해성 균을 사멸시키는 동시에 유기물과 반응하여 지표면의 산성화 및 점액질화를 방지하는 생석회 5~7 중량%; 중금속이 함유된 폐기물과 반응하여 중금속을 흡착제거하고 유기물과 반응하여 콜로이드성으로 응집시켜 침전을 촉진하는 산화철 5~7 중량%; 슬러지유기물 내에 함유되어 있는 중금속을 분해하는 아콘산 0.1~0.5 중량% 및 강도를 강화시키는 시멘트 10~13 중량%, 석고 5~7 중량%;으로 이루어진 혼합첨가물과 이에 하수슬러지가 0.45~0.5:1 비율로 교반된 혼합물을 2~3일간 숙성 제조함으로써 달성된다.

삭제

또한, 상기의 제조방법으로 흙골재를 제조함으로써 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법을 보인 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법을 이용하여 제조한 흙골재를 보인 도면이다.

본 발명은 하수슬러지를 이용해 복토용, 성토용, 지반강화용 및 토지개량용의 흙골재를 제조하는 방법에 있어서, 함수율을 낮추는 함수율조절제, 악취를 제거하는 악취제거제, 중금속과 유해물질을 제거하는 유해물제거제 및 강도를 강화하는 강도강화제로 이루어지는 혼합첨가물과 이에 하수슬러지가 0.45~0.5:1 비율로 교반된 혼합물을 2~3일간 숙성하여 제조한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제조과정을 정리하면 1단계(100)~3단계(300)로 이루어지는데 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.

1단계(100) : 혼합첨가물 제조단계

상기 혼합첨가물은 실리카겔, 활성알루미나, 산화마그네슘, 소각회, 활성탄, 과붕산소다, 아콘산, 하이포, 탄산소다, 과탄산소다, 제오라이트, 황산제일철, 생석회, 산화철, 활성백토, 시멘트, 석고 등으로 각각의 특성을 알아보면,

▶ 실리카겔

황산과 규산나트륨의 반응에 의해 만들어지는 튼튼한 그물 조직의 규산입자로, 화학식 SiO₂·nH₂O인 비결정형의 입자인데, 표면적이 매우 넓어 물이나 알코올 등을 흡수하는 능력이 매우 뛰어나고 인체에 무해하기 때문에 제습제로 많이 사용된다. 일례로, 시중에 판매되고 있는 김을 다 먹고 나면 플라스틱그릇 바닥에 하얀 종이가 있고 그 안에 작은 알갱이들이 들어 있는 것을 볼 수 있다. 이 알갱이들은 건조된 김이 수분을 흡수하여 눅눅해지는 것을 막기 위해 넣은 것으로, 스스로가 대신 수분을 흡수하는 역할을 한다. 이 알갱이들이 바로 실리카겔이다.

실리카겔은 SiO₂·nH₂O의 화학식을 가지며 작은 구멍들이 서로 연결되어 튼튼한 그물 조직을 이루고 그 사이에 용매인 물 등이 들어가 굳어버린 비결정형의 입자이다. 표면적이 매우 넓어 물이나 알코올 등을 흡수하는 능력이 매우 뛰어나고, 인체에 무해하기 때문에 제습제로 많이 사용되며, 꽃을 말릴 때에도 실리카겔을 이용하면 꽃의 수분이 빠져나가면서도 꽃의 색이나 모양을 잘 보존할 수 있다. 또한, 수분을 이미 많이 흡수한 실리카겔은 흡수능력이 떨어지지만, 이를 다시 가열하면 수분이 날아가 다시 흡습능력이 좋아지므로 재사용이 가능하고, 코발트화합물을 흡착시킨 실리카겔을 사용하면 수분을 흡수하지 않았을 때에는 실리카겔이 파란색을 띠고 수분을 흡수하면 담홍색으로 변한다. 따라서 색깔을 통해 실리카겔이 얼마나 수분을 머금고 있는지, 또 얼마나 더 수분을 흡수할 수 있는지 간단하게 파악할 수 있다.

실리카겔은 이 밖에도 크로마토그래피의 흡착제로도 사용되고 촉매의 운반체로 쓰이기도 한다.

▶ 활성알루미나

비결정질로 흡착력이 강한 산화알루미늄. 흡착제나 화학 반응의 촉매 따위에 이용한다.

▶ 산화마그네슘

화학식 MgO. 고토(苦土)라고도 하며, 공업적으로는 마그네시아, 의약품으로서는 마그네시아우스터라고도 한다. 백색의 비결정성 분말이지만, 붕산염과 융해한 용액에서 등축정계(等軸晶系)의 결정이 석출된다. 분자량 40.32, 녹는점 2,800 ℃, 끓는점 3,600 ℃, 비중 3.2∼3.7이다. 물에는 약간 녹아 알칼리성을 보이지만, 산·암모니아수에는 쉽게 녹는다. 공기 중에서는 물 및 이산화탄소를 흡수하여 서서히 히드록시탄산마그네슘이 된다. 금속마그네슘을 공기 속에서 가열하거나, 탄산마 그네슘을 열분해하면 생긴다. 내화재료·도가니·마그네시아시멘트·촉매·흡착제로 사용하는 외에, 의약품으로서 제산제(制酸劑)·하제(下劑)로 사용된다.

▶ 소각회

소각회(燒却灰)라고도 한다. 바닥재(bottom ash)와 비산재(fly ash)로 나뉜다. 바닥재는 도시쓰레기 중 불연(不然)성분과 미처 타지 못한 일부 가연(可燃)성분이 소각로 안의 화격자 아래 놓인 잔류물 호퍼로 떨어진 것을 말하고, 비산재는 소각로에서 발생하여 건식 스크러버와 여과식 집진장치에서 걸러진 재를 말하는데, 집진재·플라이애시라고도 한다. 바닥재에는 재 이외에 금속·유리·토사 등의 무기질과 타지 않은 유기물이 포함되어 있다. 지정폐기물 기준을 초과하는 납·수은 등의 중금속이 검출되면 매립이 금지되기도 한다. 용출시험을 통하여 유해성분이 검출되면 지정폐기물로 지정하여 무해화·안정화 처리를 한 다음 처분해야 한다.

비산재에는 납·카드뮴·아연 등의 중금속과 다이옥신이 들어 있다. 특히 비산재는 마이크로 또는 그 이하 크기의 입자상물질이므로 조심해서 다루지 않으면 날라가 작업자와 주변환경에 해를 끼치게 된다. 전기집진기와 백필터(bag filter)는 보통 99% 이상의 입자상물질 제거효율을 가지므로 진공컨베이어를 이용하여 오염방지 시설로부터 제거한 뒤 밀폐용기를 이용하여 최종처분지로 수송해야 한다.

발생량은 여러 가지 조건에 따라 다르지만 보통 바닥재는 소각대상 쓰레기의 종류가 중요하며, 비산재는 쓰레기의 물리화학적 성질과 처리기술에 따라 다르다. 스토커식보다는 유동층식 소각로에서 비산재가 많이 생기며, 대기오염방지시설의 유해가스 처리에 쓰이는 소석회의 양에 따라서도 다를 수 있다.국내에서는 1998년 말 기준으로 1일 50t 이상 생활쓰레기소각시설에서 발생하는 소각재는 소각량의 14.7%∼19.5%(평균 16.2%)이고, 이 중 약 95%가 바닥재, 5%가 비산재이다.

▶ 활성탄

제조방법은 목재·갈탄·이탄(泥炭) 등을 활성화제인 염화아연이나 인산과 같은 약품으로 처리하여, 건조 시키거나 목탄을 수증기로 활성화시켜 만든다. 일반적으로 활성탄은 가루상태나 입자상태로 제조되는데, 가루인 것은 입자상태로 만들어 사용하기도 한다. 용도는 주로 흡착제로서 기체나 습기를 흡수시키는 데 사용되며, 그 밖에 용제(溶劑)의 회수제와 가스의 정제용 또는 탈색제로 쓰이는 등 용도가 다양하다. 원래 활성화란 복사(輻射)의 흡수나 고속입자선의 충격 등으로 인하여 원자나 분자 또는 이온 등이 고에너지 상태로 되어 화학반응이나 결정격자(結晶格子)를 일으키기 쉬운 상태로 변하는 것을 말한다. 또 촉매작용으로 그 표면상태의 변화나 다른 물질의 첨가로 그 기능이 훨씬 높아지는 것을 뜻하는 것이므로, 활성탄도 이와 같은 활성화제를 첨가하여 탄소질의 기능이 향상된 것을 뜻한다.

▶ 과붕산소다

세정소독, 탈취, 산화표백, 살균, 침투분산 작용을 한다.

▶ 아콘산

도토리 추출물에 함유되어 있는 성분으로, 슬러지 유기물 내에 함유되어 있는 납(Pb), 수은(Hg), 카드뮴(Cd) 및 크롬(Cr) 등의 유해 중금속을 분해한다.

▶ 하이포

티오황산소다라고도 하며, 5수화물은 하이포라고 한다. 화학식 Na₂S₂O₃. 무색의 주상(柱狀) 결정으로, 녹는점 48.2℃, 비중 1.85이다. 보통은 5수화물로서 존재한다. 결정은 공기 중에서는 안정하지만, 찬공기 중에서는 약간 조해성을 보이며, 건조한 공기 중에서는 풍해성(風解性)을 보인다. 100g의 물에 0℃에서 74.7g, 60℃에서 301.8g이 용해한다. 액체암모니아에는 녹지만 알코올에는 거의 녹지 않는다. 공기 중에서 가열하면 황산나트륨·이산화황·물로 분해한다. 또, 산에 의해서도 분해되어 이산화황과 황을 생성하며, 요오드 I₂와 반응하여 사티온산나트륨 Na₂S₄O₆과 요오드화나트륨 NaI를 생성한다.

I₂＋2Na₂S₂O₃ → 2NaI＋Na₂S₄O₆

이 반응은 요오드를 적정(滴定)할 때 사용된다. 수용액은 pH6.5∼8.0이며, 할로겐화은을 용해한다.

또한, 아황산나트륨 용액에 황을 가하여 가열한 수용액을 가열 농축하여 여과한 다음 결정으로 얻으며, 황화나트륨에 황을 가해서 다황화나트륨으로 하고, 이것에 아황산나트륨 용액을 가해도 생긴다. 티오황산나트륨의 5수화물은 사진현상의 정착제로 많이 사용된다. 이 밖에 메틸렌블루 등 염료의 원료, 고급 종이의 탈염소 제, 크롬무두질에서 중크롬산염환원제, 털·상아 등의 표백제, 요오드 적정의 표준시약으로 쓰인다. 비소·수은·납 등 중금속의 중독, 시안화수은중독, 임신중독 등의 의약품으로도 사용된다.

▶ 탄산소다

탄산소다·소다라고도 하며, 무수물(無水物)은 소다회, 10수화물은 세탁소다 ·결정소다라고도 한다. 화학식 Na₂CO₃. 무수물은 백색 분말로, 흡습성이 강하다. 일반적으로는 1수화물·7수화물·10수화물이 알려져 있다. 100g의 물에 0℃에서 7.1g, 100℃에서 45.5g 용해한다. 알코올·에테르 등에는 녹지 않는다. 수용액은 다음과 같이 분해하여 알칼리성을 나타낸다. Na₂CO₃＋H₂O → NaOH＋NaHCO₃ 염산 HCl이나 황산 등의 강한 산에 가하면 이산화탄소 CO2를 발생한다.

Na₂CO₃＋2HCl → 2NaCl＋H₂O＋CO₂↑

공업적인 제조법으로는 암모니아-소다법(솔베이법)·르블랑소다법(르블랑법)·전해(電解)소다법(전해법)의 세 방법이 있는데, 현재는 암모니아-소다법이 주로 사용되고 있다. 암모니아소다법은 식염의 포화용액에 암모니아가스를 포화시키고, 여기에 이산화탄소를 통과시켜 탄산수소나트륨을 만들고, 이것을 가열하면 생긴다. 르블랑법은 현재 거의 사용되지 않고 있지만, 식염과 황산을 반응시켜 얻는 황산나트륨을 탄소로 환원시켜서 이것과 탄산칼슘으로부터 얻는다. 또, 전해소다법은 식염수를 전기분해하여 수산화나트륨을 만들고, 이것에 탄산가스를 가해서 얻는다. 유리·비누·수산화나트륨·탄산수소나트륨 등의 제조원료로 사용되며, 알칼리로서 종이·펄프의 제조, 염료의 유기합성 등 여러 분야에서 사용된다.

▶ 황산제일철

2가인 황산철(Ⅱ)과 3가인 황산철(Ⅲ) 및 2가와 3가의 철을 모두 함유한 황산철(Ⅱ)철(Ⅲ)이 알려져 있다.

① 황산철(Ⅱ)(황산제일철) : 화학식 FeSO4. 녹반(綠礬)이라고도 한다. 무수물 외에 1, 4, 5, 7수화물이 알려져 있다. 7수화물 FeSO₄·7H₂O는 가장 일반적이고 2가의 황산철 중에서 중요하다.

무수물은 담녹색결정으로 비중 3.346이다. 습기가 있는 공기 중에 방치하면 7수화물이 된다. 100g의 물에 20℃에서 26.6g, 90℃에서 37.3g 녹는다. 7수화물은 녹색의 결정으로 비중 1.895이다. 100g의 물에 0℃에서 32.8g, 50℃에서 149g 녹는다. 수용액은 녹색이며, 공기 중에 방치하면 산화되어 황산철(Ⅲ)이 된다. 가열하면 20∼73℃에서 3분자의 물, 80∼123℃에서 6분자의 물, 156℃에서 모든 물분자를 잃는다.

무수물은 수화물을 수소기류(水素氣流) 속에서 300 ℃로 가열하여 만든다. 수화물은 철부스러기를 묽은 황산에 용해하거나 물에 적신 황철석을 공기산화시키면 얻을 수 있는데, 최근에는 철강업·산화티탄공업 등에서 생기는 폐액(廢液)에서 제조하는 경우도 있다. 질산이온의 검출이나 헥사시아노철(Ⅱ)의 원료 등의 용도 외에 페로시안이온과 심청색인 턴불청(靑)을 만들기 때문에 청색 안료나 잉크에 사용되며, 또 매염제(媒染劑)·환원제·방부제 등에도 이용된다.

② 황산철(Ⅱ)철(Ⅲ)(황산제일철제이철) : 화학식 FeSO₄·Fe₂(SO₄)3. 적갈색 분말로, 천연으로는 수화물상태인 로머라이트로 존재한다. 황산철(Ⅱ)과 산성황산철(Ⅲ)의 혼합물을 공기에 노출시키면 얻는다.

③ 황산철(Ⅲ)(황산제이철) : 화학식 Fe₂(SO₄)3. 무수물 외에 3, 6, 7, 7.5, 9, 10, 12수화물이 알려져 있다. 백색 또는 담황색 분말로 비중 3.097이다. 조해성이 있고, 가열하면 약 480℃에서 분해하여 산화철이 된다. 물에는 약간 녹지만, 가수분해 결과 용액은 갈색을 띠며, 가열하면 금방 염기성 황산철(Ⅲ) 또는 수산화철(Ⅲ)의 적갈색 침전이 생긴다.

천연으로는 코큄바이트·켄스테드타이트·코넬라이트로서 산출된다. 수화물은 황산철(Ⅱ) 수용액을 산화하고 증발·농축시켜 결정화한다. 결정화 조건에 따라 함유되는 물분자의 수가 달라진다. 복염(複鹽)을 만들기 쉽고 철백반의 제조나 매염제에 사용된다. 또 헥사시아노철(Ⅱ)산칼륨과 반응하여 프러시안블루를 만들기 때문에 그 원료가 된다.

▶ 과탄산소다

탄산소다, 황산제일철과 함께 단시간의 화학반응으로 유해성병원균제거, 중금속제거, 염소제거 효과가 뛰어나고, 악취제거, 세정효과를 갖는다.

▶ 활성백토

산성 백토를 원료로 하여 이것에 화학적 처리를 하여 흡착력을 크게 한 흡착제. 다공질로서 표면적이 크고 부스러지기 쉬운 흰 분말로, 여러 가지 물질을 용액이나 가스 속에서 흡착시키는 데에 쓰인다.

▶ 제오라이트

제오라이트의 결정수는 제오라이트의 입체그물눈구조 안에 물분자로 존재하는데, 가열해서 탈수해도 제오라이트의 구조는 파괴되지 않고 결정수가 있던 자리는 공동 상태로 남는다. 마치 스펀지 모양의 구조를 하는데, 가스나 수분을 강력히 흡착하는 특성을 가지고 있다.

제오라이트의 또 하나의 큰 특징의 염기치환용량이다. 이것은 양이온 교환용량〔C.E.C:Cation　Exchange　Capacity〕이라고도 하는 데, 마치 자석처럼 양이온(NH₄+, 칼륨, 나트륨, 칼슘 등)을 흡탈하는 힘이다. 특히 제오라이트의 염기치환용량은 영구하전이라고 해서 주위환경(PH 등)에 좌우되지 않고, 장기간 그 힘을 지속하는 특성이 있다.

제오라이트는 그 구조에 따라 다양한 종류가 있는데, 천연 제오라트 자원으로서는 크게 몰데나이트 비석과 크리노프티로라이트 비석으로 구분된다. 그러나 이 둘은 독립 개체로 부존하는 경우는 거의 없고, 대부분 다른 광물과 함께 혼재한다. 따라서 시판되고 있는 제오라이트는 그 순도가 낮은 것부터 높은 것까지 다양하므로 주의할 필요가 있다. 특히 최근 환경오염이 지구 차원에서 문제되고 있는 가운데, 환경오염정화자원으로서 제오라이트가 주목받고 있다. 그 대표적인 것이 화학비료로 피폐되고 오염된 토양을 풍요롭게 하는 것이다. 일본에서는 1984년 '지력증진법'의 시행과 함께 '법정토양개량자재'로 지정되었다. 그 밖에 공해물질의 흡착 등 토양, 수질, 대기의 정화기능을 하는 21세기 신자원으로써 활용되고 있다.

제오라이트의 용도를 보면,

1. 일반 용도

(1) 토양개량제로 토양의 이온교환용량을 증가시키고, 보비력을 향상시키며 작물의 연작 장해를 억제한다.

(2) 입상 비료의 고결을 방지한다.

(3) 가축사료 첨가제로 사용된다.

(4) 가축분뇨 탈취제로 사용된다.

(5) 퇴비 제조 부자재로 사용된다.

(6) 수처리용으로 암모니아태질소 제거, 중금속이온 흡착 제거, 염색 배수 탈색 정화, 방사성 폐수 처리, 경수의 연수화

(7) 흡착제로써 암모니아가스 흡착 등

(8) 가스체의 분리 등

(9) 제지용 충진제

(10) 흡습제로써 병충해를 예방한다. 비료의 유실을 적게 하고 보비력을 향 상시킨다.

(11) 촉매 담체

2. 농업용(농업용 및 골프장용)

토양개량제로서 제오라이트의 효과는 다음과 같다.

(1) 식물의 뿌리 발육을 왕성하게 한다.

(2) 보수성을 증가시킨다.

(3) 작물의 조생, 조열, 품질향상 등을 돕는다.

(4) 토양의 잔류농약, 카드뮴의 작물에의 흡착을 억제한다.

(5) 토양의 C.E.C.를 높인다.

3. 축산용

축산용으로써 사료첨가물 또는 분뇨 처리용으로 이용된다.

(1) 동물의 설사를 억제하는 효과가 있다.

(2) 성장을 돕는다.

(3) 사료 요구율을 낮춘다.

(4) 분뇨의 탈취 효과를 높인다.

(5) 저장 사료의 곰팡이 발생을 방지한다.

(6) 암모니아태질소의 흡착에 의한 탈취작용과 환경개선 효과가 있다.

(7) 수분을 조절한다.

(8) 퇴비의 질소 방산을 억제한다.

4. 수산용

수산, 특히 양어에 다양하게 이용된다.

(1) 왕새우 등의 양식장의 수질을 정화한다.

(2) 비단 잉어 등 관상어의 발색을 향상시킨다.

▶ 시멘트

넓은 뜻으로는 물질과 물질을 접착하는 물질을 말하고 있으나, 일반적으로는 토목·건축용의 무기질(無機質)의 결합경화제(結合硬化劑)를 의미한다. 그 중에서도 오늘날 흔히 시멘트로 불리는 것은 포틀랜드 시멘트다. 포틀랜드 시멘트의 주성분은 석회·실리카·알루미나·산화철 등이다. 이 시멘트는 이것들을 함유한 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하여, 그 일부가 용융·소성(燒成)된 클링커(clinker)에 적당량의 석고를 가하여 분말로 만든 것이다. 시멘트는 주요 건설자재로서 콘크리트 또는 시멘트를 주원료로 한 2차 제품용으로 사용한다. 슬레이트·기와·기포(氣泡) 콘크리트·전주(電柱)·관(管) 등 생활주변에서 시멘트 제품은 흔히 볼 수 있다.

▶ 석고

화학성분은 CaSO4·2H2O이다. 능판상(菱板狀) 또는 주상 결정을 이루며, 때로 국화 모양으로 집합하고, 화살의 오늬 모양의 쌍정(雙晶)을 이룬다. 이 밖에도 엽편상·섬유상·괴상(塊狀)·치밀질 단괴상을 이루는 것도 많은데, 특히 섬유상의 병행집합체를 이룬 것을 섬유석고, 세립의 치밀질 집합체를 설화석고(雪花石膏)라 고 한다. 쪼개짐은 사축면(斜軸面)에 완전하고, 쪼개짐조각은 휠 수 있다. 단구(斷口)는 섬유상이다. 굳기 2, 비중 2.2∼2.4이다. 주로 무색 또는 백색·회백색인데, 때로는 황색·적색, 드물게는 암회색도 있다. 투명 또는 반투명하며, 쪼개짐면은 진주광택이 나는데, 그 밖의 결정면은 유리광택이 있으며, 단구면이나 섬유석고에서는 견사(絹絲)광택이 난다. 열의 절연체이다.

석고는 그 분포가 넓으며, 옛날부터 알려진 광물이다. 암염(岩鹽) 등과 함께 대규모의 증발 침전형 광상으로서 산출되는 것도 있다. 또 흑광(黑鑛)광상 등의 층상(層狀) 금속광상에 수반되고, 화산의 분기공이나 황기공(黃氣孔) 부근에도 흔히 발견된다. 시멘트의 혼재(混材), 비료·백색 안료로 쓰이며 구워서 소석고로 하여 소재(塑材), 주물의 모형 제작 재료, 의료용 깁스 등에 사용된다. 또 무색투명한 것은 투석고(透石膏)라고 하여 질이 좋은 것은 광학(光學) 기재에 쓰인다.

2단계(200) : 혼합첨가물에 하수슬러지를 0.45~0.5:1 비율로 교반

상기 혼합첨가물에 하수슬러지를 0.45:1 내지 0.5:1 비율로 잘 섞어준다. 이때, 상기 혼합첨가물이 하수슬러지와 교반되어 나타나는 효과는,

① 함수조절제로써, 하수슬러지의 함수율을 낮춘다.

② 악취제거제로써, 하수슬러지의 악취를 제거한다.

③ 유해물제거제로써, 하수슬러지의 중금속 및 유해물질을 제거한다.

④ 강도강화제로써, 하수슬러지의 강도를 강화한다.

등 상기와 같다.

이때, 상기 함수율조절제로는, 실리카겔, 활성알루미나, 산화마그네슘, 소각회 및 활성탄 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택되고, 상기 악취제거제로는, 실리카겔, 활성알루미나, 과붕산소다, 활성탄, 아콘산, 하이포, 탄산소다, 과탄산소다, 제오라이트 및 황산제일철 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택되며, 상기 유해물제거제로는, 생석회, 산화철, 산화마그네슘, 활성백토, 제오라이트 및 아콘산 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택되고, 상기 강도강화제로는, 시멘트, 석고 및 생석회 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택된다.

3단계(300) : 교반된 혼합물을 2~3일간 숙성

상기 숙성기간을 거치면서 상기 혼합첨가물과 하수슬러지가 교반된 혼합물은 잔여수분이 증발되면서 더욱 견고해지며, 상기 3단계(300)의 과정이 끝난 후 교반된 혼합물을 복토용, 성토용, 지반강화용 및 토지개량용의 흙골재(400)로써 사용하게 된다.

이상에서 1단계(100)~3단계(300)로 흙골재(400) 제조방법에 대해서 기술하였고, 이를 좀더 세부적으로 설명하면,

실리카겔 40~43 중량%, 활성알루미나 15~17 중량%, 산화마그네슘 1~3 중량%, 소각회 10~13 중량%, 활성탄 0.2~1 중량%, 황산제일철 5~7 중량%, 생석회 5~7 중량%, 산화철 5~7 중량%, 아콘산 0.1~0.5 중량%, 시멘트 10~13 중량%, 석고 5~7 중량%으로 이루어진 혼합첨가물을 제조하는데,

이때, 상기 실리카겔은 수분 및 유기폐수를 흡수하여 다량의 유기물질을 제거하고 유해가스를 강하게 흡착하여 탈취, 탈색 및 접촉반응의 촉매역할을 하고, 상기 활성알루미나는 탈습과 액체의 흡착성이 뛰어나고, 높은 비표면적과 다공성의 분체로써 각종 가스의 탈습과 정화작용을 하며, 특히 산성을 띤 폐기물과 작용하여 응집효과가 증가하고 산과 반응할 수 있는 염기성물질들을 엷은 플록으로 형성하여 침전시키며, 상기 산화마그네슘은 탄산과 수분흡수를 하며 유기물과 반응하여 중화제 및 플록을 침전시키고, 상기 소각회는 수분흡수를 하며, 상기 활성탄은 탈취, 탈황 및 흡착 등의 역할을 하고, 상기 황산제일철은 탈취 및 소독효과를 갖으며, 상기 생석회는 물과 반응시 고온의 열을 발생시켜 살균 및 살충작용을 하여 가축질병의 원인인 병원균을 비롯한 각종 유해성 균을 사멸시키는 동시에 유기물과 반응하여 지표면의 산성화 및 점액질화를 방지하고, 상기 산화철은 중금속이 함유된 폐기물과 반응하여 중금속을 흡착제거하고 유기물과 반응하여 콜로이드성으로 응집시켜 침전을 촉진하는 역할을 하며, 상기 아콘산은 슬러지유기물 내에 함유되어 있는 중금속을 분해하고, 상기 시멘트와 석고는 강도를 강화시키게 된다.

또한, 상기 혼합물들은 어느 하나의 역할만을 하는 것이 아니라 상호 연관된 역할도 동시에 하는 것이다. 즉, 일례로, 상기 실리카겔은 하수슬러지의 함수율을 낮추는 동시에 악취제거 효과도 갖으며, 상기 생석회는 하수슬러지의 중금속 및 유해물질을 제거하는 동시에 강도를 강화하는 효과도 갖는 것이다.

상기의 혼합첨가물과 이에 하수슬러지가 0.45~0.5:1 비율로 교반된 혼합물을 2~3일간 숙성시키는 제조과정을 거쳐서 복통용, 성토용, 지반강화용 및 토지개량용의 흙골재(400)를 얻을 수 있다.

상기와 같은 방법으로 본 발명의 일실시예를 보면,

1) 1단계(100)에 해당되는 것으로, 혼합첨가물(실리카겔 40 중량%, 석고 5 중량%, 활성알루미나 15 중량%, 생석회 5 중량%, 소각회 10 중량%, 산화철 5 중량%, 산화마그네슘 1 중량%, 시멘트 10 중량%, 활성탄 0.5 중량%, 아콘산 0.5 중량%, 황산제일철 7 중량%)을 제조한다.

2) 2단계(200)에 해당되는 것으로, 하수슬러지 1000㎏에 상기 혼합첨가물 500㎏을 첨가하여 교반시킨다.

3) 3단계(300)에 해당되는 것으로, 2)의 과정에서 얻어진 교반물을 2~3일간 숙성시킨다.

4) 3)의 과정에서 숙성된 교반물을 복토용, 성토용, 지반강화용 및 토지개량용의 흙골재(400)로써 사용한다.

이상에서 본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 하수슬러지를 재활용하여 복토용, 성토용, 지반강화용, 토지개량용의 흙골재로 제조하여 사용함으로써, 하수슬러지를 땅속에 매립하거나 해양에 투기하는데 소요되는 제반 경비를 절감함과 동시에 하수슬러지로 인한 하천이나 지하수 및 해양오염과 같은 환경오염을 방지할 수 있으며, 복토용, 성토용, 지반강화용, 토지개량용의 흙골재의 수급을 위한 토사 굴착 등으로 인한 자연환경 훼손을 방지할 수 있다.

Claims

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하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법에 있어서,

수분 및 유기폐수를 흡수하여 다량의 유기물질을 제거하고 유해가스를 강하게 흡착하여 탈취, 탈색 및 접촉반응의 촉매역할을 하는 실리카겔 40~43 중량%;

탈습과 액체의 흡착성이 뛰어나고, 높은 비표면적과 다공성의 분체로써 각종 가스의 탈습과 정화작용을 하며, 특히 산성을 띤 폐기물과 작용하여 응집효과가 증가하고 산과 반응할 수 있는 염기성물질들을 엷은 플록으로 형성하여 침전시키는 활성알루미나 15~17 중량%;

탄산과 수분흡수를 하며 유기물과 반응하여 중화제 및 플록을 침전시키는 산화마그네슘 1~3 중량%;

수분흡수를 하는 소각회 10~13 중량%;

흡착제로 사용하는 활성탄 0.2~1 중량%;

탈취 및 소독효과를 갖는 황산제일철 5~7 중량%;

물과 반응시 고온의 열을 발생시켜 살균 및 살충작용을 하여 가축질병의 원인인 병원균을 비롯한 각종 유해성 균을 사멸시키는 동시에 유기물과 반응하여 지표면의 산성화 및 점액질화를 방지하는 생석회 5~7 중량%;

중금속이 함유된 폐기물과 반응하여 중금속을 흡착제거하고 유기물과 반응하여 콜로이드성으로 응집시켜 침전을 촉진하는 산화철 5~7 중량%;

슬러지유기물 내에 함유되어 있는 중금속을 분해하는 아콘산 0.1~0.5 중량% 및

강도를 강화시키는 시멘트 10~13 중량%, 석고 5~7 중량%;

으로 이루어진 혼합첨가물과 이에 하수슬러지가 0.45~0.5:1 비율로 교반된 혼합물을 2~3일간 숙성 제조하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 흙골재 제조방법.
제6항의 제조방법으로 제조되는 흙골재.