KR100893934B1 - 환경친화적인 생활하수 슬러지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환경친화적인 생활하수 슬러지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재활용이 가능한 환경친화적인 생활하수 슬러지를 배출하기 위한 방법으로서, 하수종말 폐수처리 과정 중 유입수 주입이나 응집 및 침전조나 탈수조의 처리단계에서 전처리 공정을 실시하되, 전 처리제로서 킬레이트제와 유해물 흡착제를 사용하여 폐수에 포함된 중금속 및 유해 유기물을 화학적으로 안정하게 고정화시키는 전 처리공정을 수행한 후 하수슬러지를 배출하도록 하여 발생하는 생활하수슬러지 중에서 환경유해물질 용출요인을 사전 제거시켜 안정화된 하수슬러지를 얻는 것을 특징으로 하는 환경친화적인 생활하수슬러지 제조방법에 관한 것이다.
생활하수슬러지, 키토산, 활성탄, 활성탄소섬유, 폐수

Description

환경친화적인 생활하수 슬러지 및 그 제조방법{Manufacture method of environmentally friendly life sewage sludges}
본 발명은 환경친화적인 생활하수 슬러지 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생활하수 슬러지를 재활용할 때 하수종말처리장에서 수 처리 과정 중 키토산 내지는 이온교환수지의 킬레이트제와; 활성탄 내지는 활성탄소섬유의 유기물흡착제를 포함하여 제공되는 전 전리단계 공정을 추가시켜 줌으로서, 폐수 중에 함유된 환경유해물질의 대부분을 킬레이트제와 유기물 흡착제에 고정시키는 전처리 공정을 실시하여 줌으로 슬러지를 재활용할 때 환경에 무해한 환경친화적인 하수 슬러지로 제공하고자 하는 처리방법에 관한 것이다.
하수슬러지는 하수처리 과정에서 필연적으로 발생하는 부산물로서, 2005년을 기준으로 할 때 전국에 가동 중인 294개 하수처리장에서 발생되는 슬러지 량은 7,052톤/일 발생하고 있으며, 현재 대부분의 하수슬러지는 해양투기에 의존하고 있는바, 이는 하수슬러지의 최종처분은 육상처리에 비하여 처리비용이 저렴한 이유로 국내 다수의 지자체에서 가장 선호하는 슬러지 최종 처리방법이다.
우리나라에서 하수슬러지는 하수도법과 폐기물관리법으로 관리하고 있는바,하수도법에서 “하수”라 함은 생활이나 사업에 기인하거나 부수되는 오수 또는 우 수를 말한다 라고 정의하고 있으며, 하수종말처리장에서 환경적으로 배출되는 물질은 방류수와 슬러지로 크게 구분될 수 있고, 하수종말처리시설의 방류수는 하수도법에서 관리하고 있고, 슬러지에 관해서는 폐기물관리법에서 관리하고 있는 실정이다.
하수슬러지의 처분과 관련하여서는 육상매립과 소각은 폐기물관리법에서 규정하고 있고, 해양투기 되는 슬러지 처분에 관해서는 해양오염방지법으로 관리하고 있는 실정이다.
현행의 국제법상으로 하수슬러지는 해양투기가 가능한 품목이나, 폐기물의 해양투기에 관한 국제 협약인 런던협약이 1996년도에 개정되면서, 폐기물의 해양투기에 관한 규제가 강화되고 있고, 해양환경 개선의 중요성이 점차 대두 되면서 국내에는 2008년 2월 이후부터는 해양투기 및 배출이 더욱 엄격히 강화되고 투기 자체가 금지될 상황에 놓여 있다.
육상처리에 있어서, 2001년 7월 폐기물관리법의 개정에서 하수 슬러지의 매립장 직 매립 금지조치가 발표되었으며, 본 조치는 2년간의 유예 끝에 2003년 7월부터 적용이 시작되었고, 2005년경부터는 소규모 폐수공정 배출 슬러지도 직 매립이 금지되는 조치가 시행되고 있다.
이와 같은 상황으로 국내에서는 하수슬러지의 최종 처리가 비교적 간단하고, 비용이 저렴한 매립과 해양투기가 어렵게 되는 결과가 되었고, 열에너지를 소모하면서 슬러지를 감량화시키는 소각이나 건조 등의 처리방법을 찾고자 하는 대안 외에 슬러지를 이용한 녹생토, 지렁이 사육, 시멘트 원료화, 퇴비화 등을 중심과제로 하는 자원화 대책이 부분적으로 연구과제로 제시되어 있으나 아직까지 구체적인 연구성과물이 산업적으로 적용되고 있지는 못하고 있는 실정이다.
외국의 경우를 살펴보면, 일본의 경우에 있어서도 현재까지는 발생 슬러지의 대부분을 소각에 의존하고 있으며, 소각에 의해 감량화된 잔재물은 매립하거나 부분적으로 건설자재로 이용하고 있으며, 영국의 경우 1998년까지 해양배출을 하였으나, 현재는 50%를 녹농지로 활용하도록 법제화되어있으며, 그밖에 독일은 인구 2만명 이상의 도시는 소화시설을 의무적으로 설치토록 규정하고 있으며, 기타지역은 부숙시킨 후 퇴비화하여 사용하는 것으로 하고 있고, 미국의 경우는 1992년부터 해양배출을 전면금지하고 1994년부터 하수슬러지 재사용에 관한 법률을 제정하여 전답, 정원, 골프장, 산림과 공원에 살포 가능하도록 배려하고 있다.
그러나 소각 방법은 하수슬러지가 사업장 일반폐기물로 분류되어 생활쓰레기 소각장에서 처리가 불가한 상태로서 별도의 소각장을 건설해야 하나 소각장 주변 주민들의 님비현상으로 적정부지를 확보하기 위한 부지확보의 어려움, 처리과정에서의 2차 오염발생에 의한 인체의 유해성을 감안한 주민반대 등으로 그 추진에 애로점이 많이 있으며, 매립의 경우 폐기물관리법에 의해 2003. 7월부터 1 만톤 이상 하수처리장의 슬러지의 직 매립 금지와 소각, 고형화 처리, 퇴비, 복토재, 토지개량재로 처리방법을 제한하고 있는 등으로 그 처리에 더욱 고심하고 있으나 마땅한 해결책을 찾지 못하고 있는 실정이다.
하수슬러지를 재활용하고자 하는 경우, 보도 블럭 등 경량골재 제조, 시멘트원료 등으로 재활용 가능성도 있으나, 재활용에 대한 국민의식이 저조하기 때문에 재활용의 근본적 수요가 제한되어 있고, 하수슬러지를 이용한 퇴비화의 이용 가능성 연구에 대해서도 하수슬러지에 함유된 중금속 및 환경유해물질 등의 유해성분으로 인해 재활용에 대한 부정적 인식 및 비료관리법 등에서 법률적 제약이 뒤따르며, 특히 대량수요를 유발할 수 있는 퇴비화의 경우 축산분뇨, 음식물쓰레기 등 다른 재활용가능 폐기물의 처리도 넘치고 있는 형편에서, 비료관리법은 하수슬러지를 농토 퇴비로의 사용을 불허하고 있는 실정이기 때문에 경제성 및 환경성 문제에 대한 하수슬러지의 적정처리법을 찾는 것이 새로운 현안과제로 대두 되어 있다.
2006년 하수슬러지 관리종합대책에 의하면, 2005년말 기준 전국에 가동 중인 시설용량 1만톤/일 이상 하수처리장 149개소에서 발생되는 하수슬러지 성분조사 결과 해양배출기준 제1기준 초과량은 1,475톤/일(21%), 제2기준 초과량은 4,085톤/일(58%), 기준 이내 량은 1,182톤/일(17%)로 나타나고 있다.
하수슬러지 149개 시료를 대상으로 유분, 크롬 등 25개 항목에 대한 함유량분석 결과 32개 처리장에서 11개 항목이 제1기준을 초과한 것으로 나타났으며, 이 때 기준 부적합 횟수는 유분 12개소, 크롬 2개소, 아연 12개소, 구리 5개소, 카드뮴 7개소, 수은 5개소, 비소 3개소, 페놀 1개소, PCB-52 3개소, PCB-101 1개소, 나프탈렌 1개소 였다.
62개 처리장에서 19개 항목이 제2기준을 초과한 것으로 나타났으며, 이때 기준 부적합 횟수는 유분 24개소, 크롬 2개소, 아연 6개소, 구리 30개소, 카드뮴 30개소, 수은 13개소, 비소 8개소, 납 2개소, 시안 3개소, 유기인 1개소, PCB-52 2개소, PCB-101 1개소, PCB-118 1개소, PCB-138 1개소, PCB-153 1개소, 나프탈렌 3개 소, 벤조피렌 2개소, 페난트렌 1개소, 안트라센 2개소로 나타났다.
대체적으로 많은 하수슬러지에는 중금속 및 환경유해물질들이 해양배출기준을 수준 이상으로 함유되어 있기 때문에 이를 재활용하기 위해서는 별도의 정제처리시설을 통하여 전 처리 하지 않고서는 사실상 재활용될 가능성이 희박할 뿐만 아니라 제 2차 환경오염을 초래할 수 있고, 또한 인체에 위해를 줄 수 있는 가능성을 배제할 수 없기 때문에 슬러지를 재활용하기에 환경적으로 많은 문제점이 있었다.
따라서 하수슬러지를 재활용하기 위해서는 하수슬러지에 함유된 중금속이나 기타 환경유해물질을 고정화하든가 제거할 사전 전처리공정이 필요하게 된다.
종래의 기술로서 슬러지에 중금속이나 환경유해물질을 제거하기 위해 개시된 선행기술을 살펴보면, 한국공개특허 공개번호 1993-0012593에서는 게나 새우껍질 등에서 추출된 키틴으로부터 탈 아세틸화하여 만들어진 키토산을 응집제 용액으로 조제하여 도금폐수 내의 중금속흡착이나 식품폐수, 축산폐수, 피혁폐수 내의 부유물들을 응집시켜 제거함으로써 폐수 처리 시 중금속 흡착제와 폐수 응집제로 사용하는 방법을 제안하고 있으며, 한국공개특허 공개번호 2000-0047351에서는 키토산을 단독으로 응집제로 이용할 때 부족한 응집력을 개선하기 위하여 키토산 자체의 부족한 응집력을 향상시키기 위하여 무기응집제로서 폴리염화알루미늄이나 황산알루미늄을 혼합하거거나 고분자응집제로 아크릴아마이드류를 혼합하는 키토산계 수처리용 응집제 조성물을 제안하고 있으며, 한국공개특허 공개번호 2002-0093732에 서는 중금속류가 다량 함유되어 있는 하수슬러지의 처리 내지 재활용하는 방법에 있어서 국내,외 환경규제 강화에 대한 정책 대안방안을 제시하고 기존 방법의 적용 한계점을 극복하고 해결하고자 하수슬러지에 함유된 중금속류를 산과 촉매제를 이용하여 적정한 온도, 압력, 시간의 반응조건하에서 반응, 분리, 조정, 응집, 탈수, 중화의 방법으로 중 금속류를 추출하고 제거하기 위한 산을 이용한 슬러지의 중금속 추출 및 제거 방법을 제안하고 있으며, 일본공개특허 공개번호 1995-000983에서는 부유 고형물 등 제거용의 여과제를 충전한 예비 처리조, 암모니아 질소의 흡착재에 의한 탈질조, 키토산 처리를 가한 목탄을 충전한 키토산 목탄조, 인(P)의 흡착이 가능한 탈인조 및 목탄을 충전한 마무리조를 구비한 수 처리장치를 제안하고 있다.
그러나 상기 제시된 특허기술에서 제안된 문제점을 살펴보면, 한국공개특허 공개번호 1993-0012593호 기술은 키토산이 환경친화적인 천연고분자로 부유물질을 제거하기 위한 응집제로 역할을 할 수 있으며, 중금속을 제거하는데 우수한 효과를 발휘할 수 있으나, 수중에 함유된 유해유기물질의 제거할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 한국공개특허 공개번호 2000-0047351호 기술은 수 처리에 필요한 응집제가 고분자 및 무기응집제가 복합적으로 존재하고 있기 때문에 기존의 부유물질을 제거하기 위한 응집제에 비해 응집력이 우수한 응집력을 제공할 가능성은 있으나, 수중에 함유된 중금속 내지는 유해유기물질의 제거할 수 없다는 단점을 가지고 있고, 한국공개특허 공개번호 2002-0093732호 기술은 산(acid)이 중금속류를 용해시키기 위해 가장 효율적이나, 슬러지에 함유된 중금속을 용출시키기 위한 산 처리를 하기 위해서는 이미 탈수조에서 탈수된 슬러지를 물을 재차 공급하여 슬러리화 하고, 이곳에 산(acid)를 공급하여 반응, 세척 및 중화 등등의 여러 단계가 필요하기 때문에 경제성이 매우 나쁘고, 유해유기물질의 제거할 수 없다는 한계를 가지고 있으며, 일본공개특허 공개번호 1995-000983호 기술은 수 처리를 위하여 키토산 처리를 가한 목탄을 충전한 키토산 목탄조를 포함한 여러 가지의 복합단계를 이용한 처리공정 및 반응조에 의해 고도의 생물학적 처리를 수행해야 하는 어려움을 가짐에 비해 그 효율이 탁월하지 않은 문제점을 갖고 있었다.
이에 본 발명자는 종래의 방법에 의한 하수종말 처리 시 슬러지에 포함된 중금속 및 유해물 때문에 재활용이 어렵거나 가능성이 희박하다는 문제점을 극복하고자 생활하수슬러지를 재활용하고 하는 경우, 하수종말처리장의 수 처리 과정 중에 키토산 내지는 이온교환수지의 킬레이트제와 활성탄 내지는 활성탄소섬유의 유기물흡착제를 포함하는 전 처리제를 이용하는 전 처리공정을 실시하여 줌으로서 폐수 중에 함유된 환경유해물질의 대부분을 전 처리제인 킬레이트제와 유기물 흡착제에 고정화시켜 전 처리하여 줌으로서 슬러지를 재활용할 때 환경에 무해한 환경친화적인 하수슬러지를 제공할 수 있는 연구결과를 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 하수종말처리 시 중금속 및 유해물을 전 처리제에 흡착시킨 후 고정화하여 재활용 가능한 환경친화적인 슬러지를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 더욱 강화되는 환경정책 및 법규를 극복하기 위한 재활용 분야에 제 2차 오염이 발생하지 않으면서 환경친화적인 슬러지를 제공하여 재활용 분야에 이용시키는데 발명의 목적을 갖는다.
본 발명은 생활하수슬러지를 재활용하고자 하는 경우, 하수종말처리장에서 수 처리 과정 중 전 처리제로 키토산 내지는 이온교환수지의 킬레이트제와; 활성탄 내지는 활성탄소섬유의 유기물흡착제를 포함하는 전 처리제를 이용하여 전 처리공정을 수행하여 줌으로서 폐수 중에 함유된 환경유해물질의 대부분을 전 처리제인 킬레이트제와 유기물 흡착제에 고정화시켜 재활용 가능한 슬러지를 제공하고자 하는 기술사상을 갖는다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 전 처리제로 킬레이트기(chelate functional group)를 가지고 있어 폐수 중에 포함되어 있는 중금속과의 흡착력이 우수한 킬레이트제와 비표면적인 크고, 친유성의 성질을 갖고 있어 유기물의 흡착력이 우수한 활성탄 내지는 활성탄소를 하수종말 수 처리 시 함께 포함시켜 처리하고, 수 처리가 종료된 후 결과적으로 생활하수 슬러지 중의 중금속 및 유해물질을 전 처리제에 고정시킴에 따라 생활하수 슬러지를 이용하여 재활용할 때 2차 오염원이 발생치 않는 환경친화적인 생활하수 슬러지를 제공할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
본 발명에 따른 전 처리제를 이용하여 환경친화적인 생활하수슬러지를 얻고자 하는 본원의 기술사상을을 보다 구체적으로 구현하기 위한 원료들을 살펴보면 다음과 같다.
상기 중금속을 제거하기 위해 전 처리제 원료로 사용되는 킬레이트제는 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 양이온교환수지, 이디티에이 (EDTA;ethylene diamine tetra acetic acid), 엔티에이(NTA; N,N-bis (carboxymethyl)glycine), 이디디에스(EDDS; (S,S-ethylenediaminedi-succinic acid), 디티피에이(DTPA; Diethylenetriaminepentaacetic acid), 엠지디에이(MGDA; Methylglycinediacetic acid), 큐페론(cupferron), 디페닐카바존(diphenylcarbazone), 살리실알독심(salicylaldoxime), 치오살리실릭산(thiosalicylic acid), 디메칠글리옥심(dimethylglyoxime) 중에서 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있고, 바람직하게는 산업현장에서 많이 이용되거나 가격이 대체적으로 저렴한 키틴, 키토산, 양이온교환수지, 이디티에이가 유리하며, 보다 바람직하게는 폐수처리 과정 중 부유물질의 응집제의 역할을 하면서 중금속을 동시에 제거할 수 있는 키토산이 유리하고, 가장 바람직하게는 키토산을 유기산 내지는 무기산에 용해하여 사용하는 것이 유리한 바, 키토산을 용해시키는 산(acid)은 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 포름산, 아세트산, 구연산, 말레인산, 올레인산 중 1종 내지는 1종 이상의 산이 선택되어 지고, 바람직하게는 가격이 저렴하고 환경오염을 최소화하며 수처리 부영양화에 의한 피해를 줄일 수 있는 황산, 아세트산, 구연산을 사용하는 것이 유리하며, 이 때 키토산을 산으로 용해한 후 응집제와 중금속을 동시에 제거하기 위해서 수소 이온 농도는 2.5～5.5의 범위가 적절하다.
또한 본원에서 전 처리제 원료로 사용되는 활성탄 내지는 활성탄소섬유는 하수종말처리 시 각종 용존성 난분해성 유기물을 비롯한 미량의 유기물 제거에 주로 이용되는 공정에 이용되며, 색도, 탈취, 중금속의 제거 등에도 이용될 수 있다.
활성탄은 직경은 200mesh 이하의 분말 활성탄 내지는 입경 0.1mm 이상의 입상활성탄류가 사용 가능하고, 활성탄의 경우 1g당 900~1500 m2의 비표면적을 갖으 며, 활성탄소섬유의 경우 1,500~2,200 m2의 비표면적을 갖는 것이면 사용 가능하다.
상기 폐수 중에 포함된 중금속을 제거하기 위한 킬레이트 및 유해 유기물을 흡착제거하기 위한 활성탄 내지는 활성탄소섬유의 첨가제는 생활하수의 폐기물에 포함된 중금속이나 유해 유기물질을 고효율로 흡착, 제거시킬 수 있는 것은 제한 없이 사용할 수 있으며, 하수종말처리의 유입수, 응집 및 침전조, 탈수조 어느 부분에 첨가할 수 있으나, 폐수처리 후 환경친화적인 슬러지를 제공하고, 폐수 처리 시 부유물질의 응집과 중금속 및 유해 유기물을 동시에 제거하면서 고효율로 제거하기 위해서는 가능한 한 응집 및 침전조에 첨가하는 것이 유리하다.
중금속을 제거하기 위한 킬레이트제 및 유해 유기물을 흡착제거하기 위한 활성탄 내지는 활성탄소섬유는 폐수 중에 포함된 유해물질의 량과 종류에 따라 달라질 수 있으며, 킬레이트제의 경우 킬레이트제가 중금속과 반응하여 킬레이트를 형성시킬 수 있는 화학양론적인 량을 첨가하면 가능하고, 활성탄 내지는 활성탄소 섬유인 경우 흡착능이 없어질 때 까지 첨가하면 가능하다.
이를 위해서 중금속 및 유해 유기물질을 자동으로 분석할 수 있는 시스템과 본 시스템에 의해 킬레이트제와 활성탄 내지는 활성탄소 섬유가 유입수 내지는 응집 및 침전조에 자동으로 유입될 수 있는 자동유입장치에 의해 조절되는 것이 바람직하다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 종래의 방법에 의해 배출되는 생활하수슬러지의 경우 중금속을 비롯하여 유해 유기물질이 해양배출기준 이상 포함되어 있어 이를 재활용할 경우 제2차 오염원이 될 수 있는 반면, 본 발명에 따른 중금속을 제거하기 위한 킬레이트제와 유해 유기물의 흡착력이 우수한 활성탄 내지는 활성탄소를 하수종말처리 과정 중에 첨가하면 환경유해물질들이 고정화되면서 열적, 화학적으로 안정화 슬러지를 제공할 수 있기 때문에 국내, 외적으로 더욱 강화되는 환경법규에 대처할 수 있으며, 재활용에 의해 환경보호는 물론 기업의 경쟁력을 확보할 수 있는 장점을 갖는 발명이다.
이하, 본 발명의 기술사상을 나타내기 위한 실시 예를 기재하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명의 기술사상이 실시 예에 의하여 한정되는 것이 아님은 당연하다.
실시 예 1
덕산화학(주)에서 구입한 양이온교환수지(Amberlite IR-120)를 킬레이트제로 활용하고자 2 %의 질산수용액에 침적시키고, 35 oC의 수욕에서 5시간 동안 진탕한 후 pH가 중성이 될 때까지 증류수로 세척을 하여 고효율의 중금속을 흡착할 수 있는 양이온교환수지를 전 처리하여 킬레이트제로 얻었다.
따로 비소(As), 수은(Hg), 구리(Cu), 카드늄(Cd), 납(Pb)의 1,000 ppm 짜리 원자흡수분광기 용도의 표준물질을 10 ml를 정확히 취하고, 1리터의 볼륨메트릭플라스크(volumetric flask)로 희석하여 10 ppm의 중금속 표준용액을 제조하고, 이 용액 200 ml를 250 ml의 비이커에 옮기고, 이곳에 위에서 전 처리된 양이온교환수지 2.5 g을 첨가한 다음 10분간 자석봉(manetic bar)으로 회전진탕한 후 여액을 정량 분석하여 양이온교환수지에 의한 중금속의 흡착률을 확인하고자 하였다.
실시 예 2
금호화성에서 구입한 키토산 분말을 킬레이트제로 활용하기 위하여 키토산 분말 2.5 g을 실시 예 1에서 제조된 10 ppm 짜리 표준용액 200 ml를 250 ml 비이커에 옮기고, 10분간 자석봉(manetic bar)으로 회전 진탕한 후 여액을 정량 분석하여 키토산 분말에 의한 중금속 흡착률을 확인하고자 하였다.
실시 예 3
Trifloxystrobin(제품명: 프린트)이 22 wt%가 함유된 농약을 정확히 1,000배 희석하여 220 ppm 농도로 제조한 용액 200 ml를 250 ml 비이커에 분취하고, 이곳에 한일그린텍에서 구입한 활성탄 1 g을 첨가한 후 10분간 자석봉으로 회전진탕한 후 여액을 정량 분석하여 활성탄에 의한 농약의 유기물 흡착률을 확인하고자 하였다.
실시 예 4
비소(As), 수은(Hg), 구리(Cu), 카드늄(Cd), 납(Pb)의 1,000 ppm짜리 원자흡수분광기 용도의 표준물질을 10 ml를 정확히 취하여 1리터 볼륨메트릭플라스크에 옮기고, 이곳에 메칠렌불루(methylene blue) 0.1 g을 첨가한 후 증류수로 눈금선 까지 채워 균일하게 혼합하여 10 ppm의 중금속표준 용액과 100 ppm의 메칠렌불루 용액을 제조한 후 이 용액 200 ml를 250 ml의 비이커에 옮겼다.
이곳에 실시 예 1에서 전 처리된 양이온교환수지 2.5 g과 (주)데구사에서 구 입한 활성탄소섬유 1 g을 첨가한 후 여액을 자석봉으로 회전 진탕한 후 여액을 분석하여 양이온교환수지 및 활성탄소섬유에 의한 중금속 및 유기물의 흡착률을 확인하고자 하였다.
실시 예 5
대전 하수종말처리장에서 처리된 슬러지를 구입하여 1 kg을 샘플로 하고, 이곳에 마이크로피펫을 이용하여 비소(As), 수은(Hg), 구리(Cu), 카드늄(Cd), 납(Pb), 크롬(Cr)의 1,000 ppm짜리 원자흡수분광기 용도의 표준물질 1 ml와 메칠렌블루 0.1 g을 정확히 첨가하여 혼합하고, 이곳에 한일그린텍의 활성탄 5 g과 금호화성의 키토산분말 5 g을 균일하게 혼합한 후 이를 수질오염 공정시험방법 중 용출시험방법에 의해 전처리하고, 여액을 분석하여 키토산 및 활성탄에 의한 중금속 및 유기물의 흡착량(고정화)를 확인하고자 하였다.
비교 예 1
양이온교환수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.
비교 예 2
키토산분말을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시 예 2와 동일하게 수행하였다.
비교 예 3
활성탄을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시 예 3과 동일하게 수행하였다.
비교 예 4
키토산분말과 활성탄소섬유를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시 예 4와 동일하게 수행하였다.
비교 예 5
활성탄과 키토산분말을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시 예 5와 동일하게 수행하였다.
상기 비교 예 1, 2, 4, 5 및 실시 예 1, 2, 4, 5에서 중금속분석 경우 구리(Cu), 카드늄(Cd), 납(Pb), 크롬(Cr)은 퍼킨-엘마사 원자흡수분광기에 의해 분석하였으며, 비소(As), 수은(Hg)은 퍼킨-엘마사 원자흡수분광기에 부착된 수은-수소화장치를 이용하여 분석하였고, 분석결과를 표 1에 나타냈다.
상기 비교 예 3과 실시 예 3의 농약의 유기물 분석은 여과방법에 의해 농약이 흡착된 활성탄을 여과하고, 이를 속실렛장치를 이용하여 추출한 후 황산나트륨를 통과시켜 용매안에 수분을 완전제거한 다음 감압증류하여 가스크로마토그라피/질량분석기에 의해 분석하였으며, 분석결과를 표 2에 나타냈다.
상기 비교 예 4～5와 실시 예 4～5의 메칠렌블루 분석은 UV/Vis.장치를 이용하여 확인하였으며, 농도에 따른 흡광도를 확인하고 정량분석을 하였따. 이때 흡수파장은 550 nm에서 측정하였으며, 분석결과를 표 3에 나타냈다.
〔표 1〕
중금속 구분 As Hg Cu Cd Pb Cr
실시 예 1 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D.
실시 예 2 24 ppb 13 ppb 0.82 ppm. 0.048 ppm 1.2 ppm 0.24 ppm
실시 예 4 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D.
실시 예 5 16 ppb 7.4 ppb 0.62 0.040 0.80 0.16
비교 예 1～2 10 ppm 10 ppm 10 ppm 10 ppm 10 ppm 10 ppm
비교 예 4 8.2 ppm 8.6 ppm 9.2 ppm 7.4 ppm 8.8 8.8
비교 예 5 8.9 ppm 9.2 ppm 9.2 ppm 8.4 ppm 9.4 ppm 9.2 ppm
N.D.는 검출할 수 없음(Non-detectable)을 의미하며, 상기 검출한계는 As; 2.5 ppb, Hg; 1.0 ppb, Cu; 0.1 ppm, Cd; 0.025 ppm, Pb: 0.5 ppm, Cr; 0.1 ppm임.
〔표 2〕
구분 Trifloxystrobin
실시 예 3 2.3 ppm
비교 예 3 220 ppm
〔표 3〕
구분 Methylene blue
실시 예 4 0.44 ppm
실시 예 5 0.52 ppm
비교 예 4 100 ppm
비교 예 5 94 ppm
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 킬레이트제인 양이온교환수지를 이용하여 중금속 흡착률을 확인한 결과, 분석장비를 동원하여 중금속을 측정할 수 없을 정도로 중금속의 흡착률이 매우 우수함을 확인할 수 있었으며, 천연고분자인 키토산을 이용할 경우 평균적으로 중금속의 흡착률이 99 % 이상임을 확인할 수 있었고, 유해 유기화합물을 제거하기 위한 활성탄 내지는 활성탄소 섬유를 첨가하여도 중금속이 흡착되는 되는 것을 알 수 있었으며, 활성탄보다는 비표면적이 높은 활성탄소섬유가 중금속의 흡착력도 우수함을 알 수 있었다.
상기 표 2～3에서 나타낸 바와 같이 인체에 치명적인 농약 내지는 유기물인 메칠렌블루를 대상으로 활성탄의 흡착력을 실험한 결과 농약의 경우 99 %의 흡착률을 확인하여 메칠렌블루의 경우에도 매우 높은 흡착률을 보임으로서 폐수 중에 포함된 또 다른 여러 가지의 유해 유기물질을 흡착하는데 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
특히 실시 예 5에서와 같이 생활하수슬러지의 실질실험에서 중금속 및 유해 유기물질을 흡착률이 매우 우수하므로서, 하수종말처리 시 어느 공정에서라도 중금속을 제거하기 위한 킬레이트제와 유해 유기물질을 제거하기 위한 흡착제를 첨가하면 환경유해물질을 고정화시켜 환경친화적인 생활하수슬러지를 제공할 수 있음을 알 수 있었다.

Claims (6)

  1. 유해물질을 함유한 하수 슬러지를 재활용 가능한 안정화된 하수슬러지로 변환시키기 위한 전처리 방법에 있어서
    하수 종말처리 과정 중 유입수 주입이나 응집 및 침전조나 탈수조의 처리단계에서 슬러지 안정화를 위한 전처리 공정을 실시하되, 전 처리제로서 킬레이트제와 유해물 흡착제를 사용하여 오,폐수 중에 포함된 중금속 및 유해 유기물을 화학적으로 안정하게 고정화시켜 발생하수슬러지 중에서 유해물질 용출요인을 사전 제거시키는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 전 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    킬레이트제는 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 양이온교환수지, 이디티에이(EDTA;ethylenediaminetetraacetic acid), 엔티에이(NTA; N,N-bis (carboxymethyl)glycine), 이디디에스(EDDS; (S,S-ethylenediaminedi-succinic acid), 디티피에이(DTPA; Diethylenetriaminepentaacetic acid), 엠지디에이(MGDA; Methylglycinediacetic acid), 큐페론(cupferron), 디페닐카바존(diphenyl carbazone), 살리실알독심(salicylaldoxime), 치오살리실릭산(thiosalicylic acid), 디메칠글리옥심(dimethylglyoxime) 중에서 1종 이상이 선택되고, 폐수 중에 중금속과 반응하여 킬레이트화에 의한 중금속을 흡착하며, 중금속의 총량에 대해 화학양론적인 량이 포함되어 제공되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 전 처리방 법.
  3. 제1항에 있어서,
    유해 유기물 흡착제는 900~1,500 m2/g의 비 표면적을 갖는 활성탄 또는 활성탄소섬유 중에서 선택되어 제공되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 전 처리방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 유해물질을 함유한 하수 슬러지를 전처리 공정을 통하여 안정화시켜 재활용 가능한 하수슬러지에 있어서,
    하수 종말처리 과정 중 유입수 주입이나 응집 및 침전조나 탈수조의 처리단계에서 키틴(chitin), 키토산(chitosan), 양이온교환수지, 이디티에이(EDTA;ethylenediaminetetraacetic acid), 엔티에이(NTA; N,N-bis (carboxymethyl)glycine), 이디디에스(EDDS; (S,S-ethylenediaminedi-succinic acid), 디티피에이(DTPA; Diethylenetriaminepentaacetic acid), 엠지디에이(MGDA; Methylglycinediacetic acid), 큐페론(cupferron), 디페닐카바존(diphenylcarbazone), 살리실알독심(salicylaldoxime), 치오살리실릭산(thiosalicylic acid), 디메칠글리옥심(dimethylglyoxime) 중에서 선택되는 킬레이트제와 900～1,500 m2/g의 비표면적을 가지는 활성탄이나 활성탄소섬유 중에서 선택되는 유해물 흡착제를 포함하는 전 처리제를 이용하여 하수에 포함된 중금속 및 유해 유기물을 화학적으로 안정하게 고정화시키는 전처리 공정을 통하여 제공되는 하수슬러지.
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