KR101034707B1 - 오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법 - Google Patents

오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법 Download PDF

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Abstract

오니처리성능이 우수하면서도 친환경적인 오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법이 제안된다. 제안된 오니처리제는 900℃ 내지 1200℃로 소성된 패각 분말 18wt% 내지 34wt%, 60℃ 내지 100℃에서 가열된 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%, 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%, 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%, 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%를 포함한다.

Description

오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법{Agent for treating sludge, and method of preparing and treating sludge using the same}
본 발명은 오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 오니처리성능이 우수하면서도 친환경적인 오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법에 관한 것이다.
하천, 호수 또는 저수지에서는 시간의 경과에 따라 수중에 다양한 부유물질이 침전되어 퇴적물 또는 오니(sludge)가 형성된다. 이러한 퇴적물 또는 오니는 수질오염을 가속화시키고 생태환경을 파괴하는 하나의 원인이 되고 있다. 따라서, 이러한 퇴적물 또는 오니는 준설선을 이용해서 하천 등의 바닥을 준설함으로써 제거하고 있다. 준설선은 준설할 수역의 깊이와 바닥의 토질의 종류, 준설된 물질의 운반거리 등에 따라 각각 적당한 설비와 장비를 탑재하여, 해역, 강, 운하, 항만, 항로의 수중 퇴적물을 준설하고, 물밑의 오니를 포함하는 흙, 모래, 광물 등을 채취하고, 수중구조물 축조의 기초공사, 해저 폐기물을 끌어올려 제거하는 작업에 사용되는 설비이다.
이렇게 준설선을 이용하여 외부로 끌어올려진 오니를 처리하기 위하여 여러가지 처리제가 사용된다. 오니에는 수분이 다량 함유되어 있으므로, 오니 중의 수분을 제거하기 위한 처리제 또는 유해한 성분인 중금속을 제거하기 위한 처리제 등을 첨가한다. 이에 따라 오니는 토사 등으로 변화되어 사용된다.
오니의 고형화를 위하여는 시멘트나 석고 등을 사용하고 있는데, 이러한 시멘트 또는 석고를 이용하여 오니를 처리하면 토양의 고알칼리화가 진행되어 환경에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 응집제로서 폴리아크릴 아미드와 같은 발암물질로 의심되는 고분자 물질을 사용하는 경우에도 이로부터 얻은 토사가 적용된 토양으로부터 동식물의 건강에 해를 미칠 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 오니처리성능이 우수하면서도 친환경적인 오니처리제, 그의 제조방법 및 이를 이용한 오니처리방법을 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 오니처리제는 900℃ 내지 1200℃로 소성된 패각 분말 18wt% 내지 34wt%; 60℃ 내지 100℃에서 가열된 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%; 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%; 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%; 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%;를 포함한다. 패각 분말은 산화칼슘구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 오니처리제는 마그네슘, 칼륨, 나트륨 및 칼슘 중 적어도 하나를 포함하는, 가열건조된 미네랄파우더 0.05wt% 내지 1wt%;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
패각 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬이고, 글루텐 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬이고, 왕겨재 분말의 입자 크기는 100 내지 300 메쉬이고, 벤토나이트 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬이고, 그리고, 제올라이트 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 패각을 900℃ 내지 1200℃에서 소성처리한 패각 분말을 제조하는 단계; 글루텐 분말을 60℃ 내지 100℃에서 가열처리하는 단계; 왕겨를 무산소상태에서 600℃ 내지 1200℃에서 탄화시켜 왕겨재 분말을 제조하는 단계; 및 패각 분말, 가열된 글루텐 분말 및 왕겨재 분말에 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말을 혼합하는 단계;를 포함하는 오니처리제 제조방법이 제공된다.
혼합하는 단계는, 패각 분말 18wt% 내지 34wt%, 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%, 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%, 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%, 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%를 혼합하는 단계일 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 패각 분말 18wt% 내지 34wt%, 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%, 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%, 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%; 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%를 포함하는 오니처리제를 오니와 혼합하는 단계; 혼합된 오니처리제 및 오니를 교반하는 단계; 및 교반된 혼합물로부터 응집침전물을 제거하는 단계;를 포함하는 오니처리방법이 제공된다. 여기서, 혼합하는 단계는 오니 1 m3당 오니처리제 5kg 내지 10kg를 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 오니처리제는 오니 처리성능이 우수하여 소량을 사용하는 경우에도 저수지의 준설물에 포함된 오니를 높은 효율로 처리할 수 있다.
본 발명에 따른 오니처리제는 시멘트나 폴리아크릴아미드와 같은 환경에 유해한 성분을 사용하지 않아도 동등 또는 더 우수한 오니처리성능을 보유하여 저수지 준설물을 정화할 수 있어서 보다 환경친화적으로 오니처리가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 오니처리제를 사용하여 처리된 오니를 식생토로 사용하는 경우, 동식물에 유해한 영향을 미치지 않아 처리된 오니를 다양한 분야에서 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 패각의 소성온도별 XRD 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오니처리제 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오니처리방법의 설명에 제공되는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 오니처리제는 900℃ 내지 1200℃로 소성된 패각 분말 18wt% 내지 34wt%; 60℃ 내지 100℃에서 가열된 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%; 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%; 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%; 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%;를 포함한다.
패각은 조개껍데기를 의미하며, 본 발명의 오니처리제에는 오니를 토사화시키는 과정에서 칼슘공급을 하기 위하여 패각을 분말상태로 사용한다. 패각은 고온에서 소성한 후 분쇄하여 분말화하거나, 소성효율을 증대시키기 위하여 미리 분말화된 패각을 고온에서 소성하여 사용할 수 있다. 패각을 소성하는 온도는 900℃ 내지 1200℃일 수 있다. 패각을 특히 고온으로 소성하는 이유는 소성온도가 높을 수록 패각의 칼슘 함량이 증가하고, 무게 감소율이 증가하기 때문이다. 패각은 900℃ 내지 1200℃에서 10분 이상 소성되면 완전히 소성되어 산화칼슘구조를 갖게 된다.
패각의 소성온도별 XRD(X-ray diffraction, X선 회절) 분석결과를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 패각을 25℃, 500℃, 600℃ 및 700℃에서 각각 소성한 경우, 패각의 구조는 탄산칼슘(CaCO3)의 구조를 나타내고 있다. 반면, 900℃에서 소성한 경우, 패각의 구조는 산화칼슘(CaO)의 구조를 나타내고 있다. 따라서, 패각을 900℃ 이상의 고온에서 소성하는 경우, 오니에 칼슘공급이 용이하고, 칼슘함량이 증가한 형태의 산화칼슘구조를 갖는 패각을 얻을 수 있다.
패각 분말은 오니처리제 전체 중량을 기준으로 하여 18wt% 내지 34wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 패각 분말의 함량이 18wt% 미만인 경우, 오니에 칼슘이 부족할 수 있고, 고형화 진행이 느려 공정 전체가 느려지는 문제점이 발생할 수 있다. 반면, 패각 분말의 함량이 34wt%를 초과하는 경우, 오니가 지나치게 알칼리화될 수 있어서 이렇게 처리된 오니를 토사로 사용하는 경우. 토양까지도 알칼리화되는 영향을 미칠 수 있다.
글루텐 분말은 오니 내의 여러물질을 응집시키기 위한 응집제로서 오니처리제에 첨가된다. 글루텐 분말은 60℃ 내지 100℃에서 가열될 수 있는데, 이렇게 가열된 글루텐 분말은 가열 전보다 점착력이 향상되어 응집성이 높아진다.
글루텐 분말은 오니처리제 전체 중량을 기준으로 하여 18wt% 내지 34wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 글루텐 분말의 함량이 18wt% 미만인 경우, 오니에 응집력이 부족하게 된다. 반면, 글루텐 분말의 함량이 34wt%를 초과하는 경우, 글루텐 분말이 너무 많아 오니에 점착력을 과도하게 부여하여 이송시와 같은 공정상 문제가 발생할 수 있다.
왕겨재 분말은 왕겨(Rice Husk, RH)를 실질적인 무산소 상태에서 고온에서 탄화시킨 후 분쇄하여 얻는다. 왕겨재(Rice Husk Ash, RHA) 분말은 중금속을 흡착시키는 물질로서, 특히 고온에서 탄화되는 경우, 왕겨의 세포벽이 탄화되면서 미세한 기공이 형성되어 다공성을 갖는다. 따라서, 이러한 기공들을 채우기 위하여 강한 흡착력이 발휘되며, Pb, Cu, Cd, 또는 Zn과 같은 유해한 중금속들을 선택적으로 흡착할 수 있다. 왕겨는 600℃ 내지 1200℃의 온도에서 탄화될 수 있다.
왕겨재 분말은 오니처리제 전체 중량을 기준으로 하여 32wt% 내지 55wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 왕겨재 분말의 함량이 32wt% 미만인 경우, 중금속 흡착이 충분하지 않아 오니를 처리한 후에도 여전히 유해성분이 잔존할 수 있다. 반면, 왕겨재 분말의 함량이 55wt%를 초과하는 경우, 왕겨재 분말이 너무 많아 응집력에 불리한 영향을 미치고 왕겨재 분말 첨가에 따라 가격이 상승될 수 있다.
벤토나이트(bentonite)는 몬모릴로나이트가 주로 들어있는 점토로서, 물을 흡착하여 팽윤하는 물성을 나타내어 수분흡수제 및 응집보조제로 사용된다.
벤토나이트 분말은 오니처리제 전체 중량을 기준으로 하여 0.05wt% 내지 3wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 벤토나이트 분말의 함량이 0.05wt% 미만인 경우, 오니 응집 및 침전이 불충분하다. 반면, 벤토나이트 분말의 함량이 3wt%를 초과하는 경우, 비교적 고가인 벤토나이트 분말 사용비용이 높아져 오니처리제의 가격이 상승될 수 있다.
제올라이트(zeolite)는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물로서, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로 다른 미립물질을 흡착할 수가 있다. 따라서 제올라이트는 미립자를 흡착하는 흡착제로 사용할 수 있어서 오니의 악취제거성분으로 사용된다.
제올라이트 분말은 오니처리제 전체 중량을 기준으로 하여 1wt% 내지 5wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 제올라이트 분말의 함량이 1wt% 미만인 경우, 오니의 악취흡착이 불충분하다. 반면, 제올라이트 분말의 함량이 5wt%를 초과하는 경우, 비교적 고가인 제올라이트 분말 사용비용이 높아져 오니처리제의 가격이 상승될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오니처리제에는 악취흡착을 위한 보조제로써 마그네슘, 칼륨, 나트륨 및 칼슘 중 적어도 하나를 포함하며 가열건조된 미네랄파우더 0.05wt% 내지 1wt%가 더 포함될 수 있다. 가열건조를 통하여 미네랄파우더의 입자간 공극이 확대됨으로써 불순 물질의 포집 기능이 향상되어 탈취 기능을 발휘할 수 있다.
미네랄파우더의 함량이 0.05wt% 미만일 경우, 악취흡착 효과가 미미하므로 악취흡착 보조제로써 첨가의 의미가 없다. 반면, 1wt%를 초과하는 경우, 흡수율이 떨어지며 오니처리제의 가격 상승을 초래하여 경제적으로 불리해지는 문제가 있다.
본 발명의 오니처리제에 포함되는 분말들의 입자 크기는 200 내지 300메쉬인 것이 바람직한데, 200 내지 300메쉬인 경우, 고형화, 응집, 중금속 흡착, 수분흡착 및 악취흡착에 유리하다. 다만, 왕겨재 분말의 경우 입자크기가 100 내지 300메쉬 일 수 있는데, 유해물질인 중금속은 반드시 제거하여야 하므로 이러한 중금속을 흡착시키기 위하여 입자크기가 다른 분말보다 더 작을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 오니처리제 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 오니처리제를 제조하는 방법은 다음과 같다. 패각을 900℃ 내지 1200℃에서 소성처리하고, 이를 분쇄하여 패각분말을 제조한다(S10). 글루텐 분말은 60℃ 내지 100℃에서 가열처리한다(S20). 왕겨는 무산소상태에서 600℃ 내지 1200℃에서 탄화시켜 왕겨재 분말로 준비한다(S30). 준비된 패각 분말, 가열된 글루텐 분말 및 왕겨재 분말에 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말을 혼합하여 오니처리제를 제조한다(S40). 이때 오니처리제는 패각 분말 18wt% 내지 34wt%, 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%, 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%, 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%; 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%를 포함할 수 있다. 여기에서, 악취흡착 성능의 극대화를 위하여는 오니처리제 제조시 미네랄파우더를 0.05wt% 내지 1wt% 첨가할 수 있다.
본 발명에서는 또한, 오니처리제를 이용하여 오니를 처리하는 방법이 제공된다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오니처리방법의 설명에 제공되는 도면이다.
오니 및 오니처리제가 혼합되면(S100), 이를 교반하여(S110) 오니에 응집침전물을 형성한다. 오니에 응집침전물이 형성되면, 하부에 침전물이 형성되고 그 위에는 상징수가 형성된다. 응집침전물은 토사 등으로 사용되고, 상징수는 비교적 깨끗한 물로서 농업 또는 공업용수로서 사용될 수 있으므로, 응집침전물을 제거한다(S120).
이를 실제 처리환경에서 보면, 먼저 저수지 등에서 준설한 오니를 포함하는 준설물은 먼저 저류지로 옮겨진 후, 교반기로 이송된다. 교반기에는 오니처리제가 투입되고, 교반되면 응집침전물이 생성된다. 상징수는 분리되어 저수지로 다시 이송되고, 응집침전물은 야적장으로 배출된다.
야적장에서는 응집침전물을 자연건조하여 남아있는 수분을 더 제거하게 되고, 건조된 응집침전물은 식생토로 활용하기 위하여 사토장으로 이송되어 사용된다.
오니 1 m3당 오니처리제는 5kg 내지 10kg이 혼합될 수 있다. 이와 달리, 오니처리제는 오니의 종류나 목적하는 물질의 종류에 따라 혼합량이 상이할 수 있다. 즉 어떠한 환경에서 분리된 오니인지에 따라 오니처리제는 적절한 양으로 혼합될 수 있다.
예를 들어, 농업용수가 유입되는 하천에서 수거된 오니의 경우에는 공업용수가 유입되는 하천에서 수거된 오니의 경우보다 적은 양의 오니처리제를 사용할 수 있다. 또한, 공업용수가 유입되는 하천에서 수거된 오니의 경우에는 농업용수가 유입되는 하천에서의 경우보다 중금속 함량이 많을 수 있으므로 중금속 흡착역할을 하는 왕겨재 분말의 비율을 높일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (8)

  1. 900℃ 내지 1200℃로 소성된 패각 분말 18wt% 내지 34wt%;
    60℃ 내지 100℃에서 가열된 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%;
    왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%;
    벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%; 및
    제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%;를 포함하는 오니처리제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 패각 분말은 산화칼슘구조를 갖는 것을 특징으로 하는 오니처리제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    마그네슘, 칼륨, 나트륨 및 칼슘 중 적어도 하나를 포함하는, 가열건조된 미네랄파우더 0.05wt% 내지 1wt%;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오니처리제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 패각 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬이고,
    상기 글루텐 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬이고,
    상기 왕겨재 분말의 입자 크기는 100 내지 300 메쉬이고,
    상기 벤토나이트 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬이고, 그리고,
    상기 제올라이트 분말의 입자 크기는 200 내지 300 메쉬인 것을 특징으로 하는 오니처리제.
  5. 패각을 900℃ 내지 1200℃에서 소성처리한 패각 분말을 제조하는 단계;
    글루텐 분말을 60℃ 내지 100℃에서 가열처리하는 단계;
    왕겨를 무산소상태에서 600℃ 내지 1200℃에서 탄화시켜 왕겨재 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 패각 분말, 상기 가열된 글루텐 분말 및 상기 왕겨재 분말에 벤토나이트 분말 및 제올라이트 분말을 혼합하는 단계;를 포함하는 오니처리제 제조방법.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    상기 패각 분말 18wt% 내지 34wt%, 상기 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%, 상기 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%, 상기 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%, 및 상기 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%를 혼합하는 단계인 것을 특징으로 하는 오니처리제 제조방법.
  7. 패각 분말 18wt% 내지 34wt%, 글루텐 분말 18wt% 내지 34wt%, 왕겨재 분말 32wt% 내지 55wt%, 벤토나이트 분말 0.05wt% 내지 3wt%; 및 제올라이트 분말 1wt% 내지 5wt%를 포함하는 오니처리제를 오니와 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 오니처리제 및 오니를 교반하는 단계; 및
    상기 교반된 혼합물로부터 응집침전물을 제거하는 단계;를 포함하는 오니처리방법.
  8. 청구항 7항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    상기 오니 1 m3당 상기 오니처리제 5kg 내지 10kg를 혼합하는 것을 특징으로 하는 오니처리방법.
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JPH10337575A (ja) 1997-06-09 1998-12-22 Cosmo Petorotetsuku:Kk 汚泥処理用凝集剤及び汚泥処理方法
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JP2006281187A (ja) 2005-04-01 2006-10-19 Obara Yaichi バイオマスを再生循環した水中汚泥固化剤並びに装置

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