KR101056587B1

KR101056587B1 - 소화된 슬러지를 처리하는 방법

Info

Publication number: KR101056587B1
Application number: KR1020057020061A
Authority: KR
Inventors: 괴란 카를손; 잉게마르 카를손; 미카엘 렉텐발트; 레나르트 페테르손
Original assignee: 케미라 케미 악티에볼라그
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US7166227B2; HK1092449A1; ATE440806T1; US20050000908A1; SE525083C2; KR20060009268A; NO331442B1; SE0301171L; PT1615854E; HRP20090591T1; NO20055123L; SI1615854T1; CN100340504C; RU2338699C2; DK1615854T3; ES2333123T3; WO2004094320A1; CN1787974A; BRPI0409786A; PL1615854T3

Abstract

본 발명은 폐수 정화에서 유기 물질, 2가철 및 인을 함유하는 슬러지를 처리하는 방법으로서, 상기 슬러지를 슬러지로부터 2가철 및 인을 용해시키기 위해 0 내지 100℃에서 1 내지 5의 pH에서 산으로 처리하고, 슬러지에 과산화수소 및 과화합물(percompound)로부터 선택된 산화제를 공급하여, 2가철을 펜톤 반응(Fenton's reaction)에 의해 3가철로 산화시키고, (ⅰ) 3가철을 제3 인산철로 침전시키고 (ⅱ) 탈취 및 위생 효과를 지닌 자유 라디칼을 펜톤 반응에 의해 형성시킨 후, 슬러지를 7 이하의 pH에서 탈수시키고, 탈수에서 수득된 수용액을 폐수 정화를 위해 재순환시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리되는 슬러지가 용해된 철 및 인을 1:1 이상의 Fe:P 몰비로 함유하게됨을 특징으로 한다.

Description

소화된 슬러지를 처리하는 방법{METHOD OF TREATING DIGESTED SLUDGE}

본 발명은 슬러지(sludge)를 처리하는 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 폐수 정화에 있어서 하수 처리 작업으로부터 수득된 슬러지를 처리하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 도시 하수 처리 작업으로부터의 슬러지를 처리하는데 유용하므로, 이에 관하여 하기에 기재될 것이다. 그러나, 본 발명은 도시 하수 처리 작업으로부터의 슬러지를 처리하는데 제한되지 않고, 다른 유형의 하수 처리 작업, 예컨대 산업 폐수의 정화를 위한 하수 처리 작업으로부터의 슬러지의 처리에도 또한 적용가능하다.

도시 하수 처리 작업에서 정화되는 물은 다양한 발생원으로부터 수거된다. 보통, 이는 생활 폐수, 지표수, 부분적으로 정화된 산업 폐수 및 빗물의 축적된 유량을 포함한다. 폐수 정화에서, 최초로 폐수로 유입된 큰 물체가 제거된다. 또한, 입자 및 자갈, 및 최종적으로는 유기 물질, 금속 및 영양염류, 예컨대 질소 및 인 화합물이 제거된다.

스웨덴의 통상적인 폐수 정화는 폐수의 기계적, 생물학적 및 화학적 정화를 포함한다. 격자로 가장 굵은 불순물을 분리시킨 후, 모래 트랩으로 언급되는 첫번째 침강 단계에서 모래 및 무거운 입자를 침강시킨 후, 화학적 정화 및/또는 생물 학적 정화를 시작한다.

오늘날, 스웨덴의 하수 처리 작업은 광범위한 생물학적 및 화학적 정화와 함께 이루어진다. 알루미늄 또는 철의 금속염이 인산염을 침전시키는데 사용된다. 이들은 생물학적 정화 공정 전, 공정 중 또는 공정 후에 첨가될 수 있다(각각, 사전침전(preprecipitation), 동시 침전 및 사후침전(postprecipitation)이라 함). 폐수의 화학적 및 생물학적 처리 둘 모두는 침강되어 반드시 처리되어야 하는 슬러지를 발생시킨다.

보통, 다양한 침강 단계로부터 생성된 슬러지는 수반되는 하수 처리 작업에서 수거된다. 이는 1차 슬러지(기계적 슬러지), 2차 슬러지(생물학적 잉여 슬러지) 및 3차 슬러지(화학적 슬러지)의 물질이다. 보통, 최초의 격자 및 모래 트랩으로부터의 침강 생성물은 이렇게 수거된 슬러지에 포함되지 않는다. 수거된 슬러지는 추가의 침강에 의해 약간 농축된 후, 소화조로 펌핑된다. 소화조에서, 슬러지는 유기 물질을 분해시키기 위해 혐기 조건하에서 처리되어, 소화된 슬러지로 언급되는 감량된 슬러지가 생성된다.

상기 기재된 폐수 정화에서, 처리되어야 하는 대량의 소화된 슬러지가 수득된다. 소화된 슬러지는, 예를들어 쓰레기 매립지에 퇴적되거나 비료로 사용될 수 있다. 그러나, 쓰레기 매립지에 소화된 슬러지를 퇴적시키는 것은 많은 공간을 필요로 하고 비용이 많이 든다. 소화된 슬러지를 비료로 사용하는 것이 바람직하나, 이러한 용도는 슬러지가 중금속 및 기타 바람직하지 않은 물질을 함유하기 때문에 점점 더 문제시되고 있다. 쓰레기 매립지에 퇴적시키고 비료로서 사용하는 것의 대안으로서, 소화된 슬러지는 소각될 수 있다. 스웨덴에서, 쓰레기 매립지에서의 연소성 쓰레기의 퇴적은 2002년에 금지되었고, 2005년에 쓰레기 매립지에서의 모든 유기 쓰레기의 퇴적이 금지될 것이다.

상기에 기재된 바의 견지에서, 소각되어지는 소화된 슬러지는 가능한 한 높은 고형물 함량을 지녀야 한다. 또한, 소각이 아닌 탈수된 슬러지의 최종 저장의 또 다른 유형의 경우에서, 슬러지를 가능한 한 높은 고형물 함량으로 탈수시킴으로써 슬러지의 양을 감소시키는 것이, 무엇보다도 경제적인 관점에 있어서, 매우 중요할 수 있다. 높은 고형물 함량의 소화된 슬러지를 제공함으로써 슬러지의 양을 감소시키는 것은 어렵고 지금까지는 기계적 탈수 및 건조의 병용에 의해 고비용으로만 달성되어 왔다. 따라서, 소화된 슬러지의 양, 즉 소화된 슬러지의 중량 및 부피의 감소가 단지 탈수 및 건조가 아닌 방식으로 용이하게 제공될 수 있는 경우에 큰 개선이 이루어질 것이다.

폐수 정화로부터의 소화된 슬러지의 처리에서의 추가의 문제점은 소화된 슬러지와 관련된 성가시고 불쾌한 악취이다. 이 성가신 악취는 환경 문제이고 폐수 정화로부터의 슬러지의 생성 및 처리를 위한 설비가 종종 다른 건물로부터 격리되어 위치되어야 한다는 것을 의미한다. 따라서, 슬러지로부터의 성가시고 불쾌한 악취가 감소되거나 제거될 수 있는 경우에 환경적으로 이로울 것이다.

추가의 문제점은 폐수 정화로부터의 슬러지가 종종 병원성 세균, 예컨대 살모넬라, 대장균 등을 함유한다는 것이다. 이는 슬러지가 위생 처리, 즉 상기 병원성 세균이 제거되거나 무해한 수준(예컨대, 1 내지 5%의 고형물 함량을 지닌 슬러 지 ㎖ 당 10 cfu 미만, "cfu"=콜로니 형성 단위)으로 감소되도록 처리될 수 있는 경우 크게 이로울 것이다.

또 다른 문제점은 폐수 정화로부터의 슬러지가 대부분의 경우 점착성이고 취급 및 탈수가 어렵다는 점이다. 이는 점착성이 아니고 취급 및 탈수가 용이한 슬러지가 제공될 수 있는 경우 상당히 이로울 것이라는 것을 의미한다.

폐수 정화로부터의 슬러지를 처리하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있고, WO 95/06004(국제공개일 : 1995. 3. 2) 및 WO 96/20894(국제공개일 : 1996. 7. 11)가 예로 언급될 수 있다. 이들 두 참조문헌은 침전 화학물질로부터 인 및 금속, 예컨대 철을 회수하기 위한 폐수 정화로부터의 슬러지의 처리에 관한 것이다. 슬러지는 금속 및 인 함유물의 용해를 위해 산으로 처리될 수 있고, 이후 인은 제3 인산철로 침전되고, 이 경우에 먼저 2가철이, 예컨대 과산화수소를 사용한 산화에 의해 3가철로 전환될 수 있다.

추가의 예로서, WO 98/41479(국제공개일 : 1998. 9. 24)가 언급될 수 있다. 이 참조문헌에는 침전 화학물질로부터의 철 및/또는 알루미늄이 슬러지로부터 용해되고, 형성된 용액이 폐수 정화를 위해 재순환되는, 폐수 정화로부터의 슬러지를 처리하는 방법이 기재되어 있다. 첫번째 단계에서, 슬러지는 산 가수분해 작용에 적용된다. 가수분해 후, 잔존하는 슬러지 및 가수분해 액체는 잔존하는 슬러지의 분리를 위해 두번째 단계로 공급된다.

슬러지 처리에 관한 종래 기술의 추가의 예는 유럽 특허 제 0 832 853호이다. 이 참조 문헌은 생물학적 폐수 정화로부터의 슬러지로부터 바람직하지 않은 악취를 제거하고 슬러지의 여과성을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 2 내지 6의 pH에서 슬러지는 철(Ⅱ)염 및 과산화수소와 함께 혼합된다. pH는 산, 예컨대 황산을 사용하여 조정되고, 이는 적절하게는 철(Ⅱ)염과 동시에 첨가된다. 가열이 필요하지 않게 반응 혼합물의 10 내지 38℃의 온도가 발생하는 발열 반응이 수득된다.

슬러지 처리에 관한 종래 기술의 또 하나의 예는, 슬러지의 탈수를 개선시키는 방법이 기재되어 있는 미국 특허 제 6,368,511호이다. 상기 방법에서, 슬러지는 5 미만의 pH에서 산 산화적 프리컨디셔닝(preconditioning)에 적용된다. 산성화는 황산을 사용하여 산성화시키는 경우에 발생하는 석고 침전과 관련된 차후의 문제를 예방하기 위해 염산에 의해 일어난다. 프리컨디셔닝에서, 2가철 이온 및 과산화수소가 첨가되고, 이로 인해 유기 슬러지 성분의 부분적인 산화적 분해를 야기시키는 펜톤 시약(Fenton's reagent)이 형성된다. 이후, pH를 9 내지 11로 증가시키기 위해 프리컨디셔닝된 슬러지를 알칼리토금속 산화물, 예컨대 수산화칼슘과 함께 혼합시킴으로써 무기 포스트컨디셔닝(postconditioning)이 수행된다. 이후 슬러지는 탈수된다.

문헌[Journal of Hazardous Materials B98 (2003) 33-50, "A Review of Classic Fenton's Peroxidation as an Advanced Oxidation Technique"]에는 펜톤 반응(Fenton's reaction)의 개관이 제공된다. 여기에는 또한 하수 처리 슬러지의 탈수 능력을 개선시키기 위한 펜톤 반응의 이용이 기재되어 있다. 그러나, 슬러지의 특정한 산 처리는 기재되어 있지 않다. 슬러지의 인 함유물도 언급되어 있지 않고, 인이 제3 인산철로 침전된다는 것도 언급되어 있지 않다.

문헌[Journal of Hazardous Materials B98 (2003), 91-106 "Pilot-Scale Peroxidation (H₂O₂) of Sewage Sludge"]에는 탈수 능력을 개선시키기 위해 펜톤 반응에 의한 파일롯(pilot) 규모에서의 하수 슬러지의 처리가 기재되어 있다. 문헌 내용에 따르면, 최적 조건은 pH 3, 60 내지 90분 동안 주위 온도 및 압력에서 고형물의 ㎏ 당 5 내지 50 g의 H₂O₂, 고형물의 ㎏ 당 1.67의 Fe²⁺의 첨가이다. 반응 후, 수산화칼슘을 첨가함으로써 중화가 수행된다. 슬러지의 특별한 산 처리는 기재되지 않았다. 슬러지의 인 함유물이 제3 인산철로 침전된다는 언급도 없다. 대신, 수성상에 대한 인의 용해가 증가했고, 또한 질소의 용해가 현저하게 증가했다는 것은 명백하다.

일본 특허 초록[Vol. 006, No. 063]및 JP 57,004,299(EBARA INFILCO CO LTD, 1982)에는 먼저 과산화수소와 같은 산화제 및 페로설페이트(ferrosulphate)와 같은 금속 이온 해리 물질이 슬러지에 첨가되는 슬러지 처리 방법이 기재되어 있다. 이후, 슬러지는 산성 조건하에서, 예컨대 황산으로 처리된 후 탈수된다.

WO 03/045851(국제공개일 : 2003. 6. 5)에는 폐수 정화로부터의 슬러지를 처리하는 방법이 기재되어 있고, 상기 슬러지는 두 단계로 산성화되고 각각 건조 슬러지의 톤 당 5 내지 40 ㎏의 Fe 및 건조 슬러지의 톤 당 5 내지 40 ㎏의 H₂O₂의 양의 페리염(ferrisalt) 및 과산화수소의 용액으로 처리된다. 상기 슬러지는 유기 폴리머를 첨가함으로써 솜처럼 뭉쳐진 후 탈수된다.

WO 03/045852(국제공개일 : 2003. 6. 5)에는, 바람직하게는 산성화가 하나의 동일한 단계에서 발생한다는 것을 제외하고는 WO 03/045851과 동일한 방법이 포함되어 있다.

본 발명의 목적은 슬러지의 양, 즉 슬러지의 중량 및/또는 부피를 용이하고 효과적으로 감소시키기 위해 폐수 정화로부터의 슬러지를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 슬러지를 탈취, 즉 성가시고 불괘한 악취가 슬러지로부터 제거되도록 슬러지를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 슬러지가 위생 처리되도록 슬러지를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 개선된 탈수 능력을 지닌 슬러지, 즉 탈수가 보다 용이하고/하거나 보다 신속한 슬러지를 생성시키는 슬러지 처리 방법을 제공하는 것이다.

발명의 요약

본 발명에 따르면, 상기 목적은 유기 물질, 2가철 및 인을 함유하고, 먼저 산 처리되는 슬러지에 의해 달성된다. 이후 슬러지는 제3 인산철의 침전이 발생하는 산화 처리에 적용된다. 또한, 상기 슬러지는 유기 물질의 분해, 탈취 및 위생 처리를 위해 펜톤 반응에 따라 산화된다. 산화 처리 후, 슬러지는 탈수된다.

더욱 특히, 폐수 정화에 있어서 유기 물질, 2가철 및 인을 함유하는 슬러지를 처리하기 위한 방법으로서,

상기 슬러지를 슬러지로부터 2가철 및 인을 용해시키기 위해 0 내지 100℃에서 1 내지 5의 pH에서 산으로 처리하고,

슬러지에 과산화수소 및 과화합물(percompound) 중에서 선택된 산화제를 공급하여, 2가철을 펜톤 반응(Fenton's reaction)에 의해 3가철로 산화시키고,

(ⅰ) 3가철을 제3 인산철로 침전시키고

(ⅱ) 탈취 및 위생 효과를 지닌 자유 라디칼을 펜톤 반응에 의해 형성시킨 후,

슬러지를 7 이하의 pH에서 탈수시키고,

탈수에서 수득된 수용액을 폐수 정화를 위해 재순환시키는 것으로 이루어지며,

처리되는 슬러지가 용해된 철 및 인을 1:1의 Fe:P 몰비로 함유하게됨을 특징으로 하는 방법이 본 발명에 따라 제공된다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.

첨부된 도면은 산 처리, 산화 처리 및 슬러지의 탈수를 이용하여 슬러지를 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법의 개략적인 흐름도를 나타낸다.

본 발명에 따른 방법에서, 바람직하게는 슬러지는 도시 하수 처리 작업으로부터의 하수 슬러지, 더욱 바람직하게는 소화된 슬러지이므로, 본 발명은 소화된 슬러지의 처리에 관해 하기에 기재될 것이나, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명에 따른 방법에서, 소화된 슬러지는 먼저 1 내지 5, 바람직하게는 1 내지 4, 더욱 바람직하게는 2 내지 4, 특히 3 내지 4의 pH에서의 산 처리에 적용된다. 산 처리에서, 슬러지는 적절한 고형물 함량, 예컨대 1 내지 6 중량%, 예컨대 1 내지 3 중량%를 지녀야 하고, 이에 해당하지 않는 경우 필요에 따라 적절하게는 용해 또는 탈수에 의해 산 처리되기 전에 요망되는 고형물 함량이 설정된다.

산 처리에서 요망되는 pH를 달성하기 위해, 슬러지에 산이 첨가된다. 이러한 산은 무기산 및 유기산으로부터 선택될 수 있다. 이러한 산의 예는 황산, 포름산 및 옥살산이 언급될 수 있다. 비용적인 이유로 인하여, 예컨대 황산을 사용하는 것이 바람직하다.

산 처리는 연속하여 연결된 하나 이상의 반응기에서 수행될 수 있다. 산 처리는 0℃ 내지 100℃, 바람직하게는 20 내지 100℃의 온도 범위 내에서 발생한다. 산 처리에서 주위 온도와 같은 낮은 온도를 이용하는 것은 산 처리에 있어서 가열이 필요하지 않거나 단지 약간의 가열이 필요한 장점을 제공한다. 낮은 온도를 이용하는 추가의 장점은 소화된 슬러지 내의 유기 물질로부터 질소의 바람직하지 않은 용해가 예방되는 것이다. 높은 온도, 예컨대 100℃ 보다 높은 온도의 산 처리에서 발생하는 질소의 용해는 처리된 소화된 슬러지의 탈수에서 수득된 여액 내의 질소 함량을 증가시킨다. 여액은 폐수 정화를 위해 재순환되므로, 이는 폐수 정화에 있어서 증가된 질소 부하 및 질소를 감소시키기 위한 필요성을 수반할 것이고, 이는 폐수 정화에 더욱 비용이 들게 할 것이다. 본 발명에 따른 방법은 질소의 용해를 야기시키지 않거나 미미한 용해를 야기시키므로, 폐수 정화에 있어서 질소를 감소시키기 위한 필요성이 감소되거나 필요성이 없음을 의미하고, 이는 차례로 비용이 감소되는 것을 의미한다.

산 처리의 지속기간은 중요하지 않으나, 슬러지가 10분 내지 2시간 동안 산 처리되는 것이 바람직하다.

산 처리는 무기 물질의 용해를 야기시킨다. 따라서, 슬러지로부터 인 및 철이 용해되고, 이 경우 가능하게는 3가철로 존재하였던 철은 2가로 환원된다. 특히 무기 인이 슬러지로부터 용해된다. 산 처리에서, 유기 물질의 특히 이산화탄소(가스 형태로 배출됨)로의 약간의 전환이 또한 발생한다. 낮은 pH 및/또는 높은 온도에서 또한 유기 인의 약간의 용해가 발생할 수 있다.

본 발명의 한 조건은 소화된 슬러지가 철 및 인을 함유하는 것이다. 보통, 이는 소화된 슬러지가 철 화합물을 침전제로 이용하는 폐수의 정화에 의해 수득되는 것을 의미한다. 본 발명의 중요한 특징은 또한 용해 후 슬러지에서의 철 대 인의 몰비이다. 따라서, 슬러지의 철 함유물은 슬러지 내의 용해된 인의 함유물의 침전을 위해 충분해야 하고, 또한 산으로 처리된 슬러지에 산화제를 첨가하는 경우의 펜톤 반응을 위해 충분해야 한다. 또한, 침전제로 사용하기 위해 3가 형태로 산화된 후에 폐수 정화 공정으로 재순환되는 과량의 철을 지니는 것이 바람직할 수 있다. 슬러지 처리로 공급되는 소화된 슬러지 내의 철의 함유물은 주로 2가철로 존재하거나 산 처리와 관련하여 2가철로 전환된다. 산화제를 첨가하는 경우, 2가철은 3가로 산화된다. 2가에서 3가 상태로 산화된 철은 한편으로 슬러지 내의 용해된 인의 함유물을 제3 인산철로 침전시키기 위해 사용되고, 다른 한편으로 하기의 반응식에 따라 히드록실 이온 및 히드록실 라디칼의 동시 방출 동안에 2가철이 산화제, 예컨대 과산화수소에 의해 3가철로 산화되는 펜톤 반응에 사용된다:

H₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH^- + OHㆍ

임의의 과량의 산화된 Fe³⁺ 및 Fe²⁺둘 모두는 침전제로 사용하기 위해 폐수 정화 공정으로 재순환될 수 있다.

상기는 본 발명에 따른 방법에서 용해된 Fe 대 P의 몰비(Fe:P)가 1:1 이상, 예컨대 1.5:1 이상, 예컨대 약 2:1이어야 한다는 것을 의미한다. 바람직하게는, Fe:P 몰비는 1:1 내지 2:1, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1.5:1이다. 이는 폐수 정화 단계로의 재순환을 위한 과량의 3가철을 생성시킨다.

산화제의 첨가 및 2가철에서 3가로의 산화와 관련하여, 슬러지 내에 용해된 인의 함유물은 제3 인산철로 침전된다. 인산철 형태의 인 함유물은 최종적으로 처리된 슬러지 내에 포함될 것이다.

본래의 슬러지의 철 함유물이 슬러지의 용해된 인 함유물의 침전 이외에 펜톤 반응을 수행하고 가능하게는 폐수 정화 단계로의 재순환을 위해 과량의 철을 형성하기에 불충분한 경우, 추가의 철이 산 처리 및/또는 산화제의 첨가중에 슬러지에 첨가될 수 있다. 이 추가의 철은 바람직하게는 2가철, 예컨대 황산제일철로 첨가된다.

본 발명에서 첨가되는 산화제는 과산화수소 및 산화성 물질과 접촉시에 과산화수소를 형성하는 화합물로부터 선택된다. 더욱 특히, 산화제는 과산화수소 및 과화합물 중에서 선택된다. 바람직한 과화합물의 예는 과탄산나트륨 및 과초산이다. 또한, 둘 이상의 산화제의 배합물이 사용될 수 있다. 특히, 편리하게 30 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 30 중량%의 과산화수소 함량의 수용액 형태로 과산화수소를 사용하는 것이 바람직하다. 첨가된 산화제의 양은 중요하지 않으나 펜톤 반응을 수행하고 슬러지를 산화시키고 탈취시키고 위생 처리하기에 효과적이어야 한다. 산화제로 과산화수소를 사용하는 경우, 이는 슬러지 건조 물질의 톤 당 바람직하게는 10 내지 100 ㎏, 더욱 바람직하게는 30 내지 60 ㎏의 과산화수소가 첨가되는 것을 의미하며, 상기 과산화수소는 100% 과산화수소로서 계산된다.

상기 기재된 펜톤 반응에 따르면, 철 대 과산화수소의 몰비는 등몰이나, 철:산화제 몰비가 약 0.01:1 내지 약 1:1, 더욱 바람직하게는 약 0.1:1 내지 1:2가 되도록 과량의 과산화수소(산화제)를 지니는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 산화제의 처리는 산 처리 후의 슬러지의 pH에서 발생한다. 산화제 처리의 지속기간은 바람직하게는 약 1분 내지 1.5시간, 더욱 바람직하게는 5분 내지 1시간이다. 바람직하게는, 산화제 처리는 산 처리 후의 슬러지의 온도, 예컨대 10 내지 40℃에서 발생한다.

2가철의 3가철로의 산화 이외에, 산화제의 첨가는 유기 물질을 특히 이산화탄소(가스 상태로 배출됨)로 산화시킨다. 또한, 슬러지의 탈취는 펜톤 반응에서 형성되는 히드록실 라디칼의 작용에 의해 수득된다. 이 탈취는 효과적이고 슬러지의 악취를 감소시키거나 실질적으로 제거시키는데, 이는 환경적으로 크게 이롭다는 것을 의미한다. 또한, 산화제의 첨가는 슬러지가 위생 처리되게 하고, 이로인해 병원성 세균이 감소되거나 제거된다.

본 발명의 추가의 장점은 탈수에 있어서의 슬러지의 우수한 여과성이다. 그 이유는 그다지 명백하지 않으나, 슬러지의 산 처리 및 산화 처리의 효과 이외에, 산화에서 침전되는 제3 인산철의 유리한 효과에 기인할 것이다. 이는 입자 크기 및 구조로 인해 침전된 제3 인산철이 탈수에 있어서 여과 보조제로 유리한 효과를 지닌다는 훌륭한 이유로 가정된다. 따라서, 본 발명에 있어서, 종래 기술에 따라 탈수하기가 극도로 어려운 점착성의 슬러지 대신에, 분말의 비점착성 생성물을 형성하고 주위 대기에서 스스로 용이하게 건조될 수 있는 탈수하기 용이한 슬러지가 본 발명에 따라 제공됨이 주목된다.

산화제 처리 후, 슬러지는 탈수된다. 바람직하게는, 탈수는 산화제의 처리에서 슬러지의 pH와 동일한 pH, 즉 pH 1 내지 5에서 발생한다. 임의적으로, 슬러지의 pH의 특정한 조정은 슬러지를 중화시키기 위해 약 pH 7로 이루어질 수 있으나, 슬러지를 알칼리화시키기 위한 알칼리 처리는 본 발명에서 이루어지지 않았다. 이는 탈수에서 슬러지의 pH가 본 발명에 따라 7 이하임을 의미한다.

탈수는 단일한 단계로 수행될 수 있으나, 바람직하게는 예비 탈수(predewatering) 및 최종 탈수로 나누어진다. 바람직하게는, 예비 탈수는 기계적 예비 탈수 장치, 예컨대 원심분리기 또는 로터리식 스크린(rotary screen)에서 일어난다. 최종 탈수(이는 예비 탈수가 제외되는 경우 유일한 탈수과정을 구성할 수 있음)도 기계적 탈수이다. 바람직하게는, 최종 탈수는 원심분리기, 스크류 프레스, 챔버 필터 프레스 또는 밴드 필터 프레스에서 일어난다.

본 발명에서, 처리된 슬러지가 기계적 탈수에 의해 높은 고형물 함량, 예컨대 30 중량% 이상, 바람직하게는 35 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%, 특히 40 내지 50 중량%로 탈수될 수 있음이 예기치 않게 밝혀졌다. 상기에 언급된 바와 같이 기계적 탈수는, 예컨대 원심분리기, 스크류 프레스 또는 밴드 필터 프레스, 더욱 바람직하게는 스크류 프레스 또는 밴드 필터 프레스에서 일어난다. 이러한 단순한 수단이 슬러지에 매우 효과적인 탈수를 제공하는 것을 가능케 하는 것은 놀라운 것으로 간주되어야 한다. 산 및 산화제로 처리되지 않은 슬러지를 사용한 실험에서, 스크류 프레스에서의 압축은 사실상 단지 28 중량%의 고형물 함량을 생성시켰다. 명백히, 산 처리 및 이후의 산화제의 처리 및 수반하는 제3 인산철의 침전의 병용은 놀라운 방식으로 보다 효과적인 슬러지의 탈수가 일어나게 하여, 30 중량% 이상, 바람직하게는 35 중량% 이상의 고형물 함량이 달성될 수 있다.

기계적 탈수를 촉진하고 이를 더욱 효과적으로 만들기 위해서, 탈수 보조제의 존재하에서 탈수가 일어나는 것이 바람직하다. 이러한 탈수 보조제는 공지되어 있고, 적절하게는 비이온성 또는 이온성 유형, 예컨대 음이온성 또는 양이온성 유형의 고분자전해질일 수 있는 침전제로 구성된다.

탈수 보조제가 사용되는 경우, 이는 탈수 전, 예컨대 예비 탈수 전에 첨가되는 것이 바람직하다. 이후, 슬러지의 예비 탈수가 달성된 후, 최종 탈수가 바람직하게는 스크류 프레스 또는 밴드 필터 프레스에서 일어난다.

본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조로 추가로 설명될 것이다.

상기 언급한 바와 같이, 도면은 본 발명에 따른 방법의 개략적인 흐름도이다.

도 1의 좌측 말단에서 화살표(1)에 의해 표시된 바와 같이, 폐수는 상기에 기재된 방식으로 폐수의 정화가 발생하는 처리 설비, 예컨대 도시 폐수 처리 설비(2)로 공급된다. 정화에서, 생성된 슬러지는 슬러지를 소화시키기 위한 소화 챔버(도에 나타내지 않았음)로 공급된다. 소화 챔버로부터 소화된 슬러지(3)는 반응기(4)로 공급된다. 보통, 소화된 슬러지의 고형물 함량은 약 1 내지 6 중량%, 예컨대 1 내지 3 중량%이나, 요망시, 슬러지는 반응기(4)로 공급되기 전에, 예컨대 원심분리기를 사용하여 농축될 수 있다. 반응기로 공급된 후, 소화된 슬러지는 상기에 기재된 바와 같이 산 처리에 적용된다. 이러한 산 처리는 상기에 기재된 바와 같이 10분 내지 2시간 동안 1 내지 5의 pH, 바람직하게는 1 내지 4의 pH에서 0 내지 100℃, 바람직하게는 20 내지 100℃의 온도에서 연속하여 연결된 하나 이상의 반응기에서 수행된다. 상기에 언급한 바와 같이, 산 처리에서 유기 물질의 이산화탄소(가스 형태로 배출됨)로의 약간의 전환이 발생한다.

이후, 산 처리된 슬러지는 산화제를 이용하는 처리에 적용된다.

슬러지는 산 처리로부터 산화제, 바람직하게는 과산화수소가 슬러지에 첨가되는 후속 반응기(5)로 공급된다. 산화 처리에서, 슬러지 내에 용해된 2가철은 3가철로 산화되고 슬러지의 용해된 인 함유물과 함께 제3 인산철을 형성하여 침전된다. 산화 처리에서, 산화제는 상기 기재된 펜톤 반응에 따라 슬러지 내의 2가철과 반응한다. 슬러지가 불충분한 양의 2가철을 함유하는 경우, 반응기(5)에서의 산화 처리와 관련하여 추가의 2가철이 첨가될 수 있다(도에 나타내지 않았음).

바람직하게는, 반응기(5)에서의 산화제 처리는 외부의 가열이 없이, 즉 주위 온도에서 수행된다. 펜톤 반응은 발열 반응이므로, 이는 반응 혼합물의 온도가 일반적으로 약 10 내지 40 ℃임을 의미한다. 산화 처리의 지속기간은 다양할 수 있으나, 바람직하게는 약 1분 내지 1.5 시간, 더욱 바람직하게는 5분 내지 1시간이다.

슬러지는 탈취 및 위생 처리되고, 유기 물질은 특히 이산화탄소로 분해되는 산화제 처리 후, 탈수 보조제(7)가 슬러지(6)에 첨가된다.

이후 슬러지는 바람직하게는 로터리식 스크린인 예비 탈수 장치(8)로 공급되어 약 10 내지 20 중량%, 바람직하게는 약 14 내지 16 중량%의 고형물 함량으로 농축되고, 이렇게 농축된 슬러지(9)는 바람직하게는 스크류 프레스인 후속 최종 탈수 장치(10)로 공급되기에 적합하다. 스크류 프레스(10)에서, 슬러지는 바람직하게는 1.5 내지 5.0 MPa의 압력에서 35 중량%, 바람직하게는 40 내지 60 중량%의 고형물 함량으로 기계적으로 탈수된다. 압축된 슬러지(11)는 취급하기 용이한 비점착성 분말로 프레스(10)로부터 방출된 후, 고형물 함량을 추가로 증가시키기 위해 예컨대 공기 건조에 의해 건조될 수 있고/있거나, 재로 소각시키기 위해 소각로(도에 나타내지 않았음)로 공급된다. 소각되는 대신, 압축된 슬러지(11)는, 예컨대 쓰레기 매립지에 퇴적시키거나 퇴비화시키는 몇몇 다른 방법으로 처분될 수 있다.

하기의 실시예는 본 발명을 설명할 것이나, 이를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

소화된 슬러지를 본 발명에 따라 산 처리, 산화제(과산화수소) 처리 및 탈수에 의해 처리했다. 처리는 다양한 온도에서 수행했다. 이후, a) 대장균군 37℃, b) 분원성 대장균군, c) 추정 대장균, d) 클로스트리듐 퍼프린젠스(Clostridium perfringens), 및 e) 살모넬라와 같은 세균 함량을 측정했다.

동시에, 본 발명에 따라 처리되지 않았으나 pH 6.85에서 30분 동안 70℃로 가열 처리만을 받은 동일한 소화된 슬러지의 샘플에서 동일한 측정을 수행했다. 또한, 소화된 슬러지의 블랭크(blank), 즉 전혀 처리되지 않은 샘플에서 세균 함량을 결정했다. 결과를 하기의 표 1에 기재했다. 표는 샘플 마킹(marking)을 100 % 과산화수소(㎏)/30분 동안의 온도(℃)/pH로 기재했다. 표의 값은 2.5%의 고형물 함량을 지니는 슬러지의 ㎖ 당 콜로니 형성 단위(cfu/㎖)의 수에 관한 것이다.

표 1

샘플 마킹	대장균군 37℃	분원성 대장균군	대장균	클로스트리듐 퍼프린젠스	살모넬라
0-샘플	910	520	520	21 000	양성(positive)*
0/70/6.85	< 10	< 10	< 10	510 000	음성(negative)
40/30/3.5	< 10	< 10	< 10	41 000	음성
70/45/2.75	< 10	< 10	< 10	22 000	음성
100/30/3.5	< 10	< 10	< 10	5 700	음성

* 살모넬라 아고나(Salmonella Agona)

결과로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 처리는 바람직한 위생 효과를 나타냈다. 특히, 클로스트리듐 퍼프린젠스에 대한 과산화수소를 사용한 처리의 바람직한 효과를 주목할 수 있다. 더욱이, 살모넬라는 본 발명에 따라 모든 샘플로부터 제거되었다.

실시예 2

두 탈수 장치로부터의 고형물 함량(TS = 건조 고형물)을 한편으로 산 처리 및 산화제(과산화수소) 처리에 의한 본 발명에 따른 처리 후 및 다른 한편으로 본 발명에 따라 처리하지 않은 후에 비교하였다.

슬러지(소화된 슬러지)는 산 처리에 대한 입구 및 탈수 장치에 대한 입구에서 폴리머와 함께 솜처럼 뭉쳐진 3%의 TS를 함유한다. 탈수 장치는 슬러지가 1분 미만의 체류 시간을 지니는 원심분리기 및 이후 스크류 프레스를 포함하며, 탈수 드럼은 스크류 프레스에 앞서 위치한다. 스크류 프레스는 50 바(bar)의 압력을 적용시키며, 스크류 프레스 내의 슬러지의 체류 시간은 15 내지 30분이다. 탈수 드럼에서, 슬러지는 10 내지 15%의 TS 함량으로 탈수된 후 스크류 프레스로 공급되고, TS 함량이 추가로 증가한다. 결과를 하기의 표 2에 기재했다.

표 2

TS 함량	원심분리기		스크류 프레스
	처리하지 않음	H₂SO₄ : 360 ㎏/톤 TS H₂O₂ : 30 ㎏/톤 TS 온도 : 70℃	처리하지 않음	H₂SO₄ : 350 ㎏/톤 TS H₂O₂ : 50 ㎏/톤 TS 온도 : 70℃
	18%	29%	가능하지 않음	40%

결과로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 처리는 특히 스크류 프레스를 사용하는 경우에 바람직한 효과를 나타냈다.

실시예 3

소화된 슬러지를 본 발명에 따라 산 처리, 산화제(과산화수소) 처리 및 스크류 프레스를 이용한 탈수로 처리했다. 다양한 온도에서 하기의 결과를 수득했다.

표 3

온도 (℃)	과산화수소 (g/㎏ TS)	pH	탈수후 건조 고형물 (%)
25	100	3.6	37
30	100	3	39
70	100	3.5	47

결과로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 처리는 온도가 증가함에 따라 명백히 증가된 TS 함량을 발생시켰다.

실시예 4

20 및 60 ℓ의 배치(batch)로 연속 공정과 유사한 실험을 수행하였다. 소화된 슬러지를 산 처리하고 수성상을 고체상으로부터 분리시켰다. 수성상은 3 내지 4의 pH를 지녔고, 2가철에서 3가철로의 산화 및 제3 인산철의 후속 침전을 위해 액체를 과산화수소로 지속적으로 처리하였다. 새로운 슬러지 및 숙성된 슬러지(2주)를 검사하였다.

표 4

처리 시간(h)	입자 크기(㎛)
처리 시간(h)	새로운 슬러지 20 ℓ	새로운 슬러지 60 ℓ	숙성된 슬러지 20 ℓ	숙성된 슬러지 60 ℓ
0	4.21	9.21	7.14	7.48
0.5	5.80	6.56	5.81	5.35
1	11.26	7.72	11.14	7.77
2	18.40	12.39	17.96	11.71
3	20.19	16.73	20.36	16.26
4	18.72	18.95	20.59	21.31
5	20.64	19.64	20.29	19.90
6	20.61	20.12	19.96	20.43

결과로부터 명백하듯이, 정지 상태에서의 본 발명에 따른 처리는 20 ㎛의 평균 입자 크기를 지닌 제3 인산철 입자를 생성시켰다. 이 입자는 내부적으로 생성된 여과 보조제로 작용함으로써 개선된 탈수를 증진시킨다.

본 발명은 바람직한 구체예를 참조로 상기에 기재되었으나, 이들은 단지 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

폐수 정화에서 유기 물질, 2가철 및 인을 함유하는 슬러지를 처리하는 방법으로서,

슬러지로부터 2가철 및 인을 용해시키기 위해 상기 슬러지를 0 내지 100℃에서 1 내지 5의 pH가 달성되도록 산으로 처리하고,

상기 슬러지에 과산화수소 및 과화합물(percompound) 중에서 선택된 산화제를 공급하여, 2가철을 펜톤 반응(Fenton's reaction)에 의해 3가철로 산화시키고,

(ⅰ) 3가철을 제3 인산철로 침전시키고,

(ⅱ) 탈취 및 위생 효과를 지닌 자유 라디칼을 펜톤 반응에 의해 형성시킨 후,

상기 슬러지를 7 이하의 pH에서 탈수시키고,

탈수 과정에서 수득된 수용액을 상기 폐수 정화를 위해 재순환시키는 것으로 이루어지며,

처리되는 상기 슬러지가 용해된 철 및 인을 1:1 이상의 Fe:P 몰비로 함유하게 됨을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 슬러지가 황산, 포름산 또는 옥살산으로 산 처리됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬러지가 10분 내지 2시간 동안 산 처리됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 처리되는 상기 슬러지가 철 및 인을 1:1 내지 1.5:1의 Fe:P 몰비로 함유하게 됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬러지에 산화제를 첨가하기 전에 추가의 2가철이 공급됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 산화제가 과산화수소, 과탄산나트륨 및 과초산 중에서 하나 이상 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 산화제가 과산화수소임을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 슬러지에 산화제로서 과산화수소가 건조 고형물의 톤 당 100% 과산화수소 10 내지 100 ㎏의 양으로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 탈수 전에 상기 슬러지에 탈수 보조제가 공급됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬러지가 원심분리기 또는 로터리식 스크린(rotary screen)으로 예비 탈수(predewatering)됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬러지가 원심분리기, 스크류 프레스, 챔버 필터 프레스 또는 밴드 필터 프레스로 최종적으로 탈수됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬러지가 30 중량% 이상의 고형물 함량으로 탈수됨을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 슬러지가 35 내지 60 중량%의 고형물 함량으로 탈수됨을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 슬러지에 산화제로서 과산화수소가 건조 고형물의 톤 당 100% 과산화수소 30 내지 60 ㎏의 양으로 공급됨을 특징으로 하는 방법.