KR101170908B1 - 하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 10 ~ 17 ㎡/g의 비표면적을 갖는 다공성 물질인 미연탄소 함유량이 7% ~ 20%이며 분말도는 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)의 고미연탄소함유한 조립분석탄재30~60중량%, 직경크기 0.3mm ~ 2mm 바텀애쉬10~15중량%, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20~40중량%, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10~15중량%로 조성된 하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법{METHOD AND POWDER SOLIDIFYING AGENT FOR SEWAGE SLUDGE}
본 발명은 하수처리장에서 발생되는 수분함량이 80%이상인 고함수 하수스러지를 고화처리하여 위생매립장의 복토재로 사용하기 위한 하수스러지 고화제에 관한 것으로 고화체가 흙과 유사한 물성을 구현하기 위하여 흙과 유사한 적당한 크기의 입도를 갖도록 공기분급 되어진 미연탄소를 다량 함유한 조립분 석탄재와 0.3 ~ 2mm 사이즈로 분쇄 선별된 바텀애쉬, 포틀랜드 시멘트, 생석회분말로 혼합 조성된 하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법에 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 발생한6,645톤/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 폐기물관리법에는 까다로운 조건을 제시하고 있다.
종래 하수슬러지는 탈수후 일반 폐기물과 함께 매립 처분되었다. 그러나, 하수슬러지의 높은 함수율 및 유기물 함유등으로 인하여 작업차량의 진입이 어렵고, 또한 생활수준의 변화 등에 따른 일반폐기물의 성상변화로 혼합 매립이 어려운 문제점이 있어서, 적절한 처분대책이 요망되고 있는 실정이다.
이와 같은 하수슬러지 처분의 문제를 해결하기위해서, 최근에는 많은 연구가 있어 왔다.
예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호 제10-945232호에는 혼합기 개부를 통해 아래로 투입되는 슬러지와 처리재를 섞도록 내부에 교반기를 가지는 용기형 혼합기, 혼합기에서 혼합되어 양생기 개부를 통해 아래로 투입되는 혼합물을 받아 이 혼합물 내의 수분을 건조하도록 복수 노즐을 가지는 열풍 파이프가 내부 공간에 분산 설치된 용기형 양생기를 구비하는 슬러지 복토화 장치의 운용방법에 있어서, 상기 혼합기에서의 처리는, 처리재 투입 단계, 슬러지를 투입하는 슬러지 투입단계, 투입된 처리재와 슬러지를 섞는 혼합단계가 차례로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 방법이 공개되어 있고,
동 공보 등록번호 제100427059호에는 악취 발생을 억제하고 고화된 슬러지의 pH를 감소시킬 뿐만 아니라, 토양 오염을 방지할 수 있는 하수 슬러지의 고화 처리 방법과, 상기 고화 처리 방법은 하수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 발효시키는 과정 및 발효된 슬러지에 고화제를 첨가하고, 양생하는 과정을 포함하며, 상기 슬러지를 발효시키는 공정은 상기 슬러지와 발효제를 혼합하거나, 상기 슬러지와 발효된 슬러지를 반송하여 혼합하거나, 상기 슬러지를 가열하여 수행될 수 있으며, 상기 슬러지를 발효시킨 후, 충진재를 투입하고 체류시키는 공정을 더욱 포함하거나, 상기 슬러지를 발효시키는 공정이 충진재의 존재 하에서 수행되는 하수슬러지의 고화처리방법이 공개되어 있으며,
동 공보 등록번호 제10-509932호에는 덩어리 형태의 황산제일철과 폐석회와 같은 사업장 폐기물이 주원료가 되고, 산화마그네슘과 같은 알칼리계 분말이 부원료가 되어 ph를 안정화시키면서 하수 슬러지를 효과적으로 고화 처리할 수 있는 고화제로 재활용하는 기술이 알려져 있고,
동 공보 등록번호 제10-648461호에는 각종 산업공정 중에서 발생하는 폐기물인 플라이애시, 고로수쇄슬래그 및 생석회, 무수석고, 시멘트, 가리명반을 일정한 분말도를 갖도록 분쇄하여 고화작용을 촉진시키기 위한 연약지반 및 슬러지 처리용 고화제 조성물에 있어서, 상기 플라이애시는 분말도 4,000㎠/gr 이상의 30~60 중량부, 상기 고로수쇄슬래그는 분말도 4,000~6,000㎠/gr의 10~40 중량부, 상기 생석회는 순도 90% 이상이며 분말도 4,000㎠/gr 이상의 5~20 중량부, 상기 무수석고는 순도 90% 이상이며 분말도 5,000㎠/gr 이상의 5~20 중량부, 상기 시멘트는 분말도 4,000~5,000㎠/gr의 10~40 중량부, 상기 가리명반은 무수석고 100 중량부 대비 5~15 중량부로 조성된 산업폐기물을 이용한 연약지반 및 슬러지 처리용 고화제 조성물이 공개되어 있으며,
동 공보 등록번호 제10-790373호에는 800~1000℃에서 소성한 제지슬러지재 40~60wt%에 용광로 슬래그 미세분말 20wt%, 생석회 10~32wt%, 무수석고 3~10wt%를 혼합 균질화시키므로서 제조되는 연약지반의 토양 개량 고화제가 기재되어 있고,
동 공보 등록번호 제10-865638호에는 자연상태의 바텀애쉬 47～70중량% 및 준설토 30～53중량%를 혼합한 배합토와 시멘트를 포함하는 화학첨가제를 혼합하여 되며, 상기 배합토 100중량부에 대하여 상기 화학첨가제로서 시멘트 2～3중량부를 첨가한 후, 별도의 물을 가수하지 않고 혼합하여 양생되는 바텀애쉬조성물이 공개되어 있으며,
동 공보 등록번호 제10-648461호에는 산업공정 중에서 발생하는 폐기물인 플라이애시, 고로수쇄슬래그 및 생석회, 무수석고, 시멘트, 가리명반을 일정한 분말도를 갖도록 분쇄하여 고화작용을 촉진시키기 위한 연약지반 및 슬러지 처리용 고화제 조성물에 있어서, 상기 플라이애시는 분말도 4,000㎠/gr 이상의 30~60 중량부, 상기 고로수쇄슬래그는 분말도 4,000~6,000㎠/gr의 10~40 중량부, 상기 생석회는 순도 90% 이상이며 분말도 4,000㎠/gr 이상의 5~20 중량부, 상기 무수석고는 순도 90% 이상이며 분말도 5,000㎠/gr 이상의 5~20 중량부, 상기 시멘트는 분말도 4,000~5,000㎠/gr의 10~40 중량부, 상기 가리명반은 무수석고 100 중량부 대비 5~15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물을 이용한 연약지반 및 슬러지 처리용 고화제 조성물이 기술되어 있고,
동 공보 등록번호 제10-900779호에는 현장 발생토를 매립 석탄회와 시멘트 및 탈황석고로 배합/양생하여 파쇄한 후 타설하는 인공파쇄재 제조방법과 현장에서 바로 배합하여 타설하는 인공배합토 제조 방법중 화력발전소에서 전력을 생산하고 부산물로 발생하는 매립석탄회와 탈황석고를 현장 발생토(일부 토사) 및 시멘트와 일정 비율로 배합하여 인공배합토 및 인공파쇄재를 제조하고 이를 인공성토재로 활용하는 기술이 공개되어 있으며,
동 공보 등록번호 제10-790373호에는 800~1000℃에서 소성한 제지슬러지재 40~60wt%에 용광로 슬래그 미세분말 20wt%, 생석회 10~32wt%, 무수석고 3~10wt%를 혼합 균질화시키므로서 제조되는 연약지반의 토양 개량 고화제가 공개되어 있음을 알 수 있다.
종래의 고함수 하수스러지의 고화처리기술에서 가장 큰문제점은 미립자 분말상태인 고화제와 고함수 하수스러지의 혼합단계에서 충분한 균질혼합이 이루어지지 않고, 초기 함수율이 저감되지 않아 혼합 교반시 고화체의 응집력과 부착력의 증가로 고화체 제조설비 등에 부착하여 투입과 배출이 원활히 이루어지질 않는 문제점과,
종래의 고함수 하수스러지 고화처리 기술에서 사용되어진 고화제의 각 조성 원료들은 분말도가 3100Blaine(㎠/g)이상의 미립자 분말재료로 구성되었기 때문에 고화 처리해야하는 고함수 하수스러지와의 혼합 교반시 하수스러지의 특유의 강한 응집력과 결합력으로 고화제 미립자 분말이 하수스러지와의 균질한 혼입 혼합을 이룰 수 없었으며,
이렇듯 고화제의 조성원료로 미립자 분말재료를 사용하면 고화체 제조시 고화체내부에서 고화제 미립자의 전단력과 마찰력이 하수스러지 미립자의 응집력과 부착력 보다 작기 때문에 균질 분산 혼합이 이루어지질 않아,
고화체 내부에 공극율이 낮아 각각의 입자의 표면수 증발이 원활치 않아 함수율 저감에 많은 문제점이 발생하였고, 혼합 교반시 높은 초기함수율로 인하여 고화체 제조설비에 부착되어 배출이 원활치 않은 문제점 발생하였으며,
균질한 혼합이 이루어지질 않았기 때문에 고화제 미립자원료들만의 편중혼합으로 인한 고화체의 강도저하를 초래하는등 여러 문제점이 발생 되었다.
상기 문제점들의 원인은 고화제 조성원료들의 입자사이즈가 미세입자들로만 구성되었고, 고함수 하수스러지 또한 진흙처럼 미세입자들로 구성되어 있기 때문에, 미세입자들로만 구성되어진 두 물질을 혼합 교반 하였을 때 고함수 하수스러지와 분말상태고화제가 균질혼합이 어렵고, 공극율이 낮아 건조 효율이 낮고, 초기 혼합단계에서 초기함수비 저감효과가 낮으며,
또한 고화제와 하수스러지 두 물질의 입자 사이즈가 미세하기 때문에 건조 양생된 고화체일지라도 흙과 같은 입도와 강도, 함수율을 가질 수 없어 복토재로서의 부적격일 경우가 발생 되는 문제점이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 고화제 조성 원료의 입자를 복토재로서의 기능을 최대한 발휘할 수 있도록 흙과 유사한 크기의 굵은 입자인 분말도 3500Blaine(㎠/g)이상의 미립분 일반 석탄비산재를 공기분급하여 분말도 400~2200Blaine(㎠/g)의 굵은 입자를 갖고 미연탄소는 7~20%를 함유한 공기분급 되어진 조립분석탄재(이하"고미연탄소함유한 조립분석탄재"라 칭함)와 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별된 바텀애쉬를 사용 하였고, 이 두 조성원료와 포틀랜드 시멘트, 생석회분말을 일정비율로 혼합하여 만들어진 분말상태의 고화제를 고함수 하수스러지와 혼합 교반한 고화체를 건조, 양생하여 위생매립장 중간층 복토재로 사용 하는 하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제 해결 수단인 것이다.
본 발명은 첫째 미연탄소는 분말상태의 고화제와 고함수 하수스러지 초기 혼합단계에 수분을 흡수하여 초기 함수율을 낮추는 기능을 하며 고화체 양생과정에서는 수분을 발산하여 양생을 촉진시킴과 동시에 암모니아가스를 흡착하여 악취발생을 억제 저감시키며,
둘째 굵은 입자의 바텀애쉬와 굵은입자 조립분석탄재는 고함수 하수스러지와 혼합교반시 고화체내부에서 마찰력과 전단력을 크게하여 미분말 상태인 포틀랜드 시멘트와 생석회가 고함수 하수스러지에 균질하게 혼입, 혼합되게 하고,
셋째 굵은 입자들은 고화체 내부에 공극율을 높여서 건조양생시 건조효율을 높이며 양생 후 고화체의 강도증진 효과와,
넷째 미연탄소의 고흡수 기능과 굵은 입자들의 고화체내부에 전단력, 마찰력, 공극율증대 효과는 초기혼합 단계에서 초기함수율을 저감하는 효과와, 그로인한 초기함수율저감 효과는 고화체의 응집, 부착력을 감소시켜 현재 고함수 하수스러지의 고화체 제조공정에서 가장 큰문제점으로 제기되는 제조설비에 고화체 부착문제를 해결 하며, 이로서 고화체 제조시 제조설비에서 원활한 투입 배출이 가능하여 생산성 증가 효과가 있다.
도1 본 발명의 미연탄소 SEM 사진
도2 본 발명의 공기분급된 고미연탄소함유한 조립분석탄재 입도표(대표입경:86.736㎛)
도3 일반 석탄비산재 입도표 (대표입경:14.531㎛)
도4 본 발명의 실험예1의 하수스러지 고화체 혼합 직후 사진
(수분함유율; 55%)
도5 상기 도4의 하수스러지 고화체 혼합 후, 3일간 자연 양생한 사진
(수분함유율; 32.9%)
도6 본 발명의 하수처리용 스러지 고화제 제조공정도
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 10 ~ 17 ㎡/g의 비표면적을 갖는 다공성 물질인 미연탄소 함유량이 7% ~ 20%이며 분말도는 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)의 고미연탄소함유한 조립분석탄재30~60중량%, 직경크기 0.3mm ~ 2mm 바텀애쉬10~15중량%, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20~40중량%, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10~15중량%로 조성된 하수슬러지용 분말 고화제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 복토재로서의 기능을 최대한 발휘할 수 있도록 흙과 유사한 물성을 구현 하기위하여 3500Blaine(㎠/g)이상의 미립분 일반석탄재를 공기분급하여 적당한 크기의 입도를 갖도록 한다. 악취탈취와 흡습효과를 높이기 위하여 미연탄소 함유량이 7~20%되고 분말도가 400~2200Blaine(㎠/g)의 공기분급 되어진 고미연탄소함유한 조립분석탄재, 하수슬러지와 혼합시 전단력과 마찰력을 높여 혼합이 잘 이루어지고 양생시 강도증진과 공극율을 높여 건조시 건조효율을 향상시키기 위하여 직경의 크기가 0.3㎜ ~ 2㎜사이즈로 분쇄 선별된 바텀애쉬, 포틀랜드 시멘트, 생석회 분말로 혼합 조성되어진다.
하수처리용 분말 고화제 원료 조성표 (중량부)
고미연탄소함유한
조립분 석탄재		 0.3mm ~ 2mm크기
바텀 애쉬		 포틀랜드 시멘트 생석회
30 ~ 60% 10 ~ 15% 20 ~ 40% 10 ~15%
본 발명은 조성원료에서 공기분급 되어진 고미연탄소함유한 조립분석탄재와 0.3mm~2mm크기로 분쇄 선별된 바탐애쉬를 원료로 사용 하였다는 점이다.
이처럼 미연탄소를 함유한 굵은입자 조립분석탄재와 굵은 입자의 바텀애쉬를 분쇄 선별하여 고화제를 제조하는 목적은 하수스러지의 물리적 특성상 미세입자로 이루어져 있고 고함수이기 때문에 분말상태 고화제와 초기혼합교반 단계에서 초기 함수율을 낮출 수 있고, 고화체내부에서 전단력과 마찰력을 증대시켜 미분말 상태인 포틀랜드 시멘트와 생석회분말을 고화체내부에 균질하게 혼입혼합이 잘 이루어지도록 하며, 고화체 내부에 공극율을 높여서 수분의 이동을 자유롭게 해주어 건조효율이 높아 고화체의 수분함유율을 빠른 시간 내에 낮출 수 있도록 하는 것이다.
또한 하수스러지의 미세입자와 고화제의 굵은 입자의 원료가 균질하게 혼합되어지면서 고화체의 응집, 부착력을 감소시켜 제조설비에 부착문제를 해소하여 투입배출이 원활하게 되어 생산성을 높일 수 있고, 흙과 유사한 입자들로 존재하기 때문에 고화체가 혼합 건조 양생 뒤에는 흙과 유사한 물성을 갖는 복토재를 제조할 수 있다.
공기분급 되어진 고미연탄소함유한 조립분석탄재는 고함수 하수스러지와 혼합시 입자가 굵기 때문에 고화체내부에서 전단력과 마찰력을 증대시켜 하수스러지 하쇄를 용이하게 하고 고함수 하수스러지의 미세입자 사이사이에 침투하여 미세입자들만의 혼합시 발생되는 응집 부착을 감소시켜 제조설비에서의 고화체 부착을 방지한다.
한편 고화체 내부에서 미분말상태인 포틀랜드 시멘트와 생석회분말을 균질하게 분산혼합이 잘 이루어지도록 하며 내부에 공극율을 높여 건조와 양생이 조기에 이루어질 수 있도록 한다.
7% ~ 20%의 고미연탄소분은 다공성 물질로 형성되었기에 혼합초기단계에서 하수스러지의 수분을 흡수하고 있다가 포틀랜드 시멘트의 양생과 생석회의 발열 반응시 미연탄소가 흡수하고 있던 수분을 방출하여 양생을 증진 시키며, 건조 양생시 발생되는 암모니아 가스를 흡착하여 악취를 저감하는 기능을 한다.
본 발명에서는 상기의 기능을 활용하여 염기도가 높은 포틀랜드 시멘트와 생석회분말을 적게 사용하였기에 고화체의 혼합, 건조, 양생시 암모니아 가스 악취발생을 현저히 줄일 수 있었다.
미연탄소란 석탄 연소시 불완전 연소된 석탄분이 발생되는데 이것을 미연탄소라 한다. 불완전 연소돤 석탄분은 800℃ ~ 1000℃온도범위에서 탄소의 산화반응에 의해 탄화물의 표면을 침식시켜 탄화물의 미세공극구조를 형성하는 구조를 갖는다. 화력발전소에서 발생되는 석탄비산재는 통상 2% ~ 5%의 미연탄소를 함유하고 있다. 미연탄소는 10 ~ 17 ㎡/g의 비표면적을 갖는 다공성 물질로서 내부표면적이 크고 흡착력이 매우 큰 특성을 갖고 있다.
고미연탄소함유한 조립분석탄재 제조방법은 화력발전소에서 발전연소 후에 발생되는 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재를 공기분급기를 이용하여 미연탄소 함유량이 7% ~ 20%이며 분말도는 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)의 굵은 입자 조립분석탄재 조건이 되도록 분급처리과정을 거쳐 생산되어진다.
공기분급의 원리는 석탄비산재를 분급기의 회전로타 분산판에 낙하, 분산을 시켜 석탄비산재의 각각의 입자에 원심력과 관성력을 부여하여 굵은 입자와 미세입자를 분리한다. 분리된 굵은 입자는 자중에 의해 낙하포집 되어 지고 미세입자는 공기흡인력에 의해 도관을 통하여 별도의 장치에 포집되어진다. 분리된 굵은 입자는 미연탄소를 7% ~ 20% 함유하고 분말도는 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)의 굵은 입자 조립분석탄재를 얻을 수 있다.
미연탄소함유량과 분말도는 공기분급기의 회전로타의 회전수와 공기 흡입력을 조절하여 적정품위의 제품을 생산할 수 있다.
공기 분급시 동일한 공기흡입력일 경우 회전로타의 회전수가 저속이면 미연탄소함량이 높고 굵은 입자가 많은 조립분석탄재를 얻을 수 있고 회전로타의 회전수가 고속이면 미연탄소함량이 낮으며 미세입자함유량이 많아져 분말도가 높아진다.
고미연탄소함유한 조립분석탄재 화학 조성표
성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO4 Tio2 그 외미연탄소
구성비 (%) 53.73 21.40 4.03 3.06 1.03 0.42 0.59 1.94 1.03 12.77
미립분 석탄비산재 화학 조성표
성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO4 Tio2 그 외미연탄소
구성비 (%) 54.05 23.65 5.73 5.67 2.11 0.94 0.98 2.94 1.13 2.80
바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄연소시 연소보일러 하부에서 발생되는 석탄재이다. 3mm ~ 30mm크기의 바텀애쉬를 롤러 크라샤를 이용하여 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별하여 생산되어진 제품을 사용한다.
분쇄 선별된 바탐애쉬는 고화제 조성분중에서 입자가 가장 굵은 입자로 이루어져 있어 흙과 가장 유사한 입도를 갖고 있다.
분쇄 선별된 바탐애쉬는 고함수 하수스러지와 초기혼합시 입자가 가장 굵기 때문에 가장 큰 전단력과 마찰력으로 점성력이 강한 하수스러지를 하쇄하여 그다음 굵은 입자인 고미연탄소함유한 조립분석탄재가 하수스러지 미세입자 사이사이에 혼입 혼합할 수 있도록 대형 공극을 형성하여 주어 미분말상태인 포틀랜드 시멘트와 생석회 분말이 고화체내에 균질한 혼합이 이루어질 수 있도록 하는 기능을 한다.
굵은 입자는 건조양생 후에 고화체의 압축강도를 증강하는 골재역할을 한다.
또한 주성분이 SiO2이기 때문에 포틀랜드 시멘트와 반응하여 포졸란 효과를 발휘 하고, 입자 크기가 흙과 가장 유사하기 때문에 흙과 유사한 물리적 특성을 발휘할 수 있다.
바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄 연소시 연소보일러 하부에서 생성되는 석탄재로서 크기는 보통 3 ~ 30mm 정도이다.
석탄이 연소시 1400℃의 고온에서 용융되어 유리질로 형성되었으며, 바텀애쉬의 입자는 크기가 크고 불규칙하기 때문에 3 ~ 30mm의 원료를 롤러 크러샤를 이용하여 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별하여 생산되어진다.
포틀랜드 시멘트는 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 시중 일반 판매되는 KS제품을 사용 한다.
하수스러지와 혼합되어지면 하수스러지가 함유하고 있는 수분과 접촉하여 수화반응을 일으켜 고화체의 강도를 발현하게 하며 고형화된 고화체의 하수스러지중 용출성분의 용출을 억제 시키는 기능을 한다.
생석회는 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상인 제품을 사용 한다.
하수스러지가 함유하고 있는 수분과 접촉하여 수화반응을 일으켜 수분을 감소시키며, 고화체중의 병원균을 사멸하는 효과가 있음.
고형화된 고화체내의 중금속용출을 억제하는 기능을 한다.
이하 본 발명을 실시예를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예1
제1공정(고미연탄소함유한 조립분석탄재 제조)
화력발전소에서 발전연소 후에 발생되는 대표입경d50=14.531㎛인 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재(도3, 표3)를 공기분급기( 운전조건 : 공급량 3톤/hr, 로타회전수 350rpm, 공기흡입력-550mmAq, 도관공기속도 25m/sec, 20℃의 대기공기)를 이용하여 미연탄소 함유량이 12.77%이며 대표입경 d50= 86.736㎛인 분말도 670Blaine(㎠/g)의 굵은 입자 조립분석탄재(도2, 표2) 조건이 되도록 공기분급을 하여 고미연탄소함유한 조립분석탄재를 제조한 후.
제2공정(바텀애쉬제조)
바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄 연소시 연소보일러 하부에서 생성되는 석탄재로서 크기는 보통 3 ~ 30mm 정도이다. 이를 롤러 크러샤를 이용하여 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별하여 바텀애쉬를 얻었다. 롤러 크라샤의 운전조건은 다음과 같이 공급량 0.5톤/hr, 롤러회전수 18rpm, 롤러 압력 180㎏/㎠, 롤러와 롤러 간격은 2mm로 조정하여 바탐애쉬를 제조한 후.
제3공정(혼합공정)
상기에서 제조된 고미연탄소함유한 조립분석탄재 60kg, 바텀애쉬 10kg, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20kg, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10kg을 혼합하여 분말상의 하수슬러지용 분말 고화제를 제조하였다.
실시예2
제1공정(고미연탄소함유한 조립분석탄재 제조)
화력발전소에서 발전연소 후에 발생되는 대표입경d50=14.531㎛인 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재(도3, 표3)를 공기분급기( 운전조건 : 공급량 3톤/hr, 로타회전수 350rpm, 공기흡입력-550mmAq, 도관공기속도 25m/sec, 20℃의 대기공기)를 이용하여 미연탄소 함유량이 12.77%이며 대표입경 d50= 86.736㎛인 분말도 670Blaine(㎠/g)의 굵은 입자 조립분석탄재(도2, 표2) 조건이 되도록 공기분급을 하여 고미연탄소함유한 조립분석탄재를 제조한 후.
제2공정(바텀애쉬제조)
바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄 연소시 연소보일러 하부에서 생성되는 석탄재로서 크기는 보통 3 ~ 30mm 정도이다. 이를 롤러 크러샤를 이용하여 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별하여 바텀애쉬를 얻었다. 롤러 크라샤의 운전조건은 다음과 같이 공급량 0.5톤/hr, 롤러회전수 18rpm, 롤러 압력 180㎏/㎠, 롤러와 롤러 간격은 2mm로 조정하여 바탐애쉬를 제조한 후.
제3공정(혼합공정)
상기에서 제조된 고미연탄소함유한 조립분석탄재 50kg, 바텀애쉬 10kg, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 30kg, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10kg을 혼합하여 분말상의 하수슬러지용 분말 고화제를 제조하였다.
실시예3
제1공정(고미연탄소함유한 조립분석탄재 제조)
화력발전소에서 발전연소 후에 발생되는 대표입경d50=14.531㎛인 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재(도3, 표3)를 공기분급기( 운전조건 : 공급량 3톤/hr, 로타회전수 350rpm, 공기흡입력-550mmAq, 도관공기속도 25m/sec, 20℃의 대기공기)를 이용하여 미연탄소 함유량이 12.77%이며 대표입경 d50= 86.736㎛인 분말도 670Blaine(㎠/g)의 굵은 입자 조립분석탄재(도2, 표2) 조건이 되도록 공기분급을 하여 고미연탄소함유한 조립분석탄재를 제조한 후.
제2공정(바텀애쉬제조)
바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄 연소시 연소보일러 하부에서 생성되는 석탄재로서 크기는 보통 3 ~ 30mm 정도이다. 이를 롤러 크러샤를 이용하여 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별하여 바텀애쉬를 얻었다. 롤러 크라샤의 운전조건은 다음과 같이 공급량 0.5톤/hr, 롤러회전수 18rpm, 롤러 압력 180㎏/㎠, 롤러와 롤러 간격은 2mm로 조정하여 제조한 후.
제3공정(혼합공정)
상기에서 제조된 고미연탄소함유한 조립분석탄재 40kg, 바텀애쉬 10kg, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 40kg, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10kg을 혼합하여 분말상의 하수슬러지용 분말 고화제를 제조하였다
상기와 같이 제조된 하수슬러지용 분말 고화제의 조성은
10 ~ 17 ㎡/g의 비표면적을 갖는 다공성 물질의 미연탄소(도1) 함유량이 12.77%이며대표입경 d50= 86.736㎛인 분말도 670Blaine(㎠/g)의 굵은 입자의 고미연탄소함유한 조립분석탄재(도2, 표2) 30~60중량%, 직경크기 0.3mm ~ 2mm 바텀애쉬 10~15중량%, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20~40중량%, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10~15중량%로 조성되어 있음을 알 수 있다.
사용예
상기 실시예1~3 에 의해 제조된 하수슬러지용 분말 고화제
40~45kg을 고함수하스스러지 100kg 과 혼합하여, 하수스러지 고화체를 제조하였다.
비교예1
제1공정( 미립분 석탄비산재)
화력발전소에서 발전연소 후에 발생되는 미연탄소함량이 2.8%이며 대표입경d50=14.531㎛인 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재를(도3, 표3) 공기분급하지 않고 원상태의 것을 원료로 사용
제2공정(혼합공정)
상기 준비된 미립분 석탄비산재 70kg, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20kg, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10kg을 혼합하여 분말상의 하수슬러지용 분말 고화제를 제조하였다.
비교예2
제1공정( 미립분 석탄비산재)
화력발전소에서 발전연소 후에 발생되는 미연탄소함량이 2.8%이며 대표입경d50=14.531㎛인 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재를(도3, 표3) 공기분급하지 않고 원상태의 것을 원료로 사용
제2공정(혼합공정)
상기 준비된 미립분 석탄비산재 60kg, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 30kg, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10kg을 혼합하여 분말상의 하수슬러지용 분말 고화제를 제조하였다.
비교예인 미연탄소 함유량이2.8%이며 대표입경d50=14.531㎛인 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재를(도3, 표3) 50~70중량%, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20~40중량%, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10중량%로 조성된 하수스러지용 분말고화제를 제조하여 실험 하였다.
실험예 1
실시예1에 의해 제조된 본 발명의 하수처리용 분말 고화제를 검증하기 위하여 다음과 같은 조성과 조건으로 제조된 하수스러지 고화체의 물리적 성질을 실험하였고, 그 실험결과 복토재로서의 적합한 성능을 발휘할 수 있음을 확인 하였다.
실시예1에 의해 제조된 하수처리용 분말 고화제를 이용한 하수스러지 고화체 실험 결과
구분 하수스러지 고화제 암모니아
(ppm)		 ph 함수율(%) 투수계수
(㎝/sec) 		압축강도
(㎏f/㎠)
초기 3일후
배합1 100 40 25 9.1 55 32.9 5.9×10-6 0.689
배합2 100 45 28 9.3 54 31.5 5.1×10-5 0.691
규격
기준		 100 50이하 200이하 12.5
이하		 . 50이하 1×10-3
7.9×10-7 		0.5이상
실험예 2
실시예2에 의해 제조된 본 발명의 하수처리용 분말 고화제를 검증하기 위하여 다음과 같은 조성과 조건으로 제조된 하수스러지 고화체의 물리적 성질을 실험하였고, 그 실험결과 복토재로서의 적합한 성능을 발휘할 수 있음을 확인 하였다.
실시예2에 의해 제조된 하수처리용 분말 고화제를 이용한 하수스러지 고화체 실험 결과
구분 하수스러지 고화제 암모니아
(ppm)		 ph 함수율(%) 투수계수
(㎝/sec) 		압축강도
(㎏f/㎠)
초기 3일후
배합1 100 40 28 9.3 55 33.5 6.1×10-6 1.134
배합2 100 45 30 9.5 54 32.9 5.9×10-6 1.191
규격
기준		 100 50이하 200이하 12.5
이하		 . 50이하 1×10-3
7.9×10-7 		0.5이상
실험예 3
실시예3에 의해 제조된 본 발명의 하수처리용 분말 고화제를 검증하기 위하여 다음과 같은 조성과 조건으로 제조된 하수스러지 고화체의 물리적 성질을 실험하였고, 그 실험결과 복토재로서의 적합한 성능을 발휘할 수 있음을 확인 하였다.
실시예3에 의해 제조된 하수처리용 분말 고화제를 이용한 하수스러지 고화체 실험 결과
구분 하수스러지 고화제 암모니아
(ppm)		 ph 함수율(%) 투수계수
(㎝/sec) 		압축강도
(㎏f/㎠)
초기 3일후
배합1 100 40 32 9.6 55 34.0 6.3×10-6 1.575
배합2 100 45 34 9.7 54 34.8 6.1×10-6 1.631
규격
기준		 100 50이하 200이하 12.5
이하		 . 50이하 1×10-3
7.9×10-7 		0.5이상
실험예 4
비교예1에 의해 제조된 미립분 석탄비산재를 사용한 하수처리용 분말 고화제를 비교 검증하기 위하여 다음과 같은 조성과 조건으로 제조된 하수스러지 고화체의 물리적 성질을 실험하였다. 그 실험결과 암모니아가스 방출량이 증가하였고, 함수율도 높게 나왔으며 7일 일축압축강도는 기준규격인 0.5㎏/㎠에 미달하는 결과가 나와서 복토재로서 부적합함을 확인했다.
비교예1에 의해 제조된 하수처리용 분말 고화제를 이용한 하수스러지 고화체 실험 결과
구분 하수스러지 고화제 암모니아
(ppm)		 ph 함수율(%) 투수계수
(㎝/sec) 		압축강도
(㎏f/㎠)
초기 3일후
배합1 100 40 46 10.3 59 51.3 6.9×10-7 0.387
배합2 100 45 50 10.5 58 50.8 6.8×10-7 0.393
규격
기준		 100 50이하 200이하 12.5
이하		 . 50이하 1×10-3
7.9×10-7 		0.5이상
실험예 5
비교예 2에 의해 제조된 미립분 석탄비산재를 사용한 하수처리용 분말 고화제를 비교 검증하기 위하여 다음과 같은 조성과 조건으로 제조된 하수스러지 고화체의 물리적 성질을 실험하였다. 그 실험결과 암모니아가스 방출량이 증가하였고, 함수율도 높게 나왔으며 7일 일축압축강도는 기준규격인 0.5㎏/㎠에 미달하는 결과가 나와서 복토재로서 부적합함을 확인했다.
비교예 2에 의해 제조된 하수처리용 분말 고화제를 이용한 하수스러지 고화체 실험 결과
구분 하수스러지 고화제 암모니아
(ppm)		 ph 함수율(%) 투수계수
(㎝/sec) 		압축강도
(㎏f/㎠)
초기 3일후
배합1 100 40 53 10.6 59 50.9 7.2×10-7 0.456
배합2 100 45 59 10.9 58 50.5 7.1×10-7 0.483
규격
기준		 100 50이하 200이하 12.5
이하		 . 50이하 1×10-3
7.9×10-7 		0.5이상
상기 실험에 사용된 원료의 사양은 다음과 같다
고미연탄소함유한 조립분석탄재: 대표입경이 14.531㎛인 미립분 석탄비산재(도3, 표3)를 공기분급하여 대표입경이 86.736㎛이고 미연탄소 함유량이12.77% 의 굵은 입자군을 형성한 고미연탄소함유한 조립분석탄재(도2, 표2)을 사용하였다. 공기분급된 조립분석탄재에 함유된 미연탄소(도1)는 도면에 나타나 있듯이 다공성구조임을 알 수 있다.
보통의 미분말 석탄비산재: 공기분급을 하지 않은 화력 발전소에서 발생된 원상태의 석탄비산재로서 대표입경은 14.531㎛이며 미연탄소함량은 2.8%인 미립분 석탄비산재(도3, 표3)를 사용 하였다.
바텀애쉬: 롤라 크라샤로 분쇄한 0.3 ~ 2㎜ 사이즈의 입자들만 선별 사용 하였음.
포틀랜드 시멘트: 시중 판매되는 KS 규격품을 사용하였음.
생석회 분말: 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이며 순도 85이상의 제품을 사용하였음.
하수스러지: 하수 종말 처리장에서 발생한 것을 1차 탈수하여 수분 함수율 80%인 하수 스러지를 시료로 사용하였음.
상기 실시예1~3과 같이 제조한 하수처리용 분말 고화제를 이용하여 고함수 하수스러지 중량부 100에 대하여 고화제 중량부 40과 45의 두 가지 조건으로 혼합하여 고화체를 제조하여 실험 측정한 결과 모든 항목에서 복토재의 규격기준에 적합 하였다..
실험 결과를 구체적으로 분석하여 보면 암모니아가스 방출량도 고미연탄소의 흡착효과로 획기적으로 저감되었고, 3일 양생후 함수율도 고화제의 굵은 입자들의 전단력과 마찰력의 영향으로 고화체 내부에 공극율을 증가시켜 건조효율이 높아 수분 함유율을 적게 할 수 있었다.
또한 고화체의 입자 분포가 흙과 유사한 크기를 가지고 있어서 투수계수에서도 양호한 결과를 얻을 수 있었고 압축강도 역시 균질한 혼합과 굵은 입자가 골재역할을 하여 충분한 압축강도를 갖는 복토재를 제조할 수 있음을 확인 하였다.
굵은 입자가 혼합된 하수처리용 분말 고화제를 이용하여 하수스러지를 고화처리 하였을 경우 상기 실험예의 표에서 보았듯이 굵은 입자분의 혼입율이 높을수록 건조효율의 증가됨을 알 수 있었고 7일 양생 일축 압축강도 증가됨을 알 수 있었다.
이것은 굵은 입자들이 하수스러지의 미세입자 사이사이에 혼입되어 고화체 내부에 공극율을 높여 수분의 이동을 원활하게 함과 동시에 포틀랜드 시멘트와 생석회분말을 균질하게 혼합되어서 양생 발열 반응을 촉진한 결과이다.
한편 굵은 입자들은 고화체 내부에 균질하게 분산되어 포틀랜드 시멘트와의 수화반응 양생시 콘크리트의 골재역할을 하기 때문에 적당량 혼합시 일축압축강도도 증대되는 효과가 있음을 알 수 있다.
한편 투수계수도 굵은 입자분의 혼입율이 높을수록 흙과 유사한 투수율을 나타냈다.
암모니아 가스 농도는 혼합 제조된 고화체에서 30㎝ 이격된 지점에서 측정한 수치이다.
고화체 조성에서 고미연탄소함유한 조립분석탄재 혼입율이 많고 고알칼리계인 시멘트와 생석회분말 혼입율이 작을수록 혼합 제조된 고화체에서 가스 농도도 낮게 방출 되었다.
한편 비교예 1 및 2에서 보듯이 공기분급을 하지 않은 미립분 석탄비산재를 사용한 고화제실험 결과를 보면 암모니아가스 방출량 수치도 높을뿐더러 함수율도 높게 나타났다. 7일양생 후 일축 압축강도 역시 기준치인 0.5㎏/㎠에 미달하거나 안정적 충분한 강도를 발휘하지 못한 결과를 보였다.

Claims (2)

  1. 하수슬러지용 분말 고화제에 있어서, 미연탄소 함유량이 7% ~ 20%이며 분말도는 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)인 고미연탄소함유한 조립분석탄재 30~60중량%, 직경크기 0.3mm ~ 2mm 바텀애쉬10~15중량%, 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20~40중량%, 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10~15중량%로 조성되어 있음을 특징으로 하는 하수슬러지용 분말 고화제.
  2. 하수슬러지용 분말 고화제의 제조방법에 있어서
    제1공정( 고미연탄소함유한 조립분석탄재 제조)
    화력발전소에서 발전연소후에 발생되는 분말도 3500Blaine(㎠/g)의 미립분 석탄비산재를 공기분급기( 운전조건 : 공급량 3톤/hr, 로타회전수 350rpm, 공기흡입력-550mmAq, 도관공기속도 25m/sec, 20℃의 대기공기)를 이용하여 미연탄소 함유량이 7% ~ 20%이며 분말도 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)의 굵은 입자 조립분석탄재 조건이 되도록 공기분급을 하여 고미연탄소함유한 조립분석탄재를 제조한 후,

    제2공정(바텀애쉬제조)
    바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄 연소시 연소보일러 하부에서 생성되는 석탄재로서 크기는 보통 3 ~ 30mm 정도이며, 이를 롤러 크러샤를 이용하여 0.3mm ~ 2mm크기로 분쇄 선별하되, 롤러 크라샤의 운전조건은 공급량 0.5톤/hr, 롤러회전수 18rpm, 롤러 압력 180㎏/㎠, 롤러와 롤러 간격은 2mm로 조정하여 바텀애쉬를 제조한 다음,

    제3공정(혼합공정)
    상기에서 제조된 10 ~ 17 ㎡/g의 비표면적을 갖는 다공성 물질인 미연탄소 함유량이 7% ~ 20%이며 분말도는 400 ~ 2200Blaine(㎠/g)의 고미연탄소함유한 조립분석탄재 30~60중량%와 직경크기 0.3mm ~ 2mm 바텀애쉬 10~15중량%와 분말도 3100Blaine(㎠/g)의 포틀랜드 시멘트 20~40중량%와 분말도가 3000Blaine(㎠/g)이상 생석회 10~15중량%를 혼합하여 분말상으로 제조함을 특징으로 하는 하수슬러지용 분말 고화제의 제조방법.
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