KR101213760B1 - 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 탈취제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 탈취제에 관한 것으로, 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법은, 총인 처리시설에서 발생되며 응집제를 통해 응집 및 탈수된 슬러지 100중량부에 대하여 인산 7~15중량부, 물 90~110중량부를 혼합하여 혼합물을 만드는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 혼합된 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반시켜 반응시키되, 100~120℃의 온도를 유지하여 상기 혼합물의 수분은 증발시키고 수열합성이 일어나도록 유도하여 반응물을 생성하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해 반응된 반응물을 탈수하여 함수율을 낮춘 후 수분이 증발되도록 110~140℃로 12시간 이상 건조시켜 탈취제를 제조하는 제3단계를 포함하여 이루어진다.

Description

총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 탈취제{METHOD FOR MANUFACTURING DEODORANT USING SLUDGE GENERATED IN TOTAL PHOSPHORUS PROCESSING FACILITY}

본 발명은 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며, 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있는 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 탈취제에 관한 것이다.

최근에 들어 하수슬러지의 재활용에 관한 연구가 활발히 진행됨에 따라 상용화되고 있는 기술 또한 많이 개발된 상태로, 이러한 슬러지의 재활용 방법으로는 탄화, 퇴비화, 고화 방법 등이 있는데 이중 고화의 방법은 복토재 등으로 활용할 수 있는 유용한 처리방법 중의 하나이며 좁은 국토로 매립지 확보 및 복토를 위한 흙의 안정적인 확보에 어려움이 예상되는 국내 현실을 감안한다면 흙을 대체할 대용 복토재의 개발 및 실용화가 기존 매립지의 수명연장 및 환경오염 방지측면과 경제적인 측면에서 매우 중요한 의미를 지닌다. 또한 인체 및 환경에 영향을 미치지 않아야 한다는 이상적인 슬러지의 재활용을 위한 전제조건이 충족된다면 경제적 측면과 환경적인 측면에서 슬러지의 재활용은 매우 중요한 과제라 할 수 있다.

이와 같은 요구로 최근에는 하수슬러지에 각종 고화제를 첨가하여 고형화시킴으로서 하수슬러지의 고화물들을 복토재로 재활용할 수 있도록 한 여러 가지 기술들이 제안된 바 있으며, 그 중 대한민국 공개특허공보 제2000-25028호는 하수슬러지에 특수 고화제로서 석고, 생석회, 시멘트 등을 혼합하고 500℃ 이하로 가열한 후 대기 중에서 냉각시킨 것을 매립토로 사용하는 기술에 대해 개시하고 있다. 그러나 위와 같이 고화제로서 시멘트, 생석회를 사용하는 기존 방식의 경우에는 하수슬러지와 첨가물 혼합, 양생, 건조과정에서 발열반응이 일어나며 타 방안에 비해 pH 상승으로 인한 암모늄이온이 암모니아 가스로 전환되어 심한 악취가 발생되는 등의 문제가 있다.

한편으로 축사 내에서 발생하는 악취 근원은 사료와 가축이 배설한 분뇨가 원인이 될 수 있고 축산 농가들이 가축 사육 시 사용하는 사료의 질과 가축들의 배설습성이나 분뇨의 혼합수거, 분리수거, 수거 시기 등에 따라서 악취성분이 달라 질수 있지만 이의 주 발생원은 가축분뇨의 부패이다. 악취발생은 기온, 습도, 바람 등에 영향은 받는데, 특히 저기압일 때에 대기가 지면에 낮게 퍼지므로 인근주변에 냄새확산으로 많은 민원이 발생하고, 또한 겨울철의 경우 축사 내 난방을 위하며 환기구가 차단되어 축사내의 악취유발물질 특히 암모니아의 농도가 상당히 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 축산 농가에서의 악취 발생은 단순한 축산분뇨의 부패에서 나오는 암모니아 가스가 주요 원인이고, 이 암모니아 가스는 단순한 악취의 발생 뿐 아니라 신체조직 특히 점막조직에 매우 민감하게 작용하기 때문에, 암모니아 가스의 조직 자극성은 농가에서 일하는 축주 및 농장 관계자의 건강에서 나쁜 영향을 미칠 뿐 아니라 실제로 사육되고 있는 동물, 특히 양돈 농장의 돼지 건강에 매우 나쁘게 작용하고 있다. 돼지 중 특히 조직이 민감하고 연약한 어린 자돈에게는 폐조직에 직접적으로 작용하여 기관 상피세포 및 폐조직에 해로운 영향을 미침에 따라 나약해진 기관지 및 폐조직을 가진 개체는 다른 박테리아, 바이러스, 곰팡이와 같은 병원체에 노출될 가능성이 높아져 결과적으로 자극적인 암모니아에 의한 농가의 경제적인 피해가 상승되는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 환경부에서는 4대 강 유역의 하?폐수처리시설에서 배출되는 배출수의 인의 농도를 0.5 mg/ℓ이하로 낮출 것을 권고하고 있으며, 점차적으로 전국의 모든 하,페수처리장에 적용하도록 하는 것이 계획되어 있다.

인은 질소에 비하여 수십 배 높은 부영양화물질로서 인을 제거하는 것은 하천을 보호하는 매우 중요한 방안이다. 종래의 미생물에 의한 인의 제거농도는 0.5 mg/ℓ이하로 제거하기가 어렵기 때문에 이를 해결하기 위한 처리방안이 제시되고 있는데 그 중 유기알럼계 응집제를 활용한 화학적 처리방법이 최우선으로 제시되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있는 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 탈취제를 제공하려는데 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법은, 응집제를 통해 응집 및 탈수된 총인 슬러지 100중량부에 대하여 인산 7~15 중량부, 물 90~110중량부를 혼합하여 혼합물을 만드는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 혼합된 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반시켜 반응시키되, 100~120℃의 온도를 유지하여 상기 혼합물의 수분은 증발시키고 수열합성이 일어나도록 유도하여 반응물을 생성하는 제2단계와; 상기 제2단계에 의해 반응된 반응물을 탈수하여 함수율을 낮춘 후 수분이 증발되도록 110~140℃로 12시간 이상 건조시켜 탈취제를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 탈취제에 의하면, 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지는 무기성 슬러지로서 퇴비화, 탄화, 건조 후 연료화 등의 방법으로 처리가 곤란하므로 매립의 방법이 최선의 선택 일 것이다. 하지만 이를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있는 등의 효과가 있다.

본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법은 다음과 같다.

1. 혼합.

본 발명의 탈취제는 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지, 인산(H₃PO₄), 물을 재료로 한다.

총인 처리시설에서 발생되는 슬러지는 예를 들어, 4대 강 등의 수질보존차원에서 기존 하수처리장에서 방류할 방류수를 부영양화를 방지하고자 잔존 인을 제거하기 위해 유기알럼계 응집제를 활용한 화학적 처리과정을 통해 발생되는 슬러지로서 응집 및 탈수 처리되어 준비된다.

정부의「물관리 종합대책 및 4대강 살리기」정책에 의거 T-P, BOD 및 SS 등의 오염물질을 제거하기 위한 3차 처리시설을 설치하여 방류수 수질기준 강화 및 오염총량관리 정책에 능동적으로 대처하기 위해 미세입자, 부유고형물 및 3가 인산이온 등을 무기 응집제를 사용하여 응집시켜 플록을 형성하고 3가 금속이온이 총인을 유발하는 3가인산이온과 반응하여 난수용성의 인산염을 생성하는 것을 이용한 것이다.

따라서 약품응집반응에 의한 플록 형성을 위해 약품투입 및 응집상태 등을 직접 육안으로 확인(관찰)할 수 있기 때문에 유입부하의 변동이나 비상시 쉽고 빠르게 대처할 수 있는 혼화조를 적용하여 최적의 교반 능력과 체류시간을 통해 응집효율을 극대화시킨다.

이에 응집제는 다소 고가이나 플록 형성속도가 빠르고 성능이 황산반토(Alum)의 약 3~4배 정도되며, 저온열화하지 않는 염기성 염화알루미늄(PAC, Al(OH)_mCl_6-n)이 사용된다.

탈수과정을 거친 슬러지의 함수율은 탈수기 종류에 따라 변화가 심하지만 일반적으로 75~85% 범위를 유지한다.

인산은 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지(이하에서 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지는 응집 및 탈수된 상태인 총인슬러지를 말한다) 100중량부에 대하여 7~15중량부, 바람직하게 10중량부가 혼합되며, 7중량부 미만이면 탈취제로서의 효과가 미비하고 15중량부를 초과하면 과다의 Al과 인산의 PO₄ 이온의 몰비 형성이 이루어지지 않으므로 냄새 제어면에서 효과가 미비하고 또한 재료비가 상승한다. 폐인산을 사용하는 이유는 인 함유 슬러지를 수열반응시켜 제올라이트 구조를 갖도록 함과 동시에 슬러지 덩어리를 해리시키기 위함이며 추가적으로 후속공정에서 건조시간을 단축시키기 위함이다.

물은 총인 슬러지 100중량부에 대하여 90~110중량부, 바람직하게 100중량부가 혼합되며 90중량부 미만이면 수열합성시 교반이 원활히 이루어지지 않아 합성효과가 미비하고 110중량부를 초과하면 물의 과다사용으로 합성시간이 오래 결려 에너지 비용면에서 역효과를 준다.

이와 같이 총인 슬러지, 인산 및 물을 준비하며, 총인 슬러지 100중량부에 대하여 인산 7~15 중량부, 물 90~110중량부의 비율로 교반기에 넣어 혼합물을 제조한다.

2. 반응.

상기 혼합 공정에 의해 혼합된 혼합물에서 수분을 증발시키고 수열합성에 의한 반응이 일어나도록 가열기를 통해 100~120℃의 온도를 유지하면서 1~3시간 동안 교반시킨다. 혼합물을 구성하는 인산은 끓는 점이 약 150℃로서 끓는 점 온도 이상이면 인산이 전부 증발될 것이므로 150℃ 이하 바람직하게 120℃ 이하를 유지하며 100℃ 미만 온도를 유지하면 혼합물에 포함된 수분의 증발이 억제되어 함수량 조절 효과를 전혀 기대할 수 없다.

이렇게 제조된 반응물은 건조 효율을 증대하기 위하여 파쇄공정을 거칠 수 있다. 즉, 입도가 작을수록 건조효율이 좋을 것이므로 반응물의 입도 분포를 확인한 후 반응물을 작은 입도로 파쇄한다.

3. 함수율 조절.

상기 반응 공정을 거친 반응물은 함수율이 약 70~80%를 유지하고 있으므로 수분은 탈취효능 등을 저하시킬 수 있으므로 반응물을 탈수기 등 기계적 방법을 이용해 함수율을 조절한다.

함수율 조절은 물리적 방법인 탈수와 화학적 방법인 건조로 이루어질 수 있으며, 먼저 물리적 탈수기(가압식 등 다양한 탈수기가 사용 가능)를 이용하여 반응물의 함수율을 50~60%로 조절하고, 이어서 반응물을 110~140℃로 12시간 이상 건조한다. 이와 같이 물리적 방법에 의한 1차 탈수와 화학적 방법에 의한 2차 건조를 병행하면 가열에 따른 비용을 줄일 수 있고 함수율 조절 시간도 단축할 수 있다. 건조 온도 역시 인산의 끓는 점을 감안한 것이다.

<실시예>

1. 탈취제 제조.

함수율 약 83%인 총인 슬러지 100중량부에 대하여 인산 10중량부, 물 100중량부를 교반기에 투입한 후, 상기 교반기 내부 온도를 110℃로 유지하면서 2시간동안 교반하여 반응물을 생성하고, 이 반응물을 탈수기에 넣어 함수율을 50% 정도로 탈수한 후 반응물을 건조기에 투입하여 상기 건조기의 내부 온도를 130℃로 12시간동안 유지하여 수분을 제거함으로써 탈취제를 제조하였다.

2. 탈취 성능.

본 발명에 의한 총인 슬러지를 이용한 탈취제에 제조공정에 따라 제조된 탈취제의 실시예를 살펴보기로 한다.

제1 실시예

하수슬러지 1kg에 생석회 200g을 투입하여 기계 혼합 후 암모니아 가스 농도를 측정한 데이터와, 본 발명에 따라 제조된 탈취제를 고상 분말 형태로 하수슬러지 및 생석회와 혼합된 반응물에 하수슬러지 중량대비 10% 20%, 30%를 투입하여 기계로 혼합한 후 AP-400 검지관을 통해 암모니아 가스 농도를 측정한 데이터는 표 1(본 발명에 따른 탈취제의 하수슬러지 투입 전후 암모니아 농도 비교표)과 같다.

구분	탈취제 투입 전 암모니아 농도 (생석회만 혼합)	탈취제 10% 투입 후 농도	탈취제 20% 투입 후 농도	탈취제 30% 투입 후 농도
고화물 표면 1cm	2,600ppm	240ppm	20ppm	0ppm

상기 표 1에서와 같이 탈취제 투입 후 하수슬러지 고화물의 암모니아 농도가 현저히 떨어진 것을 알 수 있다. 이는 고화 처리 시 발생하는 악취 중 대표적인 암모니아 악취오염 물질에 대해 본 발명에 의해 제조된 탈취제가 탁월한 악취제거 효과를 발현하고 있음을 보여주는 것이다.

Claims (3)

1. 총인 처리시설에서 발생되며 응집제를 통해 응집 및 탈수된 슬러지 100중량부에 대하여 인산 7~15 중량부, 물 90~110중량부를 혼합하여 혼합물을 만드는 제1단계와;
   상기 제1단계에 의해 혼합된 혼합물을 1~3시간 동안 교반기를 통해 교반시켜 반응시키되, 100~120℃의 온도를 유지하여 상기 혼합물의 수분은 증발시키고 수열합성이 일어나도록 유도하여 반응물을 생성하는 제2단계와;
   상기 제2단계에 의해 반응된 반응물을 탈수하여 함수율을 낮춘 후 수분이 증발되도록 110~140℃로 12시간 이상 건조시켜 탈취제를 제조하는 제3단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2단계에서는 상기 반응물의 건조효율을 증가하기 위하여 수열합성된 반응물을 파쇄하고, 상기 제3단계에서는 건조된 탈취제를 미세 분말로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지를 이용한 탈취제.