KR101287013B1 - Solidifying agent for sludge using industrial by-product - Google Patents

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KR101287013B1
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Abstract

PURPOSE: A functional solidifying agent for sludge is provided to improve a problem on price rise of solidifying agents by using industrial byproduct. CONSTITUTION: A functional solidifying agent for sludge comprises: 10-60wt% of non-ferric smelting process byproduct, 10-60wt% of oil refining process byproduct, 10-30wt% of paper manufacturing process byproduct, and 10-30wt% of heat power plant or waste incineration byproduct.

Description

산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재{Solidifying agent for sludge using industrial by―product}{Solidifying agent for sludge using industrial by-product}

본 발명은 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고화재의 성능을 유지하면서 악취를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 매우 경제적이고 환경 친화적이며 자원 재활용이 가능한 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재에 관한 것이다.The present invention relates to a sludge-based functional sludge using industrial by-products, and more particularly, to a sludge-based sludge-based sludge which can control odors while maintaining the performance of a sludge, and which is economical, environmentally friendly, And to sludge functional fires.

국내 하수슬러지는 국민들의 생활수준 및 제반여건의 향상으로 그 발생량이 2007년도 7,631 톤/일에서 2011년도에는 10,259 톤/일로 급속하게 늘어나고 있는 추세이다. 따라서 정부에서는 이의 심각성을 인지하고 하수슬러지 처리를 위해 각 시·도별 처리시설을 설치하여 처리계획을 수립하고 있다. Domestic sewage sludge has been rapidly increasing from 7,631 tons / day in 2007 to 10,259 tons / day in 2011 due to improvement in people's living standards and conditions. Therefore, the government recognizes the seriousness of this problem and establishes a treatment plan by installing treatment facilities for each city and province in order to treat sewage sludge.

그러나 하수슬러지 처리계획 방법 중 하나인 해양배출(2010년 전체 하수슬러지의 68.5%)의 경우 런던협약에 의해 2012년부터 전면금지가 예정되어 있고, 소각과 매립의 경우는 환경부에서 다이옥신 등의 환경오염물질 발생에 대한 우려와 온실가스 발생억제 및 재활용촉진을 위해 꺼려하고 있다. 또한 하수슬러지의 재활용에 있어, 농림부에서는 슬러지에 포함된 유해물질이 농작물을 통해 인체에까지 해를 미칠 수 있다는 점을 들어 퇴비화에 반대하고 있다. 따라서 하수슬러지 처리 방법 중 복토재로의 재활용에 대한 기대가 커지고 있으나 이 또한 여러 가지 문제에 봉착해 있다. However, in the case of marine discharges (68.5% of total sewage sludge in 2010), which is one of the sewage sludge disposal methods, the total ban is scheduled for 2012 from the London Convention. In case of incineration and landfill, We are reluctant to worry about material outbreaks and to curb greenhouse gas emissions and promote recycling. In the recycling of sewage sludge, the Ministry of Agriculture is opposed to composting because the harmful substances contained in the sludge can harm the human body through crops. Therefore, there is a growing expectation for the recycling of sewage sludge as a cover material, but this also faces various problems.

하수슬러지의 구성성분은 대부분 SiO2, Al2O3, Fe2O3 등과 같은 무기물질로 구성되어 있어 복토재로의 활용 가능하나, 일반적으로 스펀지형 구조를 이루고 있어 모세관력에 의한 수분함유로 탈수가 매우 어려워 복토재로의 활용에 대한 걸림돌이 되고 있고, 하수슬러지 내부에 함유된 수분과 유기물에 의한 병원균, 파리, 모기의 서식처를 제공함으로써 공중보건상 문제점이 유발될 가능성이 크고, 보다 큰 문제점은 침출수에 의한 지하수 오염과 악취 등의 2차 오염물질을 발생시킨다는 것이다. Constituents of the sewage sludge is mostly SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 a possible use of boktojae as it consists of inorganic materials such, it generally forms a sponge-like structure dehydrated with water contained by capillary forces It is very difficult to use as a soil material and it is likely to cause public health problems by providing habitat of pathogens, flies and mosquitoes due to moisture and organic substances contained in the sewage sludge, And it generates secondary pollutants such as ground water pollution and odor due to leachate.

상기와 같은 여러 가지 문제점을 해결하기 위해서는 함수량을 떨어뜨리고 자체 발열을 통한 살균이 가능한 고화재의 개발이 필수 불가결한 상황이다. In order to solve the above-mentioned problems, it is indispensable to develop a fire which can reduce the water content and sterilize by self-heating.

한편, 현재 사용되고 있는 고화재는 대부분 흡수 및 발열을 유도하는 CaO 계통의 알칼리성 재료 또는 FeSO4 계통의 산성 재료를 사용하고 있어 최근 들어 하수슬러지 처리에서 가장 문제 시 되고 있는 악취 저감 부분에는 취약한 실정이다.On the other hand, most of the currently used fires are mainly due to the use of CaO-based alkaline materials or FeSO 4 -based acidic materials that induce absorption and heat generation, and thus they are vulnerable to the odor reduction part which is most problematic in sewage sludge treatment in recent years.

함수율이 약 80% 정도인 하수슬러지의 악취를 분석해 보면, 50여종의 물질이 검출되는데, 이 중에서 비교적 농도가 높고, 최소 감지값이 낮은 물질을 대상으로 표 1에 나타내었다. 하기 표 1과 같이 황화합물과 알데하이드화합물, 질소화합물이 복합적으로 발생되고 있으며, 후각적으로는 이들의 복합취에 의한 냄새로 판단된다. When analyzing the odor of sewage sludge having a water content of about 80%, about 50 kinds of substances are detected. Among them, the substances having relatively high concentration and low minimum detection value are shown in Table 1. As shown in Table 1, the sulfur compound, the aldehyde compound and the nitrogen compound are generated in a complex manner, and the odor is attributed to their odor.

표 1에는 실제 발생되는 물질을 대상으로 악취 성분별 최소 감지값에 의한 기여율이 표현되어 있다. 이러한 기여율은 주 제거 대상물질을 선정하는 방법으로 단일물질에 의한 악취가 아닐 경우 탈취제 내부의 비율을 결정하는 주요한 자료가 된다. 산성 계통의 물질, 염기성 계통의 물질에 의한 혼합취가 주요 제거 대상이다.Table 1 shows the percentage of contribution by the minimum detection value of the odor component to the actual generated substance. This contribution rate is a method of selecting the substance to be removed, and it is the main data for determining the ratio of the deodorant inside the deodorant when the odor is not caused by a single substance. It is a major object to remove acidic and basic systems.

No.No. 물질 명Substance 농도
(ppm)
density
(ppm)
최소감지값
(ppm)
Minimum sense value
(ppm)
이론적 희석배수Theoretical dilution 악취기여율
(%)
Odor contribution rate
(%)
1One 황화수소Hydrogen sulfide 0.260.26 0.000410.00041 634634 0.50.5 22 메틸머캅탄Methyl mercaptan 4.814.81 0.000070.00007 68,71468,714 51.151.1 33 디메틸 설파이드Dimethyl sulfide 3.093.09 0.0030.003 1,0301,030 0.80.8 44 디메틸 디설파이드Dimethyl disulfide 0.620.62 0.00220.0022 282282 0.20.2 55 아세트알데히드Acetaldehyde 0.510.51 0.00150.0015 340340 0.30.3 66 아크롤레인Acrolein 0.320.32 0.00850.0085 3838 0.030.03 77 프로피온알데히드Propionaldehyde 0.160.16 0.0010.001 160160 0.10.1 88 벤즈알데히드Benzaldehyde 0.020.02 0.0280.028 1One -- 99 트리메틸아민Trimethylamine 22 0.0000320.000032 62,50062,500 46.546.5 1010 암모니아ammonia 9898 0.150.15 653653 0.50.5

상기 표 1에 개시된 바와 같이 메틸머캅탄과 트리메틸아민이 주요악취 물질로 판단되지만, 작업장에서 작업환경을 고려하고, 악취 물질의 특성을 고려하면 산성 물질에서는 황화수소, 염기성물질에 대해서는 암모니아를 메틸머캅탄과 트리메틸아민의 발생량과 동일한 양으로 취급하는 것이 바람직할 것이다. 황화수소와 암모니아는 자체 휘발성이 크고, 수분 존재 하에서 온도, pH 등의 조건에 따라 발생량이 크게 달라지며, 무엇보다 후각적으로 심한 자극을 느낄 수 있는 물질이므로 악취 개선 여부를 판단하기 위해서는 반드시 제거되어야 하며, 환경부에서 규제하는 22대 악취물질도 저감되어야 한다.As shown in Table 1 above, methyl mercaptan and trimethylamine are considered to be the main odor substances. Considering the working environment in the workplace and taking into account the characteristics of the malodorous substance, hydrogen sulfide in the acidic substance and ammonia in the methylmercaptan And trimethylamine in an amount equal to the amount of generation of trimethylamine. Hydrogen sulphide and ammonia are highly volatile and have a large amount of change depending on conditions such as temperature and pH in the presence of water. , 22 odor substances regulated by the Ministry of Environment should also be reduced.

한편, 다량의 슬러지를 처리함에 있어서 고화재의 성능을 유지하면서 악취 제어를 하기 위해서는 고화재의 가격이 급격히 상승하는 문제점을 안고 있다.On the other hand, in treating a large amount of sludge, there is a problem that the cost of the fire increases sharply in order to control the odor while maintaining the fire performance.

따라서, 본 발명자는 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 비철제련 공정 부산물, 석유정제 공정 부산물, 화력발전 공정 부산물 또는 제지 공정 부산물 등 산업 부산물을 고화재 원료로서 사용함으로써 매우 경제적이면서 환경친화적인 기능성 고화재를 제조할 수 있다는 것을 밝힘으로써 본 발명을 완성한 것입니다.Therefore, the present inventors have made efforts to solve the problems of the prior art, by using industrial by-products such as non-ferrous smelting process by-products, petroleum refining process by-products, coal-fired power plant by-products or paper processing by-products as a raw material of a solid fire and environmental The present invention has been completed by revealing that a friendly functional solid fire can be produced.

이에, 본 발명의 목적은 고화재의 성능을 유지하면서 악취제어를 할 수 있고, 특히 경제적이며 환경친화적인 슬러지용 기능성 고화재를 제공하는 데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an economical and environmentally friendly sludge-based functional sludge which can control the odor while maintaining the performance of the sludge.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재에 있어서, 비철제련 공정 부산물 10 ~ 60 중량%, 석유정제 공정 부산물 10 ~ 60 중량%, 제지공정 부산물 10 ~ 30 중량% 및 화력 발전소 또는 폐기물 소각 부산물 10 ~ 30 중량%를 포함하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the functional solidified material for sludge using industrial by-products, non-ferrous smelting process by-products 10 to 60% by weight, petroleum refining process by-products 10 to 60% by weight, papermaking process by-products 10 to 30% by weight And it provides a functional solidified fire for sludge using industrial by-products, including 10 to 30% by weight of thermal power plants or waste incineration by-products.

상기 비철제련 공정 부산물은 비철제련 공정에서 발생하는 폐황산을 중화제로 처리하여 얻어진 폐석고계 부산물로서, 2 ~ 100 ㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하며, 상기 평균 입경이 100 ㎛를 초과하면 고화재 적용시 고화과정 중 고화물의 강도 즉, 포졸란 반응, 탄산화 반응에 문제가 야기될 수 있다. The non-ferrous metal smelting process by-product is a waste gypsum-based by-product obtained by treating waste sulfuric acid generated in the non-ferrous metal smelting process with a neutralizing agent, preferably having an average particle diameter of 2 ~ 100 ㎛, when the average particle diameter exceeds 100 ㎛ During the solidification process, problems may occur in the strength of the solidified material, that is, the pozzolanic reaction and the carbonation reaction.

상기 석유정제 공정 부산물은 유동층 촉매접촉 분해 공정에서 사용된 폐촉매로서, 실리카-알루미나에 제올라이트를 담지시킨 구형 촉매인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 벗어나 포함되면 냄새 제거 효과는 더 좋아지지만 고화물 자체의 함수율이 증대하여 고화가 잘 이루어지지 않는 문제가 야기될 수 있다.The by-product of the petroleum refining process is a spent catalyst used in a catalytic catalytic catalytic cracking process, and is preferably a spherical catalyst loaded with zeolite on silica-alumina. Increased moisture content of may cause a problem of hardening.

상기 제지공정 부산물은 제지슬러지의 소각 후 발생되는 플라이애쉬일 수 있으며, 10 중량% 미만으로 적용할 경우에는 고화물 자체의 함수율에 문제가 발생될수 있으며, 30 중량%를 초과할 경우에는 pH의 증가로 인해 알카리성 냄새가 심하게 발생되는 문제가 야기될 수 있다.The papermaking by-product may be a fly ash generated after incineration of paper sludge, and when applied to less than 10% by weight may cause problems in the moisture content of the solids themselves, and when the content exceeds 30% by weight, the pH is increased. This may cause a problem of severe alkaline odor.

상기 화력 발전소 부산물은 석탄, 목탄 또는 석유 중에서 선택된 원료를 이용한 화력 발전공정 시 소각 후 발생하는 플라이애쉬이며, 상기 폐기물 소각 부산물은 산업폐기물의 소각 후 발생하는 플라이애쉬일 수 있으며, 상기 함량 범위를 벗어나 포함되면 최종 고화물 pH의 증대로 인해 냄새가 많이 발생될 수 있으며, 또한, 고화 공정 중 슬러지와 고화재 간의 혼화성이 떨어지는 문제가 야기될 수 있다.The thermal power plant by-product is a fly ash generated after incineration during the thermal power generation process using a raw material selected from coal, charcoal or petroleum, the waste incineration by-product may be a fly ash generated after incineration of industrial waste, out of the content range If included, a lot of odor may be generated due to the increase of the final solidified pH, and may also cause a problem of incompatibility between the sludge and the solidified material during the solidification process.

상기 슬러지는 하수, 오수, 폐수, 축산분뇨 또는 음식물 슬러지 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
The sludge may include, but is not limited to, sewage, sewage, wastewater, livestock manure or food sludge.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

종래기술로 다량의 슬러지를 처리함에 있어 고화재의 성능을 유지하면서 악취제어를 하기 위해서는 고화재의 가격이 급격히 상승되는 문제점을 안고 있었다. 따라서 본 발명자는 경제적인 측면을 부각하여 본 발명을 완성하고자 하였으며, 비철제련 공정 부산물, 석유 정제 공정의 폐촉매, 제지 공정 부산물 플라이애쉬, 화력 발전소 부산물(석탄, 석유, 목탄)의 플라이애쉬 등 산업 부산물들을 이용하여 고화재를 제조함으로써 경제성을 제고할 수 있었다.The conventional method has a problem in that the cost of the sludge is rapidly increased in order to control the odor while maintaining the performance of the sludge in the process of treating a large amount of sludge. Therefore, the present inventors have tried to complete the present invention by emphasizing economic aspects, such as non-ferrous metals by-products, waste catalyst of petroleum refining process, paper ash by-product fly ash, fly ash of coal-fired power plant by-products (coal, petroleum, charcoal) By producing solidified fires by-products, economic efficiency was improved.

따라서, 본 발명에서는 비철제련 공정에서 발생되는 무기슬러지와, 석유정제 공정에서 발생되는 폐 촉매와, 제지 공정에서 발생되는 플라이애쉬와, 석탄, 석유 또는 목탄을 이용한 화력발전 등에서 발생되는 플라이애쉬 등 가능한 각각의 슬러지를 활용하여 고화재 원료로 사용함으로써 본 발명을 완성하였다. Therefore, in the present invention, inorganic sludge generated in the non-ferrous metal smelting process, waste catalyst generated in the petroleum refining process, fly ash generated in the papermaking process, and fly ash generated in thermal power generation using coal, petroleum or charcoal, etc. are possible. The present invention was completed by using each sludge as a raw material for solidified fire.

다음에서 각 공정 부산물을 중심으로 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.In the following, the present invention will be described in more detail with reference to each process by-product.

1. 비철제련 공정 부산물1. Byproducts of Nonferrous Smelting Process

동제련, 아연제련, 연제련 등의 비철제련 업종에서는 대부분 황화광석을 원료로 사용하므로, 제련 과정 중에 황산농도 2∼15%의 불순물을 함유한 폐황산이 발생한다. 이러한 폐황산을 탄산칼슘(CaCO3), 소석회(Ca(OH)2) 등의 중화제를 사용하여 처리하면 일부의 공업용 석고가 생산되고, 불순물을 함유한 폐석고가 다량 발생한다.Most non-ferrous smelting industries, such as copper smelting, zinc smelting, and smelting, use sulfide ore as a raw material. Thus, waste sulfuric acid containing 2 to 15% of sulfuric acid concentration is generated during the smelting process. When such waste sulfuric acid is treated with neutralizing agents such as calcium carbonate (CaCO 3 ), calcined lime (Ca (OH) 2 ), some industrial gypsum is produced, and a large amount of waste gypsum containing impurities is generated.

다음 반응식은 폐황산을 처리하는 공정을 나타낸 것으로, 1차 중화공정에서 폐황산에 탄산칼슘(CaCO3)을 pH 2∼6 범위로 투입하면 대부분의 황산 성분은 석고로 중화되며 이렇게 중화된 석고는 제품으로 판매되고, 불순물이 포함된 석고 여과후액은 2차 중화공정으로 보낸다.The following reaction formula shows the process of treating waste sulfuric acid.In the first neutralization process, when calcium carbonate (CaCO 3 ) is added to the waste sulfuric acid at a pH range of 2 to 6, most of the sulfuric acid is neutralized with gypsum. The gypsum filtrate, which is sold as a product and contains impurities, is sent to the secondary neutralization process.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

H2SO4 + CaCO3 + H2O → CaSO4·H2O ↓ + CO2 H 2 SO 4 + CaCO 3 + H 2 O → CaSO 4 · H 2 O ↓ + CO 2 ↑

2차 중화공정에서는, 소석회(Ca(OH)2)를 투입하여 pH를 9∼12로 조절하면 대부분의 불순물이 수산화물 등으로 침강되고, 동시에 1차 중화공정에서 미반응된 일부의 황산이 중화되어 불순물을 함유한 폐석고가 발생한다.In the secondary neutralization step, when calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is added to adjust the pH to 9-12, most impurities are precipitated with hydroxides, and at the same time, some unreacted sulfuric acid is neutralized in the primary neutralization step. Waste gypsum containing impurities is generated.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Me(SO4)X + xCa(OH)2 + xH2O → Me(OH)X ↓+ xH2SO4 Me (SO 4 ) X + xCa (OH) 2 + xH 2 O → Me (OH) X ↓ + xH 2 SO 4

H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4·2H2OH 2 SO 4 + Ca (OH) 2 → CaSO 4 2H 2 O

상기 폐석고의 발생량 감소 및 재활용을 위해 다양한 기술적 접근이 시도되고 있으나, 상용화된 경제적 방안이 아직 없어서 유용 성분이 함유된 폐석고는 대부분 폐기물로 매립되고 있는 실정이며, 폐석고의 매립은 기업에 환경적 및 경제적인 부담을 가중시키는 문제점이 있다.Various technical approaches have been attempted to reduce and recycle the waste gypsum, but since there are no commercialized economic measures, the waste gypsum containing useful components is mostly buried as waste. There is a problem of increasing the burden of phosphorus.

이에, 본 발명에서는 현재 비철제련 공정에서 발생되는 폐석고를 활용하여 고화재 원료로 사용할 수 있다. 상기 폐석고는 대상토에 물을 가하면 대상토 중의 구성성분과 물 간의 반응, 즉 수화반응이 시작되며, 물과 접촉 즉시 알루미네이트와 석고 간의 반응으로 다량의 에트링자이트를 생성한다. 이러한 에트링자이트는 다량의 물을 결합수로 흡수하여 침상으로 미세하게 성장되어 고화물의 함수비를 저하시키고 동시에 압밀 등의 효과가 나타나 고화를 촉진시키게 된다. Thus, in the present invention, by utilizing the waste gypsum generated in the current non-ferrous smelting process can be used as a raw material of the solidified material. When the waste gypsum is added to water, the reaction between the constituents and water in the soil is started, that is, a hydration reaction, and a large amount of ettringite is produced by the reaction between aluminate and gypsum upon contact with water. The ettringite absorbs a large amount of water into the binding water and grows finely into a needle to lower the water content of the solids, and at the same time, the effect of consolidation is promoted to promote solidification.

일례를 들어, A사의 경우 비철제련 공정 중 하루 150~200톤 정도의 무기슬러지가 발생되고 있으며, 이중 일부만 시멘트 원료로 사용되고 있으며, 나머지는 전량 매립에 의존하고 있으며, 다른 공정 부산물도 재활용이 일부 진행 중이지만 매립 등에 의존하는 실정인데, 이렇게 매립되는 무기슬러지를 활용하여 본 발명의 고화재 원료로서 사용할 수 있다. For example, A company generates 150 ~ 200 tons of inorganic sludge per day during the non-ferrous metal smelting process, only part of it is used as cement raw material, the rest depends on landfilling, and other process by-products are partially recycled. Although it depends on the landfill or the like, it can be used as the raw material of the solidified material of the present invention by utilizing the inorganic sludge thus embedded.

그리고, 비철제련 공정 부산물로서 발생되는 플라이애쉬는 pH 10 이상이므로 산성계 가스를 제거하는 능력이 있다. In addition, fly ash generated as a non-ferrous smelting process by-product has a pH of 10 or more, and thus has an ability to remove acidic gas.

2. 석유 정제 공정[유동층 촉매접촉 분해(FCC) 공정] 부산물2. Petroleum Refining Process [Fluid Catalytic Catalytic Cracking (FCC) Process]

유동층 촉매접촉 분해(Fluidized Catalytic Cracking; FCC)는 원유로부터 가치있는 탄화수소 물질들을 생산하기 위하여 석유 정제 플랜트들에서 가장 널리 사용되고 있는 공정으로서, 원유 증류과정에서 생산된 경유나 디젤유분을 유동층 반응기에서 촉매와 접촉시켜 가솔린이나 나프타 유분으로 분해시킨다. 자동차 증가로 가솔린 수요가 많아지고 석유 화학 공업의 발달로 나프타 수요가 커지면서 FCC 공정의 조업규모가 커져서, FCC 공정이 석유화학 공정 중에서 가장 크다. Fluidized Catalytic Cracking (FCC) is the most widely used process in petroleum refining plants to produce valuable hydrocarbon materials from crude oil.Fluidized diesel or diesel oil from crude oil distillation is combined with catalysts in fluidized bed reactors. Contact and decompose into gasoline or naphtha oil. The FCC process is the largest among the petrochemical processes due to the increase in automobiles, the demand for gasoline, and the development of the petrochemical industry, and the increase in naphtha demand.

FCC 공정에는 실리카-알루미나에 제올라이트 Y를 섞어 만든 구형 촉매가 사용되며, 실리카-알루미나의 큰 세공 내에 제올라이트 입자가 들어 있어 큰 반응물이 먼저 실리카-알루미나 산점에서 일차 분해된 후 제올라이트 세공에 확산되어 들어와 옥탄가가 높은 가지달린 탄화수소로 전환된다.In the FCC process, a spherical catalyst made by mixing silica-alumina with zeolite Y is used.The zeolite particles are contained in the large pores of silica-alumina, so that the large reactants are first decomposed at the silica-alumina acid point, and then diffused into the zeolite pores to form octane number. Is converted to highly branched hydrocarbons.

사용 후 폐기된 FCC 공정 촉매는 보통 공기 중에서 소성하여 침적탄소를 제거한 후 시멘트 제조 원료로 사용한다. 벽돌 제조나 다른 제올라이트 합성 원료로 재활용이 고려되고 있으나 발생량이 워낙 많고 경제성이 낮아 석회석과 혼합하여 처분한다. FCC 공정 폐촉매에는 실리카와 알루미나 외에 다른 성분이 거의 없어서 공해발생 우려가 없고 기계적 강도가 우수하여 시멘트 제조 원료로 적절하지만, 발생되는 양에 비해 재활용양이 부족한 현실이다. 그러나 FCC 공정 폐촉매에는 아직도 제올라이트 성분이 상당량 남아 있으므로 냄새 제거용 고화재로써의 사용이 보다 효과적이므로, 본 발명에서는 냄새 제거용 고화재 원료로서 FCC 공정 폐촉매를 사용할 수 있다.The spent FCC process catalyst is usually calcined in air to remove deposited carbon and used as cement raw material. Recycling is considered as a brick manufacture or other zeolite synthetic raw material, but it is generated and mixed with limestone because of its high generation and low economic efficiency. The waste catalyst of FCC process has little other components except silica and alumina, so there is no fear of pollution and it is suitable as a raw material for cement production because of its excellent mechanical strength. However, since a considerable amount of zeolite components still remain in the FCC process waste catalyst, the use as an odor removing solidifying material is more effective, and therefore, the FCC process waste catalyst may be used as the odor removing solidifying material.

상기 FCC 공정 폐촉매는 비표면적이 200 m2/g 이상이며, 제올라이트 구조를 지니고 있으며, pH 7~10으로써 중성계 가스 및 용제류의 냄새 제거에 유용하게 이용될 수 있다. The waste catalyst of the FCC process has a specific surface area of 200 m 2 / g or more, has a zeolite structure, and has a pH of 7 to 10, which may be useful for removing odors of neutral gases and solvents.

3. 화력 발전소 부산물(목탄, 석유, 석탄 화력 발전)3. By-products of thermal power plants (charcoal, oil, coal-fired power generation)

화력발전소 부산물인 석탄회는 플라이애쉬(Fly Ash)와, 버텀애쉬(Bottom Ash), 신더애쉬(Cinder Ash)로 구성되어 있다. 최근에는 소각로에서 이를 직접 선별하여 재활용하는 시도가 이루어지고 있으나, 플라이애쉬가 약 60% 정도 재활용되고 있는 점을 제외하면 상당부분이 매립·처분되고 있는 상태이며, 특히 과거 20~30년 동안 회처리장에 매립되는 석탄회의 양은 상당할 뿐만 아니라 회처리장 확보 및 투기를 위한 비용이 매우 크게 소요되는 실정이고, 더욱이 일반적인 석탄회 처리장은 화력발전소 인근 해안가에 위치하게 되어 내륙부에 비해 상대적으로 강한 바람에 의해 회처리장 표층부에서의 미세분진의 날림으로 인해 인근 주민들의 생활환경에 심각한 문제점으로 대두되고 있다. 매립 석탄회는 플라이애쉬와 버텀애쉬가 혼합되어 있는 상태이다.Coal ash, a byproduct of coal-fired power plants, consists of fly ash, bottom ash and cinder ash. In recent years, attempts have been made to directly sort and recycle waste incinerators, except that fly ash is about 60% recycled, and most of it is landfilled and disposed of, especially in the past 20-30 years. The amount of coal ash that is buried in the coal mine is not only significant, but the cost of securing and dumping the ash processing plant is very high. Moreover, the general coal ash plant is located on the coast near the coal-fired power plant, and is treated by the strong wind compared to the inland part. Due to the blowing of fine dust from the surface layer, it is a serious problem for the living environment of nearby residents. Landfill coal ash is a mixture of fly ash and bottom ash.

기존에는 매립 석탄회에 대해 분리선별과정을 거쳐 플라이애쉬와 버텀애쉬를 구분하여 재활용하고 있으나, 소각로에서 발생하는 석탄회에 대한 직접이용은 물론, 화력발전소 회처리장에 투기되어 있는 매립 석탄회에 대한 분리 선별과정을 거치지 않고, 원상태 그대로 재활용하게 되면 1차 가공에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있는 경제적인 방법이 될 수 있다.Previously, fly ash and bottom ash are separated and recycled through separate screening process for landfill coal ash.However, the direct use of coal ash generated from incinerators and the separate screening process for landfill coal ash dumped at thermal power plant ash processing plant Recycling intact, without going through can be an economical way to reduce the time and cost required for primary processing.

현재까지 플라이애쉬는 시멘트 대체재로서 60% 이상 재활용되고 있고, 버텀애쉬는 최근 다짐 특성을 개량하여 도로 성토재 등으로 적용하기 위한 제안이 이루어지고 있으나, 석탄회의 재료를 분리하지 않은 상태에서의 직접적인 대량 활용 방안은 아직 제안되지 않고 있다. 또한, 각 업체별로 자체 발전을 위한 목탄 및 석유 화력도 이 범주에 포함된다.To date, fly ash has been recycled more than 60% as a cement substitute, and bottom ash has recently been proposed to improve the compaction characteristics and apply it as road fill material. The proposal has not been proposed yet. Each category also includes charcoal and petroleum fired power for their own generation.

석탄계 화력발전에서 발생되는 플라이애쉬는 pH 10 이상이므로 산성 가스를 제거하는 능력이 있으며, 또한 석유계(벙커C유) 화력발전에서 발생되는 플라이애쉬는 pH 5 이하이므로 염기성 가스를 제거할 수 있으며, 고화재 제조시 각 원료 및 슬러지 간의 혼합시 혼화성을 증대시키는 역할을 수행할 수 있다.Fly ash generated from coal-fired thermal power plant is pH 10 or more, so it has the ability to remove acid gases.Fly ash generated from petroleum-based (bunker C oil) thermal power plant is pH 5 or less, so it can remove basic gas. It may play a role of increasing the miscibility when mixing between the raw materials and the sludge in the manufacture of the solidified material.

4. 제지 공정 또는 폐기물 플라이애쉬4. Papermaking process or waste fly ash

종이 제조시 발생되는 2차 부산물인 제지슬러지의 소각 후 발생되는 재인 플라이애쉬도 본 발명에서 고화재 원료로서 사용될 수 있다.Fly ash, a ash generated after incineration of paper sludge, which is a secondary by-product generated in paper production, may also be used as a solidifying material in the present invention.

생활 폐기물이나 산업폐기물의 소각 후 발생되는 재인 플라이애쉬도 본 발명에서 고화재 원료로서 사용될 수 있다.Fly ash, which is ash generated after incineration of household waste or industrial waste, can also be used as a raw material for solidification in the present invention.

상기 플라이애시는 자체적으로 갖고 있는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 물질이 수경성을 갖고 있지 못하나, 미세하게 분쇄되어 수분이 있을 때, 상온에서 석고계 화합물과 포졸란 반응을 하여 고형물질을 생성하는 역할을 수행한다. The fly ash does not have its own silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) material, but when it is finely pulverized and contains moisture, it reacts with gypsum-based compound at room temperature to form a solid material. Serves to create the

제지공정 또는 폐기물 소각 시 발생되는 플라이애쉬는 pH 10 이상이므로 산성계 가스를 제거하는 능력이 있다. The fly ash generated during the papermaking process or waste incineration is above pH 10 and therefore has the ability to remove acidic gases.

따라서, 본 발명은 생석회, 시멘트 등을 중요 원료로 하고, 부산물을 부가적으로 미량 활용한 기존 고화재에서 탈피하여 전량 부산물을 이용하여 탈취 기능이 부여된 새로운 기능성 고화재를 제조하는데 의의가 있으며, 이는 기업의 각 공정에서 발생되는 부산물의 자원 재순환 문제 해결과 새로운 부가가치산업 창출이라는 두 가지 잇점을 가질 수 있다.Therefore, the present invention is meaningful to manufacture a new functional solidified material deodorizing function by using the total amount of by-products by using the quicklime, cement, etc. as an important raw material, and by using the total amount of by-products from the existing solidified material by using a small amount of by-products, This can have two advantages: addressing the problem of recycling of by-products from each process and creating new value-added industries.

즉, 슬러지의 고화를 위해서는 본 발명의 고화재 조성 중 Si, Ca, Fe, SO4 2- 성분에 의한 고형화 현상이 중요하며, 냄새 제거를 위해서는 비표면적이 200 m2/g 이상의 원료인 폐촉매 및 산성, 알카리성인 원료인 플라이애쉬가 필요한 역할을 수행한다. 이때, Si, Ca 성분은 고화재 처리시 수분조절 및 분산력, 고화재의 고형화에 주된 역할을 하는 물질이며, 비철제련 공정 부산물, 화력발전 부산물 플라이애쉬, 제지공정의 플라이애쉬 등에 많이 함유되어 있다.That is, the solidification phenomenon by Si, Ca, Fe, SO 4 2- component in the solidification composition of the present invention is important for the solidification of the sludge, waste catalyst having a specific surface area of 200 m 2 / g or more to remove the smell And fly ash, which is an acidic and alkaline raw material, plays a necessary role. At this time, Si, Ca component is a material that plays a major role in the moisture control and dispersing power, solidification of the solidification during the treatment of the solidified fire, it is contained in a non-ferrous smelting process by-products, thermal power by-products fly ash, fly ash of the papermaking process.

본 발명에 따른 슬러지용 기능성 고화재는 하수, 오수, 폐수 축산 등의 슬러지를 처리함에 있어서 고화재의 성능을 유지하면서 악취제어를 할 수 있다. 특히, 상기 기능성 고화재는 비철제련 공정 부산물, 석유정제 공정 부산물, 제지 공정 부산물 또는 화력발전 부산물 등을 구성성분으로 사용함으로써 고화재 가격 상승의 문제를 개선할 수 있을 뿐 아니라, 환경친화적이고 각 공정에서 발생되는 부산물의 자원 재순환 문제를 해결할 수 있다.The sludge functional sludge according to the present invention can control the odor while maintaining the performance of the sludge in the treatment of sludge such as sewage, sewage, wastewater and the like. In particular, the functional solid fire can improve the problem of rising the price of solidified fire by using non-ferrous smelting process by-products, petroleum refining process by-products, paper process by-products or thermal power plant by-products, as well as environmentally friendly and each process This can solve the problem of resource recycling from by-products.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited by these examples.

<실시예 1> 고화재A 제조Example 1 Manufacture of Fire A

초고속 전단 옴니 믹서(일본산 CHIYODA OMH-30NA)를 이용하여 비철제련 공정부산물(코스모화학) 50.0 중량%, 제지애시(대한제지) 15.0 중량% 및 플라이애시(하동화력발전소) 25.0 중량%, 석유정제시설 폐촉매(SK-에너지) 10.0 중량%를 혼합하여 고화재A를 제조하였다. 고화재 제조온도는 20℃에서 3분간 350RPM으로 혼합하였다. 이때, 고화재A 성분을 분석한 결과는 하기 표 2와 같다.Non-ferrous smelting process by-product (Cosmo Chemical) 50.0% by weight, 15.0% by weight of paper ash (Daehan Paper) and 25.0% by weight of fly ash (Hadong Thermal Power Plant), using ultrafast shear omni mixer (CHIYODA OMH-30NA, Japan) Solid Fire A was prepared by mixing 10.0 wt% of facility waste catalyst (SK-energy). Solidified fire temperature was mixed at 350 RPM for 3 minutes at 20 ℃. At this time, the results of analyzing the solidified material A component is shown in Table 2 below.

화학적 조성Chemical composition 구성성분Constituent SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO K2OK 2 O Na2ONa 2 O SO3 SO 3 LOILOI XRF
분석
XRF
analysis
함량(%)content(%) 40.6240.62 21.8021.80 8.728.72 17.3117.31 2.062.06 0.120.12 0.780.78 0.5260.526 7.687.68

<실시예 2> 고화재B 제조Example 2 Manufacture of Fire F

초고속 전단 옴니 믹서(일본산 CHIYODA OMH-30NA)를 이용하여 석유정제 시설 폐촉매(GS칼텍스) 50.0 중량%, 제지애시(대한 제지) 20.0 중량%, 플라이애시(영남화력발전소) 20.0 중량%, 비철제련 공정부산물(동부하이텍) 원료 10.0 중량%를 혼합하여 고화재B를 제조하였다. 고화재 제조온도는 20℃에서 3분간 350RPM으로 혼합하였다. 이때, 고화재B 성분을 분석한 결과는 하기 표 3과 같다.50.0% by weight of waste catalyst (GS Caltex), 20.0% by weight of paper ash (Daehan Paper), 20.0% by weight of fly ash (Yeongnam Thermal Power Plant), using an ultrafast shear omni mixer (CHIYODA OMH-30NA, Japan). Sintering process by-product (Dongbu Hitech) 10.0% by weight of the raw material was mixed to prepare a solid fire B. Solidified fire temperature was mixed at 350 RPM for 3 minutes at 20 ℃. At this time, the results of analyzing the solidified B component is shown in Table 3 below.

화학적 조성Chemical composition 구성성분Constituent SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO K2OK 2 O Na2ONa 2 O SO3 SO 3 LOILOI XRF
분석
XRF
analysis
함량(%)content(%) 46.3946.39 26.7526.75 5.035.03 10.3610.36 1.361.36 0.730.73 0.520.52 0.0250.025 8.458.45

<실험예 1> 슬러지에 고화재A 적용Experimental Example 1 Applying Fire A to Sludge

본 실험에 사용된 슬러지는 제주고화사업소에서 획득한 제주 하수슬러지로써 질소화합물 및 황화합물을 포함하여 22대 악취가 발생되는 샘플이다. 또한, 대조군으로는 기존에 제주 고화사업소에서 적용되고 있는 F사의 고화재를 사용하였다. 제주 하수슬러지 100g에 고화재A 20g을 넣은 후 5분간 교반한 후에 pH, 온도를 측정하고, 5L 테드라백(Tedler bag)에 넣고 밀봉하여 30분간 방치한 후에 검지관, GC-PFPD, HPLC, GC-MSD 로 냄새 경향을 분석하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. The sludge used in this experiment is a Jeju sewage sludge obtained from the Cheju National High School, where 22 odors are generated including nitrogen compounds and sulfur compounds. As a control group, we used the fire alarm of F company, which was previously applied to the Jeju high school. 20 g of solidified fire A was added to 100 g of Jeju sewage sludge, followed by stirring for 5 minutes, and then the pH and temperature were measured. Odor trends were analyzed by -MSD. The results are shown in Table 4 below.

<실험예 2> 슬러지에 고화재B 적용<Experiment 2> Solidified fire B applied to the sludge

실험예 1과 같이 제주 하수슬러지 100g에 고화재B 20g을 넣은 후 5분간 교반한 후에 pH, 온도를 측정하고, 5L 테드라백(Tedler bag)에 넣고 밀봉하여 30분간 방치한 후에 검지관, GC-PFPD, HPLC, GC-MSD 로 냄새 경향을 분석하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. As in Experiment 1, 20 g of solidified fire B was added to 100 g of Jeju sewage sludge, followed by stirring for 5 minutes, and then the pH and temperature were measured. Odor trends were analyzed by PFPD, HPLC and GC-MSD. The results are shown in Table 4 below.

분석내용Analysis contents 기존 고화재
(대조군)
Existing fire fighting
(Control group)
고화재 A 적용Apply Fire A 고화재 B 적용Apply Fire B
냄새 성분
(ppm)
Odor component
(ppm)
암모니아ammonia 12001200 600600 300300
황화수소Hydrogen sulfide 1.0691.069 0.9130.913 0.4120.412 메틸메르캅탄Methyl mercaptan 0.4110.411 0.3210.321 0.2530.253 DMSDMS 0.2010.201 0.1190.119 0.1130.113 DMDSDMDS 0.7590.759 0.5510.551 0.4490.449 아세트알데히드Acetaldehyde 0.5190.519 0.0450.045 0.0430.043 프로피온알데히드Propionaldehyde 0.0180.018 N.DN.D. N.DN.D. 부틸 알데히드Butylaldehyde 0.0040.004 N.DN.D. N.DN.D. 발레르 알데히드Valeraldehyde 0.0060.006 N.DN.D. N.DN.D. I-발레르 알데히드I-valeraldehyde 0.0010.001 N.DN.D. N.DN.D. 스타이렌Styrene 0.0010.001 N.DN.D. N.DN.D. 트리메틸아민Trimethylamine 55 0.50.5 0.10.1 톨루엔toluene 0.0020.002 N.DN.D. N.DN.D. 자일렌Xylene N.DN.D. N.DN.D. N.DN.D. 메틸에틸케톤Methyl ethyl ketone N.DN.D. N.DN.D. N.DN.D. 메틸아이소뷰틸케톤Methyl isobutyl ketone 0.0030.003 N.DN.D. N.DN.D. 뷰티르아세테이트Butylacetate 0.0060.006 0.0020.002 0.0030.003 프로피온산Propionic acid 0.0090.009 N.DN.D. N.DN.D. 뷰티르산Butyrate 0.0100.010 0.0010.001 N.DN.D. 발레르산Valeric acid 0.0010.001 N.DN.D. N.DN.D. I-발레르산I-valeric acid 0.0030.003 N.DN.D. N.DN.D. I-뷰틸알코올I-butyl alcohol 0.0090.009 0.0010.001 0.0020.002 물성Properties pH(고화물)pH (high load) 1010 99 8.78.7 함수율(고화물,%)Moisture content (high cargo,%) 42.542.5 36.536.5 34.834.8

상기 표 4와 같이, 슬러지에서 다양한 VOCs와 알데히드, 황화합물, 암모니아가 발생되는 것을 확인하였으며, 기존 제주 고화사업소에 적용중인 F사 제품과 비교하여 본 발명에 따른 고화재A 및 고화재B를 각각 적용하였을 경우 암모니아 발생량이 현저히 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 고화재 적용시의 물성 분석을 통해 F사 고화재 적용시에는 뭉침 현상이 발생하여 분산성이 떨어지는 반면, 본 발명에 따른 고화재A 및 고화재B 적용시 뭉침 현상이 발생되지 않아서 F사 제품보다 분산력이 보다 좋은 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 4, it was confirmed that a variety of VOCs, aldehydes, sulfur compounds, ammonia is generated in the sludge, and apply the solidified fire A and solidified fire B according to the present invention in comparison with the product of the company F applied to the existing Jeju solidification office When it was confirmed that the amount of ammonia is significantly reduced. In addition, the F company through the physical property analysis when applying the solidified material, when the solidified fire occurs when the aggregation phenomenon is inferior in dispersibility, while the application of solidified fire A and solidified B according to the present invention does not occur agglomerated phenomenon It was confirmed that the dispersibility is better than the product.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment, this invention is not limited by this and it will be described below by the person of ordinary skill in the art, and the following. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

Claims (9)

산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재에 있어서,
비철제련 공정 부산물 10 ~ 60 중량%, 석유정제 공정 부산물 10 ~ 60 중량%, 제지공정 부산물 10 ~ 30 중량% 및 화력 발전소 또는 폐기물 소각 부산물 10 ~ 30 중량%를 포함하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.
In the functional solidified material for sludge using industrial by-products,
For sludge using industrial by-products, including 10 to 60% by weight of non-ferrous metallurgical process by-products, 10 to 60% by weight of petroleum refining process by-products, 10 to 30% by weight of papermaking process by-products and 10 to 30% by weight of thermal power plants or waste incineration by-products Functional solid fire.
청구항 1에 있어서, 상기 비철제련 공정 부산물은 비철제련 공정에서 발생하는 폐황산을 중화제로 처리하여 얻어진 폐석고계 부산물인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.The functional solidified material for sludge using industrial by-products according to claim 1, wherein the non-ferrous smelting process by-product is waste petroleum-based by-product obtained by treating waste sulfuric acid generated in the non-ferrous smelting process with a neutralizing agent. 청구항 2에 있어서, 상기 폐석고계 부산물은 2 ~ 100 ㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재. The functional solidified material for sludge using industrial by-products according to claim 2, wherein the waste gypsum-based by-product has an average particle diameter of 2 to 100 µm. 청구항 1에 있어서, 상기 석유정제 공정 부산물은 유동층 촉매접촉 분해 공정에서 사용된 폐촉매인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.The functional solidified material for sludge using industrial by-products according to claim 1, wherein the petroleum refining process by-product is a waste catalyst used in a fluidized bed catalytic catalytic cracking process. 청구항 4에 있어서, 상기 폐촉매는 실리카-알루미나에 제올라이트를 담지시킨 구형 촉매인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.The functional solidifying material for sludge using industrial by-products according to claim 4, wherein the waste catalyst is a spherical catalyst in which zeolite is supported on silica-alumina. 청구항 1에 있어서, 상기 제지공정 부산물은 제지슬러지의 소각 후 발생되는 플라이애쉬인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.The functional solidifying material for sludge using industrial by-products according to claim 1, wherein the by-product process is fly ash generated after incineration of paper sludge. 청구항 1에 있어서, 상기 화력 발전소 부산물은 석탄, 목탄 또는 석유 중에서 선택된 원료를 이용한 화력 발전공정 시 소각 후 발생하는 플라이애쉬인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.The functional solidified material for sludge using industrial by-products according to claim 1, wherein the thermal power plant by-product is a fly ash generated after incineration in a thermal power generation process using a raw material selected from coal, charcoal, or petroleum. 청구항 1에 있어서, 상기 폐기물 소각 부산물은 산업폐기물의 소각 후 발생하는 플라이애쉬인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.The functional solidified material for sludge using industrial by-products according to claim 1, wherein the waste incineration by-product is a fly ash generated after incineration of industrial waste. 청구항 1에 있어서, 상기 슬러지는 하수, 오수, 폐수, 축산분뇨 또는 음식물 슬러지인 것을 특징으로 하는, 산업부산물을 이용한 슬러지용 기능성 고화재.
The sludge as claimed in claim 1, wherein the sludge is sewage, sewage, wastewater, livestock manure or food sludge.
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