KR101303965B1 - 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템 - Google Patents

알루미늄계 슬러지 자원화 시스템 Download PDF

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KR101303965B1 KR1020120157103A KR20120157103A KR101303965B1 KR 101303965 B1 KR101303965 B1 KR 101303965B1 KR 1020120157103 A KR1020120157103 A KR 1020120157103A KR 20120157103 A KR20120157103 A KR 20120157103A KR 101303965 B1 KR101303965 B1 KR 101303965B1
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김민길
한승철
최돈혁
김우구
이윤규
조재범
이병진
연경호
이기형
김상중
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신평산업(주)
태성건설 주식회사
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Abstract

본 발명은 총인 처리시설에서 발생되는 총인슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템에 관한 것으로, 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출하고, 정형화된 설비를 통해 알루미늄계 슬러지(예컨대 총인슬러지 및 상수오니 등)의 공급에서부터 흡착제의 제조라인을 자동화(일부는 수동도 가능)로 제조하여 양질의 흡착제를 다량으로 생산함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템은, 산의 첨가를 통해 알루미늄과 규사가 용출된 알루미늄계 슬러지(예컨대 총인슬러지 및 상수오니 등)와 인산의 수열합성반응을 유도하여 제올라이트 반응물(알포계 및 사포계 제올라이트 및 무정형상태의 베르사이트와 실리카겔의 반응물)을 생성하는 반응부(100)와; 상기 반응부에서 반응된 반응물을 탈수하는 탈수기(200)와; 상기 탈수기에서 탈수된 반응물을 건조하여 흡착제를 성형하는 건조기(300)와; 상기 건조기를 통해 건조된 흡착제를 분말로 분쇄하여 분말형 흡착제를 제조하는 분쇄기(400)와; 상기 건조를 통해 건조된 흡착제 또는 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 분말형 흡착제를 입상형으로 제조하는 펠렛기(500)로 구성된다.

Description

알루미늄계 슬러지 자원화 시스템{Aluminium-basged sludge recycling system}
본 발명은 알루미늄계 슬러지(대표적 ; 정수슬러지(상수오니), 총인슬러지 등)를 이용한 흡착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지와 재활용 혹은 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있으며, 정형화된 설비를 통해 알루미늄계 슬러지(예컨대 정수슬러지(상수오니), 총인슬러지 등)의 공급에서부터 흡착제의 제조라인을 자동화(일부는 수동도 가능)로 제조하여 양질의 흡착제를 다량으로 생산할 수 있는 총인 처리시설에서 발생되는 총인슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템에 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 등 의 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 점막 조직에 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.
또한 산업단지내의 악취로 인한 주변지역의 민원발생으로 인해 간접적인 경제적 손실이 상승되는 문제점이 있다. 이에 활성탄, 세정, 바이오필터 등 여러 방법으로 대기 악취를 줄이기 위해 노력을 하고 있지만 경제적인 부담, 기술의 난해성 등으로 인해 발생근원지에서 이를 운전하고 운영하는데 많은 문제점을 내포하고 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, 폐수처리장에 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.
종래에는 자동화 설비에 의한 흡착제 제조시설이 없고, 알루미늄계 슬러지 등을 약품과 혼합하여 반응온도를 조성할 수 있는 정도일 뿐이다.
공개특허 제10-2012-0097278호 등록특허 제10-0702602호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지 및 먹는물 처리과정에서 발생되 정수슬러지(상수오니)를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있으며, 정형화된 설비를 통해 총인 슬러지의 공급에서부터 흡착제의 제조라인을 자동화(일부는 수동도 가능)로 제조하여 양질의 흡착제를 다량으로 생산할 수 있는 총인 처리시설에서 발생되는 총인슬러지 및 먹는물 처리과정에서 발생되 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인슬러지 및 먹는물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템은, 산의 첨가를 통해 알루미늄과 규사가 용출된 알루미늄계 슬러지와 인산의 수열합성반응을 유도하여 제올라이트 반응물(알포계 및 사포계 제올라이트 및 무정형상태의 베르사이트와 실리카겔의 반응물)을 생성하는 반응부와; 상기 반응부에서 반응된 반응물을 탈수하는 탈수기와; 상기 탈수기에서 탈수된 반응물을 건조하여 흡착제를 성형하는 건조기와; 상기 건조기를 통해 건조된 흡착제를 분말로 분쇄하여 분말형 흡착제를 제조하는 분쇄기와; 상기 건조를 통해 건조된 흡착제 또는 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 분말형 흡착제를 입상형으로 제조하는 펠렛기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인슬러지 및 먹는물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템에 의하면, 4대 강 등을 오염시키는 총인을 정화하며 정화 후 총인 처리시설에서 발생되는 슬러지(무기성 슬러지로서 퇴비화, 탄화, 건조 후 연료화 등의 방법으로 처리가 곤란하므로 매립됨) 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니) 등의 알루미늄계 슬러지를 재활용함으로써 슬러지 처리에 따른 2차 오염을 막고 폐기물의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있고, 특히 정형화된 설비를 통해 양질이면서 균일한 품질의 흡착제를 제조할 수 있고 그 생산량 또한 극대화할 수 있으므로 저렴한 흡착제를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템의 측면도.
도 3은 본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템의 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템에 적용된 수열반응탱크의 구성도.
도 5와 도 6은 본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템에 적용된 탈수기의 사시도와 정면도.
도 1 내지 도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니) 등의 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템은, 알루미늄계 슬러지와 인산(인산, 인산화합물을 총칭하며, 인산과 인산화합물 중 하나 이상을 말함)의 반응을 유도하는 반응부(100), 반응부(100)에서 반응된 반응물을 탈수하는 탈수기(200), 탈수기(200)에서 탈수된 반응물을 건조하는 건조기(300), 건조기(300)를 통해 건조된 흡착제를 분쇄하는 분쇄기(400), 건조기를 통해 건조된 흡착제 또는 분쇄기(400)를 통해 분쇄된 분말형 흡착제를 입상형으로 제조하는 펠렛기(500)로 구성된다.
반응부(100)는 수열반응탱크(110), 알루미늄계 슬러지 공급부(120), 공정수 공급부(130), 산성약품 공급부(140), 인산 공급부(150), 교반기(160), 히팅 재킷(170)로 구성된다. 또한 조건에 따라 공급배관 등이 연결되어 호기조건을 유지하며 반응유도를 원활하게 하기 위해 송풍기를 통해 공기를 공급할 수도 있다. 또한 동절기 대비 열손실을 최소로 하기 위해 수열반응탱크(110) 표면을 보온장치를 덮을 수도 있다.
도 4에서 보이는 바와 같이, 수열반응탱크(110)는 내부에 공간이 구비된 통 구조이며, 슬러지 투입부(111)와 공정수 유입포트(112)와 약품 유입포트(113)와 인산 유입포트[인산은 공정수 유입포트(112)와 별개의 인산 유입포트를 통해 공급될 수 있고 또는 공정수 유입포트(112)를 통해 유입될 수 있다] 및 배출부(114)가 구비되며, 알루미늄계 슬러지와 공정수 및 산성약품(황산 등)이 혼합되는 공간을 제공하여 알루미늄과 규사가 용출된 알루미늄계 슬러지를 제조하도록 하고, 알루미늄과 규사가 용출된 알루미늄계 슬러지와 인산이 혼합되는 공간을 제공한다.
수열반응탱크(110)는 반응 조건의 유지를 위하여 전술한 슬러지 투입부(111)와 포트(112,113)와 배출부(114)가 각각 밸브 등을 통해 밀폐된다.
수열반응탱크(110)의 배출부(114)는 배출관(115)과 연결되어 반응이 완료된 반응물을 다음 공정으로 이송한다. 배출관(115)은 밸브(116)를 통해 개도가 조정되며 밸브(116)는 수동 및 자동으로 작동된다. 수열반응탱크(110)는 내부의 청소나 보수 등을 위한 맨홀이 갖추어질 수 있다.
수열반응탱크(110)는 내부에 저장된 재료의 양을 측정하는 하중센서, 온도를 측정하는 온도센서 등 각종 센서가 갖추어진다.
알루미늄계 슬러지 공급부(120)는 하나 이상의 이송수단[예컨대 2단의 컨베이어 벨트(121,122) 및 스크류 컨베이어]으로 구성된다. 이송수단(121,122)은 수동 및 자동 제어를 통해 속도가 조정되어 알루미늄계 슬러지의 이송량을 조정할 수 있다. 이송수단(122)은 알루미늄계 슬러지의 낙하시 알루미늄계 슬러지가 비산되지 않고 외부 이물질이 수열반응탱크(110)에 침투하지 못하도록 폐쇄형 슈트(123)(도 2에 도시됨)를 통해 연결될 수 있다.
수열반응탱크(110)의 내부에는 반응효율을 높이기 위하여 에어컴프레서를 통해 공급받아 에어를 분사하는 산기관(117)이 적용될 수 있다.
공정수 공급부(130)는 공정수를 수열반응탱크(110)에 공급하기 위한 공급포트가 구비됨과 아울러, 공정수의 보충 및 세척 등을 위한 주입포트와 드레인포트가 구성되는 공정수 탱크(131), 공정수 탱크(131)와 수열반응탱크(110)를 연결하는 공정수 공급관(132), 공정수 탱크(131)에 저장된 공정수를 수열반응탱크(110)에 공급하는 공정수 펌프(133)로 구성된다. 아울러, 공정수의 공급량을 확인하기 위한 유량계, 공정수 공급관(132)의 공급을 제어하는 공정수 밸브 등이 갖추어진다. 공정수 밸브는 수동 및/또는 자동으로 조작되고, 자동의 경우 상기 유량계와 공정수 밸브는 컨트롤러의 제어를 받는다.
산성약품 공급부(140)는 산성약품(황산 등)을 수열반응탱크(110)에 공급하기 위한 공급포트가 구비됨과 아울러, 산성약품의 보충 및 세척 등을 위한 주입포트와 드레인포트가 구성되는 산성약품 탱크(141), 산성약품 탱크(141)와 수열반응탱크(110)를 연결하는 산성약품 공급관(142), 산성약품 탱크(141)에 저장된 산성약품을 수열반응탱크(110)에 공급하는 산성약품 펌프(143)로 구성된다. 아울러, 공정수의 공급량을 확인하기 위한 유량계, 산성약품 공급관(142)의 공급을 제어하는 산성약품 밸브 등이 갖추어진다. 산성약품 밸브는 수동 및/또는 자동으로 조작되고, 자동의 경우 상기 유량계와 공정수 밸브는 컨트롤러의 제어를 받는다. 산성약품 공급부(140)는 이에 한정되지 아니하고 관리자가 직접 산성약품을 수열반응탱크(110)에 주입하는 것으로도 가능하다.
인산 공급부(150)는 인산(인산과 인산화합물 중 하나 이상)을 수열반응탱크(110)에 공급하기 위한 공급포트가 구비됨과 아울러, 인산의 보충 및 세척 등을 위한 주입포트와 드레인포트가 구성되는 인산 탱크(151), 인산 탱크(151)와 수열반응탱크(110)를 연결하는 인산 공급관(152), 인산 탱크(151)에 저장된 인산을 수열반응탱크(110)에 공급하는 인산 펌프(153)로 구성된다. 아울러, 인산의 공급량을 확인하기 위한 유량계, 인산 공급관(152)의 공급을 제어하는 인산 밸브 등이 갖추어진다. 인산 밸브는 수동 및/또는 자동으로 조작되고, 자동의 경우 상기 유량계와 인산 밸브는 컨트롤러의 제어를 받는다.
공정수와 인산이 하나의 포트를 통해 수열반응탱크(110)에 공급되는 경우 공정수 공급관(132)과 인산 공급관(152)은 각각 밸브를 통해 개폐되고, 또는 2개의 유입포트와 하나의 토출포트를 갖는 연결구를 통해 수열반응탱크(110)에 연결될 수 있다.
교반기(160)는 모터(161), 수열반응탱크(110)의 내부에 설치되며 모터(161)에 의해 회전력을 전달받아 회전하면서 수열반응탱크(110)에 저장된 재료들을 균일하게 교반하는 교반봉(162)으로 구성된다. 교반기(160)는 알루미늄계 슬러지와 공정수와 산성약품의 혼합 및 교반시 사용되고 또한 가공된 알루미늄계 슬러지(알루미늄과 규사가 용출된 총인 슬러지를 말함)와 인산의 수열합성반응시에도 사용될 수 있다. 교반봉(162)은 균일한 교반을 위하여 회전 속도가 결정되며 예를 들어 100∼150rpm일 수 있다.
히터(170)는 수열반응탱크(110) 내부를 가열하여 총인 슬러지의 가공 조건(55~65℃)으로 조성하고, 수열합성반응의 조건(100~120℃)으로 조성하는 것으로, 예를 들어 수열반응탱크(110)의 외부를 감싸며 전원을 인가받아 발열하는 히팅 재킷일 수 있다.
히터(170)는 수열반응탱크(110)의 온도를 측정하는 온도센서의 측정값을 근거로 하여 컨트롤러에 의해 제어된다.
반응부(100)는 수열반응탱크(110)에서 반응이 완료된 반응물을 바로 탈수기(200)에 공급할 수도 있고, 별도의 교반탱크(180)를 구성하여 교반탱크(180)에서 수열반응탱크(110)에서 반응된 반응물을 교반하면서 안정화할 수도 있다.
이와 같은 구성의 반응부(100)는 컨트롤러의 제어를 통해 알루미늄계 슬러지의 공급에서부터 반응까지 자동으로 이루어질 수 있고, 단, 하나의 수열반응탱크(110)를 통해 알루미늄계 슬러지를 가공하는 작업과 수열합성반응을 유도하는 작업 즉 2개의 작업을 수행하여야 하므로 상기 2개의 작업의 전환은 작업자의 수작업에 의해 이루어질 수 있고, 물론, 2개의 작업이 자동으로 전환되도록 제어될 수도 있다.
탈수기(200)는 수열반응탱크(110) 또는 교반탱크(180)로부터 반응물을 공급받아수분을 탈수하는 것이며, 도 5와 도 6에서 보이는 것처럼, 다수의 지지대(210), 지지대(210)의 폭방향 양측에 각각 배치되는 한 쌍의 슬라이드 바(220), 슬라이드 바(220)의 일측에 슬라이드 바(220)를 가로지르는 방향으로 배치되는 헤드 플레이트(230), 헤드 플레이트(230)의 반대쪽에 배치되는 보강 플레이트(240), 슬라이드 바(230)와 헤드 플레이트(230)와 보강 플레이트(240) 사이의 공간에 배치되는 무빙 플레이트(250)로 구성된다. 도면에 도시된 탈수기(200)는 공지의 제품이며, 본 발명에서는 도시된 탈수기(200)로 한정되지 않고 공지의 모든 탈수기가 사용 가능하다.
아울러, 탈수기(200)를 통해 탈수된 물을 보관하기 위하여 탈수기(200)는 탈수여액탱크(260)(도 1에 도시됨)와 연결된다. 탈수여액탱크(260)에 저장된 탈수여액은 이송펌프를 통해 반응부에 리사이클 된다.
반응물은 이송펌프(270)를 통해 탈수기(200)에 공급된다. 이송펌프(2700는 에어 컴프레서를 통해 작동되어 필터프레스로 반응물을 이송한다.
반응물을 탈수과정 없이 건조할 수도 있지만, 반응물의 함수율에 따라 높은 열원을 필요로 하여 건조기의 용량이 커지거나 많은 비용이 소요될 수 있으므로 탈수기(200)를 거친 후 건조하는 것이 바람직하다.
건조기(300)는 탈수기(200)를 통해 탈수된 반응물을 건조하는 것으로, 예를 들어, 전원을 인가받아 발열하는 전기 히터, 보일러 등이 사용 가능하다.
건조기(300)를 통해 반응물이 건조됨으로써 흡착제가 제조된다. 단, 분쇄를 거치지 않았기 때문에 입도가 균일하지는 않다.
분쇄기(400)는 건조기(300)를 통해 건조된 흡착제를 분쇄하는 것이며, 공지의 모든 분쇄기가 사용 가능하고, 제품에 따라 다양한 입도의 흡착제를 제조한다.
분쇄기(400)를 거쳐 분말형 흡착제가 제조되며, 분말형 흡착제는 펠렛기(500)(공지의 펠렛기)를 통해 입상형으로 제조된다.
본 발명에 의한 총인 처리시설에서 발생되는 총인 슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)를 이용한 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템의 작동은 다음과 같다.
총인시설에서 발생되는 총인슬러지 및 먹는 물 처리과정에서 발생되는 정수슬러지(상수오니)는 흡착제의 기능을 향상시키는 알루미늄(Al)과 규사(Si)가 포함되어 있으며, 알루미늄계 슬러지 공급부(120)의 이송수단(121,122)을 통해 수열반응탱크(110)에 투입된다. 이때, 계량기 내지 하중센서[이송수단(121,122)에 설치 또는 수열반응탱크(110)에 설치]를 통해 수열반응탱크(110)에 투입되는 알루미늄계 슬러지의 양을 계량하고, 일정량 또는 정해진 양의 알루미늄계 슬러지가 투입되면 알루미늄계 슬러지의 투입을 중지한다.
알루미늄계 슬러지로부터 알루미늄과 규사를 용출하기 위하여 알루미늄계 슬러지를 수열반응탱크(110)에 투입한 후(알루미늄계 슬러지의 투입 전과 주입 중에도 가능함) 산성약품[pH 조절제(황산으로 재생 황산 또는 공업용 황산, 염산, 질산 등 강산, 약산 종류]의 주입을 선택하면 산성약품 펌프(143)의 펌핑에 의해 산성약품 탱크(141)에 저장된 산성약품이 산성약품 공급관(142)을 통해 수열반응탱크(110)에 투입된다. 이 과정 중에 산성약품의 투입량을 계량하여 일정량의 산성약품이 투입되면 산성약품의 투입을 중지한다.
또한 공정수 공급수단(130)의 공정수 펌프(133)의 펌핑에 의해 공정수 탱크(131)에 저장된 공정수가 공정수 공급관(132)을 통해 수열반응탱크(110)에 공급된다. 공정수도 계량을 통해 일정량(물은 알루미늄계 슬러지 100중량부에 대하여 50~100중량부)이 투입된다.
알루미늄계 슬러지, 산성약품, 공정수의 투입은 전술한 것에 한정되지 않고 다양한 순서가 가능하며 2개 이상을 동시에 투입할 수도 있다.
알루미늄계 슬러지, 산성약품, 공정수의 투입이 완료되면 수열반응탱크(110)를 밀폐하고 히터(170)를 통해 수열반응탱크(110) 내부를 반응 온도(60℃ 정도)로 상승시킨다. 아울러, 교반기(160)를 가동하여 수열반응탱크(110)에 저장된 알루미늄계 슬러지와 공정수와 산성약품을 교반하며, 모터(161)의 구동을 개시하되 교반봉(162)의 회전속도를 셋팅(예를 들어 100∼150rpm)하면 교반봉(162)이 모터(161)를 구동원으로 하여 회전하면서 알루미늄계 슬러지와 공정수와 산성약품을 교반한다. 이와 같은 교반을 통해 알루미늄계 슬러지의 pH가 2-3으로 조절됨으로써 알루미늄과 규사가 용출된다.
이어서, 흡착제의 제조를 위하여 인산을 수열반응탱크(110)에 공급한다.
인산의 공급을 선택(또는 자동 제어)하면 인산 펌프(153)가 가동하여 인산 탱크(151)에 저장된 인산이 인산 공급관(152)을 통해 수열반응탱크(110)에 공급된다.
인산은 슬러지 100중량부에 대하여 1~5중량부, 바람직하게 3중량부가 혼합되며, 계량기를 통해 일정량의 인산이 공급되면 인산의 공급을 정지한다.
히터(170)를 통해 수열반응탱크(110)를 수열합성반응의 조건(100~150℃)으로 셋팅한다.
상기 조건에서 교반봉(162)을 구동하여 교반하는 과정에서 슬러지와 인산의 수열합성 반응에 의해 알포계 및 사포계 제올라이트 및 무정형상태의 베르사이트와 실리카겔 등의 흡착제 기능을 향상시키는 벌집형의 제올라이트 반응물이 생성된다.
또한, 수열반응탱크(110)의 산기관(117)을 통해 수열반응탱크(110) 내부에 공기를 넣어줌으로써 덩어리인 슬러지를 점토질로 만들어 수열합성의 시간 및 반응상태를 향상시킨다. 또한 공기주입은 알루미늄계 슬러지 전처리공정에서 진행하여도 무방하다.
상기 반응 공정을 거친 반응물(벌집형의 제올라이트 반응물)은 함수율이 약 85~90%를 유지하고 있고, 수분은 탈취효능 등을 저하시킬 수 있으므로 탈수기(200)를 통해 반응물의 함수율을 조절한다.
수열반응탱크(110)에서 반응된 반응물은 교반탱크(180)가 적용된 경우 교반탱크(180)에 저장된 후 피드펌프(270)를 통해 탈수기(200)에 공급된다. 탈수기(200)는 자체 구성을 통해 반응물을 탈수하여 반응물의 함수율을 50~60%로 조절한다.
탈수기(200)를 거쳐 탈수된 반응물은 건조기(300)에 이송되고 탈수여액은 탈수여액 탱크(260)에 이송된다.
건조기(300)는 탈수된 반응물에 열(110~140℃)을 가하여 건조하여 반응물의 함수율을 10% 미만으로 하여 분말형 흡착제를 제조하고 또한 입상형 흡착제를 제조하기 위해 함수율을 20~40%로 조정한다. 함수율이 20% 미만인 경우는 하기할 흡착제로의 모양 성형시 깨지고 성형을 하는데 등의 문제점이 있을 수 있으며, 40%를 초과하는 경우는 높은 함수율로 모양 성형이 어려운 문제점이 있을 수 있기 때문이다.
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 과정을 거친 반응물은 입도가 불규칙하고 덩어리 형태일 수도 있으며, 균일한 입도의 분말형 흡착제의 제조를 위하여 건조기(300)를 거친 반응물은 분쇄기(400)에 공급된다.
분쇄기(400)는 건조기(300)로부터 공급되는 반응물을 균일한 입도로 분쇄하여 분말형 흡착제를 제조한다.
분말형 흡착제는 별도의 가공없이 그대로 사용될 수도 있고, 관리자의 선택에 따라 펠렛기(500)에 공급되어 입상형으로 가공될 수 있다.
펠렛기(500)는 분말을 입상형으로 제조하는 공지의 펠렛기에 고형제를 혼합할 수 있도록 구성[관리자의 수작업 또는 고형제 공급기(고형제 탱크, 고형제 펌프, 고형제 공급관)로 구성]되며, 분말형 흡착제 100중량부에 대하여 고형제 0.1~10중량부를 혼합 및 반죽하여 반죽물을 제조한다.
또는 흡착제 분말과 고형제를 펠렛기(500)에 투입하기 전에 먼저 반죽한 후 펠렛기(500)에 투입하여 펠렛이나 환(丸)형태로 모양을 성형한다. 본 발명에서 펠렛기라 함은 예를 들어 프레스 방식의 압출기, 스크류 등을 의미하며 상기한 반죽된 흡착제 재료에 압력을 가하여 토출해 줄 수 있는 장치 또는 수단을 의미한다. 본 발명에서 펠렛의 크기는 다양하게 할 수 있으며 바람직하게는 직경 4~5mm, 길이 4~5mm로 하는 것이 탈취능의 효율을 최대로 할 수 있다. 또한 환형의 크기도 직경이 4~10mm로 하는 것이 좋다.
본 발명은 이렇게 성형된 펠렛이나 환 형태의 흡착제를 건조기(300)(전단계에서 사용한 건조기 또는 다른 건조기)에서 건조한다. 건조기에서 건조하는 경우 펠렛이나 환형 흡착제의 파괴 등을 방지하기 위하여 90~120℃의 온도에서 건조하는 것이 바람직하며 함수율이 3% 미만으로 건조하는 것이 좋다(즉 상기 온도에서 상기 함수율을 만족하도록 건조하는 것이므로 건조 시간의 수치로 기재하지 않는다).
고형제는 천연 고분자 물질 또는 합성 고분자 물질 중 어느 하나가 사용되며, 상기 천연 고분자 물질은 전분과 셀룰로우즈(cellulose)와 한천과 알긴산(alginate)과 고무와 겔라틴(gelatin)과 아교와 단백질 중 어느 하나이고, 상기 합성 고분자 물질은 폴리에스테르와 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 폴리스틸렌이 단독 또는 합성된 고분자 수지 중 어느 하나이다.
상기한 합성 고분자 물질 수지는 고온의 열에 약한 특성이 있을 수 있어 대기오염방지시설인 흡착제에 유입되는 고온의 배기가스로 인하여 흡착제의 강도와 성능이 저하될 우려가 있다.
따라서, 본 발명에서는 고형제로서 전분을 사용하는 것이 바람직하다.
전분은 생산단가를 낮출 뿐만 아니라 본 발명의 최종물인 흡착제의 강도와 흡착제의 기공면적을 상승시키는 작용을 할 뿐만 아니라 내산성 및 내염기성에도 매우 강한 특성을 보인다.

Claims (4)

  1. 산의 첨가를 통해 알루미늄과 규사가 용출된 총인 슬러지와 상수 오니를 포함하는 알루미늄계 슬러지와 인산의 수열합성반응을 유도하여 제올라이트 반응물(알포계 및 사포계 제올라이트 및 무정형상태의 베르사이트와 실리카겔의 반응물)을 생성하는 반응부(100)와;
    상기 반응부에서 반응된 반응물을 탈수하는 탈수기(200)와;
    상기 탈수기에서 탈수된 반응물을 건조하여 흡착제를 성형하는 건조기(300)와;
    상기 건조기를 통해 건조된 흡착제를 분말로 분쇄하여 분말형 흡착제를 제조하는 분쇄기(400)와;
    상기 건조를 통해 건조된 흡착제 또는 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 분말형 흡착제를 입상형으로 제조하는 펠렛기(500)를 포함하고,
    상기 반응부는, 슬러지 투입부와 공정수 유입포트와 약품 유입포트와 인산 유입포트 및 배출부가 구비된 수열반응탱크(110),
    상기 수열반응탱크의 상기 공정수 유입포트와 약품 유입포트에 각각 연결되며 상기 알루미늄계 슬러지의 가공을 위하여 공정수와 산성약품을 각각 상기 수열반응탱크에 공급하는 공정수 공급부(130)와 산성약품 공급부(140),
    상기 수열반응탱크의 인산 유입포트와 연결되며 상기 수열반응탱크에 인산을 공급하는 인산 공급부(150),
    상기 수열반응탱크 내부에 담긴 알루미늄계 슬러지, 공정수, 산성약품, 인산을 교반하는 교반기(160),
    상기 수열반응탱크 내부를 가열하여 상기 알루미늄계 슬러지, 공정수, 산성약품의 혼합에 의해 상기 알루미늄계 슬러지로부터 알루미늄과 규사가 용출되는 조건을 조성하고 알루미늄과 규사가 용출된 알루미늄계 슬러지와 상기 인산의 수열합성반응을 유도하는 조건을 조성하는 히터(170),
    상기 공정수 공급부와 약품 공급부와 인산 공급부 중 하나 이상으로부터 상기 수열반응탱크에 공급되는 공정수와 산성약품과 인산 중 하나 이상을 계량 및 일정량의 공정수와 산성약품과 인산 중 하나 이상이 공급되도록 상기 공정수 공급부와 약품 공급부와 인산 공급부 중 하나 이상을 제어하고 아울러 상기 교반기와 히터를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 수열반응탱크에서 반응된 흡착제를 교반하는 교반탱크(180)가 포함되는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 수열반응탱크 내부에 공기를 분사하는 산기관(117)을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬러지 자원화 시스템.
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