KR101366971B1 - 제지 슬러지를 이용한 고화제, 그 제조방법 및 이를 포함하는 고화물 - Google Patents

Abstract

제지슬러지를 이용한 고화제로서, 제지슬러지 70-87중량%; 산용액이 담지된 다공성 담체 10 내지 25 중량%; 및 소석고 3 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고화제가 제공된다.
본 발명에 따른 고화제는 황산과 같은 산성 용액이 담지된 다공성 물질인 알루미나와, 제지 슬러지를 함께 포함한다. 특히 본 발명에서는 이러한 알루미나 표면으로부터 담지된 산성용액은, 고화제로부터 발생하는 강염기 물질을 중화하며, 아울러 하수슬러지로부터 발생하는 암모니아 등의 악취 물질을 중화시킨다. 특히 본 발명에 따른 고화제는 황산과 같은 산용액을 담지하는 다공성 담체를 사용하여 지속적인 산용액의 배출을 유도하며, 더 나악 고화를 촉진하는 물질로서, 상기 산용액과 동일한 종류의 음이온과 칼슘이 결합된 물질을 상기 다공성 담체와 함께 사용한다. 이로써 하수슬러지와 혼합된 다공성 담체 함유 고화제는 물과의 반응에 따라 SO4-2와 같은 음이온 기능지를 방출시키며, 상기 음이온 기능기는 암모니아와 같은 악취 물질을 포획하여, 악취를 저감시킨다.

Description

제지 슬러지를 이용한 고화제, 그 제조방법 및 이를 포함하는 고화물{Solidifying agent using pulp sludge, manufacturing method for the same, solidified material containing the same}

본 발명은 제지 슬러지를 이용한 고화제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CaO 대신 산성용액이 담지된 다공성 물질과 제지 슬러지를 혼합시킴으로써 물과 고화물의 접촉에 따라 발생하는 강염기 물질을 중화시킬 수 있으며, 더 나아가 하수 슬러지로부터 발생하는 암모니아를 서방성으로 중화시킬 수 있는 새로운 제지 슬러지를 이용한 슬러지 고화제, 그 제조방법 및 이를 포함하는 고화물에 관한 것이다.

근래에 유기성 슬러지가 대량 발생되는 바, 예를 들어 하수슬러지는 하수종말처리장에서 생활하수를 정화하고 남는 미생물 등의 사체로 이루어진 유기성 슬러지로서 탈수기에 의한 탈수처리 후에도 함수율이 약 80~90%에 달하는 대표적인 고함수 물질로서, 종래에는 해양투기, 매립 등의 방법으로 처리되어 왔다.

일례로 현재 하루에 약 8,000t 이상 배출되고 있는 생활하수 슬러지는 2003년 7월부터 일반 쓰레기 매립장 처리가 금지되었고, 가장 처리하기가 용이했던 해양투기마저 런던 협약에 의해 2011년 말까지만 제한적으로 허용되고 있다.

현재 수도권 매립지를 비롯한 대구, 부산, 제주 등에서 하수슬러지를 고화처리하여 일일 및 중간 복토재로 사용할 수 있는 인공토양을 제조하는 처리시설을 가동하고 있으며, 이와 관련하여 수분이 많은 슬러지의 고화처리가 이루어지고 있으나, 설비 가동성, 인공토양의 품질 등의 측면에서 우수한 고화제의 개발이 시급히 필요한 실정이다.

종래의 하수슬러지 고화제의 연구는 생석회, 시멘트 등의 강알칼리성 재료를 주로 사용함에 따라 설비에 고착되는 등 설비가동성의 문제, 악취 발생 및 재슬러리화 등 품질의 문제점을 야기하였으며, 이를 해결하기 위한 기술로, 산화칼슘을 이용하는 한국 공개특허 10-2013-0033532가 개시되어 있다. 하지만, 이 경우에도 하수 슬러지로부터의 발생하는 암모니아에 의한 악취와, 물과의 접촉에 따른 CaO의 강염기화 등의 문제가 여전히 해결되지 않고 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강염기를 중화시키며, 고화 후 발생하는 암모니아 가스를 효과적으로 저감시킬 수 있는 새로운 고화제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다 .

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제지슬러지를 이용한 고화제로서, 제지슬러지 70-87중량%; 산용액이 담지된 다공성 담체 10 내지 25 중량%; 및 소석고 3 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고화제를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다공성 담체는 다공성 알루미나이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산용액은 황산이며, 상기 소석고는 CaSO₄이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고화제는, 제지슬러지 77 중량%; 황산이 담지된 다공성 알루미나 20 중량%; 및 CaSO₄ 3 중량%로 이루어지며, 상기 다공성 알루미나의 비표면적은 50 내지 400㎡/g이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 황산은 상기 다공성 알루미나 중량 100% 대비 5 내지 30%까지 함유되며, 본 발명은 상술한 고화제를 함유하는 고화물을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고화물은 하수슬러지와 상기 고화제를 혼합한 후, 양생시켜 제조된다.

본 발명은 또한 다공성 담체에 산용액을 담지시키는 단계; 상기 산용액이 담지된 다공성 담체를 제지슬러지와 소석고에 혼합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화제 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고화제는, 제지슬러지 70-87중량%, 산용액이 담지된 다공성 담체 10 내지 25 중량%; 및 소석고 3 내지 10중량%로 이루어지며, 상기 다공성 담체는 다공성 알루미나이고, 상기 다공성 알루미나의 비표면적은 50 내지 400㎡/g이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산용액은 황산, 상기 소석고는 CaSO₄이다.

본 발명은 또한 상술한 고화제 10 내지 20 중량부를 하수 슬러지에 100 중량부에 혼합하는 단계; 및 상기 혼합하는 단계의 혼합물을 양생시켜 고화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 고화 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 고화제는 황산과 같은 산성 용액이 담지된 다공성 물질인 알루미나와, 제지 슬러지를 함께 포함한다. 특히 본 발명에서는 이러한 알루미나 표면으로부터 담지된 산성용액은, 고화제로부터 발생하는 강염기 물질을 중화하며, 아울러 하수슬러지로부터 발생하는 암모니아 등의 악취 물질을 중화시킨다. 특히 본 발명에 따른 고화제는 황산과 같은 산용액을 담지하는 다공성 담체를 사용하여 지속적인 산용액의 배출을 유도하며, 더 나악 고화를 촉진하는 물질로서, 상기 산용액과 동일한 종류의 음이온과 칼슘이 결합된 물질을 상기 다공성 담체와 함께 사용한다. 이로써 하수슬러지와 혼합된 다공성 담체 함유 고화제는 물과의 반응에 따라 SO4-2와 같은 음이온 기능지를 방출시키며, 상기 음이온 기능기는 암모니아와 같은 악취 물질을 포획하여, 악취를 저감시킨다.

도 1은 현재 납품중이며, CaO를 고화제로 이용한 고화물(비교예)과, 본 발명에 따른 고화제를 이용한 고화물(실시예)의 pH 및 암모니아 농도 측정 결과이다.
도 2는 시간 경과에 따른 pH, 암모니아 농도 및 함수율 변화를 측정한 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 고화물의 재슬러리화를 실험하고, 그 결과를 촬영한 이미지이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

본 발명에 따른 고화제는 황산과 같은 산성 용액이 담지된 다공성 물질인 알루미나와, 제지 슬러지를 함께 포함한다. 특히 본 발명에서는 이러한 알루미나 표면으로부터 담지된 산성용액은, 고화제로부터 발생하는 강염기 물질을 중화하며, 아울러 하수슬러지로부터 발생하는 암모니아 등의 악취 물질을 중화시킨다. 특히 본 발명에 따른 고화제는 황산과 같은 산용액을 담지하는 다공성 담체를 사용하여 지속적인 산용액의 배출을 유도하며, 더 나악 고화를 촉진하는 물질로서, 상기 산용액과 동일한 종류의 음이온과 칼슘이 결합된 물질을 상기 다공성 담체와 함께 사용한다. 이로써 하수슬러지와 혼합된 다공성 담체 함유 고화제는 물과의 반응에 따라 SO4-2와 같은 음이온 기능지를 방출시키며, 상기 음이온 기능기는 암모니아와 같은 악취 물질을 포획하여, 악취를 저감시킨다.

본 발명에 따른 고화제는 제지슬러지를 이용한 것으로, 제지슬러지 70-87중량%; 산용액이 담지된 다공성 담체 10 내지 25 중량%; 및 소석고 3 내지 10중량%로 이루어지며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 다공성 담체는 다공성 알루미나, 상기 산용액은 황산, 상기 소석고는 CaSO4이었다. 즉, 상기 다공성 알루미나에 담지된 황산은 고화물의 pH를 저감시키며, 더 나아가, 황산과 고화를 촉진시키는 기능의 소석고의 SO42-는 암모니아와 반응하여 암모니아와 결합, 이를 수화시켜 냄새를 저감시킨다.

본 발명에 따른 고화제의 다공성 담체인 다공성 알루미나는 비표면적이 50 내지 400㎡/g이며, 상기 황산은 상기 다공성 알루미나 중량 100% 대비 5 내지 30%까지 함유된다. 만약 상기 다공성 알루미나의 비표면적이 상기 수치 범위 미만이면, 충분한 황산의 담지가 어렵고 상기 수치 범위 초과이면 비경제적이고, 충분한 서방 효과를 기대하기 어렵다. 또한 황산이 상기 수치 범위 미만이면 암모니아 포획 및 강염기 중화를 기대하기 어렵고, 상기 수치 초과이면 비경제적이다.

이하 실시예 및 실험예로 본 발명을 설명한다.

실시예

본 발명의 일 실시예에서 고화제는 먼저 전주 공장에서 생산되는 다공성 알루미나(산화알루미늄) 80 중량%와 황산 20 중량%를 혼합하여, 황산이 담지된 다공성 알루미나를 제조하였다.

이후 상기 제조된 다공성 알루미나를 소석고(CaSO4)와 제지슬러지 소각제에 함께 혼합하였는데, 이때 비율은 제지슬러지 77 중량%; 황산이 담지된 다공성 알루미나 20 중량%; 및 소석고인 CaSO4 3 중량%이었다.

실험예

도 1은 현재 납품중이며, CaO를 고화제로 이용한 고화물(비교예)과, 본 발명에 따른 고화제를 이용한 고화물(실시예)의 pH 및 암모니아 농도 측정 결과이다.

도 1의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 고화제의 경우 pH는 비교예보다 1.74 정도 낮아졌으며, 암모니아 농도는 기존 제품에 비하여 무려 23.0% 내지 57.5% 수준으로 크게 감소되었다. 또한 수분 및 재슬러화는 기존 제품과 동등한 수준이었다.

따라서, 본 발명에 따른 고화제는 기존 고화제의 장점을 그대로 유지하면서, 동시에 황산 담지 알루미나와 소석고의 음이온 기능기를 이용, 암모니아를 효과적으로 포획하여 저감시켜면서, 동시에 pH 또한 크게 낮출 수 있다. 또한 황산과 염기성 물질과의 중화에 따라 소모되는 프로톤에 대하여, SO42-를 소석고로부터 배출하여 당량을 유지함으로 산성 용액으로부터의 프로톤 배출을 지속적으로 유도할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고화제를 이용한 하수 슬러지의 고화 방법은, 본 발명에 따른 고화제 10 내지 20 중량부를 하수 슬러지에 100 중량부에 혼합하는 단계; 및 상기 혼합하는 단계의 혼합물을 양생시켜 고화물을 형성하는 단계로 이루어지며, 본 발명에 따른 고화제는 상기 혼합 단계 이후 공정에서 고화제로 인한 강알칼리 조건이 형성되어 하수슬러지 내에 용존 암모니아가 스트리핑되어 가스상의 암모니아로 방출되어 악취 민원 발생하는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

도 2는 시간 경과에 따른 pH, 암모니아 농도 및 함수율 변화를 측정한 결과이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고화제를 사용한 경우, 시간이 경과할수록 암모니아 저감 효과가 더욱 커지는 것을 알 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 고화제가 지속적인 알칼리 중화 특성을 갖는 것을 의미한다. 더 나아가, 함수율 또한 16시간 후에는 증가하는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 고화물의 재슬러리화를 실험하고, 그 결과를 촬영한 이미지이다.

도 3을 참조하면, 비교예와 실시예 모두 재슬러리화가 양호하게 이루어지는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

1. 제지슬러지를 이용한 고화제로서,
   제지슬러지 70-87중량%;
   산용액이 담지된 다공성 담체 10 내지 25 중량%; 및
   소석고 3 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고화제.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다공성 담체는 다공성 알루미나인 것을 특징으로 하는 고화제.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 산용액은 황산인 것을 특징으로 하는 고화제.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 소석고는 CaSO4인 것을 특징으로 하는 고화제.
5. 제 4항에 있어서, 상기 고화제는,
   제지슬러지 77 중량%;
   황산이 담지된 다공성 알루미나 20 중량%; 및
   CaSO4 3 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고화제.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 다공성 알루미나의 비표면적은 50 내지 400㎡/g인 것을 특징으로 하는 고화제.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 황산은 상기 다공성 알루미나 중량 100% 대비 5 내지 30%까지 함유되는 것을 특징으로 하는 고화제.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 고화제를 함유하는 고화물.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 고화물은 하수슬러지와 상기 고화제를 혼합한 후, 양생시켜 제조된 것을 특징으로 하는 고화물.
10. 다공성 담체에 산용액을 담지시키는 단계;
    상기 산용액이 담지된 다공성 담체를 제지슬러지와 소석고에 혼합시키는 단계를 포함하는 고화제 제조방법으로,
    상기 고화제는,
    제지슬러지 70-87중량%, 산용액이 담지된 다공성 담체 10 내지 25 중량%; 및 소석고 3 내지 10중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고화제 제조방법.
11. 삭제
12. 제 10항에 있어서,
    상기 다공성 담체는 다공성 알루미나이며, 상기 다공성 알루미나의 비표면적은 50 내지 400㎡/g인 것을 특징으로 하는 고화제 제조방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 산용액은 황산, 상기 소석고는 CaSO4인 것을 특징으로 하는 고화제 제조방법.
14. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 고화제 10 내지 20 중량부를 하수 슬러지에 100 중량부에 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합하는 단계의 혼합물을 양생시켜 고화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지 고화 방법.

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