KR101374884B1 - 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고농도 유기폐수를 저가의 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용하여 빠른 경화시간과 적절한 강도를 가져 토목 건축용으로 적용 가능한 경화체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법에 있어서, 산업 부산물인 고로슬래그 100중량부에 대하여 경화활성화 자극제인 생석회 6 내지 25중량부를 건비빔하는 건조 분말 혼합 단계; 상기 건조 혼합된 분말 100중량부에 대하여 고농도 유기폐수 30 내지 50중량부를 혼합하여 페이스트 상태의 혼합물을 생성하는 페이스트 생성단계; 및 상기 폐수 혼합물을 몰드에 담아 경화하여 최종 제품을 제조하는 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법에 있어서, 산업 부산물인 고로슬래그 100중량부에 대하여 경화활성화 자극제인 생석회 6 내지 25중량부를 건비빔하는 건조 분말 혼합 단계; 상기 건조 혼합된 분말 100중량부에 대하여 고농도 유기폐수 30 내지 50중량부를 혼합하여 페이스트 상태의 혼합물을 생성하는 페이스트 생성단계; 및 상기 폐수 혼합물을 몰드에 담아 경화하여 최종 제품을 제조하는 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용하여 토목 건축용으로 사용 가능할 정도의 강도를 갖는 경화체를 제조하기 위한 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 슬러지란 하수 및 폐수를 처리하는 과정에서 침전분리되는 진흙상태의 물질을 말하는 것으로 함수율이 높고 유기물 함량이 높아 부패하기 쉽고 처리하기 곤란한 특성이 있다.
상기 슬러지는 지하에 매립되거나, 해양투기로 인하여 바다에 버려지거나, 소각, 건조, 퇴비화 등에 의하여 처리되고 있다. 상기 슬러지를 처리하는 방법 중에서 해양투기와 육상매립은 처리비용이 저렴하고 적용기술이 간단하지만 환경오염을 유발하기에 국제적으로 금지되고 있는 추세이다. 특히 해양투기의 경우에는 우리나라도 환경적인 측면을 고려하여 금지하기 위한 법률이 입법화되었으며, 2011년 중에 시행될 예정이다.
또한, 상기 슬러지를 소각처리하는 경우에는 초기 시설투자비가 높고 처리시에 2차 오염물이 발생하는 등 환경오염발생의 문제가 있다. 또한, 상기 슬러지의 퇴비화가 시도되고 있지만 생산된 퇴비의 사용처 확보가 곤란해 대량의 슬러지를 처리하기에는 한계가 있는 실정이다. 따라서, 상기 슬러지를 고화처리하여 매립지의 복토재로 이용하기 위한 다양한 방법들이 적극적으로 모색되고있다.
예를 들면, 공개특허 제2004-37871호에는 생석회와 전로 슬래그를 이용하여 슬러지를 복토재로 사용하는 방법이 개시되어 있다.
상기와 같이 슬러지를 복토재로 사용하는 방법은 종래 매립이나 해양투기에 보하여 자원의 재활용 측면에서 매우 우수한 방법 중 하나이나, 복토재로 용도가 제한적인 단점이 있다.
한편, 슬러지를 건축용 경화체로 활용하는 방법들도 제안되고 있다. 예를 들면, 등록특허 제383855호에서는 슬러지를 다양한 첨가제를 부가하여 건축용 타일이나 블록을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허는 슬러지의 새로운 용도로서는 적절하나, 슬러지의 경화를 위하여 사용되는 첨가제가 비교적 높은 가격으로 산업적인 측면에서 활용되기에는 제한이 있다.
또한, 석분 슬러지의 경우에는 등록특허 제1025893호에 개시된 바와 같이, 고로 슬러그 등을 이용하여 경화체를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
상기 특허는 비교적 낮은 가격으로 건축용 경화체를 제조할 수 있는 효과가 있으나, 슬러지가 석분 슬러지로 제한되어 활용도 역시 제한되는 단점이 있다.
또한, 상기에 제시된 방법은 특히 고농도 유기폐수를 산업용 경화체로 제조할 수 있는 방법이 제시되어 있지 않다.
한편, 등록특허 제1069239호에는 정황산액상고화제를 이용한 유, 무기성 슬러지의 고화처리방법이 제시되어 있어, 일부 유기성 슬러지를 이용한 고화처리 방법이 제시되어 있으나, 산업용 경화체 특히 건축 토목용 경화체에 적합한 강도에 도달할 가능성이 낮으며, 또한 처리 방법 자체가 많은 화학약품의 사용에 기인하여 비용이 높은 단점이 있다.
따라서, 비교적 낮은 가격으로 높은 강도를 얻을 수 있는 새로운 방식의 고농도 유기폐수를 이용한 산업용 경화체 제조 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술들의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 고농도 유기폐수를 저가의 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용하여 빠른 경화시간과 적절한 강도를 가져 토목 건축용으로 적용 가능한 경화체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법에 있어서, 산업 부산물인 고로슬래그 100중량부에 대하여 경화활성화 자극제인 생석회 6 내지 25중량부를 건비빔하는 건조 분말 혼합 단계; 상기 건조 혼합된 분말 100중량부에 대하여 고농도 유기폐수 30 내지 50중량부를 혼합하여 페이스트 상태의 혼합물을 생성하는 페이스트 생성단계; 및 상기 폐수 혼합물을 몰드에 담아 경화하여 최종 제품을 제조하는 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 페이스트 생성 단계에서 상기 고농도 유기폐수 100중량부를 기준으로 경화 촉진제 1중량부 이상 5중량부 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 페이스트 생성 단계에서 경화 촉진제상기 경화 촉진제는 CaO용액, Ca(OH)2용액, 알칼리용액, 규산나트륨용액, 및 Na2SO4 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 알칼리용액은 NaOH 및 KOH 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 성형 단계는 상온~60℃의 온도와 상대습도를 80 내지 100%의 환경하인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 알루미노실리케이트계 산업 부산물은 고로슬래그, 플라이애시 및 실리카퓸 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 고농도유기폐수는 R/O 농축수, 하수슬러지, 중금속폐수, 폐알칼리 폐수 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 토목 건축용 경화체 제조 방법은 기존 슬러지 처리 방법을 개선한 것으로 종래 고농도 유기폐수를 포함하는 폐수의 재활용 용도 이외에 낮은 제조 단가로 산업적으로 매우 유용하게 활용할 수 있는 토목 건축용 경화체로 재활용할 수 있는 방법을 제시한 효과가 있다. 또한 상기와 재활용의 확대에 의하여 환경을 개선할 수 있는 효과도 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법을 설명하는 절차도이다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 고농도 유기폐수와 산업 부산물인 고로슬래그를 이용한 경화체 제조 방법은 산업 부산물인 고로슬래그와 경화활성화 자극제인 생석회를 건비빔하는 건조 분말 혼합 단계(S1), 상기 건조 혼합된 분말과 고농도 유기폐수를 혼합하여 페이스트 상태의 혼합물을 생성하는 페이스트 생성단계(S2) 및 토목 건축용 경화체 생성을 위하여 성형하는 성형 단계(S3)를 포함하여 구성된다.
여기서 토목 건축용 경화체는 블록, 벽돌, 복토재, 펠렛 시멘트 대체 경화재 레미콘 등을 포함하며, 기타 형상을 달리하는 토목 건축용 경화체들도 포함한다.
이하에서는 상기 단계들에 대하여 구체적으로 설명한다.
건조 분말 혼합 단계(S1)는 페이스트 생성 작업의 용이성을 위하여 고로슬래그와 경화활성화 자극제인 생석회를 먼저 혼합하도록 한 것이며, 생석회가 폐수와 먼저 혼합될 때 즉시 발생하는 최초 발열이 슬래그와 혼합하기 전에 소비되는 것을 방지하는 역할을 한다.
여기서 알칼리엑티베이티드 슬래그 100중량부를 기준으로 생석회 6중량부 내지 25중량부를 혼합한다. 이때 생석회가 6중량부 미만인 경우에는 성형 단계에서 경화가 너무 느려지거나 충분히 경화되지 않아 산업적으로 이용하기 어려우며, 25중량부를 초과하는 경우에는 경제적으로 불리하게 된다.
다음은 폐수 혼합 및 페이스트 생성 단계(S2)에 대하여 설명한다.
폐수 혼합 및 페이스트 생성 단계(S2)는 건조 분말 혼합 단계(S1)에서 균일 혼합된 건조 분말에 고농도 유기 폐수를 혼합하여 페이스트 상태로 변화시키는 단계이다.
상기 혼합된 건조 미분말에 폐수를 혼합하게 되면 폐수 내 물과 생석회가 반응하여 발열반응과 함께 Ca(OH)2를 형성하게 된다. 이때 생성되는 발열은 경화체 페이스트 내 경화물질을 형성에 기여한다. 생성된 Ca(OH)2는 페이스트의 계 내의 pH를 12이상으로 유도하여 고로슬래그의 잠재적 수경성을 자극하여 경화하도록 만드는 실질적 자극제의 역할은 수행한다.
상기 (S1)단계에서 건조 혼합 미분말의 총량이 100중량부일 경우 고농도유기폐수는 30중량부 이상 50중량부 미만으로 한다.
상기 고농도 유기폐수의 양이 30중량부 미만일 경우, 경화 시간이 짧아지면서 강도의 증가를 보이지만 작업의 용이성, 통칭 워커빌리티가 현저하게 낮아지므로 적합지 못하며, 50 중량부 이상일 경우 워커빌리티가 증가하며 경화 시간이 늘어나는 반면 충분한 강도를 나타내지 못하게 된다.
가장 바람직한 건조 혼합 미분말과 폐수의 혼합비는 0.4정도가 적절하다.
또한, 필요한 경우 페이스트의 경화 시간 조절이 요구될 경우 추가적으로 경화촉진제를 첨가하도록 한다.
상기 경화촉진제의 종류는 알칼리용액, 규산나트륨, Na2SO4 혹은 이들의 혼합물이며, 첨가량은 고농도 유기폐수 100중량부를 기준으로 경화 촉진제 1중량부 이상 5중량부 이하이다.
여기서 경화 촉진제가 1중량부 미만인 경우 경확 촉진 정도가 낮으며, 5중량부를 초과하는 경우 비용적으로 불리하다.
경화촉진제가 첨가될 경우 매우 빠른 성형시간과 초기강도 증가효과를 보이나 양생시간 3일 이후의 강도발현을 경화촉진제가 첨가되지 않은 조건과 비교해볼 때 현저히 떨어지는 단점을 지니고 있다.
상기 페이스트 생성 단계(S2)에서 폐수, 산업부산물 및/또는 알칼리 용액은 충분히 골고루 혼합하는 경우 페이스트 상태의 폐수 혼합물이 생성된다.
다음은 페이스트의 성형단계(S3)이다.
상기 페이스트 생성 단계(S2)에서 생성된 페이스트 상태의 폐수 혼합물은 그 자체로 활용될 수도 있지만, 보다 여러 가지 용도에 활용하기 위하여 특정 형태, 예를 들면 블록, 벽돌, 판, 펠렛, 레미콘 형태 등으로 이용하는 것이 바람직하다.
상기 성형 단계(S3)는 상기 페이스트 생성 단계(S2)에서 생성된 페이스트 상태의 폐수 혼합물을 그대로 또는 성형하여 제품으로 제조하는 공정으로 먼저 상기 페이스트를 몰드에 투입한다. 이때 상기 몰드는 제품의 형상에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 몰드는 60℃이하, 바람직하게는 상온에서 60℃ 정도의 온도로 유지시키고, 상대 습도는 60% 내지 100%, 바람직하게는 80% 내지 100%로 유지하여 제품 제조를 완료한다.
상기 단계에서 제작된 제품은 상온에서도 양생 효과가 있지만, 상온에서 성형 시에는 성형 시간이 너무 길어질 수 있어 대량 생산 시에 성형 공간을 너무 차지하게 되므로 온도를 높여서 적절한 시간에 성형되도록 할 필요가 있다.
한편, 상기 고농도 유기기폐수는 R/O 농축수, 하수슬러지, 기타중금속폐수, 폐알칼리 폐수와 상기의 혼합물이 사용될 수 있으며, 상기 알루미노실리케이트계 산업 부산물은 고로슬래그, 플라이애시 및 실리카퓸와 상기의 혼합물이 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시 예에 의거하여 상세하게 설명한다.
실시예
1
고로슬래그 미분말 80중량부를 생석회 5중량부와 건비빔 혼합하여 건조 혼합 미분말 85중량부를 준비하였다.
그리고 상기 건조 혼합 미분말 85중량부외 고농도유기폐수 40중량부를 혼합하여 특정 몰드에 성형이 가능한 페이스트를 생성하였다.
상기 페이스트 상태의 혼합물을 지름 2.5cm, 높이 2.5cm의 실린더모양의 몰드에 담아 성형한 후 40℃로 유지되고 상대습도가 80~100%로 유지되도록 하여 56일 정도 보관하여 경화시켰다.
실시예 2
고로슬래그 미분말 80중량부를 생석회 10중량부와 건비빔 혼합하여 건조 혼합 미분말 90중량부를 준비하였다.
건조 혼합 미분말 90중량부외 고농도유기폐수 40중량부를 혼합하여 특정 몰드에 성형이 가능한 페이스트를 생성하였다.
상기 페이스트 상태의 혼합물을 지름 2.5cm, 높이 2.5cm의 실린더모양의 몰드에 담아 40℃로 성형한 후 유지되고 상대습도가 80~100%로 유지되도록 하여 56일 정도 보관하여 경화시켰다.
실시예
3
고로슬래그 미분말 80중량부를 생석회 20중량부와 건비빔 혼합하여 건조 혼합 미분말 100중량부를 준비하였다.
건조 혼합 미분말 100중량부외 고농도유기폐수 40중량부를 혼합하여 특정 몰드에 성형이 가능한 페이스트를 생성하였다.
상기 페이스트 상태의 혼합물을 지름 2.5cm, 높이 2.5cm의 실린더모양의 몰드에 담아 40℃로 성형한 후 유지되고 상대습도가 80~100%로 유지되도록 하여 56일 정도 보관하여 경화시켰다.
실시예
4
고로슬래그 미분말 80중량부를 생석회 5중량부와 건비빔 혼합하여 건조 혼합 미분말 85중량부를 준비하였다.
건조 혼합 미분말 85중량부외 고농도유기폐수 30중량부를 혼합하여 특정 몰드에 성형이 가능한 페이스트를 생성하였다.
상기 페이스트 상태의 혼합물을 지름 2.5cm, 높이 2.5cm의 실린더모양의] 몰드에 담아 40℃로 성형한 후 유지되고 상대습도가 80~100%로 유지되도록 하여 56일 정도 보관하여 경화시켰다.
실험예
: 강도 측정 실험
상기와 같은 실시예에 의한 블록은 토목 건축용으로 이용되기 위해서는 블록의 강도가 중요한 물성치이다. 따라서, 완성된 블록을 대상으로 강도를 시험하였다. 실험결과는 표 1과 같다. 실험 방법은 지름 2.5cm, 높이 2.5cm의 실린더모양의 시험체를 골제 없이 페이스트만으로 제작하여 KS L 5105 혹은 JIS R 5201에서 기술된 시멘트 몰타르의 압축강도 시험법에 준한다.
| 실시예 | 강도(kg/cm2) |
| 실시예 1 | 540.6 |
| 실시예 2 | 636.5 |
| 실시예 3 | 460.5 |
| 실시예 4 | 715.0 |
상기 표 1로부터 4개의 실시예 모두 기존 방법에 의한 제품의 강도가 20kg/cm2이하인 것에 비해 매우 우수한 강도를 나타내어 토목 건축용 경화체로 사용 가능함을 알 수 있었다. 특히 실시예 4의 경우에는 매우 높은 강도를 나타내며, 이러한 강도 증가는 적절한 분말 대비 물량에 기인된 것으로 높은 강도 및 원활한 작업 용이성을 요하는 블록의 경우에는 가격이 허용되는 범위 내에서 실시예 2이 바람직하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.
S1: 건조 분말 혼합 단계 S2: 페이스트 생성 단계
S3: 성형 단계
S3: 성형 단계
Claims (7)
- 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법에 있어서,
산업 부산물인 고로슬래그 100중량부에 대하여 경화활성화 자극제인 생석회 6 내지 25중량부를 건비빔하는 건조 분말 혼합 단계;
상기 건조 혼합된 분말 100중량부에 대하여 고농도 유기폐수 30 내지 50중량부를 혼합하여 페이스트 상태의 혼합물을 생성하는 페이스트 생성단계; 및
상기 폐수 혼합물을 몰드에 담아 상온~60℃의 온도와 상대습도를 80 내지 100%의 환경하에서 경화하여 최종 제품을 제조하는 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 페이스트 생성 단계에서 상기 고농도 유기폐수 100중량부를 기준으로 경화 촉진제 1중량부 이상 5중량부 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 페이스트 생성 단계에서 사용되는 상기 경화 촉진제는 CaO용액, Ca(OH)2용액, 알칼리용액, 규산나트륨용액, 및 Na2SO4 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 알칼리용액은 NaOH 및 KOH 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 알루미노실리케이트계 산업 부산물은 고로슬래그, 플라이애시 및 실리카퓸 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고농도유기폐수는 R/O 농축수, 하수슬러지, 중금속폐수, 폐알칼리 폐수 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법.
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| KR1020120053365A KR101374884B1 (ko) | 2012-05-19 | 2012-05-19 | 고농도 유기폐수와 알루미노실리케이트계 산업 부산물을 이용한 경화체 제조 방법 |
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Citations (4)
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