KR101407408B1 - 유기 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취 제거방법 및 악취 제거시스템 - Google Patents

유기 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취 제거방법 및 악취 제거시스템 Download PDF

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Abstract

본원은 각종 오,폐수 처리공정이나 또는 하수처리 과정 중 발생하는 폐기물인 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취 제거방법에 관한 것이다.
본원은 각종 수 처리 과정 중 발생하는 슬러지를 처리하는 단계에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취냄새 제거수단으로서, 수 처리과정 중 발생하는 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 벨트 프레스를 이용하여 탈수 및 건조공정을 수행하는 단계와 상기 탈수 및 건조공정에서 발생되는 수증기 및 악취성분을 냉각하기 위하여 냉각흡수탑을 거치며 수증기는 응축수로 변환시켜 하부의 응축수 저장조로 보내고 악취성분은 악취제거탑으로 보내주는 단계와 상기 악취제거탑은 1∼4종의 액상 규산나트륨이나 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중에서 선택되어 지는 규산염 수용액이 악취제거탑 내부에서 분무되며 악취성분과 반응하여 냄새를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 단순한 공정을 통하여 악취 냄새 원인물질을 제거하기 위한 수단으로 적용하고자 하는 기술사상의 발명이다.

Description

유기 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취 제거방법 및 악취 제거시스템{A odor erasing method and the system of organic sludge}
본원은 각종 오,폐수 처리공정이나 또는 하수처리 과정 중 발생하는 폐기물인 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취 제거방법 및 악취 제거시스템에 관한 것이다.
일반적으로 수 처리 과정 중 발생하는 부유물이 침전하여 진흙상으로 이루어진 것을 오니(汚泥) 또는 슬러지라고 하며, 슬러지에는 다량의 물이 함유되어 있어 취급이 어려우므로 모래여과, 필터프레스, 진공 여과기 등으로 처리하여 보다 수분이 적은 슬러지 케이크로 만든 다음 이 케이크는 비료로 이용하거나 매립, 소각 또는 해양투기 등의 방법으로 처리하여 왔다.
또한 음식물 쓰레기는 많은 수분을 함유하고 있기 때문에 탈수공정을 거치면서 수분을 제거하고 음식물 자체가 갖고 있는 효소에 의한 안정화 공정을 거치며 가열 건조 후 퇴비나 사료를 만드는 방법이 시도되고 있다.
그러나 해양환경관리법에서는 산업폐수 등 육상폐기물의 해양투기를 2014년까지 전면 금지시키도록 되어 있는바, 그동안 해양투기가 허용되어 왔던 오니(汚泥)슬러지는 2013년부터, 산업폐수와 폐수 오니는 2014년부터 해양배출을 전면 금지된다.
본원은 상기에 제시된 바와 같은 각종 수 처리과정이나 음식물 쓰레기 처리과정 중 발생하는 유기성 폐기물인 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 벨트 프레스를 이용하여 탈수 및 건조공정을 수행할 때 탈수 및 건조공정 수행과정에서 발생되는 악취로 인하여 많은 민원을 발생시켜 매립장, 소각장, 오,폐수 처리시설 설치 자체는 반대하는 주민들이 집단으로 반발하는 님비현상을 해소하기 위한 수단으로 각종 오,폐수 처리공정이나 또는 하수처리 과정, 음식물 쓰레기 처리 과정 중 발생하는 폐기물인 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취 제거방법에 관한 것이다.
악취는 대기오염의 일종으로 황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성이 있는 기체상 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새로 정의 될 수 있으며, 심리적, 정신적 피해를 주는 감각오염 물질로 냄새를 유발하는 주요 악취오염 원인물질만도 1,000여 종에 이르고 있으며 주요 형태로는 부패성 냄새, 암모니아 냄새, 땀냄새, 강한 자극을 주는 냄새 등으로 구분된다.
종래부터 분뇨오니, 하수슬러지 등의 유기성 오니에서 발생되는 복합악취를 처리할 수 있는 방법은 세정법, 흡착법, 오존법, 생물탈취법, 연소법, 은폐법(소취제 분무법) 등이 개시되어 있다.
대표적인 악취 제거방법으로 양배추 썩은 냄새를 유발하는 메틸메르캅탄(CH3SH)은 흡착법, 약액세정법(염기성약품사용), 오존산화법, 은폐법을 적용할 수 있으나, 흡착법은 활성탄, 제올라이트, 실리카겔 등의 흡착제의 많은 기공에 악취 입자를 부착제거하는 방법으로 수분이 많은 하수슬러지 등의 유기성 오니의 악취 제거용으로 사용시에는 수분이 기공을 폐쇄하기 때문에 사용이 불가한 문제점이 있다.
또한, 폐수처리시설에 오존산화법을 사용하고자 할 경우에는 오존발생기가 고가일 뿐 아니라 사용 후 버려지는 폐오존 처리를 위한 별도시설 설치가 필요하고, 고농도 악취에는 사용효과가 적은 문제점을 갖는다.
또한 소취제 분무법은 비교적 저농도의 악취에 적용가능하나 소취제 비용이 너무 높아 오폐수 처리과정에서 발생하는 유기성 오니의 복합악취 제거용으로 부적당하며, 약액세정법도 폐수처리문제, 약품비용 소요, pH조정 및 중화제의 농도 조정 등이 필요하다.
썩은 달걀냄새가 나는 황화수소(H2S)는 흡착법, 오존산화법, 약액세정법을 적용하여 시행되어 왔으나, 흡착법은 활성탄, 제올라이트, 실리카겔 등의 흡착제의 많은 기공에 악취입자를 부착시켜 제거하는 방법으로 수분이 많은 하수슬러지 등의 유기성 오니의 악취 제거용으로 사용시에는 수분이 기공을 빠른 시간에 폐쇄하기 때문에 고가의 활성탄, 제올라이트, 실리카겔 등 흡착제를 자주 교체해줘야 하는 문제점으로 적용이 불가하며, 오존산화법을 사용할 경우에도 폐수처리시설 및 폐오존처리시설의 설치, 고가의 오존발생기 설치 등에 고농도 악취에는 사용이 불가한 문제점이 있어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 각종 오,폐수 처리공정이나 또는 하수처리 과정 중 발생하는 폐기물인 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 저렴한 경제적 비용으로 제거하기 위한 악취 제거수단을 찾고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.
본원은 유기성 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 악취제거탑반응조로 보내면서 규산염 수용액이 악취제거탑 내부에서 분무시켜 악취발생성분과 반응시켜 냄새를 제거함에 있어서 제3의 오염원을 발생시키지 않는 환경친화적 복합악취 제거방법을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
본원은 각종 오,폐수 처리공정이나 또는 하수처리 공정, 음식물 쓰레기 처리과정 중 발생하는 폐기물인 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 규산염 수용액과 3차원적인 네트워크를 형성시키는 수단이 동원되어 저렴한 경제적 비용과 단순한 공정을 통한 악취제거 시스템을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 제공되는 본원의 기술사상은 각종 수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 건조처리하는 단계에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 악취냄새 제거방법에서, 수 처리과정 중 발생하는 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 벨트 프레스를 이용하여 탈수 및 건조공정을 수행하는 제1단계 공정과 상기 탈수 및 건조공정에서 발생되는 수증기 및 악취성분을 냉각하기 위하여 냉각흡수탑을 거치며 수증기는 응축수로 변환시켜 하부의 응축수 저장조로 보내고 응축되지 않은 냄새성분은 악취제거탑으로 보내주는 제2단계공정과 상기 악취제거탑은 한국산업규격 KS M 1415의 1∼4종의 액상 규산나트륨이나 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중에서 선택되어 지는 규산염 수용액이 악취제거탑 내부에서 분무되며 악취성분과 반응하여 냄새를 제거하는 제3단계 공정을 포함하여 이루어지는 구성을 통하여 본원의 목적을 달성할 수 있다.
상기 제3단계 공정에서 악취제거탑 내부에 분무되는 규산염 용액은 이산화규소(SiO2) 기준으로 50 ppm 내지는 6.5 중량% 농도범위로 사용되는 것이 바람직하고, 상기 제2단계에서 응축되지 않은 냄새성분의 일부는 밀폐형 슬러지건조기로 재순환시키는 수단을 통하여 유기공기량 및 배기공기량을 최소화하도록 적용되는 것이 바람직하다.
따라서 본원은 각종 수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 건조하는 단계에서 발생하는 냄새를 제거하기 위한 악취 제거시스템으로, 수 처리과정 중 발생하는 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 탈수 및 건조공정을 수행하는 벨트 프레스와 상기 벨트 프레스의 탈수 및 건조과정에서 발생되는 수증기 및 악취성분을 냉각하기 위하여 냉각흡수탑을 거치며 수증기는 응축수로 변환시켜 하부의 응축수 저장조로 보내고 악취성분은 싸이클론을 거쳐 악취제거탑으로 보내주는 냉각흡수탑과 상기 냉각흡수탑에서 보내주는 악취성분을 제거하기 위해 규산염반응조 내부에는 1∼4종의 액상 규산나트륨이나 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중에서 선택되어 지는 규산염 수용액이 이산화규소(SiO2) 기준으로 50 ppm 내지는 6.5 중량% 범위 농도로 분무시키도록 적용되는 악취제거탑을 포함하여 이루어지는 악취 제거시스템 형태로 적용될 수 있다.
또한 상기의 악취 제거시스템에서 규산염반응조의 전 단계 또는 후 단계에 오존발생기로부터 오존이 분사되어 악취 제거 효율을 높이는 오존처리기가 추가되어 설치되는 경우 더욱 좋은 악취 제거효율을 얻을 수 있는 발명이다.
일반적으로 하수처리장에서 나오는 슬럿지를 처리하는데 있어서 악취 성분을 제거하기 위해서는 비 표면적이 큰 물질을 공급하거나 어떠한 화학물질을 공급한 후 슬러지(Sludge)를 처리하는 공정 중 슬러지에서 발생하는 산성(acid) 물질에 의해 3차원적인 네트워크를 형성하여 큰 비표면적에 의해 악취를 제거할 수 있으며, 탈취효과를 극대화하거나 탈취 속도를 빠르게 하기 위하여 임의로 슬러지 자체에 규산염을 분산시켜 3차원적인 실리카의 네트워크를 형성시킬 수 있는 실리카 졸겔법을 제공하여 악취를 제거하는 수단이 적용될 수도 있다.
이와 같이 비표면적이 큰 물질을 공급하기 위해서는 활성탄(Actived carbon)이 바람직할 수 있는바, 활성탄인 경우 750~1,500 m2/g의 비표면적을 가지고 있으며, 친유성의 성질을 갖고 있어 하수처리장에서 배출되는 악취를 제거하는데 유리하다 할 수 있으나, 활성탄은 분말상으로 제공됨에 따라 하수처리장에서 배출되는 고상의 슬러지와 혼합하는데 거대한 혼합장비가 필요할 뿐만 아니라 균일한 고상-고상 혼합을 위해서는 많은 시간이 필요하다는 문제점이 있으며, 활성탄의 경우 가격이 고가임에 따라 하루에 다량 배출되는 하수슬러지의 악취를 제거하는데 많은 예산이 투자되기 어려운 문제점을 갖는다.
따라서 적용 가능한 시설투자비와 저렴한 유지관리 비용으로 하수처리장에서 배출되는 슬러지와 관련된 악취를 경제성을 가지면서 편리한 공정에 의해 처리하기 위한 수단으로 규산염을 이용한 탈취방법으로 적용하는 방안을 찾고자 하였ㅇ으며, 본원에 적용되는 규산염은 액상 또는 분말 상의 규산염이 모두 사용될 수 있으며, 구체적으로 규산염을 설명하면 한국산업규격 KS M 1415의 1∼4종의 액상 규산나트륨과, 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 분말형규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중 선택되어 지는 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있고, 분말상의 규산염은 용해 및 희석공정을 거쳐 하수처리장의 악취제거를 위한 액상 조성물로 사용될 수 있고, 액상의 규산염은 단순히 희석하여 악취제거를 위한 조성물로 사용될 수 있다.
본원 발명자는 유기성 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취성분을 제거하기 위한 액상의 규산염 조성물로 어는 범위로 사용되는 것이 좋을지 최적효과점을 찾고자 시행오차법에 따른 많은 실험결과, 이산화규소(SiO2) 기준으로 50 ppm 내지는 6.5 중량%의 농도범위로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 250 ppm 내지는 4.0 중량%가 사용되어지고, 더욱 바람직하게는 750 ppm 내지는 2.5 중량 % 범위로 사용되는 것이 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.
이산화규소(SiO2)로 50 ppm 이하의 농도로 희석된 규산염은 규산염의 성분이 적게 포함되어 경제성에서는 유리하나 본원의 기술사상에 의한 실리카 졸겔법에 의한 큰 비표면적을 제공할 수 없어 하수슬러지에 포함된 악취의 제거율이 낮다는 문제점을 갖고 이산화규소(SiO2) 기준으로 6.5 중량%를 초과하는 경우에는 효과는 유사함에 비하여 경제성을 잃는 문제점을 갖는다.
또한 본원에서 악취성분을 제거하기 위한 공정 중에 탈취효과를 높이고 탈취의 속도를 빠르게 하기 위해서는 규산염을 3차원적인 실리카의 네트워크를 형성시킬 수 있는 실리카 졸겔법을 제공하는 것이 바람직 한바, 규산염과 유기 슬러지의 냄새성분이 혼합되면서 유·무기의 산(Acid)이나, 중탄산염(Bicarbonate) 또는 이산화탄소(CO2)을 추가로 공급하면 임의로 실리카 졸겔법에 의해 3차원적인 Si-O-Si의 네트워크를 형성시킬 수 있고, 실리카 졸겔법에 의한 3차원 실리카 망상구조는 높은 표면적을 가지고 있음에 따라 하수슬러지에서 발생되는 악취성분의 탈취효과도 높일 수 있게 된다.
본원의 기술사상이 적용되는 악취제거탑 반응조는 건조과정 중 탈취를 하기 위하여 악취제거탑의 반응조 내부에 유입되는 악취와 규산염이 포함된 액상과와 반응 경로를 길게 하기 위하여 반응조 내부에 충진제가 내장되어 악취의 제거율을 극대화하는 구성으로 제공될 수 있고, 악취제거탑 반응조에 규산염과 겔화를 제공시킬 수 있는 무기 소스(Inorganic Source)원료가 공급되어 규산염을 3차원적인 그물구조의 네트워크로 제공되도록 하는 소스(Source)가 포함하여 이루어지도록 적용될 수 있다.
본원의 기술사상이 적용되는 악취제거탑 반응조 내부에서 규산염 수용액이 분사/분무되면서 3차원적 실리카네트워크를 형성시키기 위한 무기 소스(Inorganic Source)는 이산화탄소(CO2) 내지는 이산화탄소가 100 ppm 이상으로 오염된 공기, 산(acid), 중탄산염(bicarbonate)의 소스(source), 글리옥살(glyoxal), 에틸렌글리콜 디아세테이트(ethylene glycol diacetate) 중에서 선택되는 성분이 무기 소스로 공급되어 3차원적 실리카네트워크를 형성시키며 악취 냄새 원인물질을 흡착시키는 수단이 적용될 수 있다.
본원에서 악취제거탑 반응조 내부에서 3차원적 실리카네트워크를 형성시키기 위한 소스 성분이 예를 들면 슬러지 건조/증발기로부터 발생되는 악취 가스 중 이산화탄소가 100 ppm의 농도 이상으로 섞여서 배출될 경우에는 별도로 무기 소스를 공급할 필요없이 악취가스 + 이산화탄소 + 규산염 용액이 악취제거탑 반응조 내부에서 만나 반응하게 되면 3차원적 실리카네트워크를 형성시키는 구성을 달성할 수 있으나, 악취 가스 중 이산화탄소가 100 ppm 이상 농도로 섞여서 배출되기 어려우므로 별도의 탄산가스나 중탄산가스를 공급하여 줄 수 있다.
악취제거탑 반응조 내부에 가스통에 저장된 이산화탄소 가스를 이용할 경우 압력 조절계(Regulator)에 의해 이산화탄소의 주입량을 임의대로 조절할 수 있으며, 고압으로 주입할 수 있기 때문에 짧은 접촉시간에 3차원적 실리카네트워크를 형성시킬 수 있다.
또한 본원에서 악취제거탑 반응조 내부에서 3차원적 실리카네트워크를 형성시키기 위한 소스로 황산을 사용할 경우 황산은 다른 산(acid)보다 열적으로 안정하나 물과 반응하여 높은 발열반응을 일으키는 강산임에 따라 작업자에게 위해 요인이 될 수 있으며, 부식에 의한 악취제거탑 반응조의 내구성을 저해할 수 있음에 따라 가능한 희석된 묽은 산을 사용하는 것이 유리한 바, 바람직하게는 5.0 중량% 이하로 희석된 황산 용액을 상부에서 분무되는 형식으로 적용될 수 있으며, 악취제거탑 반응조 내부에서 3차원적 실리카네트워크를 형성시키기 위한 소스로 중탄산염이 사용될 경우에는 12.5 중량% 이하의 농도로 희석된 용액으로 사용될 수 있다.
본원은 오,폐수 처리과정이나 하수 처리과정에서 발생하는 슬러지나 음식물 쓰레기의 탈수 및 건조과정에서 발생하는 악취물을 악취제거탑반응조로 보내면서 규산염 수용액이 악취제거탑 내부에서 분무시켜 악취발생성분과 반응시켜 냄새를 제거하는 신규의 공법이 적용될 때 제3의 오염원을 발생시키지 않는 환경친화적 복합악취 제거방법을 제공하는 효과를 갖는다.
본원에서 사용되는 규산염은 수질의 유기성 물질을 분해하는 능력을 갖고 용존산소의 활성화로 물의 수질을 개선시키는 자정능력을 가진 청정제로서 인체나 식물에 무해, 무독 및 무취한 물질을 물에 용해하여 사용하는 것으로 악취발생원인 물질인 암모니아, 포름알데히드 등의 악취물질과 분뇨냄새를 유발하는 트리메틸아민((CH3)3N), 메틸아민(CH3NH2), 생선 썩은 냄새를 유발하는 에틸아민(CH3CH2NH2)은 자극적인 신 냄새를 유발하는 프로피온산(CH3CH2COOH), 땀 냄새를 유발하는 노말부티르산[CH3(CH2)COOH], 젖은 구두에서 나는 냄새를 유발하는 노말발레르산[CH3(CH2)3COOH], 이소발레르산[(CH3)2CHCH2COOH]등이 물에 잘 녹는 성질을 이용하여 제거하는 효과를 제공한다.
도 1 : 본원의 기술사상이 적용되어 제시되는 악취제거 공정도.
이하 본원의 기술사상이 구현되는 실시양태를 하기에 실시예 형식으로 기재하고자 하는바, 본원에서는 오폐수나 하수 처리과정에서 발생하는 슬러지의 건조과정에서 발생하는 악취물을 악취제거탑반응조에서 규산염 수용액과 접촉반응시켜 악취발생 성분과 반응시켜 냄새를 제거하기 위해 제시되는 하기의 조성물의 상한이나 하한을 나타내는 숫자는 본원의 목적을 달성하기 위한 다양한 시행오차법에 의한 실험결과로 출원인이 원하는 기대치를 달성하는 범위의 실시양태를 제시한 것이고, 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니나 본원에서 제시되는 수치의 상한이나 하한을 벗어나는 경우 최상의 악취제거 효과가 떨어지는 문제점을 나타내므로 제시된 숫자임을 이해하여야 할 것이다.
또한 본원의 목적을 달성하기 위한 수단으로 제시되는 규산염이나 타 원료의 순도나 배합비에 따라서도 다소 영향을 미칠 수 있을 것이나 본 발명의 기술사상에 따른 권리범위는 특허청구범위에 기재된 내용을 기준으로 균등론적으로 해석되어 적용되어야 할 것이다.
이하 본 발명의 기술사상이 일 실시형태로 적용되기 위한 악취 제거 처리시스템을 도 1을 참조하여 그 개념을 설명하고자 한다.
본원은 오,폐수나 하수처리 또는 음식물쓰레기 처리 등 각종 수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 벨트 프레스 등을 이용하여 고온의 롤러로 압착하며 얇은 씨트로 만들면서 탈수공정과 건조공정을 동시에 수행할 때 건조단계에서 발생하는 수증기와 냄새를 제거하기 위한 악취 제거시스템으로, 먼저 각종 수 처리과정에서 발생하는 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 밀폐형 슬러지건조기(10)로 많이 사용되는 벨트프레스가 이용되어 탈수 및 건조공정을 수행할 수 있고, 벨트 프레스의 탈수 및 건조공정 수행으로 발생되는 수증기 및 냄새성분을 블로워1(11)을 이용하여 냉각흡수탑(20)으로 보내주게 되며, 냉각흡수탑(20)은 하부챔버와 중간부에 악취성분과의 반응경로를 길게 하기 위하여 평균 12 mm 수준의 어항용 자갈을 약 20 cm의 높이로 충진층을 이룬 플레이트와 상부 물 분사노즐을 갖고 상부 물 분사노즐에서 분사되는 물로 인해 자갈충진층 사이로 약간의 물이 채워지며 하부에서 올라오는 냄새성분 및 수증기에 약간의 부하를 주는 상태를 이루고 하부챔버로부터 유입되는 수증기 및 냄새성분이 자갈충진층을 거치며 상부로 진입하게 되며 수중기는 상부에서 낙하되는 냉각수와 만나 물로 변환된 것은 드레인을 거쳐 물탱크 12로 유입되고, 냄새성분과 미 응축 수증기는 싸이클론(30)을 거치면서 다시 응축된 수증기는 물로 변화되어 물탱크 12로 보내지며, 싸이클론(30)을 거친 냄새성분은 블로워2(31)을 이용하여 오존(O3)발생장치에서 오존반응조(40)로 보내주는 O3와 반응시켜 오존반응물의 악취성분을 먼저 제거한 후 미반응 냄새성분은 규산염반응조(50)로 보내져서 나머지 냄새성분과 하기의 반응을 거쳐 냄새가 제거된다.
즉, 본원의 규산염반응조(50) 내부로 유입되는 악취 냄새 원인물질이 규산염과 만나면서 무기 소스인 산(acid), 이산화탄소(탄산가스), 중탄산가스와 반응하여 하기 반응식 1~3와 같이 졸(sol) 상태에서 화학적 균형이 깨지면서 입자들이 서로 얽히게 되어 규산염의 겔(gel)화 현상에 의한 3차원적 실리카의 네트워크가 형성됨과 동시에 악취성분들이 실리카의 그물구조 밖으로 빠져나오지 못하면서 무기결합재(Binder)의 역할을 하게 됨에 따라 악취 냄새 원인물질을 흡착하는 것으로 파악된다.
반응식 1
M2O·nSiO2 + CO2 ----> nSiO2(실리카 겔 형태) + M2CO3
(M = Na, K, Li), (n = 2 ~ 4)
반응식 2
M2O·nSiO2 + H2SO4 ----> nSiO2(실리카 겔 형태) + M2SO4
(M = Na, K, Li), (n = 2 ~ 4)
반응식 3
M2O·nSiO2 +LHCO3 ----> nSiO2(실리카 겔 형태) + M2CO3 + LOH
(L=Na, K, NH4), (M = Na, K, Li), (n = 2 ~ 4)
본원에서 도 1에 제시된 악취 제거 처리시스템은 하나의 적용예를 나타낸 것으로, 도 1에서는 악취제거탑으로 오존반응조(40)와 규산염반응조(50) 2개를 설 치하는 구성으로 도시하여 설명하고 있으나, 본원의 기술사상은 규산염반응조(50) 내부에서 상기의 반응식 1~3와 같이 3차원적 실리카의 네트워크를 형성시켜 냄새성분을 제거시키고자 하는 것으로, 오존반응조(40)는 보조적 수단으로 규산염반응조(50) 전 단계 또는 후 단계에 설치되어 냄새 제거 효율을 높이고자 하는 것으로, 현장여건에 따라서 오존반응조(40) 설치가 생략되는 처리시스템으로 적용될 수 있으며, 또한 냉각흡수탑(20)에 연결되어 설치되는 싸이클론(30)도 냉각흡수탑(20)에서 미쳐 액화되지 않은 수증기를 다시 한번 응축시키고자 하는 보조기능을 갖는 것으로 현장여건에 따라서 싸이클론(30)의 설치가 생략되는 처리시스템으로 적용될 수 있음도 물론이며 도면부호 12, 13, 14는 본원의 처리시스템에서 발생하는 물을 받는 드레인 물탱크를 나타낸 것이다.
또한, 도 1에 제시된 악취 제거 처리시스템에서는 싸이클론(30)을 거쳐 오존반응조(40)로 보내지는 냄새성분을 포함한 가스 중의 일부를 다시 밀폐형 슬러지건조기(10)로 재순환(recycle)시켜서 밀폐형 슬러지건조기(10)로 유입되는 공기량을 최소화시키는 것이 바람직한바, 이는 도 1에 제시되는 악취 제거 처리시스템에 가능한 한 외부공기를 적게 받아들여서(in put) 건조공정 중에 발생되는 냄새성분 배출량(out put)을 최소화하여 하기 위한 수단이다.
본원 발명자는 본원의 기술사상으로 제공되는 악취제거탑(규산염반응조)에서의 탈취효과를 확인하기 위한 수단으로 적용된 실시양태를 아래의 실시예로 비교하고자 하였다.
실시 예 1
본원의 기술사상이 구현되어 얼마의 탈취효과를 얻을 수 있는지 확인하기 위하여 스텐인레스강(Stainless steel)으로 구성된 지름 300 cm, 높이 1 m 크기의 악취제거탑 반응조로 파이롯 플랜트를 제조하였다. 악취제거탄 반응조 내부에는 5 mm의 구멍이 100개 천공된 칸막이를 설치하고, 반응조 칸막이 내부 상부에는 반응조 상부에서 분무되는 규산염 용액과 하수슬러지의 악취성분과의 반응경로를 길게 하기 위하여 평균 12 mm 수준의 어항용 자갈을 약 20 cm의 높이로 충진하였다.
악취제거탑 반응조는 상부에 규산염 공급라인과 규산염의 3차원적인 네트워크를 형성시킬 수 있는 무기 소스(Sourcr)의 공급라인이 구성되도록 하였으며, 이들의 공급방법은 샤워타입으로 분무되며 공급되도록 하였고, 각각의 용액들은 순환펌프를 이용하여 연속적 탈취를 제공하도록 하였다.
반응기 하단에는 건조과정 중의 악취가 포함된 기류가 유입될 수 있는 유입구가 구성되도록 하고, 반응기 내부로 유입된 악취의 기류가 단독의 규산염 내지는 규산염과 규산염의 3차원적 네트워크를 형성시킬 수 있는 소스와 반응을 한 다음 반응기 밖으로 배출되도록 반응기 상부에는 기류의 배출구가 구성되도록 하였다.
또한 본 발명에 의한 정확한 탈취 능력을 확인하기 위하여 건조로에는 건조과정 중 발생되는 일정량의 악취의 기류를 악취제거탑 반응조으로 이송시킬 수 있도록 유량계가 설치되고, 오븐과 반응조와 유입라인이 연결되도록 구성하였으며, 최종 탈수단계를 거친 하수슬러지를 100℃의 오븐에서 가열하면서 1,000 ml/min 의 유속으로 악취기류를 반응조에 유입되도록 하였으며, 반응조 상부 한 곳에는 탈취제로서 SiO2가 1.5 중량 %의 농도로 희석된 물유리(Sodium silicate, 에스켐텍(주)) 3종 용액을 1 L/min의 유속으로 분무되도록 하고, 다른 한 곳에는 규산염을 3차원적인 네트워크로 형성시키기 위한 소스로 이산화탄소가 300 ppm으로 유지되도록 주입시키면서 하수슬러지의 건조과정 중에 발생하는 탈취 제거수준을 확인하고자 하였다.
실시 예 2
규산염의 소스로서 (주)에스켐텍의 규산나트륨(물유리 3종)을 SiO2로서 4.0 중량 %의 농도로 희석시키고, 다른 한 곳에는 규산염을 3차원적인 네트워크로 형성시키기 위한 소스로 삼전순약의 1 중량%로 희석된 황산으로 사용한 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.
실시 예 3
규산염의 소스로서 (주)에스켐텍의 규산칼륨(Potassium silicate) 상품명 POSIL 25를 SiO2가 1.5 중량 %의 농도로 희석시키고, 다른 한 곳에는 규산염을 3차원적인 네트워크로 형성시키기 위한 소스로 삼전순약의 중탄산나트륨을 2.5 중량%로 용해된 용액을 사용한 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.
비교 실시예 1
탈수단계를 거친 하수슬러지를 어떠한 처리를 하지 않고, 단순히 100℃의 오븐에서 가열하면서 악취의 기류가 1,000 ml/분의 유속으로 배출되도록 하였다.
비교 실시예 1 및 실시 예 1~3의 하수슬러지 건조과정 중에 발생하는 탈취제거율을 표 1에 나타냈는바, 탈취율은 관능법에 의해 수행하였으며, 본 관능법에 참여한 사람은 총 19명(남자13명, 여자 6명)이었으며, 평균 나이는 24.8세 있었다.
구분 탈취능력
실시 예 1 ◎
실시 예 2 ◎
실시 예 3 ◎
비교 실시예 1 ▼
악취가 느껴지지 않음 : ◎, 악취가 어느 정도 느껴짐 : ○, 악취가 다량 존재함 : ▼
상기 표 1에 나타난 결과에서 확인할 수 있듯이 비교 실시예 1에서는 어떠한 처리를 하지 않고 탈수된 하수슬러지를 단순히 건조할 경우 슬러지 내부에 포함된 휘발성 유기물질들이 공기 중으로 비산되면서 다량의 악취를 발생할 수 있음을 확인한 반면, 실시 예 1에서는 단순히 규산염이 희석된 용액을 사용한다 할지라도 대기 중에 오염된 이산화탄소에 의해 3차원적인 실리카의 네트워크를 형성하고 하수 슬러지의 건조과정 중에 발생되는 악취제거 효과를 나타냄을 할 수 있었다.
실시 예 2에서는 알칼리에서 화학적으로 안정한 규산염이 산(Acid)과 접촉하면서 화학적으로 불안정한 규산이 만들어지면서 3차원적인 실리카의 네트워크가 형성되어 하수 슬러지의 건조과정 중에 발생되는 악취제거 효과를 나타냄을 할 수 있었고, 실시 예 3에서는 상기 반응식 3과 같은 반응에 의해 3차원적인 실리카의 네트워크가 형성되어 하수슬러지의 건조과정 중에 발생되는 악취를 쉽게 제거할 수 있음을 확인하였다.
10 : 슬러지건조기 11 : 블로워1
12, 13, 14 : 드레인 물탱크
20 : 냉각흡수탑 30 : 싸이클론
31 : 블로워2 40 : 오존반응조
50 : 규산염반응조

Claims (6)

  1. 각종 수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 건조처리하는 단계에서 발생하는 악취물을 제거하기 위한 악취냄새 제거방법에 있어서,
    수 처리과정 중 발생하는 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 밀폐형 슬러지건조기를 이용하여 탈수 및 건조공정을 수행하는 제1단계;
    상기 탈수 및 건조공정에서 발생되는 수증기 및 악취성분을 냉각하기 위하여 냉각흡수탑을 거치며 수증기는 응축수로 변환시켜 하부의 응축수 저장조로 보내고 응축되지 않은 냄새성분은 악취제거탑으로 보내주는 제2단계;
    상기 악취제거탑은 한국산업규격 KS M 1415의 1∼4종의 액상 규산나트륨이나 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중에서 선택되어 지는 규산염 수용액이 악취제거탑 내부에서 분무될 때 산(acid), 이산화탄소(탄산가스), 중탄산가스 중에서 선택되는 무기소스(Source)가 함께 분무되어 악취 냄새 원인물질과 규산염 및 무기소스(Source)가 3차원적 실리카 네트워크의 형성하여 냄새를 제거하는 제3단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 악취냄새 제거방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계에서 악취제거탑 내부에 분무되는 규산염 용액은 이산화규소(SiO2) 기준으로 50 ppm 내지는 6.5 중량% 농도범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 악취냄새 제거방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계의 냉각흡수탑에서 악취제거탑으로 보내지는 가스상 냄새성분의 일부를 밀폐형 슬러지건조기로 재순환시켜 슬러지건조기로 유입되는 공기량을 최소화하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 악취냄새 제거방법.
  5. 각종 수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 건조하는 단계에서 발생하는 냄새를 제거하기 위한 악취 제거시스템에 있어서,
    수 처리과정 중 발생하는 슬러지의 함수율을 낮추기 위해 탈수 및 건조공정을 수행하는 밀폐형 슬러지건조기와
    상기 슬러지건조기의 탈수 및 건조과정에서 발생되는 수증기 및 악취성분을 냉각하기 위하여 냉각흡수탑을 거치며 수증기는 응축수로 변환시켜 하부의 응축수 저장조로 보내고 악취성분은 싸이클론을 거쳐 악취제거탑으로 보내주는 냉각흡수탑과
    상기 냉각흡수탑에서 보내주는 악취성분을 제거하기 위해 반응조 내부로 1∼4종의 액상 규산나트륨이나 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중에서 선택되어 지는 규산염 수용액이 이산화규소(SiO2) 기준으로 50 ppm 내지는 6.5 중량% 범위 농도로 분무시키면서 산(acid), 이산화탄소(탄산가스), 중탄산가스 중에서 선택되는 무기소스(Source)가 함께 분무되어 악취원인물질과 규산염 및 무기소스(Source)가 3차원적 실리카 네트워크의 형성하여 냄새를 제거하도록 적용되는 악취제거탑을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 악취 제거시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 악취제거탑의 앞이나 후에 오존발생기로부터 오존이 분사되어 악취 제거 효율을 높이도록 오존처리기가 추가되어 적용되는 것을 특징으로 하는 악취 제거시스템.
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