KR101426302B1 - 암모니아 가스의 제거능이 우수한 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 물리화학적·생물학적 하수 및 폐기물 처리시 발생하는 암모니아(NH₃) 가스를 효과적으로 제거하여 암모니아 특유의 악취의 발생을 방지하는 것으로, 물에 유기산을 혼합한 혼합물 또는 고화제에 유기산을 혼합하여 되는 복토재가 개시되고, 일정비율의 유기산이 함유된 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재에 관한 것으로서, 고화제 총 중량에 대하여 유기산 0.1 ~ 20.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화제와 상기 본 발명의 고화제와 하수슬러지와 같은 폐자원을 고화시켜된 복토재가 개시된다.

Description

암모니아 가스의 제거능이 우수한 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재{The solidification agent having excellent removal function of ammonia gas and artificial cover material made to use them}

본 발명은 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 물리화학적·생물학적 하수 및 폐기물 처리시 발생하는 암모니아(NH₃) 가스를 효과적으로 제거하여 암모니아 특유의 악취의 발생을 방지하는 것으로 일정비율의 유기산이 함유된 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재에 관한 것이다.

현대 산업이 발전하면서 각종 폐기물의 배출량은 증가하는 추세에 있으며, 그 결과 다양한 환경오염으로 자연 생태계가 파괴되고 있다. 산업의 발달과 함께 고도로 성장한 과학으로부터 더 이상의 환경오염을 방지하기 위한 다양한 물리화학적생물학적 하수 및 폐기물 처리기술이 보급되고 있고 사회적으로 환경에 대한 규제가 심화되고 있다. 그럼에도 불구하고 물리적인 유입과 유출은 늘 존재하기에, 다양한 하수 처리에서 발생하는 슬러지는 현재의 기술로 처리하기 어려운 난제이다. 하수처리시설의 증가와 규제기준이 강화되면서 하수슬러지의 발생량은 매년 증가하고 있음에도 불구하고 폐기물 배출이 어렵게 되어감에 따라 효율적인 하수슬러지 처리 방안이 필요하다. 이러한 상황 하에서 폐기물 해양투기를 금지하는 런던의정서 가입국 중 선진국에서는 하수슬러지를 일종의 산업자원으로 보고 다양하게 재활용하고 있지만, 국내에서는 정책 부재와 전반적인 인식부족으로 하수슬러지를 여전히 어딘가 버려야 할 쓰레기 정도로 취급하는 분위기여서 범정부차원의 활성화대책이 시급하다는 지적이다. 이를 해결하기 위한 최적의 방안 중 하나는 하수슬러지를 매립용 복토재로 사용하는 것이다.

하폐수 슬러지는 안정화 처리 공정을 거친 다음 다른 적당한 물질 (일반적으로 고화제라고 명명)과 혼합하면 전체량은 일부 증가하는 문제도 있으나 매립지의 복토재로 이용될 수 있으며 이를 통하여 복토재 구입문제 해결과 매립지의 조기 안정화 등 많은 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라 소각 등 다른 방법에 비하여 경제적이고 환경친화적으로 슬러지를 처리할 수 있어 앞으로 더욱 많은 현장적용이 기대되고 있기도 하다.

하수슬러지 중에는 질소성분이 암모늄이온(NH₄ ⁺)형태로 함유되어 있지만 알칼리계의 고화제를 사용하여 고화처리를 할 경우, 고화물의 pH가 9이상으로 높아지게 된다. 이때 암모늄이온이 암모니아 가스(NH₃)로 전환되어 대기 중으로 발산됨에 따라 암모니아 특유의 악취를 발생하게 된다. 따라서 고화물의 암모니아 가스발생을 억제하려면 고화물의 pH를 중성부근으로 낮추어 유지하거나 또는 발생하는 암모니아 가스 제거물질을 넣어줄 필요가 있다.

국내 하수슬러지 복토재 제조업체에서는 생석회를 첨가하며, 이때 생석회는 반응조 내에서 수분과 합하여 수산화칼슘으로 변화되고, 수분은 고체화되고, 그것에 따라 흙의 함수비는 저하한다.

[반응식 1]

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 15㎉/mol

위 반응식 1에서와 같이, 1kg당 15.2kcal의 열을 방출하여 유기물을 소화처리하며, 수분을 증발시킨다. 더불어 슬러지에 함유한 유해성 물질을 고온으로 살멸하고, 물리화학적으로 안정화된 화합물을 만들어 흙과 같은 형상으로 생성되는 장점을 갖는다. 그러나 생석회의 첨가에 따라 pH가 상승하며, 최대 pH 값은 13 수준에 이르게 된다. 이렇게 제조된 복토재는 암모니아 가스 발생을 급증시키는 역할을 하는 단점을 갖는다.

이를 해결하기 위해 기존 방법, 즉 복토재의 암모니아 가스 발생을 억제하기 위해 고화제 내부에 다량의 비휘발성 무기산인 황산(H₂SO₄)이나 인산(H₃PO₄), 황산철 등의 산성재료를 첨가해서 단순히 pH만을 낮추어 준다. 그러나 상기의 방법은 원료 투입량이 매우 클 뿐만 아니라, 원재료의 가격도 높아 경제성이 떨어지는 단점이 있다. 그러므로 가격이 저렴하고, 투입량도 적은 암모니아 가스 제거 방안이 도출되어야 하며, 일시적 제거가 아닌 장기적 유지 기능도 보유하고 있어야 한다.

1. 대한민국등록특허공보 제10-0357524호 "지정 폐기물 재활용을 위한 고화제 및 이를 이용하여 제조된 압축강도가 우수한 경화체" 2. 대한민국공개특허공보 특2003-0016451호 "고성능 고화제 조성물 및 그 제조방법" 3. 대한민국등록특허공보 제10-1044921호 "타화 왕겨를 활용한 하수슬러지 복토재 제조방법" 4. 대한민국등록특허공보 제10-1067473호 "폐자원을 이용한 친환경 재활용 성토재 조성물 및 그 제조방법"

본 발명에서는 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 원료 투입량이 매우 적으면서 원재료의 가격이 저렴하여 경제성이 높아, 가격이 저렴하고, 투입량도 적은 암모니아 가스 제거 효율을 높이는 고화제를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 암모니아 가스의 일시적 제거가 아닌 장기적 유지 기능을 보유하는 고화제를 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 제공되는 고화제를 사용하여 고화시켜 완성되는 암모니아 가스로 인한 악취발생이 없는 복토재를 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 복토재에서 발생하는 암모니아 가스를 효과적으로 제거할 수 있는 암모니아 가스 제거제로 물에 일정비율로 유기산을 혼합하여 되는 혼합물, 또는 상기 유기산을 포함하는 고화제를 포함하여 제조된 복토재로 되는 암모니아 가스 제거제를 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 암모니아 가스 제거제는 물에 분말상의 푸마르산, 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기산을 20 ~ 90중량%를 포함하도록 혼합하여 되는 현탁액이거나,

또는 하수슬러지, 폐수슬러지, 정수오니슬러지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 슬러지 100중량부에 대하여, 고화제 총량에 대하여 푸마르산, 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기산의 함량 0.1~20.0중량%를 포함하는 고화제 30~70중량부를 혼합하여 고화처리하여 된 복토재인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 고화제 총 중량에 대하여 유기산 0.1 ~ 20.0중량%를 포함하여 이루어진 암모니아 가스의 제거능이 우수한 고화제를 제공한다.

여기서, 상기 유기산은 푸마르산, 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 고화제는 제지 애쉬, 슬러지 애쉬, 아스팔트계 고화제, 물유리, 우레탄 및 석탄계 고화제 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 하수슬러지, 폐수슬러지, 정수오니슬러지 중 어느 하나의 슬러지 100중량부에 대하여 고화제 총량에 대하여 유기산의 함량 0.1~20.0중량%를 포함하는 고화제 30~70중량부를 혼합하여 고화처리한 것을 특징으로 하는 복토재를 제공한다.

여기서, 상기 슬러지 100중량부에 대하여 생석회 5~50중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복토재에 강도발현제로 고로슬래그 미분말, 스테인리스슬래그 미분말, 동제련슬래그 미분말, 바텀애시 미분말, 플라이 애시로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 첨가하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 제공되는 고화제는 일정량이 유기산을 함유함으로써 유기산을 첨가하는 고화제의 종류에 관계없이 효과적인 암모니아 가스 발생량 저감을 기대할 수 있고, 특히 암모니아 가스 발생 시간이 경과함에 따라 가스 제거율은 더욱 상승하는 효과를 도출할 수 있는 고화제를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 원료 투입량이 매우 적으면서 원재료의 가격이 저렴하여 경제성이 높아, 가격이 저렴하고, 투입량도 적은 암모니아 가스 제거 효율을 높이는 고화제를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 암모니아 가스의 일시적 제거가 아닌 장기적 유지 기능을 보유하는 고화제를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고화제를 사용하여 고화시켜 완성되는 암모니아 가스로 인한 악취발생이 없는 복토재를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 제공되는 암모니아 가스 제거제는 비료처럼 복토재에 위에 뿌려줌으로써 효과적으로 암모니아 가스를 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 복토재의 암모니아 가스 발생량 측정의 일예를 도시한 사진이다.
도 2 는 복토재의 가스관 검지법에 의한 암모니아 가스 흡입과정의 일예를 도시한 사진이다.
도 3 은 도 2의 가스관 검지법에 의해 암모니아 가스를 흡입한 가스 검지관의 일례를 도시한 사진이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일시예에 따른 고화제 A와 B에 포함된 유기산의 함량에 따른 복토재의 암모니아 가스 발생량을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 6 은 본 발명에 따른 혼탁액으로 되는 암모니아 가스 제거제의 복토재 처리의 예를 도시한 것이다.
도 7 은 본 발명에 따른 유기산 함유 복토재의 복토재표면에 처리된 상태를 예시한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 물리화학적·생물학적 하수 및 폐기물 처리시 발생하는 암모니아(NH₃) 가스를 효과적으로 제거하여 암모니아 특유의 악취의 발생을 방지하는 것으로, 암모니아 일정비율의 유기산이 함유된 고화제 및 이를 이용하여 제조된 복토재에 관한 것이다.

일반적으로 복토재는 다량의 수분을 함유할 수 밖에 없다. 왜냐하면 하수슬러지의 수분함량이 80%를 상회하여, 최종 복토재로 제조된다하더라도 50% 수준의 수분을 함유하고 있기 때문이다. 따라서 고습도하에 있어서의 가스 중의 악취 성분이나 액체 중의 악취 성분까지 효율적으로 제거하기 위한 난용성 또는 불용성의 고형 성분이 필요하다. 또한 고화제 및 복토재에 함유되어 있는 무기 및 유기성분과 반응하여 암모니아 가스를 제거할 수 없는 성분으로 변환되지도 않아야 한다. 특히 황산철과 황산 등은 수분 및 고화제/복토재 성분 등과 반응하여 다른 성분으로 변환되기도 한다. 특히 황산 및 인산 등은 환경에도 이롭지 못한 강산으로 작용하기도 한다.

특히, 황산이나 황산염을 이용하는 악취제거 방법은 하수슬러지 내의 암모늄염뿐만 아니라 고화제의 다른 물질 (예를 들어 생석회 등의 CaO)과도 반응하기 때문에 선택적으로 암모니아를 제거할 수 없는 단점이 있다.

[반응식 2]

H₂SO₄ + CaO → CaSO₄ + H₂O

[반응식 3]

FeSO₄ + CaO + H₂O → C_aSO₄ + Fe(OH)₂

[반응식 4]

Fe₂(SO₄)₃ + 3CaO + 3H₂O → 3CaSO₄ + 2Fe(OH)₃

상기 반응식들처럼 고화시에 황산철과 생석회가 빠르게 반응하여 수산화철이 생성된다. 수산화철은 강한 환원제로 질산염 등을 암모니아로 환원시키기 때문에 암모니아 제거에 효과적이라 할 수 없는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 고화제에 유기산을 첨가하여 화학적으로 유기산과 반응시켜 암모니아를 제거하는 방법을 착안하여 본 발명을 완성하고자 하였다.

직접적으로 유기산과 혼합하여 사용함으로써, 암모니아 가스는 즉각적으로 유기산과 반응하여 안정한 생성물로 변화되며, 이에 의해 암모니아 가스의 제거가 가능하다.

또한, 유기산으로 인해 pH도 충분히 제어할 수 있다. 본 발명에서 검토한 유기산은 푸마르산, 테레프탈산 등이며, 상기의 산 등은 물에 거의 용해되지 않으며, 특히 고습도하에서나 액체 상태에서 사용되어도 조해성이 없다. 액체나 가스가 접촉한다고 하더라도 쉽게 용해되지 않는다. 더불어 염기성 악취를 선택적으로 제거하는 기능도 있다. 따라서 고화제 또는 복토재 등에 사용하기에 매우 적합한 물질임을 알 수 있다. 본 발명에서 사용한 상기의 산 등을 단독으로 사용할 수 있지만, 혼합해서 사용할 수도 있다. 이중에서도 푸마르산과 테레프탈산 등이 최적임을 확인하였으며, 이는 저렴한 가격과 가격 대비 상대적으로 우수한 물성발현 성능 때문이다.

상기에서 본 발명에 적용된 유기산별 물 용해도를 하기 표 1에 나타내었다.

구 분	용해도 (23℃ 기준)
푸마르산	0.63g/100mL
테레프탈산	0.0017g/100mL

상기 푸마르산의 경우 말레산의 기하이성질체로 고체 유기산 중 가격이 저렴하고, 그 효과가 커서 가장 경제적인 산으로 알려져 있다. 칼륨염의 형태로 식물계에 널리 분포하며, 미생물의 발효에 의해서도 생성된다. 포화수용액에서 pH는 2.2~2.7로 고화제와 혼합할 경우 pH를 조절하는 역할을 한다.

하기에 기재되는 반응식 5는 생석회 등(OH^- 이온의 source)을 투입한 복토재에서 암모니아 가스 (NH₃)가 발생되는 원리를 나타내는 화학식이며, 반응식 6은 암모니아 가스의 화학적 반응을 이용한 탈취 방법을 나타낸 것이다.

본 발명은 하기 반응식 6에서와 같이 악취성분과 결합하여 다른 물질로 바뀌도록 유도하는 특정 성분(푸마르산)을 적용하여, 냄새 원인 물질인 암모니아를 제거하는 것이다.

고화제에 푸마르산을 첨가한 후 고화처리를 할 경우, 하수슬러지 중의 암모늄이온(NH₄ ⁺)이 암모니아 가스(NH₃)로 전환되어 대기 중으로 발산되기 전에 고화제에 포함되어있는 푸마르산을 만나 1차 반응하고, 이때 아스파르트산(aspartic acid)의 형태로 석출하게 된다. 따라서 고화물의 암모니아 가스발생을 억제할 수 있게 되는 것이다.

[반응식 5]

[반응식 6]

즉, 상기 반응식 5와 6에서 보여지는 바와 같이, pH 9보다 높은 환경이 조성 될 경우, 암모늄이온(NH₄ ⁺)은 암모니아 가스(NH₃)로 전환된다. 이후 푸마르산과 암모니아가 반응하여 아스파르트산으로 합성이 되면서 암모니아 가스를 제거할 수 있다.

또한 상기 반응식 6의 반응은 비가역 반응으로 암모니아 가스가 재생산될 수 없다.

이상에서 설명된 바와 같이, 고화제에 첨가하는 푸마르산, 그리고 푸마르산과 암모니아와 반응하여 생성되는 아스파르트산의 경우, 즉 푸마르산과 아스파르트산은 식품에 첨가하는 식품 첨가제의 일종이다. 따라서 황산철 및 황산, 인산 등과 달리, 푸마르산 등을 고화제에 첨가하여 복토재 등에 활용할 경우, 인체/환경 안전성 측면에서도 매우 우수하리라고 판단할 수 있다.

이상에서와 같은 고화원리를 적용한 본 발명에서 제공되는 암모니아 가스 제거제는 물에 분말상의 푸마르산, 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기산을 20 ~ 90중량%를 포함하도록 혼합하여 되는 현탁액을 제조할 수 있다. 상기 현탁액은 도 6에 도시된 바와 같이, 암모니아 가스 제거제 처리가 되지 않은 복토재의 표면에 비료와 같이 도포하여 표층에 유기산이 고르게 분포하도록 처리함으로써 복토재에서 발생하는 암모니아 가스와 현탁액에 포함되어 있는 유기산이 화학반응하여 암모니아 가스를 효과적으로 제거하게 됨으로써 암모니아 가스의 역한 냄새을 억제하게 된다.

이때, 상기 혼탁액의 유기산의 함유량이 20중량% 미만일 경우에는 복토재 고화시 발생하는 암모니아 가스의 양에 비해 반응량이 적어 암모니아 가스를 효과적으로 제거하지 못하게 되어 특유의 암모니아 냄새가 발생하게 되는 문제가 있으며, 90중량%를 초과할 경우에는 표층에 처리되는 유기산이 뭉침현상이 발생하여 고르게 도포되지 않아 암모니아 가스 제거 효율이 떨어지게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 암모니아 가스 제거제로 하수슬러지, 폐수슬러지, 정수오니슬러지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 슬러지 100중량부에 대하여, 고화제 총량에 대하여 푸마르산, 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기산의 함량 0.1~20.0중량%를 포함하는 고화제 30~70중량부를 혼합하여 고화처리하여 된 복토재일 수 있다.

이때, 상기 유기산의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 암모니아가스의 제거력이 미미하여 악취발생을 억제하는 효과를 얻기 어려운 문제가 있고, 20.0중량%를 초과할 경우에는 암모니아 가스를 효과적으로 제거하나 제조원가가 상승하는 원인이 될 수 있고, 또한 암모니아가스 제거 반응 후 유기산이 잔존할 수 있어서 고화제로 고화된 복토재의 상용성이 떨어지는 문제가 있을 수 있게 된다.

상기 복토재에는 유기산을 함유하고 있어, 이를 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이, 암모니아 가스 제거제가 처리되지 않은 복토재의 표층에 일정두께로 도포하여 줌으로써, 포함되어 있는 유기산에 의해 암모니아 가스 제거제가 처리되지 않은 복토재의 고화시 발생하는 암모니아 가스가 제거되게 된다.

또한, 본 발명에서는 이상에서 설명되어진 유기산의 고화원리를 적용한 고화제를 제공하게 된다.

본 발명에서 제공되는 고화제는 고화제 총 중량에 대하여 유기산 0.1 ~ 20.0중량%를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 유기산의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 암모니아가스의 제거력이 미미하여 악취발생을 억제하는 효과를 얻기 어려운 문제가 있고, 20.0중량%를 초과할 경우에는 암모니아 가스를 효과적으로 제거하나 제조원가가 상승하는 원인이 될 수 있고, 또한 암모니아가스 제거 반응 후 유기산이 잔존할 수 있어서 고화제로 고화된 복토재의 상용성이 떨어지는 문제가 있을 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 유기산은 푸마르산, 테레프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하며, 푸마르산과 테레프탈산 또는 이들의 혼합물은 암모니아제거 효율이 더 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 유기산을 혼합하여 사용할 수 있는 고화제로는 제지 애쉬, 슬러지 애쉬, 아스팔트계 고화제, 물유리, 우레탄 및 석탄계 고화제 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따라 제공되는 유기산을 함유하는 고화제를 사용하여 복토재를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 복토재는 하수슬러지, 폐수슬러지, 정수오니슬러지 중 어느 하나의 슬러지 100중량부에 대하여 고화제 총량에 대하여 유기산의 함량 0.1~20.0중량%를 포함하는 고화제 30~70중량부를 혼합하여 고화처리하여 완성된다.

본 발명에 따르면, 복토재의 고화정도의 효율을 증대시키기 위하여 상기 슬러지 100중량부에 대하여 생석회 5~50중량부를 더 첨가할 수 있다.

또한, 본 발명에서 제공되는 복토재의 물리적 강도를 향상시키기 위하여 강도발현제로 고로슬래그 미분말, 스테인리스슬래그 미분말, 동제련슬래그 미분말, 바텀애시 미분말, 플라이 애시로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 첨가할 수 있다.

이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로 하기의 실시예들로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형 가능한 것이다.

[실시예 1 내지 12]

제지 애쉬, 슬러지 애쉬, 석회계, 석고계 및 시멘트 류 등을 원료로 하는 고화제 2종(고화제 A 및 B)과 수분을 80% 정도 함유하는 하수슬러지를 하기 표 2와 같이 혼합한 후 시간별 암모니아 가스 농도 변화를 측정하였다.

상기 고화제 A 및 B는 국내 I사(임광)와 C사(케미우스)에서 시중 판매되는 고화제이며, 푸마르산과 테레프탈산을 고화제 총량에 대해 중량비로 각각 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 양을 포함하도록 혼합한 것을 사용하여 암모니아 가스 농도 변화를 측정하였다.

암모니아 가스 농도를 측정하는 일예는 도 1 내지 3에 도시 하였다.

도 1은 유기산을 함유하지 않은 고화제 A와 고화제B를 사용하여 암모니아 가스 발생정도를 측정하는 모습 (a) 및 (b)와, 유기산으로 푸마르산을 첨가한 후, 암모니아 가스 발생정도를 측정하는 모습 (c) 및 (d)를 도시한 것이다.

도 2 는 가스관 검지법에 의한 암모니아 가스 흡입과정을 도시한 것으로 도 1의 각각의 셈플에 도 3에 도시된 바와 같은 가스 검지관을 사용하여 암모니아 가스를 흡입하여 그 결과를 도출하였으며, 검출 결과 첨부도면 도 4 및 5와 같은 결과가 도출되었다.

[비교예 1 및 2]

유기산으로 푸마르산과 테레프탈산을 함유하지 않은 고화제A와 고화제B를 사용하여 암모니아 가스 발생 정도를 측정하였으며, 그 측정방법은 실시예와 동일한 조건으로 실시하였고, 그 결과는 도 4 및 5에 나타내었다.

구 분	고화제 (중량부)		생석회 (중량부)	하수슬러지 (중량부)	푸마르산 (중량%)	테레프탈산 (중량%)
	고화제A	고화제B
실시예1	40	-	20	100	0.1	-
실시예2	40	-	20	100	0.5	-
실시예3	40	-	20	100	1.0	-
실시예4	40	-	20	100	2.0	-
실시예5	40	-	20	100	10.0	-
실시예6	40	-	20	100	20.0	-
실시예7	-	50	-	100	-	0.1
실시예8	-	50	-	100	-	0.5
실시예9	-	50	-	100	-	1.0
실시예10	-	50	-	100	-	2.0
실시예11	-	50	-	100	-	10.0
실시예12	-	50	-	100	-	20.0
비교예1	40	-	20	100	-	-
비교예2	-	50	-	100	-	-

상기 실시예와 비교예에 사용된 고화제 A는 애쉬류가 주요 원료로 된 것으로, 생석회를 혼합하여 사용하였고, 고화제 B는 석회 및 석고가 주 원료로 된 고화제로 생석회를 첨가하지 않고 사용하였다.

상기 표 2와 같은 배합비로 모르타르 혼합기에서 혼합하여 복토재를 제조하였다. 제조된 복토재는 200g을 샘플링한 후, 도 1에 도시된 바와 같이 데시케이터 안에 정치하였다. 이때 암모니아 가스가 빠져 나가지 않도록 그리스 등을 사용하여 충분히 밀봉하여야 한다.

상기 도 1의 (a)에는 비교예1의 복토재를 정치하였고, 도 1의 (b)에는 비교예 2의 복토재를 정치하여 측정하였으며, 도 1의 (c)에는 실시예 1 내지 4의 복토재를 각각 순환 정치하여 측정하였으며, 도 1의 (d)에는 실시예 5 내지 8의 복토재를 각각 순환 정치하여 측정하였다.

상기와 같이 정치 후 이후 5분, 10분, 30분, 1시간 및 3시간 후의 암모니아 가스 농도를 측정하였으며 그 결과는 도 4 및 5에 나타내었다.

상기 표 2의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 고화제 A와 생석회 등을 사용한 복토재의 유지 시간별 암모니아 가스 발생량을 측정한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서와 같이 암모니아 가스 발생량은 시간이 경과함에 따라 증가하나, 유기산으로 푸마르산과 테레프탈산을 첨가한 복토재의 암모니아 가스 발생량은 첨가하지 않은 Ref. 복토재보다 매우 낮아짐을 확인할 수 있었다.

도 4에서와 같이, 암모니아 가스를 제거하기 위한 유기산을 첨가하지 않은 복토재(비교예1)에서 검출된 5분 경과 후 암모니아 가스 농도는 480ppm 수준이었으나, 푸마르산을 0.1% 첨가한 복토재는 420ppm으로 낮아지는 특성이 발현되었다. 푸마르산을 20.0% 첨가한 복토재의 암모니아 가스 농도는 200ppm 수준이었다. 즉, 5분 측정조건에서는 Ref. 보다 푸마르산 0.1% 첨가시 12% 농도 감소가 이루어졌으며, 20% 첨가시에는 58%의 감소가 이루어졌다. 이는 푸마르산의 첨가에 의해 복토재의 암모니아 가스는 효율적으로 제거되고 있음을 확인할 수 있었다.(도 4의 (a))

또한, 테레프탈산을 첨가한 경우에도 유사한 효과가 도출되었다. 테레프탈산 0.1% 첨가시에는 430ppm, 20.0% 첨가시에는 210ppm 수준의 결과가 얻어졌으며, 이는 푸마르산을 첨가한 경우와 유사한 수치이다.(도 4의 (b))

3시간 (180분) 경과시에는 푸마르산 20.0% 첨가시에 890ppm이 검출되었으며, 이는 Ref. 복토재 3시간 경과 후 측정한 3000ppm 보다 매우 낮은 수치이다. 이러한 결과는 3시간 경과시, 푸마르산의 적용에 의해 약 77%의 암모니아 가스 발생량 저감을 기대할 수 있다.

한편, 실시예 5 내지 8 및 비교예 2의 고화제 B를 사용하고, 생석회를 혼합하지 않은 복토재의 유지 시간별 암모니아 가스 발생량을 측정한 결과는 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 암모니아 가스 발생 특성은 고화제 A를 사용한 도 4의 결과의 경우와 유사한 결과를 도출하였다. 즉, 생석회를 별도로 투입하지 않은 고화제에서도 암모니아 가스 제거 능력이 있는 유기산을 투입할 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.

한편, 유기산을 첨가하지 않은 2종류의 복토재(고화제 A 및 B) 모두에서 1일 경과 후에 측정한 암모니아 가스 농도는 56% 수준으로 검출되었다. 또한, 3일 경과시에도 이와 유사하거나, 소폭 상승된 값을 나타내었다.

따라서 1일 경과 후부터는 암모니아 가스 발생량이 급격히 증가하지는 않는 것으로 추정되었다. 그러나, 푸마르산과 테레프탈산을 첨가한 경우에는 3시간 경과 후의 값과 1일 및 3일 측정값에서 약간 적은 농도를 보였으나, 큰 차이가 발생하지는 않았다. 이는 유기산에 의해 지속적으로 생성되는 암모니아 가스가 효과적으로 제거되고 있는 것으로 판단된다.

이상에서 설명되는 실시예들과 비교예들의 비교시험 결과, 푸마르산 또는 테레프탈산 등의 유기산을 사용할 경우에는 고화제의 종류에 관계없이 효과적인 암모니아 가스 발생량 저감을 기대할 수 있었다. 특히, 암모니아 가스 발생 시간이 경과함에 따라 가스 제거율은 더욱 상승하는 효과를 도출할 수 있음을 알 수 있었다.

[실시예 13 내지 14]

물에 분말상의 푸마르산을 각각 30중량%(실시예 13), 80중량%(실시예14)를 포함하도록 혼합하여 되는 현탁액 1ℓ를 준비한 다음, 도 6에 도시된 바와 같은 밀폐된 데시케이터 안에 제거제 처리가 되지 않은 복토재를 약 20㎝정도의 두께로 정치하고, 상기 복토재의 표층에 상기 현탁액을 고르게 뿌려주어 도포시켜 밀폐시켜 1일 후, 암모니아 가스 냄새를 맡아보는 관능검사를 실시하였다.

[실시예 15 및 16]

하수슬러지 100중량부에 대하여, 고화제 총량에 대하여 푸마르산 10.0중량%를 포함하는 고화제 50중량부를 혼합하여 고화처리하여 된 복토재를 준비하고, 실시예 13 및 14와 같이 데시케이터 안에 준비된 복토재의 표층에 약 5㎝의 두께를 가지도록 도포한 다음, 밀폐시켜 1일 후, 암모니아 가스 냄새를 맡아보는 관능검사를 실시하였다.

[비교예 3]

실시예 13 내지 16의 암모니아 제거제를 처리하지 않은 상태의 복토재를 준비하고, 1일 후 암모니아 가스 냄새를 관능검사하였다.

상기 실시예 13 내지 16의 관능검사 결과, 실시예 13의 경우에는 미미하나마 암모니아 가스 냄새가 잔존하였으나, 그 영향은 미미하였고, 실시예 14의 경우에는 거의 암모니아 가스 냄새가 나지 않았다. 또한, 실시예 15 및 16의 경우에는 유기산 혼탁액에 비해 암모니아 가스 냄새가 전혀 나지 않았다. 이는 현탁액만을 사용하는 경우보다는 유기산이 함유된 복토재의 경우가 암모니아 가스의 제거가 보다 효율적으로 일어나는 것으로 판단할 수 있다.

한편, 비교예 3의 경우에는 암모니아 가스의 역한 냄새가 밀폐를 해제하자 마자 공기중으로 퍼져나오는 것을 알 수 있었다.

이상에서 설명되는 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로, 상기 실시예들로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형가능한 것이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 제지 애쉬, 슬러지 애쉬, 아스팔트계 고화제, 물유리, 우레탄 및 석탄계 고화제 중 어느 하나와 유기산을 포함하는 고화제로서,
   상기 유기산은 푸마르산이고,
   상기 고화제는 고화제 총량에 대하여 유기산 0.1~20.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화제.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 하수슬러지, 폐수슬러지 및 정수오니슬러지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 슬러지;
   상기 슬러지 100중량부에 대하여 제지 애쉬, 슬러지 애쉬, 아스팔트계 고화제, 물유리, 우레탄 및 석탄계 고화제 중 어느 하나와 유기산을 포함하는 고화제 30~70중량부; 및
   상기 슬러지 100중량부에 대하여 생석회 5~50중량부;를 혼합하여 고화처리한 복토재로서,
   상기 유기산은 푸마르산이고,
   상기 고화제는 고화제 총량에 대하여 유기산 0.1~20.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 복토재.
   
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 복토재에 강도발현제로 고로슬래그 미분말, 스테인리스슬래그 미분말, 동제련슬래그 미분말, 바텀애시 미분말, 플라이 애시로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 첨가하여 된 것을 특징으로 하는 복토재.
   

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