KR101652435B1

KR101652435B1 - 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법

Info

Publication number: KR101652435B1
Application number: KR1020150071271A
Authority: KR
Inventors: 강미라
Original assignee: 강미라
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-08-30

Abstract

본 발명은 수처리 시설에서 발생되는 오니를 이용하여 친환경 생태블록을 만드는 방법에 있어서; 오니를 수거하여 집하장으로 입고하는 단계; 입고된 오니를 원통형 챔버 형태의 발효조에 넣고, 30-40℃의 미온수와 호기성미생물이 9.5:0.5의 중량비로 혼합된 호기성미생물수를 상기 발효조의 용량 대비 10%의 부피비로 첨가하여 단기 발효시키는 단계; 발효가 완료되면 유기물이 분해된 물은 배수하고, 잔류분만 수거하여 컨베어벨트로 이송하면서 전자빔조사기를 통해 전자빔 조사량이 최소 10kGy(Kilogray) 이상이 전자선처리하는 단계; 전자선처리물을 원통형상의 1차 분해조로 투입하고, 투입량 대비 1:0.4의 중량비로 제1첨가물을 첨가한 후 교반하여 1차 분해하는 단계; 1차 분해물중 침출수는 배수하고, 잔류분만 수거하여 1차 분해조로 투입한 후 투입량 대비 1:0.5의 중량비로 제2첨가물을 첨가한 후 교반하여 2차 분해하는 단계; 2차 분해가 완료되면 탈수하는 단계; 탈수 후 응집제를 투입하여 응집하고, 압축 성형하여 생태블록을 만드는 단계;를 포함하되, 상기 제1첨가물은 오존수 100중량부에 대해 녹차분말 30-40중량부, 사과껍질 추출액 25-35중량부, 테르븀(Terbium) 0.5-1.5중량부, 소디움벤조에이트 10-20중량부로 이루어지고; 상기 제2첨가물은 물 100중량부에 대해 유황 10-20중량부, 아윈 크링커와 이수석고가 3:7의 중량비로 혼합된 제1혼합물 20-30중량부, 디소디움 EDTA와 제올라이트가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 15-30중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법을 제공한다.

Description

오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법{Eco-friendly block manufacturing method using the sludge}

본 발명은 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수처리 시설에서 배출되는 슬러지나 찌꺼기를 무독성처리하여 호안블록이나 테트라 포트(방파제 블록), 인공어초 등의 환경친화적인 생태블록으로 활용할 수 있는 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 생태블록은 블록 설치 주변환경과 조화를 이루면서 설치면을 보호할 수 있도록 한 블록으로서, 주로 호안블록, 방파제 블록, 인공어초 등과 같이 다양한 형태를 갖는다.

이 중에서, 호안블록은 하천 등의 사면 보강 및 사면이 하천수에 의해 쓸려 내려가는 것을 방지하면서 자연친화적인 녹지 공간을 확보할 수 있도록 하는데 활용되는 블록으로서 등록특허 제0802050호를 비롯하여 다수가 개시되어 있다.

그리고, 방파제 블록은 소파기능(Wave Dissipating)을 수행하여 방파(Breakwater)할 수 있는 블록으로서, 내해에 정박된 선박이나 구조물들이 외해에서 발생한 파랑 등에 의해 피해를 입지 않도록 하는 기능을 수행하며 등록특허 제1214464호를 비롯하여 다수가 개시되어 있다.

또한, 인공어초는 해조류가 부착하여 번식할 수 있는 환경을 조성하여 그 곳에서 어류들이 숨어 살거나 혹은 산란장이 될 수 있도록 하여 치어들이 잘 성장할 수 있도록 안내하는 구조물로서 공개특허 제2010-0013711호를 비롯하여 다수가 개시되어 있다.

이와 같이, 생태블록은 물과 필수불가결하게 접촉하는 상황에 놓여 있기 때문에 저독성, 더 바람직하게는 무독성으로 제조되어야만 생태계를 안전하게 보호할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 종래 생태블록은 대부분 독성이 있는 콘트리트 구조물로 무분별하게 제조되다보니 본연의 목적에 반하는 다른 피해를 야기하는 단점이 파생되었다.

이에, 상기 호안블록의 선행기술로 언급한 등록특허 제0802050호와 같이, 독성을 제거한 생태블록을 제조하려는 노력들이 경주되고 있다.

한편, 수처리 시설에서 다량으로 배출되는 슬러지, 찌꺼기 등의 오니는 대부분 폐기 처분되고 있었으나, 환경제약으로 해양투기가 금지되고, 폐기물 매립장도 포화상태에 이르러 이에 대한 처리방안이 문제로 대두되고 있다.

그 일환으로, 상술한 생태블록으로의 재활용이 거론되고 있지만, 이러한 오니들은 독성을 함유하고 있기 때문에 쉽지 않은 상황이다.

즉, 오니에 포함된 독성은 콘크리트가 갖는 독성과 달라 상술한 등록특허 등록특허 제0802050호 등에서 처리하고 있는 방식으로는 독성을 무독성화할 수 없기 때문에 이에 대한 기술 개발이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 주로 수처리 시설에서 배출되는 활성 오니에 함유된 카드뮴, 6가 크롬, 납, 비소, 수은, 브롬계 난연제 등의 소위 6대 중금속이 갖는 독성을 처리하여 무독성화 가능하게 함으로써 폐기처분되던 오니를 생태블록으로 재활용할 수 있도록 한 친환경 생태블록 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 수처리 시설에서 발생되는 오니를 이용하여 친환경 생태블록을 만드는 방법에 있어서; 오니를 수거하여 집하장으로 입고하는 단계; 입고된 오니를 원통형 챔버 형태의 발효조에 넣고, 30-40℃의 미온수와 호기성미생물이 9.5:0.5의 중량비로 혼합된 호기성미생물수를 상기 발효조의 용량 대비 10%의 부피비로 첨가하여 단기 발효시키는 단계; 발효가 완료되면 유기물이 분해된 물은 배수하고, 잔류분만 수거하여 컨베어벨트로 이송하면서 전자빔조사기를 통해 전자빔 조사량이 최소 10kGy(Kilogray) 이상이 전자선처리하는 단계; 전자선처리물을 원통형상의 1차 분해조로 투입하고, 투입량 대비 1:0.4의 중량비로 제1첨가물을 첨가한 후 교반하여 1차 분해하는 단계; 1차 분해물중 침출수는 배수하고, 잔류분만 수거하여 1차 분해조로 투입한 후 투입량 대비 1:0.5의 중량비로 제2첨가물을 첨가한 후 교반하여 2차 분해하는 단계; 2차 분해가 완료되면 탈수하는 단계; 탈수 후 응집제를 투입하여 응집하고, 압축 성형하여 생태블록을 만드는 단계;를 포함하되, 상기 제1첨가물은 오존수 100중량부에 대해 녹차분말 30-40중량부, 사과껍질 추출액 25-35중량부, 테르븀(Terbium) 0.5-1.5중량부, 소디움벤조에이트 10-20중량부로 이루어지고; 상기 제2첨가물은 물 100중량부에 대해 유황 10-20중량부, 아윈 크링커와 이수석고가 3:7의 중량비로 혼합된 제1혼합물 20-30중량부, 디소디움 EDTA와 제올라이트가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 15-30중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 발효 완료된 잔류분은 컨베어벨트를 타고 전자빔조사기를 통과하면서 연속처리되도록 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 응집제는 보크사이트 크링커 분말이고, 상기 보크사이트 크링커 분말은 2차 분해물 전체 중량 대비 1:0.1의 중량비로 첨가 혼합되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 폐기처분되던 오니를 생태블록으로 재활용하되, 무독성처리 가능하게 구성함으로써 환경친화적이고, 효율적인 생태블록을 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법은 먼저, 수처리 시설로부터 배출되는 오니를 수거하는 단계가 수행된다.

오니 수거는 다수의 대행업체에서 수거하여 오니 집하장으로 입고하는 과정을 포함한다.

이렇게 수거된 오니는 단기 발효단계를 거친다.

상기 단기 발효는 정상적인 자연발효의 경우 3-4일에 걸쳐 정치과정을 거친 후 5-7일째 중온발효, 이후 폭발적인 발효가 일어나는 고열발효를 거치는 것과 달리 중온발효가 가능한 조건을 미리 세팅하여 1-2시간만에 고열발효가 가능하도록 인위적으로 조작한 발효이다.

이를 위해, 30-40℃로 유지되는 원통형 챔버 형태의 발효조로 수거된 오니를 투입함과 동시에 30-40℃의 미온수와 호기성미생물이 9.5:0.5의 중량비로 혼합된 호기성미생물수를 상기 발효조의 용량 대비 10%의 부피비로 첨가하여 단기 발효시킨다.

그러면, 오니에 포함된 유기물이 호기성미생물에 의해 신속히 분해된다.

이때 사용되는 호기성미생물로는 Vibrio haemolyticus, Arcanobacterium haemolyticum, Lactobacillus delbrueckiilactis, Staphylococcus kloosi, Bbacillus cereus, Streptomyces, Thermoactinomycetes, Providencia stuartii 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 될 수 있다.

여기에서, 상기 미온수와 호기성미생물의 혼합비율은 호기성미생물을 더 많이 첨가할 수도록 발효시간을 줄일 수 있지만, 호기성미생물도 구매하여 사용하는 것이므로 비용측면에서 발효시간을 고려한 가장 바람직한 혼합범위가 상기 범위이므로 이와 같이 한정한 것이다.

이후, 발효가 완료되면 유기물이 분해된 물은 배수 후 정화하여 재활용하고, 잔류분만 수거하여 전자선처리하는 단계를 수행한다.

이 경우, 상기 전자선처리는 수거된 잔류분을 컨베어벨트로 이송하면서 전자빔조사기를 통과하도록 함으로써 이루어지는데, 상기 전자빔조사기는 금속 필라멘트를 가열할 때 방출되는 열전자를 약 1-10 MeV의 전자가속기를 이용하여 전자빔의 조사량이 최소 10kGy(Kilogray) 이상이 되도록 하여 유해물을 비롯한 유해세균들이 멸균되도록 하는 단계이다.

이렇게 하여 전자선처리가 완료되면 처리물은 1차 분해조로 이송되어 1차 분해되는 단계를 거친다.

상기 1차 분해조는 원통형상의 챔버로서, 내부에는 교반기가 설치되어 유입된 전자선처리물을 일정속도로 교반하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 1차 분해조에는 제1첨가물 투입기가 설치되어 투입된 전자선처리물 전체 중량 대비 1:0.4의 중량비로 제1첨가물이 투입되어 1차 분해하게 되며, 중량 검출을 위해 상기 1차 분해조의 바닥 하부에는 로드셀이 설치되고, 로드셀은 1차 분해조 상부에 구비된 컨트롤러와 연결되어 로드셀 검출값에 따라 상기 컨트롤러가 제1첨가물 투입기의 투입구를 개폐제어하게 된다.

이때, 상기 제1첨가물은 오존수 100중량부에 대해 녹차분말 30-40중량부, 사과껍질 추출액 25-35중량부, 테르븀(Terbium) 0.5-1.5중량부, 소디움벤조에이트 10-20중량부로 이루어진다.

여기에서, 상기 오존수는 무성코로나방전 방식으로 오존을 발생시키는 오존발생기를 이용하여 생성된 오존에 물을 1:5의 비율로 혼합하여 이루어지며, 이러한 오존수는 OH 라디칼을 생성하는데, 이러한 오존을 물과 강제 접촉시키면 자유형라디칼이 생성되며, 이중 OH^-가 가장 강력한 에너지를 발휘하여 살균, 탈취, 탈색, 중금속의 무기화, 각종 유기물질들을 원천적으로 분해, 제거 후 가장 안전한 물과 산소 상태로 환원시키게 된다.

즉, OH 라디칼(수산기)는 지구상에 존재하는 모든 세균류 및 오염원들을 자연화학적으로 분해, 제거 및 중화시키는데 탁월한 능력을 가진 천연물질이며, 2차 오염물질도 남기지 않는다.

그리고, 녹차분말은 수은, 납과 같은 중금속을 분해 제거하는 효과를 가진 천연 항균제이다.

특히, 녹차는 세균 증식을 억제하므로 블록 제조 후 친환경성을 증대시키는 작용을 한다.

이러한 녹차는 40중량부를 초과할 경우 유동성을 저하시키고, 30중량부 미만으로 첨가될 경우 효능이 떨어지므로 상기 범위로 한정해야 한다.

또한, 사과껍질 추출액은 특히 납 성분 제거에 탁월한 효과를 보이는 것으로 보고되어 있다.

다만, 35중량부를 초과하면 투입량이 너무 많아 비용이 증대되고, 25중량부 미만으로 첨가되면 효능이 떨어지므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

아울러, 테르븀은 란탄족에 속하는 희토류 금속으로서 전성과 연성이 큰 은백색 금속이며, 오존수와 빠르게 반응하여 수소기체를 발생시키고, 수산화터븀이 되면서 중금속을 분해하게 된다.

이러한 테르븀은 고가이고 형광성을 띄기 때문에 1.5중량부 미만으로 첨가해야 하며, 효과를 얻기 위해서는 최소한 0.5중량부 이상은 첨가해야 한다.

그리고, 상기 소디움 벤조에이트는 일종의 방부제로서, 오니로부터 친환경 블록 제조시 변색, 부패를 막아 블록의 제기능을 강화시키기 위한 것으로, 10-20중량부 첨가되어야 한다.

이후, 이러한 제1첨가물을 투입하여 1차 분해조에서 전자선처리물은 함유된 중금속이 1차 분해되고, 분해 처리된 1차 분해물은 고액분리기를 거쳐 고체와 액체가 분리되며, 분리된 액체는 별도 수거 후 정화처리되고, 분리된 고체는 2차 분해조로 투입되어 2차 분해되는 단계를 거친다.

상기 2차 분해조도 1차 분해조와 동일한 구조를 가지며, 상부 일측에는 제2첨가물 투입기가 연결된다.

그리하여, 상기 2차 분해조로 투입된 1차 분해물의 전체 중량 대비 1:0.5의 중량비로 제2첨가물이 첨가되고, 일정시간 동안 200-300rpm의 속도로 교반된다.

이때, 상기 제2첨가물은 제1첨가물에 의해 제거되지 못한 잔류 중금속들을 완벽하게 제거하여 오니의 정화처리후 완전한 무독성 친환경 재료가 될 수 있도록 처리하기 위한 것이다.

이를 위해, 상기 제2첨가물은 물 100중량부에 대해 유황 10-20중량부, 아윈 크링커와 이수석고가 3:7의 중량비로 혼합된 제1혼합물 20-30중량부, 디소디움 EDTA와 제올라이트가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 15-30중량부로 이루어진다.

여기에서, 상기 유황은 유해 중금속이온이나 방사성 물질과 결합하여 킬레이트화되면서 분해 제거되도록 기능하는데, 20중량부를 초과하면 오히려 유해성을 제공하는 역효과가 나타나며 10중량부 미만으로 첨가되면 효과가 없기 때문에 상기 범위로 한정하여야 한다.

또한, 상기 아윈 크링커와 이수석고가 3:7의 중량비로 혼합된 제1혼합물은 분해 제거되지 않고 남은 납, 카드뮴, 크롬, 구리 등과 반응하여 에트링자이트(ettringite)를 생성하고, 이 에트링자이트 구조 중 일부가 중금속 이온으로 치환되면서 분해 대시 중금속 용출을 차단하도록 작용하여 안정성을 높이게 되는데, 이를 위해 상기 범위로 첨가량이 한정되어야 한다.

아울러, 상기 디소디움 EDTA(EDTA 2Na)는 중금속과 결합하여 킬레이트 화합물로 전환되며, 이 화합물은 화학 실험에서 킬레이트화제로서 사용되고 있으나, 이 화합물을 제올라이트와 병용하면 그 중금속 제거효과가 크게 상승하는 것으로 알려져 있다.

이러한 효과를 증대시키기 위해 상기 디소디움 EDTA와 제올라이트는 1:1의 중량비로 혼합 사용됨이 바람직하다.

이렇게 하여, 2차 분해조에서 2차 분해가 완료되면 이어 탈수단계를 거친다.

탈수단계는 2차 분해조에서 첨가된 물 및 분해시 발생된 침출수를 제거하는 단계이다.

탈수가 완료되면, 응집제를 투입하여 응집하는 단계를 거친다.

이때, 투입되는 응집제는 보크사이트 크링커 분말이 바람직하다.

보크사이트 크링커 분말은 결합력을 증대시켜 압축강도를 높이고, 이와 함께 내화성도 증대시키는 물질로서, 상기 2차 분해조를 거친 2차 분해물 전체 중량 대비 1:0.1의 중량비로 혼합됨이 바람직하다.

이와 같은 단계를 거쳐 응집이 완료되면 이후 바인더, 윤활제를 첨가한 후 압축성형하여 친환경 생태블록을 제조한다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 생태블록의 무독성 여부를 확인하기 위해 하기한 표 1 및 표 2에 예시된 제1,2첨가물의 비율을 유지한 채 상술한 제조방법을 따라 친환경 생태블록 시료를 2개 만들었고, 각 시료에 대해 KS M ISO 11890-2:2007의 시험방법으로 시험하여 먼저 휘발성유기화합물의 검출 여부를 검출하였다.

구분	오존수	녹차분말	사과껍질 추출액	테르븀	소디움 벤조에이트
시료1	100중량부	32중량부	24중량부	0.7중량부	14중량부
시료2	100중량부	38중량부	32중량부	1.0중량부	16중량부

(표 1은 제1첨가물의 시료 조성이며, 오존수 100중량부에 대한 상대적인 첨가량이다)

구분	물	유황	제1혼합물	제2혼합물
시료1	100중량부	14중량부	25중량부	20중량부
시료2	100중량부	16중량부	27중량부	25중량부

(표 2는 제2첨가물의 시료 조성이며, 물 100중량부에 대한 상대적인 첨가량이다)

먼저, 상기 시료 1,2에 대한 KS M ISO 11890-2:2007의 시험에 따른 휘발성유기화합물 검출결과, 시료 1,2 모두 휘발성유기화합물이 검출되지 않았다.

또한, 시료 1,2에 대해 중금속 용출 여부를 확인하기 위해, ASTM D3257:2006의 시험방법으로 중금속 용출 여부를 확인한 결과, 카드뮴, 6가 크롬, 납, 비소, 수은, 브롬계 난연제 모두 검출되지 않았으며, 이에 더하여 톨루엔, 에틸벤젠, p-xylene 등도 검출되지 않았다.

이로써, 본 발명에 따른 오니로 생태블록을 제조하게 되면 무독성 구현이 가능하여 생태블록으로의 재활용이 가능하고, 안전한 것으로 확인되었다.

Claims

수처리 시설에서 발생되는 오니를 이용하여 친환경 생태블록을 만드는 방법에 있어서;
오니를 수거하여 집하장으로 입고하는 단계;
입고된 오니를 원통형 챔버 형태의 발효조에 넣고, 30-40℃의 미온수와 호기성미생물이 9.5:0.5의 중량비로 혼합된 호기성미생물수를 상기 발효조의 용량 대비 10%의 부피비로 첨가하여 단기 발효시키는 단계;
발효가 완료되면 유기물이 분해된 물은 배수하고, 잔류분만 수거하여 컨베어벨트로 이송하면서 전자빔조사기를 통해 전자빔 조사량이 최소 10kGy(Kilogray) 이상이 전자선처리하는 단계;
전자선처리물을 원통형상의 1차 분해조로 투입하고, 투입량 대비 1:0.4의 중량비로 제1첨가물을 첨가한 후 교반하여 1차 분해하는 단계;
1차 분해물중 침출수는 배수하고, 잔류분만 수거하여 1차 분해조로 투입한 후 투입량 대비 1:0.5의 중량비로 제2첨가물을 첨가한 후 교반하여 2차 분해하는 단계;
2차 분해가 완료되면 탈수하는 단계;
탈수 후 응집제를 투입하여 응집하고, 압축 성형하여 생태블록을 만드는 단계;를 포함하되,
상기 제1첨가물은 오존수 100중량부에 대해 녹차분말 30-40중량부, 사과껍질 추출액 25-35중량부, 테르븀(Terbium) 0.5-1.5중량부, 소디움벤조에이트 10-20중량부로 이루어지고; 상기 제2첨가물은 물 100중량부에 대해 유황 10-20중량부, 아윈 크링커와 이수석고가 3:7의 중량비로 혼합된 제1혼합물 20-30중량부, 디소디움 EDTA와 제올라이트가 1:1의 중량비로 혼합된 제2혼합물 15-30중량부로 이루어지되,
상기 발효 완료된 잔류분은 컨베어벨트를 타고 전자빔조사기를 통과하면서 연속처리되도록 구성된 것을 특징으로 하는 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서;
상기 응집제는 보크사이트 크링커 분말이고, 상기 보크사이트 크링커 분말은 2차 분해물 전체 중량 대비 1:0.1의 중량비로 첨가 혼합되는 것을 특징으로 하는 오니를 이용한 친환경 생태블록 제조방법.