KR101722217B1 - 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열처리 및 분쇄를 통해 기공 및 비표면적을 확대시킨 광물질과 무기응집제를 특정비율로 서로 혼합한 후 액상화시킴으로써, 사용상의 편의성을 높이고, 악취 및 함수율 저감효과가 더욱 향상되도록 한 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제 및 그 제조방법{Agent for reducing foul smell and moisture content of sewage or wastewater sludge and manufacturing method thereof}

본 발명은 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열처리 및 분쇄를 통해 기공 및 비표면적을 확대시킨 광물질과 무기응집제를 특정비율로 서로 혼합한 후 액상화시킴으로써, 사용상의 편의성을 높이고, 악취 및 함수율 저감효과가 더욱 향상되도록 한 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

2016년부터 폐기물의 해양투기가 전면 금지됨에 따라 슬러지 처리 문제가 중요한 이슈로 되고 있다. 이에 슬러지의 양을 줄이는 감량화가 요구되고 있는데, 특히 하수 또는 폐수는 슬러지의 함수율을 저감하게 되면 슬러지의 운송, 매립 및 건조 등의 처리가 용이해질 뿐 아니라 처리 비용 또한 획기적으로 줄일 수 있다.

이에 하수 또는 폐수 슬러지의 함수율 저감을 위해 화학응집법, 혐기성소화법, 열처리법, 냉동용융법 및 초음파처리법 등의 방법이 개시되어 있다. 그러나, 슬러지는 슬러지 개량, 슬러지의 기공 확보, 콜로이드 미립자의 응집 상태, 압밀성에 따라 함수율이 크게 달라지므로, 이에 대한 구체적인 연구가 필요한 실정이다.

현재 하수 또는 폐수 처리장에서 발생되는 슬러지는 유기물과 무기물의 복잡한 구조를 가진 집합체로 높은 물과의 친화력으로 인해 효과적으로 분리하기 어려우며 탈수율 저하에 가장 큰 영향을 미치는 초콜로이드 입자의 조대화를 위해서는 응집제를 통해 슬러지를 개량하여 탈수효율을 증대 시키는 것이 필요하다.

그러나, 현재 사용되고 있는 응집제는 석회, 철염 및 알루미늄염 등의 무기응집제와, 유기응집제인 고분자응집제를 통해 물리적 개량을 하고 있으나 대부분 함수율이 80% 이상로 그 효율이 기대치에 미치지 못하는 실정이다.

이에 더 높은 처리효율을 위해 수처리 장치의 기계적 성능을 늘리려는 시도가 진행 중이나, 슬러지의 개량이 이루지지 않는 이상 이러한 수처리 장치의 기계적 성능을 높이는 것은 보다 많은 에너지를 필요로 하므로 이는 높은 비용의 발생을 초래하게 되어 결과적으로 비용 면에서 무의미한 결과를 얻게 된다. 이에 저비용으로 효율적으로 슬러지를 개량할 수 있는 함수율 저감제 및 그 제조방법이 요구되고 있다.

한편, 음식물 등이 포함된 슬러지의 유입이 가속화되고 있어 슬러지의 악취가 점차적으로 증가되는 추세이다.

국내공개특허 제10-2013-0033532호

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 간단한 설비를 사용하며, 다양한 성분을 특정 비율로 배합하여 슬러지의 여층표면의 누적으로 인한 불투수층형성을 방지하고 이에 여과성 및 물리적 지지체로 작용하여 점성저하를 유도함으로써 슬러지의 처리 효율을 향상시키고, 이와 함께 함유된 철과 알루미늄 성분을 통한 높은 응집력과 광물질의 높은 흡착력을 통해 슬러지의 악취 및 함수율을 저감 시킬 수 있는 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면은, 용수와 순도 95% 이상의 황산(H₂SO₄) 10 내지 30중량%; 산화제이철(Fe₂O₃) 0.1 내지 20중량% 또는 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃) 0.1 내지 20중량%; 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된, 일라이트(illite) 0.1 내지 20중량%, 제올라이트(zeolite) 0.1 내지 20중량%, 굴폐각(oyster shell) 0.1 내지 20중량% 및 세리사이트(sericite) 0.1 내지 30중량%; 칼륨장석(potassium feldspar) 5 내지 15중량%; 펄프(pulp) 0.1 내지 10중량%; 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된 탄산칼슘(CaCO₃) 0.5 내지 2중량%; 및 팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%; 를 포함하는 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 고온반응조에 용수와 순도 95% 이상의 황산 10 내지 30중량%를 투입하고 70℃ 이하에서 가열하는 1차 혼합단계; 반응열 105℃ 이하에서 1차 혼합물에 산화제이철 또는 황산알루미늄 0.1 내지 20중량%를 여러 번에 걸쳐 나눠서 주입하고 50℃ 이상에서 60 내지 120분간 반응시키는 2차 혼합단계; 일라이트, 제올라이트, 굴폐각 및 세리사이트를 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 각각 분쇄한 후, 분쇄된 일라이트 0.1 내지 20중량%, 제올라이트 0.1 내지 20중량%, 굴폐각 0.1 내지 20중량% 및 세레사이트 0.1 내지 30중량%를 2차 혼합물에 순차적으로 주입하고, 여기에 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된 칼륨장석 5 내지 15중량%와, 펄프 0.1 내지 10중량%를 순차적으로 더 주입한 후 60분 내지 150분간 교반하는 3차 혼합단계; 교반된 3차 혼합물의 pH가 4 이상이 되도록 탄산칼슘 0.5 내지 2중량%를 주입하고 혼합하는 산도조절단계; 및 산도조절된 3차 혼합물에 팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%를 주입하는 4차 혼합단계; 를 포함하는 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제에 따르면, 간단한 설비를 사용하므로 슬러지 처리비용의 상승을 초래하지 않으며, 하수 또는 폐수 슬러지의 초콜로이드 입자의 조대화 및 제품에 함유된 다공성과 흡착력이 뛰어난 광물질의 압밀력, 밀도 증가 및 높은 다공성을 통하여 수분의 이동성 및 배수성을 증대시킴으로써, 슬러지의 여층표면의 누적으로 인한 불투수층형성 방지하고 이에 여과성 및 물리적 지지체로 작용하여 점성저하를 유도함으로써 슬러지의 수분을 4 내지 6% 정도 더 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 제품에 포함된 철 성분이 하수 또는 폐수 슬러지의 황화수소나 메틸메르캅탄 등의 유황화합물계 악취 유발물질과 쉽게 반응하기 때문에 우수한 악취 제거능력을 갖는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 제조하는 방법을 공정의 순서대로 나타낸 플로우차트(folow chart)이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제는, 용수와 순도 95% 이상의 황산(H₂SO₄) 10 내지 30중량%; 산화제이철(Fe₂O₃) 0.1 내지 20중량%; 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된, 일라이트(illite) 0.1 내지 20중량%, 제올라이트(zeolite) 0.1 내지 20중량%, 굴폐각(oyster shell) 0.1 내지 20중량%, 세리사이트(sericite) 0.1 내지 30중량% 및 칼륨장석(potassium feldspar) 5 내지 15중량%; 펄프(pulp) 0.1 내지 10중량%; 탄산칼슘(CaCO₃) 0.5 내지 2중량%; 및 팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%; 를 포함한다.

상기 일라이트, 제올라이트, 굴폐각, 세리사이트 및 칼륨장석은 천연광물로서, 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄하며 조직 표면이 불규칙한 동공을 가지며 비표면적이 확대된다. 또한, 상기의 소재 비율은 하수 또는 폐수 처리과정에서의 슬러지의 성상변화를 고려하여 설정된 것이다.

또한, 상기 일라이트, 제올라이트, 굴폐각, 세리사이트 및 칼륨장석의 분쇄 정도를 325# 이하로 하는 것은 적은 양으로도 많은 표면적을 갖게 하여 각각의 소재가 갖고 있는 효과를 높이기 위함이다. 이때, 분쇄된 광물질의 입도가 325#를 초과하면 분쇄비용이 상승되고 광물질의 입도가 지나치게 작아져 슬러지 배수성 및 압밀에 문제가 발생할 수 있다.

이하, 상기 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 특징을 각각의 성분 별로 상세히 설명한다.

상기 황산은 광물질인 상기 일라이트, 상기 제올라이트, 상기 굴폐각 및 상기 세레사이트와, 상기 산화제이철을 활성화시키는 역할을 한다. 상기 황산은 높은 산도의 광물질과 산화제이철의 활성도를 높이기 위하여 바람직하게 순도 95% 이상의 것을 사용하며, 그 함량은 바람직하게 10 내지 30중량%이다. 상기 황산의 순도가 95% 미만이면 상기 다양한 광물질의 활성도가 기대지 이하로 떨어지게 되고, 상기 산화제이철이 제대로 녹지 않는 문제가 발생한다.

이때, 상기 황산의 함량이 10중량% 미만이면 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 전체 산도가 낮아져 상기 산화제이철 및 다른 광물질의 활성도가 상대적으로 낮아지면서 제품의 악취 및 함수율 저감 효과가 저하되고, 상기 황산의 함량이 30중량%를 초과하면 산도가 지나치게 높아져 다른 성분, 예컨대 상기 산화제이철 및 다른 광물질의 농도 및 본 제품이 사용되는 하수 또는 폐수 탈수기의 메탈로 된 구조물에 대한 부식성이 기준치를 벗어나 제품의 활용성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

상기 산화제이철은 상기 황산과 반응시 황산제이철이 되며, 상기 황산제이철은 황산염의 일종으로 수중에서 산화되어 수산화철로 침전시 응집 침전 기능이 뛰어나 황화수소 및 메틸메르캅탄 등 악취유발물질과 빠르게 반응하여 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 초콜로이드 입자의 조대화를 활성화시키는 작용을 한다. 상기 산화제이철은 바람직하게 0.1 내지 20중량%가 포함된다.

이때, 산화제이철의 함량이 10중량% 미만이면 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 초콜로이드 입자의 조대화를 활성화시키는 효과가 제대로 발생하지 않으며, 상기 산화제이철의 함량이 20중량%를 초과하면 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 전체 pH가 지나치게 낮아져 제품 사용시 산성화 및 부식성이 심화되어 상품성이 저하되는 문제가 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 산화제이철 대신에 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃)을 사용할 수 있다. 상기 황산알루미늄은 수중의 알칼리분과 반응하여 수산 알루미늄이 되고, 인(P)과의 반응성이 빨라 탈수시 발생되는 여액의 인을 저감시키는 역할을 한다. 상기 황산알루미늄은 바람직하게 0.1 내지 20중량%를 포함하며, 상기 황산알루미늄의 함량이 20중량%를 초과하면 다른 소재의 함량 부족 및 pH 저하 수산화물의 과량발생으로 함수율이 저하되는 문제가 발생한다

상기 일라이트는 규소화합물로서 뛰어난 흡착력이 있어 정수처리에도 사용되는 흡착제이다. 상기 일라이트는 600℃ 이상으로 가열하여 소성하고 325# 이하로 분쇄하면 다공성이 향상되어 슬러지에 포함된 이물질의 흡착력이 크게 향상된다. 따라서, 상기의 소성 및 분쇄된 일라이트는 하수 또는 폐수에 포함된 슬러지의 미립자를 흡착하여 단단한 플록(Floc)으로 형성하는 역할을 하며, 상기 일라이트의 함량은 하수나 폐수에 포함된 슬러지 입자나 유기질의 양에 따라 조절될 수 있으며 바람직하게 0.1 내지 20중량%가 포함된다.

이때, 상기 일라이트는 슬러지의 입자가 작은 폐수나 유기질이 많아 비중이 가벼운 슬러지일수록 상대적으로 함량을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 일라이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 상기의 이물질 흡착효과가 제대로 구현되지 않아 플록의 강도가 저하되고 이에 함수율이 저하되며, 상기 일라이트의 함량이 20 중량%를 초과하면 흡착기능은 높아지지만 타 소재의 함량이 상대적으로 줄어들어 배수성 및 압밀성이 감소하여 함수율이 저하된다.

상기 제올라이트는 다수의 공극을 가지며 CEC(양이온 치환용량)가 뛰어나 하수 또는 폐수 슬러지의 악취, 미립물질 및 독성물질을 제거하는 역할을 한다. 본 실시예에서 상기 제올라이트는 여과성 및 물리적 지지체로 작용하는 것이다.

종래의 슬러지의 함수율을 줄이는 방법에서는, 예컨대 여과포 등을 사용하여 슬러지가 층을 이루도록 한 후 여기에 압력을 가해 수분을 배출시킨다. 이때, 슬러지는 점성이 너무 높으면 여과포에 풀처럼 서로 들러붙거나 여과포에 들러붙어서 물이 빠져나갈 수 있는 공간을 없게 만드는 일명 불투수층을 형성하게 된다.

본 실시형태에서는 상기 제올라이트가 여과성 및 물리적 지지체로 작용함으로써, 슬러지의 함량이 높아 점성이 높거나 배수성이 낮은 하수 또는 폐수에 적용하더라도, 상기 공극을 통해 하수 또는 폐수의 수분 이동성 및 배수성을 증대시켜 슬러지의 여층표면의 누적으로 인한 불투수층형성을 방지함으로써 수 처리된 하수 또는 폐수의 탈수효율을 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 제올라이트는 바람직하게 0.1 내지 20중량%가 포함되며, 상기 제올라이트의 함량이 0.1중량% 미만이면 슬러지의 점성으로 인해 배수성이 부족하게 되어 슬러지의 물 빠짐 현상을 개선하지 못해 함수율이 저하되며, 상기 제올라이트의 함량이 20 중량%를 초과하면 수분의 이동성 및 배수성은 향상되지만 타소재의 함량이 상대적으로 줄어들어 흡착효과가 제대로 구현되지 않고 플록의 강도가 저하되어 함수율이 저하된다.

상기 굴폐각은 소성 전에는 조직이 겹겹이 쌓여 비교적 매끄럽지만 600℃ 이상의 고온으로 가열하여 소성하면 표면이 열로 인한 팽창으로 갈라지면서 우수한 이물질 흡착력을 가지게 된다. 이렇게 소성된 굴폐각은 325# 이하로 분쇄한 후 하수 또는 폐수에 투입시 슬러지의 부족한 알칼리도(Alkalinity)와 pH를 조절하여 슬러지를 중성화하고 예컨대 Ca5(OH)(PO4)3의 형태로 인(P)과 결합하여 인 성분을 제거하는 역할을 한다.

이때, 상기 굴폐각의 함량은 슬러지의 상태 및 pH에 따라 조절될 수 있으며, 바람직하게 0.1 내지 20중량%가 포함된다. 이때, 상기 굴폐각의 함량이 0.1 중량% 미만이면 전술한 이물질 흡착효과, 알칼리도와 pH의 조절효과 등이 제대로 구현되지 못하고 탈리여액의 인을 제대로 처리하지 못하는 문제가 발생하며, 상기 굴폐각의 함량이 20중량%를 초과하면 pH가 크게 상승되어 타 소재와의 중화반응을 일으킴으로써 성능저하가 발생된다.

한편, 이렇게 소성 가공된 굴폐각의 pH를 조절하여 살균력을 부여하기 위해 산화칼슘이 사용된다. 상기 산화칼슘은 1,200℃에서 석회석을 소성하여 제조되는 것으로, 석회석은 가열하면 아래 화학식(1)과 같이 탄산칼슘(CaCO₃)이 산화칼슘(CaO)+이산화탄소(CO₂)로 분리된다.

CaCO₃ → CaO+CO₂ --------- 화학식(1)

이때, 상기 탄산칼슘은 산과 반응하여 산도를 바람직하게는 pH 4 이상으로 높여주는 역할을 하는 것으로서, 바람직하게 0.5 내지 2 중량%가 포함된다. 상기 탄산칼슘의 함량이 0.5중량% 미만이면 산도를 pH 4 이상으로 높이기 어렵고, 상기 탄산칼슘의 함량이 2중량%를 초과하면 다른 제제의 함량에 영향을 주는 문제가 생긴다. 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제에서 산도가 4 미만이 되면 폐슬러지에 주입시 슬러지의 pH가 산성화되어 매립 및 소각시 문제가 발생한다.

그리고, 상기 화학식(1)의 반응과정에서 발생한 산화칼슘은 산소이온과 결합된다. 따라서, 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제가 하수 또는 폐수에 투입되면 상기 화학식(1)에서와 같이 산소이온에서 산소원자가 해리되고, 상기 해리된 산소원자는 하수 또는 폐수 슬러지에 포함된 미생물 세포막을 산화시켜 파괴함으로써 슬러지의 미생물 세포의 내부수를 원활하게 방출시킨다. 이때, 상기 해리된 산소원자 중 일부는 아래 화학식(2)와 같이 폐수 또는 하수의 수소이온(H⁺)과 결합하여 OH라디칼(radical)을 형성함으로써 악취 및 함수율 저감제의 살균효과를 향상시킨다.

CaO + H₂O → Ca^{2 +} + 2OH^- ----------- 화학식 (2)

또한, 상기 화학식(2)의 반응과정에서 산소가 해리된 칼슘은 아래 화학식(3)과 같이 인(P)과 반응하여 불용해성 화합물(Ca₅(OH)(PO₄)3이 됨으로써 하수 또는 폐수 내에 포함된 인의 양을 저감시킨다.

5Ca^{2 +} + 2OH^- + 3HPO₄ → Ca₅ (OH)(PO₄)3+ 3H₂O ----- 화학식(3)

상기 세리사이트는 단사정계(單斜晶系)에 속하는 광물이다. 상기 세리사이트는 판상 또는 인상(鱗狀)을 이루고 흔히 육각형 또는 능면체를 나타내며 산화알루미늄(Al₂O₃)의 성분비가 높아 이온교환능이 뛰어나 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제에 포함된 성분 중 비중이 2.5 내지 3으로 가장 높아 압밀성을 증대시킴으로써 슬러지의 응집 및 흡착 후 플록 형성시 침강을 빠르게 가질 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 세리사이트는 바람직하게 0.1 내지 30중량%가 포함된다. 이때, 상기 세리사이트의 함량이 0.1 중량% 미만이면 전술한 효과가 제대로 구현되지 않으며, 상기 세리사이트의 함량이 30중량%를 초과하면 흡착력이 저하되어 슬러지의 플록이 해체되는 현상이 발생할 수 있다.

상기 칼륨장석은 K성분이 높은 알칼리 성분의 조암광물로서, 하수나 폐수에 포함된 산성의 슬러지를 중화시키며, 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된 경우 이온교환능의 활성도가 더 높아져 하수나 폐수에 포함된 이온의 흡착능을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 칼륨장석은 5 내지 15중량%가 포함된다. 이때, 상기 칼륨장석의 함량이 5중량% 미만이면 전체적인 K 및 Na의 함량비가 낮아 상기의 이온교환능의 활성도가 부족할 수 있고, 상기 칼륨장석의 함량이 15중량%를 초과하면 상대적으로 타 소재의 함량이 낮아져 타 소재가 제공하는 효과가 저하될 수 있다.

상기 펄프는 셀룰로오스의 함량이 높아 탈수시 압력증가로 슬러지의 결집력을 향상시킴으로써 슬러지의 플록이 해체되는 현상을 방지할 수 있다. 상기 펄프는 바람직하게 0.1 내지 10중량%가 포함된다. 이때, 상기 펄프의 함량이 0.1 중량% 미만이면 상기 슬러지의 플록 해체 방지효과가 제대로 구현되지 않으며, 상기 펄프는 물과 친화력이 높아서 그 함량이 10중량%를 초과하는 경우 콜로이드 입자가 많은 슬러지에 사용시 함수율 저감에 악영향을 미칠 수 있다.

상기 팜(PAM)은 고분자 유기응집제로 점도가 높아 상기의 조형비로 생산된 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 층 분리를 방지하는 분산제의 역할을 한다. 상기 팜은 바람직하게 0.1 내지 0.2 중량%가 포함된다. 이때, 상기 팜의 함량이 0.1중량% 미만이면 전술한 분산제 효과가 제대로 구현되지 않아 층 분리가 발생되며, 상기 팜의 함량이 0.2중량%를 초과하면 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 점도가 지나치게 증가되어 제품에 젤(gel)화 현상이 생기는 문제가 발생할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 고온반응조에 용수와 순도 95% 이상의 황산 10 내지 30중량%를 투입하고 70℃ 이하에서 5 내지 10분간 잘 섞이게 한 후 가열하여 1차 혼합한다. 후술하는 2차 혼합단계에서는 황산과 산화철이 반응할 때 높은 열을 발생하게 되는데, 이때 최적의 온도는 105℃로 1차 혼합시 가열온도가 70℃를 초과하면 2차 혼합단계에서 가열하지 않고 자체발열만으로 용해시 반응시간이 늘어나게 되고 이에 황산과 산화철의 온도가 순식간에 150℃ 이상으로 올라 폭발할 수 있어서 안정성이 저하된다.

다음으로, 반응열 105℃ 이하에서 1차 혼합물에 산화제이철 또는 황산알루미늄 0.1 내지 20중량%를 예컨대 여러 번에 걸쳐 여러 번 소량씩 나눠서 주입하고 50℃ 이상에서 60 내지 120분간 그대로 두어 반응시키는 2차 혼합단계를 실시한다. 산화제이철 또는 황산알루미늄을 여러 번에 걸쳐 나눠 주입하는 것은 반응열이 105℃를 초과하지 않도록 하기 위해서이다.

이때, 반응시간이 60분 미만이면 산화철이 황산제이철로 충분히 변화되지 않고, 반응시간이 120분을 초과하면 산화철이 전부 황산제이철로 변화하게 되어 더 이상 반응 시킬 필요가 없다. 한편, 2차 반응시 반응기는 예컨대 산에 강한 고무라이닝 반응기를 사용하며, 이러한 고무라이닝 반응기의 스크러버가 휘산되는 황산가스를 가성소다로 중화시켜 대기 방출하게 된다.

다음으로 3차 혼합단계를 실시한다. 3차 혼합단계는 먼저 일라이트, 제올라이트, 굴폐각 및 세리사이트의 불순물을 제거하고 조직표면이 불규칙한 동공을 가지도록 600℃ 이상에서 가열하여 소성시킨 후, 비표면적이 확대되도록 325# 이하로 균일하게 각각 분쇄한다.

이때, 소성 온도가 600℃ 미만이면 상기 불순물 제거 효과가 저하되고 입자 표면의 불규칙한 동공이 제대로 형성되지 않는 문제가 있다. 또한, 더 높은 온도로 가공한다 하더라도 비용대비 효과의 상승률이 낮아 바람직하게는 600℃로 가열하여 소성하게 된다. 또한, 분쇄된 광물질의 입도가 325#를 초과하면 분쇄비용이 상승되고 광물질의 입도가 지나치게 작아져 슬러지 배수성 및 압밀에 문제가 발생할 수 있다.

이후, 2차 혼합물에 분쇄된 일라이트 0.1 내지 20중량%, 제올라이트 0.1 내지 20중량%, 굴폐각 0.1 내지 20중량% 및 세레사이트 0.1 내지 30중량%를 순차적으로 주입한다. 그리고, 칼륨장석 5 내지 15중량% 및 펄프 0.1 내지 10중량%를 순차적으로 더 주입한 후 90 내지 150분간 교반하여 3차 혼합물을 마련한다. 이때, 교반 시간이 90분 미만이면 각 재료들의 이온용출이 완전히 일어나지 않아 투입된 소재 중 일부가 뭉치는 문제가 발생할 수 있고, 교반 시간이 150분을 초과하면 이미 그 전에 각 재료들의 이온용출이 완료되므로 더 이상 교반을 하는 것이 의미가 없기 때문이다. 상기 교반 시간은 더 바람직하게 약 120분 정도로 설정할 수 있다.

이때, 3차 혼합물은 산도가 약 1 내지 2인 강산성을 띄게 되므로, 이후 3차 혼합물에 탄산칼슘 0.5 내지 2중량%를 주입하고 혼합하여 3차 혼합물의 산도를 pH 4 이상으로 조절하는 산도조절단계를 실시한다.

다음으로, 산도가 pH 4 이상으로 조절된 3차 혼합물 예컨대 20℃ 이하로 식힌 후, 층분리를 막고 침전물이 발생되지 않도록 하기 위해 3차 혼합물에 팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%를 더 주입하는 4차 혼합단계를 실시하여 에멀젼(emulsion) 상태의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 제조한다. 이때, 3차 혼합물의 온도를 20℃ 이하로 하는 것은 제조된 후 제품의 포장을 위한 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 필요시 제조된 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 pH, 점도 및 이온성 등을 검사하여 상품으로 완성한다. 이렇게 제조된 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제는 액상화되어 주입장치 등을 통해 간편하게 사용할 수 있다.

실험예

아래 표 1 및 표 2는 기본 슬러지의 탈수실험으로, 실험예 1은 기본 슬러지 탈수시 응집제로 단일 약품 즉 폴리머만 사용한 것이고, 실험예 2는 실험예 1의 응집제에 추가로 본 실시예의 악취 및 함수율 저감제를 더 투입한 후 함수율을 비교하여 나타낸 것이다. 이때, 실험예 1에 사용되는 응집제는 기륭산업의 KC-840을 사용하였다. 또한, 실험예 2에 사용된 악취 및 함수율 저감제는, 황산 20중량%, 산화제이철 10중량%, 황산알루미늄 5중량%, 일라이트 10중량%, 제올라이트 10중량%, 굴폐각 5중량%, 칼륨장석, 15중량%, 세리사이트 20중량%, 펄프 2.8중량%, 탄산칼슘 2중량% 및 팜 0.2중량%로 제작하였다.

	실험예 1	실험예 2
슬러지 공급량(m2/h)	1	1
응집제 투입량(L/h)	150	150
응집제의 용해농도(%)	0.5	0.5
응집제의 원액 투입량(L/h)	3.75	3.75
저감제 공급량(L/h)	-	3
저감제의 수분산 농도(%)	-	33
저감제의 분말 투입량(kg/h)	-	1
함수율(%)	82.1	77.7
SS 제거효율(%)	90	95

	실험예 3	실험예 4
슬러지 공급량(m2/h)	20	20
응집제 투입량(L/h)	4,000	3,800
응집제의 용해농도(%)	0.5	0.5
응집제의 원액 투입량(L/h)	20	19
저감제 공급량(L/h)	-	547
저감제의 수분산 농도(%)	-	33
저감제의 분말 투입량(kg/h)	-	166
함수율(%)	84	78
SS 제거효율(%)	90	95

여기서, 표 1의 실험예 1은 기존의 폴리머를 포함하는 응집제이고, 실험예 2는 실험예 1에 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 투입한 것이다. 또한, 이때 제공되는 혼합 슬러지의 TS는 1.86이다. 여기서, 혼합 슬러지는 슬러지와 물이 섞여있는 형태이며, TS가 1.86이라는 것은 전체 혼합 슬러지를 100중량%라고 할 때, 그 중에 슬러지의 고형분이 1.85중량% 포함되어 있다는 의미이다.

또한, 표 2는 처리규모가 더 큰 설비이며, 여기서 실험예 3은 기존의 폴리머를 포함하는 응집제이고, 실험예 4는 실험예 3에 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 투입한 것이다. 이때, 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제는 폴리머 전단에 투입하며, 상기 저감제의 투입비율은 8,300ppm이다.

상기 표 1을 참조하면, 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 투입한 실험예 2의 경우 그렇지 않은 실험예 1에 비해 약 4%의 함수율 개선 효과가 있음을 알 수 있다. 또한, SS제거효율에서도 실험예 2의 경우 95%로 실험예 1에 비해 5% 정도 증가함을 알 수 있다.

여기서, SS제거효율이란, 슬러지 탈수시 생기는 물을 탈리여액이라 하며, 응집 및 탈수효율에 따라 이 탈리여액에서 슬러지가 얼마나 빠져나가는지를 나타내는 수치이다. 즉, 실험예 1에서, SS제거효율이 90%라는 것은 탈리여액으로 10%의 슬러지가 빠져나갔다는 의미이다. SS제거효율이 높을수록 우수한 슬러지 제거효과를 가지는 것으로 판단할 수 있다.

그리고, 상기 표 2를 참조하면, 본 실시예의 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제를 투입한 실험예 4의 경우 그렇지 않은 실험예 3에 비해 약 6%의 함수율 개선 효과가 있음을 알 수 있다. 또한, SS제거효율에서도 실험예 4의 경우 95%로 실험예 3에 비해 5% 정도 증가함을 알 수 있다.

또한, 규모가 작은 설비(표 1)에서는 차이가 거의 나지 않았지만, 규모가 큰 설비(표 2)에서는, 실험예 3의 응집제 사용량을 100으로 볼 때, 실험예 4의 경우 5% 감소된 95의 응집제를 사용하더라도 더 우수한 효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.

따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

S10 ; 1차 혼합단계
S20 ; 2차 혼합단계
S30 ; 광물질 소성 및 분쇄 후 주입단계
S40 ; 칼륨장석 및 펄프 주입단계
S50 ; 산도조절단계
S60 ; 4차 혼합단계
S70 ; 검사단계

Claims (3)

1. 용수와 순도 95% 이상의 황산(H₂SO₄) 10 내지 30중량%;
   산화제이철(Fe₂O₃) 0.1 내지 20중량%;
   600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된, 일라이트(illite) 0.1 내지 20중량%, 제올라이트(zeolite) 0.1 내지 20중량%, 굴폐각(oyster shell) 0.1 내지 20중량% 및 세리사이트(sericite) 0.1 내지 30중량%;
   칼륨장석(potassium feldspar) 5 내지 15중량%;
   펄프(pulp) 0.1 내지 10중량%;
   600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된 탄산칼슘(CaCO₃) 0.5 내지 2중량%; 및
   팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%; 를 포함하는 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제.
2. 용수와 순도 95% 이상의 황산(H₂SO₄) 10 내지 30중량%;
   황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃) 0.1 내지 20중량%;
   600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된, 일라이트(illite) 0.1 내지 20중량%, 제올라이트(zeolite) 0.1 내지 20중량%, 굴폐각(oyster shell) 0.1 내지 20중량% 및 세리사이트(sericite) 0.1 내지 30중량%;
   칼륨장석(potassium feldspar) 5 내지 15중량%;
   펄프(pulp) 0.1 내지 10중량%;
   600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된 탄산칼슘(CaCO₃) 0.5 내지 2중량%; 및
   팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%; 를 포함하는 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제.
3. 고온반응조에 용수와 순도 95% 이상의 황산 10 내지 30중량%를 투입하고 70℃이하 가열하는 1차 혼합단계;
   반응열 105℃ 이하에서 1차 혼합물에 산화제이철 또는 황산알루미늄 0.1 내지 20중량%를 여러 번에 걸쳐 나눠서 주입하고 50℃ 이상에서 60 내지 120분간 반응시키는 2차 혼합단계;
   일라이트, 제올라이트, 굴폐각 및 세리사이트를 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 각각 분쇄한 후, 분쇄된 일라이트 0.1 내지 20중량%, 제올라이트 0.1 내지 20중량%, 굴폐각 0.1 내지 20중량% 및 세레사이트 0.1 내지 30중량%를 2차 혼합물에 순차적으로 주입하고, 여기에 600℃ 이상에서 소성하여 325# 이하로 분쇄된 칼륨장석 5 내지 15중량%와, 펄프 0.1 내지 10중량%를 순차적으로 더 주입한 후 90분 내지 150분간 교반하는 3차 혼합단계;
   교반된 3차 혼합물의 pH가 4 이상이 되도록 탄산칼슘 0.5 내지 2중량%를 주입하고 혼합하는 산도조절단계; 및
   산도조절된 3차 혼합물에 팜(PAM) 0.1 내지 0.2중량%를 주입하는 4차 혼합단계; 를 포함하는 하수 또는 폐수 슬러지의 악취 및 함수율 저감제의 제조방법.

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