KR101779092B1

KR101779092B1 - 슬래그를 이용한 악취제거 담체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101779092B1
Application number: KR1020170061999A
Authority: KR
Inventors: 전덕환
Original assignee: (주) 푸른환경산업
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2017-09-26

Abstract

본 발명은 물유리(waterglass) 및 실리카 흄(silica hume)을 이용한 악취제거 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 점토 및 탄소 성분을 함유하는 유기성 물질에 소각슬래그, 물유리 및 실리카 흄 등이 포함된 결합물을 혼합하여 단단한 다공성 담체를 형성하여 수처리 공정 중 발생되는 악취를 제거하는 것이다.
또한, 본 발명은 주로 시멘트나 콘크리트 등 건축 자재로 사용되는 소각재 용융슬래그를 활용하여 수처리용 담체로 제조하여 자원재활용이 되는 효과가 있다.

Description

슬래그를 이용한 악취제거 담체 및 그 제조방법{ODOR REMOVAL CARRIER USING INCINERATED SLAG AND METHOD OF MANUFACTURING THERE OF}

본 발명은 슬래그의 폐자원과 물유리(waterglass) 및 실리카 흄(silica hume)을 이용한 악취제거 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 점토 및 탄소 성분을 함유하는 유기성 물질에 소각슬래그, 물유리 및 실리카 흄 등이 포함된 결합물을 혼합하여 다공성 담체를 형성하여 수처리 공정 중 발생되는 악취를 제거하는 발명이다.

최근에는 법으로 규제되는 다양한 공업생산 공정에서의 악취 문제뿐만 아니라 법에서 제시되지 않은 사업장에서의 악취발생으로 인한 문제가 발생되고 있다. 통계청(2015년) 자료에 의하면 악취 민원은 비규제대상 사업장을 기준으로 2011년 2,735건에서 2015년 4,417건으로 악취 민원의 건수가 61.5%나 급증되었다.

또한, 주거지역에 위치한 음식물퇴비화시설, 사료화시설, 생활자동차집하시설, 하수처리장, 분뇨처리시설 등과 같은 환경기초 시설 및 공단지역 등에서 다양한 발생원과 경로를 통해 악취물질이 배출되어 근로자 및 인근 주민에게 피해를 주고 있다.

더불어 자원위기 속에서 순환자원의 활용을 촉진하는 정책의 필요성으로 인하여 현재 우리나라의 폐기물 정책은 발생된 폐기물을 최대한 재활용하는 것을 적극 권장하고 있다. 이에 도시 쓰레기 소각로로부터 발생하는 소각재와 소각용융슬래그에 대하여 환경 부하의 최소화와 재활용 측면에서의 활용이 필요하다.

현재의 소각용융슬래그를 이용한 재활용 기법이 제시되었으나, 대부분 압축 성형 후 보도 블록 등의 성형재나 지반 보강재 등의 건설재 등의 활용에 치중되어 있으며, 슬래그 분말을 이용한 하수처리 기법이 제시되었으나 대부분 응집에 형태의 하수처리 기법이 제시되고 있다.

또한, 소각재 용융기술은 쓰레기 소각재의 감용과 안정성에 있어서 대단히 뛰어나 방법이지만, 향후 보관이나 자원 재활용 측면에서는 충분한 수준이라고 말하기 어렵다. 이를 해결하기 위한 연구로 쓰레기 소각재를 원료로 하여 유리질 슬래그를 제조한 후, 그 내부에 결정을 석출시켜 높은 기계적 물성을 갖는 결정화 슬래그를 제조하는 연구가 이루어지고 있다.

소각슬래그의 유리질 및 결정질이 형성되는 것은 물질이 액체에서 고체로 응고되는 과정에서 보통 구성 원자는 융점을 경계로 하여 에너지 차원에서 가장 안정된 규칙적 배치상태의 결정질이 된다. 어떤 특정한 화학조성 범위에서 어떠한 물질은 융점 이하의 온도가 되어도 결정구조를 만들지 않고, 원자는 액체의 불규칙적인 배치상태 그대로 에너지를 잃는다. 그 결과 유리질의 고체가 된다.

또한, 쓰레기 소각재의 무기물 성분에는 SiO₂가 20~50% 포함되어 있으며, 유리질 범위에 해당하게 되며 용융 조작만으로 슬래그가 유리질로 형성된다.

결정화 유리는 유리질 안에 미세한 결정을 균일하게 석출시킨 인공재료로서 유리와 결정의 상반된 물질이 혼재되어 있기 때문에 양자의 장점을 모두 갖고 있으며, 일반적으로 강도내열성, 내약품성 등의 물성이 우수하게 나타난다.

소각재 용융슬래그의 주성분은 SiO₂, Al₂O₃, CaO로 전체 구성 성분의 60%가 넘으며, 3가지 성분비도 비교적 안정되어 있다.

또한, 핵형성 물질이 존재할 경우 결정은 내부로부터 균일하게 석출하게 되며, 결정의 석출은 반드시 결정핵이 생성되고 그것을 기점으로 결정이 성장한다. 결정핵의 형성은 에너지의 차이가 생기는 계면에서 일어나기 쉽기 때문에 유리 내부에 핵 형성제가 없는 경우에는 유리 표면에서 결정이 석출된다. 표면 결정의 경우 결정 성장 속도가 아주 늦기 때문에 내부는 아직 유리 상태로 남아있는 경우가 많다. 일반적으로 핵형성물질인 TiO₂, ZrO₂, Pt, Au 등을 첨가하여 결정핵을 내부에 균일하게 생성시켜 결정을 내부에서 균일하게 석출시키는 것이 가능하다.

본 발명의 배경기술이 되는 선행기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0690009호(2007. 3. 9., 이하 ‘선행문헌 1’), 일본 특허공보 특공평6-43272호(1994. 6. 8., 이하 ‘선행문헌 2’), 일본 공개특허공보 특개2015-85303호(2015. 5. 7., 이하 ‘선행문헌 3’) 및 대한민국 등록특허공보 제10-1112719호(2012. 3. 13., 이하 ‘선행문헌 4’)에 개시되어 있다.

상기 선행문헌 1은 ‘산업부산물을 이용한 다기능성 무기결합재 조성물’로 알루미노 실리케이트계 혼화재와 액상의 알칼리성 반응 활성화제를 포함하여 이루어진 수화생성물 중 Ca/Si가 일정 범위가 되도록 조절하여 다기능성 무기결합재 조성물을 제조하는 방법이 기재되어 있다.

상기 선행문헌 2는 ‘다공성 콘크리트 성형체와 그 제조방법’으로 발포 시멘트 모르타르 경화제 또는 발포제로 시멘트, 모래, 유약, 물유리 등이 포함되어 다공성 콘크리트 성형체를 제조하는 방법이 기재되어 있다.

그러나 선행문헌 1 및 선행문헌 2의 발명은 콘크리트를 단단하게 제조하기 위해서 물유리 또는 실리카 흄을 혼합하여 제조하고 있기에 본 발명에서와 같이 악취제거 담체로 사용하기 위해서는 더 많은 공극이 필요하다.

또한, 콘크리트는 수질 내에서 부식이 일어나므로 수처리에도 적합하지 못하다.

상기 선행문헌 3은 ‘산성 배기가스의 처리 방법 및 배기가스 처리제’로 도시 쓰레기 폐기물 소각로, 산업 폐기물 소각로 등의 연소 시설에서 발생하는 염화수소나 유황 산화물 등의 유해한 산성 가스를 포함한 배기가스의 처리방법이 기재되어 있다.

그러나 선행문헌 3 발명은 배기가스 중에 배출되는 중금속을 제거하는데 사용되고 있으며, 소성하는 시간이 2~24시간으로 많은 시간이 소요되고 있다.

상기 선행문헌 4는 ‘슬러지와 무기성 폐자원을 이용한 고형화 블록 조성물 및 이의 제조방법’으로 슬러지, pH조절제, 중금속용출방지제, 고화제 등을 균일하게 혼합한 혼합물에 바텀애쉬, 석분 등을 혼합하여 고형화된 블록을 제조하는 방법이 기재되어 있다.

그러나 선행문헌 4 발명은 폐자원을 이용하여 건물 외장재, 바닥 마감재, 보도 및 차도 블록 등 건축이나 토목재로 재활용 가능한 고형화 블록 조성물로 수처리에 사용하기에 적합하지 않다.

이에 본 출원인은 소각 용융슬래그의 물리화학적 특성을 분석하여 수처리 담체로서 기술적으로 검증한 후, 용출실험을 통하여 안정성을 확인하여, 연소재, 유기성 물질, 점토를 혼합하여 기본적인 담체 구조를 형성하기 위해 활용되며, 결합물로 실리카 흄 및 물유리가 포함시켜 고온 소성을 통해 구조물이 보다 단단하게 형성되어 수처리 중 발생되는 힘으로부터 구조를 유지함과 동시에 악취를 유발하는 기체물질인 암모니아(NH₃)와 황화수소(H₂S) 등을 흡착하여 악취가 제거되는 담체를 안출하게 되었다.

<선행기술문헌>

(선행문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-0690009호

(선행문헌 2) 일본 특허공보 특공평6-43272호

(선행문헌 3) 일본 공개특허공보 특개2015-85303호

(선행문헌 4) 대한민국 등록특허공보 제10-1112719호

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 점토, 유해 성분이 없는 사업장 폐기물, 유기성 물질 등을 혼합하여 다공성 악취제거 담체를 제공함으로써 가치가 없는 폐기물의 재활용을 통해 자원이 순환되는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 악취제거 담체에 결합물이 포함되어 담체의 구조를 단단하게 형성함으로써 여러 물리적 힘으로부터 구조물이 유지되는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 악취제거 담체는 여러 공극이 형성되어 수처리 중 발생되는 악취를 유발하는 기체물질 흡착과 수처리의 여과처리로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 고농도의 고정상 미생물 군을 활용하여 수처리의 효율이 개선되는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 연소재, 유기성 물질, 점토, 소각슬래그 및 결합물 등이 포함되어 혼합 제조 후, 고온에서 소성되어 다공성의 악취제거 담체를 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다.

또한, 본 발명에서 결합물은 물유리, 폐유리 분말, 실리카 흄 등이 사용되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 악취제거 담체에 사용되는 재료가 혼합되는 단계(S110); 담체 형상물로 성형하는 단계(S120); 성형된 담체 형상물을 건조하는 단계(S130); 건조된 담체 형상물을 고온에서 소성되는 단계(S140); 악취제거제가 양생되는 단계(S150);를 포함하여 제조되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 악취제거 담체는 연소재가 10~20중량%, 유기성 물질이 30~40중량%, 점토가 15~25중량%, 소각재 용융슬래그가 10~20중량%, 물유리가 5~15중량% 및 실리카 흄이 1~10중량% 등이 포함되어 혼합되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 악취제거 담체는 100~150℃에서 30~80분 건조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 악취제거 담체는 700~1,350℃에서 40~70분에서 열분해 소성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 슬래그의 폐자원과 물유리 및 실리카 흄을 이용한 악취제거 담체 및 그 제조방법으로 제조된 악취제거제는, 폐기물 및 도시 쓰레기 소각로로부터 발생하는 소각재와 소각용융슬래그를 활용하므로 가치가 없는 자원이 재활용되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 물유리, 폐유리 분말, 실리카 흄 등을 결합물로 사용하여 대기오염 기체물질 및 악취물질을 처리할 수 있을 뿐만 아니라 수처리에도 활용할 수 있으며 오염처리 중 영향을 받을 수 있는 여러 힘으로부터 구조물이 유지되어 마모된 부분만을 교체 처리함에 따라 환경오염물질 처리에서 발생되는 비용이 절감될 수 있다.

또한, 본 발명은 악취를 유발하는 암모니아와 황화수소 등을 흡착하여 악취가 감소되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고온 소성을 통해 공극이 형성되어 고농도의 고정상 미생물 군을 활용함으로서 수처리의 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 악취제거 담체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 건조 후 열분해 소성된 악취제거 담체를 나타낸 것이다.
도 3은 주사전자현미경을 이용하여 소각재 용융슬래그의 결정구조를 촬영한 것이다.
도 4는 소각재 용융슬래그의 입도분포곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 바이오 담체에 사용되는 재료 혼합물의 구조를 100배율로 관찰한 것이다.
도 6은 비회가 포함된 혼합물의 성분을 EDX로 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에서 사용된 점토 반죽기이다.
도 8은 본 발명에서 사용된 하수슬러지이다.
도 9는 본 발명에서 사용된 제지슬러지이다.
도 10은 본 발명에서 사용된 커피박이다.
도 11은 본 발명에서 사용된 압출 성형기이다.
도 12는 본 발명에서 사용된 열분해 소성 시 사용되는 도구이다.
<부호의 설명>
S110 : 악취제거 담체에 사용되는 재료가 혼합되는 단계
S120 : 담체 형상물로 성형하는 단계
S130 : 성형된 담체 형상물을 건조하는 단계
S140 : 건조된 담체 형상물을 고온에서 소성되는 단계
S150 : 악취제거제가 양생되는 단계

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

<실시예 1. 다공성 악취제거 담체 제조>

도 1은 악취제거 담체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

1) 악취제거 담체에 사용되는 재료가 혼합되는 단계(S110)

연소재, 유기성 물질, 점토, 소각슬래그 및 결합물 등이 포함되어 담체 형상물로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

먼저 기본적인 악취제거 담체의 구조를 형성하기 위해서 연소재, 유기성 물질 및 점토를 혼합되며, 상세하게는 연소재가 10~20중량%, 유기성 물질이 30~40중량% 및 점토가 15~25중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 연소재가 13~18중량%, 유기성 물질이 33~37중량% 및 점토가 18~22중량% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 연소재가 15중량%, 유기성 물질이 35중량% 및 점토가 20중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 연소재는 PKS 연소재, 석탄재, 연탄재 등이 포함될 수 있으며, 바람직하게는 석탄재 중 비회(飛灰, fly ash)가 포함될 수 있다.

석탄재는 비회와 저회(低灰, bottom ash)로 분류할 수 있다. 비회는 미연탄 12% 이상으로 매립용으로 이용되며, 저회는 미연탄 2% 이내로 시멘트 대체재로 이용되고 있다.

상기 유기성 물질은 톱밥 등의 유기성 폐기물, 왕겨, 볏짚, 쌀겨 등의 농업용 폐기물, 하수슬러지, 제지슬러지 등의 사업장 배출폐기물, 커피박(커피 찌꺼기) 등의 식품 찌꺼기 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 커피박은 커피를 제조할 때 커피 콩(bean)을 열탕하여 커피 액을 추출한 후에 나오는 부산물로 커피 찌꺼기를 의미한다.

또한, 커피박에는 중금속 등의 불순물이 섞여있지 않다.

또한, 악취제거 담체 구조에 소각재 용융슬래그가 10~20중량%, 바람직하게는 13~18중량%, 가장 바람직하게는 15중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명에서 소각재 용융슬래그는 생활폐기물 처리를 통하여 얻어진 부산물인 용융슬래그가 사용되었으며, 상세하게 생활폐기물을 열분해 고형물 용융로에서 1,350~1,450℃로 용융시켜 얻어진 소각 용융슬래그가 사용되었다.

또한, 상기 용융 반응에서 용융열원으로서 열분해 고형물(char) 및 고형연료(RPF, Refuse Plastic Fuel)의 연소열을 활용하였다.

상기 결합물은 물유리 또는 폐유리 분말이 5~15중량%, 실리카 흄이 1~10중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 물유리 7~13중량%, 실리카 흄이 3~7중량%, 가장 바람직하게는 물유리 또는 폐유리 분말이 10중량%, 실리카 흄이 5중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

실리카 흄은 규소철과 메탈실리콘의 생산 과정에서 생성되는 가스를 수집 및 여과하여 포집된 마이크로 실리카 입자로 시멘트 및 콘크리트제품, 내화물, 고강도 구조물 등의 사업에 주로 사용되며, 평균입자 0.15㎛로 완전 구형에 가까운 입자로서 비정질의 활성 실리카이다. 수산화칼슘과 반응하여 상온에서 함수규산 칼슘으로 변화하여 슈퍼 포졸란(pozzolan) 성질을 나타낸다.

본 발명의 악취제거 담체에 실리카 흄이 비회 입자 사이에 충전 효과를 주어 고강도화가 나타나며, 알칼리 실리카 반응 억제 및 화학적 저항성이 향상된다.

또한, 유기 물질은 다공성 악취제거 담체 제조 시 연소온도 조건에 따라 공극이 형성된다.

상기 담체 형상물을 점토 반죽기에 넣고 혼합하다.

2) 담체 형상물로 성형하는 단계(S120)

상기 담체 형상물은 반죽 상태로 존재하므로 원하는 모양으로 성형할 수 있다. 압출 성형기를 통해 압출되면 펠렛(pellet) 형태가 되며, 판상, 괴상, 구상 등 다양하게 제조될 수 있으며, 바람직하게는 펠렛 형태로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

3) 성형된 담체 형상물을 건조하는 단계(S130)

성형된 담체 형상물이 건조된다.

상기 성형된 담체 형상물은 100~150℃에서 30~80분 건조될 수 있으며, 바람직하게는 110~140℃에서 40~70분, 가장 바람직하게는 120℃에서 60분 건조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

건조 과정을 통하여 1차로 기포가 형성되어 공극이 생성된다.

4) 건조된 담체 형상물을 고온에서 소성되는 단계(S140)

건조된 담체 형상물을 고온에서 소성된다.

건조된 담체 형상물의 소성 온도와 시간은 700~1,350℃에서 40~70분, 바람직하게는 800~1,200℃에서 50~65분, 가장 바람직하게는 950~1,100℃에서 60분 열분해 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

고온에서 열분해 소성 과정을 통하여 소각슬래그, 물유리 또는 폐유리 분말 및 실리카 흄으로 담체 형상물의 구조를 단단하게 형성시켜준다.

또한, 열분해 소성된 담체 형상물은 공극이 확대 활성화되어 미생물의 부착 능과 집적화를 높일 수 있다.

도 2는 건조 후 열분해 소성된 악취제거 담체를 나타낸 것이다.

6) 악취제거 담체가 양생되는 단계(S160)

공극이 확대 활성 된 악취제거 담체를 상온에서 6~8일, 바람직하게는 7일 양생할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이와 같이 양생 과정을 통해 강도가 증진되어 수처리에 사용이 가능한 악취제거제로 활용할 수 있다.

<실시예 2. 다공성 악취제거 담체 제조>

<실시예 1>의 악취제거 담체에 사용되는 재료에 희토류가 더 포함되어 다공성 악취제거 담체를 제조할 수 있다.

1) 악취제거 담체에 사용되는 재료가 혼합되는 단계(S110)

상기 <실시예 1>의 담체 형상물에 희토류가 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게는 연소재 10~20중량%, 유기성 물질 30~40중량%, 점토 15~25중량% 및 희토류 0.1~5중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 연소재 13~18중량%, 유기성 물질 33~37중량%, 점토 18~22중량% 및 희토류 1~3중량% 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 연소재 15중량%, 유기성 물질 35중량%, 점토 20중량% 및 희토류 2중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명에서는 란타늄(La)이 포함된 희토류를 사용하는 것이 가장 좋다. 이는 란타늄이 물속에서 인을 흡착하는 특징을 갖고 있으며, 이를 다공성 악취제거 담체에 포함하여 제조할 경우에 오염된 수질 내 부영양화의 원인이 되는 인이 흡착되어 수질 정화에 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 다공성 악취제거 담체의 구조를 단단하게 유지시키기 위해서 결합물이 사용된다. 상기 결합물은 물유리 또는 폐유리 분말이 5~15중량%, 실리카 흄이 1~10중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 물유리 또는 폐유리 분말이 7~13중량%, 실리카 흄이 3~7중량%, 가장 바람직하게는 물유리 또는 폐유리 분말이 10중량%, 실리카 흄이 5중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

2) 악취제거 담체가 제조되는 단계(S210)

상기 <실시예 1>의 2)단계(S120) 내지 6)단계(S160)와 동일한 방법으로 악취제거 담체를 제조할 수 있다.

<실험예 1. 슬래그의 특성 분석>

<실시예 1>에서 사용되는 소각재 용융슬래그의 특성을 분석하였다.

하기 <표 1>은 소각재 용융슬래그의 화학적 조성비를 나타낸 것이다.

<표 1>

<표 1>을 토대로 살펴보면, 소각재 용융슬래그의 구성성분은 평균적으로 SiO₂가 46.05중량%, CaO가 26.49중량%를 차지하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 쓰레기 소각재의 무기물 성분에는 SiO₂가 20~50% 포함되어 있으며, 용융조작만으로 얻을 수 있는 유리질 범위에 해당하기 때문에 결정화 유리를 얻을 수 있다. 결정화 유리는 유리 안에 미세한 결정을 균일하게 석출시킨 인공재료로서 일반적으로 강도, 내열성, 내약품성이 우수하다.

도 3은 주사전자현미경을 이용하여 소각재 용융슬래그의 결정구조를 촬영한 것이다.

도 4는 소각재 용융슬래그의 입도분포곡선을 나타낸 것이다.

도 3 및 도 4를 토대로 살펴보면, 소각재 용융슬래그의 결정구조는 유리질의 검은 결정 형태로 입자 표면이 매끈한 형태인 것을 알 수 있다.

또한, 전체 입경은 0.25~10mm의 분포를 나타내고 있으며, 주로 1.0~5.0mm 사이에 주입경이 분포하고 있다. 균등계수(Cu)는 3.75로 모래를 기준으로 하였을 때, Cu가 6보다 작기 때문에 입조가 양호하지 못한 것으로 나타났으며, 곡률계수(Cg)는 1.067로 양호한 것을 알 수 있다.

<실험예 2. 슬래그의 용출 분석>

<실시예 1>에서 사용되는 소각재 용융슬래그의 용출을 분석하였다.

용융슬래그는 폐기물에서 출발한 원료이므로 소각재에 다량 함유되어 있는 중금속 용출 가능성이 높아 환경적 안정성이 입증되어야 한다.

본 발명에서는 소각재 용융슬래그를 여재로 사용함에 있어서 입상 용융슬래그의 결정상이 파괴되지 않도록 하는 세심한 품질관리가 필요하며, 여재로 사용하는 경우 중금속의 침출이나 기타 오염물질의 침출이 발생할 수 있다.

소각재를 용융하여 슬래그화 되면 다이옥신과 같은 화합물질은 분해되고, 납 등과 같은 유해한 중금속은 분리되거나 용융슬래그 내 유리질과 일체화되어 용출되지 않는다. 용융슬래그의 구조는 기본적으로 실리카 유리의 성질과 유사하여 SiO⁴ ⁺가 망목 형성 이온으로 각각 4개의 O원자로 연결된 3차원적인 망목 구조로 되어 있다. 이와 같이 슬래그 중 분리되지 않은 중금속들은 망목 구조 안에 이온의 형태로 결합되어 있다. 이러한 망목수식 이온이 용출되기 위해서는 주위의 유리구조로부터 용출되어야하는데, 일반적으로 유리구조의 용출속도가 상당히 느리기 때문에 실제로 망목수식 이온은 거의 검출되지 않는 것으로 알려져 있다.

입상 용융슬래그에 대하여 미국 환경보호청(US EPA)에서 제안한 독성 특성 침출 절차(TCLP, Toxicity Characteristic Leaching Procedure) 방법을 사용하여 용출 실험을 수행하였다.

하기 <표 2>는 소각재 용융슬래그의 용출실험 결과를 나타낸 것이다.

<표 2>

<표 2>를 토대로 살펴보면, 본 발명에서 사용되는 소각재 용융슬래그에서 As, Cd, Cu, Pb, Hg, CN, Cr⁺⁶의 중금속이 용출되지 않음을 알 수 있다.

<실험예 3. 악취제거제를 이용한 수처리 특성 실험>

<실시예 1>의 제조방법으로 제조된 악취제거제를 이용하여 수처리 회분 실험을 수행하였다.

하기 <표 3>은 수처리 회분실험 결과를 나타낸 것이다.

<표 3>

<표 3>을 토대로 살펴보면, 하수가 처리되기 전인 원수의 부유물질(SS, Suspended Solid)이 92% 제거되었으며, 화학적 산소 요구량(COD, Chemical Oxygen Demand)은 90.2% 제거된 것을 알 수 있다.

또한, 총 질소(T-N, Total Nitrogen)는 67.3% 제거되었으며, 총 인(T-P, Total Phosphorus)은 79.2% 제거된 것을 알 수 있다.

<실험예 4. 성분 분석>

본 발명의 혼합 성형물에 사용된 비회와 저회의 성분을 분석하였다.

하기 <표 4>는 비회의 성분을 분석한 결과이다.

<표 4>

<표 4>를 토대로 살펴보면, 비회의 경우 Si 성분이 20.77%로 가장 많이 함유되어 있었으며, 기공 구조에 영향을 미치는 Al, Ca 및 Fe 등이 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다.

<실험예 5. 왕겨, 볏짚, 쌀겨 및 커피박(커피 찌꺼기) 성분 분석>

본 발명의 악취제거 담체에 사용되는 유기성 물질 중 왕겨, 볏짚, 쌀겨 및 커피박의 성분을 분석하였다.

하기 <표 5>는 본 발명에서 사용된 유기성 물질을 분석한 결과이다.

<표 5>

<표 5>를 살펴보면, 본 발명에서 사용된 유기성 물질의 성분 중 수분이 가장 많이 함유되어 있다. 특히, 왕겨가 43.6%로 1순위로 높았으며, 볏짚이 40%로 2순위, 쌀겨가 38.41%로 3순위, 커피박이 28.54%로 4순위로 수분이 함유되어 있다. 이와 같이 수분 함량이 많은 것을 악취제거 담체에 사용될 경우, 건조 및 고온 소성 단계를 통해 수분이 증발되어 담체의 공극 발달에 기여된다.

<실험예 6. 하수슬러지 및 제지슬러지 성분 분석>

본 발명의 악취제거 담체에 사용되는 유기성 물질 중 하수슬러지 및 제지슬러지의 성분을 분석하였다.

하기 <표 6>은 본 발명에서 사용된 하수슬러지의 성분 결과이며, <표 7>은 제지슬러지의 성분 결과이다.

<표 6>

<표 7>

<표 6>을 살펴보면, 본 발명에서 사용된 하수슬러지는 무기성분을 함유하고 있으며, 주로 SiO₂ 및 Al₂O₃을 함유하고 있어 열분해 소성 시에 여과 담체의 구조를 단단하게 유지하는데 기여된다.

<표 7>을 살펴보면, 본 발명에서 사용된 제지슬러지는 수분, 가연분, 회분이 함유되어 있으며, 각각 24.86%, 32.15%, 41.22%이다. 이와 같이 악취제거 담체에 사용될 경우, 건조 및 고온 소성 단계에서 수분이 증발하고, 가연분이 연소되어 공극 발달에 기여된다.

<실험예 7. 물리적 특성 분석>

본 발명의 제조방법으로 제조된 악취제거 담체를 이용하여 물리적 특성을 분석하였다.

하기 <표 8>은 악취제거 담체의 물리적 특성을 분석한 결과이다.

<표 8>

<표 8>을 살펴보면, 본 발명의 악취제거 담체는 공극률이 60~70%, 비중이 0.35~0.45, 강도가 2.5N/mm²로 나타난 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 입경 1∼5cm, 균등계수 1.2이하의 악취제거재로 성형하여 활용 가능하다.

<실험예 8. 악취제거 담체의 인 제거 효율>

<실시예 1> 및 <실시예 2>의 제조방법으로 제조된 악취제거 담체를 오염된 수질에 넣어 인이 제거되는 효율을 확인하였다.

하기 <표 9>는 악취제거 담체를 활용하여 수질 내에 존재하는 인이 제거되는 효율을 확인한 결과이다.

<표 9>

<표 9>를 살펴보면, 실시예 1의 악취제거 담체는 수질 내 인이 58.2% 제거되었고, 실시예 2의 악취제거 담체는 수질 내 인이 78.43% 제거되었다. 이를 통해 본 발명의 악취제거 담체는 수질 내 인이 제거되어 수처리에 사용이 가능한 것을 유추할 수 있다.

또한, 본 발명의 악취제거 담체에 란타늄이 함유된 희토류가 사용되었을 경우, 희토류가 포함되지 않은 담체보다 수질 내 인이 더 많이 제거되는 것을 확인할 수 있다.

<실험예 9. 악취제거 담체의 유해가스 흡착능>

본 발명의 제조방법으로 제조된 악취제거 담체를 활용하여 암모니아, 황화수소 및 톨루엔의 흡착능을 확인하였다.

하기 <표 10>은 악취제거 담체를 활용하여 기체 내에 존재하는 암모니아, 황화수소 및 톨루엔의 흡착능을 확인한 결과이다.

<표 10>

<표 10>을 살펴보면, 전체적으로 휘발성 유기화합물인 톨루엔에 대한 흡착량이 높은 반면에, 암모니아와 황화수소에 대한 흡착량이 낮은 것을 확인 할 수 있다. 이는 흡착되는 가스의 분자 크기에 따라 흡착정도가 다른 것을 유추할 수 있다.

본 발명은 물유리 및 실리카 흄을 이용한 악취제거 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로 소각슬래그, 물유리 또는 폐유리 분말, 실리카 흄 등이 포함된 담체 형상물로 다양한 대기처리 및 수처리 공정 중 발생되는 악취가 제거되는 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims

삭제
악취제거 담체에 사용되는 재료인 Si가 20.77% 포함된 비회가 10 내지 20중량%, 수분이 43.6% 포함된 왕겨, 수분이 40% 포함된 볏짚, 수분이 38.41% 포함된 쌀겨, SiO₂가 34.3중량%, Al₂O₃이 18.31중량% 포함된 하수슬러지, 수분 24.86%, 가연분 32.15%, 회분 41.22% 포함된 제지슬러지 또는 수분이 28.54% 포함된 커피박 중 어느 하나 이상이 포함된 유기성 물질이 30 내지 40중량%, 점토가 15 내지 25중량%, SiO₂가 20 내지 50% 포함된 소각재 용융슬래그가 10 내지 20중량%, 물유리 또는 폐유리 분말이 5 내지 15중량% 및 실리카 흄이 1 내지 10중량% 및 란타늄(La)이 포함된 희토류가 0.1 내지 5중량% 포함되어 혼합되는 단계(S210);
혼합물을 압출 성형기를 통해 구상, 판상, 괴상, 펠렛 형태로 제조하여 담체 형상물로 성형하는 단계(S120);
성형된 담체 형상물은 1차 기포 형성으로 공극이 생성되기 위해 100 내지 150℃에서 30 내지 80분 건조하는 단계(S130);
건조된 담체 형상물은 형상물의 구조가 단단하게 형성되며, 공극이 확대 활성화되기 위해 700 내지 1,350℃에서 40 내지 70분 고온에서 열분해 소성되는 단계(S140);
열분해 소성된 담체 형상물은 강도가 증진된 수처리의 악취제거제로 사용되기 위해 상온에서 6 내지 8일 양생되는 단계(S150);를 포함하며,
공극률이 60 내지 70%, 비중이 0.35 내지 0.45, 강도가 2.5N/mm²이며, 수질 내 인이 78.43% 제거되고 암모니아 0.47mg/g, 황화수소 0.937mg/g, 톨루엔 59.49mg/g이 흡착되는 것을 특징으로 하는, 악취제거제를 제조하는 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제