KR102060569B1

KR102060569B1 - 하수슬러지 고화처리 공법

Info

Publication number: KR102060569B1
Application number: KR1020190077945A
Authority: KR
Inventors: 조정현
Original assignee: 한일콘(주)
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2019-12-30

Abstract

본 발명은 하수처리과정에서 발생하는 하수슬러지(오니)를 고화처리하여 매립장의 복토재 등으로 재활용할 수 있도록 하는 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 하수슬러지에 산성의 고화제와 알칼리의 고화제를 각각 혼합하여 별도의 산성 고화체와 알칼리 고화체를 제조하고, 상기 산성고화체와 알칼리 고화체를 혼합하여 중성의 고화체를 제조함으로써, 양생과정에서 발생하는 암모니아가스 발생을 최소화시킬 수 있으며, 안정적인 압축강도를 실현할 수 있는 하수슬러지 고화처리 공법에 관한 기술분야가 개시된다.
또한, 본 발명은 하수슬러지를 처리한 후 이를 매립지 복토재 및 토양개량제로 이용할 수 있도록 함으로써, 하수슬러니 내 유해물질인 중금속의 용출을 억제하여 생활폐기물로서의 하수슬러지가 아닌 재활용이 가능한 하수슬러지로의 이용성을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

하수슬러지 고화처리 공법{Sewage sludge solidification treatment method}

본 발명은 하수처리과정에서 발생하는 하수슬러지(오니)를 고화처리하여 매립장의 복토재 등으로 재활용할 수 있도록 하는 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 하수슬러지에 산성의 고화제와 알칼리의 고화제를 각각 혼합하여 별도의 산성 고화체와 알칼리 고화체를 제조하고, 상기 산성고화체와 알칼리 고화체를 혼합하여 중성의 고화체를 제조함으로써, 양생과정에서 발생하는 암모니아가스 발생을 최소화시킬 수 있으며, 안정적인 압축강도를 실현할 수 있는 하수슬러지 고화처리 공법에 관한 기술분야이다.

또한, 본 발명은 시멘트를 대체할 수 있는 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 포함시켜 시멘트의 사용량을 감소시킬 수 있고, 결과적으로 시멘트 사용량 감소에 따른 CO₂ 발생량을 저감시켜 친환경적인 하수슬러지 고화처리 공법에 관한 기술분야이다.

일반적으로, 하수슬러지란 하수 및 폐수를 처리하는 과정에서 침전분리되는 진흙상태의 물질을 말하는 것으로 함수율이 높고 유기물 함량이 높아 부패하기 쉽고 처리하기 곤란한 특성이 있는 것으로, 현재 대부분 지하에 매립하거나, 해양투기가 이루어지고 있으며 부분적으로 소각, 건조, 퇴비화, 고화 등의 처리방법이 시도되고 있다.

특히 하수슬러지는 2003년 7월부터 쓰레기 매립장에의 직매립이 금지된 이후 2004년말 기준 전국에서 발생한 6,645통/일 중 77.1%에 해당하는 약 5,120톤/일이 해양투기(환경부 발표자료, 하수종말처리시설 운영관리실태 분석, 2005.6) 되었으며, 폐수슬러지는 2002년도에 4,915톤/일이 해양투기(환경부 발표자료, 2003년)되어 해양오염을 가중화시키고 있고, 2007년 7,631톤/일, 2011년 10,259톤/일로 급속하게 늘어나고 있는 추세이다.

그러나 하수슬러지의 해양투기는 런던조약(1972년)에 의거 국제적으로 금지하고 추세에 있으며, 대부분 해양투기에 의존하고 있는 우리나라는 하수슬러지의 해양투기가 2012년부터 전면금지가 예정되어 있어 효율적인 처리방안을 조속히 강구해야하는 실정에 있다.

아울러, 하수슬러지를 소각처리하는 경우에는 초기 시설투자비가 높고 처리시에 2차오염물이 발생하는 등 환경오염의 우려가 높아 소각관련 시설 설치추진도 곤란하며, 또한 일부 퇴비화가 시도되고 있지만 생산된 퇴비의 사용처 확보가 곤란해 대량의 하수슬러지를 처리하기에는 한계가 있는 실정이다.

한편, 환경관련법으로 폐기물관리법 시행규칙 별표8에는 매립작업 종료 후 투수성이 낮은 흙, 고화처리물 또는 건설폐자재류를 재활용한 토사 등을 사용하여 10센치미터 이상의 두께로 다져 일일복토를 하여야 한다. 는 매립장 복토기준이 제시되어 있고, 매립지 현장 복토재 요구기준으로 투수계수가 1×10^-3~ 1×10^-6cm/s 범위로 투수성이 낮을 것, 유해물질이 용출기준 이하일 것, 장비에 달라붙지 않도록 토사기준 함수율이 35% 이하일 것, 압축강도 05kgf/㎠ 이상일 것, 냄새로 암모니아 등 악취가 나지 않을 것, 등의 요구조건을 제시하고 있다.

그러나 종래의 하수슬러지 고화처리 기술은 하수슬러지에 생석회, 시멘트, 플라이애시 등과 같은 알칼리계고화제를 투입하여 혼합, 양생하는 기술이 대부분이고, 종래의 알칼리계고화제와 하수슬러지가 투입되어 혼합, 양생되는 과정에서는 암모니아가스 발생으로 인한 지독한 악취문제가 대두되어 민원이 발생되고, 작업환경의 유해성으로 인하여 현장작업을 기피하게 되는 현실적용에 한계점을 갖고 있을 뿐 아니라, 상기의 알칼리계고화제와 하수슬러지가 투입되는 조성으로는 양생이 원활하게 이루어지지 아니하여 관련법규에 의한 복토재나 성토재로서의 요구조건을 충족시킬 수 있는 고화물을 얻지 못하고 있는 문제점을 갖고 있다.

한편, 지구온난화로 인한 각종 자연재해 발생빈도가 증가하고 있는 가운데 세계 각국에서는 지구온난화의 주범인 CO2의 발생량을 줄이기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있고(P Duxson et al, 2007), 그 중 하나인 대대분의 건설현장에서 일반적으로 사용되는 콘크리트는 포틀랜드 시멘트를 결합재로 사용하고 있는데, 포틀랜드 시멘트는 제조과정에서 대기 중에 많은 양의 이산화탄소를 배출하고 있다.

그럼에도 불구하고, 전 세계적으로 포틀랜드 시멘트의 제조량을 해마다 증가하고 있는데, 포틀랜드 시멘트 제조과정에서 발생하는 온실가스 배출량은 대기 중에 배출되는 전 세계 온실가스 배출량의 큰 비중을 차지하고 있고, 이와 같이 시멘트는 사회간접자본 건설에 중요한 역할을 해왔음에도 불구하고 최근에는 자연을 파괴하는 재료로서 인식되는 경향이 있다.

특히, 시멘트는 클링커 제조 시 고온(1,450℃) 상태에서 제조될 뿐만 아니라 시멘트 1톤을 생산하는데 07~10톤의 CO₂ 가스를 배출하는 등 전 세계 CO₂ 가스 배출량의 7%를 차지할 정도로 심각하고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 시멘트 산업에서 소성온도를 낮추어 생산하거나 플라이애쉬, 고로슬래그 등의 혼합시멘트를 사용하는 등 다양한 방법으로 CO₂를 저감하고자 노력하고 있다.

부가하여 설명하면, CO₂를 저감하기 위한 노력의 일환으로 고로슬래그나 플라이애시 등과 같은 산업부산물을 시멘트에 대해 일부 치환한 콘크리트의 사용이 점차 보편화되고 있으며, 또 다른 노력으로 시멘트와 고로슬래그를 혼입하고 알칼리 활성화제를 사용하여 강도성능을 높인 알칼리 활성 슬래그 결합재에 대한 연구가 국내외로 활발히 진행되고 있다.

상기와 연관하여, 아스팔트 콘크리트와 시멘트 콘크리트 포장은 제조, 운반, 시공 과정에서 탄소배출량이 많은 문제가 있을 뿐만 아니라 태양 복사열의 피해, 자연훼손 등의 문제점이 있고, 앞서 설명 한 시멘트를 이용하는 하수슬러지의 고화처리 과정에서도 하수슬러지에 시멘트와 경화제를 혼합하여 강도를 향상시키고 있으며, 강도의 발현은 시멘트의 첨가량에 의존하고 있는 실정이므로 하수슬러지의 고화시 탄소배출에 의한 이산화탄소의 배출이 불가피한 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제0796722호(2008.01.15)

본 발명은 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 안출된 기술로서, 하수슬러지 내의 중금속 내의 수분을 제거하여 중금속을 고정화시킴으로써, 하수슬러지 내 중금속 용출을 억제하고, 산성의 고화제와 알칼리 고화제를 이용하여 pH를 중성으로 유지하도록 하여 암모니아가스 발생을 최소화할 수 있으며, 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 사용하여 시멘트의 사용량을 감소시켜 CO₂ 발생량을 저감시킴으로써, 친환경적인 하수슬러지의 고화처리가 이루어질 수 있도록 하는 하수슬러지 고화처리 공법을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자, 하수슬러지를 제1하수슬러지와 제2하수슬러지로 양분하는 준비단계와 제1하수슬러지에 산성고화제를 혼합하는 제1혼합단계와 제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합하는 제2혼합단계와 상기 제1혼합단계의 제1하수슬러지와 상기 제2혼합단계의 제2하수슬러지를 혼합하는 제3혼합단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 고화처리 공법을 제시한다.

또한, 본 발명의 상기 산성고화제는 제1하수슬러지 100중량부에 대하여, 10~20중량부로 혼합되고, 하이드록시아파타이트, 폐인산, 황산철 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 알칼리고화제는 제2하수슬러지 100중량부에 대하여, 20~40중량부로 혼합되고, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 유동화제, 탄산칼슘, 석분을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제2혼합단계는 제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합한 후 반응제를 살포하는 제1살포단계를 포함하여 구성되고, 상기 반응제는 제2하수슬러지 100중량부에 대하여, 1~5중량부가 살포되며, 황산나트륨, 리그닌, TEA(Tri-Ethanol-Amine), 석고, 활성화제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제3혼합단계는 이후에 아민수용액(MEA)을 살포하는 제2살포단계를 포함하여 구성되고, 상기 제2살포단계는 이후에 제1하수슬러지와 제2하수슬러지가 혼합된 하수슬러지를 비닐 등으로 밀폐하는 저감단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 하수슬러지 고화처리 공법은 하수슬러지를 처리한 후 이를 매립지 복토재 및 토양개량제로 이용할 수 있도록 함으로써, 하수슬러지 내 유해물질인 중금속의 용출을 억제하여 생활폐기물로서의 하수슬러지가 아닌 재활용이 가능한 하수슬러지로의 이용성을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 산성의 고화재와 알칼리의 고화재를 사용함으로써, 하수슬러지 및 고화재 혼합물의 초기 및 장기 함수분 저감효과가 우수할 뿐만 아니라 하수슬러지 고화체의 장기 강도발현이 우수하며, 하수슬러지 및 고화재 혼합물의 양생과정에서의 우수한 악취 발생량 저감효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 공법을 개략적으로 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 공법을 개략적으로 나타낸 순서도.

본 발명은 하수처리과정에서 발생하는 하수슬러지를 고화처리하여 매립장의 복토재 등으로 재활용할 수 있도록 하는 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하세 설명하면, 하수슬러지를 양분하여 각각의 하수슬러지에 산성의 고화제와 알칼리의 고화제를 각각 혼합하고, 각각의 산성 혼합물과 알칼리 혼합물을 혼합하여 pH를 중성으로 유지되도록 함으로써, 양생과정에서 발생하는 암모니가스의 발생을 최소화할 수 있으며, 수화반응에 따른 수화열과 중화반응에 따른 중화열에 의해 하수슬러지 내의 함수율을 효율적으로 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 하수슬러지 내의 유해물질인 중금속의 용출을 억제하여 이용성을 증대시키고, 장기 강도발현이 우수하며, 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 사용하여 시멘트의 사용량을 감소시킴으로써, 시멘트 사용량 감소에 따른 이산화탄소 발생량을 저감시켜 친환경적으로 하수슬러지를 처리할 수 있는 하수슬러지 고화처리 공법에 관한 기술이다.

상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 하수슬러지를 제1하수슬러지와 제2하수슬러지로 양분하는 준비단계(S10);와 제1하수슬러지에 산성고화제를 혼합하는 제1혼합단계(S20);와 제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합하는 제2혼합단계(S30);와 상기 제1혼합단계(S20)의 제1하수슬러지와 상기 제2혼합단계(S30)의 제2하수슬러지를 혼합하는 제3혼합단계(S40);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 고화처리 공법을 제시한다.

또한, 본 발명의 상기 제2혼합단계(S30)는 제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합한 후 반응제를 살포하는 제1살포단계(S32);를 포함하여 구성되고, 상기 반응제는 제2하수슬러지 100중량부에 대하여, 1~5중량부가 살포되며, 황산나트륨, 리그닌, TEA(Tri-Ethanol-Amine), 석고, 활성화제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제3혼합단계(S40)는 이후에 아민수용액(MEA)을 살포하는 제2살포단계(S50);를 포함하여 구성되고, 상기 제2살포단계(S50)는 이후에 제1하수슬러지와 제2하수슬러지가 혼합된 하수슬러지를 비닐 등으로 밀폐하는 저감단계(S60);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명의 준비단계(S10)는 하수슬러지를 제1하수슬러지와 제2하수슬러지로 양분하는 것으로서, 상기 제1하수슬러지와 제2하수슬러지에 이후에 자세히 설명될 산성고화제와 알칼리고화제를 각각 혼합할 수 있도록 교반기 또는 교반장치가 설치될 수 있는 공간에 구획되도록 양분하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1하수슬러지와 제2하수슬러지는 이후에 자세히 설명될 산성고화제와 알칼리고화제가 각각 혼합된 후 신속하게 혼합될 수 있도록 하나의 교반기또는 하나의 공간에 개폐가능한 구획벽을 통해 구획되어 양분되도록 하여 상기 제2하수슬러지의 높은 pH에 의한 암모니아가스가 발생되는 것을 최소화도록 함으로써, 악취발생을 최소화하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 제1혼합단계(S20)는 양분된 하수슬러지 중에서 제1하수슬러지에 산성고화제를 혼합하는 것으로서, 상기 산성고화제는 이후에 알칼리고화제와 혼합되는 제2하수슬러지의 pH를 조절하여 최종적으로 하수슬러지 고화체의 pH가 중성이 되도록함으로써, 암모니아가스의 발생을 최소화하는 효과를 실현케 한다.

구체적으로, 상기 산성고화제는 제1하수슬러지 100중량부에 대하여, 10~20중량부로 혼합되고, 하이드록시아파타이트, 폐인산, 황산철 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 산성고화제는 10중량부 미만으로 제1하수슬러지와 혼합되는 경우 제1하수슬러지의 함수율의 저감이 미약하여 중금속의 고정화가 효과적으로 이루어지지 않을 수 있어 중금속의 용출 억제가 미미할 수 있고, 20중량부를 초과하여 제1하수슬러지와 혼합되는 경우 함수율의 저감이 우수하여 중금속의 고정화가 효과적으로 이루어져 중금속의 용출 억제는 향상되나 고형화가 빠르게 진행되어 제2하수슬러지와의 혼합이 효율적으로 이루어지지 않아 최종적으로 하수슬러지 고화체의 pH를 낮추지 못하는 문제가 발생할 수 있으므로 상기와 같은 범위로 혼합되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, Ca₅(PO₄)OH)는 인산염계 화합물로서, 중금속의 고정화에 있어서 표면 흡착(surface adsorption), 양이온 치환(cation substitution), 침전(precipitation)의 중슴속 제거 메커니즘이 있다고 알려져 있고(Ma et al, 1993), 중금속과의 새로운 화학결합으로 인한 침전물은 상당히 낮은 용해성을 가지는 안정한 형태이다. 예를 들어, 하이드록시아파타이트와 결합하는 안정한 중금속의 형태는 hydroxypyromorphite (Pb10(PO4)6(OH)2), cadmium phosphate (Cd3(PO4)2) 등이 있다. 이때, 상기 하이드록시아파트이트 외에도 인산염계 화합물인 DAP(diammoniumphophate, (NH4)2HPO4)를 사용하여도 무방하다.

또한, 상기 폐인산은 인산염을 활용할 수 있는 대표적인 산업부산물인데, 이는 산도가 너무 높아 직접적으로 하수슬러지 고형화 또는 고정화에 바로 활용할 수 없으므로 본 발명에서는 이를 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 중화하여 약산성의 NAH₂PO₄와 약알칼리성의 Na₂HPO₄의 형태로 중화하여 사용하고, 중화된 폐인산은 pH의 조절에 용이하며 하수슬러지와 혼합시 인산염과 중금속의 반응이 결합반응으로 진행되어 중금속이 고정화되고, 이에 관련한 반응식은 다음과 같다.

[반응식 1]

H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O

[반응식 2]

NaH₂PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O

또한, 상기 황산철은 물에 녹아 산성을 나타낸 물질로서 pH 조절제의 역할, 하수슬러지 내 수분을 흡수하는 조해성 및 슬래그와 시멘트에 다량 함유된 중금속의 용출을 감소시키고, 하수슬러지에 가해지면 침전에 의해 Fe hydroxides가 생성되며 중금속은 inner-sphere 흡착을 통해 고정화된다(Contin et al, 2008).

따라서, 본 발명에서는 하수슬러지를 매립지 복토재나 토지개량제로 재활용하기 위해서 종래의 하수슬러지 고화처리 공법에서 언급된 고정화제의 단점을 보완하기 위해 인산염계 화합물이나 황산철 또는 이들의 혼합물을 포함하는 복합 고정화제를 사용하는 것이 바람직하다.

부가하여 설명하면, 제1하수슬러지는 이후에 자세히 설명될 알칼리고화제에 포함되는 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 시멘트의 투입에 따른 제2하수슬러지의 pH의 상승을 방지하고, 이는 달리 말해 제1하수슬러지의 산성화는 제2하수슬러지와의 혼합에 의해 완화된다.

다음으로, 제2혼합단계(S30)는 양분된 하수슬러지 중에서 제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합하는 것으로서, 상기 알칼리고화제는 고형화제로 사용되고, 앞서 설명된 산성고화제가 혼합된 제1하수슬러지의 pH를 완화시키며, 최종적으로 하수슬러지 고화체의 함수분 즉, 함수율의 저감효과를 더욱더 우수하게 할뿐만 아니라 장기 강도발현이 향상되도록 하여 최종적으로 고형화된 하수슬러지 고화체의 내구성이 증대되도록 하는 효과를 실현케 한다.

구체적으로, 상기 알칼리고화제는 제2하수슬러지 100중량부에 대하여, 20~40중량부로 혼합되고, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 유동화제, 탄산칼슘, 석분을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 알칼리고화제는 20중량부 미만으로 제2하수슬러지와 혼합되는 경우 제2하슬러지의 함수율의 저감이 미약하여 최종적으로 하수슬러지 고화체의 고형화가 원활하게 이루어지지 않아 강도가 실현되지 않을 수 있고, 40중량부를 초과하여 제2하수슬러지와 혼합되는 경우 함수율의 저감이 우수하여 최종적으로 하수슬러지 고화체의 고형화가 원활하게 이루어질 수 있으나 고형화한 후 상기 하수슬러지 고화체의 pH가 높아 암모니아가스 발생 억제가 미미하여 악취 발생을 최소화하기 어려운 문제가 발생할 수 있으므로 상기와 같은 범위로 혼합되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 알칼리고화제는 전체 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 30~80중량부와 플라이애시 15~30중량부와 포틀랜드 시멘트 5~15중량부와 소석회 1~5중량부와 유동화제1~4.5중량부와 탄산칼슘 15~30중량부 및 석분 7~15중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고로슬래그 미분말은 용광로에서 선철이 생산될 때 발생된 용융상태인 물질로, 여기에 물을 분사하여 급냉시킨 것을 고로수슬래그라 하고, 고로수슬래그를 일정 분말도로 분쇄하거나 석로를 첨가한 것을 고로슬래그 미분말이라 한다.

상기와 같은 고로슬래그 미분말은 분말도에 따라 1급, 2급, 3급으로 구분하고, 현재 국내에서 생산되고 있는 고로슬래그 미분말은 KS F 2563에서 정하고 있으며, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화마그네슘의 4성분이 주성분으로 96~97%를 점유하고 있고 이외에 소량의 산화망간, 산화철, 황 및 알칼리 등을 함유하고 있으며 이러한 조성성분은 시멘트와 거의 유사하다.

부가하여, 고로슬래그의 화학조성은 철강공업에서 사용되는 원재료의 성분, 노의 종류 및 공정에 따라 상당한 범위에서 변화하나 철저한 품질관리 체제하에서 고로슬래그는 SiO₂ 30~36%, Al₂O₃ 12~18%, Fe₂O₃ 0.25~0.35%, CaO 38~45%, MgO 10.0이하, SO₃ 4.0이하, LOI 3.0이하와 같은 성분함유량을 가지도록 생산되고 있다. 이때, 본 발명에서는 시멘트 대체 결합재로서 분말도가 4000~6000cm²/g인 고로슬래그 미분말 3종을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 고로슬래그 미분말은 알칼리고화재에 30~80중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 일반적으로 고로슬래그 미분말은 플라이애시에 미치지 못하지만 어느 정도의 수화열 저감효과를 가지며, 잠재수경성에 의해 플라이애시 보다 우수한 강도발현을 하므로, 함유량이 30중량부 미만일 경우, 결합재 중 시멘트의 수화반응에 의한 과도한 수화발열에 의해 콘크리트의 내외부 온도차가 증가하여 온도균열이 발생할 수 있어 최종적으로 하수슬러지 고화체의 안정성이 저하될 수 있는 문제점이 있고, 함유량이 80중량부를 초과하는 경우, 하수슬러지 고화체의 초기강도 발현 저하로 인한 최조적으로 하수슬러지 고형화에 문제가 발생할 뿐만 아니라 하수슬러지 고화체의 고형화시 외부온도가 높을 경우 고로슬래그 미분말의 특성상 고온에서 급격한 수화반응을 일으켜 하수슬러지 고화체의 내부온도를 급격하게 상승시키는 작용을 하여 크랙이 발생할 수 있는 문제점이 있으므로 상기와 같은 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 플라이애시는 화력발전소 미분탄 보일러(Pulverized Combustion)에서 배출되는 석탄 연소 부산물 중 약 80%를 차지하고 있고, 약 1,350℃의 고온에서 연소될 때 유리질(비결정질) 성분이 생성되어 포졸란 반응성을 나타내기 때문에 시멘트 및 콘크리트 원료로 무난히 활용되고 있다.

부가하여 설명하면, 국내의 플라이애시 품질관리는 KS L 5405에 제시되어 있는 1종과 2종을 사용하고 있고, 특히 2종 플라이애시를 주로 사용하고 있으며, 1종 플라이애시의 경우 생산단가 상승 등으로 인한 특수목적으로 소량생산되고 있는 실정이므로 본 발명에서는 플라이애시 2종을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 플라이애시의 화학조성은 SiO₂ 56.0%, Al₂O₃ 24.8%, Fe₂O₃ 5.5%, CaO 2.9%, MgO 0.8, SO₃ 0.3, LOI 3.2와 같은 성분함유량을 가지고, 이와 같이 산화규소와 산화알루미나의 함유량이 80% 이상으로 반응성 산화물을 다량 함유하고 있으며, 이 성분들은 알칼리 활성제와 함께 혼입되어 고온양생으로 Al-Si 중합반응이 발생하여 콘크리트의 강도를 발현시키는 기능을 한다.

또한, 플라이애시는 고화재에 15~30중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 일반적으로 플라이애시는 그 자체로는 수경성이 없으나, 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화생성물인 수산화칼슘과 서서히 반응하여 안정된 불용성화합물을 생성하여 경화하는 성질이 있으므로, 최종적으로 하수슬러지 고화체의 수화열 감소 효과 및 장기강도 발현을 위해 본 발명에서 제시한 사용범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

덧붙여 설명하면, 본 발명은 고로슬래그 미분말의 첨가량을 늘려 최종적으로 이후에 자세히 설명될 제3혼합단계(S40) 이후의 하수슬러지 고화체의 조기강도가 발현되도록 하면서 고로슬래그 사용에 따른 유동성 저하의 문제를 유동화제의 첨가에 의해 해결하고, 조기강도 발현에 따른 수화열을 플라이애시와 함께 사용함에 따라 저발열의 기능과 더불어 강도 및 내구성이 발현되도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 입자표면에는 치밀한 불투수성 피막인 유리질 피막이 형성되어 있는데, 이러한 피막으로 둘러싸여진 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬는 자체적으로 반응성이 없으므로, 이하에서 자세히 설명될 반응제에 포함되는 활성화제에 의해 유리질 피막을 파괴하여 내부 반응성 물질을 활성화시킨다.

이때, 상기 알칼리고화재는 고로슬래그 미분말과 플라이애시가 잠재수경성과 포졸란 반응성을 적절히 일으킬 수 있도록 상기와 같은 활성화제 뿐만 아니라 알칼리 자극제인 소석회 또는 생석회(CaO)와 포틀랜드 시멘트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

부가하여 설명하면, 알칼리 자극제는 pH 13 이상을 나타내는 NaOH와 KOH를 방출하는 수산화물, 규화물, 알루미난염 등의 강알칼리가 잠재수경성이나 포졸란 반응성을 일으키는데 효과적이나 이들은 반응이 급격하게 일어날 수 있어 이후에 자세히 설명될 제1살포단계(S32)에서 살포되는 반응제에 포함되어 살포되는 것이 바람직하고, 하수슬러지 내에 알칼리 반응성이 잠재되어 있는 성분이 존재하는 경우에는 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성에 문제를 일으킬 수 있으므로 본 발명의 알칼리고화재에는 반응 속도를 조절할 수 있고 알칼리 성분 반응 위험성이 없는 자극제로서 Ca(OH)₂를 방출하는 자극제를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 알칼리고화재는 Ca(OH)₂를 방출하는 자극제로써 석회석을 소성한 생석회(CaO), 상기 생석회를 소화 처리하여 제조한 소석회(Ca(OH)₂)를 사용하며, 칼슘실리케이트계 광물이 포함된 포틀랜드 시멘트도 알칼리 자극제로 함께 사용하는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명에서는 상기 알칼리고화재에 생석회나 소석회도 포틀랜드 시멘트처럼 제조 과정에서 이산화탄소를 배출하며, 포틀랜드 시멘트보다 고가이므로 포틀랜드 시멘트를 알칼리 자극제로 주로 사용하였다.

상기와 같은 포틀랜드 시멘트와 소석회는 고화재에 각각 5~15중량부, 1~5중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 앞서 설명된 바와 같이, 고로슬래그 미분말과 플라이애시가 잠재수경성과 포졸란 반응성을 적절히 일으켜 최종적으로 하수슬러지 고화체가 장기적 안정성을 가질 수 있도록 본 발명에서 제시한 사용범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.

상기와 연관하여, 상기 알칼리고화재는 탄산칼슘 15~30중량와 석분 7~15중량부를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 탄산칼슘과 석분은 충진제 기능을 수행하여 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성을 확보할 수 있도록 하는 효과를 실현케 한다.

부가하여 설명하면, 상기 탄산칼슘과 석분은 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성을 추가적으로 확보할 수 있도록 하는 것으로서, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 포틀랜드 시멘트, 소석회에 의해 상기 하수슬러지 고화체의 내구성을 확보할 수 있도록 하고, 상기 알칼리고화재는 상기 탄산칼슘과 석분에 의해 하수슬러지 고화체의 내구성을 원활하게 확보할 수 있도록 증점제를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 증점제로서는 히드록실프로필메틸셀룰로오즈계 고점성분말을 사용하는 것이 바람직한데, 일반적인 증점제를 사용하는 경우 타 조성들과 교반되어 혼합되는 과정에서 조기에 증점효과가 발생되어 조성간의 충분한 교반이 이루어지지 않아 물성의 균일성이 확보되지 않을 수 있으므로, 상기 히드록실프로필메틸셀룰로오즈계 고점성분말을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 히드록실프로필메틸셀룰로오즈계 고점성분말은 고화재에 1~3중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

부가하여 설명하면, 상기 히드록실프로필메틸셀룰로오즈계 고점성분말은 일반 메틸셀롤로오즈(MC)와 달리 메틸셀롤로오즈(MC)에 수용성 고분자를 도입한 것으로, 조성물의 혼합 시 즉각적인 증점효과가 나타나지 않고, 수용성 고분자가 용해된 이후에 메틸셀롤로오즈(MC)가 증점효과를 나타내기 때문에 증점효과가 나타나는 시기가 다소 지연된다.

즉, 히드록실프로필메틸셀룰로오즈계 고점성분말은 알칼리고화제와 제2하수슬러지의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있도록 교반시간을 제공하게 되며, 본 발명의 알칼리고화재와 하수슬러지가 충분히 혼합된 후에 점성이 발현되어 성형성을 극대화시키면서도 물성의 균일성을 이뤄 내구성이 강화되도록 하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 제1살포단계(S32)는 제2혼합단계(S30) 이후의 제2하수슬러지 즉, 제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합한 후 반응제를 살포하는 것으로서, 앞서 설명된 알칼리고화재의 수화반응이 더욱더 안정적이고 원활하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 반응제는 황산나트륨 15~30중량부와, 리그닌 2~4중량부와, TEA(Tri-Ethanol-Amine) 2~4중량부 및 활성화제 30~45중량부를 포함하여 구성됨으로써, 제2하수슬러지에 고루 혼합된 알칼리고화재의 수화반응이 원활하게 이루질 수 있도록 할 뿐만 아니라 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내후성 및 내구성이 증대되도록 하는 효과를 실현케 한다.

특히, 상기 반응제는 물과 1:10의 비율로 혼합됨으로써, 안정성이 확보된 상태에서 시공이 가능하여 시공성이 우수할 뿐만 아니라 살포된 제2하수슬러지에 원활하게 침투되도록 하여 더욱더 반응성이 향상되도록 하는 효과를 실현케 하고, 상기 물의 혼합비율은 상기 알칼리고화재에 의해 모두 수화되되, 안정성이 더욱 확보될 수 있으면 당업자의 판단에 의해 변경하여 실시가능하다.

상기 황산나트륨은 알칼리고화재의 점성 조절 및 건조성을 개선하기 위하여 사용되고, 특히 상기 반응제에 물이 혼합됨으로써, 이후의 양생과정에서 최종적으로 하수슬러지 고화체의 조기강도를 촉진하도록 하는 효과를 실현케 하며, 상기 반응제에 15~30중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 15중량부 미만으로 함유되면 하수슬러지 고화체의 점성이 낮아져 치밀한 내부조직 형성이 어려워지고, 30중량부를 초과하면 이후에 설명될 석고와 함께 건조성을 개선하나 하수슬러지 고화체의 점도가 너무 높아져 작업성이 저하되는 문제가 있어 상기와 같은 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 리그닌은 식물세포벽의 중엽층과 1차 세포벽에 많이 분포하는 고분자 화합물로 셀룰로우즈(cellulose) 및 헤미셀룰로우즈(hemicellulose)와 함께 식물세포벽을 구성하는 성분 중의 하나이다. 리그닌의 화학구조는 명확하지 않으나 C18H24O11과 C40H45O18 사이라고 추정되고 벤젠고리에 탄소 3개가 붙은 페닌프로판형의 탄소골격으로 되어 있고, 이것들이 서로 곁사슬과 곁사슬, 벤젠고리와 곁사슬로 결합된 나뭇가지 모양의 구조로 분자량 5만 이상의 중합체인 것으로 알려져 있다[C R Yin, D I Seo, S T Lee, and Y S Jin, Korean Society of Env Eng, 22, 2197 (2000)].

이러한 리그닌은 셀룰로우즈 다음으로 풍부한 유기물이지만 연료로 쓰이는 것을 제외하고는 거의 산업에 사용되지 못하고 있는 실정이며, 펄프공업의 부산물로 다량 발생하고 분해가 쉽지 않기 때문에 환경오염 문제가 되고 있지만, 본 발명에서는 리그닌을 첨가함으로써 알칼리고화재의 결합력을 증대시켜 최종적으로 하수슬러지 고화체의 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 유해한 시멘트의 양을 줄임과 동시에 펄프공업의 부산물인 리그닌을 재활용할 수 있어 친환경적이다는 장점을 갖는 특징이 있다.

상기와 같은 리그닌은 상기 반응제에 2~4중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 2중량부 미만으로 첨가되면 알칼리고화재의 결합력을 증대시켜 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성 확보가 어려울 수 있고, 4중량부를 초과하여 첨가되면 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성의 확보는 용이하나 상기 하수슬러치 고화체가 자연적으로 분해가 어려워 오히려 환경오염을 초래할 수 있는 문제점이 있어, 상기와 같은 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 TEA(Tri-Ethanol-Amine)는 최종적으로 하수슬러치 고화체의 장기강도 향상 및 동결융해에 대한 저항성을 증진시킬 수 있도록 하는 효과를 실현케 하고, 상기 반응제에 2~4중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 2중량부 미만으로 함유되면 동결융해에 대한 저항성이 부족하게 되며, 4중량부를 초과하여 함유되면 알칼리고화재의 응결 지연효과를 초래하여 최종적으로 하수슬러지 고화체의 강도가 저하될 수 있으므로, 상기와 같은 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 반응제는 석고 15~30중량부를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 석고는 앞서 설명된 황산나트륨과 같이 응결조절제로 사용되어 조기강도를 촉진하고 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성을 증가시키는 역할을 하고, 당업계에서 통상적으로 사용하는 화학석고, 천연석고, 탈황석고 등 종류에 한정하지 않으나, 바람직하게는 탈황석고를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 탈황석고는 석유 정제과정이나 열병합발전소 및 화력발전소에서 부수적으로 생성되는 것으로 탈황과정을 거쳐 생산되는 것을 말한다.

부가하여 설명하면, 상기 탈황석고는 강열감량(Ig loss)이 5 내지 30%이며, 산화칼슘(CaO) 20 내지 60 중량%, 산화마그네슘(MgO) 1 내지 5 중량%, 이산화규소(SiO₂) 0.1 내지 5 중량%, 삼산화이알루미늄(Al₂O₃) 0.1 내지 3 중량%, 삼산화황(SO₃) 20 내지 60 중량%, 삼산화이철(Fe₂O₃) 01 내지 3중량%, 산화칼륨(K₂O) 0.01 내지 0.3 중량%, 바나듐(V) 0.01 내지 0.3 중량%를 포함하여 이루어진 것이 좋다.

또한, 본 발명에서는 탈황석고를 단독으로 사용할 수 있으나 화학, 천연석고에서 선택되는 어느 하나를 단독으로 사용하거나, 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 화학석고, 천연석고 및 탈황석고를 혼합한 혼합물의 형태로 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 탈황석고 : 화학석고 : 천연석고가 1 : 1 내지 2 :1 내지 2 중량비로 혼합하는 것이 최종적으로 하수슬러지 고화체의 초기 강도 증진에 기여할 수 있어 좋다. 이때, 탈황석고의 경우 첨가량이 늘어나도 초기응결강도에 변화를 주지 않으나 2 중량부 이상 포함되는 경우 종결이 지연되며 28일 강도 증진율이 매우 저조하므로 상기 중량비로 첨가하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 석고 또는 석고 혼합물은 상기 반응제에 15~30중량부로 함유되는 것이 바람직한데, 15중량부 미만으로 함유되면 앞서 설명된 황산나트륨과 같이 최종적으로 하수슬러지 고화체의 점성이 낮아져 치밀한 내부조직 형성이 어려워지고, 함유량이 증가할 수록 응결지연 효과는 증가하나 30중량부를 초과하면 상기 황산나트륨과 함께 건조성 개선이 유리하나 최종적으로 하수슬러지 고화체의 점도가 너무 높아져 작업성 저하 및 초기에 대량 생성된 수화물들로 인해 장기 강도에 기여하는 칼슘수화물의 충진 및 성장을 방해하여 결과적으로 장기강도가 저하되므로 상기와 같은 범위로 함유되는 것이 바람직하다.

상기 활성화제는 결합재 구성으로 고로슬래그, 플라이애시 기타 산업부산물을 활성화 시킬 수 있는 것으로서, 산업부산물의 결합재 내에 SiO₂와 Al₂O₃ 등과 같이 중합반응이 가능한 구성요소를 갖는 결합재 구성에만 적용이 가능한 것을 특징으로 하고, 나트륨계, 칼슘계, 규산계 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

부가하여 설명하면, 일반적으로 중합반응은 Si-Al 함유 광물질이 NaOH 또는 KOH와 반응하는 것으로, 플라이애시는 SiO₂와 Al₂O₃의 함유율이 비교적 높아 중합반응으로 활성화시킬 수 있는 결합재이나 플라이애시를 사용한 경우에는 유리(glassy) 피막이 형성되어 있기 때문에 이 피막을 파괴시켜 플라이애시의 반응을 촉진시키기 위해서는 pH 13 이상 매우 높은 알칼리 환경이나 고온양생 또는 기타방법 등이 필요하다.

종래의 기술에서는 대부분 고온양생으로 플라이애시의 유리피막을 파괴시켜 중합반응을 유도하였으나, 본 발명에서는 고로슬래그 미분말이 다량으로 배합되므로, 고로슬래그의 구성 성분 중에 SiO₂, Al₂O₃, 특히 CaO(일반적으로 고로슬래그는 40% 이상 함유)이 다량으로 함유되어있기 때문에 상온에서 수화반응 및 중합반응을 하여 Ca(OH)₂ 등 강알칼리성 물질을 생성하여 플라이애시의 유리피막이 파괴되어 플라이애시가 혼합되어 있더라도 상온에서 중합반응이 발생하여 강도가 크게 발현되는 것으로 분석된다.

구체적으로, 상기 활성화제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 황산칼슘, 칼슘설포알루미네이트, 리튬실리케이트, 폴리실록실산 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 제1살포단계(S32)는 제2하수슬러지에 혼합된 알칼리고화제의 반응성을 높여 제2하수슬러지가 고화처리되도록 할 뿐만 아니라 이후에 자세히 설명될 제3혼합단계(S40)에서 제1하수슬러지와 제2하수슬러지가 혼합되어 최종적인 하수슬러지 고화체의 형성시 내후성 및 내구성이 저하되지 않도록 하여 요구 강도를 실현케 하는 효과를 실현케 할 뿐만 아니라 제1하수슬러지의 낮은 pH에 의해 중화되어 암모니아가스 발생이 억제됨으로써, 악취발생 저감효과를 실현케 한다.

다음으로, 본 발명의 제3혼합단계(S40)는 상기 제1혼합단계(S20)의 제1하수슬러지 즉, 산성고화제가 혼합되어 낮은 pH를 갖는 제1하수슬러지와 상기 제2혼합단계(S30)의 제2하수슬러지 즉, 알칼리고화제와 반응제가 혼합된 상기 제1살포단계(S32) 이후의 제2하수슬러지가 혼합되는 것으로서, 최종적으로 중성의 하수슬러지 고화체가 형성되도록 하여 암모니아가스 발생이 억제되고, 함수율이 낮으며 내구성이 증대된 복토재를 얻을 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 앞서 설명된 바와 같이, 제1혼합단계(S20)의 제1하수슬러지와 제2혼합단계(S30) 즉, 제1살포단계(S32) 이후의 제2하수슬러지는 각각 산성고화제와 알칼리고화제 및 반응제가 혼합 또는 살포된 후 즉시 혼합되도록 함으로써, 제2하수슬러지의 높은 pH에 의해 발생되는 암모니아가스 발생을 최소화하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 제3혼합단계(S40)는 제1혼합단계(S20)의 제1하수슬러지와 제2혼합단계(S30)의 제2하수슬러지 즉, 제1살포단계(S32) 이후의 제2하수슬러지 외에 황토를 더 함유시켜 혼합할 수 있는데, 상기 황토는 제1,2하수슬러지 즉, 하수슬러지 100중량부에 대하여, 20~40중량부로 함유되어 혼합되는 것을 특징으로 한다.

부가하여 설명하면, 상기 황토는 탄산칼슘(CaCO₃), 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃ ), 철분, 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 칼리(K₂O) 등을 포함하며 주로 005~001mm 실트(silt) 입자로 구성된 황색의 광물질로서, 살균 효과와 독성 제거 능력이 뛰어나며 유해 물질을 중화시키는데 탁월하고 황토의 특유에 벌집 구조체로 정화능력이 우수하여 시멘트의 독성을 중화하는 작용이 있고, 다량의 원적외선을 복사하기 때문에 혈액순환 및 신진대사 촉진 등 인체에 유익한 효과를 가짐으로써, 최종적으로 하수슬러지 고화체의 유해물질을 더욱더 효과적으로 제거할 수 도록하는 효과를 실현케 한다.

상기와 연관하여, 본 발명은 제3혼합단계(S40) 이후 양생과정 등을 통해 최종적으로 복토재 등으로 사용될 수 있는 하수슬러지 고화체가 형성될 수 있으나, 상기 제3혼합단계(S40) 이후 바로 양생과정을 하지 않고, 알칼리고화제의 반응시 발생되는 이산화탄소를 저감시키기 위한 제2살포단계(S50)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2살포단계(S50)는 상기 제3혼합단계(S40) 이후에 아민수용액(MEA)을 살포하는 것으로서, 발생되는 이산화탄소를 고정시켜 대기 중의 이산화탄소의 농도를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

부가하여 설명하면, 상기 아민수용액(MEA)은 제3혼합단계(S40) 이후의 하수슬러지 고화체의 표면에 살포되어 발생되는 이산화탄소를 흡수함으로써, 이온화 아민수용액이 되고, 즉, 상기 이혼화 아민수용액은 이산화탄소가 고정된 아민수용액(MEA)을 의미한다.

상기 아민수용액(MEA)은 1차 아민(Monoethanolamin)으로 농도는 아민수용액(MEA) 중량에 대한 아민의 중량을 비율로 환산한 수치이고, 본 발명에서는 농도 20~30%의 아민수용액(MEA)이 사용되나, 이는 예시적 사항으로 주변 환경에 따른 반응 요건을 고려하여 다양하게 변경실시 가능함은 자명할 것이다.

부가하여 설명하면, 아민수용액(MEA)이 이산화탄소를 흡수하는 반응은 아래의 화학식 1과 같고,

이상에서와 같은 화학반응식을 통해 아민수용액(MEA)은 화학적 흡수를 통해 이온화된 이산화탄소가 고정되도록 하며, 아민수용액(MEA)의 이산화탄소 흡수는 상온 및 상압에서 이루어지되, 이후에 설명될 저감단계(S60)에서 밀봉되어 흡수가 원활하게 이루어지도록 한다.

한편, 본 발명은 제3혼합단계(S40) 이후 즉, 산성고화제와 알칼리고화제 및 반응제가 혼합된 하수슬러지 고화체의 표면에서는 상기 하수슬러지에 함유된 다량의 수분과 고로슬래그 미분말과 플라이애시 및 포틀랜드 시멘트가 잔존하게 되므로 이온화 칼슘을 포함하는 이온화수가 획득된다. 이때, 상기 이온화수는 물리적인 교반을 통해 이온화된 칼슘이 용이하게 용출되나 본 발명에서는 이를 고려하지 않고 제2혼합단계(S30)와 제3혼합단계(S40)에서 하수슬러지가 교반될 때 이온화수가 획득된다.

이후 본 발명은 제2살포단계(S50) 이후에 제1하수슬러지와 제2하수슬러지가 혼합된 하수슬러지 즉, 제3혼합단계(S40) 이후에 아민수용액(MEA)이 살포된 하수슬러지 고화체를 비닐 등으로 밀폐하는 저감단계(S60)를 더 포함하여 구성되고, 상기 저감단계(S60)는 상기 이온화수와 아민수용액(MEA)이 결합 및 반응되어 침전물이 생성되고, 이 과정은 이온화된 이산화탄소를 흡수한 아민수용액(MEA)과 이온화 칼슘을 포함하는 이온화수가 결합되면서 화학적 반응을 통해 액상탄산화가 이루어지는 단계로, 화학적 침전물인 탄산칼슘이 생성되게 되며, 액상탄산화 과정은 아래의 화학식 2와 같다.

이상의 액상탄산화 과정을 통해 탄산칼슘은 화학식 2에 나타난 바와 같이, 고체의 형태로 형성됨에 따라 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성을 추가적으로 확보할 수 있도록 함으로써, 자연친화적인 공법을 실현케 할 뿐만 아니라 최종적으로 하수슬러지 고화체의 내구성을 추가적으로 확보할 수 있도록 하는 효과를 실현케 한다.

아울러, 이산화탄소와 이온화 칼슘의 반응을 최적화하기 위해 이산화탄소를 흡수한 이온화 아민수용액(MEA)과 이온화 칼슘을 포함하는 이온화수는 1 대 2 내지 5의 비율로 혼합되는 것이 바람직한데, 이는 예시적 사항으로 아민수용액이 흡수한 이산화탄소와 이온화수에 포함된 이온화 칼슘의 정도에 따라 비율을 달리할 수 있음은 자명할 것이다.

이때, 이산화탄소와 이온화 칼슘이 반응되는 시간을 촉진시키기 위하여 이산화탄소와 이온화 칼슘이 반응하기 좋은 온도를 조성하는 별도의 장비나 방법을 사용하여도 무방하나, 장비를 이용하는 경우 하수슬러지 고화체의 표면이 안전하게 보호되지 못할 수 있으므로 장비사용은 자제하는 것이 바람직하고, 저감단계(S60)는 당업자의 판단에 따라 다양하게 저감시간을 충분히 부여하는 것이 바람직하나, 일예로 1~3시간 가량 부여할 수 있으며, 주변 환경 즉, 온도 및 습도 등을 고려하여 다양하게 변경하여 부여할 수 있음은 자명할 것이다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

S10 : 준비단계
S20 : 제1혼합단계
S30 : 제2혼합단계
S32 : 제1살포단계
S40 : 제3혼합단계
S50 : 제2살포단계
S60 : 저감단계

Claims

하나의 교반기 또는 하나의 공간에 개폐가능한 구획벽을 통해 구획되어 하수슬러지를 제1하수슬러지와 제2하수슬러지로 양분하는 준비단계(S10);와
제1하수슬러지에 산성고화제를 혼합하는 제1혼합단계(S20);와
제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합하는 제2혼합단계(S30);와
상기 제1혼합단계(S20)의 제1하수슬러지와 상기 제2혼합단계(S30)의 제2하수슬러지 및 황토를 혼합하는 제3혼합단계(S40);와
상기 제3혼합단계(S40) 이후에 MEA(Monoethanolamin)로 이루어지는 아민수용액을 살포하는 제2살포단계(S50); 및
상기 제2살포단계(S50) 이후에 제1하수슬러지와 제2하수슬러지가 혼합된 하수슬러지를 비닐로 밀폐하는 저감단계(S60);를 포함하여 구성되고,
상기 산성고화제는
하이드록시아파타이트, 폐인산, 황산철 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어지고, 제1하수슬러지 100중량부에 대하여, 10~20중량부로 혼합되며,
상기 알칼리고화제는
고로슬래그 미분말, 플라이애시, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 유동화제, 탄산칼슘, 석분을 포함하여 구성되고, 제2하수슬러지 100중량부에 대하여, 20~40중량부로 혼합되며,
상기 제2혼합단계(S30)는
제2하수슬러지에 알칼리고화제를 혼합한 후 반응제를 살포하는 제1살포단계(S32);를 포함하여 구성되고,
상기 반응제는
황산나트륨, 리그닌, TEA(Tri-Ethanol-Amine), 석고와, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 황산칼슘, 칼슘설포알루미네이트, 리튬실리케이트, 폴리실록실산 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어지는 활성화제를 포함하여 구성되고, 제2하수슬러지 100중량부에 대하여, 1~5중량부가 살포되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지 고화처리 공법.
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