KR102643126B1 - 하수슬러지 처리방법 및 이로부터 얻어진 하수슬러지를 포함한 복토재 조성물 - Google Patents

하수슬러지 처리방법 및 이로부터 얻어진 하수슬러지를 포함한 복토재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수슬러지에 알칼리물질을 포함하는 개질제를 접촉시키어 혼합물의 pH를 12이상으로 조절하여 상기 하수슬러지 중 암모늄염의 5 % 이상이암 모니아가스로 전환되어 제거된 개질된 하수슬러지를 얻는 단계; 및 상기 암모니아가스를 포집하는 단계;를 포함하는, 하수슬러지처리방법 및 이로부터 얻어진 개질된 하수슬러지를 포함하는 복토재에 관한 것이다.

Description

하수슬러지 처리방법 및 이로부터 얻어진 하수슬러지를 포함한 복토재 조성물{A method of treating sewage sludge and landfill cover soil composition including the sewage sludge treated by the method}
본 발명은 하수슬러지처리방법 및 이로부터 얻어진 하수슬러지를 포함한 복토재 조성물에 관한 것이다.
구체적으로, 기존 하수슬러지 처리과정에서 발생하는 악취 발생을 최대한 억제하고 하수슬러지를 포함한 복토재 조성물에 관한 것이다.
유기성슬러지는 하수처리과정에서 침전분리 후 탈수 처리한 수분을 함유한 진흙과 같은 물질이며 유기성슬러지의 해양배출규제 등에 따라 국내에서 발생하는 하수슬러지를 적정처리하기 위하여 2006년부터 슬러지자원화시설을 환경부, 지자체, 매립지공사가 설치하였고, 이중 첫 번째가 하수슬러지를 복토재로 사용하기 위한 슬러지자원화시설이다.
유기성슬러지는 유기물함량이 높아 부패하기 쉽고 처리하기 곤란한 특성이 있다. 또한, 일반적으로 스펀지형 구조를 이루고 있어 모세관력에 의한 수분함유로 탈수가 매우 어렵다는 문제가 있고, 유기물이 병원균, 파리, 모기의 서식, 번식환경을 제공하여 공중보건상 문제점이 유발될 가능성이 크고, 침출수에 의한 지하수오염과 악취 등의 2차 오염물질을 발생시킬 수 있다.
현재 대부분은 소각, 건조, 고화 등의 처리방법이 시도되고 있으나, 소각의 경우 비용적인 문제 및 유기성자원의 재활용측면에서 도태되고, 건조방식은 가열에 필요한 과도한 에너지비용이 발생하며, 소각 및 건조방식 모두 악취로 인한 민원문제가 발생하고 있으며 높은 처리비용에 따라 경제성측면에서도 많은 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다.
고화처리 방법 역시 널리 사용되어온 방법이지만 하수슬러지와 고형화제를 혼합, 고형화하는 과정에서 다량의 악취가 발생할 뿐만 아니라 고형화 처리 이후에도 지속적으로 악취가 발생할 뿐 아니라 처리과정에서 발생하는 악취를 처리하기 위해 약액처리를 하는 과정에서 다량의 폐수, 예를 들어 질소함유폐수가 발생하고 있다.
유기성슬러지에서 발생하는 악취를 해결하기 위해 대한민국특허 제10-0771049에서는 제철공장, 석유화학공장, 제지공장, 하수처리장, 분뇨처리장, 제조업체의 산업폐수 등 여러 공업 분야의 다양한 배출원에서 발생하는 악취를 제거하는 악취제거용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 악취제거방법에 관해 개시되어 있다. 수산화마그네슘(Mg(OH)2): 15∼27중량%, 수산화나트륨(NaOH)수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼슘 (Ca(OH)2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종: 4.5∼23중량%, 및 나머지는 물로 이루어진 슬러리 조성물에 카르복실기를 갖는 분산제가 상기 슬러리 조성물 중량에 대하여 2∼6중량% 함유되어 있는 악취제거용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 악취제거방법을 그 요지로 하고 있으며 악취제거용 슬러지 조성물을 악취발생물질에 투입하여 pH가 11.0~11.8 범위가 되도록 조절하는 방법이 명시되어있다.
이렇게 악취발생물질의 pH를 조절하는 이유는 상기 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼슘 (Ca(OH)2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 함량이 너무 많은 경우에는 설비의 부식우려가 높을 뿐만 아니라 침전물의 양이 많아지게 되고, 너무 적은 경우에는 pH가 너무 낮아 충분한 악취제거효율을 달성할 수 없기 때문이다.
대한민국특허 제10-0959058에서는 알칼리물질을 이용한 유기성 오니의 복합악취 제거방법에 관한 것으로서, 알칼리물질을 이용한 유기성오니의 복합악취 제거방법에 있어서, 상기 유기성 오니 100 중량부에 산화칼슘(CaO) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2)중 적어도 하나를 0.5 내지 10 중량부를 첨가하여 10℃ 내지 30℃의 온도에서 7 내지 12시간동안 반응시켜 염기성 악취는 배출시키고, 산성악취는 불용성염으로 상기 유기성 오니에 고정시키는 반응단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.그러나 입도가 0.1mm미만인 경우에는 입자제조 비용이 월등히 증가하여 경제성이 떨어지는 문제가 있으며, 1mm를 초과하는 경우에는 산화칼슘(CaO) 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 분화현상이 발생하고, 악취제거 속도가 급격히 증가하는 문제가 있다. 또한, 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH) 중 적어도 하나를 더 첨가할 수 있으며, 그 함량은 상기 유기성 오니 100 중량부에 대하여, 2 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 4 중량부 내지 6 중량부인 것이 가장 효과적이라고 명시하였으나 유기성 오니의 수소이온농도(pH)는 8 내지 10인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 8.5 내지 9.5, 가장 바람직하게는 9 인 것이 가장 효과적이라고 pH 범위를 9이하로 한정하였다.
다수의 고화처리사업소에서 고화제를 사용하여 슬러지를 고화시킨 후매립하고 있으나, 고화처리물의 생산, 보관, 이송, 하차시 고농도의 악취가발생하고 있으며 매립 후 시간이 경과하여도 지속적으로 악취가 발생하고 있 으며 이를 해결하기 위하여 고가의 탈취제를 사용하기 때문에 경제성 측면에서도 불리한 상황이다.
알칼리성 고형화제에서 발생하는 악취문제를 해결하기 위해 중성고형화제가 개발되기도 하였는데 대한민국특허 제10-1146640호에는 중성고화제에 포졸란함유물질 50ㅁ20 중량%와 연소재나 분진이나 소각재 중에서 선택되는 흡수성물질 30ㅁ10 중량%와 시멘트나 생석회나 경소백운석 중에서 선택되는 경화성물질 6ㅁ3 중량%와 인산석고, 불산석고, 염화철, 황산철, 황산알루미늄 중에서 선택되는 산성물질 14ㅁ7 중량%를 포함하여 이루어져서 수소이온농도(pH)가 7~9 범위로 제공되고, 하수슬러지에 고화제로 적용되는 경우그 결과물의 pH가 7~9 범위로 중성범위를 이루어 암모니아발생량을 줄이는중성고화제에 관한 것이 개시되어 있지만 기존알칼리성 고형화제에 비해 암모니아가스발생은 다소 경감되었지만 지속적으로 암모니아가스와 산성악취가 발생하는 문제는 해결하지 못하였다.
이와 같이 기존의 기술들은 고화과정 및 고화 후 고화물의 악취유발물질의 반응을 억제하여 악취를 저감시키는 방식으로 작용하는 중성의 고화제개발에 매달려왔으며, 산업계에서는 악취문제의 해결을 위하여 고가의 중성고화제를 적용하면서 pH조절제로 황산알루미늄과 같은 다양한 고가의 약품을 추가적으로 사용하여 가스화 되는 악취량을 억제하려는 시도가 있으나, 처리비용의 지속적 상승은 피할 수 없었으며, pH조절을 위하여 투입된 산성물질로 인한 낮은 알칼리도로 인해 중금속이 용출되는 문제점이 여전히 존재하여 2차적인 환경오염을 야기하고 있는 것이 현실이다.
이에, 하수슬러지의 고화과정에서고화물의 악취를 저감시킬 수 있으며, 이와 동시에 중금속의 용출을 억제하기 위한 하수슬러지 처리방법에 대한요구가 여전히 존재하는 상황이다.
전술한 문제점을 해결하고자, 하수슬러지의 고화과정에서 고화물에서발생되는 악취를 저감시킬 수 있으며, 이와 동시에 중금속의 용출을 억제하기 위한 하수슬러지 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따라 하수슬러지에 알칼리금속물질을 포함하는 개질제를 접촉시키어 혼합물의 pH를 12이상으로 조절하여 상기 하수슬러지 중 암모늄염의5% 이상이 암모니아가스로 전환되어 제거된 개질된 하수슬러지를 얻는 단계 ; 및 상기 암모니아가스를 포집하는 단계;를 포함하는, 하수슬러지 처리방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 개질된 하수슬러지를 포함하는복토재 조성물이 제공된다.
본 발명의 일측면에 따른 하수슬러지 처리방법에 의하여 처리되는 하수슬러지는 고화과정에서 악취의 원인인 암모늄염의 5% 이상 제거되어 양생, 반출, 출하, 매립공정과정에서 악취발생이 억제되고, 이와 동시에 하수슬러지내 존재하는 중금속이 옥사이드 또는 하이드록사이드 착물화 되어 중금속 용출이 억제된다.
뿐만 아니라, 기존 하수슬러지 처리과정에서 미반응 암모늄염과 고화제의 낮은 반응성으로 인해 장시간에 걸친 반응으로 발생하는 암모니아 및 기타 산성악취원인 물질에 의한 일련의 보관, 이송, 매립 과정 중 발생하는 악취로 인한 현장 작업자들의 유해성이 현저히 줄어든다.
또한, 종래에 문제시되던 하수슬러지 처리과정에서 발생하는 악취에 관한 민원문제도 해결할 수 있고, 기존 하수슬러지 처리공정에서 필수적으로 포함되는 악취저감장치인 약액세정탑에서 발생하는 대량의 T-N 폐수, 즉 질소-함유 폐수의 발생을 없애줌으로써 처리 후 공정의 폐수처리 비용이 획기적으로 절감된다.
도 1은 기존 하수슬러지 처리공정을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일구현 예에 따른 하수슬러지 처리공정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 실시예8에 따른 하수슬러지 처리방법에서 시간에 따라 암모니아가스로 전환되는 암모늄염의 농도를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 일구현예가 첨부도면에 도시되었다. 그러나 본 창의적사상은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려 이들 실시 예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 이루어질 수 있도록 제공되며, 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이들에게 본 창의적 사상의 범위를 충분히 전달할 것이다. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위에" 있다고 언급될 때, 다른 구성 요소의 바로 위에 있을 수 있거나 그사이에 다른 구성요소가 개재될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 대조적으로, 구성요소가 다른 구성요소의 "직접적으로 위에"있다고 언급될 때, 그 사이에 구성요소가 개재하지 않는다.
"제1", "제2", "제3" 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 구성요소, 성분, 영역, 층 및/또는 구역을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 구성요소, 성분, 영역, 층 및/또는 구역은 이들 용어들에 의해 제한되어서는 안된다. 이들 용어는 하나의 구성요소, 성분, 영역, 층 또는 구역을 다른 요소, 성분, 영역, 층 또는 구역과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서 이하에서 설명되는 제1구성요소, 성분, 영역, 층 또는 구역은 본 명세서의 교시를 벗어나지 않으면서 제2구성요소, 성분, 영역, 층 또는 구역으로 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정한 구현 예만을 설명하기 위한 것이며 본 창의적 사상을 제한하려는 것은 아니다. 본원에서 사용된 단수형태는 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 "적어도 하나"를 포함하는 복수형태를 포함하고자한다. "적어도 하나"는 단수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는"의 용어는 목록항목중 하나 이상의 임의의 모든 조합을 포함한다. 상세한 설명에서 사용된 "포함한다" 및/또는 "포함하는"의 용어는 명시된 특징, 영역, 정수, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 성분의 존재를 특정하며, 하나 이상의 다른 특징, 영역, 정수, 단계, 동작, 구성요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학용어 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 이에의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 바와 같은 용어는 관련 기술 및 본 개시내용의 문맥내의 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야하며, 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 함이 또한 이해될 것이다.
특정한 구현예가 기술되었지만, 현재 예상되지 않거나 예상할 수 없는 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적인 균등물이 출원인 또는 당업자에게 발생할 수 있다. 따라서 출원되고 수정될 수 있는 첨부된 청구범위는 그러한 모든 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.
이하의 예시적인 일구현예에 따른 하수슬러지 처리방법, 이로부터 얻은 개질된 하수슬러지를 포함하는 복토재 조성물에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 기존의 하수슬러지 처리공정을 간략하게 보여주는 흐름도이다.
도1을 참고하면, 기존의 하수슬러지 처리공정은 하수슬러지와 고화제를 혼합하는 과정에서 중금속의 용출을 억제하기 위한 중금속제거제(또는 중금속안정화제)를 첨가하였다. 예를 들어, 특허 제10-1120058에서는 중금속 용출문제를 해결하기 위하여 고가의 중금속안정화제를 투입하고 있으며, 이로 인해 처리비용 상승으로 인한 경제성 문제를 야기하고 있다. 또한, 하수슬러지와 고화제를 혼합하여 고화하는 경우에 다양한 악취원의 반응가스 생성물에 의한 악취가 발생하는 문제가 야기되었고, 이를 해결하기 위하여, 고화제의 알칼리화를 지양하고 중성고화제 개발 및 각종 pH 조절제를 활용하여 악취가스 발생을 최소화하기 위한 연구가 이루어지고 있으나, 고화제의 가격상승 및 중성고화제의 중금속용출 및 병원균처리미흡 등의 기술적인 한계점이 여전히 존재하는 실정이다. 악취발생을 최소화하기 위하여 낮은 알칼리도의 고화제를 사용하고 있는 실정이나, 악취문제는 여전히 존재하며, 이때 발생하는 산성, 중성, 알칼리성 악취를 제거하기 위하여 대기악취저감, 방지시설을 설치하고 다량의 산성약품, 알칼리성약품, 산화제를 사용하여 악취를 저감시키려는 노력이 지속되고 있으나, 방지시설 및 다량의 약품의 사용 후 발생되는 폐수로 인한 폐수처리공정에 추가적인 비용이 발생되어 경제성문제가 여전히 존재한다. 현재 하수슬러리 처리공정은 악취발생을 억제하기 위하여, 혼합, 양생, 반출공정에서 혼합, 양생 및 반출이 각각 이루어지는 혼합실, 양생실 및 반출장 각각에 연결된 대용량의 악취방지시설인 탈취약액세정탑을 설치하여, 각각의 탈취약액 세정탑으로 인입되는 악취발생가스 중 산성악취 유발 가스는 가성소다를 이용하여 중화하였고, 염기성 악취 유발 가스는 황산을 이용하여 중화하였고, 중성 악취 유발 가스는 차아염소산 등을 다량 투입하여 중화제거하는 공정을 진행하였다.
약액세정탑을 통해 악취 유발 가스를 중화하는 장치의 설치 및 운영비용은 고가이기 때문에, 종래의 하수슬러지 처리공정에서는 하수슬러지와 고화제를 혼합하는 과정에서 최대한 악취유발가스의 발생이 억제되도록 유도하는 방향으로의 고화제연구가 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
이와 대조적으로, 본 발명의 일구현예에 따른 하수슬러지 처리방법은하수슬러지에 알칼리물질을 포함하는 개질제를 접촉시키어 혼합물의 pH를 12 이상으로 조절하여 상기 하수슬러지 중 암모늄염의 5% 이상이 암모니아 가스로 전환되어 제거된 개질된 하수슬러지를 얻음과 동시에, 상기 암모니아가스를 포집하고, 이를 압축하여 후속공정, 예를 들어 수소제조공정에서 사용할 수 있다.
이때, 상기 개질제를 접촉시키는 방법은 상기 하수슬러지에 알칼리물질을 연속적으로 또는 한번에 부가하는 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리물질은 하수슬러지에 연속적으로 부가하면서 pH가 12 이상이 되도록 조절할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 개질된 하수슬러지는 이후 종래의 하수슬러지 처리공정과 동일하게, 양생 및 반출과정을 거쳐서 복토재조성물에 사용 될 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 하수슬러지 처리방법은 종래의 악취유발가스 발생억제를 위한 하수슬러지 처리방법과 정반대의 처리방법으로서, 악취유발가스에 해당하는 암모니아가스를 하수슬러지 내의 암모늄염으로부터 발생시키고 이를 포집하고, 압축 또는 액화함으로써 대기로의 암모니아가스의 배출에 따른 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 알칼리물질의 첨가에 따른 산성악취원의 중화처리가 가능하여 하수슬러지 내에 근본적인 악취 유발인자를 초기에 제거함으로써 후속공정, 예를 들어 양생, 반출, 복토재 제조과정에서 암모니아가스 및 산성악취원 등으로부터의 악취발생을 현저히 낮춤으로, 후속작업의 용이성 및 암모니아가스의 폭발위험성도 막을 수 있는 이점을 갖는다. 뿐만 아니라, 종래 기술에서 필수적인 탈취약액세정탑의 생략이 가능하여 공정상의 경제적 이점도 갖는다.
도2를 참고하면, 본 발명의 하수슬러지 처리공정은 하수슬러지를 알칼리물질, 예를 들어 알칼리제와 혼합하여 하수슬러지 내의 암모늄염을 암모니아 가스로 전환하여 외부가스포집장치에 포집한 후, 포집된 가스를 압축 또는 액화하는 공정을 통하여 악취가스가 대기 중으로 확산되지 않도록 하여 환경에 대한 영향을 최소화한다. 이로 인하여, 기존공정에서 지속적으로 발생하였던 양생, 반출, 출하, 매립과정에서의 암모니아가스로 인한 악취문제를 근본적으로 해소하였고, 후 공정인 대기악취방지시설의 실설운영 및 이 과정에서 대량으로 발생하는 폐수, 예를 들어 함질소 폐수(예를 들어, T-N 폐수)의 발생량을 감소시켜 운영비용을 최소화할 수 있는 경제적 이점을 갖는다.
여기서, 하수슬러지는 하수에 포함된 물을 일차적으로 제거하여 얻어진 반고상의 슬러지를 의미한다. 따라서, 하수로부터 특정 유기물 및/또는 무기물을 제거하는 기술, 예를 들어 하수의 정화, 재활용 기술과는 구별되는 이다.
일구현 예에 따르면, 하수슬러지와 알칼리금속물질을 사용하여 혼합물의 pH를 12 이상으로 조절하여 5% 이상의 암모늄염이 암모니아가스로 전환될 수 있다. 상기 하수슬러지와 알칼리물질을 접촉시키는 초기혼합단계에 알칼리물질의 농도 및 양을 조절하여 하수슬러지의 암모늄염과의 반응성을 조절하는 경우 하수슬러지 내에 포함된 실질적으로 모든 암모늄염을 초기혼합단계에서 모두 제거할 수도 있다.
여기서, 알칼금속물질은 원소주기율표 상에 1족에 속하는 알칼리금속을 포함하는 알칼리금속산화물, 알칼리금속수산화물, 알칼리금속황화물, 알칼리금속탄산화물 또는 이들의 조합일 수 있다.
암모늄염과 알칼리물질의 반응은 아래의 식과 같이 진행된다.
M(OH)2(aq) + 2NH2Cl -> 2NH3 + 2H2O + MCl2 (M = 알칼리금속)
상기 식에서 보는 바와 같이 암모늄염과 알칼리물질이 반응하는 경우 물 분자가 부산물로 생성되며, 알칼리물질의 농도가 낮은 수용액을 사용할 경우 물 분자가 많아져 반응속도가 저해할 뿐만 아니라 낮은 pH에서는 암모늄염과 알칼리물질의 충돌빈도수가 낮아져 신속한 반응이 저해되고, 이로 인해 공정이 완료된 후 암모늄염이 슬러리로부터 충분히 제거되지 않아 이후 공정에서 지속적인 악취를 유발하게 된다.
이에, 알칼리물질의 처리 공정을 pH 12이상으로 유지하는 것이 중요하다.
일구현예에 따르면, 초기혼합단계에서 제거되지 않은 하수슬러지내의 암모늄염이 존재하는 경우, 후속하는 양생, 반출공정에서도 별도로 암모니아가스를 포집 및 압축하는 공정을 거칠 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 하수슬러지 내에 포함된 암모늄염의 5%이상이 암모니아가스로 전환될 수 있다. 예를 들어, 상기 하수슬러지 내에 포함된 암모늄염의 5% 내지99%, 또는 10% 내지99%가 암모니아가스로 전환될 수 있으나, 이러한 범위로 한정되지 않고, 5% 이상의 암모늄염이 암모니아가스로 전환된다면 상기 범위 내에 임의의 두 지점을 포함하는 범위가 선택될 수 있다. 종래의 하수슬러지의 처리에 있어서, 암모니아가스 및 산성악취발생의 억제를 위하여 암모늄염의 암모니아가스로의 변환이 최대한 억제되는 것이 일반적이나, 본 발명의 일구현예에 따르면 하수슬러지 내에 포함된 암모늄염을 5% 이상 암모니아가스로 전환시키어 추후 복토화 과정에서 암모니아발생에 따른 악취문제를 해결할 뿐만 아니라, 암모니아가스를 포집하여 재활용할 수 있는 경제적 이익을 제공하는 것이다.
일구현예에 따르면, 상기 하수슬러지와 알칼리물질을 포함하는 개질제를 접촉시키는 단계는 알칼리 물질을 투입하여 혼합물의 pH를 12 이상으로 조절한 후 10분 내지 72시간 동안 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 하수슬러지와 알칼리물질을 포함하는 개질제를 접촉시키는 단계는 10분 내지 72시간 동안 수행되고, 상기 하수슬러지 내에 포함된 암모늄염의 5% 내지 99%가 암모니아가스로 전환될 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 알칼리물질은 알칼리금속산화물, 알칼리금속수산화물, 알칼리금속황화물, 알칼리금속탄산화물, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기알칼리물질은 알칼리금속산화물, 알칼리금속수산화물, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 알칼리물질은 고상 또는 액상일 수 있다. 여기서, 고상은 분말형태일 수 있고, 액상은 예를 들어 물 등의 용매에 알칼리물질을 용해시킨 수용액형태일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제는 고형화제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고형화제는 종래에 알려진 알칼리성고형화제, 중성고형화제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제는 고형화제 및 알칼리물질을 1:0.1 내지 1:5의 중량비로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 1:0.1 내지 1:3, 1:0.1 내지 1:1, 또는 1:0.1 내지 1:0.8의 중량비로 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제는 고형화제 및 고상알칼리물질을 포함할 수 있으며, 이때 상기 고상알칼리물질은 상기고형화제 100 중량부에 대하여 고상알칼리물질이 0.1 내지 300 중량부가 사용될 수 있다.
상기 고상알칼리물질이 0.1 중량부 미만으로 사용되는 경우 고형화제의 암모늄염 분해속도에 미치는 효과가 미미하고, 중금속염 형성비율이 낮아 중금속 용출방지효과가 낮으며, 300 중량부를 초과하여 사용하는 경우 하수슬러지 내에서 고형화제의 고형화 반응을 방해하는 방해물질로 작용하여 고형화과정이 저해되고, 비용증가로 인한 경제성이 낮다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제에 포함된 고형알칼리물질은 90% 이상의 농도를 갖는 고순도의 강알칼리물질일 수 있으며, 상기 고형알칼리물질의 예로는 90%NaOH, 95%NaOH, 95%KOH, 98%Na2CO3, 98%Na2SO4등이 있다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제는 고형화제 및 액상알칼리물질을 포함할 수 있으며, 이때 상기 액상알칼리물질은 상기 고형화제 100 중량부에 대하여 액상알칼리물질이 0.1 내지 500 중량부가 사용될 수 있다.
상기 액상알칼리물질이 0.1 중량부미만으로 사용되는 경우 고형화제의 암모늄염 분해속도에 미치는 효과가 미미하고, 중금속염 형성비율이 낮아 중금속 용출방지 효과가 낮으며, 500 중량부를 초과하여 사용하는 경우 하수슬러지 내에서 고형화제의 고형화반응의 방해물질로 작용하여 고형화과정이 저해되고, 비용 증가로 인한 경제성이 낮다.
일구현예에 따르면, 상기 액상알킬리물질을 매질인 물에 알칼리물질, 예를 들어 고상알칼리물질을 용해시켜 제조될 수 있으며, 이렇게 제조된 액상알칼리물질을 매질100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부로, 예를 들어, 30 내지 90 중량부 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 액상알칼리물질의 농도가 매질인 물에 대하여 20 중량부 미만인 경우 알칼리염 분해속도 및 중금속 불용화에 미치는 효과가 미미하며, 90중량부를 초과하는 경우 알칼리물질이 균일하게 용해된 균질한 액상알칼리물질이 얻어지기 어려우며, 경제적인 실익도 없다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제가 고상알칼리물질을 사용하는 경우, 상기 개질제는 하수슬러지 100 중량부에 대하여 0.01 내지200 중량부로 사용될 수 있으며, 예를 들어 1 내지 150 중량부, 5 내지130 중량부, 10 내지100 중량부, 15 내지80 중량부, 15 내지70 중량부, 15 내지60 중량부 또는 15 내지 50중량부로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기범위 내에 속하는 임의의 함량범위로 사용될 수 있다. 상기 하수슬러지에 대한 개질제의 사용량이 0.01 중량부 미만인 경우 암모늄염 분해속도에 미치는 효과가 미미하고, 중금속 불용화효과가 미미하며, 200 중량부를 초과하는 경우 비경제적이며, 잔류 고상알칼리물질에 의한 하수슬러지의 알칼리화에 따른 후속 복토화과정에서 토양이 알칼리화되는 문제점이 발생한다.
일구현예에 따르면, 상기 개질제가 액상알칼리물질을 사용하는 경우, 개질제는 하수슬러지 100 중량부에 대하여0.1 내지500 중량부로 사용될 수 있으며, 예를 들어 1 내지 400 중량부, 5 내지 300 중량부, 10 내지 200 중량부, 15 내지 100 중량부, 15 내지 80 중량부, 15 내지 70 중량부, 또는 15 내지 50 중량부로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 범위 내에 속하는 임의의 함량범위로 사용될 수 있다. 상기 하수슬러지에 대한 개질제의 사용량이 0.1 중량부 미만인 경우 암모늄염 분해속도에 미치는 효과가 미미하고, 중금속 불용화효과가 미미하며, 500 중량부를 초과하는 경우 비경제적이며, 잔류액상알칼리물질에 의한 하수슬러지의 알칼리화에 따른 후속 복토화과정에서 토양이 알칼리화 되는 문제점이 발생한다.
액상 또는 고상 알칼리 물질을 단독 혹은 고형화제와 함께 사용할 경우 금속 착물, 예를 들어 Al-함유 화합물을 알칼리 물질과 함께5 ppm~10,000 ppm으로 사용할 경우 암모늄염 분해 효율이 향상되었다.
종래에는 하수슬러지 처리 과정에서 발생되는 악취를 저감시키기 위하여, 중성 또는 알칼리물질을 하수슬러지와 혼합시키려는 시도가 있어왔다. 하지만, 고농도의 알칼리물질 또는 과량의 알칼리물질의 첨가는 하수슬러지의 pH를 과도하게 높이게 되어 착물의 형성에 따른 암모니아 가스의 발생이 줄어들게 되어 바람직하지 않다. 따라서, 종래에는 pH의 과도한 증가를 막기 위하여 알칼리물질과 함께 산을 병용하여 하수슬러지에 첨가하는 기술을 활용하였다.
한편, 본 발명의 발명자는 하수슬러지에 알칼리물질을 사용하여 혼합물의 pH를 12 이상으로 조절하여 암모늄염을 암모니아가스 형태로 제거하였다.
또한, 하수슬러지에 알칼리물질과 함께 소량의 Al-함유 화합물을 포함하는 경우 암모늄염의 암모니아가스 형태로의 전환 속도가 증가하는 것을 확인하였다. 이론에 구속되는 것은 아니나, Al-함유 화합물이 암모늄염의 착물화를 억제하여 알칼리물질과 암모늄염의 반응성을 높이는 작용을 하는 것으로 생각된다.
일구현예에 따르면, 상기 개질된 하수슬러지의 중금속 용출량이 3 mg/l 이하의 Pb 중금속, 0.3 mg/l 이하의 Cd 중금속, 및 3 mg/l 이하의 Cu 중금속일 수 있다. 상기 중금속 잔류수치가 상기 범위를 만족하는 경우 복토재로서 사용될 수 있다.
상기 개질된 하수슬러지는 전술한 개질제에 포함된 알칼리물질에 의하여 중금속이 염을 형성하여 안정화됨으로써, 중금속의 용출량이 획기적으로 감소될 수 있으므로 복토재로서 사용될 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 개질된 하수슬러지를 양생, 반출 및 출하하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 양생, 반출 및 출하하는 공정은 종래의 하수슬러지 공정과 실질적으로 동일한 방식으로 진행될 수 있다.
또한, 종래의 하수슬러지 처리방법에서 하수슬러지와 고형화제를 혼합하는 경우에 다양한 환경유해가스가 발생하고, 이는 탈취약액세정탑에서 포집된 후 폐수로 방출된다. 이때, 환경보호측면에서 폐수의 정화처리가 반드시 요구된다.
한편, 본 발명의 하수슬러지 처리방법에서, 상기 개질된 하수슬러지를 얻는 단계에서 발생하는 폐수 중 질소-함유 폐수의 발생량을 최초 투입된 하수슬러지의 50 중량%이하, 예를 들어, 45 중량%이하, 40 중량% 이하, 35 중량%이하, 30 중량%이하, 25 중량%이하, 20 중량%이하, 15 중량%이하, 10 중량%이하, 5 중량%이하, 또는 1중량%이하인 것에 의하여, 폐수처리비용의 절감으로 인한 경제적 이득을 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 하수슬러지 처리방법에 의하여 하수슬러지내에 유기물들을 착물화하여 안정화함으로써 인산가스와 같은 환경유해가스의 발생도 함께 억제 또는 회피할 수 있어서, 폐수처리비용의 현격한 감소 또는 폐수처리공정의 생략에 따른 경제적 이득을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 일구현예에 따른 하수슬러지 처리방법은 양생, 반출 및 출하하는 공정과정에서 암모니아가스의 발생이 저감되거나 제거되어, 후공정인 대기악취방지시설의 설치가 불필요하여, 경제적으로 유익한 효과를 갖는다.
또한, 암모니아가스가 소량 발생하는 경우에도 암모니아가스를 포집하고 압축 또는 액화함으로서, 암모니아가스가 대기 중으로 확산되지 않도록하여 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있다.
일측면에 따르면, 전술한 하수슬러지 처리방법에 의하여 얻어진 개질된 하수슬러지를 포함하는 복토재조성물이 제공된다.
상기 복토재조성물은 전술한 개질된 하수슬러지로 구성되거나, 종래에 알려진 복토재조성물에 전술한 개질된 하수슬러지를 배합하여 사용할 수 있다.
상기 복토재조성물은 악취유발물질이 고화과정에서 대부분 또는 모두 제거되었을 뿐만 아니라, 중금속의 염화에 따라 중금속유출이 방지되어, 복토 후 악취 및 중금속 유출에 따른 토양의 2차오염이 방지될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용한 암모니아발생량, 중금속용출농도, T-N 총량측정은 하기의 방법에 의거하여 진행하였다.
(1) 암모니아가스 발생량측정법
검지관식 기체측정기(GASTEC)를 이용하여 시료의 표면의 바로 위에서 3회 측정하여 평균값을 구하였다.
(2) 중금속용출농도측정법
'환경분야시험검사등에관한법률' 제6조에 따른 '폐기물공정시험기준(방법) (환경부고시 제2010-106호 2010. 8. 19)' 에 따라 중금속용출시험을 하고 '폐기물관리법시행규칙' 제2조1항 별표 1 '지정폐기물에 함유된 유해물질기준'을 적용하였다.
(3) T-N 총량측정법
수생태계보전에 관한 법률시행규칙에 따른 수질오염공정시험법 기준에 따라 폐수의 T-N 총량측정시험을 진행하였다.
비교예 1 내지 5
현재 상용화 된 고형화제를 소화 및 비소화 하수슬러지 각각과 혼합하여 발생하는 암모니아 발생량을 시간에 따라 측정하였다. 이때, 상기고형화제는 고화제 및 소석회를 포함하고, 상기 하수슬러지, 고화제 및 소석회는 각각 75wt%, 19wt%, 6wt%로 사용하였고 교반 후, 24시간방치 후, 72시간방치 후 암모니아 농도를 측정하여 하기 표1에 나타내었다.
고형화제 구분 암모니아농도(ppm) 비고
최초
혼합후		 24시간
방치후		 72시간
방치후		 매립을 가정한 24시간 및 72시간옥외방치
비교예 1
(A사)		 소화슬러지 800 110 90
비소화슬러지 700 100 70
비교예 2
(B사)		 소화슬러지 950 150 120
비소화슬러지 900 130 120
비교예 3
(C사)		 소화슬러지 700 120 110
비소화슬러지 650 110 100
비교예 4
(D사)		 소화슬러지 400 200 150
비소화슬러지 350 200 140
비교예 5
(E사)		 소화슬러지 300 180 160
비소화슬러지 270 150 120
(A사, B사, C사: 알칼리성고형화제. D사, E사: 중성고형화제)
알칼리성 고화제를 사용하는 경우 최초 혼합 시 650~950ppm의 암모니아가스가 발생하였고 72시간 경과 후에도 농도가 70 ~120ppm으로 지속적으로 고농도의 암모니아가스가 발생함을 확인하였다.
중성고형화제의 경우 최초 혼합시 암모니아농도는 270~400ppm으로 알칼리성고형화제에 비해 초기 암모니아가스 발생량은 적었으나 72시간 후 암모니아가스 농도는 120~160ppm으로 알칼리성고형화제에 비해 오히려 높게 나타났으며 이는 중성고형화제가 알칼리성고형화제에 비해 pH가 낮으므로 암모늄염과의 반응성이 낮음에 따라 발생하는 현상으로 판단된다.
실시예 1
소화 및 비소화 하수슬러지 각각에 대하여 기존 알칼리성 고형화제(비교예 1 내지 3에서 사용한 것과 동일함) 및 고형알칼리물질을 혼합한 후, 24시간 방치 후 및 72시간방치 후의 암모니아가스의 발생량을 확인하여 하기 표2에 나타냈으며, 배합조성비는 다음과같다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%, 고화제 15wt%, 소석회 5wt%, 고형알칼리물질 95%NaOH 5wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 24시간방치후 72시간방치후
소화슬러지 2700 40 15 매립을가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 3000 20 10
비교예 1내지3과 비교하여 기존의 하수슬러지 처리방법 대비 암모니아 초기 가스발생량은 약 338% 증가하였고, 최종 고화물의 암모니아가스 발생량은 83%~85% 줄어들어 슬러지 내의 암모늄염이 효율적으로 분해된 것으로 판단된다.
실시예 2
실시예1에 사용된 고형알칼리물질을 증량하여 혼합하고, 24시간 방치후 및 72시간 방치 후의 암모니아가스의 발생량을 확인하여 하기 표3에 나타냈으며, 배합조성비는 다음과 같다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%, 고화제 12wt%, 소석회 3wt%, 고형알칼리물질 95%NaOH 10wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 24시간방치후 72시간방치후
소화슬러지 8300 20 5 매립을가정한72시간옥외방치
비소화슬러지 7400 10 5
비교예 1~3과 비교하여 기존 방법 대비 초기 암모니아가스 발생량은약 1038% 증가하였고 최종 고화물의 암모니아가스 발생량은 92~94% 줄어들어 슬러지 내의 암모늄염을 효율적으로 분해한 것으로 판단되며 알칼리물질의 양이 증가함에 따라 암모니아 발생량이 증가함을 알 수 있다.
실시예 3
실시예2에 사용된 고형알칼리물질을 KOH로 교체한 것을 제외하고는 실시예2와 동일한 방법으로 암모니아 발생량을 확인하여 표4에 나타내었다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%, 고화제 12wt%, 소석회 3wt%, 고형알칼리물질 95%KOH 10wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 24시간방치후 72시간방치후
소화슬러지 8450 20 5 매립을가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 7500 10 5
알칼리물질을 동량의 NaOH에서 KOH로 교체해 본 결과 NaOH와 비슷한 결과를 얻었으며 이는 암모늄염분해에 있어 알칼리도가 비슷한물질에서는 그 양에 좌우됨을 알 수 있었다.
실시예 4
실시예2에 사용된 고형알칼리물질 대신에 알칼리농도 30wt%인 NaOH용액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예2와 동일한 방법으로 암모니아 발생량을 확인하여 표5에 나타내었다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%, 고화제 12wt%, 소석회 3wt%, 액상알칼리물질 30%농도의 NaOH 용액 10wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 24시간방치후 72시간방치후
소화슬러지 10300 15 3 매립을가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 8700 10 3
30%농도의 NaOH 용액 10wt%를 사용하는 경우 고상NaOH에 비해 알칼리물질 사용량이 1/3로 감소하였지만, 초기 암모니아가스 발생량이 월등히 높았으며, 이는 고상대비액상의 알칼리물질이 하수슬러지와 보다 균질하게 혼합되어 암모늄염을 효과적으로 분해하였기 때문이라 판단된다.
실시예 5
실시예2에 사용된 고형알칼리물질을 탄산염인 Na2CO3로 교체한 것을제외하고는 실시예2와 동일한 방법으로 암모니아 발생량을 확인하여 표6에나타내었다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%, 고화제 12wt%, 소석회 3wt%, 고형알카리물질 98%Na2CO310wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 24시간방치후 72시간방치후
소화슬러지 7450 30 5 매립을가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 7200 30 5
알칼리물질로 Na2CO3를 사용한 경우 NaOH를 사용한 경우에 비해 초기 암모니아가스 발생량이 소폭 감소하였다. 이는 암모늄염분해에 있어서 탄산염도 훌륭하게 역할을 수행하였으나 알칼리도가 하이드록사이드화합물에 비해 떨어져 암모늄염을 분해하는데 NaOH에 비해 떨어지는 결과를 얻은 것이라고 생각된다.
실시예 6
실시예2에 사용된 고형알칼리물질을 황산염인 Na2SO4로 교체한 점을 제외하고는 실시예2와 동일한 방법으로 암모니아 발생량을 확인하여 표7에 나타내었다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%, 고화제 12wt%, 소석회 3wt%, 고형알카리물질 98%Na2SO410wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 24시간방치후 72시간방치후
소화슬러지 6900 37 11 매립을가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 6540 32 14
알칼리물질로Na2SO4를 사용하 는경우 NaOH를 사용하는 경우에 비해 초기 암모니아가 발생량이 약 17% 정도 줄어들었다. 이는 암모늄염분해에 있어 황산염도 효과가 있으며 암모늄염을 잘 분해하였으나 알칼리도가 하이드록사이드화합물에 비해 떨어져 암모늄염을 분해하는데 NaOH에 비해 떨어지는 결과를 얻은 것으로 생각된다.
실시예 7
하수슬러지에 생석회(CaO)를 혼합한 후, 24시간 방치 후, 72시간 방치 후 암모니아 발생량을 측정하여 하기 표8에 나타내었다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%,생석회 25wt%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 최종고화물 72시간방치후
소화슬러지 2000 155 55 매립을 가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 2100 200 75
생석회 투입 시 알카리도 상승에 의하여 가스발생량이 비교예1 대비 250% 증가하였으며 최종 고화물의 가스발생양도 같이 늘어나는 현상이 발생하였으나 72시간 방치 시에는 38% 감소효과를 얻을 수 있었다. 이는 생석회가 수산화물, 탄산염, 황화물 대비 알칼리도가 떨어지기는 하지만 기존고형화제에 비해 높은 알칼리도를 가져 초기에 가스발생량을 증가시켰고 72시간 경과 후에 슬러지 속에 암모늄염이 비교예1 대비 적게 남아있어 지속적으로 발생하는 암모니아 가스량이 줄어든 결과를 가져왔다고 판단된다.
실시예 8
암모니아 가스 발생량 변화추이를 분석하기 위하여, 하기와 같이 하수슬러지에 알칼리물질을 투입한 후 암모니아 발생농도를 측정하여, 그 결과를 하기 표9 및 도3에 나타내었다. 하기 표9 및 도3을 참고하면, 본 발명의 일구현예에 따른 하수슬러지 처리방법에 의하면, 10분 정도의 단시간 내에도 고농도의 암모니아가스의 발생을 유도할 수 있음을 확인하였다
시간 (분) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
암모니아가스발생량(ppm) 0 8200 9300 11300 10600 9300 8000 3000 300 300 250 200 150 100
비교예 6
하수슬러지에 고형화제만을 첨가하고, 24시간 방치 후, 72시간 방치 후의 암모니아 발생량을 측정하여, 하기 표10에 나타내었다.
배합조성비: 하수슬러지 75wt%,알칼리성고화제 25%
구분 암모니아 (ppm) 비고
최초혼합후 최종고화물 72시간방치후
소화슬러지 550 95 85 매립을가정한 72시간옥외방치
비소화슬러지 500 90 85
고화제 투입량만을 증가시킨 경우 고화제의 알칼리도가 낮아 오히려 가스발생량이 비교예1 대비 약 31% 적으며 매립 후 고화물의 암모니아 발생은 지속적으로 발생하여 악취 민원 발생가능성 높을 뿐 아니라 과다한 고형화제 투입으로 경제성도 악화되는 결과를 얻었다.
실시예 9
pH에 따른 암모니아 가스 발생량 변화추이를 분석하기 위하여, 하기와 같이 동일한 하수슬러지에 대하여 알칼리물질을 투입하여 하수슬러지의 pH가 8~13.8으로 유지되도록 조절하면서 10분간 암모니아 발생농도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.
구분 pH 8 9 10 11 12 13 13.8
암모니아가스발생량
(ppm)		 61 86 127 168 1,866 8,650 11,260
알칼리물질을 사용하여 하수슬러지의 pH를 12 이상으로 유지하는 경우 암모니아 발생량이 폭발적으로 증가하였으며, 개질된 하수슬러지의 pH를 12 이상으로 유지하는 것이 알칼리성 악취원을 효과적으로 제거하기에 효과적임을 나타낸다.
이러한 결과는 종래에 하수슬러지의 pH를 12미만 또는 11 이하로 통제하기 위하여 산성 물질을 함께 첨가하는 하수슬러지 처리방법과는 완전히 상이하다.
실시예 10
하수슬러지에 알칼리물질과 함께 Al-함유 화합물이 암모니아가스 발생에 끼치는 영향을 알아보고자 알칼리 물질을 투입하여 하수슬러지의 pH를 pH 12로 고정하고 Al의 중량 농도를 변화시키면서 암모니아가스 발생량을 확인하여 하기 표 12에 나타내었다.
Al-함유 화합물 (ppm)
구분 		0 5 100 1,000 5,000 10,000 20,000
암모니아가스발생량
(ppm)		 1,753 1,926 2,272 2,563 2,847 3,136 3,148
Al-함유 화합물을 5~20,000ppm의 범위에서 조절해본 결과 Al-함유 화합물을 5ppm부터 암모니아가스 발생량이 증가하기 시작해 10,000ppm까지 꾸준히 증가하는 것으로 나타났으나 10.000ppm을 초과하는 경우 암모니아 발생량의 유의미한 증가가 확인되지 않았다.
즉, Al-함유 화합물이 5 ppm이하일 때는 암모니아가스 발생량 증가가 거의 나타나지 않았으며 10,000ppm이상일 경우 암모니아가스 발생량 증가 대비 경제적인 실익이 없다고 판단되었다.
이로부터, Al-함유 화합물의 최적 농도는 5 ppm 내지 10,000 ppm이라는 점을 확인하였다.
(중금속용출농도측정)
기존의 하수슬러지 처리 및 고형화 방법에서는 지속적으로 중금속이 용출되어 환경에 악영향을 미쳐왔다. 현장에서 가장 문제가 되는 중금속은 Cu, Pb, Cd으로 복토용 하수슬러지에서 기준치 이상의 중금속이 용출되는 문제가 발생하고 있으며, 폐기물공정시험방법에 따라 허용되는 중금속의 용출 기준은 아래 표 13와 같다.
시험항목 단위 지정폐기물기준
Pb mg/l 3 이하
Cd mg/l 0.3 이하
Cu mg/l 3 이하
중금속 용출실험을 위해 사용한 시료는 비교예1 내지 6에서 만들어진 시료와 실시예1 내지 7에서 만들어진 시료를 이용하여 용출실험을 진행하였고, 그 결과를 하기 표14에 나타내었다.
구분 중금속용출농도(mg/l)
Pb Cd Cu
비교예 1 3.34 0.41 3.05
비교예 2 3.05 1.91 3.02
비교예 3 3.50 2.15 3.45
비교예 4 5.12 3.01 4.04
비교예 5 4.86 2.51 3.98
비교예 6 3.54 0.35 2.99
실시예 1 1.01 0.03 0.23
실시예 2 0.98 0.17 1.17
실시예 3 1.02 불검출 불검출
실시예 4 0.23 불검출 0.12
실시예 5 1.78 0.03 1.24
실시예 6 2.05 0.11 2.55
실시예 7 2.68 0.21 2.75
비교예1 내지6의 경우 Cu를 비롯한 Pb, Cd가 기준치 이상으로 검출되었다. 이는 하수슬러지 고형화물에 함유된 중금속이 충분히 고정화 되지 못하고 지속적으로 용출되어 환경에 나쁜 영향을 미침을 알 수 있다.
실시예 1 내지 7의 경우 중금속 용출이 거의 일어나지 않았는데 이는 강력한 알칼리성물질이 투입되어 중금속의 용출이 어려운 옥사이드, 하이드록사이드 형태로 전환시켜 그 용해도를 현저히 감소시킨 결과로 판단할 수 있다.
본 발명에 있어 암모늄염을 높은 비율로 분해하여 악취로 인한 문제를 해소시킬 뿐 아니라 중금속 용출을 억제해 기존 하수슬러지 고형화 방법에서 발생하던 고질적인 문제를 모두 해결할 수 있었다.
약액세정탑폐수의 T-N 폐수의 발생량 평가
(일반적인 하수슬러지 처리시설에서 발생되는 약액세정탑폐수의 T-N 발생량)
알칼리악취제거용 약액세정탑 폐수의 T-N 폐수 평균값은 3,000~10,000ppm으로 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률시행규칙의 배출허용기준에 따라 법정기준치인 청정지역 30ppm이하, 기타지역 60ppm 이하를 과초과하여 발생하고 있으며 이에 따라 폐수처리공정에 약품 및 처리시간이 오래걸려 공정에 엄청난 부담을 주고 있는 상황이다. G사의 하수슬러지 처리시설에서 발생되는 T-N 폐수처리현황에 대한 정보를 하기 표 15에 나타내었다.(참고로, 질소의 경우는 현재 혐기미생물로 처리하는 방법 이외에 무기물에 의한 흡착 등 물리적이고 많은 처리시간을 요구하는 방법의 처리방법 밖에는 없어 T-N이 과도하게 발생할 경우 폐수처리시설에 과부하를 일으켜 처리시설의 운영을 힘들게 하는 중요한 요인이다.)
G사악취방지시설폐수처리현황
유입수량 : 50ton/일
처리방법 :종합처리
유입수 T-N : 3000~10,000ppm
처리공정 T-N (ppm) 비고
1단계 3800 유입수
2단계 130 희석, 포기및무기물흡착
3단계
(처리시간: 1일~7일)		 67 탈질생물학적처리
(통성혐기성미생물반응)
4단계
(처리시간: 1~2일)		 60 이하 미생물처리
(호기미생물반응)
비교예 7
종래의 하수슬러지 처리과정에 따라 하수슬러지, 고화제 및 소석회를 각각 75wt%, 19wt%, 6wt%로 사용하였고 교반 후, 2시간 방치 후 T-N함량을 측정하였다. 실험에 사용한 하수슬러지양은 100g이었다. 10%황산용액은 1L를 사용하였다.
2시간 동안 반응에서 발생하는 가스를 10% 황산용액에 포집한 결과 T-N 폐수 농도는 270ppm이었다. 하수슬러지 자원화시설에서 발생하는 T-N폐수의 농도는 3,000 ~ 10,000ppm인데 비해 실험에서 그 농도가 낮은 이유는 실험에 사용한 하수슬러지양이 100g으로 적었기 때문이다.
실시예 11
본 발명의 일구현예에 따른 하수슬러지 처리방법에 따라 하수슬러지 75wt%, 고화제 12wt%, 소석회 3wt%, 액상알칼리물질 30%농도의 NaOH용액 10wt%를 사용하였고 교반 후, 1시간 동안은 발생하는 가스를 가스포집백에 포집하였고 그 후2 시간 동안 발생하는 가스는 10% 황산용액에 통과시켜 T-N함량을 측정하였다. 실험에 사용한 하수슬러지 양은 100g이었다. 10%황산용액은 1L를 사용하였다.
2시간 동안 반응에서 발생하는 가스를 10% 황산용액에 포집한 결과 T-N 폐수 농도는 52ppm이었다. 비교예 7에서 발생한 폐수의 T-N 농도대비 80.7% T-N의 함량이 줄어들었으며 이는 현장에서 하수슬러지의 고화처리공정에서 발생하는 폐수발생량을 1/5 이하로 줄일 수 있으며, 이는 폐수처리를 위한 추가비용 절감을 의미하는 것이다.
이상에서는 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 하수슬러지에 알칼리금속 물질을 포함하는 개질제를 접촉시키어 pH를 12이상으로 조절하고, Al-함유 화합물을 5 ppmw 내지 10000 ppmw 첨가하여 상기 하수슬러지 중 암모늄염의 5% 이상이 암모니아가스로 전환되어 제거된 개질된 하수슬러지를 얻는 단계;
    상기 하수슬러지로부터 발생하는 암모니아가스를 포집하는 단계;를 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하수슬러지 내에 포함된 암모늄염의 10% 내지99%가 암모니아가스로 전환되는, 하수슬러지 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하수슬러지와 알칼리물질을 포함하는 개질제를 접촉시키는 단계는 10분 내지 72시간 동안 수행되고,
    상기 하수슬러지 내에 포함된 암모늄염의 5% 내지 99%가 암모니아가스로 전환되는, 하수슬러지처리방법.
  4. 제1항에 있어서.
    상기 알칼리금속 물질은 알칼리금속 산화물, 알칼리금속 수산화물, 알칼리금속 황화물, 알칼리금속 탄산화물, 또는 이의 조합을 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리금속 물질은 액상이고, 용매 100 중량부에 대하여 20 내지 90 중량부의 알칼리물질을 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개질제는 고형화제를 더 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고형화제는 알칼리성고형화제, 중성고형화제, 또는 이들의 조합을 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 하수슬러지의 중금속용출량은 3 mg/l 이하의 Pb 중금속, 0.3 mg/l 이하의 Cd 중금속, 및 3 mg/l 이하의Cu 중금속인, 하수슬러지 처리방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아가스를 포집하는 단계 이후에, 포집된 가스를 압축하는 단계를 더 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 하수슬러지를 양생, 반출, 및 출하하는 단계를 더 포함하는, 하수슬러지처리방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 하수슬러지를 얻는 단계에서 질소 함유 폐수가 발생하고, 상기 질소 함유 폐수의 총량이 최초 투입된 하수슬러지의 50 중량% 이하인, 하수슬러지처리방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 개질된 하수슬러지를 포함하는 복토재.
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