KR20010002350A - 정수장슬러지와 전로슬래그를 이용한 적조 및 녹조, 청조방제제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정수장에서 발생하는 슬러지와 제철공정 중 발생하는 전로 슬래그를 이용하여 해안이나 내륙의 해수나 담수에서 발생하는 적조 및 녹조, 청조를 방제하기 위한 방제제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 종래의 황토흡착법 등이 갖는 효과의 일시성과 타 방법의 비용 과다 발생의 문제점을 해결하였으며, 폐기물인 정수장슬러지 및 전로슬래그가 적조생물을 살균하는 성분을 함유하고 있는 것을 이용하여 적조를 방제할 수 있도록 하는 방제제를 제조하므로써 폐자원을 고부가가치 자원으로 재활용할 수 있으며, 따라서 방제비용의 절감 및 안정적인 방제제 제조를 위한 재료의 공급이 가능한 효과를 갖는 것이다.
Description
본 발명은 인(P)에 의한 부영양화로 인한 바다와 저수지 등에 발생하는 적조 및 녹조, 청조방제제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 상수도 정수장에서 슬러지와 제철소에서 발생하는 전로슬래그를 이용한 적조 및 녹조, 청조방제제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
현재까지 알려진 적조 및 녹조, 청조(이하 적조라 약칭함)생물의 방제 및 제거방법으로는 적조생물의 세포를 파괴하는 화학 약품 살포법, 적조생물을 여과 또는 원심분리하여 해면에서 회수하는 방법, 그리고 황토 또는 고분자응집제를 이용하여 적조생물을 흡착, 응집시켜 침전하는 방법이 있다. 이중에서 비교적 효과가 높은 것은 황토흡착법으로 황토(Kaolinite, Montmorillonite)를 해수중에 살포하여 적조생물을 침강시키고, 또한 황토 중에서 알미늄 이온이 용출되어 적조생물의 세포를 파괴시키는 성질을 이용한 방법으로서 일본에서 주로 연구되고 국내에서도 이를 사용하고 있다.
그러나 황토살포법은 미분의 입자에서나 흔히 볼 수 있는 응집현상을 야기시킬 뿐, Al3+이온의 용출에 의한 적조생물 파괴한다는 이론은 그의 진위여부로 많은 논란이 되고 있는 실정이다. 또한 황토살포로 인한 갯펄 속의 저충생물과 패각류의 전멸을 가져오는 적도 있어 많은 검증이 필요한 실정이다. 황토가 지니는 유해적조생물 방제성분으로는 Al2O3와 Al3+로, Al2O3는 황토에 8∼12%정도 함유되어 있으며 이는 적조나 청조를 일으키는 유독성 플랑크톤의 흡착효과가 있고, Al3+는 유독성 플랑크톤을 죽이는 효과가 알려져 있는데 이는 대체로 황토에 4∼12%정도는 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 황토를 뿌리는 작업은 살포 후 일시적 효과만 있을뿐 장기적 방안이 아니며, 또한 적조를 방제하거나 억제할 수 있는 성분인 Al2O3와 Al3+,Ca3+성분이 다량 들어있는 균일한 성분을 갖는 황토를 일일이 찾는 것 역시 간단한 일이 아니어서 안정적인 공급이 힘들고, 따라서 적조방지제로 제조하기 위한 원료로는 곤란하다 할 것이다.
반면 본 발명자는 적조방제제를 제조하기 위한 안정적인 공급재료를 찾던중 상수도 정수과정에서 나오는 정수장 슬러지와 전로슬래그가 적조방제제의 재료로써 매우 적합하다는 것에 착안하였다.
즉 정수장 슬러지는 입경은 세립이고 토양에 비하여 균일하며, 또한 정수장슬러지 내에 들어 있는 미분의 슬러지성분과 슬러지 내에 잔류되어 있는 정수과정에서 투입된 Al염 및 PAC(Poly Aluminium Chloride)이 적조생물의 방제에 적합한 것이고, 상당히 많은 량의 슬러지가 정수장에서 발생하므로 안정적인 공급을 보장받을 수 있는 것이다. 더구나 현재 모두 토양에 매립되어 폐기되어지므로써 구조의 파괴에 의한 세립화에 의해 토양물리성에 지장을 초래하던 정수장슬러지를 고부가가치를 가지는 재료로 재활용할 수 있는 것이다.
또한 제철공정중에 발생되는 전로슬래그가 흡착능이 우수하고, FeO성분의 응집효과 및 적조생물의 살균 효과를 가지는 유리 산화칼슘을 다량 함유하고 있으므로 이를 정수장 슬러지와 혼합하여 적조방제제를 제조하여 사용하게 되면 역시 버려지던 폐기물을 고부가를 가지는 재료로 재활용할 수 있게 되며 환경오염을 방지할 수 있는 적조방제제를 제조할 수 있는 것이다.
따라서 본 발명은 정수장슬러지 만을 단독으로 사용하거나, 상기 정수장슬러지에 전로슬래그를 혼합하여 그 효능을 증대시키기 위한 적조방제제를 제조함을 목적으로 하는 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 있어서 적조방제제로써 사용되는 정수장 슬러지의 화학적 조성은 원수(原水)자체의 성분과 응집제 및 탈수제의 성분으로 구성되며, 주로 실리카, 알루미나분, 강열함량 등으로 구분되고 일반적인 조성비율은 실리카 (SiO2) 35∼50%, 알루미나 (Al2O3) 20∼30%, 강열함량 15∼30%이다. 여기서 강열함량은 유기물, 탄소, 화학적 결합수 등으로 이루어져 있으며 200∼400℃사이에서 급격한 감량을 나타내고 500℃ 정도에서 90%이상, 600∼800℃에서 거의 전량이 감량된다. 이 감량변화는 미세황토 및 Al(OH)3의 감량변화에도 영향을 미치는데 원수중의 미세황토 및 응집제에 기인하는 Al2(OH)3·3H2O의 탈수에 의한 영향을 받고 있다.
강열감량은 측정온도에 따라 변화를 보이고 있으며 특히, 200∼400℃사이에서 급격한 감량의 변화를 보여주고 있는데, 정수장 슬러지의 비중은 2.0∼2.4정도로서 정수장 슬러지의 입도분석결과는 0.5∼50㎛사이로서 비교적 미세립으로 구성되어 있으며, #200체 통과율이 95% 이상이다.
이처럼 정수장 슬러지는 슬러지에 함유된 Al3+의 살균력에 의해 적조 생물의 방제제로써 기능을 가질 수 있는 것이다.
한편 제철소에서 철강을 생산할 때에 발생하는 전로 슬래그의 화학적 조성은 중량퍼센트로 산화칼슘(Ca0) 40 ∼ 46%, 산화마그네슘(Mg0) 2 ∼ 8%, 산화규소(SiO2) 10 ∼ 15%, 산화알루미늄(Al2O3) 1 ∼ 2%, 산화철(FeO) 18 ∼ 30%, 산화망간(MnO) 5 ∼ 7%로 이루어져 있으며, 상기 전로슬래그는 일반적으로 평형론적으로 요구되는 양보다 더 많은 산화칼슘(CaO)이 필요하다. 따라서 LD 전로 슬래그에서는 전체 CaO함량이 4 ∼ 40%일때 자유 산화칼슘(free CaO)이 흔히 1∼4%인데, 경우에 따라서는 10%를 넘을 수도 있다.
따라서 상기 전로슬래그내의 FeO성분의 응집효과 및 유리 산화칼슘이 적조생물의 살균 효과를 지니고 있으므로 적조방제제의 기능을 가질 수 있는 것이다.
표1은 황토와 상수도슬러지, 전로슬래그 각각의 화학분석 결과를 표시한 것으로써, 황토와 상수도슬러지, 전로슬래그의 성분을 비교해보면 황토에 못지않게 상수도 슬러지와 전로슬래그에도 적조나 녹조를 제거하거나 경감시키는 데 유용한 성분(산화알루미늄,산화칼슘)이 많다는 것을 알 수 있다.
[표1]
따라서 본 발명에서는 상수도슬러지 내의 Al3+의 적조살균력을 이용하여 상수도슬러지 만을 적조방제제로 사용하거나, 상수도슬러지의 적조살균효과를 극대화시키기 위하여 상기 상수도슬러지에 FeO성분과 유리 산화칼슘을 포함하는 전로슬래그를 혼합하여 적조방제제로 사용하되, Al3+를 다량 함유하는 상수도슬러지와 CaO와 FeO를 다량 함유하고 있는 전로슬래그를 일정 비율로 배합하여 뿌려주므로써 적조와 녹조, 청조의 원인생물인 유동성 플랑크톤을 보다 용이하게 제거할 수 있으며, 특히 전로슬래그가 가지는 용출 특성을 이용하여 바닷물 속에서 지속적으로 용출되도록 하므로써 그 효과가 오랫동안 지속되도록 할 수도 있는 것이다.
상기 정수장슬러지와 전로슬래그의 각 배합비율을 조절하여 적조방제효과를 살펴보았다.
< 실시예 1 >
상수도 슬러지 건조 후 미분 분쇄한 후 전로슬래그분말과 1:1로 혼합한 후 코클로디니움이 1㎖에 2600여개 들어있는 적조발생지역에서의 물을 채취하여 분말형태로 뿌린 후 1시간, 3시간, 5시간 후의 적조생물 갯수를 측정하였다.
< 실시예 2 >
전로 슬래그 분말을 분말화한 후 상수도슬러지와 1:1로 혼합한 후 이를 펠릿화(5∼10mm)한 후 코클로디니움이 1㎖에 2600여개 들어있는 적조발생지역의 물을 채취하여 뿌린 후 1시간, 3시간, 5시간 후의 적조생물 갯수를 측정하였다.
< 실시예 3 >
상수도슬러지를 건조 분쇄 후 코클로디니움이 1㎖에 2600여개 들어있는 적조발생지역의 물을 채취하여 뿌린 후 1시간, 3시간, 5시간후의 적조생물 갯수를 측정하였다.
< 실시예 4 >
황토 일정량을 코클로디니움이 1㎖에 2600여개 들어있는 적조발생지역의 물을 채취하여 뿌린 후 1시간, 3시간, 5시간후의 적조생물 갯수를 측정하였다.
실시예 1내지 4의 결과를 표 2에 나타내었다.
[표2]
상기 표 2에 통해 상기 실시예들의 결과를 살펴본 결과, 비교예인 기존의 황토살포시보다 실시예는 어느 경우든 적조 생물 갯수가 저하되었으며, 실시예 1과 실시예 2의 경우처럼 상수도슬러지와 전로슬래그분말의 혼합형태와 상기 분말을 펠릿화한 형태의 효과가 가장 양호한 것으로 나타났다. 따라서 상수도슬러지만을 단독으로 사용하는 것보다 전로슬래그를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하였다.
< 실시예 5 >
적조의 원인이 되는 PO4 3-의 영향을 알아보기 위해서 상수도슬러지, 전로슬래그, 황토등의 3개 시료의 각각 분말 100g과 0.1N H3PO4용액 10cc를 1ℓ 비이커의 물에 넣은 후 20 ∼ 30분간 교반 후 PO4 3-이온의 농도저하를 측정하였다.
상기 실험의 결과를 표 3에 나타내었다.
[표3]
또한 상기 실시예 5에 의하면 상수도슬러지와 전로슬래그가 적조의 주된 원인인 인산(PO4 3-)의 농도저하에 영향을 미치는 것임을 확인할 수 있었다.
따라서 상수도슬러지의 단독 살포나 전로슬래그 혼합살포는 인산 용출 억제에 대하여만 효과가 있고, 양식어나 저생생물 등에 대해서도 악영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 6>
호소에서 일시적으로 급격히 대량 발생하는 조류를 상수도 슬러지를 사용하여 실험실적 조류의 응집제거 가능성을 검토하였다. 호소의 조암호의 표층수에서 플랑크톤네트를 이용하여 조류를 농축하였고, 이를 20ℓ의 호소수에 희석한 후, 망목 150㎛체로 여과하여 균등하게 분산하여 실험수로 사용하였다. 실험용 응집제로 상수도용 액체 황산알루미늄(aluminium sulfate Al2O38%)과 폴리염화알루미늄(PAC: Poly Aluminium Chloride, Al2O310%) 처리를한 상수도 슬러지를 사용하였다. 시료의 COD, T-N, T-P, PO4-P, Chl-a 분석은 환경오염공정시험법에 따랐으며, 황토의 유기물 함량은 550℃에서 30분 회화 후 측정하였고, 중금속함량은 AA와 ICP를 이용하여 측정하였다. Phosphatase activity는 Hoppe의 방법을 변형하여, Methylumbelliferyl-phosphate를 기질로 사용하고 25℃에서 3시간 배양 후 형광분도계로 분석하였다. Microcystis aeruginosa가 우점종(99%)이고 Chl-a 249㎍/ℓ, 0.05g/ℓ, 0.1g/ℓ, 1g/ℓ로 증가시켜 첨가하고 5분간 폭기, 1시간 침전시킨 후의 Chl-a 제거율은 각각 2%, 22%, 36%, 74%, 89%로 증가하여, 상수도슬러지농도를 증가하는 경우 Microcystis aeruginosa 플록(floc)에 부착하는 황토로 인하여 조류의 제거율도 비례하여 상승하였다. 상수도 슬러지와 전로 슬래그를를 혼합하여 처리시의 효과는 표4와 같다. 즉 Chl-a 제거율이 높아지거나, PO4-P의 제거율이 증가하였다. 따라서 상수도슬러지와 전로슬래그는 입자물질상의 조류와 응집하여 침전을 증가시키거나 용존물질인 PO4-P의 침전에 영향을 주는 것으로 보인다. 상기 결과를 표 4에 나타내었다.
[표4]
이하 본 발명의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 화학적 조성이 실리카 (SiO2) 35∼50%, 알루미나 (Al2O3) 20∼30%, 강열함량 15∼30%으로 이루어진 상수도슬러지를 70∼90℃의 온도를 유지하는 건조로에서 건조하는 공정과, 상기 건조된 상수도슬러지를 진동밀을 이용하여 미분상태로 분쇄하는 공정과, 화학적 조성이 산화칼슘(CaO) 40 ∼ 46%, 산화마그네슘(MgO) 2 ∼ 8%, 산화규소(SiO2) 10 ∼ 15%, 산화알루미늄(Al2O3) 1 ∼ 2%, 산화철(FeO) 18 ∼ 30%, 산화망간(MnO) 5 ∼ 7%으로 이루어진 전로슬래그를 볼밀이나 진동밀을 이용해 1㎛ ∼ 10cm이내의 입자크기로 분쇄하는 공정과, 분쇄된 전로슬래그를 자력선별기를 통과시켜 철분을 제거하는 공정과, 상기 분쇄된 상수도슬러지와 전로슬래그를 혼합하는 공정으로 이루어진 것이다.
이때 분말상태인 상수도슬러지와 전로슬래그는 2:1∼1:2의 비율로 혼합하여 살포하는 것이 바람직하나, 상기 상수도슬러지 분말만을 적조가 진행되고있는 지역에 살포할 수도 있고, 또 상기 분말상태인 상수도슬러지와 전로슬래그를 펠릿화하여 살포할 수도 있다.
본발명은 현재 토양에 매립되어 버려지거나, 거의 폐기되던 상수도슬러지와 전로슬래그를 이용하여 적조를 방제할 수 있도록 하므로써 토양의 보호 및 수산자원의 보호뿐만 아니라 폐기물을 부가가치화함으로써 얻어지는 경제적 이익 및 방제비용의 절감, 방제제 제조를 위한 재료의 안정적인 공급이 가능한 효과를 갖는 것이다.
Claims (4)
- 적조 및 녹조, 청조방제제에 있어서 화학적 조성이 실리카 (SiO2) 35∼50%, 알루미나 (Al2O3) 20∼30%, 강열함량 15∼30%으로 이루어진 정수장 슬러지분말을 적조,녹조 및 청조방제제로 사용함을 특징으로 하는 정수장슬러지와 전로슬래그를 이용한 적조 및 녹조, 청조방제제.
- 제 1항에 있어서 상기 정수장 슬러지에 화학적 조성이 산화칼슘(CaO) 40 ∼46%, 산화마그네슘(MgO) 2 ∼ 8%, 산화규소(SiO2) 10 ∼ 15%, 산화알루미늄(Al2O3) 1 ∼ 2%, 산화철(FeO) 18 ∼ 30%, 산화망간(MnO) 5 ∼ 7%으로 이루어지는 전로슬래그를 2:1∼1:2의 비율로 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 정수장슬러지와 전로슬래그를 이용한 적조 및 녹조, 청조방제제.
- 화학적 조성이 실리카 (SiO2) 35∼50%, 알루미나 (Al2O3) 20∼30%, 강열함량 15∼30%으로 이루어진 상수도슬러지를 70∼90℃의 온도를 유지하는 건조로에서 건조하는 공정과, 상기 건조된 상수도슬러지를 진동밀을 이용하여 미분상태로 분쇄하는 공정과, 화학적 조성이 산화칼슘(Ca0) 40 ∼ 46%, 산화마그네슘(MgO) 2 ∼ 8%, 산화규소(SiO2) 10 ∼ 15%, 산화알루미늄(Al2O3) 1 ∼ 2%, 산화철(FeO) 18 ∼ 30%, 산화망간(MnO) 5 ∼ 7%으로 이루어진 전로슬래그를 볼밀이나 진동밀을 이용해 1㎛ ∼ 10cm이내의 입자크기로 분쇄하는 공정과, 분쇄된 전로슬래그를 자력선별기를 통과시켜 철분을 제거하는 공정과, 상기 분쇄된 상수도슬러지와 전로슬래그를 혼합하는 공정에 의해 제조되어 짐을 특징으로 하는 정수장슬러지와 전로슬래그를 이용한 적조 및 녹조, 청조방제제 제조방법
- 제 3항에 있어서 상기 공정에 혼합된 분말상태의 상수도슬러지와 전로슬래그를 펠릿화하는 공정을 추가함을 특징으로 하는 정수장슬러지와 전로슬래그를 이용한 적조 및 녹조, 청조방제제 제조방법.
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