KR20030007988A

KR20030007988A - 슬러지의 자원화를 위한 처리방법

Info

Publication number: KR20030007988A
Application number: KR1020010033107A
Authority: KR
Inventors: 조영봉; 박준호; 윤주송; 장원; 한상욱; 최원욱; 조경제
Original assignee: 조영봉
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2003-01-24
Also published as: KR100468430B1

Abstract

본 발명은 슬러지의 자원화를 위한 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬러지 중에 함유되어 있는 유해중금속, 유해한 휘발성유기물(VOC), 악취 및 병원체(바이러스, 세균, 기생충 등)를 저감 및 제거하기 위한 슬러지 처리방법으로 낮은 온도에서 슬러지를 소량의 강산 및 이산화염소로 처리하면서 폭기한 후 여과하여 얻은 퇴비 제조용 청정슬러지와, 높은 온도에서 많은 양의 강산과 수증기 또는 공기로 폭기시키고 이산화염소 등의 과산화물로 처리하고 다시 수산화칼슘으로 알칼리성으로 한 후 여과한 여액을 중화하여 얻어진 토양개량제, 액비, 가축 및 양어용 사료, 담수 및 해수 생물 영양원 등의 첨가제 등의 용도로 사용되는 청정액체를 제조함으로써 효율적으로 슬러지를 처리할 수 있다.

Description

슬러지의 자원화를 위한 처리방법{Sludge Treatment for Resource Recovery}

국·내외적으로는 그 동안 슬러지의 자원화를 위해서 중금속 또는 악취만을 개별적으로 제거하고 퇴비 제조만을 위한 슬러지 처리기술로서 이러한 방법으로 처리된 슬러지에는 중금속 또는 악취 이외에 유해한 휘발성유기물(VOC) 및 병원체(미생물, 바이러스, 기생충 등)을 함유하고 있어 가축슬러지 이외에는 사실상 퇴비화에 적용이 이루어지고 있지 않고 있다. 그러나, 지금까지 이들 유해인자(중금속, 악취, VOC, 병원체 등)의 동시 저감 및 제거할 수 있는 기술이 우리 나라는 물론 세계적으로 발명된 적은 아직 없다.

또한, 슬러지의 분해에 의한 아미노산이 풍부히 함유된 고부가치의 청정 원재료에 제조에 의한 액비, 가축 및 양어용 사료, 유용한 담수 및 해수 생물의 영양원의 첨가제 등의 용도에 관한 발명도 아직 이루어지지 않은 상태이다.

최근 미국 환경청에서는 슬러지의 재활용을 위하여 슬러지 중의 병원체의 평가 및 저감대책의 필요성에 관한 보고(Control of Pathogens and Vector Attraction in Sewage Sludge, 1999), 공중보건과 환경보전을 위하여 슬러지의 유용한 활용방법을 창안하도록 권장하였고(Policy on Sewage Sludge Management, 1984), 또한 슬러지의 재활용에 있어서 병원체로부터 환경과 인간건강을 보호하려는 법률을 제정한 사례(The Standards for the Use or Disposal of Sewage Sludge, 40 CFR Part 503)등을 발표한 바 있다.

국·내외적으로 현재 슬러지의 처리방법으로는 매립, 해양투기, 소각 및 재활용 등이 있다. 우선 재활용은 재활용 기술의 미흡으로 축산슬러지만이 이용되고 있으며, 슬러지 소각의 경우 경제적인 설비는 100 ∼ 150톤/일로서 그 설비건설 비용은 100 ∼ 150억 원의 막대한 자금이 소요될 뿐만 아니라 수은 및 불완전연소로 인한 다이옥신류 외 포름알데히드, 아크로레인, 부타디엔 등 맹독성 발암성 물질 등의 배출[EPA/600R-98/076, June 1998] 등으로 인간 건강에 대한 위협은 물론 소각에 필요한 연료비는 슬러지(수분함량 80%) 톤당 50,000원(방카씨 유) 내지 70,000원(엘엔지)이 소요되며 감가상각비 등의 관리비를 포함하면 톤당 소각비용은 100,000원을 상회하고 있으며, 매립의 경우 서울 난지도에서 발생한 슬러지를 김포수도권 매립지를 이용할 경우 약 27,000원/톤(젖은 상태)이며, 해양투기의 경우도 난지도에서 서해안을 이용할 경우 약 70,000 ∼ 80,000원/톤(젖은 상태)의 비용이 소요됨은 물론 매립과 해양투기로 인한 악취, 침출수, 매립장의 위생 및 안정화 지연과 해양생태계 오염과 어류의 오염 등의 문제점을 가지고 있어 국·내외적 규제금지조치의 시행과 국민의 건강위협과 세금부담 등으로 인하여 지역주민의 격렬한 반발로 매립과 소각로 건설이 불가능한 상태에 이르고 있다. 우리 나라와 같은 좁은 국토의 경우 매립지 확보가 어려워지고 있어, 2001년부터 직접매립이 금지됨에 따라 슬러지의 퇴비화와 소각의 부산물인 소각재의 고형화(콘크리트)가 일부 이루어지고 있으나, 매립지복토재 및 토양개량제 등의 사용은 사실상 불가능하다.

또한, 슬러지로 제조한 퇴비 중에는 중금속, 악취, 유해한 휘발성 유기물질 및 병원체 등의 유해인자가 함유되고 있어 농민의 건강위협과 농지오염 등으로 우리나라의 농림수산부의 사용 불허에 부닥쳐 하수 및 산업폐수슬러지로 제조한 퇴비는 사용이 불가능한 상태이다. 따라서, 현재 특별한 대책방안이 없는 상태이어서 2003년 7월까지 잠정적으로 직매립의 연장과 동시에 슬러지 처리시설에 대하여 점진적 검토를 명시하고 있으나 특별한 대책이 없는 실정이다.

한편, 국제적으로는 슬러지의 해양덤핑방지에 관한 런던조약을 근거로 슬러지의 해양투기가 금지될 예정이어서 이 협약을 준수해야 하는 우리 나라의 경우 이에 대한 새로운 대안의 제시가 급박한 입장에 놓여있다.

이외에 정화조 슬러지의 감량화 방안으로 지렁이에 의한 처리기법이 있으나 처리할 수 있는 슬러지의 량이 극히 적을 뿐만 아니라 지렁이 개체 내에 유기수은의 축적 및 분변토 중 수은 함유 등의 문제로 상용화가 불가능한 상태이다.

슬러지 중 함유된 유해인자로 유해중금속, 악취, 유해한 휘발성 유기물(VOC) 및 병원체(미생물, 바이러스, 기생충 등) 등을 동시에 저감 및 제거할 수 있는 기술이 개발되지 않은 실정이다.

이에, 본 발명자들은 슬러지를 물리·화학적인 방법인 분해, 산화, 폭기, 여과 등의 방법으로 슬러지 중의 모든 유해인자를 동시에 제거하여 슬러지의 감량화는 물론 농업, 어업, 산림, 축산업, 토지개량제, 유용한 담수 및 해수생물용 영양원 등의 첨가제 및 퇴비 등으로 자원화할 수 있는 슬러지의 처리방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 자원화할 수 있는 슬러지 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 처리방법 중 청정슬러지의 제조과정을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 처리방법 중 청정액체의 제조과정을 나타낸 것이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 분해조 2 : 폭기조 3 : 알칼리조

4 : 여과조 5 : 중화조 6 : 저장조

본 발명은 청정슬러지 또는 청정액체를 제조하는 슬러지의 자원화를 위한 처리방법을 그 특징으로 한다.

상기 슬러지는 하수슬러지, 정화조슬러지, 산업폐수슬러지, 건물폐수슬러지, 아파트 등 주택단지폐수슬러지, 축산폐수슬러지 및 기타 수처리시 발생되는 슬러지를 포함한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

유해 중금속, 유해한 휘발성 유기물질, 악취 그리고 병원성 미생물 및 기생충(알 포함)(이하 유해인자)를 함유하고 있는 유기성 슬러지(이하 슬러지) 중의 모든 유해인자를 동시에 회분식적 또는 연속적으로 저감 내지 제거하는 청정슬러지 및 슬러지의 분해에 의한 아미노산이 함유된 청정액체의 제조기술과 이 청정슬러지를 이용하여 환경적으로 지속가능한 청정한 퇴비와 청정액체를 사용하여 토지개량제, 액비, 가축 및 양어용 사료, 유용한 담수 및 해수 생물의 영양원 등의 첨가제 제조기술개발 및 악취제거용 처리약품의 개발을 위한 방법 등을 다음과 같이 제시한다.

1. 슬러지 처리약품 : 슬러지 중의 악취 또는 무기성 및 유기성 중금속의 분해에 의한 악취제거 및 중금속의 저감 내지 제거에 사용될 수 있는 처리약품으로는 이산화염소를 선정하여 사용한다.

2. 슬러지 처리방법

가) 청정슬러지의 제조

슬러지 100 중량부에 대하여 0.1 ∼ 20 중량부 염산, 질산 또는 염산과 질산혼합물의 수용액을 현탁시킨 혼합물에 0.01 ∼ 1 중량부의 과산화물을 주입하고 교반하면서 실온 ∼ 100℃에서 5분 내지 10시간동안 깨끗한 공기로 폭기한 후 여과·세척한 산성슬러지를 다시 물에 현탁시킨 후 0.05 ∼ 10 중량부 수산화칼슘 등으로 중화한 다음 여과하면 악취, 중금속, 휘발성 유기물 및 병원체 등이 저감 내지 살균·살충된, 퇴비제조의 목적으로 사용될 수 있는 청정슬러지를 얻을 수 있다. 중금속이 함유된 여액과 세척액을 합친 후 수산화칼슘 등으로 pH 12로 한 후 여과하면 중금속이 고형형태로 제거된다.

나) 청정액체의 제조

슬러지 100 중량부에 대하여 2 ∼ 40 중량부 염산, 질산 또는 염산과 질산혼합물의 수용액을 현탁시킨 후 100 ∼ 300 ℃에서 5분 내지 10시간동안 가압 가온 처리한 후 폭기조의 상부에서 분무하면서 하부에서는 수증기 또는 공기로 폭기시키면 악취 및 유해한 휘발성 유기물은 상부로 배출, 제거된다. 폭기조 내의 액체는 병원체(미생물 및 기생충 등)가 완전 멸균 및 살충된 상태이며, 잔존 악취가 있을 경우 실온 ∼ 100 ℃에서 0.01 ∼ 1 중량부의 과산화물를 첨가하여 악취를 제거할 수 있다. 폭기조 내의 액체 중 중금속은 0.8 ∼ 16 중량부의 수산화칼슘 등으로 pH 10 ∼ 12 로 조정함으로써 침전시켜 여과하여 제거하거나 중금속이온과 착화합할 수 있는 고분자 충진탑을 통과시켜 중금속을 흡착, 제거할 수 있다. 여액 또는 고분자층을 통과한 액체를 다시 염산, 질산, 인산 또는 이들의 혼합물로 pH 6 ∼ 8로 중화하면 토양개량제, 액비, 가축 및 양어용 사료, 담수 및 해수 생물의 영양원 등의 첨가제 제조에 적합한 청정액체가 얻어지며 필요한 경우 용도에 따라 희석, 농축 또는 고형(과립 등)화 등 소비자 요구형으로 하여 자원화할 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 청정슬러지의 제조

분해조(1)에 생슬러지(젖은 상태) 100 중량부와 질산과 염산의 혼합물(질산 : 염산 = 1 : 3) 1 중량%를 첨가하여 pH 1.5이하로 조절한 다음, 0.05 중량부 이산화염소 산화제를 첨가하고 35 ℃에서 5 시간 교반하여 중금속의 추출과 산화제에 의한 악취 제거를 수행하였다. 그 후 폭기조(2) 하부에서 깨끗한 공기로 폭기하여 유해한 휘발성 유기물을 폭기조(2) 상부에서 배출, 제거하였다. 그런 다음 여과기(4)에서 여과하고 세척하여 중금속을 여과액과 세척액으로 배출, 제거시키고, 여과하여 얻은 슬러지는 중화조(5)에서 다시 깨끗한 물에 현탁시킨 후 0.4중량부 수산화칼슘으로 pH 7로 중화시키고 여과기(4)에서 여과하여 얻은 고형 청정슬러지를 저장조(6)에 저장하였다. 제조된 청정슬러지는 악취, 중금속, 병원체 및 휘발성유기물이 제거되어 청정퇴비 제조에 사용된다.

실시예 2 : 청정액체의 제조

분해조(1)에 생슬러지(젖은 상태) 100 중량부에 대하여 질산과 염산의 혼합물(질산 : 염산 = 1 : 3) 20 중량부를 넣고 혼합 교반하면서 150 ℃에서 30분간 멸균, 살충 및 분해하여 용액화한 후 폭기조(2) 상부에서 분무하면서 폭기조(2) 하부에서 뜨거운 수증기를 폭기하여 악취 및 휘발성 유기물을 폭기조(2)상부에서 배출, 제거하였다. 폭기조(2)에 남아있는 용액(슬러지의 분해물)은 알칼리조(3)에서 8 중량부 수산화칼슘으로 pH 12로 조정하여 중금속을 침전으로 석출, 침전시킨 후 여과기(4)로 여과하여 중금속을 제거한 여과액을 중화조(5)에서 염산, 질산 또는 인산으로 pH 7로 중화하였다. 상기 용액은 유해인자인 중금속, 악취, 휘발성 유기물 및 병원체(미생물, 바이러스, 기생충 등)등이 제거된 최종 청정용액으로서 저장조(6)에 저장하였고, 이 청정용액을 물로 희석, 진공농축 또는 분무건조하여 사용에 편리하게 제품화한다..

시험예 1

하수슬러지[강원도 원주시 하수처리사업소] 시료 중에 포함된 단백질은 Stutzer 법[위생시험법·주해 1990년, 일본약학회편]으로, 유해인자 중 중금속은원자흡광광도계[Atomic Spectrophotometer Model 2380 Perkin-Elmer(USA)]로, 악취 및 휘발성 유기물은 가스크로마토그래피로, 그리고 병원체 중의 대표병원균인 대장균은 EPA의 2540G 방법[Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 18th edition]으로 분석하였고, 그 분석 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

시험예 2

실시예 1 및 2에 의하여 제조한 청정슬러지와 청정액체 중의 유해인자의 분석은 시험예 1의 분석법으로 수행하여 그 결과를 다음 표 2에 나타냈다.

시험예 3

실시예 2에 의하여 제조한 청정액체 중 단백질은 Stutzer 법[위생시험법·주해 1990년 일본약학회편] 및 아미노산의 함량은 Van Slyke 법[위생시험법·주해 1990년 일본약학회편]으로 분석하였고, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 크게 환경기술적 가치와 사회경제적 가치를 가질 수 있다. 환경기술적 가치로는 슬러지를 효율적으로 줄임으로써 직매립으로 인한 공기, 토양 및 수질 오염 방지, 해양투기로 인한 해양 생물 및 어류 오염 방지는 물론 슬러지의 유해물질(중금속, 유해 휘발성 유기물/악취, 병원성미생물)을 저감시켜 국내ㆍ외 환경규제에 대한 대안책을 제시할 수 있다. 사회경제적 가치로는 고용창출, 슬러지를 이용한 사료 등 첨가제용 단백·아미노산 용액 및 퇴비용 슬러지 제조, 슬러지의 청정퇴비화 확대적용을 통한 국토의 비옥화 및 농업 생산성 증진, 청정 아미노산 액비에 의한 시설 작물의 증산을 통한 농업 소득 증대, 값싼 양어 사료 공급에 의한 어업의 생산성 증진을 통한 소득향상, 담수·해수 생물 용 값싼 영양원 개발로 인한 어류 등 수자원 확대, 국제특허에 의한 해외시장 선점으로 수출극대화 및 경쟁력 제고, 위생적인 슬러지 감량을 통한 국민 건강권 확보에 의한 민원 해소, 슬러지 처리비용 절감에 의한 국민의 세 부담 경감 등을 들 수 있다.

Claims

청정슬러지 또는 청정액체를 제조하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 자원화를 위한 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 청정슬러지는 퇴비 제조용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 슬러지의 자원화를 위한 처리방법.
제 1 항에 있어서, 상기 청정액체는 토양개량제, 액비, 가축 및 양어용 사료, 담수 및 해수 생물의 영양원의 첨가제로서의 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 슬러지의 자원화를 위한 처리방법.
가) 분해조(1)에 슬러지 100 중량부에 대하여 0.1 ∼ 20 중량부의 염산, 질산 또는 염산과 질산혼합물을 첨가하여 현탁시킨 혼합물에 0.01 ∼ 1 중량부의 과산화물을 주입하고 교반함으로써 중금속 추출과 산화제에 의한 악취를 제거하는 단계;

나) 폭기조(2)에 실온 ∼ 100 ℃에서 5분 내지 10시간동안 공기로 폭기함으로써 유해한 휘발성 유기물을 배출, 제거하는 단계;

다) 여과조(4)에서 여과, 세척함으로써 중금속을 배출, 제거하는 단계;

라) 여과하여 얻은 슬러지를 중화조(5)에서 물에 현탁시킨 후 0.05 ∼ 10 중량부 수산화칼슘으로 중화시키는 단계; 및

마) 다시 여과조(4)에서 여과하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정슬러지의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 과산화물은 이산화염소인 것을 특징으로 하는 청정슬러지의 제조방법.
가) 분해조(1)에 슬러지 100 중량부에 대하여 질산, 염산 또는 질산과 염산의 혼합물) 2 ∼ 40 중량부를 넣고 혼합 교반하는 단계;

나) 100 ∼ 300 ℃에서 5분 내지 10시간동안 멸균, 살충 및 분해하여 용액화한 후 폭기조(2) 상부에서 분무하면서 폭기조(2) 하부에서 수증기 또는 공기를 폭기하여 악취 및 휘발성 유기물을 배출, 제거하는 단계;

다) 폭기조(2)에 남아있는 용액(슬러지의 분해물)은 알칼리조(3)에서 0.8 ∼ 16 중량부 수산화칼슘으로 pH 10 ∼ 12 로 조정하여 중금속을 침전으로 석출, 침전시키는 단계;

라) 여과조(4)에서 여과하여 중금속을 제거하는 단계; 및

마) 여과액을 중화조(5)에서 질산, 염산, 인산 또는 이들의 혼합물로 pH 6 ∼ 8로 중화하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정액체의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 나)단계 후 잔존 악취가 있는 경우, 실온 ∼ 100 ℃에서 과산화물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 청정액체의 제조방법.
제 7 항에 있어서, 상기 과산화물은 이산화염소인 것을 특징으로 하는 청정액체의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 다) 단계 대신 폭기조(2)에 남아있는 용액(슬러지의 분해물)을 중금속과 착화합할 수 있는 고분자 충진탑을 통과시켜 중금속을 완전히 흡착 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정액체의 제조방법.