KR20040037871A - 생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화및 고화 처리방법 - Google Patents

생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화및 고화 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미소화 슬러지의 복토재로의 활용을 위한 것으로, 미소화 슬러지를 안정화 처리 없이 고화 처리할 경우 높은 유기물 함량으로 고화화가 어려우므로 안정화가 우선 이루어지게 한 후 고화 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 미소화 슬러지 100중량부에 대해 생석회를 5중량부 내지 15중량부를 첨가하여 상기 미소화 슬러지를 안정화시키고, 안정화된 미소화 슬러지에 고화제로서 전로 슬래그를 상기 미소화 슬러지 100중량부에 대해 20 내지 40중량부를 첨가하여 기건 양생시키는 것에 의해 고화 처리하는 것으로 이루어진다.

Description

생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화 및 고화 처리 방법{Method of the stabilization and solidification of raw sludge cake using quicklime and converter slag}
본 발명은 생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화 및 고화 처리 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 미소화 슬러지의 복토재로의 활용을 위한 것으로, 미소화 슬러지를 안정화 처리 없이 고화 처리할 경우 높은 유기물 함량으로 고화화가 어려우므로 안정화가 우선 이루어지게 한 후 고화 처리하는 방법에 관한 것이다.
우리나라의 하수 처리장에서 최종 산물로 발생되는 하수 슬러지 탈수 케이크(이하, "하수 슬러지"라 칭함)의 양은 전국적으로 2000년 말 기준으로 약 1,741천톤/년이며, 이것은 다시 소화공정을 거쳐 발생하는 소화 슬러지 탈수 케이크와 소화 공정 없이 탈수 처리된 미소화 슬러지 탈수 케이크(이하, "미소화 슬러지"라 칭함)로 나눌 수 있다.
이 중 미소화 슬러지는 매년 그 양이 지속적으로 늘어나고 있는데 현재 이들의 처분은 거의 전량을 소각, 소화, 매립 그리고 해양 투기에 의존하고 있다. 소각을 실시할 경우 미소화 슬러지의 높은 함수율로 인해 처리비용이 과다하게 되는 문제점이 있고, 소화의 경우는 현재 BNR 공정 도입으로 인한 인 성분의 재용출 문제로 하수 처리장 시설 설계에서 점차 제외되는 추세에 있어 이에 대한 적절한 대책이 시급한 실정이다.
이에 대한 현실적인 대책 중의 한 방법으로 미소화 슬러지를 전로 슬래그 등의 고화제를 이용하여 고화처리하고, 매립하거나 또는 위생 매립지에서 중간/일일 복토재로 활용하는 방안을 고려할 수 있다.
일반 도시 쓰레기 매립지에서는 쥐ㆍ파리 등이 창궐, 쓰레기 냄새 발생, 먼지 등의 비산 물질 생성, 병원균 서식 등을 막고 미관 증진을 위한 목적으로 많은 양의 일일 및 중간 복토재를 필요로 하고 있다.
현재 위생 매립지 복토재는 일반적으로 양질의 토양이 쓰이고 있으나, 복토재로서의 기능을 할 수 있는 재료라면 굳이 양질의 흙을 사용할 필요가 없으며, 미국의 대부분의 주에서도 이런 기준을 적용하고 있다.
그러므로 미소화 슬러지를 고화 처리하여 복토재로 사용하는 방안은 위생 매립지 복토재의 확보라는 생산적 효과를 낼 수 있는 유용한 방법이라 볼 수 있다.
한편, 산업폐기물인 제강 전로 슬래그를 이용하여 하수 처리의 부산물로 발생하는 소화슬러지 케익을 고화 처리하는 방법이 대한민국 특허공보 제 97-8689호에 소개되어 있다. 이 방법에 의하면 제강 전로 슬래그를 이용함으로써 폐기물 처리를 중복하지 않고 위생 매립시의 중간 복토재로 하수슬러지를 활용하게 되어 환경오염을 방지하는데 기여할 수 있다고 언급하고 있다.
그러나, 본 발명은 미소화 슬러지와 생석회를 이용하여 화학적으로 안정화 처리를 수행하고, 전로 슬래그를 주고화제로 이용하여 고화 처리하는 방법으로서, 철강 부산물인 전로 슬래그의 하수도 분야에서의 재활용을 도모하고, 미소화 슬러지를 위생 매립지의 복토재로 재사용하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명은 미소화 슬러지와 생석회를 이용하여 화학적으로 안정화 처리를 수행하고, 전로 슬래그를 주고화제로 이용하여 고화 처리하는 방법으로서, 본 발명의 방법은 먼저 미소화슬러지를 기준으로 해서 안정화제로서 생석회를 상기 미소화 슬러지 100중량부에 대해 5중량부 내지 15중량부를 첨가하고, 반응 시간을 0.5 내지 2시간 이내로 조정하여 pH를 12 이상으로 유지한 상태에서 상기 미소화 슬러지를 안정화시키고, 안정화된 미소화 슬러지에 고화제로서 전로 슬래그를 상기 미소화 슬러지 100중량부에 대해 20 내지 40중량부를 첨가하여 5일 내지 28일 정도 기건 양생하는 것에 의해 고화 처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 생석회에 의한 미소화 슬러지의 안정화 방법은 탈수 후에 슬러지에 생석회를 주입하는 후석회 처리(lime post-treatment) 방법을 이용하게 되는 바, 반응기 내에 미소화 슬러지100중량부에 대해 생석회를 5 내지 15중량부를 함께 투여하고, 0.5 내지 2시간 동안 반응을 시키면 다음 식(1)과 (2)에 따라 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH2)가 Ca(HCO3)의 미립자로 되고 동시에 많은 열이 발생하게 된다.
CaO + H2O ⇒ Ca(OH)2+ 15.3 kcal/mol --------------- (1)
Ca(OH)2+ 2CO2⇒ Ca(HCO3)2+ 35.4 kcal/mol ------- (2)
이때 발생한 열은 몇 가지의 중요한 작용을 한다. 즉, 미소화 슬러지 중의 유기물을 활성화시켜 Ca와 화합물을 만들게 하고, 처리물의 온도 상승으로 수분을 증발시키며, 열에 약한 병원균을 약화 또는 사멸시키게 된다.
이와 같은 반응물의 처리물은 종료 직후 다음 식(3)과 (4)에서와 같이 유기물과 유기물의 Ca화합물에 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2가 해리되어 pH 12 내지 13까지 증가하는 알칼리성을 나타내며, 이 알칼리에 의하여 충란과 병원균이 사멸되고, 자연 건조시 구더기 등의 발생이 거의 없는 위생적인 안정화가 이루어지게 된다.
Ca(OH)2⇒ Ca2++ 2OH------------------------- (3)
Ca(HCO3)2⇒ Ca2++ 2HCO3 --------------------- (4)
반응이 끝난 처리물이 반응기에서 나와 공기와 접촉하면 다음의 식(5)와 (6)과 같이 Ca(OH)2와 CO2가 반응하여 CaCO3으로 변하며, 이 과정은 건조 과정의 교반으로 촉진된다.
Ca(OH)2+ CO2⇒ CaCO3+ H2O ------------------ (5)
Ca(HCO3)2⇒ CaCO3+ H2O + CO2---------------- (6)
상기 식(5)와 (6)에 의해 생긴 CaCO3는 결합력이 강하여 생성과 동시에 유기물과 칼슘 화합물이 결합되어 악취 원인 물질인 질소와 유황을 함유한 물질을 포획하므로 결과적으로 탈취효과를 나타내게 된다.
또한, 반응기 내에서 강알칼리 상태를 나타낸 처리물은 위의 반응과 같이 건조 공정이 진행되면서 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2가 소비되어 건조 상태에 따라 pH가 떨어져 중성 또는 약알칼리 상태가 된다.
유기성 슬러지 중 인 분뇨, 정화조 슬러지 및 가축 폐기물 등에 함유되어 있을 가능성이 많은 충란과 병원균 등은 이와 같은 안정화 처리 과정의 반응을 통해 발생되는 열과 알칼리에 의하여 살충 및 살균되어 위생적으로 안정화가 이루어진다.
일반적으로 후석회 안정화 처리 방법은 충분한 혼합을 통하여 부패가능한 물질의 덩어리화를 방지하고, 안정화 시스템의 효율을 증대시킬 수 있는 방법이다. 특히 생석회와 슬러지의 완전한 접촉을 위한 혼합이 중요하며, 완전 혼합되었을 때에는 잘 부서지는 구조를 가지게 되고 오랜 기간 저장이 가능하게 된다.
결국, 미소화 슬러지를 생석회와 반응시켜 안정화시키게 되면 생석회 내의 석회 성분으로 의해 발열 반응이 진행되고, pH가 상승하게 되면 미생물의 활동이 억제되어 이로 인해 유기물의 부패도 중지되게 된다.
한편, 본 발명에 따른 미소화 슬러지의 고화 처리 방법은 미소화 슬러지의 성상을 물리ㆍ화학적으로 개선시키기 위해 생석회나 시멘트 등의 고화제를 혼합한후 일정 기간 양생시켜 슬러지의 입자를 단립화 시킴으로써 일반 토양과 유사하게 변화시켜 매립 작업을 용이하게 하거나 매립용 복토재로 활용하는 방법이다.
본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이, 안정화된 미소화 슬러지에 고화제로서 전로 슬래그를 상기 미소화 슬러지 100중량부에 대해 20 내지 40중량부를 첨가하여 5일 내지 28일 정도 상온에서 건조시키면서 양생하게 되는 기건 양생에 의해 고화 처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용하게 되는 제강 전로 슬래그에 대한 정의는 다음과 같다.
즉, "제강 슬래그"는 고로에서 분리된 선철은 Fe외에 C, Si, Mn, P, S 등의 불순물을 4 ~ 5％ 함유하고 있어 강성을 띠고 있으므로 이들 불순물을 제거하여 연성이 있는 강을 제조하는 제강 공정이 필요하다. 이들을 제거하기 위해 석회를 혼입하게 되는데 석회는 이들 불순물과 결합하여 제강 슬래그로 되어 외부로 배출되는데 이때 발생하는 것이 제강 슬래그이다.
본 발명의 미소화슬러지의 고화처리 반응은 생석회에 의한 안정화를 거친 후 전로 슬래그를 고화제로 이용하는 방법으로서 혼합과정은 흡수발열반응에 의하고, 양생과정은 수화반응과 함께 이온교환반응, 포졸란반응 및 탄산화반응을 거치게 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
안정화제인 순도가 87％의 공업용 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지(pH : 6.6 ~ 7.6, 함수율 : 78 ~ 82％, VS/TS : 65 ~ 81％) 100중량부를 기준으로 하여 5중량부를 투입하고, 반응 시간을 0.5시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.1로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 2,000 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 비표면적이 3,500 ~ 3,800 ㎠/g인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 30중량부를 분말 형태로 파쇄하여 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다.
이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 0.91 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.6으로 측정되었다.
실시예 2 ~ 4
상기 실시예 1에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
그리고, 양생 기간 7일 경과 후에 고화 처리된 미소화 슬러지에 대해 중금속 용출 농도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 5
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 10중량부를 투입하고, 반응 시간을 1시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.1로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 2,500 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 30중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다. 이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 1.11 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.6으로 측정되었다.
실시예 6 ~ 8
상기 실시예 5에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
그리고, 양생 기간 7일 경과 후에 고화 처리된 미소화 슬러지에 대해 중금속 용출 농도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 9
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 15중량부를 투입하고, 반응 시간을 2시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.3으로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 1,000 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 30중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다. 이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 1.25 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.8로 측정되었다.
실시예 10 ~ 12
상기 실시예 9에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 9와 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
그리고, 양생 기간 7일 경과 후에 고화 처리하다 미소화 슬러지에 대해 중금속 용출 농도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 13
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 5중량부를 투입하고, 반응 시간을 0.5시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.1로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 2,000 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 40중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다.
이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 1.14 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.7로 측정되었다.
실시예 14 ~ 16
상기 실시예 13에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 13과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
실시예 17
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 10중량부를 투입하고, 반응 시간을 1시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.1로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 2,500 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 40중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다. 이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 1.20 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.7로 측정되었다.
실시예 18 ~ 20
상기 실시예 17에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 17과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
그리고, 양생 기간 7일 경과 후에 고화 처리한 미소화 슬러지에 대해 중금속 용출 농도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 21
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 15중량부를 투입하고, 반응 시간을 2시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.3으로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 1,000 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 40중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다. 이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 1.32 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.6으로 측정되었다.
실시예 22 ~ 24
상기 실시예 21에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 21과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
그리고, 양생 기간 7일 경과 후에 고화 처리된 미소화 슬러지에 대해 중금속 용출 농도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 25
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 10중량부를 투입하고, 반응 시간을 1시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.1로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 2,500 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 20중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다. 이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 0.92 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.8로 측정되었다.
실시예 26 ~ 28
상기 실시예 25에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 25와 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
그리고, 양생 기간 7일 경과 후에 고화 처리된 미소화 슬러지에 대해 중금속 용출 농도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 29
안정화제인 생석회를 초기 대장균수가 120,000 MPN/g을 나타내는 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 15중량부를 투입하고, 반응 시간을 2시간으로 하였다. 생석회를 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 12.3으로 상승하였다.
또한, 생석회에 의해서 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응을 하여 화학 반응이 일어나면서 pH의 상승과 열이 발생하였고, 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되어 유해 병원균의 수가 1,000 MPN/g으로 크게 감소하였다.
상기한 바와 같이, 안정화제로 생석회를 이용하여 미소화 슬러지를 안정화시킨 후 고화제인 전로슬래그를 미소화 슬러지 100중량부를 기준으로 하여 20중량부를 첨가하고 5일 동안 양생을 하였다. 이에 대한 일축 압축 강도를 측정한 결과는 1.02 kg/㎠로 나타났고, pH는 11.9로 측정되었다.
실시예 30 ~ 32
상기 실시예 29에서 양생 기간을 7일, 14일, 28일로 하는 것 이외에는 상기 실시예 29와 동일하게 실시하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
표 1
실시예 양생기간(일) 일축압축강도(kg/㎠) pH
실시예 2 7 2.40 11.8
실시예 3 14 6.45 11.8
실시예 4 28 7.90 11.8
실시예 6 7 2.36 11.9
실시예 7 14 8.11 12.0
실시예 8 28 9.12 11.7
실시예 19 7 2.58 11.9
실시예 11 14 7.90 12.1
실시예 12 28 9.35 11.8
실시예 14 7 2.42 12.0
실시예 15 14 8.32 11.9
실시예 16 28 10.14 11.9
실시예 18 7 3.41 11.7
실시예 19 14 9.27 11.8
실시예 20 28 12.79 11.7
실시예 22 7 3.43 11.8
실시예 23 14 9.53 11.7
실시예 24 28 12.19 11.8
실시예 26 7 1.72 11.7
실시예 27 14 7.19 11.8
실시예 28 28 8.21 11.8
실시예 30 7 2.31 11.8
실시예 31 14 6.88 11.8
실시예 32 28 8.42 11.8
상기 실시예에 의하면, 안정화제로서 생석회를 미소화 슬러지에 첨가하자 미소화 슬러지 내의 물과 CO2가 반응하여 빠르게 Ca(OH)2와 Ca(HCO3)2의 미립자로 되어 pH가 상승하여 12 이상을 유지하는 것으로 나타났다. 이것은 EPA에서 제시하는 안정화 기준을 만족하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 안정화제로 생석회를 이용하기 때문에 이들 석회 성분이 미소화 슬러지내의 수분과 반응하게 되면 화학 반응이 일어나면서 pH 상승 및 열이 발생하게 된다. 이에 따라 미소화 슬러지 내의 미생물의 활동이 억제되며 이로 인해 유해병원균의 수도 크게 감소함을 알 수 있다. 즉, 초기에는 120,000 MPN/g을 나타내던 미소화 슬러지가 생석회 혼합후 1,000 ~ 3,500 MPN/g 정도로 감소하는 것을 알 수 있다.
이 결과는 EPA에서 제시하는 등급 B의 안정화 기준을 만족하는 것이고, 앞서 언급한 pH 변화와 함께 생석회를 이용한 미소화 슬러지의 안정화를 입증하는 근거라고 할 수 있다.
또한, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이 생석회와 전로슬래그를 첨가하여 고화 처리시킨 미소화 슬러지는 일축 압축 강도가 전체적으로 0.5 kg/㎠을 모두 상회하는 값이므로 매립지 복토재로 지장이 없을 것으로 보이며, 또 전반적으로 pH 11.3 ~ 12.1 부근의 값을 보이기 때문에 지정 폐기물 판정 기준인 pH 12.5 이하의 규제를 만족시키며, 또한 고화 처리된 미소화 슬러지의 위생 매립지 복토 재료로의 사용에 있어서 pH에 의한 제약은 없을 것으로 판단된다.
실험예 1 : 중금속 용출 특성 측정 실험
안전화 처리후 고화 처리된 미소화 슬러지를 위생매립지 복토재로 사용할 경우, 안정화제와 고화제의 주입과 양생 등에 의해 미소화 슬러지의 물리ㆍ화학적인 성질이 변함에 따라 중금속 및 유해 물질이 용출될 가능성이 있다.
따라서, 고화 처리된 미소화 슬러지를 대상으로 미소화 슬러지에 비교적 많이 함유되어 있는 Cu, Pb, Cd, Cr6+의 4가지 항목에 대해 중금속 용출 실험을 수행하였다. 실험 결과는 다음 표 2와 같다.
표 2
(농도: mg/L)
Cu Pd Cd Cr6+
지정폐기물판정기준 3.0 3.0 0.5 1.5
실시예 2 0.55 0.27 0.11 ND
실시예 6 0.82 0.27 0.03 0.15
실시예 10 0.36 0.27 0.05 0.15
실시예 18 0.55 ND 0.05 ND
실시예 22 0.36 0.27 0.08 ND
실시예 26 1.09 ND 0.14 0.15
실시예 30 0.82 0.27 0.03 0.15
ND: 검출되지 않음
상기 표 2로부터, 고화 처리된 미소화슬러지는 Cu가 0.36 ~ 1.09 mg/L의 범위로 크게 나타났으나, 지정 폐기물 판정기준치인 3.0 mg/L 이하로 측정되었다. Pb, Cd, Cr6+는 각 혼합비에서 검출되지 않거나 0.27 mg/L 이하로 나타나 이것 역시 각 항목별 기준치 이내를 만족하고 있었다.
이 결과로부터 고화 처리된 미소화 슬러지가 위생 매립지 복토재로 이용하더라도 중금속 용출로 인한 2차 오염은 우려되지 않을 것으로 판단된다.
실험예 2: 1일 침수 전후의 중량 변화와 일축압축강도 변화 측정 실험
고화 처리된 미소화 슬러지를 위생 매립지의 복토재로 사용할 경우, 소요의 강도를 가져야 함과 동시에 강우, 적설 등의 침수에 의한 재슬러지화 현상과 강도 감소 현상이 발생하지 않아야 한다.
따라서, 본 실험예에서는 침수에 의한 고화체의 재슬러지화 현상과 강도 감소 현상의 발생 여부를 확인하기 위하여 상기 실시예에서 양생한 고화체에 대해 1일 침수 전후의 중량 변화와 일축 압축 강도 변화를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 3과 4에 나타내었다.
표 3
(중량 : g)
구분 중량변화
침수전 침수후 변화율(％)
실시예 2 219.03 216.54 -1.14
실시예 6 227.05 224.62 -1.07
실시예 10 217.36 214.76 -1.20
실시예 14 220.50 218.71 -0.81
실시예 18 224.07 222.03 -0.91
실시예 22 219.53 216.91 -1.19
실시예 26 204.93 203.62 -1.75
실시예 30 209.19 205.88 -1.58
표 4
(일축압축강도 : kg/㎠)
구분 일축압축강도
침수전 침수후 변화율(％)
실시예 2 2.40 2.35 -2.00
실시예 6 2.36 2.31 -2.03
실시예 10 2.58 2.51 -2.56
실시예 14 2.42 2.36 -2.77
실시예 18 3.41 3.32 -2.67
실시예 22 3.43 3.34 -2.59
실시예 26 1.72 1.68 -2.39
실시예 30 2.31 2.24 -3.25
그 결과, 예를 들어 실시예 10(생석회 : 15중량부, 전로슬래그 : 30중량부)의 방법으로 기건 양생한 고화체는 혼합시 1일 침수후 1.20％, 실시예 22(생석회 : 15중량부, 전로 슬래그 : 40중량부)는 혼합시 1일 침수후 1.19％, 실시예 30(생석회 : 15중량부, 전로 슬래그 : 20중량부)은 혼합시 1일 침수후 1.58％의 중량 감소를 나타내었다.
한편, 침수 전후의 일축 압축 강도의 변화와 관련해서는 실시예 10(생석회 : 15중량부, 전로슬래그: 30중량부)의 고화체인 경우는 1일 침수후 2.56％, 실시예 22(생석회 : 15중량부, 전로슬래그 : 40중량부)는 1일 침수후 2.59％, 실시예 30(생석회 : 15중량부, 전로 슬래그 : 20중량부)은 1일 침수후 3.25％의 강도 감소율을 나타내었다.
이상의 결과를 요약해 보면, 고화체의 침수 전후의 중량 변화나 일축 압축 강도 변화가 비교적 적은 감소율을 보였는데, 이것은 미소화 슬러지가 고화 처리에 의해 치밀한 결정 구조로 바뀌어 침수가 되어도 뚜렷한 수분의 흡수 현상이 발생하지 않은 것을 의미하는 것이다.
따라서, 고화 처리된 미소화 슬러지를 위생매립지에서 복토재로 이용하는 경우, 강우나 적설에 의한 침수에 재슬러지화나 강도 저하 현상은 매우 적을 것으로 판단된다.
본 발명에 의하면, 미소화 슬러지에 생석회의 적절한 혼합을 통해 안정화시킬 수 있고, 여기에 전로 슬래그를 고화제로 이용하여 고화 처리하는 경우, 기존의하수 슬러지 고화처리에 못지 않은 고화효과를 나타내게 된다.
따라서, 생석회의 안정화 처리와 전로 슬래그의 고화처리를 거친 미소화 슬러지는 위생 매립지의 복토재로서의 활용이 가능하며, 이것은 미소화 슬러지의 처리ㆍ처분의 적절한 대안으로 평가할 수 있다.

Claims (3)

  1. 미소화 슬러지 100중량부에 대해 생석회를 5중량부 내지 15중량부를 첨가하여 상기 미소화 슬러지를 안정화시키고, 안정화된 미소화 슬러지에 고화제로서 전로 슬래그를 상기 미소화 슬러지 100중량부에 대해 20 내지 40중량부를 첨가하여 상온에서 기건 양생시키는 것에 의해 고화 처리하는 것을 특징으로 하는 생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화 및 고화 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안정화는 반응 시간을 0.5 내지 2시간으로 하고, pH를 12 이상으로 유지한 상태에서 실시하는 것을 특징으로 하는 생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화 및 고화 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 양생은 5일 내지 28일 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 생석회와 전로 슬래그를 이용한 미소화 슬러지의 안정화 및 고화 처리 방법.
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