KR20040075498A

KR20040075498A - 폐기물을 이용한 고화제 제조방법 및 고화제를 이용한유기성 오니의 고화처리 방법

Info

Publication number: KR20040075498A
Application number: KR1020030011023A
Authority: KR
Inventors: 김진철
Original assignee: 김진철
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-08-30
Also published as: KR100584219B1

Abstract

본 발명은 폐기물을 이용한 고화제 제조방법 및 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법에 관한 것으로, 그 목적은 사업장 폐기물을 고화재로 재활용하여 자원낭비와 환경오염을 방지함과 더불어 유기성 오니를 보다 저렴한 비용으로 고화 처리할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 고화제 제조방법에 의하면, 폐석회와 폐석고와, 소각재와, 폐석분과 같은 사업장 폐기물을 통해 고화제가 제조된다. 이에 따라 사업장 폐기물을 고화제로 재활용함으로써 자원낭비와 환경오염을 방지할 수 있는 작용효과가 있으며, 아울러 고화제를 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 이점이 있다. 그리고 본 발명에 따른 유기성 오니의 고화처리 방법에 의하면, 사업장 폐기물을 통해 제조된 고화제를 통해 케이크 형태의 유기성 오니가 고화처리됨으로써, 유기성 오니의 처리비용을 월등하게 줄일 수 있다. 또한, 유기성 오니의 고화물을 인공토사(복토재)로 사용할 수 있으며, 이로 인해 부족한 토사 채취에 따른 환경파괴를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

폐기물을 이용한 고화제 제조방법 및 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법{SCRAPPED MATERIAL USED SOLIDITY MANUFACTURE METHOD AND TREATMENT METHOD OF ORGANIC SLUDGE}

본 발명은 폐기물을 이용한 고화제 제조방법 및 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐석회, 폐석분 등과 같은 사업장 폐기물을 혼합하여 이를 재활용하는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법 및 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사업장 폐기물은 아파트 등을 재건축하거나, 소다회 및 비료 제조공장, 고무원료 제조공장, 종이공장 등에서 발생되는 부산물로서, 산업이 발달함에 따라 그 생산량 역시 증가되는 추세이다. 이러한 사업장 폐기물의 처리방법은 현재 매립, 소각하거나 또는 야적에 의존하고 있는 추세이다.

그러나 이러한 사업장 폐기물은 비중이 낮고 악취와 분진이 발생됨으로써, 이를 야적하는 경우 주변 환경을 크게 오염시키는 문제점이 있다. 그리고 사업장 폐기물을 매립하는 경우에는 매립장 확보의 어려움과 매립에 따른 폐해도 상당하며, 대부분의 사업장 폐기물이 어떠한 형태로든 재활용이 가능하다는 점을 감안할 때 매립에 의한 폐기물 처리는 상당한 자원낭비이다.

또한, 하수종말처리장 등에서 발생되는 케이크 형태의 하수 슬러지인 유기성 오니(汚泥)는 매립, 해양투기, 소각 등의 방법으로 처리하였다. 즉, 유기성 오니는 하수, 산업폐수, 분뇨를 무산소성 생물을 이용하여 분해 처리하는 과정에서 발생되는 폐기물로써 다량의 함수분과 악취를 내포하고 있다.

이러한 유기성 오니를 매립 처리하는 경우에는 악취, 침출수 문제, 매립장의 안정화 지연, 매립작업의 지연 등의 많은 문제점을 가지고 있다. 반면에, 유기성 오니를 해양 투기하는 경우에는 매립 처리에 비해 10 ~ 20% 저렴하다는 장점이 있지만, 해양 환경오염의 커다란 원인이 된다. 또한, 유기성 오니를 소각처리하는 경우에는 상당한 처리 비용이 발생되는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 사업장 폐기물을 재활용하여 자원낭비와 환경오염을 방지할 수 있는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법을 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 폐기물로 제조된 고화제를 이용하여 케이크 형태의 유기성 오니를 고화 처리함으로써 처리비용을 줄임과 동시에 환경오염을 방지할 수 있는 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 고화제의 제조공정을 보인 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고화제의 성분을 보인 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 공정을 보인 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따라 처리된 유기성 오니 고화물의 폐기물 시험성적서 사본을 보인 것이다.

도 5는 본 발명에 따라 처리된 유기성 오니 고화물의 함수비 시험성적서 사본을 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

S1..혼합단계

S2..건조단계

S3..분쇄단계

S4..고형제 혼합단계

S5..혼합단계

S6..양생단계

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 고화제 제조방법은; 폐석회와, 폐석고와, 소각재와, 폐석분과, 규산소다 희석액을 혼합하는 혼합단계와; 이 혼합단계를 거친 후 혼합물을 건조하여 함수분을 제거하는 건조단계와; 이 건조단계를 거친 혼합물을 분쇄기를 통해 분말 형태로 분쇄하는 분쇄단계와; 이 분쇄단계를 통해 분쇄된 분말 혼합물에 시멘트를 혼합하는 고형제 혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법은; 상기와 같은 방법으로 제조된 고화제를 유기성 오니와 혼합한 후 양생시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 고화제 제조방법은 사업장 폐기물을 규산소다 희석액과 혼합하는 혼합단계(S1)와, 이 혼합단계(S1) 이후에 혼합물에서 함수분(含水分)을 제거하는 건조단계(S2)와, 이 건조단계(S2)를 거친 후 혼합물을 분쇄하는 분쇄단계(S3)와, 분쇄된 분말 혼합물에 고형제인 시멘트를 혼합하는 고형제 혼합단계(S4)를 포함하고 있다.

혼합단계(S1)는 혼합기(믹서기)를 통해 건축 폐재료와 같은 사업장 폐기물을 규산소다 희석액과 적정한 비율로 혼합하는 공정이다.

즉, 혼합기에 사업장 폐기물인 폐석회와, 폐석고(폐티탄석고)와, 소각재와, 폐석분을 넣고 혼합하면서 혼합물을 만들며, 이러한 과정에서 규산소다 희석액을 살포 혼합한다. 이러한 사업장 폐기물들은 수분흡수, 흡착, 발열 등의 가지고 있는 것으로, 본 발명의 실시 예에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 폐석회와, 폐석고와, 소각재와, 폐석분과, 규산소다 희석액을 혼합물 전체 중량에 대해 30% : 20% : 20% : 20% : 10%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.

이러한 사업장 폐기물을 통한 고화제의 제조 시 혼합물들의 배합비율이 중요하기 때문에, 사업장 폐기물들과 규산소다 희석액을 별도로 준비한 후 혼합하는 것이 바람직하다.

다음의 [표 1]은 사업장 폐기물 및 시멘트의 화학적 성분을 보인 것이다.

[표 1]. 폐기물 및 시멘트의 화학적 성분

	함량(단위 %)
	CaO	SiO₂	CaCO₃	Fe₂O₃	MgO	SO₃	AL₂O₃	CaSo₄	CaCl₂	H₂O	기타
폐석회	8	4	23	-	8	-	-	5	3	43	나머지
폐석고	20.8	4.10	-	10.1	-	32.0	0.45	-	-	42.2	나머지
소각재	14.46	34.4	-	3.95	-	-	8.03	-	-	-	나머지
시멘트	64.8	22.0	-	3.0	1.4	1.9	5.5				나머지

상기 [표 1]에서 보인 바와 같이, 사업장 폐기물인 폐석회와 폐석고 및 소각재는 유기성 오니와 혼합하여 흡수 및 발열반응, 수화반응, 이온교환반응 등에 의해 슬러지가 안정화될 수 있는 화학적 성분을 가지고 있다.

또한, 사업장 폐기물들을 혼합하는 과정에서 살포되는 규산소다 희석액은 물과 규산소다를 대체로 1 : 1의 비율로 혼합하는 것이 바람직한데, 이는 혼합물의 경화를 촉진시키기 위한 것이다.

건조단계(S2)는 규산소다 희석액이 혼합된 혼합물을 건조하여 함수분을 제거하는 공정으로, 이것은 자연 건조하는 1차 건조단계(S2a)와, 열 건조기를 통한 2차 건조단계(S2b)로 나뉘어 진행된다. 1차 건조단계(S2a)에서는 규산소다 희석액이 혼합된 혼합물을 2 ~ 3일 동안 자연 건조시키면 자체 발열기능으로 수화되면서 함수분이 25% 정도까지 떨어진다. 이와 같이, 자연건조에 의해 함수분을 줄이는 것은 열 건조비용을 보다 줄이기 위함이다. 그리고 1차 건조단계(S2a)를 거친 혼합물은 열 건조기를 통해 2차로 건조된다. 즉, 2차 건조단계(S2b)에서는 1차 건조를마친 혼합물을 내부 온도가 약 200도 정도로 유지되는 열 건조기를 대략 25 내지 35초 동안 통과시켜 함수분을 제거하는 것이다. 따라서 혼합물의 함수분은 1차와 2차 건조과정이 진행되면서 10% 이하로 떨어진다.

그리고 분쇄단계(S3)는 혼합물을 분쇄하여 흡수와 흡착이 용이한 상태로 만들어 주는 공정이다. 즉, 혼합물은 약한 강도를 갖고 큰 고형물이 없기 때문에, 로울러 방식의 분쇄기를 통해서도 용이하게 분쇄된다. 이와 같이, 혼합물을 분말상태로 만드는 것은 기능을 최대화하기 위함이다.

또한, 고형제 혼합단계(S4)는 분말형태의 혼합물에 고형제인 시멘트를 10 ~ 15% 정도 혼합하는 것이다. 즉, 분쇄된 혼합물은 자체의 고화기능이 미약하기 때문에, 고화제 전체 중량에 대해 10 ~ 15%의 시멘트를 혼합한다.

이러한 사업장 폐기물들 및 규산소다 희석액을 혼합하는 혼합단계(S1) → 혼합물을 건조하여 함수분을 제거하는 건조단계(S2) →건조된 혼합물을 분말형태로 분쇄하는 분쇄단계(S3) → 분말 혼합물에 고화기능이 향상되도록 고형제(시멘트)를 혼합하는 고형제 혼합단계(S4) 등과 같은 일련의 단계를 거치면, 사업장 폐기물을 이용하여 흡수, 흡착, 발열기능이 월등한 고화제가 제조된다.

즉, 폐기물을 고화제의 원료로 재생하는 원리는 다음과 같다.

먼저, 산성의 고화제(시멘트)가 폐석회(pH 11.9 ~ 12.1 강알카리성)의 pH 중화 및 혼합을 용이하게 한다. 또한, 폐기물의 함유된 성분 중(표 1참조) SiO₂및 Al₂O₃는 석회와 화학적으로 반응하여 켈레나이트 수화물(2CaO - Al₂O₃- SiO₂- nH₂O)등을 생성하는 포졸란 반응을 일으켜 혼합물이 경화된다.

그리고 혼합물의 성분 중 CaO는 H₂O와 반응하여 Ca(OH)₂로 되어 혼합물을 응집시켜 발열 반응과 수화 반응을 거쳐 함수비를 저감시킨다. 이 때, 고화제의 성분 중 CaCl₂가 CaO을 자극하여 경화가 촉진되고, 혼합물의 성분 중 Fe₂O₃가 공기 중의 산소와 반응하여 자연 양생의 공정을 거친 혼합물은 황갈색으로 pH와 함수분이 안정화된 고형물이 된다.

계속하여, 이러한 고형물을 다시 분쇄공정을 거쳐 분말형태로 만들어 줌으로써, 흡수, 흡착, 경화촉진의 기능을 갖는 고화제가 제조된다.

다음에는 이와 같이 제조된 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법 및 이에 따른 작용효과를 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 유기성 오니의 고화처리 방법은 도 3에 도시한 바와 같이, 고화제와 유기성 오니의 혼합단계(S5)와, 이 혼합단계(S5) 이후에 자연 건조시키는 양생단계(S6)로 진행된다.

혼합단계(S5)는 상기와 같은 방법으로 제조된 고화제를 유기성 오니(하수종말처리장 등에서 발생되는 케이크 형태의 슬러지)와 혼합한다. 이 때, 유기성 오니와 고화제의 고른 혼합을 위해 스크류 방식을 혼합기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 고화제와 유기성 오니를 대체로 3.5 ~ 6.5의 비율로 혼합한다.

그리고 양생단계(S6)는 고화제와 유기성 오니 혼합물을 양생, 즉 건조시키면 고화물로 되어 인공토사로 사용할 수 있다. 이러한 고화물은 자연건조 방식으로건조되어 함수율 45%와 일축 압축강도 0.45kg/cm²를 유지하기 까지 대략 2일 정도의 시간이 소요되며, 토사가 부족한 매립지 등에 인공토사로 사용할 수 있다. 즉, 고화물을 매립장에서 쓰레기를 묻고 그 위를 덮는 복토재로 사용할 수 있다.

이러한 유기성 오니의 고화처리는 폐기물로 제조된 고화제를 통해 유기성 오니와 혼합하여 흡수 및 발열반응, 수화반응, 이온교환반응 등에 의해 슬러지가 안정화되면서 고화되는 것으로, 이의 고화처리 원리는 다음과 같다.

먼저, CaO, SiO₂, Al₂O를 주성분으로 하는 고화제의 성분 중 CaO가 유기성 오니의 H₂O와 반응하여 Ca(OH)₂로 되어 흡수반응과 발열반응에 의하여 함수비가 저하된다

그리고 유기성 오니 중에 음이온으로 대전되어 있는 점토입자의 표면에 부착된 수소이온(H⁺), 나트륨이온(Na⁺), 칼륨이온(K⁺) 등과 석회 용해 시 발생하는 Ca⁺²이 서로 이온 교환되어 점토입자 표면의 대전반발력이 감소되어 입자가 응집 단립화 되므로 비표면적이 축소되어 중금속의 융출을 억제시킨다.

또한, 유기성 오니 중의 점토입자와 콜로이드를 형성하고 있는 SiO₂및 Al₂O₃는 석회와 화학적으로 반응하여 CaO - SiO₂- Al₂O₃및 켈레나이트 수화물(2CaO - Al₂O₃- SiO₂- nH₂O) 등을 생성하는 포졸란 반응을 일으키면서 경화되어 강도를 증진시킴으로써, 최종 생산물(고화물)의 함수분, 유해물질, 일축압축 강도를 안정화시킨다.

이와 같이, 사업장 폐기물로 제조된 고화제를 통해 유기성 오니를 고화 처리함으로써, 자원 재활용은 물론이며 유기성 오니의 고화처리 비용을 월등하게 줄일 수 있다.

다음에는 [표 2]를 참조하여 유기성 오니 고화처리 효과를 다시 한 번 설명한다.

[표 2]. 본 출원인이 본 발명에 따른 고화제를 이용하여 유기성 오니를 고화 처리한 고화물의 유해물질 용출시험 결과

	용출량(단위 ppm)
	Cu	Pb	Cr⁺⁶	Cd	As	Hg	CN
고화물	0.474	0.090	불검출	불검출	불검출	불검출	불검출

상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 고화제를 통해 유기성 오니를 고화처리하면, 고화물은 유해물질 함수분 등이 복토재의 기준에 적합함을 알 수 있다.

즉, 실제로 본 출원인은 도 4에 첨부한 바와 같이, 유기성 오니 고화물을 복토재로 사용 가능함을 입증 받았다.

또한, 도 5에 첨보한 바와 같이, 본 발명에 따라 처리된 유기성 오니 고화물의 함수비를 시험한 결과, 자연상태에서 3일정도 양생시킴에 따라 함수비가 31.0%까지 저함됨을 알 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이; 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 고화제 제조방법에 의하면, 폐석회와 폐석고와, 소각재와, 폐석분과 같은 사업장 폐기물을통해 고화제가 제조된다. 이에 따라 사업장 폐기물을 고화제로 재활용함으로써 자원낭비와 환경오염을 방지할 수 있는 작용효과가 있으며, 아울러 고화제를 보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기성 오니의 고화처리 방법에 의하면, 사업장 폐기물을 통해 제조된 고화제를 통해 케이크 형태의 유기성 오니가 고화처리됨으로써, 유기성 오니의 처리비용을 월등하게 줄일 수 있다. 또한, 유기성 오니의 고화물을 인공토사(복토재)로 사용할 수 있으며, 이로 인해 부족한 토사 채취에 따른 환경파괴를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims

폐기물을 이용한 고화제를 제조하는 방법에 있어서,

폐석회와, 폐석고와, 소각재와, 폐석분과, 규산소다 희석액을 혼합하는 혼합단계와,

상기 혼합단계를 거친 후 혼합물을 건조하여 함수분을 제거하는 건조단계와,

상기 건조단계를 거친 혼합물을 분쇄기를 통해 분말 형태로 분쇄하는 분쇄단계와,

상기 분쇄단계를 통해 분쇄된 분말 혼합물에 시멘트를 혼합하는 고형제 혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 혼합단계에서는 폐석회와, 폐석고와, 소각재와, 폐석분과, 규산소다 희석액이 대체로 3 : 2 : 2 : 2 : 1의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법.
제 2항에 있어서,

상기 혼합단계의 규산소다 희석액은 물과 규산소다가 대체로 1:1의 비율로 혼합되며; 폐석회와, 폐석고와, 소각재와, 폐석분을 혼합하는 과정에서 살포되는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 건조단계는,

혼합물을 2 ~ 3일 동안 자연 건조시켜 함수분을 1차로 제거하는 1차 건조단계와,

상기 1차 건조단계 이후에 혼합물을 200도 정도의 열건조기를 대략 25 ~ 35초 동안 통과시켜 함수분을 2차로 제거하는 2차 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 고형제 혼합단계에서는 시멘트를 전체 고화제 전체 중량에 대하여 10 ~ 15% 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항의 방법으로 제조된 고화제를 유기성 오니와 혼합한 후 양생시키는 것을 특징으로 하는 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법.
제 6항에 있어서,

상기 고화제와 유기성 오니를 대체로 3.5 : 6.5의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 고화제를 이용한 유기성 오니의 고화처리 방법.