KR20040101128A

KR20040101128A - 이탄과 석탄회나 소각회를 이용한 하·폐수, 분뇨, 녹조, 적조처리 정화제의 제조방법

Info

Publication number: KR20040101128A
Application number: KR1020040087923A
Authority: KR
Inventors: 서희동; 서영진; 서영준
Original assignee: 서희동
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2004-12-02
Also published as: KR100464866B1

Abstract

본 발명은 하·폐수, 분뇨처리, 녹조, 적조처리에 사용하는 정화제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 석탄회나 소각회를 90∼180℃에서 알칼리처리후 풀브산(Fulvic aid) 함량이 높은 해양성동·식물이 퇴적되어 생성된 이탄(Peat)을 혼합하고 산을 가해서 pH를 2.0∼2.5로 유지하면서 90∼100℃로 가열하면서 교반반응을 하여 킬레이트(Chelate)성풀브산미네랄(Minerals)착염이 다량 함유된 부식토(Humus soil)를 만들고, 이에 과산화수소(H₂O₂)와 황산제일철(FeSO₄)을 당량 대 당량의 비율로 주입하여 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential ; ORP) 값을 +300∼+350mV범위로 조정하면서 반응을 하여 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)미네랄착염 및 산화효소(Oxidase) 등이 다량 함유된 활성화된 부식토(Activated humus soil)를 만들어 하·폐수처리, 분뇨처리에 정화제로 사용하거나 녹조, 적조의 예방 및 처리제로 사용한다.

본 발명의 활성화된 부식토는 질소, 인 제거 효율이 매우 우수하기 때문에 질소, 인의 농도가 높은 축산폐수, 분뇨처리에 유용하게 이용할 수 있으며, 특히 녹조, 적조의 예방 및 처리에 효과가 있기 때문에 이들 분야에 널리 이용될 것으로 본다.

Description

이탄과 석탄회나 소각회를 이용한 하·폐수, 분뇨, 녹조, 적조처리 정화제의 제조방법{Purifying agent manufacturing method for treatment of sewage, wastewater, night soil, red tide, green algal ... etc by using peat and fly ash or cinder}

본 발명은 석탄회나 소각회를 1차 알칼리 수용액에서 90∼180℃로 가열하면서 교반반응을 하여 제올라이트로 안정화처리를 한 후 수세한 것에 풀브산(Fulvic acid) 함량이 높은 해양성 동·식물 및 규조류가 퇴적되어 생성된 이탄(Peat)을 무기물/유기물의 무게비가 1∼1.25 비율로 혼합하여 90∼100℃로 가열을 하면서 산을 주입하며 pH를 2.0∼2.5로 조정한 상태에서 4시간이상 교반반응을 하여 킬레이트(Chelate)성풀브산미네랄착염이 다량 함유된 부식토(Humus soil)를 만든 다음에 온도를 상온으로 냉각한 후 과산화수소(H₂O₂)와 황산제일철(FeSO₄)을 당량 대 당량으로 공급하여 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential ; ORP)값이 +300∼+350mV로 조정한 다음 2개월 이상 숙성하면 과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)미네랄착염, 산화효소(Oxidase)와 기타 활성화된 물질이 다량 함유된 활성화된 부식토(Activated humus soil)를 만들어 이들을 하·폐수처리, 분뇨처리의 정화제로 사용하던가 녹조, 적조의 예방 및 처리의 정화제로 사용하는 방법에 관한 것이다.

분뇨나 축산폐수와 같이 유기물과 질소, 인과 같은 오염물질의 농도가 높은 폐수에 시리카(Siliga)를 함유한 첨가제를 사용한 일본특허공개번호 2001 -179284호와 평(平)11-033590호의 경우 단순응집 또는 첨가제의 목적으로 유입폐수에 주입하여 처리를 하였으나 처리효율을 크게 향상하지는 못하였다.

그리고, 시리카 성분을 함유한 부석(Pumice)과 부식물질을 주체로 하는 토양성형체를 이용한 일본특허공개번호 평(平)10-034175호와 평(平)07-100470호의 경우에는 폐수 중 유기오염물질과 질소, 인과 같은 영양물질을 부식화반응에 의해서 처리를 하였으나 부식화반응의 경우 질소화합물은 부식전구물질에 부동화(Immobilization)되어 잉여오니로 배출하여 제거되는데, 기체상태의 질소(N₂)가스(Gas)로 탈질처리되는 것으로 보았으며, 부식화반응이 원활하게 일어나기 위해서는 산화환원전위(ORP)값을 적절히(+250∼+350mV) 조절하여야 하는데 산화환원전위값의 조정을 전혀 고려하지 않는 등 메커니즘(Mechanisms)을 잘못 파악한 처리공정으로서 처리효율을 크게 향상할 수 없었다.

적조, 녹조처리 방법으로서는 황토를 이용하는 방법으로 대한민국특허 공개번호 1998-033476호, 1999-083053호 및 1999-085575호가 있으며, 이외에도 전기적인 방법, 길항미생물을 이용하는 방법, 불포화지방산을 살포하는 방법, 세라믹제를 살포하는 방법 등 다양한 방법이 제시되어 있으나 경제적이면서 효율적으로 처리할 수 있는 방법은 없는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 양이온치환용량(Cation exchange capacity ; CEC)과 음이온치환용량(Anion exchange capacity ; AEC)이 높은 정화제를 하·폐수처리, 분뇨처리나 녹조, 적조 발생지역에 살포하여 유기산, 질소, 인, 중금속과 같은 이온성물질을 흡착 결합하여 물에 불용성인 고형물질로 전환하여 처리를 함으로써 경제적이면서 효율적으로 처리하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 소각로에서 배출되는 소각회나 화력발전소에서 배출되는 석탄회를 1차 알칼리 처리를 한 것에 이탄을 혼합하여 산처리를 한 후 과산화수소와 황산제일철을 주입하여 킬레이트성과산화풀브산미네랄착염과 산화효소와 같은 활성물질이 다량 함유된 활성화된 부식토인 정화제를 만들어 하·폐수처리, 분뇨처리에 살포하면 조류번식에 영양물질인 질소, 인과 유기산, 중금속과 같은 이온성물질을 흡착 결합하여 물에 불용성물질로 전환하므로 경제적이면서 효율적으로 처리할 수 있는 특징이 있다.

도 1은 정화제 제조 공정도

본 발명에서 원료로 사용하는 석탄회(Fly-ash)나 소각회는 석탄이나 산업폐기물의 연소시 불연성 회(灰)성분이 연소온도가 광물질의 융점(1400∼1450℃) 이상인 1500∼1700℃로 연소될 때 물엿과 같은 상태로 용융되었다가 냉각되면서 구상(球狀)의 비정질무수규산알루미늄(Non-crystalline anhydrate alumino-silcate)으로 된다.

석탄회의 성분은 원료 석탄의 종류에 따라서 약간의 차이가 있으나 대개 SiO₂와 Al₂O₃가 70∼80％ 정도 존재하며, 이외의 성분으로는 Fe₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, Na₂O, K₂O 등이 소량 함유되어 있는 점토질(粘土質) 토양의 조성과 유사하다.

그러나 회가 점토토양과 다른 점은 점토질 토양은 결정질의 규산알루미늄염(Alumino-silicate)의 광물인데, 석탄회나 소각회는 연소시 에너지를 받아 용융되었다가 냉각되면서 비정질무수규산알루미늄이 되면서 대부분 미네랄 성분이 활성화되어 있다.

이중 알칼리금속 및 알칼리토금속의 일부는 유리 산화물의 형태로 존재하기 때문에 수용액에서 가수분해하여 알칼리성이 된다.

석탄회 또는 소각회에 가성소다(NaOH), 탄산소다(Na₂CO₃), 소석회(Ca(OH)₂) 와 같은 알칼리성물질의 4∼8N 정도의 수용액을 가하고, 90∼180℃로 가열하면서 8∼24시간 교반반응을 하면 제올라이트(Zeolite)로 전화된다.

제올라이트로 전환반응이 완료되면 탈수처리후 수세를 한 다음 황산(H₂SO₄), 염산(HCl)과 같은 산성의 수용액을 가해서 pH를 3.5∼6.5로 조정하고 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 비정질화수규산알루미늄염의 형태인 알로페인[(1∼2)SiO₂·Al₂O₃·(2.5∼3)H₂O]이나 준정질화수규산알루미늄염의 형태인 이모고라이트[(OH)₃·Al₂O₃·SiOH]로 전환된다.

석탄회와 같이 규반비(SiO₂/ Al₂O₃중량비)가 2∼3인 경우 pH를 5.0∼6.0의 약산성에서 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 주로 알로페인(Allophane)질이 생산되며, 소각회와 같이 규반비가 1.0 정도로 낮은 경우 pH를 3.5∼4.5를 조정하고 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 주로 이모고라이트(Imogolite)가 생산된다.

제올라이트는 암모늄이온(NH₄ ⁺), 금속이온과 같은 양이온만 치환하는 능력이있는데 반해서, 알로페인과 이모고라이트는 암모늄이온(NH₄ ⁺), 중금속이온과 같은 양이온치환능력(CEC ; Cation exchange capacity)과 유기산, 인산과 같은 음이온치환능력(AEC ; Anion exchange capacity)을 동시에 가지고 있다.

그리고 석탄회나 소각회를 ④의 반응에서와 같이 알칼리상태에서 고온처리를 하여 제올라이트로 전환후 수세한 것에 이탄을 무기물/유기물의 무게 비가 1.0∼1.25의 비율로 혼합하고 산을 가해서 pH를 2.0∼2.5로 조정하여 90∼100℃로 가열하면서 4시간이상 교반반응을 하면 이탄중 풀브산(Fulvic acid)이 유리(遊離)되며, 제올라이트는 알로페인 및 이모고라이트로 전환되면서 풀브산과 반응하여 킬레이트성풀브산미네랄착염 형태의 부식토(腐植土)가 생성된다.

상온으로 냉각한 다음 킬레이트성풀브산미네랄착염에 과산화수소(H₂O₂)와 황산제일철(FeSO₄)을 가해 산화환원전위(ORP ; Oxidation reduction potential)값이 +300∼+400mV로 조정하면서 2시간정도 교반반응을 한 다음 2개월이상 숙성을 하면 킬레이트성과산화풀브산착염, 산화효소(Oxidase)와 기타 활성물질이 다량 함유된활성화된 부식토(Activated humus soil)가 생성된다.

전술한 활성화된 부식토는 양이온치환능력과 음이온치환능력을 함께 가지고 있으면서, 토양미생물에 미네랄공급을 원활하게 함으로써 토양의 부식화미생물(대사산물 중에 폴리페놀화합물을 배설하는 미생물) 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물의 생육을 활발하게 하며, 자체산화기능, 산화탈취의 촉매기능, 유기물질을 물에 불용성이면서 비휘발성의 부식물질로 전환하는 부식화반응을 촉진하는 촉매기능 등을 가지고 있다.

따라서, 활성화된 부식토를 하·폐수처리, 분뇨처리의 생물학처리공정에 0.00006∼0.06％ 정도 공급하면 BOD, COD, 질소, 인과 같은 오염물질의 제거효율을 향상하면서 시스템(System) 전체에서 악취발생을 저감할 수 있기 때문에 정화제로 사용한다.

녹조, 적조발생 지역에도 활성화된 부식토를 살포하면 조류의 영양소가 되는 질소, 인 및 조류자체를 흡착 결합하여 고착화하여 침전되면서, 조류와 상호길항(Antagonism) 및 경합(Competition) 관계에 있는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물이 우점적으로 생육하는 환경분위기가 됨으로써 녹조, 적조의 발생을 예방 또는 처리에 정화제로 사용한다.

[실시 예1]

슬러지(Slurry) 돈사에서 배출되는 축산폐수 15㎥/일을 2단 활성오니로 처리하는 공정에 석탄회를 알로페인질로 전환한 것을 5000ppm 정도 주입하면서 운전한 결과와 활성화된 부식토(활성부식토)를 50ppm 주입하면서 운전한 결과는 표 1의 내용과 같다.

[실시 예2]

녹조가 발생한 저수지에 알로페인 및 이모고라이트 50∼60ppm과 활성화된 부식토를 정화제로 1∼2ppm 농도로 격일로 3회 살포한 결과 1주일 후 녹조는 완벽하게 처리되었다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 하·폐수, 분뇨의 처리에서 활성화된부식토는 질소, 인과 같은 영양물질과 유기오염물질(BOD 및 COD)의 처리효율을 향상하며, 녹조, 적조에서도 질소, 인과 같은 영양물질의 제거효율이 우수하기 때문에 이들 분야의 정화제로 널리 이용될 것으로 기대된다.

Claims

하·폐수처리, 분뇨처리, 녹조나 적조처리에서 석탄회 또는 소각회를 알칼리수용액에서 90∼180℃로 가열하면서 8∼24시간 교반반응을 하여 제올라이트로 전환한 것을 탈수 수세한 후 이탄(Peat)을 무기물/유기물의 무게 비로 1.0∼1.25의 비율로 혼합한 다음에 산을 가해서 pH를 2.0∼2.5로 조정한 후에 90∼100℃로 가열하면서 4시간 교반반응을 하여 킬레이트(Chelate)성풀브산(Fulvic acid)미네랄(Minerals)착염을 다량 함유한 부식토(Humus soil)를 만들고, 이를 상온으로 냉각한 다음에 과산화수소(H₂O₂)와 황산제일철(FeSO₄)을 가해서 산화환원전위(ORP)값이 +300∼+350mV범위로 조정하면서 2시간 교반반응을 한 후에 2개월 숙성하여 킬레이트성과산화풀브산(Peroxyfulvic acid)미네랄착염, 산화효소(Oxidase)와 기타 활성화된 물질을 다량 함유한 활성화된 부식토인 정화제를 제조하는 방법.