KR20060088610A - 오·폐수 슬러지 재활용용 분산재 및 혼화재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬러지를 재활용하고 지속가능발전 사회 구축이라는 국가 환경정책을 배경으로 완성된 것으로, 재활용이라는 기본 개념으로 분산, 탈수에 이용함으로서 재활용의 자원적 효과와 생명체에 저해한 분산재와 혼화재를 사용함으로서 유해한 악취와 살균, 중금속 제거, 염소제거, 합성세제 제거, 탈황, 탈산 등의 정화된 물이 제공되는 분산재 및 혼화재에 관한 것이다. 본 발명에 따른 분산재와 혼화재는 단시간내의 화학반응으로 유해성 병원균제거, 악취제거, 세정효과, 중금속제거, 염소제거등으로 슬러지의 복토화와 토지개량제(부숙토)로서 사용되게 할 수 있는 유리한 효과가 있다.
슬러지, 분산재, 혼화재, 부숙토

Description

오·폐수 슬러지 재활용용 분산재 및 혼화재{Dispersion compound and mixing compound for recycling sludge in sewage and wastewater}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 슬러지를 복토화 및 토지개량제로서 재활용하기 위해 슬러지처리시 혼합되는 분산재 및 혼화재에 관한 것이다.
[종래 기술]
우리나라의 경우 급속한 경제발전에 따라 산업폐수와 생활하수가 급격히 증가하였으며 이로 인하여 오·폐수 슬러지 역시 급격히 증가하는 추세이다.
현재 일부 특정처리 시설을 통하여 오탁물을 제거하고 비교적 깨끗한 물과 슬러지를 바다로 보내어 수질을 보호하고 쾌적한 환경을 만들어 주고 있지만 그 처리과정에서 슬러지 농축물은 2005년 1월 1일부터 직매립이나 해양투기등을 못하도록 단계적으로 법제화되었다. 더욱이 중국의 양자강에 쌍사라는 거대한 댐이 건설된다면 서해는 사해가 될 정도로 함수량이 감소하게 되어있다. 이와같은 쌍사댐의 건설 역시 향후의 해양투기를 금지케 하는 중대한 요인이 된다.
따라서 새로운 슬러지 처리방법이 절실히 요구되는바 본 발명은 슬러지를 토 지개량제, 매립용부토, 간척용과 화단 조성용등 부숙토로서 재활용케하는 데 그 목적이 있다. 뿐만 아니라 본 발명은 지속가능한 발전의 사회구축이라는 국가 환경정책을 배경으로 계속적인 연구결과 개발되었다.
본 발명에서는 오·폐수 처리시설에서 혐기성 미생물을 이용하여 슬러지중에 유기물을 분해시켜 슬러지의 부피를 줄이고 농축된 슬러지를 탈수시켜 케이크상태로 처분하던 것을 상온에서 간단히 분해탈취, 살충, 중금속 제거 정화되는 생물체에 무해한 혼화재를 혼합하여 줌으로서 난분해성 슬러지를 토지개량제, 매립용 복토, 간척용과 화단조성등의 부숙토로 재활용 할 수 있게 하는 방법이다.
즉, 출원인은 오·폐수 슬러지를 다양한 물성의 폐기물과 응집재등의 산물로 케이크형태로 되어 있는 분해와 분산이 이루어진 다음 수분 제거와 악취, 살충, 중금속 제거 및 정화등이 완전하게 이루어지는 분산재와 혼화재를 발명하였다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 슬러지를 복토화 및 토지개량제로서 재활용하기 위해 슬러지처리시 혼합되는 분산재 및 혼화재를 제공한다.
본 발명에 따른 분산재는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화철, 산화마그네슘 및 미량의 인, 질소등으로 구성되며, 그 함량은 다음 표 1과 같다.
표 1
분산재의 구성성분 및 함량
성 분 함 량(%)
1 이산화규소(SiO2) 50 ~ 60
2 산화알루미늄(Al2O2) 25 ~ 30
3 산화칼슘(CaO) 2 ~ 15
4 산화철(Fe2O2) 5 ~ 20
5 산화마그네슘(MgO) 0.5 ~ 4
6 기타(미량의 인, 질소등) 0.6 ~ 1.8
상기에서 이산화규소(실리카겔)은 수분, 유기용제, 가스흡착, 극성물질 등을 제거해주고 산화알미늄(활성 알미나)은 각종 가스의 탈습과 액체(벤젠 등 탈계물질)의 흡착과 정화작용을, 산화칼슘(생석회)은 유해성 균등을 제거해 주고 비료로서 역할 또는 중화작용도 해주며 산화철은 염분제거작용, 산화마그네슘은 탄산 및 수분흡수작용을, 인은 생물체의 중요한 유기화합물로서 작용한다. 이와 같은 성분은 연탄재의 성분과 대단히 유사하다.
한편 살균과 정화를 목적으로 한 본 발명에 따른 혼화재는 과붕산소다, 활성탄, 황산제일철, 제오라이트, 과탄산소다, 활성 백토, 탄산 소다, 하이포로 구성되었으며, 그 함량은 다음 표 2에서 나타난다.
표 2
혼화재의 구성성분 및 함량
성 분 함 량(%)
1 과붕산소다 20.00
2 활성탄 16.00
3 황산제일철 8.00
4 제오라이트 12.00
5 과탄산소다 16.00
6 활성 백토 8.00
7 하 이 포 4.00
8 탄산소다 16.00
계 100
본 발명에 따라 취재된 슬러지는 하수 슬러지로서 주요 성분은 다음 표 3과 같다.
표 3
슬러지의 구성성분 및 함량
성 분 평균 함유량(%) ± 10%
1 실리카겔(SiO2) 50.50
2 활성알루미나(Al2O3) 31.80
3 산 화 철(Fe2O2) 3.53
4 생 석 회(CaO) 3.52
5 산화마그네슘(MgO) 0.84
6 산화나트륨(NaO) 0.22
7 산화칼슘(K2O) 4.47
8 황산(SO3) 2.31
9 산화티타늄(TiO2) 1.340
10 기 타 1.47
계 100
상세한 공정설명은 별도로 특허출원될 것이므로 여기서는 설명을 생략하고 슬러지와 분산재 및 혼화재를 혼합하여 슬러지를 재활용할 수 있는 공정의 개념만 설명한다.
상기 열거된 슬러지와 분산재가 일차적으로 잘 혼합되게 한다. 그 과정에서 폐기물로 응집된 케이크 상태의 슬러지를 분산과 분해작용을 해주며 탑취를 행하므로서 흙으로서의 기본적인 성질을 조성한다.
그러나 복토화나 토지 개량제로서의 부적합한 조건들이 2차적인 환경피해를 주게 됨을 방지하고저 생물화학적 산소요구량이 최적인 혼화재들을 생물체에 지장이 없는 범위내에서 혼합처리한다. 상기 과정을 통하여 시간상으로 최단시간(시간당 2톤 처리에 3분 소요)내의 화학반응으로 유해성 병원균, 악취제거, 세정효과, 중금속제거, 염소제거 등 슬러지의 복토화 토지 개량제 즉 부숙토로서의 조건을 갖게 된다.
상기와 같이 공정처리한 부숙토로서의 규제대상 성분은 다음 표 4와 같으며 모든 항목이 환경부에서 규제하는 범위를 초과하여 부숙토로서의 기준을 충분히 충족시키고 있음이 확인되었다.
표 4
본 발명에 따라 제공된 부숙토의 분석표
항 목 당사분석 환경부기준(가) 환경부기준(나)
1 비소(As) 0.0 50 이하 50 이하
2 카드뮴(Cd) 0.6 5 이하 8 이하
3 크롬(Cr) 9.4 300 이하 370 이하
4 구리(Cu) 44.5 500 이하 750 이하
5 납(Pb) 10.4 150 이하 225 이하
6 수은(Hg) 0.0 2 이하 3 이하
7 유기물 13.1 25 % 25 %
8 유기물/질소비 30.7 50 이하 50 이하
9 염분 0.1 1% 이하 1% 이하
단위 : mg/kg
표 4는 한국 화학 시험연구소에서 시험실시(2004. 6. 23)한 결과이다. 이렇게 하여 연간 약 200만 톤 이상 발생하고 있는 하수 슬러지는 여러 처리방법 중 처리비율 75%를 차지하고 있는 해양 투기가 2005년 1월 1일부터 단계적으로 금지될 경우, 슬러지가 부숙토로서 재활용되는데 큰 역할을 할 것이다.
다음 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1 ] 분산재 및 혼화재의 혼합공정
상기 열거된 슬러지와 분산재가 일차적으로 잘 혼합되게 하였다. 이 1차공정에서는 함수율이 80%일때는 슬러지60%, 분산재 40%의 비율로, 함수율이 85%일때는 슬러지 50%, 분산재 50%에 미량의 생석회를 추가하였다. 그 과정에서 폐기물로 응 집된 케이크 상태의 슬러지를 분산과 분해작용을 해주며 탑취를 행하므로서 흙으로서의 기본적인 성질을 조성하였다.
그러나 복토화나 토지 개량제로서의 부적합한 조건들이 2차적인 환경피해를 주게 됨을 방지하고저 생물화학적 산소요구량이 최적인 혼화재들을 생물체에 지장이 없는 범위내에서 혼합처리 하였다. 본 처리시에는 분산재가 포함된 슬러지 약 98 %, 나머지 2%정도가 혼화재의 함유량이 되었다.
이 과정을 시간상으로 최단시간(시간당 2톤 처리에 3분 소요)내의 화학반응으로 유해성 병원균, 악취제거, 세정효과, 중금속제거, 염소제거 등 슬러지의 복토화 토지 개량제 즉 부숙토로서의 조건을 갖게 된다.
[ 실시예 2 ] 슬러지처리시 분산재 및 혼화재의 함량실험
본 실시예에서는 슬러지의 분해와 탈취, 살균, 방부, 정수의 역할을 중대시켜주는 성분들을 분석하였으며, 성분 및 함량은 다음 표 5에서 나타난다.
표 5
분산재의 슬러지 분산 ·탈습 성분 배합비(1차 실험)
성 분 함 량(중량 %)
슬러지 55
생석회 3
실리카겔 26
활성알루미나 13
산화철 2.5
산화마그네슘 0.5
계 100 %
또한, 혼화재의 분산 슬러지에서 살균, 정화 재투입과정에서의 배합비는 다음 표5와 같았다.
표 6
혼화재의 분산 슬러지에서의 살균, 정화 재투입과정 배합비(1차 실험)
성 분 함 량(중량 %)
분산슬러지 98.5
과붕산소다 0.25
활성탄(MSC) 0.2
황산제일철 0.1
제오라이트 0.15
과탄산소다 0.2
활성 백토 0.1
아 콘 산 0.25
하 이 포 0.05
탄산소다 0.2
계 100
※ 괄호안은 대체품임.
상기 배합비로 처리되어 발생된 결과물인 부숙토는 다음 표 7과 같은 성질을 나타내었다.
표 7
결과물인 부숙토의 성질(1차 실험)
성 질 함 량(중량%)
현 상 사질토
응집상태 분 산
수분함량 30~42 %
악 취 2~1 %
유해성분 90~95 %
중 량 증 가
상기와 동일한 실험을 반복한 제2차실험에서는 다음 표8 내지 표10의 결과를 나타내었다.
표 8
분산재의 슬러지 분산 ·탈습 성분 배합비(2차 실험)
성 분 함 량(중량%)
슬러지 50
생석회 3.5
실리카겔 28.6
활성알루미나 14.5
산화철 2.8
산화마그네슘 0.6
계 100
표 9
혼화재의 분산 슬러지에서의 살균, 정화 재투입과정 배합비(2차 실험)
성 분 함 량(중량%)
분산슬러지 98.6
과붕산소다(양성활성제) 0.25
활성탄(MSC) 0.2
제오라이트 0.15
과탄산소다 0.2
활성백토 0.1
아콘산 0.25
하이포 0.05
탄산소다 0.2
계 100
※ 괄호안은 대체품임.
표 10
결과물인 부숙토의 성질(2차 실험)
성 질 성 상
현 상 사질토
응집상태 분 산
수분함량 30~36 %
악 취 2~1 %
유해성분 90~95%
중 량 증 가
상기와 동일한 실험을 반복한 제3차실험에서는 다음 표11 내지 표13의 결과를 나타내었다.
표 11
분산재의 슬러지 분산 ·탈습 성분 배합비(3차 실험)
성 분 함 량(중량 %)
슬러지 50
생석회 3.5
실리카겔 28.6
활성알루미나 14.5
산화철 2.8
산화마그네슘 0.6
계 100
표 12
혼화재의 분산 슬러지에서의 살균, 정화 재투입과정 배합비(3차 실험)
성 분 함 량(중량 %)
분산슬러지 99.1
활성탄 0.2
아콘산 0.25
하이포 0.05
양성활성제 0.3
탄산소다 0.1
계 100
표 13
결과물인 부숙토의 성질(3차 실험)
성 질 성 상
현 상 사질토
응집상태 분 산
수분함량 30~36%
악 취 2~3%
유해성분 85~90%
중 량 증 가
본 발명은 슬러지 처리방법에 사용될 수 있는 분산재 및 혼화재를 제공하는바, 본 발명에 의한 분산재 및 혼화재를 슬러지에 혼합하면 토지개량제, 매립용부토, 간척용과 화단 조성용 부숙토로 슬러지가 재활용될 수 있으며, 이러한 첨가로 인하여 단시간내의 화학반응으로 유해성 병원균제거, 악취제거, 세정효과, 중금속제거, 염소제거등으로 슬러지의 복토화와 토지개량제(부숙토)로서 사용되게 할 수 있는 유리한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 이산화규소(SiO2) 54.55%, 산화알루미늄(Al2O2) 31.14%, 산화철(Fe 2O2) 4.47%, 산화칼슘(CaO) 2.15%, 산화마그네슘(MgO) 0.71%, 산화나트륨(Na2O) 0.13%, 산화칼륨(K2O) 3.33%, 삼산화황(SO3) 0.50%, TiO2 1.58% 및 기타 P&N등 1.44%을 함유하는 복토화 및 토지개량제로서 재활용하기 위해 슬러지에 혼합되는 분산재.
  2. 과붕산소다 20.00%, 활성탄 16.00%, 황산제일철 8.00%, 제오라이트 12.00%, 과탄산소다 16.00%, 활성백토 8.00%, 탄산소다 16.00%, 하이포 4.00%를 함유하며, 복토화 및 토지개량제로서 재활용하기 위하여 슬러지에 혼합되는 제1항의 분산재에 추가하여 혼합되는 혼화재.
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