KR20060094334A - 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬러지를 폐산 및 산화제와 혼합하는 제 1 단계, 슬러지 혼합액을 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계, 및 제 2 단계의 생성물을 폐알칼리와 반응시키는 제 3 단계를 포함함으로써 슬러지의 감량화와 감용화, 악취 제거와 멸균, 및 부산물의 자원화가 동시에 가능하도록 개선된, 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 폐산, 폐알칼리 등의 폐자원을 유용하게 소비할 수 있고 슬러지 처리 공정의 부산물들을 자원화하여 고도 수 처리용 탄소원, 매립지 복토재, 제설용 염화칼슘 등으로 활용할 수 있다.

연속 공정, 슬러지, 폐산, 폐석회, 복토재, 염화칼슘

Description

폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법{Method for treating and recycling sludge using waste resources}

도 1은 슬러지 처리 시스템의 일례.

도 2는 연속흐름교반탱크 반응기의 일례.

도 3은 마이크로웨이브 튜브 반응기의 일례.

도 4는 슬러지 처리 공정에서 얻어지는 부산물들의 활용도.

<도면의 주요 부호의 설명>

1 : 혼합조 2 : 예열조 3 : 가열조 4 : 반응기

5 : 흡착조 6 : 중화조 7 : 고액분리설비

본 발명은 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬러지를 폐산 및 산화제와 혼합하는 제 1 단계, 슬러지 혼합액을 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계, 및 제 2 단계의 생성물을 폐알칼리와 반응시키는 제 3 단계를 포함함으로써 슬러지의 감량화와 감용화, 악취 제거와 멸균, 및 부산물의 자원화가 동시에 가능하도록 개선된, 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 폐산, 폐알칼리 등의 폐자원을 유용하게 소비할 수 있고 슬러지 처리 공정의 부산물들을 자원화하여 고도 수 처리용 탄소원, 매립지 복토재, 제설용 염화칼슘 등으로 활용할 수 있다.

슬러지는 하·폐수 처리장 등에서 하·폐수 중의 오염 물질을 고형분으로 분리 및 제거하는 과정에서 필연적으로 발생하는 부산물이다. 하·폐수 슬러지는 대체로 70 중량% 이상의 수분과 30 중량% 이하의 고형분으로 이루어지며, 상기 고형분의 60 ∼ 90 중량%가 유기물로 구성되어 있기 때문에 방치해두면 자연 상태에서 쉽게 분해 되어 악취 및 가스가 발생한다. 또한, 슬러지는 세균과 해충의 번식을 가져와 2 차적인 위생 문제를 초래할 수도 있다.

종래의 슬러지의 처리 방법에는 이를 농토 또는 초지에 살포하여 자연적으로 안정화 및 재이용하는 방법, 슬러지를 소각하여 잔재물을 슬래그로 만들어 재이용하는 방법, 매립하는 방법, 해양투기 및 재활용(지렁이 사육) 방법 등의 여러 가지가 있었다.

그런데, 소각의 경우에는 100 ∼ 150 톤/일의 처리를 위하여 100 ∼ 150 억원의 막대한 설비 비용이 소요될 뿐만 아니라 수분 함량이 80 중량%인 슬러지 1 톤을 처리하기 위해서는 30,000 원(벙커C유) 내지 50,000 원(LNG)의 연료비용이 요구되었다. 또한, 감가상각비 등의 관리비를 포함하면 톤 당 소각비용은 100,000 원을 상회하여 에너지 자원이 없는 우리나라의 경우 결코 바람직하지 않았다. 또한, 불완전 연소로 인한 다이옥신, 포름알데히드, 아크로레인, 부타디엔 등 맹독 유기성 발암성 물질과 치매의 원인 물질인 수은 등의 배출에 따른 사회적 비용의 증대, 지역주민과 NGO의 격렬한 소각 반대 및 온실가스 배출 등으로 슬러지의 소각 및 탄화는 사실상 불가능한 상태이다.

매립의 경우, 우리나라는 좁은 국토와 높은 인구밀도 등으로 매립지 선정이 매우 어렵다. 최근, 김포 매립지의 슬러지의 매립 금지처분에 따라 어쩔 수 없이 해양 투기를 당분간 연장하고 있으나 그 비용은 30,000 원/톤(젖은 상태) 정도이다. 또한 슬러지 배출 및 운반 과정에서 발생하는 악취, 병원성 세균이 함유된 슬러지 분진의 발생, 해양 생태계의 오염에 따른 어류의 오염 등으로 인간의 건강이 위협을 받고 있으며 국제적으로도 슬러지의 해양덤핑 방지에 관한 런던 협약 등으로 슬러지 처리 문제 해결을 위한 새로운 대안의 제시가 급박한 현실이다.

슬러지의 퇴비화도 농림부의 비료관련법에서 규정한 하수슬러지의 퇴비화 금지 조치에 의하여 실현이 거의 불가능하다.

지렁이 사육으로 재활용하는 방법이 제안되고 있으나 슬러지, 특히 정화조 슬러지의 극심한 악취, 병원성 세균, 유기 수은이 축적된 지렁이 개체 및 분변토 등의 문제로 이 방법의 상용화는 바람직하지 않을 것으로 판단된다.

이러한 상기 방법들의 문제점을 극복하기 위하여 대한민국 공개특허 제 1997-0009907 호는 슬러지를 5 내지 20 일간 풍건 방치하여 건조한 슬러지와 토사를 일정 중량비로 혼합한 인공 복토재에 의한 복토방법을 제안하였다. 그런데 이 방법은 슬러지 건조 시에 발생되는 과다한 악취 및 비산 먼지에 의한 알러지 등 질병 가능성 등으로 사실상 조업이 불가능하다.

또한, 일본국 특개평 9-122679 호 및 특개평 9-174098 호는 활성탄과 오존 산화를 이용한 슬러지의 감용화 방법에 관한 기술을 개시하였고, 일본국 특개평 9-150196 호는 알칼리제와 전해 공정을 이용한 감용화 방법을 개시하였다. 일본국 특개평 13-38397 호는 알칼리제와 초음파를 이용한 감량화 방법이고, 특개평 13-149998 호는 과산화수소와 교류의 전기분해를 이용한 감량화 방법이며, 특개평 13-29979 호는 차아염소산염처리를 이용한 감량화 방법이었다. 또한, 그 외에도 일본국 특개평 9-276887 호는 슬러지 가온처리 감량화 방법, 특개평 10-13778 호는 고압 펄스방전을 이용한 감량화 방법, 특개평 11-216500 호는 교반시 발생하는 마찰열을 이용한 감용화 방법, 특개평 12-202484 호는 오존과 호열균을 이용한 감용화 방법, 및 특개평 12-237795 호는 초단주기 고압차 변압을 이용한 감량화 방법 등이 있다.

그러나 상기의 방법들은 모두 악취 및 중금속에 대한 기술적 고려가 없을 뿐만 아니라 사실상 슬러지 부피의 감소를 기대할 수 없어서 실용화에 문제가 있었다. 특히, 혐기발효법은 발효기간이 길고 대형 설비가 필요하여 과도한 건설비용, 악취 및 중금속의 농축 등의 문제를 갖고 있었다. 슬러지의 혐기성 발효에 의한 유기산 제조는 오래 전부터 사용되어 온 방법이지만 악취, 병원성 세균, 발효 후 잔류물의 처리, 오랜 발효기간, 낮은 생산성, 대규모 시설의 설비비용 및 관리 비용 등으로 기술적인 한계가 있었다.

슬러지의 악취 문제를 해결할 수 있는 발명은 아직 국, 내외적으로 찾아보기 힘들다. 대한민국 등록특허 제 10-0378528 호에서는 슬러지의 악취를 제오라이트 등의 무기물 혼합물에 흡착하여 저감한다고 하고 있으나 악취 물질이 미량이면서 악취의 역치 값이 클 때 또는 저급 지방족 유기산의 경우는 어는 정도 효과가 있지만, 하수 슬러지와 같이 악취물질이 다량이면서 악취 역치 값이 극히 적을 경우에는 불가능함을 실험을 통하여 확인하였다. 또 일부에서 오존 이용을 거론하고 있으나 과중한 설비 및 관리 비용에 비하여 기대 효과가 적어 실용화가 어렵다. 또한, WO 02064516에서는 슬러지의 가수분해를 언급하고 있으나 악취문제, 중금속, 자원화 및 비용 절감 등의 문제를 동시에 해결하지는 못하였다.

고화 처리는 일반적으로 시멘트, 석고, 물유리 등의 첨가에 의하여 이루어지고 있으며 이와 관련된 대한민국 공개특허 제 1998-015384 호는 콘크리트화 과정에 슬러지를 첨가한 기술이다. 그러나 슬러지의 악취 제거 효과가 없고 유기산의 생성에 따라 콘크리트 성분의 분해에 의한 콘크리트 수명 단축 및 유기성 슬러지를 함유한 콘크리트의 수분 흡수에 따른 겨울철 동파 현상이 일어나 실용화가 불가능하다.

본 발명자는 대한민국 공개특허 제 2003-0007988 호에서 강산 및 이산화염소를 이용하여 슬러지 중에 함유되어 있는 유해 중금속, 휘발성 유기물, 악취 및 병원체를 제거하기 위한 배치(batch) 공정을 제안하였다. 상기 종래의 기술은 배치(batch) 공정이어서 처리 효율이 낮았고, 본 발명과 달리 폐산이나 폐알칼리 등의 폐자원을 재활용하여 슬러지를 처리하는 친환경적 방법이 아니었으며, 처리 공 정에서 발생되는 부산물들을 복토재, 제설재 등으로 재활용할 수 없었다.

이에 본 발명자는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 연구, 노력한 결과, 슬러지를 적당량의 폐산 및 산화제와 혼합하고 연속 분해 반응기에서 반응시킨 후 얻어지는 생성물을 폐알칼리층에 흘려주거나, 또는 상기 생성물에 폐알칼리 용액을 넣어주어 중화 및 흡착하는 처리 공정을 수행하면 폐산, 폐알칼리 등의 폐자원을 활용하면서 슬러지를 처리할 수 있을 뿐만 아니라 공정의 부산물을 자원화 할 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 폐산, 폐알칼리 등의 폐자원을 이용하여 슬러지를 처리 및 자원화 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 슬러지 100 중량부; 철(Fe)의 산세 또는 에칭 공정, 화학 공업의 에스테르화, 니트로화 및 술폰화 공정에서 발생되는 폐염산, 폐질산 및 폐황산으로 이루어진 그룹에서 선택된 폐산 10 ∼ 500 중량부; 및 산화제 0.1 ∼ 10 중량부를 혼합하는 제 1 단계, 제 1 단계의 혼합액을 100 ∼ 180 ℃로 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계, 및 제 2 단계의 생성물을 폐석회, 슬래그 및 폐건축 자재로 이루어진 그룹에서 선택된 폐알칼리와 반응시켜서 상기 생성물의 pH를 3 ∼ 7로 조절하는 제 3 단계를 포함하는 슬러지의 처리 방법을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 슬러지를 폐산 및 산화제와 혼합하는 제 1 단계, 슬러지 혼합액을 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계; 및 제 2 단계의 생성물을 폐알칼리와 반응시키는 제 3 단계를 포함함으로써 슬러지의 감량화와 감용화, 악취 제거와 멸균, 및 부산물의 자원화가 동시에 가능하도록 개선된, 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 폐산, 폐알칼리 등의 폐자원을 유용하게 소비할 수 있고 슬러지 처리 공정의 부산물들을 자원화하여 고도 수 처리용 탄소원, 매립지 복토재, 제설용 염화칼슘 등으로 활용할 수 있다.

본 발명의 "슬러지"는 생물학적 처리 공정에서 발생되는 모든 슬러지를 의미하는데, 특히 공장, 사업소 및 가정의 하수종말처리장, 기업체의 생물학적 하수처리장, 담수 및 해양 양식장, 낚시터로 사용되는 호소 등에서 발생되는 슬러지, 활성오니, 저질토 및 준설 슬러지를 포함한다. 구체적으로는, 소화조 및 정화조, 건물, 산업시설, 아파트 등의 주택단지 및 축산시설에서 발생되는 폐수 및 하수를 생물학적으로 처리하는 경우에 발생되는 활성 슬러지 또는 활성오니; 의약품 제조를 위한 발효 공정에서 발생되는 발효 미생물 슬러지; 및 유해 중금속이 함유된 준설 슬러지를 포함한다.

본 발명의 "폐산"은 철(Fe)의 산세 또는 에칭 공정, 화학 공업의 에스테르화, 니트로화 및 술폰화 공정 등에서 배출되는 폐염산, 폐질산 및 폐황산으로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 포함한다. 본 발명의 폐산은 철 이외에도 납, 니 켈, 크롬 등의 중금속을 포함할 수 있다. 상기 폐산을 구성하는 성분 및 그 함량은 폐산이 발생되는 공정 상태에 따라 다를 수 있으나, 다음 표 1과 같이 염산, 질산 또는 황산과 철염을 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 슬러지의 재활용 용도에 따라 즉, 복토재, 제설재, 토지개량제 등에 따라 사용하는 폐산의 종류를 달리할 수 있다.

구분(중량%)	폐염산		폐질산	폐황산
	산세공정	화학공정	산세공정	산세공정	화학공정
산	5 ∼ 15	5 ∼ 10	12 ∼ 16	15 ∼ 25	10 ∼ 25
철염	5 ∼ 15	-	미량	3.5 ∼ 6.0	-
납	미량	-	-	-	-
니켈	-	-	미량	-	-
크롬	-	-	미량	-	-
유기물	-	미량	-	-	미량
물	나머지	나머지	나머지	나머지	나머지

상기 폐산을 사용할 때에는 유해 중금속이 환경 규제 농도 이상으로 함유되어 있는지를 고려하는 것이 바람직한데, 대체로 각 기업체 등에 의해 폐산의 분리 및 정제 공정이 이루어지고 있는 것이 현실이다.

본 발명의 "산화제"는 염소산화물, 차아염소산, 아염소산, 염소산, 과염소산 및 이들의 알칼리 또는 알칼리토금속의 염; 과산화수소, 과황산, 과산화탄산 및 이들의 알칼리염; 질산 및 이의 알칼리 또는 알칼리토금속 염; 오존 등을 포함한다. 상기 산화제는 고체상, 액상 및 기상의 모든 형태를 포함하나 오존 등 기상 산화제 보다는 가격이 저렴하고 별도의 설비가 필요 없는 고체상 및 액상 산화제가 보다 바람직하다.

본 발명의 "폐알칼리"는 폐석회, 슬래그 및 폐건축 자재로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 포함한다. 필요에 따라 상기 그룹의 2 종 이상의 것을 혼합하여 사용할 수 있다. 폐석회는 광물산업 및 화학공업에서 얻을 수 있고, 슬래그는 철강 및 스테인레스 산업에서 배출된다. 폐건축 자재는 폐콘크리트, 폐시멘트 벽돌, 폐시멘트 블록 등을 포함한다. 폐알칼리에는 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘 등의 성분들도 포함되어 있다.

구분(중량%)	폐석회	슬레그		폐건축자재
		스테인리스	고로	폐콘크리트	폐시멘트벽돌	폐시멘트 블록
CaCO3	24.1	-	-	-	-	-
CaO	10.9	58	42.4	-	-	-
Ca(OH)2	-	-	-	13.5	27.2	27.2
MgO	4.6	9	6.1	0.5	0.9	0.9
CaCl2	5.8	-	-	-	-	-
CaSO4	3.5	-	-	0.5	0.9	0.9
Fe2O3	1.2	1	0.29	0.8	1.8	1.8
Al2O3	2.3	1	33.1	3.0	6.2	6.2
SiO2	4.0	23	-	-	-	-
기 타	3.6	-	-	-	-	-
H2O	40.0	-	-	-	-	-
모래	-	-	-	38.5	63.0	63.0
자갈	-	-	-	43	-	-

특히, 폐석회는 대한민국의 D 회사의 320 만 톤이 야적한 상태로 있어 지역 발전의 가장 큰 장해물이 되고 있으며, 또한 고로슬래그 및 스테인레스 슬래그는 대한민국의 P 회사에서 매일 다량으로 발생되고 있어 슬러지의 처리 및 자원화를 위한 유용한 자원이 될 수 있다. 폐콘크리트는 "2001년 폐기물 발생 및 처리현황, 2002년 환경부"를 참조할 때 66,051 톤/일 정도 배출되고 있는 실정이어서 사실상 자원은 무궁무진하다.

본 발명에 따른 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 및 자원화 방법과 관련된 일련의 반응식은 다음 표 3과 같다. 표 3의 반응식 1 내지 5는 폐석회 등에 함유된 산화칼슘과 폐산 및 폐염과의 반응을, 반응식 6 내지 10은 폐석회 등에 함유된 산화마그네슘과 폐산 및 폐염과의 반응을, 반응식 11 내지 13은 폐석회 등에 함유된 탄산칼슘과 폐산 및 폐염과의 반응을 의미한다.

구분	반응식
1	CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O
2	CaO + H2SO4 → CaSO4↓ + H2O
3	CaO + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
4	CaO + FeSO4 + H2O → CaSO4↓ + Fe(OH)2↓
5	3CaO + 2FeCl3 + 3H2O → 3 CaCl2 + 2Fe(OH)3↓
6	MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O
7	MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
8	MgO + HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
9	MgO + FeSO4 + H2O → MgSO4↓ + Fe(OH)2↓
10	3MgO + 2FeCl3 + 3H2O → 3MgCl2 + 2Fe(OH)3↓
11	CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
12	CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2
13	CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2

본 발명의 슬러지는 대체로 70 중량% 이상의 수분과 30 중량% 이하의 고형분으로 이루어진다. 상기 고형분의 경우에는 60 ∼ 90 중량%가 미생물 찌꺼기 등으로 이루어진 유기물이고 나머지가 주로 점토로 이루어진 무기물이다. 이 중 유기성 부분은 미생물 세포 성분을 구성하는 탄수화물, 단백질, 핵산, 지질 및 미량 원소로 이루어져 있어서 산 촉매 하에 가압 가열하면 대부분 다음 반응식 1과 같이 가수분해 된다. 그러나 무기성 부분은 거의 반응이 일어나지 않는다.

탄수화물 + H₂O → 글루코사민, 글루코오스 등

단백질 + H₂O → 아미노산

핵산 + H₂O → 염기, 5 탄당, 인산

지질 + H₂O → 글리세린, 지방산, 인산

폐자원을 이용하여 슬러지를 처리 및 자원화하는 방법은 다음의 단계를 포함한다. 이하에서는 슬러지 처리 공정의 일례인 도 1을 참고하여 설명한다.

1. 슬러지, 폐산 및 산화제의 혼합 단계

슬러지, 폐산 및 산화제를 혼합조(1)에 넣고 혼합한다. 혼합조는 도 1과 같이 구성되어도 무방하나, 혼합1조와 혼합2조의 2 개조를 설치하여 운전하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 혼합1조는 슬러지, 폐산 및 산화제를 혼합하고 혼합2조는 연속적으로 혼합액을 예열조(2)로 보냄으로써 일정한 유속에 의한 유량을 유지하여 일정한 반응 생성물을 얻을 수 있게 하는 방법이 바람직하다.

폐산은 슬러지를 분해하고 감량화(무게) 또는 감용화(부피)시키기 위하여 사용되는데, 슬러지 100 중량부에 대하여 10 ∼ 500 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 폐산의 함량이 10 중량부 미만이면 슬러지의 감량화 효과가 발생되지 않으며, 500 중량부를 초과하면 과다한 알칼리 소비에 따른 비용 증가 및 설비의 대형화에 의한 건설비 증가 등의 문제가 발생된다.

산화제는 슬러지의 악취 및 병원체들을 제거하고 유해 유기물들을 분해하기 위하여 사용한다. 슬러지 악취는 주로 황 화합물(H₂S, CH₃SH, CH₃SCH₃, CH₃S-SCH₃ 등)과 아민(스카톨, 인돌 등)에 의해 발생되는데 산화제는 이들을 유황 산화물과 질소 산화물로 변화시켜 악취를 제거한다. 또한, 에스테르 형 또는 아마이드 형 악취 물질은 가수분해에 의하여 제거된다. 슬러지에 포함되어 있는 병원체에는 바이러스, 박테리아 및 기생충 알 등을 포함하며 이들은 pH 1 정도, 100 ℃ 이상의 온도에서 완전 사멸된다. 또한, 유해 유기물질인 잔류 농약 등은 대게 인산 에스테르 형 또는 카바메이트(우레탄) 형으로서 산 촉매에 의해 가수분해 되어 제거 된다.

산화제는 슬러지 100 중량부에 대하여 0.1 ∼ 10 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 산화제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 악취가 완전히 제거되지 않을 수 있고 10 중량부를 초과하면 비용과다의 문제가 발생된다.

2. 혼합액의 예열 단계

예열조(2)는 에너지의 효율적 활용을 위하여 반응기(4)에서 배출되는 열에너지를 회수하는 탱크이다. 도 1과 같이 예열조(2)는 혼합조(1)와 별도로 설치할 수 있고, 또는 파이프 등 이송 설비의 재료비 절감을 위하여 혼합조(1)에 후술할 반응기(4)에서 배출되는 열 에너지가 전달되도록 할 수도 있다.

예열조(2)의 온도는 상온 정도가 바람직한데, 반응기 혼합액의 온도가 100 ∼ 180 ℃ 인데 이 열에너지를 최대한 흡수하기 위함이다. 예열조(2)의 온도가 높으면 잠열을 충분히 방출하지 못하여 반응기(4) 배출액의 온도가 높아 중화 및 흡착 단계에서 별도의 냉각 시스템이 요구되고 이에 따른 비용 증대가 수반될 수 있다.

3. 혼합액의 가열 단계

혼합액은 예열 단계에서 예열되어 일정 정도 승온된 후 가열조(3)에서 80 ∼ 100 ℃ 정도로 가열된다. 예열 단계의 열 회수로는 80 ∼ 100 ℃로 승온되기는 어렵다. 본 가열 단계를 통해 80 ∼ 100 ℃로 승온되면 이하 반응 단계에서 적은 용량의 고압반응기로도 단시간에 반응을 완결시킬 수 있게 된다. 예열조(2) 및 가열조(3)는 모두 상압에서 목적 온도로 승온할 수 있으므로 설비 및 에너지 비용이 절감되고 설비를 위한 허가도 필요 없어서 반응 단계 전에 가열 단계를 거치는 것이 바람직하다.

4. 혼합액의 반응 단계

80 ∼ 100 ℃ 정도로 승온된 혼합액(슬러지, 폐산 및 산화제)을 반응기(4)에서 다시 100 ∼ 180 ℃로 가열하면서 단시간에 반응을 완결시키는 단계이다. 반응 시간은 1 분 내지 10 시간 정도가 바람직하다.

본 발명은 종래의 배치(batch) 공정에서와 달리 연속 분해 반응기를 사용한다. 상기 연속 분해 반응기에는 튜브 형 반응기(Tubular Reactor, TR), 연속흐름교반탱크 반응기(Continuous Flow Stirred-Tank Reactor, CFSTR), 마이크로웨이브 튜브 반응기(Microwave Tubular Reactor, MTR) 및 탱크형 반응기 등이 포함된다.

상기 연속흐름교반탱크(CFSTR)의 일례는 도 2와 같고, 마이크로웨이브 튜브 반응기(MTR)의 일례는 도 3과 같다. 현재 상용화된 마이크로웨이브 튜브 반응기의 경우에는 주파수가 2.45ㅁ 0.05 GHz 또는 915ㅁ 5 KHz(전력 0.5 ∼ 50 KW)인 마그네트론을 1 개 내지 수십 개 설치한 것이다.

본 발명의 연속 분해 반응기는 배치 공정에서 사용되었던 회분식 압력 용기에 비해 생산성의 증가 및 일정한 품질의 반응물이 생산된다. 또한, 튜브 형 반응기는 인, 허가의 대상이 아님은 물론 사용상 위험성과 불편이 없고 안전 관리가 보다 용이하며 저렴한 설비비용 등의 이점을 가지고 있어 가장 바람직한 시스템이라고 할 수 있는데 반하여, CFSTR는 소형 고압반응기를 3 개 이상 연결하는 방식으로 생산성은 우수하나 고압용기 규제 대상으로 인,허가 및 운전 시 엄격한 법적 규제를 받게 된다. 또한 MTR은 TR 및 CFSTR 보다 반응시간이 단축되는 장점이 있는 반면에 설비가 고가이어서 투자비용이 큰 단점을 갖고 있다.

5A. 폐알칼리층에 의한 중화 및 흡착 단계

반응이 끝난 혼합액을 폐알칼리 층이 존재하는 흡착조(5)에 흘려주어 중화 및 흡착시키는 단계이다. 흡착조(5)에서는 과량의 폐알칼리층(폐석회층)이 존재한다. 이 단계를 통해 슬러지의 고형 성분인 유기 성분(건조슬러지의 50 ∼ 90 중량%), 회분(건조슬러지의 10 ∼ 50 중량%) 및 철 성분은 폐알칼리층에 흡착되고 나머지는 유출수로 빠져 나오게 된다.

5B. 폐알칼리 투입에 의한 중화 및 분리

반응이 끝난 혼합액을 흡착조(5)에 주입하지 않고 중화조(6)에서 처리할 수도 있다. 흡착조(5)와 중화조(6)로 나누어 투입할 비율은 목적하는 부산물의 종류 및 양에 따라 적절히 조절할 수 있다. 중화조(6)에서는 폐알칼리가 층 구조로 되어 있지 않고 폐알칼리를 혼합액에 직접 투입하여 중화시킨다. 중화조(6)에서 사용하는 폐알칼리는 흡착조(5)의 경우와 동일하다. 중화조(6)를 통과한 후 혼합액은 고액분리설비(7)를 통해 분리된다.

상기 5A 및 5B 단계를 통하여 얻을 수 있는 슬러지 처리 부산물들에 관하여 도 4를 이용하여 설명한다.

(1) 5A의 부산물(고체상 Ⅰ 및 액상 Ⅰ)

슬러지를 폐산 및 산화제로 처리하고 고액분리하면 고체상 Ⅰ과 액상 Ⅰ을 얻을 수 있다. 고체상 Ⅰ은 C/N 비가 15.00 정도이고 C/P 비가 43.07 정도이며 적당량의 미네랄을 함유하고 있어서 토지개량제, 복토재, 퇴비, 가축의 사료 첨가제, 낚시용 어류의 사료 첨가제, 담수 및 해수 생물의 영양원 등의 첨가제 등으로 활용될 수 있다. 또한, 액상 Ⅰ은 고도 수 처리용 탄소원 또는 제설재 등으로 사용할 수 있다.

(2) 5B의 부산물(고체상 Ⅱ 및 액상 Ⅱ)

슬러지를 폐산 및 산화제로 처리한 혼합액에 폐알칼리를 넣고 중화시키면 고체상 Ⅱ와 액상 Ⅱ를 얻을 수 있다. 또는 5A의 부산물인 액상 Ⅰ을 폐알칼리로 중화시켜 고액분리하면 고체상 Ⅱ와 액상 Ⅱ를 얻을 수 있다. 액상 Ⅰ에는 슬 러지의 세포 성분인 탄수화물, 핵산, 인지질 등의 고분자 유기 화합물들이 분해된 아미노산 및 인산 등이 포함되어 있는데 이들을 폐알칼리로 처리하면 인산을 불용성 인산염 형태로 분리할 수 있고, 액상 Ⅰ에 포함된 중금속들도 염 형태로 분리할 수 있다.

고체상 Ⅱ는 인산과 유가 중금속의 침전이다. 또한, 액상 Ⅱ는 아미노산, 당 및 미네랄 등이 함유되어 있어서 액비, 아미노산 비료, 양어용 사료 첨가제, 담수 및 해수 생물의 영양원 등의 첨가제, 제설재 등으로 사용될 수 있다.

본 발명의 5A 및 5B 단계를 통해 얻을 수 있는 부산물 중에서 대표적인 것들을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

① 복토재(고체상 Ⅰ)

pH 2.0 이하의 혼합액을 폐석회 등이 충전된 탱크의 상부에서 흘려주어 중화 및 흡착시키거나, 또는 폐석회석 등의 폐알칼리로 미리 혼합액을 pH 3 ∼ 7로 중화시킨 후 폐석회 등이 충전된 탱크의 상부에서 흘려줌으로써 제조한다. 폐석회층 등에는 유기물, 인산 및 무기물 등이 흡착되고, 폐산의 종류와 양에 따라 다양한 성분의 복토재를 얻을 수 있다.

복토재의 제조를 위해서는 폐산으로 폐황산 또는 폐황산과 폐염산의 혼산을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폐산을 넣어 얻은 혼합액을 고액분리하지 않고 폐알칼리 층에 흡착시키거나, 또는 고액분리한 후 고체상을 복토재로 활용할 수 있다.

복토재로 적합하게 사용되기 위해서는 폐석회 층에 존재하는 알칼리 성분인 산화칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 및 탄산마그네슘의 양을 줄여야 한다. 마그네슘이 전체 복토재의 0.1 ∼ 10.0 중량%, 칼슘이 0.1 ∼ 71 중량% 정도 포함되는 것이 유기성분의 분해 등을 위해 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 폐산과 혼합된 슬러지를 폐알칼리층에 흘려주어 상기 물질들을 줄이고 CaSO₄, SiO₂, Fe₂O₃, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ 등의 불용성 물질의 함량을 늘린다. 필요한 경우에는 폐콘크리트, 폐시멘트 벽돌, 폐시멘트 블록 등의 폐건설 자재, 폐주물사, 석탄회, 점토 등의 칼슘 함량이 적은 폐자원을 혼합하는 등으로 성분을 조절하면 압축강도와 투수성이 개선된 복토재를 제조할 수 있다.

② 제설재 등(액상 Ⅰ)

제설재 등으로 사용될 수 있는 염화칼슘의 경우에는 폐산으로 폐염산을 사용하여 슬러지를 분해하고 고액분리를 하지 않은 상태에서 직접 칼슘 함량이 높은 폐석회, 슬래그 또는 이들의 혼합물에 주입하여 중화한다. 이러한 과정에서 고체상은 흡착되고 배출되는 액상으로부터 염화칼슘 등을 제조한다. 이렇게 제조된 염화칼슘은 염화마그네슘 10 ∼ 20 중량%를 포함할 수 있지만 겨울철 제설용으로는 문제가 되지 않는다.

③ 인산 및 유가금속의 회수(고체상 Ⅱ)

혼합액을 중화한 후 고액분리하여 얻은 액상 Ⅰ과 세척액의 혼합액에 폐석회등의 폐알칼리를 가하여 pH 10 ∼ 12로 한다. 유가 금속이나 인산을 회수하려면 폐산으로 폐질산 또는 폐질산과 폐염산의 혼산을 사용하는 것이 좋다. 유가 금속의 완전한 회수를 위하여 필요에 따라 S^2- 염을 첨가할 수 있다.

유가 금속(Mⁿ⁺)은 불용성 수산화물, 불용성 S^2-염, 불용성 PO₄ ^3-염의 형태로 되며, 이를 고액 분리하여 얻은 고체상으로부터 인산 및 유가 중금속의 회수와 관련된 반응식은 다음 반응식 2와 같다.

3M²⁺ + 2PO₄ ^3- → M₃(PO₄)₂ ↓

M³⁺ + PO₄ ^3- → MPO₄ ↓

M²⁺ + S^2- → MS ↓

2M³⁺ + 2S^2- → 4M₂S₃ ↓

M²⁺ + 2OH^- → M(OH)₂ ↓

M³⁺ + 3OH^- → M(OH)₃ ↓

불용성 금속 염을 수용성으로 만들기 위하여 사용한 질산과의 화학 반응은 다음 반응식 3과 같다.

M₃(PO₄)₂ + 6NO₃ ^- → 3M(NO₃)₂ + 2PO₄ ^3-

MPO₄ + 3NO₃ ^- → M(NO₃)₃ + 2PO₄ ^3-

MS + 2NO₃ ^- → M(NO₃)₂ + S^2-

M₂S₃ + 6NO₃ ^- → 2M(NO₃)₃ + 3S^2-

M(OH)₂ + 2NO₃ ^- → M(NO₃)₂ + 2OH^-

M(OH)₃ + 3NO₃ ^- → M(NO₃)₃ + 3OH^-

④ 액비, 아미노산 비료, 양어용 사료 첨가제 등(액상 Ⅱ)

폐산으로 폐황산을 사용하여 슬러지를 분해하여 얻은 혼합액을 폐석회로 중화하면 다음 반응식 4와 같이 칼슘과 황산이 반응하여 황산칼슘(불용성)이 된다.

CaO + H₂SO₄ → CaSO₄↓ + H₂O

불용성 염이 분리된 액상 Ⅱ는 아미노산, 당 및 미네랄 등이 다량 함유되어 있어서 분말, 과립 또는 액체 형태의 액비, 아미노산 비료, 양어용 사료 첨가제 등으로 제조될 수 있다.

이상의 과정을 거쳐서 슬러지를 연속적으로 처리하는 공정의 일례를 살펴보면 다음과 같다.

슬러지 100 중량부, 2 N(규정농도) 이상의 폐산 10 ∼ 500 중량부 및 산화제 0.1 ∼ 10 중량부를 혼합조에 넣고 교반하여 죽 상태로 한 혼합액을 폐열 회수가 가능한 예열기를 거쳐 이중 재킷 가열기에서 80 ∼ 100 ℃로 가열된 죽 상태의 혼합액(슬러지, 폐산 및 산화제 등)을 미리 가열된 연속 분해 반응기(튜브 형 반응기, 연속흐름교반탱크반응기 또는 마이크로웨이브 튜브 형 반응기 등)에 투입하고, 반응기에 들어있는 혼합액은 1 ∼ 10 kg/cm²의 압력에서 1 ∼ 60 분 동안 가열되도록 한다. 연속 분해 반응기의 내부 유속은 0.1 ∼ 20 m/s 정도가 바람직하고 가열된 혼합액의 온도는 100 ∼ 180 ℃가 좋다. 반응이 끝난 후 생성물이 상기 예열조(2)를 통과하도록 하여 열에너지를 회수하고 필요한 경우 저장조에서 냉각 정치한다. 상기와 같이 제조할 경우 고체상은 저장조 하부에 가라앉으며 이때의 용액 pH는 1.20 정도가 되고 악취는 전혀 없다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 슬러지의 채취 및 성상

강원도 원주시 하수종말처리장에서 채취한 총 10 개의 슬러지의 일반성분, 유용성분 및 중금속의 함량은 다음 표 4와 같다.

구 분		슬러지
		평균	표준편차	고형분 대비율(%)	C/N. C/P
일반성분 (중량%)	수 분	76.52	0.66	-	-
	유기물	14.95	0.39	63.66	-
	회 분	8.53	1.02	36.32	-
pH		7.93	0.02	-	-
유용성분 (중량%)	총탄소	12.32	1.23	52.47	C/N = 10.19 C/P = 3.74
	총질소	1.21	0.17	5.16
	총인	3.30	0.03	14.06
중금속 (ppm)	Cd	1.02	0.01	-	-
	Cr	0.36	0.01	-	-
	Cu	80.60	0.64	-	-
	Pb	17.66	0.03	-	-

실시예 2 : 슬러지 처리 감량화

슬러지 10.0 g(W₀, 건조 슬러지 2.35 g)에 2 N(규정농도) 폐산(염산, 질산 및 HCl:HNO₃=2:1의 혼산 20 mmole, 황산 10 mmole 각각) 10 ml와 과염소산 0.05 g을 각각 첨가한 후 130 ℃에서 30 분간 가열 후 냉각한 시료를 진공 여과로 고액분리(여과)하고 세척하여 건조전 무게(W₁)로부터 슬러지의 감량율을 산출하였고, 107 ℃에서 중량이 변화하지 않을 때까지 건조하여 건조후의 중량(W₂)으로부터 슬러지 고형분의 감량율을 산출하였다(표 5 참조).

상기 고액분리하여 얻은 여액과 세액을 합한 액상 중에 잔류한 중금속의 양으로부터 중금속 용출율을 구하였다(표 6 참조).

항 목		처리 후
		염산	질산	황산	혼산
슬러지(건조전)	W0 (g)	10	10	10	10
고형분(건조전)	W1 (g)	4.65	4.84	5.79	2.92
고형분(건조후)	W2 (g)	1.43	1.49	1.78	0.91
슬러지 감량율	[(W0-W1)x100] / W0 (%)	53.5	51.6	42.1	70.8
고형분 감량율	[(Wdry-W2)x100] / Wdry (%)	39.5	36.7	24.5	61.3

산	중금속	슬러지 중 함량(ppm) 및 추출율(%)
		처리 전	처리 후
		ppm	ppm	추출율%
염 산	Cd	1.02	0.58	57.0
질 산			0.60	59.0
황 산			0.39	37.8
혼합산			0.83	81.0
염 산	Cr	0.36	0.23	63.7
질 산			0.19	53.6
황 산			0.13	35.3
혼합산			0.32	87.7
염 산	Cu	80.60	30.23	37.5
질 산			24.74	30.7
황 산			19.99	24.8
혼합산			64.43	78.7
염 산	Pb	17.66	9.38	53.1
질 산			8.32	47.1
황 산			4.54	25.7
혼합산			17.50	99.1

실시예 3 : 슬러지 처리에 의한 중금속 제거 및 유용성분

슬러지는 10.0 g(W₀, 건조 슬러지 2.35 g)에 2 N(규정농도) 염산 10 ml(20 mmole) 및 과염소산 0.05 g을 각각 첨가한 후 130 ℃에서 30 분간 가열 후 냉각한 시료를 진공 여과로 고액분리(여과)하고 세척하여 고체상A, 여액과 세액을 합하여 액상A로 분리하였다. 107 ℃에서 중량이 변화하지 않을 때까지 건조한 고체상A의 유용성분의 분석하였고, 또 고체상A 중의 중금속 분석은 상기 표 4 및 표 6으로부터 산출하였다(표 7 참조).

구 분		고체상 A(건조 후)			건조 슬러지 (처리 전)
		평균	표준편차	C/N, C/P
유용성분 (%)	총탄소	20.24	1.862	C/N : 15.00 C/P : 43.07	52.47	C/N : 9.37 C/P : 3.74
	총질소	1.35	0.140		5.60
	총인	0.47	0.016		14.06
중금속 (ppm)	Cd	0.44			1.02
	Cr	0.13			0.36
	Cu	50.37			80.60
	Pb	0.16			17.66

액상 A로부터 중금속을 제거 또는 유가금속의 회수를 위하여 가성소다로 pH 10 ∼ 11로 조정 후 고액분리(진공 여과)하여 액상 B와 고체상 B로 구분하고 액상B 및 고체상 B 중의 중금속을 분석하였다(표 8 참조).

중금속	액상 B 알칼리 처리		고체상 B의 중금속
	전(ppm)	후(ppm)	ppm	회수율(%)
Cd	0.58	0.01	0.57	97.2
Cr	0.23	0.001	0.02	99.9
Cu	30.23	6.30	23.72	87.5
Pb	9.38	0.60	8.78	92.7

실시예 4 : 염화칼슘 및 토양개량재 제조

슬러지 10.0 g(건조 슬러지로서 2.35 g)에 2 N(규정농도) 폐염산 10 ml(HCl 20 mmole, FeCl₃ 16% = 1.6 g = 10 mmole 함유) 및 과염소산 0.05 g을 첨가한 후 130 ℃에서 10 분 가열 후 50 ℃ 에서 폐석회(함수율 40 %, 표 9 참조) 10 g을 넣고 30 분간 교반하면서 실온으로 냉각한 다음 진공여과에 의한 고액분리하고 고체상(고체상 A1, 복토재 재료)은 물로 세척 후 중량을 측정하고(15.3 g), 이어서 107 ℃에서 중량이 변화가 없을 때까지 건조하여 중량(10.2 g, 이론량의 97.6%)으로부터 수분을 측정하였다(5.1 g). 고액분리한 후 얻은 여액과 세액을 합한 용액(액상 A1, pH 7.6, 염화물)을 증발접시에 넣고 농축 건고하고 150 ℃에서 중량이 변화가 없을 때까지 건조하여 중량(4.3 g, 이론량의 97.2%)을 측정하였고, 고체상 A1 및 액상 A1의 화학적 조성 및 함량을 각각 표시하였다(표 10 참조).

폐석회의 구성 성분	중량%	g (mmole)
CaCO3	24.1	2.41(24.1)
CaO	10.9	1.09(19.5)
MgO	4.6	0.46(11.5)
CaCl2	5.8	0.58
CaSO4	3.5	0.35
Fe2O3	1.2	0.12
Al2O3	2.3	0.23
SiO2	4.0	0.40
기 타	3.6	0.36
H2O	40.0	4.00

토양개량재(고체상A1)			염화칼슘(액상 A1)
성분	g	중량%	성분	g	중량%
CaCO3	24.1	12.00	MgCl2	0.52	11.77
MgO	0.24	1.19
CaSO4	1.05	5.22
Fe2O3	0.36	1.79
Al2O3	0.69	3,43
SiO2	1.20	5.97	CaCl2	3.90	88.23
기 타	1.08	5.37
Fe(OH)3	1.07	53.28
슬러지	1.50	7.47
	0.85	4.23
건조후중량	10.2 (이론량10.45)	-	건조후중량	4.30 (이론량4.42)	-
회수율(%)	97.6		회수율(%)	97.2

실시예 5 : 복토재 제조

슬러지 10.0 g(건조 슬러지로서 2.35 g)에 2 N(규정농도) 폐황산 10 ml(H₂SO₄ 10 mmole, FeSO₄ 15 %=1.5 g=10 mmole 함유) 및 과염소산 0.05 g을 첨가한 후 130 ℃에서 10 분 가열 후 50 ℃ 로 냉각한 반응액을 폐석회(함수율 40%) 15 g을 충전한 컬럼의 상부에서 1 ml/min 속도로 서서히 주입하였다. 그 후 깨끗한 물 20 ml로 같은 속도로 세척한 다음 더 이상 물이 흘러내리지 않으면 진공펌프에 연결하여 공기를 1 ℓ/min 속도로 30 분간 흡입하여 습기를 제거한 다음 꺼내어서 105 ℃에서 항량이 될 때까지 건조한 복토재(A) 및 복토재(A) 50 %와 아래의 함량을 가진 석탄회 50 %를 혼합하여 제조한 복토재(B)의 화학조성을 표 11에 나타내었다.

압축 강도는 각각 0.7 kg/cm² 및 0.91 kg/cm²(기준 0.4 kg/cm² 이상)이고, 투수계수는 각각 슬러지의 투수계수 1.1 × 10^-6cm/sec 보다 큰 1.8 × 10^-5cm/sec 및 2.4 × 10^-5cm/sec이었다.

화학성분(중량%)	복토재(A)	복토재(B)	석탄재
CaCl2	5.97	2.99	-
CaCO3	24.83	12.42	-
CaSO4 2H2O	27.23	13.62	-
CaO	3.57	3.29	3.0
MgO	5.08	3.34	1.6
SiO2	7.27	35.04	62.8
Al2O3	4.46	10.73	17.0
Fe2O3	1.44	3.52	5.6
Fe(OH)2	6.18	3.09	-
유기물	10.29	5.15	-
회 분	-	5.1	10.2
기 타	3.71	1.86	-
수 분	-	-	-
총 계	100.03	100.15	100.2

실험예

실시예에서 사용한 실험 방법은 다음과 같다.

중금속 분석용 시료의 전처리는 마이크로웨이브 오븐(QLAB 6000, Questron)을 이용하였고, 화학적 분석(삼성분 분석)은 열 중량 분석기(Thermo Gravimetric Analyzer, TGA601, LECO)를 사용하였고 주입 기체로는 고순도(99.999%)의 질소와 산소를 사용하였다. PO₄ ^3- 이온 분석은 이온크로마토그래피(IC, DX-120, Peak net 6.0, Dionex)에 양이온 분리관(CG12A), 음이온 분리관(AS14A)를 연결하여 사용하였다. 중금속 분석은 원자 흡수 분광법(Atomic Absorption Spectroscopy, Analyst 800, Perkin-Elmer)를 사용하였고, 총탄소 분석은 총 유기 탄소 분석기(Total Organic Carbon Analyzer, TOC-5000A, Simadzu)를 이용하였다. 기타 장비로는 pH 미터(420A, Orion), UV-분광광도계(UV-160A, Shimadzu와 DR-4000V, Hach)를 사용하였다.

투수성(변수위) 측정은 최적 다짐 상태에서 KS F2322 규정에 준하여 투수계수가 비교적 작은 세립토에 적용하는 시험으로 투수계수를 측정하였다.

압축강도(일축)시험은 점착력이 있는 시료를 원추형(5 × 10 cm)으로 성형하여 KS F2314 규정에 적합한 시험기(LK100/MARITO)를 이용하였다.

통계처리를 위한 프로그램으로는 SPSS 10.0 for windows를 사용하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 폐자원을 이용한 슬러지의 처리 공정은 생물학적 하수처리 시스템 등에서 발생되는 슬러지를 폐산 및 산화제와 혼합하는 제 1 단계, 슬러지 혼합액을 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계; 및 제 2 단계의 생성물을 폐알칼리와 반응시키는 제 3 단계를 포함함으로써 슬러지의 감량화와 감용화, 악취 제거와 멸균, 및 부산물의 자원화가 가능하다.

본 발명의 처리 공정에 의해 슬러지의 효과적인 처리에 의하여 직매립으로 인한 공기, 토양 및 수질의 오염 방지, 소각에 의한 민원 방지와 정부불신 해소 및 해양투기로 인한 해양 생물의 오염 예방이 가능하다. 슬러지의 유해물질(중금속, 유해 휘발성 유기물, 악취, 병원성미생물)을 제거하여 국내외 환경규제에 대한 대안을 제시할 수 있게 된다. 또한, 슬러지의 악취가 제거됨으로써 슬러지의 이송, 저장 기타 방법에 따른 질병의 예방 및 민원 해소가 가능하게 된다.

본 발명의 처리 공정의 부산물들은 자원화하여 고도 수 처리용 탄소원, 매립지 복토재, 제설용 염화칼슘 등으로 사용할 수 있다. 복토제로 사용하기 위한 토양 채취 등으로 인한 자연 훼손을 방지할 수 있고, 청정생물자원(청정슬러지)을 이용한 사료 등의 첨가제, 퇴비, 토양개량제, 액비 등의 확대 적용을 통하여 국토의 비옥화 및 농업 생산성 증진, 아미노산 액비에 의한 시설 작물의 증산을 통한 농업 소득 증대, 값싼 양어 사료용 원료 공급 및 해양 및 담수 생물의 영양원 공급으로 어족 자원의 풍요에 의한 어업의 생산성 증진을 통한 소득 향상, 국제특허에 의한 해외시장 선점으로 수출 극대화 및 경쟁력 제고, 슬러지 처리비용 절감에 의 한 국민의 세 부담 경감 등을 들 수 있다.

2002 년 환경부의 2001 년 폐기물 발생 및 처리현황에 의할 때 폐산은 연간 752,000 톤이 발생되며 폐알칼리로 사용될 수 있는 폐석회 등은 폐산의 수십 내지 수백 배가 발생된다. 따라서 본 발명에 사용될 수 있는 전술한 폐산과 후술할 폐알칼리는 충분히 확보되어 있으므로 폐자원의 재활용의 측면에서 본 발명은 상당히 바람직하다.

Claims (13)

1. 슬러지 100 중량부; 철(Fe)의 산세 또는 에칭 공정, 화학 공업의 에스테르화, 니트로화 및 술폰화 공정에서 발생되는 폐염산, 폐질산 및 폐황산으로 이루어진 그룹에서 선택된 폐산 10 ∼ 500 중량부; 및 산화제 0.1 ∼ 10 중량부를 혼합하는 제 1 단계,

   제 1 단계의 혼합액을 100 ∼ 180 ℃로 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계, 및

   제 2 단계의 생성물을 폐석회, 슬래그 및 폐건축 자재로 이루어진 그룹에서 선택된 폐알칼리와 반응시켜서 상기 생성물의 pH를 3 ∼ 7로 조절하는 제 3 단계

   를 포함하는 슬러지의 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러지는 소화조, 정화조, 건물, 산업시설, 아파트와 같은 주택단지 및 축산시설에서 발생되는 폐수 및 하수를 생물학적으로 처리하는 경우에 발생되는 활성 슬러지 또는 활성오니; 의약품 제조를 위한 발효 공정에서 발생되는 발효 미생물 슬러지; 및 유해 중금속이 함유된 준설 슬러지를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폐염산은 5 ∼ 15 중량% 염산과 5 ∼ 15 중량% 염화철을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 폐질산은 12 ∼ 16 중량% 질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 폐황산은 10 ∼ 25 중량% 황산과 3.5 ∼ 6 중량% 황산철을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 산화제는 염소산화물, 과염소산, 염소산, 아염소산, 차아염소산, 이들의 알칼리염 또는 알칼리토금속의 염; 과산화수소, 과황산, 과산화탄산, 이들의 알칼리염; 질산 및 질산의 알칼리 또는 알칼리토금속의 염; 또는 오존인 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 연속 분해 반응기는 튜브 형 반응기, 연속흐름교반탱크 반응기, 마이크로웨이브 튜브 반응기 및 탱크형 반응기인 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 폐알칼리는 마그네슘을 0.1 중량% ∼ 10.0 중량%, 칼슘을 0.1 중량% ∼ 71 중량% 포함하는 슬러지의 처리 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 폐건축 자재는 폐콘크리트, 폐시멘트 벽돌 또는 폐시멘트 블록인 슬러지의 처리 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 폐알칼리와 반응시키는 방법은 상기 제 2 단계 생성물을 폐알칼리층에 흘려주거나, 또는 상기 제 2 단계 생성물에 폐알칼리를 넣어주는 것인 슬러지의 처리 방법.
11. 슬러지 100 중량부, 폐염산 10 ∼ 500 중량부 및 산화제 0.1 ∼ 10 중량부를 혼합하는 제 1 단계,

    제 1 단계의 혼합액을 100 ∼ 180 ℃로 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계,

    제 2 단계의 생성물을 폐석회, 슬래그 및 폐건축 자재로 이루어진 그룹에서 선택된 것으로 제조한 폐알칼리층에 흘려주어 액상 생성물을 얻는 제 3 단계, 및

    제 3 단계의 액상 생성물을 건조하는 제 4 단계

    를 포함하는 제설재의 제조방법.
12. 슬러지 100 중량부, 폐황산 또는 폐황산과 폐염산의 혼산 10 ∼ 500 중량부 및 산화제 0.1 ∼ 10 중량부를 혼합하는 제 1 단계,

    제 1 단계의 혼합액을 100 ∼ 180 ℃로 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키는 제 2 단계, 및

    제 2 단계의 생성물을 폐석회, 슬래그 및 폐건축 자재로 이루어진 그룹에서 선택된 것으로 제조한 폐알칼리층에 흘려주어 고체상 생성물을 얻는 제 3 단계

    를 포함하는 복토재의 제조방법.
13. 슬러지 100 중량부, 폐질산 또는 폐질산과 폐염산의 혼산 10 ∼ 500 중량부 및 산화제 0.1 ∼ 10 중량부를 혼합하는 제 1 단계,

    제 1 단계의 혼합액을 100 ∼ 180 ℃로 가열하면서 연속 분해 반응기에서 반응시키고 액상 생성물을 분리하는 제 2 단계, 및

    제 2 단계의 액상 생성물에 폐석회, 슬래그 및 폐건축 자재로 이루어진 그룹 에서 선택된 폐알칼리를 가하여 pH 10 ∼ 12로 만든 후 고체상 생성물을 얻는 제 3 단계

    를 포함하는 인산 및 유가금속의 회수방법.

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