KR20070016129A - 슬러지의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

중금속 및 유기 성분을 함유하는 슬러지의 처리 방법으로서, 이는 슬러지의 발포가 야기되고, 건조됨에 의한다.

Description

슬러지의 처리 방법{PROCESS FOR THE TREATMENT OF SLUDGE}

본 발명은 슬러지, 특히 중금속 및 유기 성분으로 오염된 슬러지, 예를 들어, 수로 또는 오염된 토양을 청소할 때로부터의 침전물에서 나오는 슬러지의 처리 방법에 관한 것이다.

방출되고, 처리되고, 저장되어야 하는, 점점 더 많아지는 양의 슬러지에 의해 제시된 문제는 주지되어 있다. 이러한 슬러지들은 복합적인 원천 (origin) 을 갖는다. 이들은, 예를 들어, 정수장 (water purification plant), 수로의 준설 또는 청소, 또는 다양한 산업물로부터 발생되며, 토양의 오염에 기여할 수 있다. 수로를 청소할 때 나오는 침전물의 경우, 주어지는 처리량, 및 중금속 및 유기 성분과 같은 오염물로 인한 이들의 오염이 특히 문제이다. 북유럽에서 수로의 많은 부분이 현재, 배의 이동을 방해하는 슬러지에 의해 막혀 있다. 이의 직접적 또는 간접적, 경제적 및 환경적 영향은 매우 막대하다. 더욱이, 수로의 이와 같은 문제 상황은 오염된 슬러지의 처리 및 저장에 대한 현재의 해결책의 불합리성에 기인함이 주지되어 있다.

실제로, 슬러지를 처분하는 편리한 방법은, 배로 바다에 나가 이것을 방출하거나, 또는 파이프선을 통해 이를 폐기물 처리지 (침강 산화지 (settling lagoon)) 로 이송하는 것으로 이루어진다. 그러나, 슬러지가 중금속 또는 유해 유기 성분 (이는 일반적으로 수로의 청소에서 나오는 침전물을 갖는 경우임) 으로 오염된 경우, 이 방법은 분명히 허용될 수 없다. 이들이 저장될 수 있게 되기 전, 슬러지는 반드시 비독성 시험을 만족시키도록 처리되어야 한다. 이러한 견지에서, 슬러지의 취급 및 저장을 용이하게 하기 위해, 이들을 효과적이고, 경제적으로 건조시킬 수 있는 것이 중요하다.

다량의 슬러지를 처리하기 위하여, 이들을 인산과 혼합하고, 혼합물을 하소 (calcinging) 하여, 슬러지에 함유된 중금속을 비활성화시키고, 유기 성분 (SOLVAY FR 2815338) 을 파괴하는 것이 주지되어 있다. 그러나, 이렇게 알려진 방법을 이용하는 것은 비교적 비용이 많이 든다는 단점이 있는데, 이는 특히 이의 하소 과정에서 슬러지를 건조하는데 요구되는 에너지의 소비 때문이다. 또한, 액체 상태의 인산화 슬러지는 특정 유형의 취급이 어려운 것으로 나타났다.

본 발명은, 앞서 언급된 주지된 방법보다 경제적이고, 슬러지를, 예를 들어, 건설 현장 수단 (기계적 굴착기, 불도저 등) 에 의해 더욱 용이하게 처리할 수 있도록 충분한 기계적 강도를 갖는 생성물로 신속하게 전환시키는 슬러지의 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

결과적으로, 본 발명은 슬러지 내 현탁액 중의 입자들로부터 최대 입자 크기 분획을 분리하는 것을 포함하는, 자연 또는 인공 슬러지의 처리 방법에 관한 것으로, 인공 슬러지의 경우, 물의 첨가 전에 상기 분리를 임의로 수행하는 것이 가능하고, 상기 방법은, 슬러지 밀도의 90 % 미만의 밀도를 갖는 발포체 (foam) 를 수득 가능하게 하는 제어된 조건 하에서의 슬러지의 발포 단계, 및 발포체의 건조 단계를 추가로 포함한다.

"슬러지" 란 현탁액에서 고체 성분을 함유하는 임의의 수성 물질을 의미하는 것으로 의도된다. 이는 자연적 원천을 갖거나 또는, 예를 들어, 미분쇄에 의해 수득된 고운 가루 형태의 고체 물질에 물을 첨가함으로써 나오는 것일 수 있다. 슬러지가 자연적 원천으로부터 나온 경우, 이는 유리하게는 현탁액 내에 미사 (silt), 진흙 및 광물 성분을 함유한다 (모래 또는 심지어 굵은 자갈). 오염된 토양으로부터 또는 수로를 청소할 때 얻어지는 슬러지는, 본 발명이 적용되는 자연 슬러지의 예가 된다. 또한, 소각재 또는 자동차류 (motor vehicle) 분쇄 잔류물에 물을 첨가할 때 나오는 슬러지는 본 발명이 적용되는 인공 슬러지의 예가 된다. 슬러지 내 현탁액에서 입자들의 입자 크기 분포의 폭은 매우 커서, 예를 들어, 1 마이크론 내지 수백 마이크론, 또는 심지어 수 밀리미터일 수 있다. 슬러지는 종종 매우 미세한 입자를 높은 함량으로 함유한다. 흔히, 건조 슬러리의 10 중량% 가 직경 5 마이크론 미만의 입자로 이루어지나, 직경이 500 마이크론을 초과하는 입자 함량이 수 % 이하일 수 있다. 또한, 특정 슬러지의 입자 크기 막대 그래프는 다모드 (multimodal) 라는 특징적 특색을 가져서, 즉, 이들은 다수의 피크를 갖는다.

본 발명에 따른 방법에 있어서, 발포 시에 건조 성분 함량이 70 % 미만인 슬러지가 특히 적합한데, 건조 성분 함량이란 슬러지에 함유된 건조 성분의 중량% 로서 정의된다. 본 명세서에서, 시료의 건조 성분 함량은, 100 ℃ 에서 유지되는 오븐에서의 4 시간의 체류 전과 후의 시료 중량 사이의 비율을 계산함으로써 측정된다. 건조 성분 함량이 30 % 미만 또는 일부 경우 40 % 미만인 것은 바람직하게는 제외된다.

본 발명에 따르면, 슬러지의 발포가 수행된 후, 슬러지가 발포체의 형태가 된다 (발포체란, 주어진 출발 물질에 대하여, 출발 물질보다 낮은 밀도를 갖는 이 물질의 상태를 의미하는 것으로 이해됨). 본 발명의 이러한 필수적 특징은 이후 발생되는 슬러지의 취급을 용이하게 만든다. 실제로, 본 발명자들은, 전형적으로 2 내지 7 일, 바람직하게는 4 내지 6 일의 가변적인 저장 기간 후 (이 기간 동안 초기에 발포체 상태인 슬러지가 통상적인 외부 온도에 두어짐 (단, 동결은 피함)), 이의 밀도가 고체 물질의 경도 (consistency) 에 근접하는 것을 발견하였다. 이때, 슬러지는 기계적 굴착기 또는 불도저와 같은 건설 현장 기계에 의해 용이하게 처리될 수 있는데, 여전히 다량의 물을 함유한다 (전형적으로, 40 중량% 이하). 저밀도의 발포체가 최고의 경도를 제공하는 것으로 나타난다. 발포체의 밀도는 처리 전에 슬리저 밀도의 90 % 미만이 되어야 한다. 85 % 미만, 예를 들어, 80 % 미만, 바람직하게는 75 % 미만의 값이 유리하다. 밀도는 50 % 미만으로 떨어지지 않는 것이 바람직하다. 55 내지 65 % 의 값이 특히 적합하다.

슬러지의 발포는, 처리될 슬러지에 적합한 임의의 공지된 발포 기술에 의해서 일어날 수 있다. 발포는, 특히 시약의 첨가에 의한 화학적 경로에 의해 이루어질 수 있는데, 이는 그 자리에서 (in situ) 가스 방출을 일으킨다. 바람직한 구현예에서는, 염산, 황산 또는 인산과 같은 산과, 예를 들어, 카르보네이트의 반응이 가스 방출을 일으키는 데 사용된다. 인산화 작용 과정에서 H₂S 의 가스 방출은 슬러지의 발포를 향상시키는 것으로 관찰되었다. 발포체를 안정화시키는 계면활성제의 첨가 또는 존재가 또한 유리하다. 이와 관련하여, 수로를 청소할 때 얻어지는 슬러지에 존재하는 다량의 흄산이, 발포에 있어서, 대개는 이들의 계면활성제 특징에 유리한 효과를 갖는 것이 관찰되었다. 처리될 슬러지에 따라, 다수의 계면활성제를 임의로 첨가하여, 본 발명에 따른 밀도를 갖는 발포체를 수득하는 것이 적절할 것이다. 가장 적절한 계면활성제 및 사용될 양을 선택하는 것은 개별적인 경우에 따라 그 자체로 알려진 방법에 의해 수행될 것이다. 또한, 슬러지에 기계적 교반을 실시하여 발포를 용이하게 하는 것이 바람직하다. 교반의 강도는 본 발명에 따른 방법을 이용하기 위한 특정 조건에 따라 선택된다. 기계적 교반은 너무 강하지 않은 것이 유리하다. 일반적으로는 혼합 스크류의 이용을 피하는데, 이는 이들이 발포체의 형성을 가장 흔히 방해하기 때문이다. 제공되는 튜브의 부분이고, 고정식 혼합기 (static mixer) 가 없는 관형 반응기를 이용하는 것이 권장된다. 이들은 유리하게 디자인되어 이들 내부에서의 체류 시간이 2 내지 10 초가 되도록 할 수 있다. 각각의 경우, 기계적 교반이 조절되어, 본 발명에 따른 발포를 촉진시킨다. 일부 경우, 원하는 기계적 교반을 야기할 수 있는 펌프를 통해 통과하는 슬러지 업스트림 (upstream) 에, 발포를 야기하는 시약을 첨가하는 것이 바람직하다. 고정식 혼합기를 이용하는 것 또한 최적의 기계적 교반 강도를 얻기 위해서 유리할 수 있다.

슬러지 내 현탁액 중에서 가장 큰 직경을 갖는 입자들은, 발포에 이용되는 시약, 예컨대 산 및 계면활성제를 흡수할 수 있는 것이 관찰되었다. 이는 이들 입자들이 다공성이거나 펠트 (felt) 또는 발포체로 이루어지고, 예를 들어, 유기 섬유의 정전기적 응집으로부터 생성되는 경우, 특히 사실이다. 사전에 미분쇄된 잔류물에 물을 첨가할 때 나오는 슬러지의 경우가 특히 그러한 경우인데, 이는 상기 섬유가 잔류물의 미분쇄 후에도 계속 존재하여, 큰 입자로 접합 (agglutinate) 되기 때문이다.

본 발명에 따른 방법에서, 최대 입자 크기 분획이 제일 먼저 슬러지 내 현탁액 중의 입자들로부터 분리된다. 분리될 입자 크기 분획을 결정하는 것은 슬리지의 성질에 의존한다. 실제로, 흡수성이 가장 큰 분획을 분리하는 것이 바람직하다. 실제로, 슬러지 내 현탁액 중에서 입자들의 5 중량%, 바람직하게는 10 중량%, 보다 더욱 바람직하게는 20 중량% 에 해당하는 입자 크기 분획을 분리하는 것이 흔히 권장된다.

자연 슬러지의 경우, 최대 입자 크기 분획의 분리는, 예를 들어, 슬러지가 여과기 또는 체를 통해 통과되면서 수행될 수 있다. 슬러지가 인공 슬러지이고, 고운 가루 물질에 물을 첨가할 때 나오는 경우, 물을 첨가하기 전에, 예를 들어, 체질 (sieving) 에 의해 분리를 수행하는 것이 바람직하다. 체 또는 스크린의 개구부의 크기를 결정하는 것은 시행착오에 의해 수행되어, 분리될 입자 크기 분획의 원하는 중량% 가 얻어질 수 있다. 이러한 예비 분리에 의하여, 본 방법의 경제적 효율이 향상된다.

본 발명의 유리한 구현예에 따르면, 본 방법은, 바람직하게는 발포 전에 슬러지의 인산화 작용을 포함한다. 인산화 작용은 최대 입자 크기 분획을 분리한 후에 수행되는 것이 권장된다. 슬러지의 발포와 조합된 인산화 작용은, 슬러지 내 존재하는 독성 화합물이 비활성화된 폐기물을 얻는 것을 가능하게 만들고, 그 결과, 상기 폐기물이 저장되는 경우, 이러한 독성 화합물이 저장 부위의 환경을 오염시키지 않는다는 것이 관찰되었다. 상기 구현예는 처리될 슬러지가 중금속을 함유하는 경우 특히 유리하다. 중금속이란 표현은 일반적으로 인정되는 정의 (Heavy Metals in Wastewater and Sludge Treatment Processes; 제 I 권, CRC Press Inc; 1987; 2 쪽) 에 따라 베릴륨, 비소, 셀레늄 및 안티몬 뿐 아니라, 그 밀도가 5 g/cm³ 이상인 금속을 의미하는 것으로 이해된다. 인체에 유해한 영향을 주는 납이, 이의 예로서 특히 상당한 위치를 차지한다. 상기 구현예에서, 비활성화된 슬러지는 또한 알루미늄 금속을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 슬러지에 인산을 첨가함으로써 인산화 작용이 수행된다. 이 경우, 특히, 수로의 준설로부터 유래되는 슬러지 및 자동차류 분쇄 잔류물에 물을 첨가할 때 나오는 슬러지에 있어서, 발포 및 비활성화가 동반하여 일어날 수 있다. 사용될 인산의 양은, 처리될 슬러지의 정확한 조성 및 특히 중금속의 함량에 의존한다. 실제로, 건조 성분의 중량에 대하여, 1 % 이상 (바람직하게는 2 %) 의 중량이 사용된다. 인산의 양은 15 % 미만인 것이 바람직하다. 2 내지 6 % 의 양이 일반적으로 적합하다.

본 발명의 상기 구현예에서는, 인산염의 경제적인 공급원, 예컨대 P₂O₅ 를 함유하는 특정 인산화 광물, 또는 인산염이 또한 풍부한 동물성 식단의 하소 잔류물이 용해된, 매우 희석된 인산을 사용하는 것이 유리하다. 980 ml 의 물에 85 % 로 희석된 인산 20 ml 에 해당하는 농도의 산으로 출발하여, 여기에 인산염 광석 또는 하소된 동물성 식단을 첨가함으로써, 본 발명에 따른 방법에 적합한 산을 매우 경제적으로 수득한다.

본 발명의 유리한 변형에 따르면, 슬러지가 퇴비화 관련 기술에 의해 건조된다. 본 명세서의 나머지 부분에서, "건조 슬러지" 란 발포체의 건조로부터 얻어진 생성물을 나타낸다. 이 생성물은 더 이상 필수적으로 발포체 상태일 필요는 없는데, 이는 발포체가 그 건조 중에 고밀도화되려는 경향을 갖기 때문이다. 퇴비화는 그린 폐기물 (green waste) 과 같이 발효가능한 폐기물 (발효시킬 수 있음) 을 처리하기 위한 공지된 기술이다. 이는, 폐기물에 함유된 유기 성분을 분해시키고, 이것이 함유하는 액체를 삼투에 의해 제거시키기 위해, 폐기물을 오랜 기간 동안 외부의 주위 온도에서 공기와 접촉시키며 저장하는 것으로 필수적으로 이루어진다. 본 발명의 상기 구현예에 따르면, 유기 성분 (심지어 비 발효성) 및 중금속을 함유하는, 발포된 슬러지의 건조를 위하여 퇴비화 관련 기술을 이용하는 것이, 매우 경제적으로, 놀랍게도 높은 건조 성분 함량에 도달시키는 것을 가능하게 한다. 이로써, 슬러지의 임의의 후속 하소 과정에서 에너지 소비가 감소된다. 퇴비화 관련 기술에 의한, 발포된 슬러지의 건조는, 유기 성분의 분해가 충분히 이루어진 경우, 심지어 하소 단계를 생략 가능하게 한다.

본 명세서의 나머지 부분에서, "건조" 란 표현은 항상 퇴비화 관련 기술에 의한 건조를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 건조 도중, 슬러지는, 중력의 작용 하에서 물이 자연스럽게 방출되기에 충분히 긴 기간 동안 저장된다. 24 시간을 초과하는 건조 기간이 필요하다. 건조는 48 시간 이상 지속하는 것이 바람직하다. 1 개월을 초과하는 건조는 불필요한 것으로 보인다. 실제로, 1 내지 2 주의 건조 기간이 적합하다.

앞서 밝힌 바와 같이, 슬러지가 발포체의 형태로 존재하는 경우, 본 발명에 따르면, 슬러지의 건조가 더욱 용이하고, 보다 효율적이다. 실제로, 슬러지의 경도가 향상되면 통상의 건설 현장 기계에 의한 이의 대량 취급이 가능해지고, 특히 퇴비화 동안 이를 뒤짚어 엎는 것이 가능하게 된다. 이는 원하는 건조 성분 함량에 더욱 신속히 도달하는 것을 가능하게 한다.

상기 구현예의 권장되는 변형에 따르면, 건조는, 건조 12 일 후 건조 슬러지의 건조 성분 함량이 65 % 초과, 바람직하게는 70 % 에 도달하게 되는 조건 하에서 수행된다.

건조는 지면 상에서 직접 수행된다. 그러나, 본 발명에 따른 방법의 유리한 구현예에서 발포체는 모래층 상에 위치된다.

상기 구현예의 권장되는 변형에 따르면, 모래층은 물에 불침투성인 멤브레인 (membrane) 상에 그 자체로 위치되어, 중금속에 의한 토양의 오염을 피하고, 퇴비화 중에 인산화 슬러지로부터 나오는 물을 회수하게 한다. 플라스틱, 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 PVC 로 만들어진 멤브레인이 적합하다.

건조는, 외부, 옥외에서, 온도의 큰 변화 및 비의 작용으로부터의 보호없이 수행될 수 있는데, 단 온도는 0 ℃ 를 초과해야 한다. 그럼에도 불구하고, 퇴비화 터널과 같은 한정된 건조 시스템을 이용하는 것이 바람직하다. 그러한 퇴비화 터널은 발효가 가능한 유기 폐기물의 산업적 처리 분야에 공지되어 있다. 퇴비화 터널에는 유리하게는, 공기의 순환을 위한 시스템, 및 황화수소와 같은 방출 가스의 수집 및 처리를 위한 시스템이 장착된다. 황화수소는 바람직하게는 수거되어, 예를 들어, 바이오여과기 상에서 처리되거나, 임의의 하소 과정에서 재주입된다. 퇴비화 터널은, 물에 대하여 불침투성인 맴브레인 상에 위치되는 모래층을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 유리한 구현예에 따르면, 특히 슬러지가 다량의 유기 성분을 함유하는 경우, 또는 건조 동안 유기 성분이 충분히 분해되지 않은 경우, 건조 슬러지를 하소시킨다. 유기 성분은 슬러지 내에서 액상 또는 고상일 수 있다. 이는, 예를 들어, 비극성 탄화수소, (단일- 또는 다중환) 지방족 또는 방향족 탄화수소 및 할로겐화 용매를 함유할 수 있다. 하소는 이러한 유기 성분을 파괴하기 위해 의도된 것이다. 하소는 일반적으로 유기 성분이 파괴되기에 충분한 450 ℃ 초과의 온도에서 수행된다. 일부 중금속의 증발을 야기할 수 있는 과도한 온도는 피하는 것이 권장된다. 실제로, 하소 온도는 1000 ℃ 미만이다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형에서, 하소 온도는 500 ℃ 초과 800 ℃ 미만이다. 유기 성분을 특히 잘 파괴하고, 중금속은 가능한 거의 증발시키지 않기 위해서는, 하소 온도가 550 ℃ 내지 750 ℃ 인 것이 특히 유리하다. 본 발명의 상기 구현예에서는, 하소 전의 건조 슬러리와 미리 분리된 최대 입자 크기 분획, 예컨대 미분쇄 잔류물의 경우에서의 발포체 및 펠트를 혼합하는 것이 권장된다.

하소는 제어된 분위기에서 수행하는 것이 유리하게 관찰되었다.

이러한 취지로, 본 발명에 따른 방법의 특정 구현예에서, 상기 분위기는 산화성이다. 이러한 변형은, 이하 기술되는 바와 같이, 후속되는 임의적 모르타르의 세팅을 용이하게 한다. 이 경우, 예를 들어, 주변의 공기를 이용하는 것이 가능하다. 이후, 오븐에 충분한 공기가 공급되도록 주의가 요구된다.

또다른 특정 구현예에서, 분위기는 환원성이다. 상기 구현예는 크롬 VI 의 형성을 억제한다는 점에서 특히 유리하다.

하소의 지속 기간은, 처리될 슬러지의 조성 및 하소 오븐에서의 물질의 배합 (arrangement) 에 의존한다. 이는 또한 유기 성분을 파괴하기에 충분한 것이어야 하며, 슬러지가 인산화된 경우, 충분한 파이로포스페이트 (pyrophosphate) 를 생성하기에 충분해야 한다.

본 발명에 따른 방법의 특정 구현예에서, 하소 단계로부터 유래되는 생성물은 물과 혼합된 후, 세팅 (setting) 및 경화된다. 상기 구현예에서, 환원 첨가제가 바람직하게는 혼합수 (mixing water) 에 첨가된다. 예로서, 상기 첨가제는 철, 망간, 철 (II) 화합물, 망간 (II) 화합물 및 알카리 금속의 환원염으로부터 선택될 수 있다. 나트륨 설파이트가 바람직하다. 환원제가 유리하게는, 슬러지에 함유된 건조 성분 중량의 0.1 내지 1 중량% 의 양으로 첨가된다.

하소 단계 동안, 일부 슬러지, 특히 방해석이 풍부한 슬러지는 포졸란 물질의 형성을 야기한다. 이 경우, 세팅 및 경화를 일으키기 위하여 수경성 (hydraulic) 결합제를 첨가할 필요는 없다.

세팅 및 경화를 일으키기 위해 수경성 경화제가 필요한 경우, 이의 정확한 조성은 크게 중요하지 않다. 이는 통상 포틀랜드 시멘트로 이루어진다. 검탄 (charcoal) 의 연소로부터 나오는 재와 같은 포졸란 물질이 또한 적합할 수 있다. 모르타르의 형성을 위해 의도된 하소 생성물과 수경성 결합제를 혼합하는 동안, 플라스틱 폐기물을 수득하기에 충분한 양의 혼합수를 첨가하는 것이 필요하다. 사용되는 수경성 결합제의 양은 다양한 매개변수, 특히, 선택되는 수경성 결합제, 슬러지의 조성, 및 본 발명에 따른 처리 방법의 최종 생성물에 바람직한 성질, 특히, 이의 기계적 강도에 의존한다. 실제로, 하소 재의 중량의 1 중량% 를 초과하는 양을 사용하는 것이 종종 권장된다. 본 발명에 따르면, 수경성 결합제의 중량이 50 % 미만, 바람직하게는 30 % 를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 변형에서, 하소 생성물의 2 중량% 초과 20 중량% 미만인 수경성 결합제의 양이 사용된다.

경화 후 수득되는 고체 질량의 형상은, 수일간 지속될 수 있고, 이것으로 모르타르가 형상화된다. 이는, 예를 들어, 연탄형 또는 구형 또는 각주형 블록을 포함할 수 있다. 이는 밀집되고, 실질적으로 가스상 함유물이 없어서, 양호한 기계적 성질, 특히, 어려움 없이 이의 저장 및 이의 처리를 가능하게 하는 데 충분한 충격 강도 및 경도를 보인다.

경화 후 수득된 고체의 밀집된 질량 (compact mass) 은, "TL" 또는 "NEN" 표준에 의해 한정된 것과 같은 엄격한 절차에 따라 추출된 침출물 (lixiviate) 에 대한 독성 표준을 따른다.

3 중 침출 (lixiviation) "TL" 을 위한 French 시험이 French 기준 XPX 31 ~ 210 에 기술된다. 시험의 프로토콜은, 물질을 4 mm 의 체에 통과시킬 수 있도록 미분쇄하는 것으로 이루어진다. 이렇게 미분쇄된 물질을, 지속적 교반과 함께, 액체/고체 비율이 10 으로, 탈염수를 이용하여 3 중 침출시킨다. 각각의 침출 후, 시험이 실시된 분말을 위한 세척액의 중금속 함량을 측정한다. Dutch 시험 "NEN" 은, 이의 일부로서, 시료를 세밀하게 미분쇄 (125 μm 미만) 하는 것 및 여기에 물을 물:고체 비율이 50 이 되도록 첨가하는 것으로 이루어진다. 이후, pH 7 에서 3 시간 동안, 이후 또한 pH 4 (이는 빗물의 최소 pH 임) 에서 3 시간 동안 유지된다. 1 N 니트르산 용액 (비(非)복합산) 이 이용되어 pH 가 연속적으로 조절된다. 이후, 액상에서의 중금속 함량을 분석하여 측정하였다.

American 시험 TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) 에 따르면, 9.5 mm 의 체를 통과하는 100 g 의 고체 성분을 취하여, 시료를 6 g/l CH₃COOH + 2.57 g/l NaOH (pH 4.9) 를 함유하는 2000 ml 의 용액과 18 시간 동안 접촉시켰다. 이후, 상기 물질을 0.6 ~ 0.8 μm 의 유리 섬유 상에서 여과시켰다.

본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, 하기에 적용될 수 있다:

·산업 또는 도시 원천 폐수의 침강물에서 얻어지는 슬러지;

·특정 산업 부지의 토양과 같은 오염된 토양에서 얻어지는 슬러지;

·소각재 또는 자동차류 분쇄 잔류물에 물을 첨가할 때 나오는 슬러지;

·강, 연못, 우물 또는 하수도를 준설하거나 청소할 때 나오는 침전물; 및

·수로 (예를 들어, 항구, 호수, 강, 운하) 를 청소할 때 나오는 침전물.

본 발명에 따른 방법의 유리한 구현예에서, 슬러지는, 자동차류 분쇄 잔류물을 포함하는 폐기물에 물을 첨가할 때 얻어진다. 상기 변형에서는, 4 mm, 바람직하게는 3 mm, 보다 더욱 바람직하게는 2 mm 의 체를 통과하지 못한 입자들을 폐기물로부터 분리하는 것이 권장된다.

여전히 남아있는 폐기물에 이후 물 및 인산을 보충한 다음, 발포시키고, 건조한다. 분리된 입자들을 이후 바람직하게는, 가능한 하소를 위하여, 건조 슬러리와 혼합시킨다.

도 1 은, 본 발명에 따른 발포를 실시했는 지의 여부에 따른, 25 ℃ 에서의 저장 동안 슬러지의 건조 성분 함량의 상대적 변화를 설명한다.

이후 기술되는 실시예는 본 발명의 중요성을 보여준다.

실시예 1 (본 발명에 따른 실시예)

실시예 1 에서는 수로의 준설에서 나온 슬러지의 시료를 처리하였다. 슬러지에서 중량에 따른 주요 오염물 조성을 하기 표 1 에 나타내었다:

구성체	중량 함량 (건조 성분의 중량)
Cd	9 mg/kg
Co	40 mg/kg
Cr	92 mg/kg
Cu	88 mg/kg
Fe	25,200 mg/kg
Pb	112 mg/kg
Zn	428 mg/kg
유기물	48 g/kg
물	417 g/kg

슬러지의 밀도는 1.54 kg/dm³ 였다. 5 % (건조 성분의 중량) 의 인산 (85 % 인산) 을 슬러지에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 관형 반응기로 도입하였고, 이의 방출구에서 상기 혼합물은 밀도가 0.8 내지 0.9 인 발포체의 형태였다. 이후, 상기 발포체를 직경 10 cm 및 깊이 약 1 cm 의 실리더형 용기에 위치시켰다. 상기 용기를, 25 ℃ 의 온도 및 1.5 m/s 의 속도를 갖는 공기 흐름에 100 시간 동안 위치시켰고, 이 기간 동안 계속해서 시료의 중량을 측정하였다. 중량을 측정하여 건조 성분 함량값을 알아내었다. 결과를 표 1 에 나타내었다.

실시예 2 (본 발명을 따르지 않은 실시예)

실시예 2 에서는, 슬러지에 인산을 보충하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1 에서와 같은 절차를 수행하였다. 시간에 따른 건조 성분 함량값을 도 1 에 나타내었다.

실시예 1 및 2 의 결과의 비교는 본 발명에 따른 발포가, 처리된 슬러지에서 건조 성분 함량의 시간에 따른 변화에 주는 영향을 설명한다.

실시예 3 (본 발명에 따른 실시예)

실시예 3 에서는 슬러지 확장 준설 현장에서 수거된 슬러지의 시료를 처리하였다. 슬러지에서 중량에 따른 주요 오염물 조성을 하기 표 2 에 나타내었다:

구성체	중량 함량 (건조 성분의 함량)
Cd	1.9 mg/kg
Co	14 mg/kg
Cr	95 mg/kg
Cu	100 mg/kg
Ni	22 mg/kg
Pb	78 mg/kg
Zn	385 mg/kg
유기물	31 g/kg
물	420 g/kg

슬러지의 밀도는 1.67 kg/dm³ 였다. 2.5 % (건조 성분의 중량) 의 인산을 슬러지에 첨가하였다. 이후, 연동 펌프를 이용해, 인산화된 슬러지를 펌핑하여, 높이 1,220 mm 및 직경 100 mm 의 투명 컬럼에 도입하였다. 컬럼은 아래쪽 기저부 (1 mm 의 개구부를 갖는 와이어 메쉬가 있고, 직물로 덮혀 있음) 에서 막혀 있었다. 직물은 그 자체가 모래층 (약 1 cm 의 두께) 으로 덮여 있었다. 이후, 컬럼 내 발포체의 높이 및 이의 중량을 측정하여, 발포체의 형태였던 슬러지의 밀도를 알아내었다. 1.4 kg/dm³ 의 값이 얻어졌다. 이때, 건조 성분 함량은 50 % 였다. 30 ℃ 의 온도에서 컬럼 내에서의 저장 4 일 후, 밀도가 1.7 kg/dm³ 이하로 증가하였고, 건조 성분 함량은 52.9 % 였다.

저장의 마지막에, 앞서 정의된 바와 같은, 침출 시험 (lixiviation test) "TCLP" 을 시료에 실시하였다. 시험 결과를 표 3 에 나타내었다 (mg/l):

pH	Cd	Cu	Ni	Pb	Zn	PO4
4.9	<0.005	<0.05	<0.05	<0.04	0.9	1010

실시예 4 (본 발명에 따른 실시예)

실시예 4 에서는, 슬러지를 인산화시키지도 않고, 발포시키지도 않았다는 것을 제외하고는 실시예 3 에서와 같은 절차를 수행하였다. 컬럼으로 이를 도입하는 동안, 슬러지는 발포체의 형태가 아니었고, 이의 밀도는 1.67 kg/dm³ 였다.

건조 후, 슬러지에 TCLP 시험을 실시하였다. 결과를 표 4 에 나타내었다:

pH	Cd	Cu	Ni	Pb	Zn	PO4
5.3	0.012	0.18	<0.05	0.06	5.5	<1

표 3 및 4 의 비교는, 수득된 중금속의 비활성화를 설명해준다.

실시예 5 (본 발명에 따른 실시예)

실시예 5 에서는, 슬러지에 7.2 % 의 인산 (85 % 인산) 을 보충하였다는 것을 제외하고는 실시예 3 에서와 같은 절차를 수행하였다. 이를 컬럼으로 도입한 후, 발포체의 밀도는 1.01 kg/dm³ 였는데, 이는 인산화 작용 전 슬러지 밀도의 약 70 % 였으며, 이의 건조 성분 함량은 50 % 였다. 컬럼에서의 저장 6 일 후, 밀도가 1.4 kg/dm³ 로 증가하였다. 이때, 이의 건조 성분 함량은 59.4 % 였다. 이후, 발포체를 디쉬로 옮긴 다음, 컬럼에 재도입시켰다. 슬러지를 뒤집어 엎는 것을 시뮬레이팅 (simulating) 하는 이러한 처리 후, 슬러지를 다시 6 일 동안 저장하였다. 6 일의 마지막에, 건조 성분 함량은 71.2 % 였다.

실시예 6 (본 발명에 따른 실시예)

실시예 6 에서는, 석호에서 수득한 슬러지를 처리하였다. 슬러지에서 중량에 따른 주요 오염물 조성을 하기 표 5 에 나타내었다:

구성체	중량 함량 (건조 성분의 중량)
Cd	53 mg/kg
Hg	11 mg/kg
As	315 mg/kg
Cu	100 mg/kg
Ni	1774 mg/kg
Pb	1216 mg/kg
Zn	6997 mg/kg

슬러지의 밀도는 1.5 kg/dm³ 였다. 2.5 % (건조 성분의 중량) 의 인산 (85 % 인산) 을 슬러지에 첨가하였다. 이후, 연동 펌프를 이용해, 인산화된 슬러지를 펌핑하여, 실시예 3 에서와 같이, 높이 1,220 mm 및 직경 100 mm 의 투명 컬럼에 도입하였다. 컬럼은 아래쪽 기저부 (1 mm 의 개구부를 갖는 와이어 메쉬가 있고, 직물로 덮혀 있음) 에서 막혀 있었다. 직물은 그 자체가 모래층 (약 1 cm 의 두께) 으로 덮여 있었다. 이후, 컬럼 내 발포체의 높이 및 이의 중량을 측정하여, 발포체의 형태였던 슬러지의 밀도를 알아내었다. 0.9 kg/dm³ 의 값이 얻어졌다. 2 주의 저장 후, 컬럼의 내용물을 불투과성 맴브레인 상에 약 10 cm 의 두께로 위치시켰다. 맴브레인 상에서 2 주의 추가의 저장 마지막에, 건조 슬러리의 시료를 수거하여, 침출 시험을 실시하였다. 이후, 건조 슬러리를 650 ℃ 에서 4 시간 동안 하소하였다. 하소된 시료에 또한 침출 시험을 실시하였다. 침출 시험은, 탈염수를 이용한 24 시간 동안의 Italian 시험 UNI 10802 이었다. 침출 시험의 결과를 표 6 (침출물을 mg/l 의 단위로 표시) 에 나타내었다:

	미처리 슬러지	발포되고 건조된 슬러지	하소된 슬러지
As	0.11	0.093	0.001
Cd	0.001	0.006	<0.001
Hg	<0.005	<0.0002	<0.0002
Pb	<0.01	<0.001	<0.001
Cu	0.019	0.04	0.005
Zn	0.082	0.02	<0.002

비활성화되기가 특히 어렵다고 알려진 비소가 우수하게 비활성화된 점이 특히 주목된다.

Claims (11)

1. 슬러지 내 현탁액 중의 입자들로부터 최대 입자 크기 분획을 분리하는 것을 포함하는, 자연 또는 인공 슬러지의 처리 방법에 있어서, 인공 슬러지의 경우, 물의 첨가 전에 상기 분리를 임의로 수행하는 것이 가능하고, 상기 방법은, 슬러지 밀도의 90 % 미만의 밀도를 갖는 발포체 (foam) 를 수득 가능하게 하는 제어된 조건 하에서의 슬러지의 발포 단계, 및 발포체의 건조 단계를 추가로 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 발포체의 밀도가 슬러지의 밀도의 85 % 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 발포체의 밀도가 55 내지 65 % 인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 전에 슬러지의 인산화 작용을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포체가 퇴비화 관련 기술에 의해 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 건조 12 일 후, 건조된 슬러리의 건조 성분 함량이 65 % 를 초과하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 건조된 슬러리가 이후 하소되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 하소 온도가 550 내지 750 ℃ 인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 하소로부터 수득된 생성물이 이후 물과 혼합된 다음, 세팅 (setting) 및 경화되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러지가 비소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러리가, 자동차류 (motor vehicle) 분쇄 잔류물을 포함하는 폐기물에 물을 첨가함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는 방법.

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