KR20080032386A

KR20080032386A - 분진을 이용한 고화제 제조방법

Info

Publication number: KR20080032386A
Application number: KR1020060098046A
Authority: KR
Inventors: 이영중; 유종열
Original assignee: (주)토고이알씨
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2008-04-15
Also published as: KR100838627B1

Abstract

본 발명은 분진(연소재와 분진)을 이용한 고화제 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 각각의 공정을 거치면서 발생하는 분진(제철 분진(제련시에 발생하는 부산 폐기물로서 분진 상태의 것을 의미한다.), 제강 분진(제강시에 제강 시에 공정상에서 발생하는 부산 폐기물로서 분진상태의 것을 의미한다.), 제지 분진(제지를 생산 후에 슬러지 상태의 폐기물로 소각된 분진을 의미한다.), 하수슬러지 소각 분진(소각 시에 발생하는 연소재와 연소시에 발생하는 분진을 포함하는 것)을 이용하여 수분이 다량 함유된 슬러지를 처리할 수 있는 고화제를 제조하기 위함이다.

이를 위해 본 발명에 따른 분진을 이용한 고화제 제조방법에 의하면; 산성의 소각 분진과 알카리성의 제지 분진을 혼합하고, 이에 황산과 황산제일철 7수화물을 혼합 반응시켜, 냉각, 분쇄의 공정을 거쳐, 산성분말을 제조하고, 이에 알카리성 분말인 생석회를 혼합하여 고화제를 제조하는 방법으로, 이렇게 제조된 고화제는 하수 슬러지와 같은 수분이 다량 함유된 슬러지의 수분을 단시간에 안정화시키며, 고화시키는 기능을 갖는다.

현재 폐기물인 분진은 전량 매립에 의해 처리되고 있으며, 또한 하수 슬러지는 처리비용이 저렴한 이유로 대다수 해양투기로 처리되므로 인하여 해양오염과 토양오염의 주요 원인이 되어 심각한 환경오염을 일으키고 있는 것이 현실이다.

따라서 본 발명은 전량 매립에 의존하고 있는 폐기물인 분진들을 고화제로 재활용하고, 아울러 해양투기에 의존하고 있는 하수 슬러지를 복토재로 재활용함으 로써, 해양배출 및 매립에 의한 2차적인 환경오염을 방지하며, 아울러 부족한 자원인 토사를 대체한다는 장점이 있다.

하수 슬러지, 폐기물, 분진, 복토재, 고화제

Description

분진을 이용한 고화제 제조방법{Solidification Chemical Manufacturing Method Utilizing Waste Material}

도 1은 본 발명에 따른 고화제 제조 공정을 보인 블록도를 나타내며,

도 2는 본 발명에 따른 혼합물의 성분을 보이는 것이고,

도 3은 본 발명에 따른 고화제 제조과정 사진이며,

도 4는 본 발명에 따라 제조된 고화제를 이용한 하수슬러지의 고화처리 과정 사진이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 소각분진(하수슬러지의 소각물 및 소각 시에 발생하는 연소재)

20 : 제지분진(제지슬러지의 소각물 및 소각 시에 발생하는 연소재)

30 : 황산(농도 60%~98% ) 40 : 황산제일철 7수화물

50 : 산성 분말(분쇄단계(S5)를 거친 분말) 60 : 생석회

S1 : 1차 혼합단계 S2 : 2차 혼합단계

S3 : 3차 혼합단계 S4 : 냉각단계

S5 : 분쇄단계 S6 : 4차 혼합단계

본 발명은 분진을 이용한 고화제 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 각각의 공정을 거치면서 발생하는 폐기물인 분진(제철 분진, 제강 분진, 제지 분진, 소각 분진)(분진은 연소시에 발생하는 연소재를 포함하는 것)을 이용하여 수분이 다량 함유된 슬러지를 처리할 수 있는 고화제를 제조하기 위함이다.

더욱 상세하게는 산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)의 혼합물에, 농도 60%~98%인 황산(30)과 황산제일철 7수화물(40)의 혼합물을 일정비율로 혼합하여 반응시키고, 이렇게 반응된 혼합물을 쿨러를 통해 냉각시켜, 분쇄함으로써, 산성 분말(50)을 제조하고, 이렇게 제조된 산성 분말(50)에 알카리성 분말인 생석회(60)를 일정 비율로 혼합하여 고화제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

기존 고화제라함은 시멘트, 초속경시멘트, 생석회, 프라이애쉬, 인산석고, 벤토나이트, 염화칼슘, 규산소다, 또는 분진의 건조물을 소량씩 혼합하여, 연약지 반 및 갯벌 고화제로 사용하고 있다,

대표적인 예로 현재 국내에서 유일한 수도권 매립지 고화처리장에서는 시멘트, 생석회, 프라이 애쉬를 혼합하여 고화처리 하여, 복토재로 활용하고 있으나, 기존 강알카리성의 고화제에 의해 혼합물은 암모니아 냄새가 다량 발생 되며, 무엇보다 장기간의 양생 기간을 필요로 한다는 문제점을 갖고 있다.

따라서 하수슬러지의 해양투기 및 매립에 의한 2차적인 환경오염을 방지하며, 아울러 하수슬러지 고화시 문제점인 암모니아 가스 억제 및 단시간에 양생할 수 있는 새로운 대체 고화제의 개발과 고화처리 기술이 시급한 현실이다.

현재 분진(연소재와 분진)은 전량 매립에 의해 처리되고 있으며, 또한 하수 슬러지는 처리비용이 저렴한 이유로 대다수 해양투기로 처리되므로 인하여 해양오염과 토양오염의 주요 원인이 되어 심각한 환경오염을 일으키고 있는 것이 현실이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 전량 매립으로 버려지는 분진을 고화제로 재활용하고, 아울러 제조된 고화제를 해양투기로 버려지는 또 다른 분진인 하수슬러지를 고화 처리하여 흙과 동일한 형태의 복토재로 재활용함으로써, 부족한 자원인 토사를 대체하고, 또한 해양투기 및 매립에 의한 2차적인 환경오염을 방지하도록 하기 위함이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 구체적으로; 분진을 이용한 고화제 제조방법에 있어서,

산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)을 혼합하는 1차 혼합단계(S1)와;

농도 60%~98%의 황산(10)과 황산제일철 7수화물(20)을 혼합하는 2차 혼합단계(S2)와;

1차 혼합단계(S1)의 혼합물에 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 혼합하는 3차 혼합단계(S3)와;

3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물의 열을 제거하기 위한 냉각단계(S4)와;

냉각단계(S4)를 거친 혼합물을 분말화 하기 위한 분쇄단계(S5)와;

분쇄단계(S5)를 거쳐 분말화된 산성분말(50)에 생석회(60)를 혼합 하기위한 4차 혼합단계(S6)를 구비한 것을 특징으로 하며,

상기 1차 혼합단계(S1)는 혼합물 전체 중량에 대해 산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)을 중량비로 3 ：1 ~ 3의 중량 비율로 혼합하는 것이며,

상기 2차 혼합단계(S2)는 농도60%~98%의 황산(30)과 황산제일철 7수화물(40)이 중량비로 1.2 : 0.3 ~ 0.8의 중량 비율로 혼합하는 것이며,

상기 3차 혼합단계(S3)는 상기 1차 혼합단계(S1)의 혼합물과 상기 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 중량비로 1 : 0.25~1.125의 중량 비율로 혼합하는 것이고,

상기 4차 혼합단계(S6)는 혼합물 전체 중량에 대해 분쇄기를 통해 분쇄된 산성분말(50)과 생석회(60)를 중량비로 4 : 1 ~1.5의 중량 비율로 혼합하는 것을 특 징으로 하고,

상기 제지분진(30)을 대체하여, 철강분진, 제강분진, 비산재와 같은 알카리성 분진 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하며,

상기 하수슬러지 소각분진을 대체하여 염색슬러지 소각분진과 같은 산성 분진 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하고,

상기 생석회(40)를 대체하여, 시멘트, 산화마그네슘과 같은 알카리성 경화제중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분진을 이용한 고화제 제조방법에 관한 것이다.

이하 본 발명에 따른 도면의 간단한 설명에서

도 2는 본 발명에 따른 혼합물의 성분을 보이는 것이고,

도 3은 본 발명에 따라 제조된 고화제 제조과정 사진이며,

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

본 발명에 따른 분진을 이용한 고화제 제조방법은; 도 1에 도시한 바와 같이, 산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)을 혼합하는 1차 혼합단계(S1)와;

농도 60%~98%의 황산(30)에 황산제일철 7수화물(40)을 혼합하는 2차 혼합단계(S2)와;

1차 혼합단계(S1)의 혼합물과 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 혼합하는 3차 혼합단계(S3)와;

3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물의 열을 식히기 위한 쿨러를 통한 냉각단계(S4)와;

냉각단계(S4)를 거쳐 혼합물중 일부 입자를 형성한 혼합물을 분말화 시키기 위한 분쇄단계(S5)와;

분쇄 단계(S5)를 거쳐 생산된 산성 분말(50)에 알카리성 분말인 생석회(60)를 혼합하는 4차 혼합단계(S6)를 포함하고 있다.

1차 혼합단계(S1)에서는 혼합기(믹서기)를 통해 산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)을 중량비로 3： 1 ~3의 비율로 교반하는 공정이다.

이는 pH 4.0~6.0인 산성의 소각분진(10)과 pH 12.1 ~ 12.4인 알카리성의 제지분진(20)을 고르게 혼합하여, 알카리성인 제지분진의 표면적을 최소화시켜주는 공정이다.

부가하여 설명하면, 차후의 공정인 3차 혼합단계(S3)에서 황산(30)이 투입되는데 황산(30)과 알칼리성인 제지분진이 접촉을 하면 급격하게 반응이 일어나므로 접촉면적을 줄여 반응 속도를 줄여주기 위한 것이다.

접촉면적을 줄이는 것은 산성의 소각분진(10)의 분말을 제지 분진(20)의 표 면에 넓게 분포시켜 접촉하게 하므로 황산(30)과 직접적으로 접촉할 수 있는 면적을 최소화 하는 것이며, 황산(30)에 산성의 소각분진(10)이 젖어(soaking)들어 비로소 황산(30)이 제지 분진과 접촉하여 반응하게 되므로, 반응시간을 늦추는 역할을 하게 되는 것이다.

반응 시간을 늦추는 이유는 강산과 강알카리에 의한 고온의 발열 및 가스의 발생이 급격하게 일어나기 때문에 정확한 반응을 유도하기 위하여 속도를 늦추어 전체가 고르게 반응하게 할 필요성이 있기 때문이고, 급격한 발열과 가스의 발생 조건을 조절하여 발생하는 가스를 수집하여 중화시켜야 하기 때문이다.

이때에 산성의 소각분진(10)의 입자가 미세할수록 반응하기 위한 표면적이 넓어지며, 즉 반응을 활발히 알칼리성 분진과 할 수 있는 것이며, 알칼리성의 제지분진(20)의 표면에 부착되어 알칼리성의 제지분진(20)과 황산(30)이 반응하는 속도를 늦추어 질 수 있는 것이다.

알칼리성 제지분진(20)과 산성의 소각분진(10)은 건조되어있는 상태이므로 서로 반응을 할 수 없는 상태이며, 수분이 흡수되거나 액상의 물질이 투입될 경우에 반응이 시작되는 것이다.

즉 나중에 진행될 3차 혼합단계(S3)에 있어, 2차 혼합단계(S2)의 혼합물 중 황산(30)이 투입될 때, 알카리성인 제지분진의 표면적을 최소화 시켜줌으로써, 강산과 강알카리에 의한 고온의 발열 및 가스의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하기 위한 공정이다.

이때 혼합물 전체 중량에 있어, 알카리성의 제지분진(20)은 산성의 소각분진(10)에 중량비 3을 초과하지 않도록 하여야 한다.

이유는 3차 혼합단계(S3),냉각단계(S4), 분쇄단계(S5)를 거쳐 생산된 산성 분말(50)이 pH 2.0 ~ 4.5에서 최상의 고화기능을 발휘할 수 있는데, 알카리성의 제지분진(20)에 중량비가 3을 초과할 시 혼합물의 pH는 4.5 이상이 되며, 따라서 산성분말(50)의 pH 2.0 ~ 4.5를 유지하기 위하여, 강산성의 황산(30)이 포함된 2차 혼합단계(S2) 혼합물의 투입량을 증가시켜야 하고, 이에 따라 강산과 강알카리에 반응하여 고온의 발열 및 다량의 가스가 발생하기 때문이다.

다음 2차 혼합단계(S2)에서는 농도60%~98%의 황산(30)과 황산제일철 7수화물(40)이 중량비로 1.2 : 0.3 ~ 0.8의 중량 비율로 교반하는 공정이다.

이는 농도 60%~98%의 황산(30)과 7개의 물 분자를 가지고 있는 강산성의 황산제일철 7수화물(40)을 고르게 혼합하여, 상대적인 황산의 농도를 묽게 하여 급격히 알칼리와 반응하는 속도를 순화시키고, 또한 고화제의 기능 중 산화기능을 갖도록 하기 위한 공정이다.

즉 강산성인 황산의 기능을 순화시켜 줌으로써, 3차 혼합단계(S3)에서 분진과의 발열을 최소화(화학반응을 늦추어 준다) 시키고, 또한 산화기능이 우수한 황산제일철 7수화물을 혼합함으로써, 고화제가 슬러지와 혼합될 시 슬러지를 흙과 동일한 색상으로 산화시킬 수 있도록 고화제에 산화 기능을 갖도록 하기 위한 공정이다.

이때 혼합물 전체 중량에 있어, 황산(30)의 중량 1.2에 대하여 황산제일철 7 수화물(40)은 0.3~ 0.8을 초과하지 않도록 한다.

이유는 황산제일철 7수화물(40)이 2차 혼합단계(S2)의 혼합물 전체 중량에 0.8을 초과할 시 2차 혼합물은 겔 상태가 되고(황산제일철 7수화물은 수처리제로 사용하는 것으로 응집제 역할을 하는 것으로 황산에 녹으므로 점성이 생긴다. 예: 설탕을 많이 물에 녹인 것과 같은 현상), 이에 따라 3차 혼합단계(S3)에 있어, 분진과 고르게 반응할 수 없고, 혼합물을 응집시켜 덩어리 형태로 만들기 때문이다.

또한, 황산제일철 7수화물(40)이 0.3 미만일 때는 고화제의 기능 중 산화기능이 저하되기 때문이다.

다음 3차 혼합단계(S3)에서는 혼합기(믹서기)를 통해 1차 혼합 단계(S1)의 혼합물과 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 중량비로 1 : 0.25~1.125(4 ~6 : 1.5 ~4.5)의 비율로 교반하는 공정이다.

이는 1차 혼합 단계(S1)의 혼합물과 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 혼합시켜, 소각분진 및 제지분진에 내포된 수분을 제거하고, 산성기능을 갖도록 하기 위한 공정으로, 강산성과 강알카리성에 의한 화학적 반응에 의해 고온의 발열을 발생시켜, 분진에 내포된 수분을 제거하고, 또한 알카리성인 제지분진을 산성의 혼합물로 변환시켜, 고화제의 기능 중 강산성의 기능을 갖도록 하기 위한 공정이다.

이때 혼합물 전체 중량에 있어, 2차 혼합단계(S2)의 혼합물은 1차 혼합 단계(S1)의 혼합물 중량 1에 대하여 0.25~1.125로 혼합하여야 한다. 이유는 2차 혼합단계(S2)의 혼합물이 0.25미만일시 3차 혼합단계(S3),냉각단계(S4), 분쇄단계(S5)를 거쳐 생산된 산성 분말(50)은 pH 4.5 이상으로 최종 고화제의 기능을 저하시키게 된다.

2차 혼합단계(S2)의 혼합물이 중량비로 1.125 이상일시 3차 단계(S3)를 거친 혼합물은 표면에 미 반응된 황산을 내포하고 있어, 냉각 후에도 표면이 건조되지 않고, 이에 따라 원활한 분쇄를 할 수 없으며, 또한 4차 혼합단계(S6)에서 생석회(60)와 혼합 시 미 반응된 황산(30)과 생석회(60)가 재 반응되기 때문이다.

다음 냉각단계(S4)에서는 3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물의 열을 식히기 위한 공정이다.

이는 3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물의 잔열을 쿨러를 통해 식혀주는 공정으로, 강알카리성인 제지분진(20)과 강산성인 황산(30)의 화학적 반응에 의해 혼합물은 순간적으로 150도 이상의 발열이 발생되며, 반응이 끝난 후에도 혼합물은 80도 이상의 잔열을 갖고 있어, 이를 쿨러를 통한 공기 냉각방식으로 혼합물의 잔열을 제거하고, 혼합물을 건조시킨다. 3차 혼합단계(S3)의 혼합물을 건조시키는 이유는 수분이 존재할 경우 4차 혼합단계(S6)에서 혼합되는 생석회(60)와 반응하여 고화제의 성능을 저해할 수 있기 때문이다.

고화제에 포함되는 생석회는 하수 오니 등에 포함되어 있는 수분을 흡수되게 하고 중화를 시키기 위한 것이기 때문에 3차 혼합단계(S3)의 혼합물에 포함된 수분에 의하여 미리 성능이 저하됨을 막기 위한 것이다.

다음 분쇄단계(S5)에서는 냉각단계(S4)를 거친 혼합물을 분말화 하는 공정이다.

이는 3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물을 분쇄기를 통해 분쇄하는 공정으로, 3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물의 일부는 작은 입자를 형성하고 있는데, 이를 분쇄기를 통해 미세하게 분쇄하여, 산성분말(50) 또는 제3차 혼합물을 제조한다. 이때 산성분말의 입자를 최소화 시킬수록, 고화제의 표면적이 증가하여, 고화제의 수분흡수 기능이 향상된다.

다음 4차 혼합단계(S6)에서는 분쇄단계(S5)를 거쳐 생산된 산성분말(50)과 알카리성 분말인 생석회(60)를 중량비로 4 : 1~ 1.5의 중량 비율로 혼합하기 위한 공정이다.

이는 분쇄단계(S5)를 거쳐 분말화된 산성분말과 생석회를 혼합하기 위한 공정으로,

즉 pH 2.0 ~ 4.5의 산성분말(50)에 pH 12.5이상의 알카리성 분말인 생석회(60)를 혼합하여, 산성분말과 알카리성 분말로 구성된 고화제를 제조하기 위한 공정이다.

이때 혼합물 전체 중량에 있어, 알카리성 분말인 생석회(60)는 1~ 1.5 이하로 혼합하여야 한다. 이유는 생석회(60)의 비율이 1이하일시 고화제의 기능이 저하되며, 하수슬러지와 반응시 혼합물이 산성화 되어 악취를 발생시키고, 생석회(60)의 비율이 1.5 이상일시 고화제가 알카리성으로 변환되어, 하수슬러지와 반응시 암모니아가스를 발생시키기 때문이다.

이러한 공정을 거쳐 제조된 고화제는 슬러지의 수분과 반응하여, 고화제에 내포된 강산성 분말(50)과 강알카리성 분말(60)의 반응에 의해 강한 발열이 발생되며, 슬러지에 내포된 수분을 수증기로 증발시켜, 단시간에 슬러지의 수분을 안정화 시켜, 고화시키는 기능을 갖는다.

도 2는 본 발명에 따른 혼합물의 성분을 보이는 것으로, 각 혼합단계에서 혼합되는 각각의 혼합물의 중량비를 보여주는 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 산성계 분말 제조과정을 순차적으로 보여주는 사진으로 순차적으로 형성된 실물의 사진을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 산성계 분말을 이용한 하수슬러지의 고화처리 과정에 의하여 생선된 순차적 제조물의 사진을 나타내는 것이다.

이상으로, 본 발명에 따른 분진을 이용한 고화제 제조방법을 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 여기에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 사항과 균등한 범위의 모든 기술적 사상에 대하여 미친다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이; 분진을 이용한 고화제 제조방법에 의하면; 전량 매립으로 버려지는 분진을 고화제로 재활용하고, 아울러 제조되는 고화제를 통하여 전량 매립에 의존 하거나, 해양투기로 버려지는 또 다른 분진인 하수슬 러지를 고화 처리하여 흙과 동일한 형태의 복토재로 재활용함으로써, 부족한 자원인 토사를 대체하는 자원의 재활용과, 또한 해양투기 및 매립에 의한 2차적인 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

분진을 이용한 고화제 제조방법에 있어서,

산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)을 혼합하는 1차 혼합단계(S1)와;

농도 60%~98%의 황산(10)과 황산제일철 7수화물(20)을 혼합하는 2차 혼합단계(S2)와;

1차 혼합단계(S1)의 혼합물에 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 혼합하는 3차 혼합단계(S3)와;

3차 혼합단계(S3)를 거친 혼합물의 열을 제거하기 위한 냉각단계(S4)와;

냉각단계(S4)를 거친 혼합물을 분말화 하기 위한 분쇄단계(S5)와;

분쇄단계(S5)를 거쳐 분말화된 산성분말(50)에 생석회(60)를 혼합 하기위한 4차 혼합단계(S6)를 구비한 것을 특징으로 하는 분진을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 1차 혼합단계(S1)는 혼합물 전체 중량에 대해 산성의 소각분진(10)과 알카리성의 제지분진(20)을 중량비로 3 ：1 ~ 3의 중량 비율로 혼합하는 것이며,

상기 2차 혼합단계(S2)는 농도60%~98%의 황산(30)과 황산제일철 7수화물(40)이 중량비로 1.2 : 0.3 ~ 0.8의 중량 비율로 혼합하는 것이며,

상기 3차 혼합단계(S3)는 상기 1차 혼합단계(S1)의 혼합물과 상기 2차 혼합단계(S2)의 혼합물을 중량비로 1 : 0.25~1.125의 중량 비율로 혼합하는 것이고,

상기 4차 혼합단계(S6)는 혼합물 전체 중량에 대해 분쇄기를 통해 분쇄된 산성분말(50)과 생석회(60)를 중량비로 4 : 1 ~1.5의 중량 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 분진을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 제지분진(30)을 대체하여, 철강분진, 제강분진, 비산재와 같은 알카리성 분진중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분진을 이용한 고화제 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 하수슬러지 소각분진을 대체하여 염색슬러지 소각분진과 같은 산성 분진중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분진을 이용한 고화제 제조방법.
제1 항에 있어서,

상기 생석회(40)를 대체하여, 시멘트, 산화마그네슘과 같은 알카리성 경화제중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분진을 이용한 고화제 제조방법.