KR20100047418A - 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄 - Google Patents

하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄에 관한것으로, 보다 상세하게는 슬러지투입단계, 슬러지건조단계, 건조물이송단계, 탄화단계, 성형단계, 제1열처리단계, 활성단계, 제1건조단계, 제2열처리단계, 수세단계 및 제2건조단계를 포함하여 이루어지며, 슬러지건조단계에서 악취가스가 발생할 경우에는 슬러지건조단계와 건조물이송단계 사이에 악취제거단계를 더 포함하여 이루어진다.
하수슬러지, 탄화, 활성탄, 성형, 열처리, 활성

Description

하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄 {METHOD OF MANUFACTURING ACTIVE CARBON USING SLUDGE AND ACTIVE CARBON THEREFROM}
본 발명은 하수슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 방법 및 그 제조방법을 이용하여 제조된 탄화 활성탄에 관한 것이다.
본 발명은 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄에 관한 것으로, 하수슬러지는 높은 함수율과 중금속함유 및 유기물을 다량 함유하고 있어 처리 및 재활용에 있어서 많은 어려움이 있었다.
전술한 요인들로 인해 종래에는 하수슬러지를 처리하는 방법이 해양배출 77.1%, 소각 11.6%, 재활용 9.9%, 매립 1.4%로 대부분 해양배출을 통해 처리하였는데, 2011년 2월부터 하수슬러지의 해양배출이 금지됨에 따라 해양배출을 대체할 수 있는 처리방법 마련이 시급한 실정이다.
해양배출 외에 가장 많이 사용하는 방법인 소각의 경우는 소각장소를 선정하 는 문제, 주변지역 주민들의 민원발생, 과도한 운전비용 및 2차 대기오염 발생 등의 문제점이 있어, 해양배출의 차선책으로는 부적합한 문제점이 있다.
소각이외에 다른 방법으로는 하수슬러지를 퇴비화하여 산림과 농경지에 이용, 토양오염지역 복원에 이용, 매립지 복토재료로 이용 및 건축재료로 재활용하는 방안이 모색되고 있으나, 하수슬러지에 포함되어 있는 중금속으로 인한 농작물, 토양 및 지하수가 오염될 수 있으며, 슬러지 내의 각종 미생물로 인해 병원성 세균의 증식이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 하수슬러지는 고농도의 질소성분을 내포하고 있기 때문에 비료로 재활용은 가능하나 하수슬러지를 과도하게 사용하게 되면 고농도의 영양물질로 인한 부작용이 수반될 수 있다.
본 발명의 목적은 하수슬러지를 건조, 탄화, 열처리 및 활성화하여 재활용하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄화 및 열처리 과정에서 발생하는 폐열을 재순환시켜 건조공정에 이용하는 방식으로 하수슬러지를 재활용하여 2차 환경오염이 발생하지 않는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된탄화 활성탄을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 하수슬러지를 슬러지 저장호퍼에 투입하는 슬러지투입단계, 상기 슬러지투입단계를 통해 슬러지 저장호퍼에 투입된 슬러지를 슬러지 건조기로 이송하여 건조하는 슬러지건조단계, 상기 슬러지건조단계를 통해 건조된 건조물을 건조물 저장호퍼로 이송하는 건조물이송단계, 상기 건조물이송단계를 거친 건조물을 탄화기로 이송하여 탄화하는 탄화단계, 상기 탄화단계를 거쳐 제조된 탄화물을 성형기로 이송하고, 점결제와 혼합하여 펠렛형태로 성형하는 성형단계, 상기 성형단계를 거쳐 제조된 펠렛을 열처리로로 이송하여 500℃로 가열하는 제1열처리단계, 상기 제1열처리단계를 거친 펠렛을 활성화 장치로 이송하여 활성화하는 활성단계, 상기 활성단계를 거친 펠렛을 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열 풍으로 건조하는 제1건조단계, 상기 제1건조단계를 거친 펠렛을 상기 열처리로에 투입하여 850℃로 가열하는 제2열처리단계, 상기 제2열처리단계를 거친 펠렛을 수세장치로 이송하여 수세하는 수세단계 및 상기 수세단계를 거친 펠렛을 상기 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 제2건조단계를 포함하여 이루어지는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 슬러지건조단계와 상기 저장호퍼이송단계 사이에는 슬러지 건조기에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 악취제거단계가 더 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 탄화단계, 제1열처리단계, 활성단계 및 제2열처리단계에서 발생되는 열을 상기 건조기에 재활용하는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 슬러지건조단계는 200 내지 300℃의 열풍을 발생하는 건조기를 이용하여 슬러지의 수분함량이 15 내지 40%가 되도록 건조하는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 탄화단계는 탄화기 내에 구비된 600 내지 650℃의 온도인 탄화로에 건조물을 투입하고 환원반응을 통해 건조물이 탄화되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 활성단계는 활성화 장치를 이용하여 탄산칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 활성화제와 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물에 펠렛을 함침시키는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 수세단계는 수세장치를 이 용하여 염화수소 용액을 펠렛에 분무하고, 증류수로 세척하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄에 의하면, 최종 생성물은 2차 처리대상이 아니고 직접 사용이 가능하며, 흡착 및 활성능력을 가지는 탄화 활성탄으로 제조되는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 탄화, 열처리 및 활성화단계에서 발생되는 폐열을 하수슬러지 건조에 이용함으로 폐열로 인한 2차 환경오염을 막고 활성탄의 제조비용을 절감하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 탄화 활성탄을 방류수 재활용장치에 충진재로 사용하여, 방류수를 재활용하는 비용을 절감시키는 탁월한 효과를 나타낸다.
본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법은 하수슬러지를 슬러지 저장호퍼에 투입하는 슬러지투입단계(S101), 슬러지투입단계(S101)를 통해 슬러지 저장호퍼에 투입된 슬러지를 슬러지 건조기로 이송하여 건조하는 슬러지 건조단계(S103), 슬러지건조단계(S103)를 통해 건조된 건조물을 건조물 저장호퍼로 이송하는 건조물이송단계(S105), 건조물이송단계(S105)를 거친 건조물을 탄화기로 이송하여 탄화하는 탄화단계(S107), 탄화단계(S107)를 거쳐 제조된 탄화물을 성형기로 이송하고, 점결제와 혼합하여 펠렛형태로 성형하는 성형단계(S109), 성형단계(S109)를 거쳐 제조된 펠렛을 열처리로로 이송하여 500℃로 가열하는 제1열처리단계(S111), 제1열처리단계(S111)를 거친 펠렛을 활성화 장치로 이송하여 활성화하는 활성단계(S113), 활성단계(S113)를 거친 펠렛을 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 제1건조단계(S115), 제1건조단계(S115)를 거친 펠렛을 상기 열처리로에 투입하여 850℃로 가열하는 제2열처리단계(S117), 제2열처리단계(S117)를 거친 펠렛을 수세장치로 이송하여 수세하는 수세단계(S119) 및 수세단계(S119)를 거친 펠렛을 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 제2건조단계(S121)를 포함하여 이루어진다.
또한, 슬러지건조단계(S103)와 건조물이송단계(S105) 사이에는 슬러지 건조기에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 악취제거단계(S104)가 더 포함될 수도 있다.
슬러지투입단계(S101)는 하수슬러지를 슬러지 저장호퍼에 투입하는 단계로, 슬러지 저장호퍼를 이용하여 하수슬러지를 저장한 후에 일정한 양을 건조기에 공급하는 단계이다.
슬러지 저장호퍼는 슬러지를 저장할 수 있는 저장탱크, 슬러지 저장시 발생 하는 적제 현상을 해소하기 위한 교반기 및 인버터 운전으로 하수슬러지의 투입량을 조절하여 일정한 양을 건조기에 공급하는 공급창치로 구성된다.
슬러지건조단계(S103)는 슬러지 저장호퍼에 투입된 슬러지를 슬러지 건조기로 이송하여 건조하는 단계로, 슬러지를 슬러지 건조기에 투입하고 200 내지 300℃의 열풍을 가하여 슬러지의 수분함량을 15 내지 40% 수준으로 낮추는 단계이다.
슬러지 건조기는 200 내지 300℃의 열풍을 발생시키는 열풍발생기, 열풍발생기에서 발생한 열풍과 하수슬러지를 혼합하여 건조하는 건조로, 건조로에서 발생하는 가스 60 내지 70 중량부를 열풍발생기로 유도하는 순환송풍기 및 건조로에서 발생하는 악취가스 30 내지 40 중량부를 악취제거장치로 이송하는 배기송풍기로 구성된다.
건조물이송단계(S105)는 슬러지건조단계(S103)를 통해 건조된 건조물을 건조물 저장호퍼로 이송하는 단계로, 건조물 저장호퍼에 건조물을 저장한 후에 건조물 저장호퍼를 이용하여 탄화기로 일정한 양의 건조물을 공급하는 단계이다.
건조물 저장호퍼는 건조물을 저장할 수 있는 저장탱크, 건조물 저장시에 발생하는 적제 현상을 해소하는 교반기 및 인버터 운전으로 건조물의 투입량을 조절하여 일정한 양을 탄화기에 공급하는 공급장치로 구성된다.
탄화단계(S107)는 건조물이송단계(S105)를 거친 건조물을 탄화기로 이송하여 탄화하는 단계로, 하수슬러지로부터 유도된 건조물을 탄화기 내에 구비된 600 내지 650℃의 탄화로 내부에서 환원반응을 통해 탄화물을 생산하는 단계이며, 탄화로에서 발생한 열은 건조기로 보내져 재활용된다.
탄화기는 600 내지 650℃의 열을 발생하는 버너를 포함하는 열풍발생로, 열풍발생로에서 생성된 열풍을 이용하여 무산소 분위기에서 하수슬러지로 부터 유도된 건조물을 탄화하는 밀폐된 탄화로, 탄화로에서 냉각기로 탄화물을 이송하는 배출밸브, 탄화물을 냉각하는 냉각기 및 탄화로에서 발생한 가스를 열풍발생로에 이송하는 열풍순환팬으로 구성된다.
성형단계(S109)는 탄화단계(S107)를 거쳐 제조된 탄화물을 성형기로 이송하고, 성형기를 이용하여 탄화물을 점결제와 혼합하여 펠렛형태로 성형하는 단계이다.
성형기는 탄화물을 200메시로 분쇄할 수 있는 분쇄기, 탄화물과 점결제를 혼합하는 교반기 및 교반기로 교반된 탄화물을 압축하고 승온시키는 과정을 통해 일정한 크기의 펠렛 형태로 성형하는 성형장치로 구성된다.
제1열처리단계(S111)는 성형단계(S109)를 거쳐 제조된 펠렛을 열처리로로 이송하여 500℃로 가열하는 단계로, 성형기에서 제조된 펠렛을 열처리로에서 500℃로 가열하여 점결제에 포함되어 있던 불필요한 혼합물을 제거하는 단계이며, 열처리로에서 발생한 열은 건조기로 보내져 재활용된다.
열처리로는 1000℃로 발열이 가능한 발열체, 승온속도 및 등온시간을 조절할 수 있는 컨트롤박스, 완전밀폐가 가능하고 불활성 가스를 주입할 수 있는 시설이 구비된 1000℃의 온도를 견딜수 있는 내열강으로 이루어진 챔버로 구성된다.
활성단계(S113)는 제1열처리단계(S111)를 거친 펠렛을 활성화 장치로 이송하여 활성화하는 단계로, 활성화 장치를 이용하여 탄산칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 활성화제와 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물에 펠렛을 함침하고 80℃의 온도에서 100분동안 유지시켜 펠렛의 비표면적을 증가시켜 흡착능력을 향상시키는 단계다.
활성화 장치는 증류수를 저장하는 증류수 저장탱크, 활성화제를 저장할 수 있는 약품탱크, 증류수와 활성화제를 일정비율로 교반하는 교반장치, 교반된 활성화제의 온도를 80℃로 승온시킨 후에 일정시간동안 유지할 수 있는 반응조로 구성된다.
제1건조단계(S115)는 활성단계(S113)를 거친 펠렛을 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 단계로, 활성단계를 거친 펠렛의 수분함량이 15% 이하가 되도록 건조하는 단계이다.
건조장치는 0 내지 200℃로 온도조절이 가능한 열풍기, 온도조절과 열풍량을 조절하는 컨트롤박스, 펠렛을 넣어 건조하는 챔버로 구성된다.
제2열처리단계(S117)는 제1건조단계(S115)를 거친 펠렛을 열처리로에 투입하여 850℃로 가열하는 단계로, 건조과정을 거친 펠렛을 850℃로 가열하여 펠렛의 경도를 높이는 단계이며, 열처리로에서 발생한 열은 건조기로 보내져 재활용된다.
열처리로는 제1열처리단계(S111)에 사용된 열처리로를 사용할 수도 있으나, 상용단계에서는 열처리로를 개별적으로 구성하는 것이 바람직하다.
수세단계(S119)는 제2열처리단계(S117)를 거친 펠렛을 수세장치로 이송하여 수세하는 단계로, 수세장치를 이용하여 염화수소 용액을 펠렛에 분무하고, 증류수를 이용하여 세척하는 단계이다.
수세장치는 증류수를 저장하는 증류수 저장탱크, 염화수소 용액을 저장할 수 있는 약품탱크, 염화수소 용액 및 증류수를 분무하는 분무장치 및 분무되는 염화수소 용액과 증류수로 펠렛을 세척할 수 있는 세척조로 구성된다.
제2건조단계(S121)는 수세단계(S119)를 거친 펠렛을 상기 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 단계로, 수세단계에서 수세된 펠렛의 자류 수분을 완전히 제거하는 단계이다.
건조장치는 제1건조단계(S115)에서 사용된 건조장치를 사용할 수도 있으나, 상용화 단계에서는 건조장치를 개별 구성하는 것이 바람직하다.
악취제거단계(S104)는 슬러지건조단계(S103)에서 악취가스가 발생할 경우에 악취를 제거하기 위한 단계로, 건조기에서 발생한 악취가스를 악취제거장치에 구비된 연소로로 이송하여 850℃ 내지 950℃의 온도로 2초 이상 연소시키는 단계이다.
악취제거장치는 850℃ 이상의 온도로 열을 발생하는 버너를 포함하는 연소로 및 건조단계에서 발생하는 악취를 흡입하여 연소로에 공급하는 송풍기로 구성된다.
전술한 슬러지투입단계(S101), 슬러지건조단계(S103), 건조물이송단계(S105), 탄화단계(S107), 성형단계(S109), 제1열처리단계(S111), 활성단계(S113), 제1건조단계(S115), 제2열처리단계(S117), 수세단계(S119) 및 제2건조단계(S121)과정을 거치게 되면 탄화 활성탄이 제조된다.
또한, 슬러지건조단계(S103)에서 악취가스가 발생할 경우에는 슬러지건조단계(S103)와 건조물이송단계(S105) 사이에는 악취가스를 제거하기 위한 악취제거단계(S104)를 더 포함하여 탄화 활성탄을 제조하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법을 나타낸 블럭도.

Claims (8)

  1. 하수슬러지를 슬러지 저장호퍼에 투입하는 슬러지투입단계;
    상기 슬러지투입단계를 통해 슬러지 저장호퍼에 투입된 슬러지를 슬러지 건조기로 이송하여 건조하는 슬러지건조단계;
    상기 슬러지건조단계를 통해 건조된 건조물을 건조물 저장호퍼로 이송하는 건조물이송단계;
    상기 건조물이송단계를 거친 건조물을 탄화기로 이송하여 탄화하는 탄화단계;
    상기 탄화단계를 거쳐 제조된 탄화물을 성형기로 이송하고, 점결제와 혼합하여 펠렛형태로 성형하는 성형단계;
    상기 성형단계를 거쳐 제조된 펠렛을 열처리로로 이송하여 500℃로 가열하는 제1열처리단계;
    상기 제1열처리단계를 거친 펠렛을 활성화 장치로 이송하여 활성화하는 활성단계;
    상기 활성단계를 거친 펠렛을 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 제1건조단계;
    상기 제1건조단계를 거친 펠렛을 상기 열처리로에 투입하여 850℃로 가열하는 제2열처리단계;
    상기 제2열처리단계를 거친 펠렛을 수세장치로 이송하여 수세하는 수세단계; 및
    상기 수세단계를 거친 펠렛을 상기 건조장치로 이송하여 100 내지 200℃의 열풍으로 건조하는 제2건조단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지건조단계와 상기 건조물이송단계 사이에는 상기 슬러지 건조기에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 악취제거단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄화단계, 제1열처리단계, 활성단계 및 제2열처리단계에서 발생되는 열을 상기 건조기로 전달하여 재활용하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지건조단계는 200 내지 300℃의 열풍을 발생하는 건조기를 이용하 여 슬러지의 수분함량이 15 내지 40%가 되도록 건조하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄화단계는 탄화기 내에 구비된 600 내지 650℃의 온도인 탄화로에 건조물을 투입하고 환원반응을 통해 건조물이 탄화되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성단계는 활성화 장치를 이용하여 탄산칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 활성화제와 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물에 펠렛을 함침시키는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 수세단계는 수세장치를 이용하여 염화수소 용액을 펠렛에 분무하고, 증류수로 세척하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7중 어느 한 항에 따른, 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄.
KR1020080106296A 2008-10-29 2008-10-29 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 탄화 활성탄 KR20100047418A (ko)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106698873A (zh) * 2016-12-21 2017-05-24 福建师范大学 一种垃圾渗滤液调节池底泥制备生物炭的方法
CN108423678A (zh) * 2018-04-17 2018-08-21 华南农业大学 一种超高比表面积的多级多孔碳材料及其制备方法与应用
CN109019598A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 华南农业大学 一种混合生物质制备高比电容的三维多孔碳材料的方法和制成的三维多孔碳材料及其应用
CN110171829A (zh) * 2019-04-27 2019-08-27 南京河海环境研究院有限公司 一种利用污泥发酵残渣制备活性炭的方法
CN114873594A (zh) * 2022-05-06 2022-08-09 山东海普欧环保设备科技有限公司 一种污泥制造活性炭的方法

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