KR20120057883A - Method and apparatus for compositing organic fertilizer using sewage sludge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수슬러지 내에 포함되어 있는 중금속을 산을 이용하여 효과적으로 추출, 제거함과 함께 2단계에 걸친 멸균 과정을 통해 병원성 미생물을 제거하고, 농작물에 필요한 필수영양소가 보충되도록 함으로써 안전성 및 경제성이 담보된 퇴비를 제조할 수 있는 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing organic compost using sewage sludge, and more specifically, to remove pathogenic microorganisms through sterilization in two stages with the effective extraction and removal of heavy metals contained in sewage sludge. The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing organic compost using sewage sludge, which can remove compost and make up the essential nutrients necessary for crops, thereby making compost secured with safety and economy.
하수처리장에서는 일상생활에서 발생하는 오폐수 및 음식물 쓰레기 등을 처리하고 있고, 물리화학적인 방법과 생물학적인 방법을 병행하여 처리하고 있으며 부산물인 하수슬러지가 필연적으로 발생하게 된다. 하수슬러지는 하수처리 과정에서 발생하는 액상 부유물질의 총칭으로서, 하수처리장에 유입된 하수가 1차침전조에 체류하면서 중력에 의해 가라앉은 생슬러지와 생물학적 처리를 거쳐서 2차침전조에서 분리된 잉여슬러지, 반송슬러지, 농축슬러지 및 소화슬러지 등이 포함된다. The sewage treatment plant treats waste water and food waste generated in daily life, and processes physicochemical and biological methods in parallel, and sewage sludge, a byproduct, is inevitably generated. Sewage sludge is a generic term for liquid suspended solids generated during sewage treatment.The sewage flowing into the sewage treatment plant stays in the primary sedimentation tank, and the sludge sedimented by gravity and the surplus sludge separated from the secondary sedimentation tank through biological treatment. Conveying sludge, concentrated sludge, and digested sludge.
한편, 하수처리장에서 발생되는 하수슬러지에는 각종 유기물과 미량의 유가 자원이 포함되어 있어 적절하게 활용하면 에너지를 회수할 수 있으며, 이러한 하수슬러지는 경량골재, 지렁이 사육, 시멘트 원료, 복토재, 토지개량제 등으로 재사용이 가능하다. 한국등록특허 제4926호 '생활폐기물 소각재와 하수슬러지를 이용한 클링커 및 에코시멘트 제조방법', 한국등록특허 제520463호 '유기성 슬러지를 활용한 불연성 경량 건축마감재료의 제조방법 및 그 제품', 한국등록특허 제568931호 '슬러지를 이용한 고기능 경량 인공토 및 그 제조방법', 한국등록특허 제583763호 '하수처리장 탈수슬러지를 활용한 경량골재의 제조방법', 한국등록특허 제848944호 '하수슬러지 및 기능성 폐기물을 이용한 쓰레기매립장 복립토 및 그 제조방법' 등에서 하수슬러지 재활용에 대한 다양한 방안들이 제시되고 있다. On the other hand, sewage sludge generated in sewage treatment plant contains various organic materials and trace amount of valuable resources, and if used properly, it can recover energy. Such sewage sludge is light aggregate, earthworm breeding, cement raw material, cover material, land improver, etc. It can be reused. Registered Korean Patent No. 4926 'Manufacturing Method of Clinker and Eco Cement Using Domestic Waste Incinerator and Sewage Sludge', Registered Korean Patent No. 520463 'Method of Manufacturing Non-combustible Lightweight Building Finish Material Using Organic Sludge', Registered in Korea Patent No.568931 'High-functional lightweight artificial soil using sludge and its manufacturing method', Korean Patent No. 583763 'Method for manufacturing lightweight aggregate using dewatered sludge in sewage treatment plant', Korean Patent No. 848944 'Sewage sludge and functionality Various methods for recycling sewage sludge have been proposed in the landfill waste using wastes and its manufacturing method.
또한, 하수슬러지는 질소, 인, 유기물 등과 같은 비료성분을 풍부하게 함유하고 있어 식물 생장에 유용한 원소를 제공할 수 있기에 매우 유용한 자원이 될 수 있으며, 퇴비화된 하수슬러지는 작물에 영양물질을 공급하고, 토양의 비옥도를 증진시키며 물리화학적 성질을 개선할 수 있게 된다. In addition, sewage sludge contains abundant fertilizers such as nitrogen, phosphorus and organics, which can be a very useful resource for providing useful elements for plant growth. Composted sewage sludge supplies nutrients to crops. In addition, soil fertility can be improved and physicochemical properties can be improved.
이러한 유기물을 다량으로 함유하고 있는 훌륭한 유기자원인 하수슬러지에 대해 관련 전문가들은 보다 나은 처리 및 처분기술을 개발하기 위해 노력하고 있으며, 선진국에서는 폐기물이 아닌 자원 개념으로서 '바이오 솔리드(bio-solid)'로 개칭하고 재활용을 위한 연구가 이루어지고 있다. 미국의 경우, 실제로 바이오 솔리드를 토양에 투입하기 위한 제도적인 장치를 마련하였으며 농업적으로 활발히 사용하고 있다. 일본과 EU에서도 30?50% 이상의 수준으로 하수슬러지를 농경지에 재이용하고 있다. Experts are working to develop better treatment and disposal technologies for sewage sludge, an excellent organic resource that contains a large amount of these organic materials.In developed countries, bio-solid is not a waste but a resource concept. And recycling is being conducted. In the United States, we have actually established an institutional mechanism for the incorporation of biosolids into the soil and are actively using them agriculturally. In Japan and the EU, sewage sludge is recycled to agricultural land at a level of 30-50% or more.
국내의 경우에도 하수슬러지의 재활용에 대한 중요성이 대두되어 이에 대한 관심이 높아지고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. In Korea, as the importance of recycling sewage sludge has emerged, interest in this is increasing and many studies are being conducted.
하수슬러지를 퇴비화하는 방법은 한국등록특허 제337084호 '정하수오니 슬러지를 이용한 퇴비화 제조방법', 한국등록특허 제316589호 '하수슬러지를 이용한 규산칼륨비료의 제조방법', 한국등록특허 제568336호 '하수슬러지 탈수케이크를 이용한 복합비료 제조방법 및 이로부터 제조된 복합비료', 한국등록특허 제694266호 '하수슬러지를 이용한 유기질 비료의 제조장치 및 방법', 한국등록특허 제555383호 '하수슬러지를 이용한 비료의 제조방법', 한국등록특허 제536739호 '유기성 각종 폐기물에서 유해물질의 제거 및 천연알카리성 유기질 비료의 제조방법', 한국등록특허 제604217호 '유기성 폐기물의 소화 방법에 의한 토양개량제 제조방법 및 비료', 한국등록특허 제572971호 '유기성 폐기물의 에너지화 및 퇴비 액비 제조방법' 등과 같은 많은 문헌에 기재되어 있다. The method for composting sewage sludge is Korean Patent No. 337084, 'Method for producing compost using sludge sludge', Korean Patent No. 316589, 'Method for preparing potassium silicate fertilizer using sewage sludge', Korean Patent No. 568336 ' Composite fertilizer manufacturing method using sewage sludge dehydration cake and composite fertilizer prepared therefrom, Korean Patent No. 694266 'The manufacturing apparatus and method of organic fertilizer using sewage sludge', Korean Patent No. 5538383 'Using sewage sludge Manufacturing method of fertilizer ', Korean Registered Patent No. 536739' Method for removing harmful substances from organic wastes and natural alkaline organic fertilizer ', Korean Registered Patent No. 604217' Manufacturing method for soil improver by digesting organic waste and Fertilizer ', Korean Patent No. 572971,' Energy of organic waste and manufacturing method of compost liquor ', etc. .
하지만, 아직까지 하수슬러지 발생량에 대한 관리방안이나 관련 공정에 대한 정립이 미흡한 단계이며, 종래의 하수슬러지를 이용한 퇴비화 방법을 이용하여도 하수슬러지 내에 높은 유해 중금속 농도가 존재함으로써 농작물이나 그 농작물을 섭취한 사람, 동물 및 토양에 오염을 초래할 수 있다는 인식으로 인해 수요처의 퇴비제품 불신, 사용기피 등이 문제가 되고 있다. 또한, 하수슬러지를 이용한 작물재배에 대해 법적인 규제가 강하여 활발한 재이용에 제약이 따른다.
However, it is still insufficient to control the sewage sludge generation and related processes, and ingestion of crops or their crops due to the presence of high harmful heavy metal concentrations in the sewage sludge, even using the conventional composting method using sewage sludge. The perception that it can cause pollution to a person, animal, and soil has led to problems such as distrust of customers and avoidance of use. In addition, legal restrictions on crop cultivation using sewage sludge are strongly restricted, which leads to restrictions on active reuse.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하수슬러지 내에 포함되어 있는 중금속을 산을 이용하여 효과적으로 추출, 제거함과 함께 2단계에 걸친 멸균 과정을 통해 병원성 미생물을 제거하고, 농작물에 필요한 필수영양소가 보충되도록 함으로써 안전성 및 경제성이 담보된 퇴비를 제조할 수 있는 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, the heavy metals contained in the sewage sludge is effectively extracted and removed using an acid, and the pathogenic microorganisms are removed through a two-step sterilization process, necessary for crops It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing organic compost using sewage sludge, which can produce compost with safety and economy secured by replenishing essential nutrients.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법은 하수슬러지와 산을 혼합하여 하수슬러지 내의 중금속을 액상으로 추출하는 단계와, 하수슬러지와 산의 혼합물을 고액분리하여 고체 성분의 하수슬러지와 중금속이 용해된 액체로 분리하는 단계와, 고체 성분의 하수슬러지와 생석회를 혼합하여 하수슬러지를 중화시키는 단계 및 중화된 하수슬러지를 황토와 혼합하여 유기성 퇴비를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Organic compost manufacturing method using sewage sludge according to the present invention for achieving the above object is a step of extracting the heavy metal in the sewage sludge in the liquid phase by mixing the sewage sludge and acid, and solid-liquid separation of the mixture of sewage sludge and acid Separating the sewage sludge and heavy metals of the component into a liquid, neutralizing the sewage sludge by mixing the solid sewage sludge and quicklime, and mixing the neutralized sewage sludge with ocher to produce organic compost. Characterized in that made.
상기 하수슬러지와 산을 혼합하여 하수슬러지 내의 중금속을 액상으로 추출하는 단계에서, 상기 산과 혼합된 하수슬러지의 pH를 0.1?2로 조절할 수 있으며, 상기 산은 HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, HClO4의 무기산 중 어느 하나 또는 acetic acid, oxalic acid, citric acid의 유기산 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 산은 하수슬러지 100중량%에 대하여 30?40중량% 첨가될 수 있다. 이에 부가하여, 하수슬러지 100중량%에 대하여 0.9?2.0M 황산을 30?40중량% 혼합시켜 하수슬러지의 pH를 0.1?2로 조절할 수 있다. In the step of extracting the heavy metal in the sewage sludge into the liquid phase by mixing the sewage sludge and acid, the pH of the sewage sludge mixed with the acid can be adjusted to 0.1 ~ 2, the acid is HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , H It may be any one of inorganic acids of 3 PO 4 , HClO 4 or organic acids of acetic acid, oxalic acid, citric acid. In addition, the acid may be added 30 to 40% by weight relative to 100% by weight of sewage sludge. In addition to this, the pH of the sewage sludge may be adjusted to 0.1 to 2 by mixing 0.9 to 2.0 M sulfuric acid in an amount of 30 to 40 wt% based on 100 wt% of the sewage sludge.
상기 하수슬러지와 산의 혼합물을 고액분리하여 고체 성분의 하수슬러지와 중금속이 용해된 액체로 분리하는 단계 후에, 중금속이 용해된 액체에 대해 응집 및 침전 과정을 통해, 중금속 및 기타 불순물이 포함된 침전 고형물과 액체로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the solid-liquid separation of the mixture of sewage sludge and acid into a liquid in which the sewage sludge of the solid component and the heavy metal dissolved, through the aggregation and precipitation process for the heavy metal dissolved liquid, precipitation containing heavy metals and other impurities The method may further include separating the solid into a liquid.
고체 성분의 하수슬러지와 생석회를 혼합하여 하수슬러지를 중화시키는 단계에서, 하수슬러지의 pH를 6?9로 조절할 수 있으며, 상기 생석회는 하수슬러지 100중량%에 대하여 2?5중량% 첨가될 수 있다. 또한, 상기 황토는 하수슬러지 100중량%에 대하여 10?15중량% 첨가될 수 있다. In the step of neutralizing the sewage sludge by mixing solid sewage sludge and quicklime, the pH of the sewage sludge can be adjusted to 6 ~ 9, the quicklime can be added 2 ~ 5% by weight relative to 100% by weight of sewage sludge. . In addition, the loess may be added 10 to 15% by weight relative to 100% by weight of sewage sludge.
상기 중화된 하수슬러지를 황토와 혼합하여 유기성 퇴비를 제조하는 단계 이후, 상기 유기성 퇴비를 자연 건조하여 함수율을 30?40%로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. After preparing the organic compost by mixing the neutralized sewage sludge with ocher, it may further comprise the step of adjusting the water content to 30 ~ 40% by naturally drying the organic compost.
본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조장치는 하수슬러지와 산을 혼합하여 하수슬러지 내에 포함되어 있는 중금속을 액상으로 추출하는 중금속 추출 반응조와, 상기 중금속 추출 반응조로부터 하수슬러지와 산의 혼합물을 공급받아, 중금속이 용해된 액체와 고체 성분의 하수슬러지로 분리하는 고액분리조와, 상기 고체 성분의 하수슬러지를 혼합하여 하수슬러지를 pH 6?9로 중화시키는 슬러지 중화조 및 상기 슬러지 중화조에 의해 중화된 하수슬러지를 황토와 혼합하여 유기성 퇴비를 제조하는 황토 배합조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
The organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge according to the present invention is a heavy metal extraction reaction tank for mixing the sewage sludge and acid to extract the heavy metal contained in the sewage sludge in the liquid phase, and supplying a mixture of sewage sludge and acid from the heavy metal extraction reaction tank The solid-liquid separation tank which separates the liquid into which the heavy metal melted, and the sewage sludge of a solid component, and the sludge neutralization tank which neutralizes sewage sludge to pH 6-9 by mixing the sewage sludge of the said solid component, and neutralized by the said sludge neutralization tank It characterized in that it comprises a loess mixing tank for producing organic compost by mixing sewage sludge with ocher.
본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법 및 장치는 다음과 같은 효과가 있다. Organic compost manufacturing method and apparatus using sewage sludge according to the present invention has the following effects.
유기물을 다량 함유하고 있는 훌륭한 유기자원인 하수슬러지를 재이용함으로써 하수 중 유용자원을 회수 가능하도록 하며 종래의 하수슬러지의 매립 소각 처리 시 발생되는 고비용, 2차 오염으로 인한 문제 등을 해결할 수 있게 한다. 하수슬러지를 이용하여 퇴비로 사용할 때 문제시되는 중금속의 경우, 본 발명의 단계를 거쳐 총 중금속이 추출되어 제거됨으로써 농작물이나 섭취하는 사람 및 동물에게 초래되는 2차 오염 및 수요처의 불신을 해소할 수 있게 되며, 본 발명이 개발됨에 따라 하수슬러지는 더 이상 폐기물이 아닌 퇴비와 같은 부가가치가 높은 상품으로 재생산됨으로써 그 이용성이 증대되며 이를 통한 수익성과 경제성을 극대화시킬 수 있게 된다. By reusing sewage sludge, which is an excellent organic resource containing a large amount of organic matter, it is possible to recover useful resources in sewage, and to solve the problems caused by the high cost and secondary pollution caused by landfill incineration of conventional sewage sludge. In the case of heavy metals, which are a problem when using sewage sludge for composting, the total heavy metals are extracted and removed through the steps of the present invention so as to resolve the secondary pollution and distrust of the source caused to crops, consuming people and animals. As the present invention is developed, sewage sludge is no longer a waste but is reproduced as a high value-added product such as compost, thereby increasing its usability and thereby maximizing profitability and economic efficiency.
또한, 농작물에 필요한 필수 영양소 및 미네랄이 함유되어 있는 양질의 퇴비를 제공함으로써 산성화 토양을 중화시켜 환경문제를 근원적으로 해결하고 나아가 토양의 물리화학성을 개선함과 동시에 작물 뿌리의 생장 촉진 및 농작물의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
In addition, by providing high-quality compost containing essential nutrients and minerals necessary for crops, neutralize acidified soils to fundamentally solve environmental problems, further improve soil physicochemical properties, and promote crop root growth and crop quality. And productivity can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조장치의 구성도. 1 is a flow chart illustrating an organic compost manufacturing method using sewage sludge according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법 및 장치를 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method and apparatus for manufacturing organic compost using sewage sludge according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, an organic compost manufacturing method using sewage sludge according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1을 참조하면, 하수슬러지 내에 포함되어 있는 중금속을 추출하기 위해 하수슬러지에 산(acid)을 혼합하여 반응시킨다(S101). 상기 산으로는 HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, HClO4 등의 무기산 또는 acetic acid, oxalic acid, citric acid 등의 유기산이 사용될 수 있으며, 이하에서는 일 실시예로 황산을 중심으로 설명하기로 한다. 황산을 이용하는 경우, 상기 하수슬러지와 황산의 혼합 비율은 하수슬러지 100중량%에 대하여 0.9?2.0M 황산을 30?40중량% 혼합시키는 것이 바람직하며, 0.9?2.0M 황산을 이용하고 30?40중량% 혼합시키는 이유는 하수슬러지의 pH를 0.1?2로 유지시키기 위함이다. 이 때, 하수슬러지의 수분 함량은 70?80%이다. Referring to Figure 1, in order to extract the heavy metal contained in the sewage sludge is reacted by mixing an acid (acid) to the sewage sludge (S101). The acid may be an inorganic acid such as HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , HClO 4 , or an organic acid such as acetic acid, oxalic acid, citric acid, and the like. This will be described. In the case of using sulfuric acid, the mixing ratio of the sewage sludge and sulfuric acid is preferably 30 to 40% by weight of 0.9 to 2.0M sulfuric acid based on 100% by weight of sewage sludge, and 30 to 40% by weight using 0.9 to 2.0M sulfuric acid. The reason for mixing% is to maintain the pH of sewage sludge at 0.1-2. At this time, the water content of sewage sludge is 70-80%.
상기 산 예를 들어, 황산이 하수슬러지에 혼합되어 하수슬러지의 pH가 0.1?2로 조정됨으로 인해, 하수슬러지 내의 유기물질이 분해되어 유기물질의 세포벽이 파괴된다. 유기물질의 세포벽이 파괴됨에 따라, 유기물질 내에 함유되어 있는 양이온 상태의 중금속은 황산의 음이온과의 전기적 인력으로 인해 액상으로 용해되어 추출된다. 이와 같은 하수슬러지와 황산의 반응은 혼합 반응조 내에서 6시간 이상 반응되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산을 이용한 중금속 추출 과정을 통해 하수슬러지 내에 포함되어 있는 유해 세균을 1차적으로 멸균할 수 있게 된다. Since the acid, for example, sulfuric acid is mixed with the sewage sludge to adjust the pH of the sewage sludge to 0.1-2, the organic material in the sewage sludge is decomposed to destroy the cell walls of the organic material. As the cell wall of the organic material is destroyed, the heavy metal of the cationic state contained in the organic material is dissolved and extracted in the liquid phase due to the electrical attraction with the anion of sulfuric acid. The reaction of such sewage sludge and sulfuric acid is preferably to be reacted for 6 hours or more in the mixing reactor. In addition, through the heavy metal extraction process using the acid it is possible to first sterilize the harmful bacteria contained in the sewage sludge.
하수슬러지 내의 중금속 추출 과정이 완료되면, 중금속이 용해된 액체와 하수슬러지의 고체 성분을 분리하기 위해 고액분리 과정을 진행한다(S102). 고액분리 과정을 통해 분리된 중금속이 용해된 액체 성분은, 응집 및 침전 과정을 통해 재차 분리되는데 구체적으로, 응집제인 수산화나트륨을 투입시켜 중금속 및 기타 불순물이 포함된 침전 고형물과 액체로 분리되며, 분리된 액체는 하수처리장으로 방출되거나 pH 조절 후 중금속 추출용 용액으로 재사용할 수 있다. 중금속 및 기타 불순물이 포함된 침전 고형물은 폐기처분된다. When the extraction process of heavy metals in sewage sludge is completed, a solid-liquid separation process is performed to separate the solid metal of the heavy metal dissolved liquid and the sewage sludge (S102). The liquid component in which the heavy metals separated through the solid-liquid separation process is separated again through the flocculation and precipitation processes. Specifically, the liquid component is separated into precipitated solids and liquids containing heavy metals and other impurities by adding sodium hydroxide as a flocculant. The collected liquid can be discharged to a sewage treatment plant or reused as a solution for heavy metal extraction after pH adjustment. Precipitated solids containing heavy metals and other impurities are disposed of.
한편, 상기 고액분리 과정을 통해 분리된 고체 상태의 하수슬러지에 대해서는 중화 과정이 진행된다. 상기 중화 과정을 통해 강산 상태의 하수슬러지를 중화시킴과 함께 하수슬러지의 함수율을 감소시키고, 중화 과정에서 발생하는 열(발열반응)을 통해 하수슬러지 내에 존재하는 대장균 등의 유해 세균을 제거할 수 있다. On the other hand, for the sewage sludge in the solid state separated through the solid-liquid separation process is neutralized. By neutralizing the sewage sludge in the strong acid state through the neutralization process, it is possible to reduce the water content of the sewage sludge, and to remove harmful bacteria such as E. coli present in the sewage sludge through the heat (exothermic reaction) generated in the neutralization process. .
구체적으로, 100중량%의 하수슬러지에 대하여 2?5중량%의 생석회(CaO)를 첨가하여 하수슬러지를 중화시킨다(S103). 생석회의 첨가량이 2중량% 이하이면 하수슬러지의 중화가 미약해지며, 5중량% 이상의 생석회가 첨가되면 퇴비화에 악영향을 끼친다. Specifically, 2 to 5% by weight of quicklime (CaO) is added to 100% by weight of sewage sludge to neutralize the sewage sludge (S103). If the added amount of quicklime is less than 2% by weight, the neutralization of sewage sludge becomes weak, and when more than 5% by weight of quicklime is added, composting is adversely affected.
또한, 상기 생석회는 천연의 석회석을 825℃ 이상에서 소성 가열할 때 유리되는 산화칼슘이며, 석회석이 이산화탄소와 산화칼슘으로 분해되면서 이산화탄소가 빠져나간 위치에는 미세 기공이 형성되어 생석회는 매우 많은 미세 기공을 구비한다. 이러한 미세 기공을 구비한 생석회가 하수슬러지와 혼합되면, 생석회는 미세 기공을 통해 하수슬러지 내에 포함되어 있는 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)를 쉽게 흡수하여 수산화칼슘 또는 중탄산칼슘(Ca(HCO3)2)과 같은 칼슘화합물을 형성하며(아래의 식 1 참조), 이로 인해 하수슬러지의 pH는 상승하여 하수슬러지가 중화된다. 또한, 상기 칼슘화합물의 생성반응은 발열반응임에 따라, 이 때 발생하는 반응열(100?130℃)에 의해 수분이 증발하여 하수슬러지의 함수율을 떨어뜨릴 수 있게 되며, 부수적으로 하수슬러지 내의 유해 세균이 멸균된다. 이와 같은 중화 과정을 통해 하수슬러지의 pH를 6?9로 조정할 수 있다. In addition, the quicklime is calcium oxide which is free when calcined and heated natural limestone at 825 ° C. or higher. As the limestone is decomposed into carbon dioxide and calcium oxide, fine pores are formed at the position where carbon dioxide escapes, and the quicklime has very fine pores. Equipped. When quicklime having such fine pores is mixed with sewage sludge, the quicklime readily absorbs water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) contained in the sewage sludge through the fine pores, thereby making calcium hydroxide or calcium bicarbonate (Ca (HCO) 3 ) It forms a calcium compound as shown in 2 ) (see Equation 1 below), which increases the pH of sewage sludge and neutralizes it. In addition, the production reaction of the calcium compound is an exothermic reaction, the water is evaporated by the reaction heat (100 ~ 130 ℃) generated at this time, it is possible to reduce the water content of the sewage sludge, incidental harmful bacteria in the sewage sludge It is sterilized. Through this neutralization process, the pH of sewage sludge can be adjusted to 6-9.
<식 1><Equation 1>
CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.6 kcal/molCaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + 15.6 kcal / mol
Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2 + 35 kcal/molCa (OH) 2 + 2CO 2 → Ca (HCO 3 ) 2 + 35 kcal / mol
하수슬러지에 대한 중화 과정이 완료되면, 유기성 퇴비화 과정이 진행된다. 유기성 퇴비화 과정은 하수슬러지에 필요한 무기물 성분을 보충시키는 것으로서, 이를 위해 황토가 이용된다. 구체적으로, 중화 과정이 완료된 100중량%의 하수슬러지에 대해 황토 10?15중량%를 첨가하여 혼합시킨다(S104). 무기물 성분의 적정량을 위해 황토는 10중량% 이상 첨가되어야 하며, 또한 황토가 15중량% 이상 첨가되면 무기물 성분의 과다로 인한 퇴비 특성이 저하됨에 따라 상기 혼합 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. 참고로, 황토는 국내 토양의 10%를 차지하는 것으로서, 탄산칼슘(CaCO3)을 다량 함유하고 있으며, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 철분(Fe), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na) 등 작물 생장에 필요한 9대 필수 영양원소 및 7개 미량 영양원소가 골고루 함유된 규산염 복합 점토 광물로서, 산성화된 토양을 알칼리성으로 바꾸어 토양 자체를 비옥하게 할 수 있으며, 미량 무기 성분 보충제 및 수분 함유량 조절제 등의 목적을 사용된다. When the neutralization process for sewage sludge is completed, organic composting process is performed. The organic composting process replenishes the minerals required for sewage sludge, and ocher is used for this purpose. Specifically, 10 to 15% by weight of the clay is added to the sewage sludge 100% by weight of the neutralization process is mixed (S104). For the proper amount of the inorganic component ocher should be added 10% by weight or more, and if the ocher is added by 15% by weight or more is preferably added in the above mixing ratio as the compost characteristics due to the excess of the inorganic component is reduced. For reference, ocher accounts for 10% of the domestic soil and contains a large amount of calcium carbonate (CaCO 3 ), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron (Fe), magnesium (Mg), A silicate complex clay mineral containing nine essential nutrients and seven micronutrients required for crop growth such as sodium (Na), which can convert acidified soils to alkaline and fertilize the soil itself. And moisture content regulators.
황토가 혼합된 하수슬러지는 퇴비 규격에 대응되는 함수율을 갖도록 4?6일 동안 자연 건조시켜 30?40%의 수분 함량을 갖도록 함으로써 퇴비를 완성한다(S105). 또한, 이와 같은 자연 건조를 통해 침출수를 미리 배출시킬 수 있게 되며, 이를 통해 미생물의 번식 등을 예방할 수 있게 된다. 건조된 퇴비를 펠렛 등의 형태로 성형하면 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법은 완료된다. Sewage sludge mixed with ocher is naturally dried for 4-6 days to have a water content corresponding to the composting standard to complete the compost by having a water content of 30-40% (S105). In addition, it is possible to discharge the leachate in advance through such a natural drying, it is possible to prevent the growth of microorganisms and the like. When the dried compost is molded into pellets or the like, the organic compost manufacturing method using sewage sludge according to an embodiment of the present invention is completed.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조장치를 설명하기로 한다. Next, an organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조장치는 크게 중금속 추출 반응조(110), 고액분리조(120), 슬러지 중화조(130) 및 황토 배합조(140)의 조합으로 이루어진다. Referring to Figure 2, the organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention is largely heavy metal
상기 중금속 추출 반응조(110)는 하수슬러지와 산의 혼합, 반응 공간을 제공하여 하수슬러지 내에 포함되어 있는 중금속을 추출하는 역할을 한다. 상기 중금속 추출 반응조(110)의 일측에는 산을 공급하는 산 공급수단(111)이 구비될 수 있으며, 상기 산 공급수단(111)을 통해 HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, HClO4 등의 무기산 또는 acetic acid, oxalic acid, citric acid 등의 유기산이 공급될 수 있다. The heavy
상기 하수슬러지와 산의 혼합, 반응으로 인해 하수슬러지의 pH가 0.1?2로 조정되고, 이를 통해 하수슬러지 내의 유기물질이 분해되어 유기물질의 세포벽이 파괴된다. 유기물질의 세포벽이 파괴됨에 따라, 유기물질 내에 함유되어 있는 양이온 상태의 중금속은 황산의 음이온과의 전기적 인력으로 인해 액상으로 용해되어 추출된다. 한편, 상기 하수슬러지와 황산의 혼합 비율은 하수슬러지 100중량%에 대하여 0.9?2.0M 황산이 30?40중량% 혼합되는 것이 바람직하다. Due to the mixing and reaction of the sewage sludge and acid, the pH of the sewage sludge is adjusted to 0.1 to 2, through which the organic material in the sewage sludge is decomposed to destroy the cell walls of the organic material. As the cell wall of the organic material is destroyed, the heavy metal of the cationic state contained in the organic material is dissolved and extracted in the liquid phase due to the electrical attraction with the anion of sulfuric acid. On the other hand, the mixing ratio of the sewage sludge and sulfuric acid is preferably 0.9 to 2.0M sulfuric acid 30 to 40% by weight relative to 100% by weight of sewage sludge.
상기 고액분리조(120)는 중금속이 추출된 하수슬러지와 산의 혼합물을 고액분리하여 중금속이 용해된 액체와 하수슬러지의 고체 성분으로 분리하는 역할을 한다. 상기 고액분리조(120)는 원심분리기, 하이드로사이클론 등으로 구성될 수 있으며, 상기 고액분리조(120)에 의해 분리된 중금속이 용해된 액체는 추가적인 응집 및 침전 과정을 통해 재차 고액분리될 수 있다. The solid-
상기 슬러지 중화조(130)는 상기 고액분리조(120)에 의해 분리된 고체 성분의 하수슬러지를 생석회를 이용하여 중화시키는 역할을 한다. 즉, 하수슬러지에 생석회를 혼합, 반응시켜 하수슬러지를 중화시킨다. 상기 생석회 공급을 위해 상기 슬러지 중화조(130)의 일측에 생석회 공급수단(131)이 구비될 수 있다. 상기 생석회는 표면에 미세 기공이 다수 형성된 것으로서, 하수슬러지와 혼합되면 생석회 표면 기공에 하수슬러지 내의 물 및 이산화탄소가 흡수되어 수산화칼슘 또는 중탄산칼슘 등의 칼슘화합물이 형성되며 이와 같은 과정을 통해 하수슬러지의 pH가 전체적으로 상승되어 중화된다. 또한, 하수슬러지와 생석회의 혼합, 반응이 발열반응임에 따라, 발열반응열에 의해 하수슬러지 내의 수분이 증발하여 함수율을 저하시킬 수 있고, 유해 세균을 멸균할 수 있게 된다. 한편, 상기 생석회는 하수슬러지 100중량%에 대하여 2?5중량%의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. The
상기 황토 배합조(140)는 상기 슬러지 중화조(130)에 의해 중화된 하수슬러지를 황토와 배합하여 하수슬러지 내에 무기물 성분을 보충시킴으로써 퇴비화시키는 역할을 한다. 상기 황토는 상기 황토 배합조(140)의 일측에 구비된 황토 공급수단(141)을 통해 공급될 수 있으며, 하수슬러지 100중량%에 대하여 10?15중량%의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. The
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법 및 장치를 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 유기성 퇴비의 특성을 살펴보기로 한다.
The organic compost manufacturing method and apparatus using sewage sludge according to an embodiment of the present invention have been described above. Hereinafter, look at the characteristics of the organic compost prepared through an embodiment of the present invention.
<실시예><Examples>
경기도 위치한 환경사업소에서 수분 함량이 75?80%인 하수슬러지 탈수케익을 수거하였고, 상기 하수슬러지 2kg에 1M 황산 0.6ℓ(30중량%)를 첨가, 6시간 교반하여 미생물 사멸과 함께 중금속을 추출하였다. 이어, 1M 황산이 혼합된 하수슬러지를 고속 원심분리기(3000rpm)를 이용하여 고액분리하였다. 그런 다음, 분리된 고체 슬러지에 생석회 60g(3중량%)을 첨가하여 혼합, 반응시켜 슬러지를 중화시켰다. 이어, 황토 분말 200g(10중량%)을 첨가, 혼합한 후, 5일 자연 건조하여 함수율을 30%로 조정하였으며, 최종적으로 펠렛 형태의 유기성 퇴비를 성형, 제조하였다. A sewage sludge dewatering cake with 75 ~ 80% moisture content was collected at an environmental office located in Gyeonggi-do, 0.6L (30% by weight) of 1M sulfuric acid was added to 2kg of sewage sludge, and the mixture was stirred for 6 hours to extract heavy metals with the death of microorganisms. . Subsequently, sewage sludge mixed with 1 M sulfuric acid was solid-liquid separated using a high speed centrifuge (3000 rpm). Then, 60 g (3% by weight) of quicklime was added to the separated solid sludge, mixed and reacted to neutralize the sludge. Then, 200 g (10% by weight) of ocher powder was added and mixed, and then naturally dried for 5 days to adjust the water content to 30%. Finally, organic compost in pellet form was formed and manufactured.
이와 같은 제조 과정에서 하수슬러지 탈수케익, 고액분리된 고체 슬러지 및 유기성 퇴비에 대해 각각 수분, 유기물, 염분, pH, 중금속 함량 및 대장균군을 조사하였다(아래의 표 1 참조). In this process, the sewage sludge dewatering cake, solid-liquid separated sludge, and organic compost were examined for moisture, organic matter, salt, pH, heavy metal content and coliform group, respectively (see Table 1 below).
고체 슬러지Solid-liquid separation
Solid sludge
표 1을 참고하면, 하수슬러지 탈수케익에 대해 황산을 이용한 중금속 추출 과정을 적용한 결과, 중금속 농도가 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다. 특히, 아연의 경우 962.5mg/kg에서 358.5mg/kg로 감소하였고, 구리는 844.9mg/kg에서 590.4mg/kg로 대폭 감소하였다. 또한, 최종적으로 제조된 유기성 퇴비의 경우에서도 중금속 농도가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 전체적으로, 최초의 하수슬러지 탈수케익에 포함된 중금속 농도에 대비하여 최종 제조된 유기성 퇴비의 중금속 농도는 38?78% 저감되는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, as a result of applying the heavy metal extraction process using sulfuric acid for the sewage sludge dewatering cake, it can be seen that the heavy metal concentration is significantly reduced. In particular, zinc decreased from 962.5 mg / kg to 358.5 mg / kg and copper decreased from 844.9 mg / kg to 590.4 mg / kg. In addition, it can be seen that the concentration of heavy metals is reduced even in the case of finally prepared organic compost. Overall, compared to the concentration of heavy metals contained in the first sewage sludge dewatering cake, it can be seen that the heavy metal concentration of the organically prepared organic compost is reduced by 38-78%.
한편, 유기성 퇴비의 유기물 농도 및 염도는 최초 하수슬러지 탈수케익에 비해 저감되는 것으로 확인되었다. 이는 pH 중화 및 미네랄 함량 증가를 위해 첨가된 생석회와 황토에 의해 유기물 농도 및 염도가 희석된 것으로 판단된다. 대장균의 경우, 황산을 이용한 중금속 추출 과정에서 모두 멸균되었다.
On the other hand, the organic matter concentration and salinity of the organic compost was found to be reduced compared to the first sewage sludge dewatering cake. It is believed that organic matter concentration and salinity were diluted by quicklime and loess added to neutralize pH and increase mineral content. E. coli was sterilized during extraction of heavy metals with sulfuric acid.
110 : 중금속 추출 반응조 111 : 산 공급수단
120 : 고액분리조 130 : 슬러지 중화조
131 : 생석회 공급수단 140 : 황토 배합조
141 : 황토 공급수단 110: heavy metal extraction reactor 111: acid supply means
120: solid-liquid separation tank 130: sludge neutralization tank
131: quicklime supply means 140: ocher mixing tank
141: loess supply means
Claims (15)
하수슬러지와 산의 혼합물을 고액분리하여 고체 성분의 하수슬러지와 중금속이 용해된 액체로 분리하는 단계;
고체 성분의 하수슬러지와 생석회를 혼합하여 하수슬러지를 중화시키는 단계; 및
중화된 하수슬러지를 황토와 혼합하여 유기성 퇴비를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법.
Mixing the sewage sludge with an acid to extract heavy metals in the sewage sludge into a liquid phase;
Solid-liquid separation of the mixture of sewage sludge and acid into a liquid in which sewage sludge and heavy metals of a solid component are dissolved;
Neutralizing the sewage sludge by mixing the solid sewage sludge with quicklime; And
A method for producing organic compost using sewage sludge, characterized in that it comprises the step of producing an organic compost by mixing neutralized sewage sludge with ocher.
The method of claim 1, wherein in the step of extracting the heavy metal in the sewage sludge in the liquid phase by mixing the sewage sludge and acid, the pH of the sewage sludge mixed with the acid is adjusted to 0.1 ~ 2 organic properties using sewage sludge Composting method.
The sewage of claim 1, wherein the acid is any one of inorganic acids of HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , HClO 4 , or any of organic acids of acetic acid, oxalic acid, and citric acid. Organic compost manufacturing method using sludge.
The method of claim 1, wherein the acid is added in an amount of 30 to 40% by weight based on 100% by weight of sewage sludge.
According to claim 1, wherein in the step of mixing the sewage sludge and acid to extract the heavy metal in the sewage sludge in the liquid phase, the pH of the sewage sludge by mixing 30 ~ 40% by weight 0.9 ~ 2.0M sulfuric acid with respect to 100% by weight sewage sludge Organic compost manufacturing method using sewage sludge, characterized in that to adjust to 0.1? 2.
중금속이 용해된 액체에 대해 응집 및 침전 과정을 통해, 중금속 및 기타 불순물이 포함된 침전 고형물과 액체로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법.
The method of claim 1, wherein after the solid-liquid separation of the mixture of sewage sludge and acid into a liquid in which the sewage sludge and the heavy metal of the solid component are dissolved,
A method for producing organic compost using sewage sludge, characterized in that it further comprises the step of separating into a liquid and precipitated solids containing heavy metals and other impurities through a flocculation and precipitation process for the heavy metal dissolved liquid.
The method of manufacturing organic compost using sewage sludge according to claim 1, wherein in the step of neutralizing the sewage sludge by mixing solid sewage sludge with quicklime, the pH of the sewage sludge is adjusted to 6-9.
The method of claim 1, wherein the quicklime is added 2 to 5% by weight based on 100% by weight of sewage sludge.
The method of claim 1, wherein the loess is added 10 to 15% by weight relative to 100% by weight of sewage sludge.
상기 유기성 퇴비를 자연 건조하여 함수율을 30?40%로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조방법.
According to claim 1, After the step of preparing an organic compost by mixing the neutralized sewage sludge with loess,
Organic compost manufacturing method using sewage sludge, characterized in that it further comprises the step of naturally drying the organic compost to adjust the water content to 30 ~ 40%.
상기 중금속 추출 반응조로부터 하수슬러지와 산의 혼합물을 공급받아, 중금속이 용해된 액체와 고체 성분의 하수슬러지로 분리하는 고액분리조;
상기 고체 성분의 하수슬러지를 혼합하여 하수슬러지를 pH 6?9로 중화시키는 슬러지 중화조; 및
상기 슬러지 중화조에 의해 중화된 하수슬러지를 황토와 혼합하여 유기성 퇴비를 제조하는 황토 배합조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 유기성 퇴비 제조장치.
A heavy metal extraction reactor for mixing heavy sewage sludge with acid to extract heavy metals contained in the sewage sludge in a liquid phase;
A solid-liquid separation tank receiving a mixture of sewage sludge and an acid from the heavy metal extraction reaction tank and separating the sewage sludge with a liquid and a solid component in which heavy metal is dissolved;
A sludge neutralization tank for mixing the sewage sludge of the solid component to neutralize the sewage sludge to pH 6-9; And
An organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge, characterized in that it comprises a loess mixing tank for producing organic compost by mixing the sewage sludge neutralized by the sludge neutralization tank with ocher.
The organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge according to claim 11, wherein the sewage sludge mixed with acid in the heavy metal extraction reactor is adjusted to pH 0.1-2.
The sewage sludge according to claim 11, wherein in the heavy metal extraction reactor, 0.9 to 2.0 M sulfuric acid is mixed with 30 to 40 wt% with respect to 100 wt% of sewage sludge, and the pH of the sewage sludge is adjusted to 0.1 to 2. Organic compost manufacturing apparatus used.
The organic compost manufacturing apparatus using sewage sludge according to claim 11, wherein in the sludge neutralization tank, the quicklime is added in an amount of 2 to 5% by weight based on 100% by weight of sewage sludge.
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