KR20210078925A - 슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 사업장에서 발생되는 슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고함수율의 슬러지와 분탄 및 폐MDF 분말과 폐타이어 분말 등의 가연성 폐기물을 혼합 교반하여, 가연성 폐기물에 의한 흡수로 인한 슬러지의 함수율이 크게 낮아지면서 반죽 및 성형이 이루어지도록 하고, 성형물은 건조를 통해 고형연료로 생산되도록 하는 동시에, 슬러지의 낮은 열량을 고열량의 가연성 폐기물이 보완하여 연료로서의 활용이 가능하도록 함에 따라, 매립 및 소각에 의존할 수밖에 없는 슬러지와 가연성 폐기물을 적절하게 혼합하여 연료로서의 가치를 갖는 열량을 확보한 고형연료로 재생산할 수 있어 폐기물에 대한 효율적인 처리는 물론 자원의 재생산이 이루어져 매우 합리적이면서도 경제적인 것이고, 고함수율의 슬러지는 분말 형태의 가연성 폐기물과 혼합되는 과정에서 함수율이 크게 낮아져 별도의 과정이나 공정 없이 반죽 상태로의 성형이 가능하므로 생산설비의 단순화는 물론 생산속도가 매우 향상되는 것이며, 상기의 고형연료의 연소과정에서 발생하는 황산화물(Sox)의 발생량을 최소화하여 환경 오염을 예방할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Description

슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법{Method for producing solid fuel using sludge and combustible waste}

본 발명은 각종 사업장에서 발생되는 슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매립 및 해양투기에 의존하고 있는 고함수율의 슬러지와 소각 및 매립에 의존하고 있는 가연성 폐기물을 서로 혼합 교반하여 성형함에 따라 연료로서의 가치를 갖는 열량을 갖게 한 고형연료에 대한 것이다.

일반적으로 각종 사업장에서 발생되는 슬러지(일명, 탈수 케이크)는 하수, 폐수 ,축산, 분뇨처리를 함에 있어 발생되는 수중의 부유물질이 중력 작용으로 액체로부터 분리되며 농축된 바닥의 침전물인 고함수비의 고형물을 기계적으로 처리하여 함수율을 저하시킨 물질을 슬러지라 하는데 이는 산업발달 및 인구 증가에 의하여 슬러지가 대량으로 발생되고 있어, 이들 슬러지의 처리는 국가적인 당면과제가 되었으며 몇몇 자치단체 및 지역사회에서는 슬러지 처리 문제가 현실적으로 시급하게 대두되고 있다.

현재, 발생되는 슬러지의 많은 부분은 매립과 해양투기에 의존하고 있는데, 매립의 경우에는 매립부지가 부족할 뿐만 아니라 침출수가 발생하여 지하수가 오염되는 등의 문제가 있고, 해양투기의 경우에는 해양투기 방지법 시행규정규칙 개정으로 유기성 오니에 대한 해양배출규제가 대폭 강화됨에 따라 그간 대부분 해양 투기하던 슬러지를 2012년 1월부터는 해양배출 전면금지함에 따라 슬러지 처리방안에 대한 강구가 불가피한 실정에 있다.

이렇게 슬러지 처리 방안에 시급한 실정에 있어 퇴비화, 소각, 탄화, 건조, 안정화/고형화 처리 등의 방법이 제시되고 있는데, 유가급등, 물류비용인상, 전처리 부지확보, 처리량에 따른 공간확보 등의 문제점을 안고 있으며, 가장 큰 문제는 모든 육상에서 발생된 폐기물은 이제는 육상에서 해결해야 하는데 2012년 이후 10년 내외로 매립지가 고갈될 수 있어 향후 쓰레기 대란이 가장 큰 문제점으로 2008년 7월 환경부에서는 자원화, 에너지화, 재활용, 연료화하여 매립부지의 고갈을 억제하고 환경적이면서 실증적인 슬러지 처리방안 대책을 각 지방자치단체와 함께 최근 다각적으로 개발되고 있는 실정에 있다.

이에 따라 상기와 같은 슬러지의 처리를 위한 다양한 처리방안 및 이들을 이용한 고형연료의 제조방법이 다양하게 안출된 바 있으나, 상기와 같은 고형연료는 고가의 분탄을 대량으로 섞어 필요한 열량을 갖도록 제조하기 때문에 슬러지의 처리량에 비하여 제조설비 및 제조원가가 과다하게 소요되므로 경제성이 전혀 없는 것이고, 분탄의 가격 역시 점진적으로 상승하는 추세여서 전혀 효율적이지 못한 결과를 초래하고 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 슬러지와 더불어 폐MDF(Medium-density fiberboard)나 폐타이어 및 폐유와 같은 가연성 폐기물 역시 대량으로 배출되고 있는 실정이어서 상기와 같은 슬러지 및 가연성 폐기물에 대한 처리 및 합리적인 이용 방안은 매우 시급한 사회문제로 대두되고 있는 것이다.특히 상기와 같은 폐MDF나 폐타이어 등은 다량의 화학 물질이 포함되어 있거나 대부분이 화학물질로 만들어져 있어 소각시 유독가스와 같은 매우 많은 량의 환경호르몬 배출하게 되므로 소각시에도 매우 많은 단계의 처리와 과정이 필요하여 처리가 매우 곤란한 물질에 속하게된다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 고함수율의 슬러지와 분탄 및 폐MDF 분말과 폐타이어분말 등의 가연성 폐기물을 혼합 교반하여, 가연성 폐기물에 의한 흡수로 인한 슬러지의 함수율이 크게 낮아지면서 반죽 및 성형이 이루어지도록 하고, 성형물은 건조를 통해 고형연료로 생산되도록 하는 동시에, 슬러지의 낮은 열량을 고열량의 가연성 폐기물이 보완하여 연료로서의 활용이 가능하도록 열량을 상승시키도록 한 슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 슬러지 45중량와 분탄 25중량%와 폐MDF 분말 15중량%와 폐타이어 분말 5중량%와 폐유 슬러지 5중량%와 액상 강화제 2.5중량%와 수산화마그네슘 2.5중량%를 일시에 교반하여 혼합물을 생산하되, 상기의 혼합물에 대한 함수율이 15~25%가 되게 하는 믹싱공정과; 상기 혼합물을 가압하여 일정한 모양을 갖도록 성형물을 찍어내는 생산공정과; 상기의 성형물을 건조시켜 함수율이 10% 이내가 되도록 하는 건조공정;을 순차적으로 수행하여 고형연료를 대량으로 생산할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은, 매립 및 소각에 의존할 수밖에 없는 슬러지와 가연성 폐기물을 적절하게 혼합하여 연료로서의 가치를 갖는 열량을 확보한 고형연료로 재생산할 수 있어 폐기물에 대한 효율적인 처리는 물론 자원의 재생산이 이루어져 매우 합리적이면서도 경제적인 것이고, 고함수율의 슬러지는 분말 형태의 가연성 폐기물과 혼합되는 과정에서 함수율이 크게 낮아져 별도의 과정이나 공정 없이 반죽 상태로의 성형이 가능하므로 생산설비의 단순화는 물론 생산속도가 매우 향상되는 것이며, 상기의 고형연료의 연소과정에서 발생하는 황산화물(Sox)의 발생량을 최소화하여 환경 오염을 예방할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 고형연료는 하수 및 폐수 등의 처리시설에서 발생하는 슬러지를 이용하는 동시에 소각에 의존하고 있는 폐MDF(Medium-density fiberboard)나 폐타이어 등을 이용하여 연료로서 충분한 열량을 갖는 고형연료로 재생산하는 방법을 제시하고자 한다.

이에 따라 상기의 슬러지는 약 80%의 함수율을 갖고 있는 것으로서, 전체 중량 대비 45중량%를 구비하고, 상기의 슬러지에 분탄(유연탄)과 폐MDF 분말 및 폐타이어 분말 및 폐유 슬러지와 액상 강화제, 수산화마그네슘을 동시에 교반하여 혼합물을 생산하게 된다.

여기서, 이들 각각의 혼합물질에 대한 비율은 슬러지가 45중량%이고, 분탄은 25중량%, 폐MDF 분말은 15중량%, 폐타이어 분말은 5중량%, 폐유 슬러지는 5중량%, 액상 강화제는 2.5중량%, 수산화마그네슘은 2.5중량이다.

또한, 이들 각각의 중량비는 연료로서의 활용 가치 및 자원의 발생량 및 수급성을 고려하여 산출된 것으로서, 상기의 분탄과 폐타이어 및 폐유 슬러지, 액상 강화제가 갖고 있는 고도의 열량은 슬러지와 폐MDF 분말이 갖고 있는 상대적으로 낮은 열량을 보완해줌에 따라 이들 혼합물에 의한 고형연료는 연료로서의 활용 가치를 갖는 열량을 확보할 수 있게 된다.

또한, 상기의 분탄은 비교적 고가의 혼합 원료이므로 분탄의 혼합비율을 떨어트리면서도 이를 보완하기 위해 고도의 열량을 갖는 가연성 폐기물인 폐타이어 분말과 폐유 슬러지를 혼합 적용한 것이고, 이들 폐타이어 분말과 폐유 슬러지는 소각 및 매립에 의존하는 기존의 처리방법을 고려할 때 적절한 혼합을 통해 이들을 합리적으로 소모 및 처리시키고자 함에 이들의 혼합 원인이 있는 것이다.

특히, 상기와 같은 폐MDF 및 폐타이어, 폐유 슬러지 등은 단순히 연료의 열량을 증대시키기 위한 목적 이외에도 이들 폐기물이 갖는 화학물질로 인해 소각 처리가 곤란한 점을 해소하기 위한 목적을 함께 갖는 것으로서, 폐MDF의 경우 각종 가구를 제작하는 과정에서 다량으로 톱밥의 형태로 다량 발생하는 것이고 이와 같은 폐MDF 분말은 일반 목재 분말과는 달리 소각시 다량의 공해물질을 배출시키게 되어 폐목재와는 엄격하게 분류되어 처리되어야 하는 물질에 해당하게 된다. 또한, 상기의 폐타이어와 폐유 역시 소각시 다량의 공해물질이 발생되는 것으로서 본 발명에서는 상기와 같이 일반적인 매립 및 소각 처리가 어려운 폐기물 들을 혼합하여 연료화함에 따라 연료의 재생산은 물론 처리가 곤란한 가연성 폐기물에 대한 합리적인 처리가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

표1

	종류	비율(중량%)	보유열량(kg당)	총 열량(Kcal)	중량(KG)
1	슬러지	45	3,000	270,000	90(수분제거상태
2	분탄(유연탄)	25	7,000	1,750,000	250
3	폐목재 분말	15	4,000	600,000	150
4	폐타이어 분말	5	9,500	475,000	50
5	폐유 슬러지	5	9,500	475,000	50
6	액상 강화제	2.5	7,000	175,000	25
7	수산화마그네슘	2.5	-		25

(전체중량 1,000kg으로 가정할 경우)

상기 표 1은 본 발명의 고형연료에 사용되는 각 물질의 혼합량과 중량 및 보유열량을 기재한 것으로서, 이들 각 혼합물의 총 열량은 3,745,000 kcal가 될 것이다. 또한, 상기의 총 중량은 슬러지의 수분이 제거된 상태(성형후 건조 과정을 거쳐 함수율이 10% 이내가 된 경우로 가정)에서 640 kg이 된다.

따라서, 상기의 총 중량에서 총 열량을 나누면 고형연료의 kg당 열량은 5,850kcal가 되는 것이다. 이에 고형연료의 열량 기준이 대략 5,000 kcal/kg인 점을 감안할 때 본 발명에서의 고형연료는 기준 열량을 넘어서는 열량을 확보할 수 있게 되는 것이다.

또한, 폐자원인 슬러지와 재활용이 않 되는 가연성 폐기물을 주원료로 사용하므로 원재료비가 매우 절감되므로 생산된 고형연료의 제조가 역시 매우 저렴하여 값싼 연료를 대량으로 공급할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기의 액상강화제는 혼합물을 단단한 상태로 굳게 하는 역할을 수행하는 동시에 혼합물에 대한 열량을 상승시키는 용도로 혼합되는 것으로, 일예로서 카리스타글로벌(대표 현원복)의 제품명 힐라(HILA)가 대표적이다.

또한, 상기의 수산화마그네슘은 기존의 소각로 등에서 주로 사용되어 오고 있는 것으로서 수산화마그네슘이 갖는 화학적이고 물리적인 반응과 더불어 자체의 폭발적인 연소작용으로 인해 점화열을 상승시키는 역할을 하게되므로 고형연료의 연소과정에서 발생하는 공해물질인 질소산화물(NOX) 또는 황산화물(SOX)을 제거하게 되므로 슬러지 및 가연성 폐기물로 이루어진 본 발명의 고형연료에 대한 환경오염의 문제점을 합리적으로 해소할 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기와 같은 혼합비를 갖고 고함수율의 슬러지와 수분이 거의 없는 상태의 가연성 폐기물을 적정 비율로 혼합하게 되면 슬러지 내의 수분을 가연성 폐기물이 흡수하면서 충분히 교반된 상태의 혼합물은 전체적으로 20% 내외의 함수율을 갖게 되는 것이고, 이와 같은 함수율은 반죽 상태로서 다양한 모양으로의 성형이 가능한 상태가 되는 것이다.

이에, 기존의 유연탄 분말을 이용하여 조개탄을 생산하는 것과 동일한 방식의 성형장치를 이용하여 상기의 혼합물을 가압 성형하게 되면 필요한 크기 및 모양으로의 성형물이 대량 배출되는 것이고, 이와 같은 성형물을 자연건조 또는 열풍에 의한 강제 건조를 통해 함수율 10% 이내가 될 때까지 건조과정을 거치게 되면 완전한 상태로의 제품이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같이 완성된 고형연료는 수분이 거의 없는 상태가 될 것이고, 수분이 거의 없는 상태에서의 열량은 5,850kcal/kg을 유지하고 있을 것이므로 고열량의 연료로서 다양한 분야에서 합리적으로 사용할 수 있게 되는 것이다.

또한, 액상 강화제를 통해 다양한 모양이나 크기로의 성형이 가능하므로 조개탄과 같은 형상이나 삼각이나 사각 또는 육각의 연료봉 형태로도 제작할 수 있는 것이고, 필요에 따라서는 기존의 연탄과 같은 형태로도 제작이 가능한 것이다.

이에 따라 본 발명의 고형연료는 처리가 곤란한 슬러지와 가연성 폐기물을 직접 대량으로 이용함에 따라 이들의 효과적인 처리방안을 제시하게 되는 것이고, 고가의 에너지를 수입하는 기존의 환경을 개선시키는 동시에 자원의 재생산이 가능하여 국가 경쟁력의 강화가 가능한 것이며, 저렴한 가격으로 고형연료를 공급할 수 있어 산업 및 농가에도 높은 경쟁력을 갖출 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (1)

1. 슬러지 45중량와 분탄 25중량%와 폐MDF 분말 15중량%와 폐타이어 분말 5중량%와 폐유 슬러지 5중량%와 액상 강화제 2.5중량%와 수산화마그네슘 2.5중량%를 일시에 교반하여 혼합물을 생산하되,
   상기의 혼합물에 대한 함수율이 15~25%가 되게 하는 믹싱공정과;
   상기 혼합물을 가압하여 일정한 모양을 갖도록 성형물을 찍어내는 생산공정과;
   상기의 성형물을 건조시켜 함수율이 10% 이내가 되도록 하는 건조공정;
   을 순차적으로 수행하여 얻어짐을 특징으로 하는 슬러지와 가연성 폐기물을 이용한 고형연료의 제조방법.