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KR970001041B1 - 정수장(淨水場) Alum 슬러지를 주재로한 인공경량(人工輕量)골재의 제조방법 - Google Patents

정수장(淨水場) Alum 슬러지를 주재로한 인공경량(人工輕量)골재의 제조방법 Download PDF

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KR970001041B1
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Abstract

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Description

정수장(淨水場) Alum 슬러지를 주재로한 인공경량(人工輕量)골재의 제조방법
제1도는 팽창에 적합한 범위와 정수장 슬러지의 화학 조성 비교표.
제2도는 본 발명의 제조공정 계통도.
본 발명은 정수장(淨水場) 슬러지를 주재로 한 인공경량(人工輕量)골재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 정수처리공정에서 침전지 및 역세척수(逆洗滌水)의 침전물(沈澱物)을 탈수(脫水) 또는 건조(乾燥)한 슬러지(이하 슬러지라고 한다)를 주재료로 한 인공경량골재의 제조방법에 관한 것이다.
최근 음용수 및 공업용수 공급의 확대로 인하여 정수처리과정에서 필수적으로 발생되는 정수장 폐기물인 슬러지의 량이 급속히 증가하고 있어 이의 처리문제가 심각한 공해문제로 대두되고 있으며 국내에서 발생되는 정수장 슬러지의 총량은 년간 약 500,000m3이고 폐기물 관리법에서 일반 폐기물로 분류되어 광역관리매립장 또는, 지자체 쓰레기매립장에 매립처분되고 있다.
그러나 매립에 의한 처분은 침출수(浸出水) 및 토양오염에 의한 2차 환경오염을 유발시킬 우려가 있고 또, 현재 매립장의 수명이 다되고 새로운 매립적지의 확보가 어려우며 매립비용의 증가도 예상되므로 이의 재활용이 시급한 실정이다.
국내의 정수장에서 상용되는 원수의 오탁물질의 기본을 이루는 화학조성은 실리카(SiO2)가 대부분이고, 이런 오탁물질은 혼화응집공정을 거쳐 침전기의 바닥에 침전되어 기게식 탈수장치시설 또는 자연건조상에 배출되어 슬러지로서 최종 발생된다. 이런 슬러지는 오탁의 기본물질인 실리카(SiO2)와 혼합응집제로서 사용하는 황산알루미늄(Aluminum Sulphate) 또는 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride)의 주성분인 알루미나(Al2O3)로 이루어져 있다.
한편, 천연의 골재자원이 점차 고갈되고 있고 특히, 최근에는 콘크리트의 개념이 강하고 무거운 것에서 강하고도 가벼운 콘크리트의 개념으로 변하고 있는 점을 감안하면 경량골재를 사용한 콘크리트는 비중을 감소시킬 뿐만 아니라 경량골재 내부에 무수한 기공들로 인하여 단열, 방음의 효과도 동시에 얻을 수 있는 장점이 있다.
이런 경광골재의 원료로는 천연적으로 산출되는 것으로 팽창점도, 혈암, 진주암, 질석, 화산재등이 있으며, 고로슬래그, 플라이애쉬와 같은 산업폐기물을 이용하는 경우도 있다. 우리나라의 경우는 천연적인 재료가 없고 산업부산물이나 산업폐기물을 이용하여 인공경량골재를 제조하지 않고 있기 때문에 경량골재의 완제품을 수입하여 사용하고 있다. 본 발명자들은 국내에서 발생되는 정수장 슬러지내에 실리카(SiO2)가 다량 함유되어 있다는 사실에 착안하여 정수장 슬러지에 약간의 재료를 혼합사용하므로서 인공경량골재의 제조가 가능한 것을 발견하였다.
인공경량골재의 팽창원리(膨脹原理)는 재료가 고온에서 유리화(Glass)되어 점성이 있는 상태로 되고 내부에 존재하는 성분이 분해되어 가스화될 때 이 가스압에 의하여 팽창이 되고 재료의 점성에 의하여 가스가 내부에 구속된다는 것이다. C.M.Riley가 제시한 경량골재의 재료로 한 적합한 조성범위를 나타내는 제1도 도표에서 보면 실리카(SiO2)가 55%에서 75%, 알루미나(Al2O3)가 12%에서 35%, 기타 CaO, MgO, K2O, Na2O, Fe2O3의 총량이 7%에서 22% 범위에 속한다. 한편, 정수장 슬러지는 표 1의 화학조성의 예와 같이 실리카(SiO2)가 42.4% 알루미나(Al2O3)가 34.6%, 기타 CaO, MgO, K2O, Na2O, Fe2O3의 총량이 23.2%로서 실리카의 함량이 약간 부족하나 나머지는 최적 범위에 들고 있다는 것을 알 수 있다.
따라서 정수장 슬러지는 실리카(SiO)의 함량이 부족하기 때문에 슬러지 자체의 유리화 및 점성이 용이하지 않으나 여기에 페유리, 봉사(Borax), Boric Anhydride (BO), 각섬석(角閃石)등의 융제(融劑)나 SiC 등의 기포발생제를 첨가하여 승온속도 20 내지 40℃/min으로 소성하면, 1000℃보다 유리화가 시작되고 발포하면서 1,050℃에서 거의 유리화가 극대화도어 비중 1.8 이하의 초경량(超輕量)골재의 제조가 가능하여 상기 원리를 만족할 수 있다는 것이 확인되었다. 또, Rotary Kiln에 의한 소성과정(燒成科程)중에 용제의 사용으로 고온에서 유리화된 골재 상호간에 혹은 골재와 로벽간에 서로 달라붙는 현상은 성형된 골재의 표면에 AlO또는, MgO를 코팅제로 사용하면 붙음현상을 방지할 수 있다.
이하 본 발명을 실시에에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
슬러지의 건조 및 분쇄
슬러지의 물리성을 개선하기 위하여 건조장치로 함수율 20 내지 30%까지 건조시킨후 Disk Mill을 이용하여 100mesh(0.1mm) 이하로 분쇄한다.
실시예 2
혼합재료의 선정 및 혼합비율
슬러지의 부족한 실리카성분을 보충하고 혼합물의 용융을 촉진하는 물질로서 폐유리를 사용하였으며 또, 우리나라에서 흔하게 부존되어 있는 광물인 각섬석이 융점이 낮은 것에 착안하여 융제로 사용하였다. 표 2는 각섬석의 화학조성 분석결과이다.
소성온도가 상승하면 에너지면에서 불리하므로 보조 용제로서 붕사(Borax,NaBO.10HO) 또는 Boric Anhydride(BO)를 사용하고 기포발생제로서는 SiC 분말을 사용하였다. 일반적으로 SiC는 안정한 화합물로서 분해온도가 매우 높지만 다른 성분들과 반응하여 낮은 온도에서도 분해되는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 다음의 혼합비율(건조무게 비율)로 배합하고 적당량의 수분을 첨가하여 슬러지상태로 한 후 계면활성제(界面活性劑)와 Binder(Caboxymetyl Cellulose)를 첨가하여 교반하였다.
이하 본 발명의 제조 방법에 사용되는 재료의 혼합 비율은 다음과 같다.
1) 실시예 2-1
2) 실시에 2-2
3) 실시예 2-3
실시예 3
성구(成球)
상시에서 혼합된 재료를 골재형태의 Pellet으로 만드는 과정을 성구라 하는데, 본 발명에서는 함수율 25-30%의 혼합물을 드럼식 성구장치에서 성구시킨다.
실시에 4
건조(乾燥)
성구된 상태를 직접 로내에 투입하면 급격한 수분의 증발에 의한 균열이 발생되므로 소성로의 폐열을 이용한 건조로에서 최고 건조온도 150℃ 정도로 충분히 건조를 시킨다.
실시예 5
소성(燒成)
소성온도 상승율 20 내지 40℃/min의 속도로 소성온도 1,000℃ 내지 1,075℃에서 3-4시간 소성한다.
상시 실시예 2-1에서 실시예 2-3까지의 결과에서 비중 0.8 이하의 조건을 요약하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이 정수처리 폐기물인 슬러지를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 의하여 제조된 제품은 점차 천연골재의 고갈이 예상되고, 더구나 경량골재는 전량 수입에 의존하고 있는 점을 감안한다면 획기적인 자원 재활용 방안으로 큰 기대가 되며 본 발명의 효과로는
폐기물의 재활용으로 인한 환경오염 방지
매립장 부족난의 해소
정수처리 공정의 원활화
정수장 폐기물인 슬러지의 처리비용절감
인공경량골재의 수입대체효과
토목건축재료로 활용
단열벽돌등 건축재료로 활용할 수 있는등의 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 정수처리과정에서 폐기물로 발생되는 슬러지 중에서 SiO2의 함량이 전체의 40%∼55%, 화학조성중 Al2O3/SiO2의 비가 1.0 이하인 슬러지를 고온소성하여 인공경량골재를 제조함을 특징으로 하는 정수장 Alum 슬러지를 주재로 한 인공경량골재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 융제로서 폐유리 32%와 Borax 2% 또는 각섬석 15%와 Borax 8%의 비율로 혼합하고, 동 혼합물에 각각 2%의 SiC를 기포발생제로 첨가시켜 제조함을 특징으로 하는 정수장 Alum 슬러지를 주재로 한 인공경량골재의 제조방법.
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