KR20100067815A - Carbonized lightweight aggregate be made from organic sludge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기성 슬러지를 이용하여 제조된 탄화의 표면특성을 갖는 경량골재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수슬러지, 정수슬러지 및 준설토등을 포함하는 유기성 슬러지와 점토를 혼합하여 소정 형상으로 성형하고 환원분위기 하에서 고온 소성함으로써 탄화표면에 의하여 흡수력과 흡착력을 가지면서 우수한 소성강도를 갖는 유기성 슬러지를 이용하여 제조된 탄화경량골재에 관한 것이다.The present invention relates to a lightweight aggregate having the surface characteristics of carbonization manufactured using organic sludge, and more specifically, to form a predetermined shape by mixing organic sludge and clay, including sewage sludge, purified sludge and dredged soil, and reducing The present invention relates to a carbonized lightweight aggregate prepared by using organic sludge having excellent plastic strength while absorbing and adsorbing power by a carbonized surface under high temperature firing.
하수슬러지, 정수슬러지 및 준설토등을 포함하는 유기성 슬러지 중에서, 도시지역의 하수슬러지는 중량기준으로 수분 75∼85%, 유기물 10∼25%, 무기물 5∼10%로 이루어져 있다. 이러한 하수슬러지는 수분의 건조와 더불어 유기물 안정화에 초점을 맞추어 고화에 의한 복토재화 기술, 탄화에 의한 고체연료화 기술, 미생물 분해에 의한 퇴비화 기술 등이 개발되어 왔다. Among organic sludges including sewage sludge, purified sludge and dredged soil, sewage sludge in urban area is composed of 75 ~ 85% water, 10 ~ 25% organic matter and 5 ~ 10% inorganic matter by weight. Such sewage sludge has been developed with a focus on the stabilization of organic matters along with the drying of moisture, covering soil regeneration by solidification, solid fuelization by carbonization, and composting by microbial decomposition.
상기한 유기성 슬러지를 이용한 기술중에서, 복토재화 기술은 수분을 증발시 키고 유기물을 고화제로 포위하여 외부로 유출되지 않도록 하는 특징을 갖고 있지만, 제조된 제품의 특성은 외부에서 투입된 고화제 및 첨가제의 성분에 의하여 좌우된다. 따라서, 일반토양에 비하여 공학적으로 열악한 품질을 갖는 토양이기 때문에 저급의 복토재로 한정하여 재활용될 수밖에 없다. 또한, 현재까지 제안된 탄화기술들은 과거부터의 탄화기술 혹은 활성탄 제조기술의 변형으로서, 미립형태인 유기성 슬러지를 탄화시켜 미분말형태의 탄화체를 생성하고, 이를 그대로 혹은 과립형태로 제조하여 고체연료, 토양개량제, 수처리 여재로 재활용하는 기술들이었다. 그러나, 탄화기술을 적용하여 얻어진 탄화물은 미분말형태의 경우 바람 및 유체에 의하여 유동되어 적용상 용이치 않으며, 탄화물의 연료화는 발열량이 떨어질 뿐만 아니라, 이러한 저급의 고체연료를 안정적으로 사용할 수 있는 수요처가 부족한 실정이다. 또한, 상기 탄화물은 토양개량제나 수처리 여재활용도 물리적 강도나 성능문제로 재활용이 용이하지 않다. 이와 같이 복토재화 기술과 탄화기술은 제조된 저급품질의 재활용 제품을 기존의 수요처에 적용하는데 한계가 있으며, 안정적인 수요처를 확보하는데 문제가 있다.Among the technologies using the organic sludge described above, the cover material refining technology is characterized by evaporating moisture and enveloping the organic material with a solidifying agent so that it does not leak out. However, the characteristics of the manufactured product are characterized by It depends on the ingredients. Therefore, since the soil has an engineering poor quality compared to general soil, it is inevitably recycled only to low grade cover material. In addition, carbonization techniques proposed to date are modifications of carbonization techniques or activated carbon production techniques from the past, and carbonized organic sludge in the form of fine powder to produce carbon powder in the form of fine powder, and produced as it is or in the form of granules, solid fuel, The techniques were recycled into soil improvers and water treatment media. However, the carbide obtained by applying the carbonization technology is not easy to apply because it is flowed by wind and fluid in the case of fine powder form, and the fuelization of carbide not only reduces the calorific value, but also has a demand for stable use of such low-grade solid fuel. It is not enough. In addition, the carbide is not easy to recycle due to physical strength or performance problems, such as soil improver or water treatment recycle. As described above, the cover material and carbonization technologies have limitations in applying the manufactured low-quality recycled products to existing demand sources, and there is a problem in securing stable demand sources.
한편, 유기성 슬러지를 산화분위기에서 소성하는 경량골재 제조기술은 고온에서 유기성분의 연소에 의한 다공성 확보와 무기물의 소성에 의한 구조지지체 형성을 도모하는 기술이다. 이 기술에서 경량골재의 전체적인 구조형성을 위해서는 원료성분 중 무기성분이 대부분이어야 하며, 유기성분은 큰 부피의 연소가스로 전환되어 기공을 형성하게 되므로 비교적 소량만을 필요로 한다. 그러나 유기성 슬러지는 유기물량이 무기물량에 비하여 훨씬 많고, 부피도 크기 때문에 유기성 슬러지 를 이용하여 산화분위기에서 소성에 의하여 경량골재를 제조하기 위해서는 외부에서 점토를 비롯한 많은 양의 무기물을 공급해야 한다. 이는 처리시설이기도 한 재활용시설의 규모를 크게 하기 때문에, 시설비와 유지관리비 부담도 커지고, 유기성 슬러지 처리단가를 대폭 증가시키는 요인으로 작용한다. 또한, 이렇게 제조된 경량골재는 경량성만을 갖고 있어 적용처가 건축물 등의 건설구조물로 한정되는데, 고도의 안정성과 내구성을 요구하는 건설구조물의 특성을 감안하면 신재료가 사용되는 고급 경량 골재를 대체하는 골재로서 적용하는데 어려운 문제점을 내포하고 있다. On the other hand, the lightweight aggregate manufacturing technology for firing organic sludge in an oxidizing atmosphere is a technique to secure the porous by the combustion of organic components at high temperature and to form a structural support by firing the inorganic material. In this technique, in order to form the overall structure of the lightweight aggregate, the inorganic component of the raw material components should be mostly, and the organic components are converted to a large volume of combustion gas to form pores, so only a relatively small amount is required. However, since organic sludge has much more organic matter than inorganic amount and has a large volume, in order to manufacture lightweight aggregate by firing in an oxidizing atmosphere using organic sludge, a large amount of inorganic matter including clay must be supplied from the outside. This increases the size of the recycling facility, which is also a treatment facility, increasing the burden on facility and maintenance costs, and significantly increasing the cost of treating organic sludge. In addition, the lightweight aggregate manufactured as described above is limited to construction structures such as buildings because it has only light weight. Considering the characteristics of construction structures requiring high stability and durability, it is possible to replace high-grade lightweight aggregates using new materials. It is difficult to apply as aggregate.
유기성 슬러지를 이용한 경량골재 제조와 관련하여 종래에 국내 등록특허 제0347997호와, 국내공개특허 제2005-0036118호가 제시되었다.Regarding the manufacture of lightweight aggregate using organic sludge, Korean Patent Registration No. 0347997 and Korean Patent Application Publication No. 2005-0036118 have been proposed.
전자의 국내 등록특허 제0347997호는 "내부발열 소결법에 의한 하수슬러지 자원화방법"에 관한 것으로, 이는 하수슬러지와 점결제를 혼합하여 성형하고, 1100∼1180℃의 온도조건을 갖는 소성로에 하수슬러지와 점결제의 혼합물을 투입하여 10∼30분간 소성시킴으로써 다공성 소결체를 제조한 기술이다. 상기 기술은 하수슬러지를 성형체의 내부 용융을 위한 발열체로 사용하여 환원분위기가 아닌 산화분위기에서 소성하는 것이며, 유기물의 연소시 발생하는 가스의 팽창에 의해 내부공극이 형성된다. 특히 상기 기술은 유기물 연소에 의하여 발생되는 가스에 의하여 공극을 팽창시키고, 유기물의 연소에 따른 높은 발열량에 의하여 공극 주변의 무기물을 용융시켜 소결시키기 때문에, 폐기공의 형태를 갖는 조대기공이 발달하게 된다. 또한, 경량성을 부여하기 위하여 제품투입구와 소성구간 간의 온도차이를 400℃ 이 내, 바람직하게는 200℃ 이내로 하는 것으로 되어 있다. 이것은 유기물의 연소시기와 무기물의 용융시기를 일치시킴으로써 기공의 팽창과 동시에 무기물의 소결을 동시에 이루고자하는 시도이다. 만약, 제품투입구 온도와 소성온도와의 차이가 500∼600℃ 정도가 된다면, 제품내의 유기물이 먼저 연소하고 팽창하면서 무기물이 용융소결되지 않은 상태에서 제품 외부로 가스가 빠져나가게 되므로 수축소결되면서 비중이 1.7이상으로 증가하게 된다. The former Korean Patent No. 0347997 relates to "Sewage Sludge Recycling Method by Internal Heat-Generation Sintering Method", which is formed by mixing sewage sludge and a caking agent, and is formed in a firing furnace having a temperature condition of 1100 to 1180 ° C. It is the technique which manufactured the porous sintered compact by putting the mixture of a caking additive and baking for 10 to 30 minutes. In the above technique, sewage sludge is used as a heating element for internal melting of a molded body, which is then fired in an oxidizing atmosphere, not a reducing atmosphere, and internal voids are formed by expansion of a gas generated during combustion of an organic material. In particular, the technique expands the pores by the gas generated by the combustion of the organic matter, and melts and sinters the inorganic material around the pores by the high calorific value due to the combustion of the organic matter, so that coarse pores having the form of waste pores are developed. In addition, in order to impart lightness, the temperature difference between the product inlet and the firing section is within 400 ° C, preferably within 200 ° C. This is an attempt to simultaneously expand the pores and sinter the inorganic material by matching the combustion time of the organic material and the melting time of the inorganic material. If the difference between the product inlet temperature and the sintering temperature is about 500 ~ 600 ℃, the organic matters in the product are first burned and expanded, and the gas escapes to the outside of the product without the inorganic material being melted and sintered. It will increase above 1.7.
따라서, 상기 기술은 제품 내에서 내부발열 및 용융소결되기 때문에 우수한 경량성을 얻을 수 있지만, 소결체 내부에는 유기물이 전혀 없고 폐기공을 형성하고 있는 상태가 되므로 흡수성 및 흡착성능이 없어 옥상녹화를 위한 경량골재, 우수에 의한 비점오염물질, 여과용 담체 등의 용도로 사용할 수가 없다. Therefore, the above technology can achieve excellent light weight because of internal heat generation and melt sintering in the product, but since there is no organic matter inside the sintered body and a waste hole is formed, there is no absorbency and adsorptive performance and thus light weight for roofing greening. It cannot be used for applications such as aggregate, nonpoint pollutants caused by rainwater, and carriers for filtration.
후자의 국내공개특허 제2005-0036118호는 "초경량 인공골재 제조방법"에 관한 것으로, 이는 점토성 무기슬러지와 자연산 일반토양 및 채석장의 표면 토양 가공시 발생하는 미분체의 무기질을 주원료로 하고 여기에 낙엽, 음식쓰레기와 같은 유기물을 소량 혼입하여 구상체로 성형하고, 이를 1020∼1200℃의 로타리킬른에서 소성하여 구상체를 팽창시킴으로써 비중이 낮은 초경량골재를 제조하는 기술이다.The latter Korean Laid-Open Patent Publication No. 2005-0036118 relates to a method of manufacturing an ultra-light artificial aggregate, which is mainly composed of clay inorganic sludge and fine powder minerals generated during processing of surface soil of natural soil and quarry. It is a technique for producing ultra-light aggregates with low specific gravity by incorporating a small amount of organic matter, such as fallen leaves and food waste, into a spherical body and calcining it in a rotary kiln at 1020 to 1200 ° C.
상기 기술은 유기물의 연소가스 팽창에 의하여 조대기공이 형성되고, 0.5∼0.8의 비중을 갖는 경량성 인공골재를 제조할 수 있다. 또한, 모든 유기물이 연소되어 불연성을 갖게 되고, 폐기공을 형성하기 때문에 방음, 방습, 방열 성능을 발현할 수가 있다. 그러나, 상기 기술은 가공과정에서 팽창가스의 외부유출에 따라 기공수축현상을 초래하여 비중이 증가될 수 있으며, 과도한 팽창에 따라 공극지지 력이 약해져 골재의 강도가 약해질 수 있다.The above technique is to form coarse pores by the expansion of the combustion gas of the organic matter, it is possible to produce a lightweight artificial aggregate having a specific gravity of 0.5 to 0.8. In addition, all organic matters are burned to have non-combustibility, and since waste holes are formed, soundproofing, moisture proofing, and heat dissipation performance can be exhibited. However, the technique may increase the specific gravity by causing pore contraction phenomenon in accordance with the outflow of the expansion gas in the process, and the strength of the aggregate may be weakened by weak pore bearing capacity due to excessive expansion.
따라서, 상기 기술은 내부팽창에 따라 형성되는 조대기공에 의한 우수한 경량성을 발휘할 수 있으나, 낮은 강도를 가질 수 있으며, 제품구조에서 유기물이 없고, 미세기공이 발달되지 않아 흡수력과 흡착력을 갖지 못하는 문제점이 있다. 이에 따라 옥상녹화를 위한 경량골재, 우수에 의한 비점오염물질, 여과용 담체 등의 용도로 사용할 수가 없는 문제점이 있다.Therefore, the above technology can exhibit excellent light weight due to coarse pores formed by internal expansion, but may have low strength, have no organic matter in the product structure, and micropores are not developed, thus having no absorption and adsorption power. There is this. Accordingly, there is a problem that can not be used for applications such as lightweight aggregate for roofing, non-point pollutants due to rain, filtration carriers.
이에 본원 출원인은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여, 오랜 연구 결과 유기물 전체를 연소 및 팽창시켜 공극을 형성시키지 않고, 탄화조건에서 유기물 중의 고정탄소부분을 지지체로 형성시키면서 일부의 휘발성 물질만을 가스화시켜 제품밖으로 배출토록 함으로써 미세공극의 개기공을 형성하면서 강도를 증대시킬 수 있음을 알게 되었다. 또한, 성형체는 열가공 후 팽창 혹은 수축되지 않고, 겉보기 원형을 그대로 유지할 수 있음을 알게 되었다. Accordingly, in order to solve the above problems, the present applicants have long researched, and do not form voids by burning and expanding the whole organic matter, but gasifying only a portion of volatile materials while forming a fixed carbon portion of the organic material as a support under carbonization conditions and out of the product. It was found that the strength can be increased by forming the open pores of the micropores by discharging them. In addition, it has been found that the molded body does not expand or contract after heat processing and can maintain an apparent original shape.
한편, 소성 후 탄화 유기물의 존재와 미세기공의 발달에 의하여 경량성, 흡수성, 흡착성을 갖도록 하면서 일반적인 탄화온도 범위인 500∼700℃의 일반적인 탄화온도보다 높은 700∼1100℃에서 소성함으로써 입자간의 소성결합력 증대하고, 유기 탄화물이 주된 구성성분으로 제품 내부의 지지체 역할을 하게 되므로 소량의 무기물만의 첨가만으로도 기계적 강도가 증가할 수 있다는 현상을 발견하고 본 발명을 완성하였다. On the other hand, the plastic bonding strength between the particles by firing at 700 ~ 1100 ℃ higher than the general carbonization temperature of 500 ~ 700 ℃, which is a general carbonization temperature range while having light weight, absorbency, and adsorption by the presence of carbonized organic matter and the development of micropores after firing The present invention has been completed by finding a phenomenon in which mechanical strength can be increased by adding only a small amount of inorganic material since organic carbides serve as a support inside the product as a main component.
따라서, 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫번째 목적은 하수슬러지, 정수슬러지 및 준설토, 유기성 산업폐기물 등을 포함하는 유기성 슬러지를 이용하여 경량성, 흡수성, 흡착성을 갖으면서 높은 성형체의 강도를 갖는 유기성 슬러지를 이용하여 제조된 탄화경량골재를 제공하는 것이다.Accordingly, the first object of the present invention for solving the above problems is to use a high weight of the molded body having light weight, absorbency, and adsorption using organic sludge including sewage sludge, purified sludge and dredged soil, organic industrial waste, and the like. It is to provide a light weight carbide aggregate produced using an organic sludge having strength.
또한, 본 발명의 두번째 목적은 옥상녹화, 비점오염원 저감, 우수의 지하침투 등의 기초 소재로 활용될 수 있는 기능성 골재인 유기성 슬러지를 이용하여 제 조된 탄화경량골재를 제공하는 것이다.In addition, a second object of the present invention is to provide a light carbonized aggregate manufactured by using an organic sludge which is a functional aggregate that can be used as a base material such as rooftop greening, non-point source reduction, rainwater penetration.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유기성 슬러지 51∼90중량%와 점토 10∼49중량%의 혼합물에 물을 혼합하여 습윤상태의 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 100∼300℃에서 전 건조한 다음, 상기 성형체를 환원분위기에서 경량성, 흡수성, 흡착성의 기능성과 기계적 강도를 갖도록 700∼1100℃에서 소성하여 경량골재화한 유기성 슬러지를 이용하여 제조된 탄화경량골재를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is to prepare a molded body in a wet state by mixing water in a mixture of 51 to 90% by weight of organic sludge and 10 to 49% by weight of clay, and the molded body at 100 to 300 ℃ After pre-drying, the molded body is calcined at 700 to 1100 ° C. to have light weight, absorbency, and adsorption functionality and mechanical strength in a reducing atmosphere, thereby providing a carbonized lightweight aggregate manufactured using organic sludge that is lightly aggregated.
여기서, 유기성 슬러지는 하수슬러지, 정수슬러지 및 준설토등을 포함한다.Here, the organic sludge includes sewage sludge, purified sludge and dredged soil.
또한, 혼합물에 물을 혼합한 원료 100중량부에 대하여, 석회석, 산화철, 고로슬래그 등에서 선택된 1종 이상의 첨가제 5∼10 중량부를 더 첨가함으로써 탄화경량골재의 발포성과 물리적특성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.In addition, by adding 5 to 10 parts by weight of at least one additive selected from limestone, iron oxide, blast furnace slag, etc., with respect to 100 parts by weight of the raw material mixed with water, the foamability and physical properties of the carbonized lightweight aggregate are improved. .
상술한 탄화경량골재는 밀도 0.89 ∼ 1.13, 압축강도가 적어도 10kg/cm2 ∼ 24kg/cm2, 흡수율 16 ∼ 35의 물성치를 갖는 것을 특징으로 한다.The above-mentioned light weight carbide aggregate is characterized by having a physical property of density 0.89 to 1.13, compressive strength of at least 10 kg / cm 2 to 24 kg / cm 2 , and water absorption of 16 to 35.
상기한 본 발명의 탄화경량골재에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the carbonized lightweight aggregate of the present invention described above has the following effects.
본 발명은 환원분위기에서 소성중 발생된 가스가 외부로 분출되며, 이에 따른 가스의 분출통로가 기공으로 형성되어 미세한 개기공이 발달된 구조를 가진다. 따라서, 본 발명은 종래의 기술에 비해 큰 기공율과, 미세하게 형성된 개기공에 의해 경량성 외에 흡수성 및 흡착성을 보유하게 된다. 또한, 탄화성분과 잔존하는 무기질에 의해 공극의 지지체를 형성하므로 우수한 기계적 강도 특성을 가짐으로써 옥상녹화용 경량골재 혹은 경량토, 우수에 의한 비점오염물질 여과용 담체, 우수의 지하침투용 환경골재, 매립토 등으로 직접 사용할 수 있으며, 이들 골재를 이용한 다양한 제품들로 제작하여 활용할 수 있는 효과를 가진다. In the present invention, the gas generated during the firing in the reducing atmosphere is ejected to the outside, and thus the gas discharge passage is formed into the pores so that the fine open pores are developed. Accordingly, the present invention retains absorbance and adsorption in addition to lightness due to large porosity and finely formed open pores, as compared with the prior art. In addition, since the support of the pores is formed by the carbonized component and the remaining minerals, it has excellent mechanical strength characteristics, so it is a lightweight aggregate or roofing green soil, a carrier for filtering non-point pollutants by rainwater, an environmental aggregate for underground penetration, Can be used directly as landfill, etc., has the effect that can be produced by utilizing a variety of products using these aggregates.
또한, 본 발명은 유기성 슬러지가 대량 발생되고 처리가 곤란한 현 상황에서 우수한 제품 품질과 대량수요처를 갖게 함으로써 자원절약과 처리효과를 거둘 수 있는 다른 효과를 가진다. In addition, the present invention has a different effect that can achieve the resource saving and treatment effect by having an excellent product quality and a large demand in the present situation where a large amount of organic sludge is generated and difficult to treat.
또한, 본 발명은 환경적 요인에 의하여 새롭게 요구되는 기능성 골재의 수요를 충족시킬 수 있고, 재활용제품의 고부가가치화로 유기성 슬러지 처리의 경제성을 높이는 또 다른 효과를 가진다. In addition, the present invention can meet the demand of the functional aggregate newly required by environmental factors, and has another effect of increasing the economical efficiency of the organic sludge treatment by the high value added of recycled products.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 기술된 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. The above objects, features, and advantages will become more apparent from the detailed description given with reference to the accompanying drawings, and as a result, those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. You can do it. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 첨부된 도1 내지 도3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
본 발명은 도1에 도시한 바와 같이 유기성 슬러지, 점토, 물을 계량하여 혼합함으로써 일정한 함수율의 혼합원료를 제조한다. In the present invention, as shown in FIG. 1, organic sludge, clay, and water are measured and mixed to prepare a blended material having a constant moisture content.
본 발명의 실시예에서는 상기 유기성 슬러지가 하수슬러지로 이루어진 예에 대하여 설명하지만 이에 국한하는 것은 아니고, 정수슬러지, 준설토, 유기성 산업폐기물 등을 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the organic sludge is described as an example consisting of sewage sludge, but is not limited thereto, and may include purified sludge, dredged soil, organic industrial waste, and the like.
상기 혼합원료로는 유기성 슬러지 51 ∼ 90중량%, 점토 10 ∼ 49중량%에 물을 혼합하여 반죽상태의 원료이다. 이때, 유기성 슬러지 및 점토의 혼합물과 물의 바람직한 배합비율은 혼합물 1: 물 0.5 ∼ 1 중량부이다.As the mixed raw material, water is mixed into 51 to 90% by weight of organic sludge and 10 to 49% by weight of clay, and is a raw material of dough state. At this time, a preferred blending ratio of the mixture of organic sludge and clay and water is mixture 1: 0.5 to 1 part by weight of water.
상기 혼합물과 물의 혼합비는 상기 비율에 국한하는 것은 아니다. 즉, 유기성 슬러지, 점토 및 무기첨가재의 양과 특성을 고려하여 원료들을 원활하게 혼합한 후 물을 첨가하여 반죽을 통하여 적정한 함수율을 만든다. 또한 적정 함수율은 성형기의 특성 및 성형방법에 따라 정해진다. The mixing ratio of the mixture and water is not limited to the above ratio. That is, in consideration of the amount and characteristics of organic sludge, clay and inorganic additives, the raw materials are mixed smoothly, and water is added to make a proper moisture content through the dough. In addition, the proper moisture content is determined according to the characteristics of the molding machine and the molding method.
유기성 슬러지는 수분 70∼85 중량%, 유기물 10∼25중량%, 무기물 5∼10 중 량%로 이루어져 있다. 통상적으로 하수처리장에 유입되는 하수 중에 포함된 무기물의 양에 따라 유기물 : 무기물의 중량 비율이 9:1∼5:5로 유기물의 상대적 비중이 크고, 유기물의 밀도가 작고 무기물의 밀도가 크기 때문에 부피기준으로 보면 유기물이 대부분인 것으로 보인다. Organic sludge consists of 70 to 85% by weight of water, 10 to 25% by weight of organic matter, and 5 to 10% by weight of inorganic matter. Generally, the weight ratio of organic matter to inorganic matter is 9: 1 to 5: 5 according to the amount of inorganic matter contained in the sewage treatment plant, and the volume of organic matter is large, the density of organic matter is small and the density of inorganic matter is large. By standard, most organic matter appears.
그러나, 유기물도 환원분위기의 700∼1100℃ 고온에서 소성하면 단단한 소성체가 될 수 있다는 점과 무기물의 비율이 높아지면 기계적 강도가 더 커진다는 점을 연구결과 알게 되었다. 본 발명에서는 강도와 탄화에 의한 기능성 정도에 따라 유기물과 무기물의 혼합비율을 조절하고 있는데, 이때 황토를 포함하는 석회석, 산화철, 고로슬래그 등의 무기 첨가제를 가할 수 있다. 바람직한 무기첨가제의 비율은 페이스트의 함수율에 크게 변화를 미치지 않는 범위로써 유기성 슬러지와 점토의 혼합물을 100중량부로 하였을 때, 5 ∼ 10중량부가 투입될 수 있다. However, studies have shown that organic materials can also be hardened when fired at a high temperature of 700 to 1100 ° C in a reducing atmosphere, and mechanical strength increases as the ratio of inorganic materials increases. In the present invention, the mixing ratio of organic matter and inorganic matter is adjusted according to the strength and degree of functionalization by carbonization. In this case, inorganic additives such as limestone, iron oxide, and blast furnace slag containing ocher may be added. The proportion of the preferred inorganic additives does not significantly change the water content of the paste. When the mixture of organic sludge and clay is 100 parts by weight, 5 to 10 parts by weight may be added.
또한, 본 발명에서는 혼합원료를 구(球)형으로 성형하여 건조한다. 성형방법은 성형기나 성형방법에 따라 성형체의 강도가 달라지고 소성 후의 소성체의 강도에도 영향을 미치게 되므로 최종적인 탄화골재의 용도에 따라 적절히 성형체의 강도를 갖도록 해야 한다. 이때, 습윤상태의 구형 성형체를 150∼300℃ 온도로 가열하여 소성단계로 넘어가기 전에 건조하면 소성강도를 더욱 높일 수 있다. In the present invention, the mixed raw material is molded into a sphere and dried. The molding method varies according to the molding machine or the molding method and affects the strength of the fired body after firing. Therefore, the molding method should have the strength of the molded body appropriately according to the use of the final carbonized aggregate. At this time, the spherical molded body in the wet state is heated to a temperature of 150 ~ 300 ℃ and dried before going to the firing step can further increase the plastic strength.
본 발명에서는 골재로서의 사용가치를 위하여 혼합원료를 구(球)형으로 한정하여 성형하는 과정을 제시하였지만, 이에 국한하는 것은 아니고 사용처별로 다양한 형상으로 성형할 수 있음은 주지의 사실이다. 즉, 옥상녹화용으로 사용할 경우에는 상기 골재를 파쇄한 미세 입자로 활용이 가능하다. In the present invention, the process of forming a limited amount of the mixed raw material in the form of a sphere (sphere) for the value of use as aggregate, but is not limited to this, it is well known that it can be molded in various shapes for each application. That is, when used for rooftop greening can be utilized as fine particles crushed the aggregate.
본 발명에서는 상기 구형 성형체를 환원분위기에서 경량성, 흡수성, 흡착성의 기능성과 기계적 강도를 갖도록 소성한다. 유기물은 환원분위기의 소성에서 휘발성 유기물질이 휘발되어 다공성을 갖게 되며, 이를 탄화라고 한다. 통상적으로 탄화기술은 휘발성물질의 충분한 휘발과 기공발달 및 분포특성을 고려하고 에너지 절감차원에서 비교적 낮은 온도인 300∼700℃의 소성온도를 갖는다. 본 발명에서는 높은 온도영역인 700∼1100℃에서 유기물 탄화에 의한 다공화, 탄화성분에 의한 지지체 역할 및 무기물의 소성에 의한 강도증가를 실현하여 강도와 기능성을 갖는 탄화경량골재를 제조하였다. 이때, 탄화경량골재의 강도 및 기능성은 소성온도에 의하여 좌우되기 때문에 탄화골재의 용도에 따라 적정온도를 선택해야 한다. In the present invention, the spherical shaped body is fired in a reducing atmosphere to have lightness, absorbency, and adsorption functionality and mechanical strength. The organic material is volatile organic material is volatilized in the firing of the reducing atmosphere to have a porosity, which is called carbonization. In general, carbonization technology considers sufficient volatilization, pore development, and distribution characteristics of volatile materials and has a calcination temperature of 300 to 700 ° C., which is a relatively low temperature in view of energy saving. In the present invention, a carbonized lightweight aggregate having strength and functionality was prepared by realizing porosity by organic carbonization, supporting role by carbonization component, and increasing strength by calcination of inorganic material at a high temperature range of 700 to 1100 ° C. At this time, since the strength and functionality of the light weight carbide aggregate depends on the firing temperature, an appropriate temperature should be selected according to the use of the carbonized aggregate.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명은 건조된 구형 성형체를 환원분위기에서 소성함에 따라, 유기성 슬러지가 팽창하면서 가스화되어 내부공극이 생기고, 내부공극에 채워져 있는 가스가 휘발되면서 미세한 개기공을 형성하게 된다. 이때, 탄화물과 잔존 무기물이 공극을 지지하게 되므로 구형 성형체의 형태를 그대로 유지하면서 골재강도를 향상하게 된다. 특히, 본 발명의 탄화골재는 밀도 0.6 ∼ 1.10, 흡수율 25 ∼ 35%, 비표면적 40 ∼ 70㎡/g의 물성치를 가지도록 제조가 가능하여 고급 건설골재로 이용할 수 있다. 즉, 본 발명은 상기한 물성치를 토대로 한 골재로서의 기본 기능인 경량성과 성형체의 강도를 충분히 유지하고 있을 뿐만 아니라, 미세공극을 통하여 우수한 흡수성과 흡착성능을 발휘하며, 공극의 지지체 역할을 하는 탄화물 자체가 유기성분이기 때문에 옥상녹화용이나 우수에 의한 비점오염원 여과용 담체, 매립토등에 고급 건설골재로 활용이 가능하다. In the present invention configured as described above, as the dried spherical shaped body is fired in a reducing atmosphere, the organic sludge expands and gasifies to form internal pores, and the gas filled in the internal pores volatilizes to form fine open pores. At this time, the carbide and the remaining inorganic material to support the voids to improve the aggregate strength while maintaining the shape of the spherical shaped body. In particular, the carbonized aggregate of the present invention can be manufactured so as to have a physical property value of density 0.6 ~ 1.10, water absorption 25 ~ 35%, specific surface area 40 ~ 70㎡ / g can be used as advanced construction aggregate. That is, the present invention not only maintains the lightness and strength of the molded body, which are basic functions as aggregates based on the above-described physical properties, but also exhibits excellent absorption and adsorption performance through micropores, and the carbide itself serving as a support for the pores is Because it is an organic component, it can be used as a high-grade construction aggregate for rooftop greening, non-point source filtration carrier by rainwater, and landfill.
다음, 하기의 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 좀더 상세히 설명한다. Next, the configuration of the present invention through the following examples in more detail.
본 발명의 실시예에서는 경기도 고양시 하수종말처리장에서 수거한 유기성 슬러지 탈수케익을 건조한 후, 적정한 입도로 분쇄하여 사용하였다. 사용한 원료의 화학분석치는 표1에 나타내었다.In the embodiment of the present invention, after drying the organic sludge dewatering cake collected at the sewage treatment plant in Goyang-si, Gyeonggi-do, was used by grinding to an appropriate particle size. The chemical analysis values of the raw materials used are shown in Table 1.
<표1> 사용 원료의 화학 분석치 <Table 1> Chemical Analysis of Raw Material
<실시예 1>≪ Example 1 >
유기성 슬러지와 점토의 혼합비율을 9:1 중량부로 혼합 반죽하여 성형하고, 상온에서 건조시킨 후 환원 분위기의 1050℃ 소성조건에서 탄화경량골재를 제조하였다. 이때, 제조된 탄화경량골재의 성능은 밀도 0.89, 압축강도가 10kg/cm2, 흡수율 35%로 나타났다. The mixing ratio of the organic sludge and clay was mixed and molded to 9: 1 parts by weight, and dried at room temperature, and then, a lightweight carbide aggregate was prepared under a 1050 ° C firing condition in a reducing atmosphere. At this time, the performance of the manufactured lightweight carbide aggregate was found to have a density of 0.89, compressive strength of 10kg / cm 2 , 35% absorption.
<실시예 2><Example 2>
유기성 슬러지와 점토의 혼합비율을 7:3 중량부로 혼합 반죽하여 성형하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 소성할 경우 탄화경량골재의 성능은 밀도 1.01, 압축강도가 15kg/cm2, 흡수율 21%로 나타났다.When the mixing ratio of organic sludge and clay is mixed and molded to 7: 3 parts by weight, and fired under the same conditions as in Example 1, the performance of the carbonized lightweight aggregate has a density of 1.01, a compressive strength of 15 kg / cm 2 , and an absorption rate of 21%. appear.
<실시예 3><Example 3>
유기성 슬러지와 점토의 혼합비율을 5:5 중량부로 혼합 반죽하여 성형하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 소성할 경우 탄화경량골재의 성능은 밀도 1.03, 압축강도 18kg/cm2, 흡수율 20%로 나타났다. When the mixing ratio of organic sludge and clay was mixed and molded at 5: 5 parts by weight, and fired under the same conditions as in Example 1, the performance of the carbonized lightweight aggregate was 1.03, compressive strength 18kg / cm 2 , and absorbance 20%. .
<실시예 4><Example 4>
유기성 슬러지와 점토의 혼합비율을 3:7 중량부로 혼합 반죽하여 성형하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 소성할 경우 탄화경량골재의 성능은 밀도 1.11, 압축강도가 20kg/cm2, 흡수율 17%로 나타났다. When the mixing ratio of organic sludge and clay is mixed and molded to 3: 7 parts by weight, and the plastic mixture is calcined under the same conditions as in Example 1, the performance of the carbonized lightweight aggregate is 1.11 in density, 20 kg / cm 2 in compressive strength, and 17% in water absorption. appear.
<실시예 5>Example 5
유기성 슬러지와 점토의 혼합비율을 1:9 중량부로 혼합 반죽하여 성형하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 소성할 경우 탄화경량골재의 성능은 밀도 1.13, 압축강도가 24kg/cm2이상, 흡수율 16%로 나타났다. When the mixing ratio of organic sludge and clay is mixed and molded at 1: 9 parts by weight, and fired under the same conditions as in Example 1, the performance of the carbonized lightweight aggregate is 1.13, the compressive strength is 24 kg / cm 2 or more, and the absorption rate is 16%. Appeared.
상기한 실시예 1 ∼ 5에서 보인 바와 같이 유기성 슬러지와 점토의 비율을 달리하여 소성하여 유기성 슬러지를 이용한 탄화경량골제를 제조하였으며, 밀도, 압축강도, 흡수율을 비교하였다.As shown in Examples 1 to 5 described above, the organic sludge was burned by varying the ratio of organic sludge to clay to prepare carbonized lightweight aggregate using organic sludge, and the density, compressive strength, and water absorption were compared.
시험 결과, 본 발명에 따른 유기성 슬러지를 이용한 탄화경량골재는 유기성 슬러지 10 ∼ 90중량%와 점토 90 ∼ 10중량%를 물에 혼합하였을 경우 밀도 0.89 ∼ 1.13, 압축강도가 10kg/cm2 ∼24kg/cm2, 흡수율 16 ∼ 35의 물성치를 나타냄으로써 우수한 기능성과 강도를 발현하는 것을 확인할 수 있었다. As a result of the test, the carbonized lightweight aggregate using the organic sludge according to the present invention has a density of 0.89 to 1.13 and a compressive strength of 10 kg / cm 2 to 24 kg / when 10 to 90 wt% of organic sludge and 90 to 10 wt% of clay are mixed with water. By showing the physical property value of cm <2> and the water absorption 16-35, it was confirmed that the outstanding functionality and strength were expressed.
도1은 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 탄화경량골재의 제조공정을 나타낸 순서도.1 is a flow chart showing the manufacturing process of the carbonized lightweight aggregate using the organic sludge according to the present invention.
도2은 본 발명의 탄화경량골재의 파단면 사진.Figure 2 is a photograph of the fracture surface of the carbonized lightweight aggregate of the present invention.
도3은 본 발명의 탄화경량골재의 표면 사진.Figure 3 is a photograph of the surface of the carbide light aggregate of the present invention.
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