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하수슬러지를 이용한 완효성 규산칼륨 비료의 제조방법(II) - 최적 첨가제 및 소성조건의 규명 -
위영미 ( Wee Young-mi ),이무성 ( Lee Mu-seong ),나춘기 ( Na Choon-ki ) 한국환경기술학회 2000 한국환경기술학회지 Vol.1 No.2
완효성 규산칼륨비료의 제조원료로써 하수슬러지의 재활용성을 평가하기 위하여, KJ시에서 우수기에 채취한 하수슬러지를 대상으로 하소조건, 비료 기능성 첨가제 및 비료성능 촉진제로서 K, Mg 및 Ca의 첨가효과 및 최적 첨가비율, 함유 중금속의 용출성 등의 평가를 포함하는 규산칼륨비료 제조실험을 수행하였다. 그 결과 실험 대상 하수슬러지는 하수슬러지에 적정량의 K, Mg 및 Ca 화합물을 첨가하여 최종 소성체의 화학조성을 K<sub>2</sub>O 23.99%, MgO 7.35% 그리고 CaO 6.80%로 조정한 다음 950℃의 온도에서 20분간 소성하는 방법을 통하여 규산칼륨비료로서 재활용 가능하였다. 상기와 같은 제조조건에 의해, 하수슬러지 중에 존재하는 규산-알루미늄광물들은 첨가된 K. Mg 및 Ca와 반응하여 K<sub>2</sub>(Al,Fe)<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>, K<sub>2</sub>MgSi<sub>3</sub>O<sub>6</sub> 및 KAISi<sub>2</sub>O<sub>6</sub> 등 0.5M HCI 및 2% 구연산 용액에 가용성인 비료기능성 광물로 전이하였다. 하수슬러지를 원료로 하여 제조된 규산칼륨비료로부터 0.5M HCI 가용성 규산과 함께 동반 용출될 수 있는 중금속 함량은 하수슬러지의 총 중금속 함량 대비 50% 이하의 값을 보여, 국내의 규산질 비료 기준을 모두 만족하였다. 그러나 국내 유기질 및 부산물 비료와 그 원료물질에 대한 중금속 함량 규제치와 비교할 때 하수슬러지 규산칼륨비료의 Cd 함량이 이를 초과하고 있어, 비록 본 연구에서 개발된 규산칼륨비료는 유기질 퇴비가 아니므로 그 기준을 적용하여 중금속 위해성을 평가할수는 없을지라도, 그 시비로 인해 유발될수도 있는 중금속 오염의 잠재적 가능성을 방지하기 위해서는 중금속 함량을 원료인 하수슬러지 자체에서는 물론 이를 이용한 규산칼륨비료 제조공정에서 제한하거나 또는 최소화할 수 있는 방안이 고려되어야 할 것으로 판단된다. For evaluate the reusability of sewage sludge as a silicate source in manufacture of slow Release type potassium silicate fertilizer, a detailed manufacturing experiment for the Potassium silicate fertilizer including calcination condition, addition effects and optimum ratios of K, Mg and Ca compounds as a functional additive and/or an accelerant, and resolubility of heavy metals was conducted by using KJ sludge collected at wet season. The sewage sludge investigated can be successfully recycled to the potassium silicate fertilizer through the calcination at 950℃ for 20 minutes after adjust the total composition of ultimate products to K<sub>2</sub>O 23.99%, MgO 7.35% and CaO 6.80% by addition of K, Mg and Ca compounds to the sewage sludge. By this manufacturing condition, alumino-silicate minerals occurred in sewage sludge were transformed into K<sub>2</sub>(Al,Fe)<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>, K<sub>2</sub>MgSi<sub>3</sub>O<sub>8</sub>, and KAISi<sub>2</sub>O<sub>6</sub> by reacted with added K, Mg and Ca compounds, which are soluble in 0.5M HCI And 2% citric acid. The heavy metal contents coextracted from the sewage sludge made potassium silicate fertilizer(SPSF) with the soluble SiO<sub>2</sub> by 0.5M HCI were less than 50% as compared with the total content of sewage sludges, and are completely clear the criteria of domestic silicate fertilizer. As a silicate fertilizer, therefore, SPSF is not problematic in respect of the heavy metal pollution caused by its fertilizing. However, Comparing with the criteria of heavy metal contents in organic and byproduct fertilizers and its source materials, SPSF could not be cleared in Cd and, thus it is considerable that some heavy metals should be restricted and/or minimized as low as possible in the sewage sludge itself or the manufacturing process of manufacturing process of fertilizer to prevent the potential possibility of heavy metal pollution caused by its fertilizing, even if the developed fertilizer was not an organic manure and, thus could not be estimated the potentiality of its was not an organic manure and, thus could not be estimated the potentiality of its environmental impact by the criteria of organic manure.
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하수슬러지를 이용한 완효성 규산칼륨비료의 제조방법(I) -물리화학적 특성분석을 통한 적용성 평가-
나춘기 ( Na Choon-ki ),이무성 ( Lee Mu-seong ),위영미 ( Wee Young-mi ) 한국환경기술학회 2000 한국환경기술학회지 Vol.1 No.1
본 연구는 3개시의 하수종말처리장에서 갈수기와 우수기에 채취한 하수슬러지의 물리화학적성상을 바탕으로 완효성 규산칼륨비료의 제조원료로서 하수슬러지의 재활용성을 평가하고자 하는 그 목적을 두고 있다. 하수슬러지의 물리화학적 조성 중 하수슬러지의 발생시기 및 장소에 따라 유기물, SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, CaO, 및 P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>의 함량이 매우 다양한 범위로 변화하였으며, 특히 그 변동폭은 발생장소보다는 오히려 발생시기에 따라 더욱 커지는 특성을 보였다. 그러나 강열감량 후 하수슬러지 회분 중에서 보여지는 주성분 원소들의 함량변동범위는, 규산칼륨비료의 제조원료로서 폭넓게 이용되고 있는 석탄회에서 보여지는 함량변동범위보다 작은 값이기 때문에, 규산칼륨비료의 제조원료로써 하수슬러지를 재활용하는데 있어 어떠한 제한요소로 작용하지 않을 것으로 판단된다. 갈수기에 채취된 하수슬러지는 우수기에 채취한 하수슬러지에 비해 대체로 유기물 함량, CaO, P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>, Cr, Cu 및 Mn 함량이 부화되는 경향을 보이는 반면 SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, As 및 Pb 함량은 감소하는 경향을 보임이 특징적이다. 하수슬러지 중에 함유된 각 중금속들의 존재형태를 고찰한 결과, 대부분의 중금속들은 불용성인 잔류상으로 존재하고 있었으나 Cu, Zn 및 Mn은 철-망간산화물에의 흡착형태 또는 유기물과의 결합형태로 존재비율이 높게 나타나고 있어, 각중금속 원소들이 서로 다른 경로를 통해 유입되고 있음을 보였다. 하수슬러지 회분의 중금속함유량은 총 함량에서조차 모두 국내 규산비료의 기준을 만족하고는 있었으나 몇몇 하수슬러지중의 Cu, Cd 및 Hg 함량은 국내 유기질 및 부산물 비료와 그 원료에 대한 중금속 규제 기준을 초과하였다. 따라서 하수슬러지를 제로원료로 이용하여 완효성 규산칼륨비료를 제조할 때 그 시비로 인한 중금속 오염을 방지하기 위해서는 이들 중금속들의 함량을 가능한 낮게 제한할 필요가 있는 것으로 판단되었다. The purpose of this study is to evaluate the availability of sewage sludge as an raw material in manufacture of slow release type potassium silicate fertilizer based on the physicochemical properties of sewage sludges collected from 3 cities during wet and dry season. The physicochemical compositions of sewage sludges were significantly variable in the organic contents, SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, CaO and P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> contents depending on their collection time and, to lesser extent, location. However, the variations shown in the major element compositions of sewage sludge ash are not to be an limiting factor for using it as an law material of potassium silicate fertilizer, because their variation range is lower than that of coal fly ash which is most commonly used in manufacturing material of potassium silicate fertilizer. Sewage sludges collected at dry season were characterized generally by high organic, CaO, P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>, Cr, Cu, and Mn contents, and low SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, As and Pb contents relative to those at wet season. Some heavy metals such as Cu, Zn and Mn occurred in sewage sludges as Fe-Mn oxide and organic bounded from in high proportion, while the others mainly as residual from, indicating that they have a different input path each other. The heavy matals of sewage ash are completely clear the criteria of silicate fertilizer even In total content, but Cu, Cd and Hg contents in some sewage ash are over the criteria of Organicand byproduct fertilizers and its source materials. Therefore these heavy metals should be restricted as low as possible in the manufacturing process of potassium silicate fertilizer using sewage sludge to prevent their pollution caused by its fertilizing.
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