제지슬러지소각재를 이용한 하수슬러지의 고화처리에 관한 연구 = Solidification Processing of Sewage Sludge by Using Paper Sludge Ash

국문 초록 (Abstract)

우리나라의 제지산업은 지난 몇 십년간 크게 성장하였으며, 국내 종이류 생산량은 약 1.055만 톤을 기록하여 세계 8위의 생산국으로써 그 입지를 다져 나가고 있다.
제지 제조공정에서 발생하는 슬러지를 800~900℃에서 소각하여 발생된 제지슬러지소각재(PSA)는 연간 26만 톤이 발생하고 있으며, 이외에 소각하지 않은 슬러지 상태로는 40만 톤 이상이 발생되고 있다.
발생된 PSA는 대부분 환경보호 및 자원의 활용 측면에서 시멘트 클링커 제조 시 증량재료로써 사용되고 있으나, 대형 제지 제조공장을 제외한 중소 제지 제조공장의 경우에는 슬러지 소각로가 충분한 고온을 유지하지 못하여 불완전 연소로 인한 품질의 불안전성 때문에 시멘트 회사에서 반입을 꺼려하고 있어 이에 대한 적절한 처리방안이 요구되고 있다.
지금까지 연구에서 도출된 PSA의 활용은 비료, 경량단열벽돌, 타일 및 적벽돌 부원료, 시멘트 혼화재, 건축용 PVC 제품의 충전재 등에 이용되었으나, 2차 제품의 품질성능 저하 및 처리량의 한계로 인하여 큰 실효를 거두지 못하고 있는 실정이다.
현재 수도권매립지공사의 제지슬러지소각재를 재활용하는 방법으로서 하수슬러지의 고화처리 시 생석회를 대체하는 물질로 사용하는 기술이 있는데 이 기술은 생슬러지에 생석회를 혼합하여 알칼리 안정화하는 고화처리 공정이며, 이 과정에서 생산되는 고화처리물은 매립지의 중간복토재로 사용한다.
그러나 현행 법률 상 제지슬러지소각재를 생석회를 대체하는 고화제로서 사용하는 용도 및 방법이 제정되어 있지 않으며, 품질기준 및 유해물질 기준 또한 명시되어 있지 않으나 제지슬러지소각재가 가지는 기능 및 성분상의 이점으로 인해 고화제로서 이용 가능하여 어려 업체에서 공공연하게 고화제로 생산하여 보급하고 있는 실정이다.
따라서 본 연구에서는 산업의 발달로 인해 증가추세에 있는 PSA의 활용방법을 모색하고자하며, 이를 위한 방법으로 PSA의 주성분인 CaO 성분을 이용하여 하수슬러지 처리 시에 일반적으로 사용되고 있는 고가의 생석회를 대신하는 고화처리 방법의 가능성 여부에 관하여 환경공학적의 물성적 측면에서 연구, 고찰하고자 제지슬러지소각재를 이용한 하수슬러지의 고화처리 실험을 진행하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The paper industry in Korea has highly grown for the past few decades, and Korea is solidifying its position as the world's 8th producing country with domestic paper output nearing 10.55 million tons.
Annually, 260 thousand tons of paper sludge ash(PSA) are generated during incineration of sludge in the paper making process at 800 to 900 degrees, and over 400 thousand tons of paper sludge ash are generated from the sludge which isn't incinerated.
For protecting the environment and using natural resources, mostly, PSA generated is used as weighting agents in producing cement clinker, but cement companies avoid to handle PSA, because in small paper producing plants, sludge incinerators don't maintain sufficiently high temperature, and incomplete combustion may cause unstable quality. For such reason, proper measures are needed to solve this.
It was extracted from the studies so far that PSA has been used for fertilizer, light-weight insulating brick, sub-materials of tile and red brick, cement admixture, filler of PVC product for architecture and so on, but it has not produced highly satisfactory results, since it has limitations such as reduction of quality efficiency of secondary product and low throughput.
At the moment, there is a technology to use PSA as a substitute for quicklime during solidification treatment of sewage sludge in order to recycle it generated from landfill site construction in capital areas. This technology is a solidification treatment process to stabilize alkali by mixing quicklime with raw sludge, and solidified sludge produced in this process is used as an intermediate cover material of landfill.
However, according to the present law, there are no purpose and method to use PSA as a solidifying agent replacing quicklime, and the quality standard and harmful substance standard aren't specified, either. Nevertheless, it can be used as a solidifying agent, due to functions of PSA and merits of its ingredient and thus is being produced and supplied by many companies as a solidifying agent, overtly.
Accordingly, this research sought ways of using PSA which is increasing, with industrial development, and conducted a solidification treatment experiment of sewage sludge using PSA to study and consider the possibility of solidification treatment replacing high-price quicklime which is normally used in sewage sludge treatment, using PSA's main ingredient, CaO, from the physical perspective of environmental engineering.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 요약 ⅰ
• 표목차 ⅲ
• 그림목차 ⅴ
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 배경 및 목적 1
• 제2장 이론적 고찰 3
• 제1절 제지슬러지소각재의 정의 3
• 제2절 국내 제지슬러지소각재의 현황 3
• 제3절 고화 Mechanism 6
• 제3장 실험방법 및 결과 10
• 제1절 실험개요 10
• 제2절 시료의 특성 13
• 제3절 분석항목 및 분석방법 14
• 제4절 실험방법 및 결과 19
• 제4장 결론 78
• 참고문헌 80