슬러지의 재활용, 인공 경량 혼합재 등

인공 경량 혼합재

동경에 위치한 실규모 플랜트는 1996년에 가동이 시작되었다. 가동능력은 500kg/h이다. 소각 애쉬는 물과 함께 접합재로 작용하는 약간의 알코올-증류 폐기물과 혼합된다. 그다음 혼합물은 원심 펠렛 제조기로 투입된다. 펠렛은 7-10분 가열된 후 유동상로에 이송되어 잠깐 동안 재가열된다. 가열 후 펠렛은 공기-냉각되고 표면에 딱딱한 막이 형성되는 반면 내부에는 공극이 잔류한다. 최종산물은 구형으로 비중이 약 1.4-1.5이다. 상업용 저중량 혼합재와 비교하여 인공 경량 혼합재(ALWA)는 구형도가 높고 비중이 낮으며 압축강도가 약하다. 제조공정은 하루 8시간 동안 운영되며 소각로는 매년 수리점검 해야 한다.

인공 경량 혼합재의 도매가격은 1kg에 0.075$이다. 가장 흔하게 사용되는 품목들은 다음과 같다.

• kerosene 저장탱크와 거실벽 사이의 청결을 위한 필터
• 장식용 화분 토양
• 화분 첨가제
• 단열재 패널
• 급속모래여과기의 안트라사이트 대체물
• 배수 포장제

최근 다량의 인공 경량 혼합재가 보도용으로 생산되고 있다. 뛰어난 외관을 가진 것은 물론 물웅덩이가 발생하지 않기 때문에 보행자들은 이 재료로 보도 포장을 선호한다.

경석

경석은 하수블릭과 같은 제조방법으로 제작되며 파쇄와 선별공정이 추가된다. 소각로의 온도는 최종 사용 요건을 충족시키도록 경석의 성질을 변화시킬 수 있다. 최종 생산물을 운동장의 바닥층에 이용하기 위한 노력이 진행 중이다. 일반적으로 화성암들이 잉여의 물은 배수시키고 충분한 습기를 보유 가능하기 때문에 이 목적에 사용된다 따라서 운동장의 환경 유지가 가능하다 그러나 화성암은 희귀하므로 하수 경석은 훌륭한 대체재로 활용 가능하다.

포틀랜드 시멘트

잠재적인 슬러지의 이용은 포틀랜드 시멘트의 대체 자재이다. 포틀랜드 시멘트 제조자는 최근 건조 혹은 소각애쉬를 시멘트의 원재료로 인정하였다. 시멘트의 주요 성분은 전통적으로 천연 석회와 점토유형으로 구분된다. 그러나 하수슬러지는 이런 성분들의 일부분만을 대체 가능하다. 하수 슬러지의 시멘트 활용은 환경보전과 최종슬러지 처분을 용이하게 한다. 일본의 약 79개 기관이 이 같은 방법을 슬러지 재활용에 사용하고 있다.

포틀랜드 시멘트 제조자는 제조자의 운영방식에 따라 소각애쉬, 건조슬러지 또는 탈수슬러지를 선택할 수 있다. P2 O5의 농도는 이런 적용에 슬러지가 적합한가를 결정하는 중요한 요소이다. 연구에 의하면 콘크리트의 압축강도는 시멘트에 0.4%의 슬러지를 첨가한 후 10% 감소하였다. 반면 콘크리트 내 슬러지 농도가 2%를 초과할 경우 강도는 현저하게 떨어졌다. 비록 기준이 존재하지 않지만 허용 최대 P2 O5 농도는 0.4%로 나타났다. 소각재 내의 P2 O5 평균농도는 15%이다. 결국 소각애쉬는 콘크리트 체적으로 원재료의 2%까지 혼합가능하다.

포틀랜드 시멘트의 전처리 과정

애쉬 : 소각애쉬는 직접적으로 포틀랜드 시멘트 제조자에게 운송된다. Asikaga, Matida 동경 등 곳곳에서 시행되고 있으며 제조업자들이 애쉬를 1kg에 0.12$에 사들이고 있다.

탈수슬러지케이크 : 대안의 공정 중 하나가 탈수 슬러지 제조이다. 이 케이크는 시멘트 제조공장에 전달되어 clinker 생산을 위해 화로에 투입된다. 이런 공정은 Omiya, Kazo, Yamaguti시에서 개조되고 있다. 이 공정은 운송과 제조업자에 지불을 포함하여 1kg당 0.3$의 비용이 든다. 이 공정은 두 공장이 근접해 있으면 더욱 경제적이다.

석회 혼합 : 석회혼합공정은 탈수 슬러지 케이크를 동량의 석회와 혼합한다. 약간의 열을 가한 상태에서 석회와 물 간의 화학적 반응을 통하여 케이크의 습기를 제거하여 최종적으로 건조분말을 생산한다. 이 공정은 Nara 현 정부가 소유한 대규모 하수처리장에서 현재 개조되고 있다. 총비용은 처리 비용과 운반거리를 포함하여 1kg당 0.33$으로 보고되고 있다.

케이크 건조 : 포틀랜드 제조공정상에서 건조케이크는 효과적인 원재료 및 연료이다. 슬러지케이크의 함수율을 80%로 낮추는 일은 어렵지 않으며 여러 가지 비용이 저렴한 방법들이 있다. 그러나 소형 처리장에서 그 이상의 탈수는 쉽지 않다. 오일로 튀기는 방법이 이런 문제의 해결책이며 이 같은 원리를 이용한 새로운 기술들이 개발되고 있다.

건조/펠레트화 : 이 공정은 4개의 단위공정으로 구성된다. 이중-축 혼합기 내에서 건조슬러지와 탈수슬러지를 혼합하여 펠렛으로 전환시키는 공정, 회전통 내 가열된 공기로 펠렛이 건조되는 공기-건조공정, 깨진 펠렛이나 미세먼지들을 분리하여 재차 혼합하는 선별공정, 잔류하는 대기 중의 습기를 응축기로 제거하고 가열한 후 회전 드럼으로 회수시키는 가열 및 응축공정이다. 모든 공정라인은 완전히 폐쇄되었고 악취의 배출 없이 가동된다. 최종 생산물은 취급, 저장, 운반이 쉽고 처리장의 에너지 비용은 1kg당 30$이다.