申请日2017.02.22
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F11/00; C02F11/12; C02F11/14
摘要
本发明涉及污泥固化剂及利用其的固化物制备方法，更详细地，涉及不仅可通过降低因高碱性而产生的氨的排放来改善恶臭以及降低含水率，还包含具有环保性，且可以对资源进行循环利用的水泥粘结剂的污泥固化剂及利用其的固化物制备方法。
权利要求书
1.一种污泥固化剂，其特征在于，
相对于包含选自由轻烧白云石、生石灰及石油焦焚烧材料燃烧物组成的组中的一种以上的100重量份的碱剂，包含100重量份～500重量份的氧化剂、100重量份～500重量份的水泥、400重量份～500重量份的水泥粘结剂、100重量份～300重量份的造纸燃烧材料、400重量份～500重量份的木质类生物质燃烧材料及100重量份～500重量份的烟煤燃烧材料，
包含30重量百分比～85重量百分比的氧化钙，
上述水泥粘结剂来源于废弃混凝土。
2.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，来源于废弃混凝土的上述水泥粘结剂通过包括如下步骤的方法来制备：
步骤a，通过粉碎废弃混凝土来制备废弃混凝土微细粉末;
步骤b，对上述废弃混凝土微细粉末进行洗涤;
步骤c，对经过洗涤的上述废弃混凝土微细粉末进行热处理;以及
步骤d，在经过上述热处理之后从废弃混凝土微细粉末中分离水泥粘结剂，
在进行上述步骤b中的洗涤之前，包括通过在废弃混凝土微细粉末中添加凝集剂及消泡剂来进行混合的步骤。
3.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，上述木质类生物质燃烧材料包含选自由棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料、锯末燃烧材料、木质颗粒燃烧材料、稻草燃烧材料、玉米秸杆燃烧材料、橡树枝燃烧材料及粗糠燃烧材料组成的组中的一种以上，
上述木质类生物质燃烧材料的比表面积为4000cm2/g～6000cm2/g，pH为10～11。
4.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，
上述木质类生物质燃烧材料为包含棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料的混合燃烧材料，
上述混合燃烧材料以1:3～5:4～7的重量比来包含棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料。
5.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，上述木质类生物质燃烧材料与烟煤燃烧材料以5～8:2～5的重量比包含于上述污泥固化剂中。
6.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，
上述污泥固化剂还包含选自由粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末组成的组中的一种以上添加剂，
相对于100重量份的碱剂，上述污泥固化剂包含100重量份～500重量份的上述添加剂。
7.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，
上述污泥固化剂还包含粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末，
上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末以1:1～2:1～2的重量比包含于上述污泥固化剂中。
8.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，上述污泥固化剂还包含凝集剂及消泡剂中的一种以上。
9.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，上述水泥粘结剂的密度为2.0g/cm3～2.5g/cm3，孔隙率为30%～50%。
10.根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于，上述污泥固化剂的比表面积为1000cm2/g～5000cm2/g。
11.一种固化物的制备方法，其特征在于，
包括：
步骤1，在100重量份的污泥中混合20重量份～70重量份的污泥固化剂来制备混合物;以及
步骤2，对上述混合物实施养护，
相对于100重量份的碱剂，对100重量份～500重量份的氧化剂、100重量份～500重量份的水泥、400重量份～500重量份的水泥粘结剂、100重量份～300重量份的造纸燃烧材料、400重量份～500重量份的木质类生物质燃烧材料及100重量份～500重量份的烟煤燃烧材料进行混合来制备出上述污泥固化剂。
12.根据权利要求11所述的固化物的制备方法，其特征在于，上述水泥粘结剂通过包括如下步骤的方法来制备：
步骤a，通过粉碎废弃混凝土来制备废弃混凝土微细粉末;
步骤b，对上述废弃混凝土微细粉末进行洗涤;
步骤c，对经过洗涤的上述废弃混凝土微细粉末进行热处理;以及
步骤d，在经过上述热处理之后从废弃混凝土微细粉末中分离水泥粘结剂，
在进行上述步骤b中的洗涤之前，还包括通过在废弃混凝土微细粉末中添加凝集剂及消泡剂来进行混合的步骤。
13.根据权利要求12所述的固化物的制备方法，其特征在于，在上述步骤a中，以使废弃混凝土的粉末度达到3000cm2/g～5000cm2/g的方式进行粉碎。
14.根据权利要求12所述的固化物的制备方法，其特征在于，
利用洒水筛来进行上述步骤b中的洗涤，
以2kg/cm2～4kg/cm2的压力条件进行高压洒水。
15.根据权利要求12所述的固化物的制备方法，其特征在于，在上述步骤c中，利用旋转式干燥机来在400℃～800℃的温度条件下进行热处理。
16.一种固化物，在100重量份的污泥中混合20重量份～70重量份的选自权利要求1至10中的一项所述的污泥固化剂来进行混合及养护而成，上述固化物的特征在于，
依据KS F 2343来测定的经过24小时养护之后的上述固化物的压缩强度为0.9kgf/cm2～1.2kgf/cm2，经过72小时养护之后的上述固化物的压缩强度为1.2kgf/cm2～1.5kgf/cm2，
依据KS F 2306来测定的经过3小时养护之后的上述固化物的含水率为45%至55%，经过72小时养护之后的上述固化物的含水率为35%～42.8%。
17.一种覆土材料，其特征在于，利用权利要求16所述的固化物。
说明书
污泥固化剂及利用其的固化物制备方法
技术领域
本发明涉及污泥固化剂及利用其的固化物制备方法，更详细地，涉及不仅可通过降低因高碱性而产生的氨的排放来改善恶臭以及降低含水率，还包含具有环保性，且可以对资源进行循环利用的水泥粘结剂的污泥固化剂及利用其的固化物制备方法。
背景技术
含水率高的污水污泥、废水污泥、净水污泥、挖泥污泥及黏土污泥作为代表性的环境污染物质，在以往情况下通过海洋倾倒、填埋等方法来对上述环境污染物质进行了处理，而当前的实际情况为正研究用于对因污染物质而受到污染的环境进行恢复的多种方案。
作为一例，韩国从2003年7月开始禁止在普通垃圾填埋场内对6000t以上的每天排放的生活污水污泥进行处理，就连最容易处理的海洋倾倒方式也因伦敦倾倒公约而仅有限允许至2011年为止。
尤其，对于国土面积小的韩国而言，为了防止周围环境受到污染以及因从污泥产生的渗水而使环境受到污染，应急需探索有效且安全的处理方法。
当前，包括韩国首都圈填埋场在内的全国地方政府正准备用于制造人工土壤的固化设施，通过降低高含水污泥的含水率来制造可用作覆土材料、壅土材料、防水材料、回填材料等多种地面用材料的上述人工土壤，鉴于此，实际情况为，需要开发可有效地对水分多的污泥进行固化处理，并具有优秀的生产性、经济性的固化剂。
另一方面，目前所使用的大部分固化剂为诱导吸收及发热的CaO类碱性材料或FeSO4类酸性材料，因而实际情况为，对于目前在污泥处理中成为最大难点的降低恶臭方面比较脆弱。
若对含水率约为80%左右的污泥的恶臭进行分析，则检测出50多种物质，其中，硫化合物和醛化合物、氮化合物的浓度比较高，且以复合的方式产生，因而判断出因这些复合臭而产生恶臭。
并且，以往对污泥固化剂的研究存在如下问题，即，因主要使用生石灰、水泥等强碱性材料而产生气味及重新被沉淀化的问题，除此之外，为了弥补上述问题而试图通过追加投入高价的硫酸及硫酸亚铁等酸性材料来降低氨的排放，但因所投入的原材料的价格高，从而缺乏经济性。并且，为了弥补上述材料方面的缺陷，试图通过对处理装置实施干燥及养护来解决问题，但由于处理自身具有产生高费用的结构，因而实际情况为难以使加热养护工厂顺畅地运行。
尤其，在对石灰石(CaCO3，CaO·CO2)的CO2进行分解的煅烧工序中，水泥及生石灰排出约0.55吨的二氧化碳，因而当在塑性工序中对化石燃烧材料进行燃烧时，水泥及生石灰排出约0.40吨的二氧化碳，结果每生产出1吨水泥及生石灰时，排出约1吨的二氧化碳，因而在空气中，CO2浓度与水泥及生石灰的生产量具有非常高的关联性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：KR 10-2014-0097084 A
发明内容
本发明为了解决上述现有技术的问题而提出，本发明的目的在于，提供不仅可通过降低因高碱性而产生的氨的排放来改善恶臭以及降低含水率，还包含具有环保性，且可以对资源进行循环利用的水泥粘结剂的污泥固化剂。
本发明的另一目的在于，提供利用上述污泥固化剂的固化物制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供如下的污泥固化剂，即，包含碱剂、氧化剂、水泥、水泥粘结剂、造纸燃烧材料、木质类生物质燃烧材料及烟煤燃烧材料，包含30重量百分比～85重量百分比的氧化钙(CaO)，上述水泥粘结剂来源于废弃混凝土。
在本发明的优选一实施例中，相对于100重量份的碱剂，上述污泥固化剂可包含100重量份～500重量份的氧化剂、100重量份～500重量份的水泥、400重量份～500重量份的水泥粘结剂、100重量份～300重量份的造纸燃烧材料、400重量份～500重量份的木质类生物质燃烧材料及100重量份～500重量份的烟煤燃烧材料。
在本发明的优选一实施例中，上述碱剂可以为选自由轻烧白云石、生石灰及石油焦焚烧材料燃烧物组成的组中的一种以上。
在本发明的优选一实施例中，上述木质类生物质燃烧材料可以为选自由棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料、锯末燃烧材料、木质颗粒燃烧材料、稻草燃烧材料、玉米秸杆燃烧材料、橡树枝燃烧材料及粗糠燃烧材料组成的组中的一种以上。
在本发明的优选一实施例中，上述木质类生物质燃烧材料可以为棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料的混合燃烧材料，上述混合燃烧材料能够以1:3～5:4～7的重量比包含棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料。
在本发明的优选一实施例中，上述木质类生物质燃烧材料的比表面积可以为4000cm2/g～6000cm2/g。
在本发明的优选一实施例中，上述木质类生物质燃烧材料与烟煤燃烧材料能够以5～8:2～5的重量比包含于上述污泥固化剂中。
在本发明的优选一实施例中，上述氧化剂可以为选自由钠明矾、钾明矾及硫酸铝组成的组中的一种以上。
在本发明的优选一实施例中，上述污泥固化剂还可包含选自由粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末组成的组中的一种以上添加剂，相对于100重量份的碱剂，上述污泥固化剂包含100重量份～500重量份的上述添加剂。
在本发明的优选一实施例中，上述污泥固化剂还可包含粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末，上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末以1:1～2:1～2的重量比包含于上述污泥固化剂中。
在本发明的优选一实施例中，上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末可各自独立地具有0.1μm～10μm的平均粒度。
在本发明的优选一实施例中，上述污泥固化剂还可包含凝集剂及消泡剂中的一种以上。
在本发明的优选一实施例中，上述水泥粘结剂的密度可以为2.0g/cm3～2.5g/cm3。
在本发明的优选一实施例中，上述水泥粘结剂的孔隙率可以为30%～50%。
在本发明的优选一实施例中，上述污泥固化剂的比表面积可以为1000cm2/g～5000cm2/g。
并且，本发明提供如下的固化物的制备方法，上述固化物的制备方法包括：在100重量份的污泥中混合20重量份～70重量份的权利要求1的污泥固化剂来制备混合物的步骤(步骤1);以及对上述混合物实施养护的步骤(步骤2)。
在本发明的优选一实施例中，可相对于100重量份的碱剂，对100重量份～500重量份的氧化剂、100重量份～500重量份的水泥、400重量份～500重量份的水泥粘结剂、100重量份～300重量份的造纸燃烧材料、400重量份～500重量份的木质类生物质燃烧材料及100重量份～500重量份的烟煤燃烧材料进行混合来制备出上述污泥固化剂。
在本发明的优选一实施例中，上述水泥粘结剂可通过包括如下步骤的方法来制备：步骤a，通过粉碎废弃混凝土来制备废弃混凝土微细粉末;步骤b，对上述废弃混凝土微细粉末进行洗涤;步骤c，对经过洗涤的上述废弃混凝土微细粉末进行热处理;以及步骤d，在经过上述热处理之后从废弃混凝土微细粉末中分离水泥粘结剂，在上述步骤b中，在进行洗涤之前包括通过在废弃混凝土微细粉末中添加凝集剂及消泡剂来进行混合的步骤。
在本发明的优选一实施例中，在上述步骤a中，能够以使废弃混凝土的粉末度达到3000cm2/g～5000cm2/g的方式进行粉碎。
在本发明的优选一实施例中，可利用洒水筛来进行上述步骤b中的洗涤，在上述洒水过程中，能够以2kg/cm2～4kg/cm2的压力条件进行高压洒水。
在本发明的优选一实施例的上述步骤c中，可利用旋转式干燥机来在400℃～800℃的温度条件下进行热处理。
在本发明的优选一实施例中，还可对选自由造纸燃烧材料、粉煤灰、硅砂粉末、石灰粉末、凝集剂及消泡剂组成的组中的一种以上物质进行混合来制备出上述污泥固化剂。
在本发明的优选一实施例中，上述养护可以为常温养护或加热养护。
并且，本发明提供借助上述固化物的制备方法制备的固化物。
在本发明的优选一实施例中，依据KS F 2343来测定的经过24小时养护之后的上述固化物的压缩强度为0.9kgf/cm2～1.2kgf/cm2，经过72小时养护之后的上述固化物的压缩强度可以为1.2kgf/cm2～1.5kgf/cm2。
在本发明的优选一实施例中，依据KS F 2306来测定的经过3小时养护之后的上述固化物的含水率为45%至55%，经过72小时养护之后的上述固化物的含水率为35%～42%。
进而，本发明提供包含上述污泥固化剂的覆土材料。
本发明的污泥固化剂含有大量的氧化钙，因而通过与包含在污泥的水进行反应来容易产生水化反应，从而可有效减少污泥的含水率，并且由于包含具有特定密度及孔隙率的水泥粘结剂，从而不仅可具有优秀的吸水率，还可具有优秀的凝集力，除此之外，可借助因碱剂和氧化剂而产生的中和热来更有效地减少含水率。
并且，本发明的固化物的制备方法利用上述污泥固化剂，从而可制备出既可有效减少含水量，又具有优秀的压缩强度的固化物。
具体实施方式
以下，为了便于理解本发明，对本发明进行更加详细的说明。
不得对在本说明书及发明要求保护范围中所使用的术语或单词以通常性或词典性含义来限定地进行解释，而是应立足于发明人为了以最佳的方法说明其自身的发明而可以适当地对术语的概念下定义为原则来以符合本发明技术思想的的含义和概念来进行解释。
本发明提供具有优秀的除臭及含水率降低效果的污泥固化剂。
含水率高的污水污泥、废水污泥、净水污泥、挖泥污泥及黏土污泥作为代表性的环境污染物质，在以往情况下通过海洋倾倒、填埋等方法来对上述环境污染物质进行了处理，但随着海洋倾倒及填埋等方法被禁止，作为可对上述环境污染物质进行处理的方案，正实施利用固化剂对污泥进行固化处理来可用作覆土材料的固化土制备方案。
但是，在对大量污泥进行处理的过程中，为了既维持固化剂的性能，又控制恶臭，而存在固化剂价格急剧上升的问题。
为此，本发明提供既具有优秀的经济性，又具有优秀的除臭及含水率降低效果的污泥固化剂。
本发明一实施例的上述污泥固化剂可以包含碱剂、氧化剂、水泥、水泥粘结剂、造纸燃烧材料、木质类生物质燃烧材料及烟煤燃烧材料，可包含30重量百分比～85重量百分比的氧化钙(CaO)，上述水泥粘结剂可来源于废弃混凝土。
具体地，上述污泥固化剂可以大量包含如前所述的氧化钙，优选地，可以包含50重量百分比～80重量百分比的氧化钙。
上述氧化钙可以与包含于污泥的水进行反应来经过吸收、发热及膨胀而成为水氧化钙。对此有关的反应式如同以下反应式1。
反应式1
CaO+H2O->Ca(OH)2+15.6mol-1
具体地，上述氧化钙可通过如上述反应式1的反应来生成水氧化钙，从而产生高热量，由此可使包含污泥的水分减少。
并且，上述污泥固化剂的比表面积可以为1000cm2/g～5000cm2/g，优选地，比表面积可以为3000cm2/g～5000cm2/g。在上述比表面积小于1000cm2/g的情况下，当利用上述污泥固化剂来对污泥进行固化时，可以使含水率的降低效果下降，在上述比表面积超过5000cm2/g的情况下，由于视密度下降，因而在计量及移送时可以形成散射，由此可能在设备的运行性方面产生问题。
其中，上述比表面积表示粒子的每单位质量或单位体积的总表面积，通过使用麦克默瑞提克公司(Micrometrics)的3Flex设备来以按部分压力(0.11
以下，对包含于本发明一实施例的污泥固化剂的各个成分进行更加详细的说明。
上述碱剂为通过与水进行反应来起到产生中和反应的作用，具体地，上述碱剂中的氧化钙(CaO)的含量可以为30重量百分比～70重量百分比。优选地，上述碱剂中的氧化钙(CaO)的含量可以为30重量百分比～60重量百分比。并且，上述碱剂可以为选自由轻烧白云石、生石灰及石油焦焚烧材料组成的组中的一种以上，但并不局限于此。
上述氧化剂为与上述碱剂一同起到产生中和反应的作用，并通过提高包含其的污泥固化剂的凝集力来防止污泥固化剂附着于设备，由此起到提高设备运行性的作用，上述氧化剂可以为选自由钠明矾、钾明矾及硫酸铝组成的组中的一种以上。
具体地，相对于100重量份的碱剂，上述污泥固化剂可包含50重量份～300重量份的上述氧化剂。优选地，可包含100重量份～200重量份的上述氧化剂。在上述污泥固化剂包含小于50重量份的上述氧化剂的情况下，因未充分产生中和反应而使中和热的产生量少，还可能无法实现降低pH的效果，在包含超过300重量份的上述氧化剂的情况下，因pH急剧下降而呈现降低氨的效果，相反，可能产生具有强酸性的问题。
上述水泥(cement)表示当利用水或溶液进行搅拌时以坚硬的方式得到凝固，从而可起到胶着剂或粘结剂作用的无机物质，在上述水泥中，氧化钙(CaO)的含量为30重量可以百分比～85重量百分比。优选地，在上述水泥中，氧化钙(CaO)的含量可以为30重量百分比～60重量百分比。在上述水泥包含上述范围的氧化钙的情况下，在包含上述水泥的污泥固化剂中，氧化钙能够以如前所述的范围来得到调节，由此可有效降低污泥的含水率。
并且，相对于100重量份的碱剂，上述污泥固化剂可包含100重量份～500重量份的上述水泥，优选地，可包含300重量份～500重量份的上述水泥，更优选地，可包含400重量份～500重量份的上述水泥。
可借助后述的制备方法来由废弃混凝土制备出上述水泥粘结剂。
一般情况下，尽管废弃混凝土的焚烧残渣可作为混凝土混和材料来被循环利用，但由于具有被包含在上述废弃混凝土焚烧残渣中的氧化钙所吸收、发热及膨胀的特性，因而存在难以用作混凝土混和材料的问题。由此，本发明通过从废弃混凝土中分离无法用作混凝土混和材料的水泥粘结剂来使用，从而可提供提高经济方面的优点的同时改善除臭及含水率降低效果的污泥固化剂。
具体地，如后述的制备方法所表示，可通过湿式处理来制备出上述水泥粘结剂。以往使用了如下的水泥粘结剂，即，使用了在处理废弃混凝土时所发生的废弃混凝土微细粉末进行回收并经过加热处理之后，利用比重差仅分离出水泥成分的水泥粘结剂，在本发明中，在向上述废弃混凝土微细粉末导入凝集剂及消泡剂之后对其实施洗涤及干燥来制备出水泥粘结剂，从而可增加比表面积，当对污泥进行固化时，可根据上述水泥粘结剂的比表面积来使含水率降低效果及除恶臭效率得到调节。
上述水泥粘结剂的密度可以为2.0g/cm3～3.0g/cm3。优选地，上述密度可以为2.0g/cm3～2.5g/cm3。更优选地，上述密度可以为2.1g/cm3至2.4g/cm3。
并且，上述水泥粘结剂的孔隙率可以为30%～50%，优选地，孔隙率可以为30%～45%。
并且，相对于100重量份的水泥，上述污泥固化剂可包含400重量份～500重量份的上述水泥粘结剂，优选地，可包含450重量份～500重量份的上述水泥粘结剂。在含有小于400重量份的上述水泥粘结剂的情况下，当利用包含上述水泥粘结剂的污泥固化剂来进行固化时，可能使含水率降低效果下降，在含有超过500重量份的上述水泥粘结剂的情况下，可能使除臭效率下降。
在造纸工序中为了减少浆料的使用量并提高纸的质量而作为填充剂(Filler)来使用的石灰石微细粉末中，上述造纸燃烧材料表示在锅炉中对以污泥形态排出的多添加的石灰石微细粉末进行焚烧的过程中，石灰石被脱碳酸的氧化钙含量高的焚烧材料。相对于100重量份的水泥，污泥固化剂可包含100重量份～500重量份的上述造纸燃烧材料。在相对于100重量份的水泥，污泥固化剂包含小于100重量份的上述造纸燃烧材料的情况下，因微粒粉形态的造纸燃烧材料的粉体量不足而存在使污泥固化剂与污泥混合物的粘性增加，并使含水率的降低率下降的问题，在超过500重量份的情况下，因所产生的中和热少而可能使水分蒸发效果下降，并且因包含于燃烧材料中的氧化钙成分而可能使pH值上升，从而可能使恶臭的降低效果下降。
在此情况下，上述造纸燃烧材料的比表面积可以为1000cm2/g～5000cm2/g。在比表面积小于1000cm2/g的情况下，当污泥被固化时，存在可能使含水率降低效果下降的问题，在比表面积超过5000cm2/g的情况下，可能使固化剂去除恶臭的效率下降。
另一方面，若以如上所述的方式在含水量高的污泥中混合含有大量氧化钙的污泥固化剂，则因如上述反应式1的反应而生成水氧化钙，从而使污泥的水分降低，并且因产生热量而使污泥的水分被蒸发掉，从而可进一步降低污泥的含水率。但是因这种氧化钙含量高的材料而使固化剂的pH上升为11.5以上，高pH值会提高恶臭的产生。
因此，由于本发明的污泥固化剂包含木质类生物质燃烧材料，因而可抑制恶臭的产生。
具体地，上述木质类生物质燃烧材料的pH可以为10～11，由此，当对污泥实施固化时，可调节pH的上升程度，从而可抑制恶臭的产生。
相对于100重量份的水泥，上述污泥固化剂可包含400重量份～500重量份的上述木质类生物质燃烧材料，优选地，包含450重量份～500重量份为宜。在上述木质类生物质燃烧材料的含量脱离上述范围的情况下，可能使利用包含上述木质类生物质燃烧材料的污泥固化剂进行固化处理来制备出的人工土壤的pH上升，由此，可能使抑制恶臭产生的效果甚微。
并且，上述木质类生物质可以为选自由棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料、锯末燃烧材料、木质颗粒燃烧材料、稻草燃烧材料、玉米秸杆燃烧材料、橡树枝燃烧材料及粗糠燃烧材料组成的组中的一种以上，优选地，上述木质类生物质燃烧材料可以为棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料的混合燃烧材料或椰子壳燃烧材料。
在上述木质类生物质燃烧材料为上述混合燃烧材料的情况下，能够以1:3～5:4～7的重量比来包含棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料。
并且，上述木质类生物质燃烧材料的比表面积可以为4000cm2/g～6000cm2/g。优选地，上述木质类生物质燃烧材料的比表面积可以为4500cm2/g～5500cm2/g。
并且，相对于100重量份的水泥，上述污泥固化剂可包含100重量份～500重量份的上述烟煤燃烧材料，优选地，可包含300重量份～500重量份。
在此情况下，在上述污泥固化剂中以5～8:2～5的重量比来包含上述椰子壳燃烧材料及烟煤燃烧材料，优选地，以7～8:2～3的重量比来包含上述椰子壳燃烧材料及烟煤燃烧材料。在脱离上述范围的情况下，存在可能使降低恶臭效果下降的问题。
并且，本发明的污泥固化剂还可包含选自由粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末组成的组中的一种以上粉末。上述粉煤灰可以在利用石油类进行火力发电的过程中产生，由于上述粉煤灰的pH为5以下，因而可以去除碱性气体。上述硅砂粉末及石灰粉末作为氧化钙的含量高的材质，可对本发明固化剂的含水率降低效果起到作用。
在此情况下，相对于100重量份的水泥，上述污泥固化剂可包含100重量份～500重量份的上述粉末，优选地，可包含300重量份～500重量份的上述粉末。在相对于100重量份的100重量份的水泥，上述污泥固化剂包含小于100重量份的选自由上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末组成的组中的一种以上粉末的情况下，当实施固化时，存在可使含水率降低效果下降的问题，在上述污泥固化剂包含超过500重量份的上述粉末的情况下，因中和热的产生少而可能使水分蒸发效果下降，并且因包含于燃烧材料中的氧化钙成分而可能使pH值上升，从而可能使恶臭的降低效果下降。
并且，上述污泥固化剂可以同时包含上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末，在此情况下，上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末可以具有1:1～2:1～2的重量比。
其中，上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末可各自独立地具有0.1μm～10μm的平均粒度，优选地，上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末可各自独立地具有1μm～10μm的平均粒度。
上述平均粒度为利用激光衍射散射粒度分布测定仪来测定出的值。
并且，本发明一实施例的上述污泥固化剂还可根据需要包含凝集剂及消泡剂中的一种以上。
上述凝集剂起到凝集粒子的作用，当利用包含上述凝集剂的污泥固化剂来对污泥实施固化处理时，可通过增加凝集效率来使固化容易实现。相对于100重量份的水泥，上述污泥固化剂包含5重量份～10重量份的上述凝集剂，优选地，可包含7重量份～10重量份的上述凝集剂。
上述消泡剂起到去除气泡的作用，可通过在包含上述消泡剂的污泥固化剂中抑制过度形成气泡，从而在利用上述污泥固化剂来实施固化处理之后抑制经过固化而制备出的固化物的强度过低。相对于100重量份的水泥，上述污泥固化剂可包含10重量份～30重量份的上述消泡剂，优选地，可包含10重量份～20重量份的上述消泡剂。在上述污泥固化剂包含小于10重量份的上述消泡剂的情况下，由于气泡去除效率甚微，从而可使最终经过固化制备出的固化物的强度低，在上述污泥固化剂包含超过30重量份的上述消泡剂的情况下，由于包含上述消泡剂的污泥固化剂的气泡被过于去除，从而使孔隙率显著下降，由此可能使上述污泥固化剂的降低恶臭效果下降。
并且，本发明提供利用上述污泥固化剂的固化物的制备方法。在此情况下，上述固化物的制备方法不同地利用于污泥固化处理方法。
本发明一实施例的上述固化物的制备方法可包括：在100重量份的污泥中混合20重量份～70重量份的上述污泥固化剂来制备混合物的步骤(步骤1);以及对上述混合物实施养护的步骤(步骤2)。
上述步骤1作为通过在所要固化的污泥中添加污泥固化剂并进行混合来制备混合物的步骤，通过在100重量份的污泥中混合20重量份～70重量份的污泥固化剂来执行。优选地，可在100重量份污泥中混合30重量份～60重量份的污泥固化剂。在此情况下，在混合小于20重量份的上述污泥固化剂的情况下，可能无法使含水率充分下降，在混合超过70重量份的上述污泥固化剂的情况下，因含水率变得过低而可能使混合物散射，并且可能使移送及铺设工作等变得困难。
上述污泥可以为选自由污水污泥、废水污泥、净水污泥、黏土污泥及挖泥污泥组成的组中的一种以上。
相对于100重量份的碱剂，可对50重量份～500重量份的氧化剂、100重量份～500重量份的水泥、400重量份～500重量份的水泥粘结剂、100重量份～300重量份的造纸燃烧材料、400重量份～500重量份的木质类生物质燃烧材料及100重量份～500重量份的烟煤燃烧材料进行混合来制备出上述污泥固化剂，还可对选自由粉煤灰、硅砂粉末、石灰粉末、凝集剂及消泡剂组成的组中的一种以上进行混合来制备而成。具体的污泥固化剂及组成其的成分可以为如前所述。
其中，上述水泥粘结剂可从废弃混凝土经过分离来制备而成，上述水泥粘结剂可借助以下方法来制备。
步骤a，通过粉碎废弃混凝土来制备废弃混凝土微细粉末;
步骤b，对上述废弃混凝土微细粉末进行洗涤;
步骤c，对经过洗涤的上述废弃混凝土微细粉末进行热处理;以及
步骤d，在经过上述热处理之后从废弃混凝土微细粉末中分离水泥粘结剂。
并且，在进行上述步骤b中的洗涤之前，可包括在废弃混凝土微细粉末中添加凝集剂及消泡剂来进行混合的步骤。
以下，按每个步骤，对上述水泥粘结剂的制备方法进行具体说明。
上述步骤a作为通过粉碎废弃混凝土来去除异物的同时制备微细粉末的步骤，可通过粉碎废弃混凝土来从粉碎物去除异物并回收粉尘，从而制备废弃混凝土微细粉末。
在此情况下，可通过使用选自由破碎机、粉碎机及磨碎机组成的组中的一种以上装置来进行上述粉碎。
上述破碎机是指用于对岩石或废弃物等固体进行破碎的机械，只要可制成所需要的微细粉末，就可以不受特殊限制地使用，例如，可使用旋转剪切破碎机、旋转冲击破碎机、压缩破碎机及筛式破碎机。
上述粉碎机是指用于精细地粉碎固体的机械，只要可制成所需要的微细粉末，就可以不受特殊限制地使用，例如，可使用颚式粉碎机(粗碎)、辊式粉碎机(中碎)或气流粉碎机。
上述磨碎机是指用于微细地粉碎岩石或矿石等固体的机械，只要可制成所需要的微细粉末，就可以不受特殊限制地使用，例如，可使用大型棒磨机、球磨机、锥形辊磨机、三锥式磨机或超微磨碎机。
另一方面，本发明一实施例的上述粉碎可根据所需要的微细粉末将如前所述的破碎机、粉碎机及磨碎机通过组合来使用。例如，可通过利用破碎机来进行第一次破碎之后再使用粉碎机或磨碎机来对其进行第二次粉碎来获得更微细的微细粉末。
具体地，可使用如前所述的装置来以使废弃混凝土的粉末度达到3000cm2/g以上的方式进行上述粉碎。优选地，能够以使废弃混凝土的粉末度达到3000cm2/g～5000cm2/g的方式进行上述粉碎。
其中，上述粉末度(fineness)作为用于表示粉体的微细程度的尺度，粉末度越高，则越使水化反应得到提高。另一方面，通过使用粉末度试验机S1-510(Blaine Air-Permeabillity Apparatus)来对上述粉末度进行了测定。
并且，上述废弃混凝土微细粉末可具有10μm～2000μm的平均粒度。优选地，上述废弃混凝土微细粉末可具有10μm～1000μm的平均粒度。
上述步骤b作为通过洗涤上述废弃混凝土微细粉末来去除剩余异物的步骤，可利用洒水筛进行上述洗涤。
可利用洒水筛来在常温下两次以上反复进行上述洗涤。在此情况下，上述常温可表示15℃～35℃的温度。具体地，可以在2kg/cm2～4kg/cm2的压力条件下以高压的方式进行上述洒水。在上述压力条件下进行高压洒水的情况下，可以更加容易地进行洗涤，从而可有效去除异物。
在此情况下，只要可以容易地实施所需要的洗涤，就可以不受特殊限制地使用，例如，可使用洒水振动筛。
具体地，上述洒水筛可以包括：输送带，用于移送筛;用于放置废弃混凝土微细粉末的筛;以及洗涤水喷射装置，用于向上述废弃混凝土微细粉末喷射洗涤水。此时，在上述洒水筛为洒水振动筛的情况下，上述筛可以为振动筛。上述废弃混凝土微细粉末以放置于筛上的状态借助输送带得到移送，并借助由洗涤水喷射装置所喷射的洗涤水来得到洗涤。并且，在上述筛为振动筛的情况下，通过振动筛的上下振动来移送上述废弃混凝土微细粉末，并且因落差而更加容易地进行洗涤。
并且，在本发明一实施例的制备方法中，还可在上述洗涤步骤之前包括在废弃混凝土微细粉末中通过添加消泡剂及凝集剂中的一种以上物质来进行混合的步骤。
在此情况下，上述消泡剂及凝集剂在最终制备出的水泥粘结剂中起到抑制气泡并提高粒子的凝集力的作用，可通过导入上述凝集剂来增加水泥粘结剂的比表面积。
相对于100重量份的废弃混凝土微细粉末，可包含5重量份～10重量份的上述凝集剂，优选地，可包含7重量份～10重量份的上述凝集剂。上述凝集剂不受特殊限制，而可根据所要达到的目的来使用在本发明所属技术领域中通常所公知的凝集剂。
并且，相对于100重量份的废弃混凝土微细粉末，可包含10重量份～30重量份的上述消泡剂，优选地，可包含10重量份～20重量份的上述消泡剂。在相对于100重量份的废弃混凝土微细粉末，包含小于10重量份的上述消泡剂的情况下，粒子内部的气泡几乎未被去除，因而可能使孔隙率过高，由此可使包含上述消泡剂的污泥固化剂的强度下降。相反，在相对于100重量份的废弃混凝土微细粉末，包含超过30重量份的上述消泡剂的情况下，由于气泡被过度去除，因而使包含上述消泡剂的污泥固化剂的除臭效果下降，并且因使用消泡剂而使价格上升，从而可能发生经济性下降的问题。上述消泡剂不受特殊限制，而可根据所要达到的目的来使用在本发明所属技术领域中通常所公知的消泡剂。
优选地，在上述制备方法中，在洗涤之前通过在废弃混凝土微细粉末中添加凝集剂及消泡剂来进行混合，在此情况下，能够以1:1～6的重量比来添加上述凝集剂及消泡剂。
上述步骤3为为了去除剩余微细异物而对经过洗涤的上述废弃混凝土微细粉末进行热处理的步骤，在上述步骤3中，可使用旋转式干燥机在400℃～1000℃的温度条件下进行上述热处理。
具体地，本发明一实施例的上述热处理通过使用旋转式干燥机来在上述范围的温度下进行热处理，从而通过干燥来降低含水率的同时进行塑性，由此可进一步去除剩余微细异物。
上述旋转式干燥机可包括旋转体、破碎装置、产热装置、调速装置及温度调节装置中的一种以上装置。
其中，上述旋转体可装入需要干燥的材料(经过洗涤的废弃混凝土微细粉末)，并与上述需要干燥的材料一同旋转，旋转体可具有多个微细孔。
上述破碎装置在热处理中一边进行旋转，一边可以为了防止粒子的凝集而进一步粉碎被凝集的粒子。
上述产热装置可以为与所要达到的温度相应地在旋转体中产生热量的装置。
上述调速装置可以对旋转体的旋转速度进行调节，上述温度调节装置可以为与上述产热装置相连接来以根据温度来产生热量的方式进行调节的装置。
上述热处理通过使用上述旋转式干燥机来进行，具体地，可以在600℃～800℃的温度条件下进行上述热处理。优选地，可使在前述的温度条件下最终制备出的水泥粘结剂的含水率成为小于85%时为止进行上述热处理。更优选地，可使上述水泥粘结剂的含水率成为50%～80%时为止进行上述热处理。
并且，上述步骤4作为通过从废弃混凝土微细粉末分离水泥粘结剂成分来制备水泥粘结剂的步骤，在上述步骤4中，可利用集尘器进行上述分离。
其中，本发明一实施例的废弃混凝土微细粉末可包含沙子和水泥粘结剂成分，通过上述分离来使沙子与水泥粘结剂相互分离，从而可分别获得沙子和水泥粘结剂。
上述集尘器可通过与旋转式干燥机相连接来在运行旋转式干燥机的过程中同时进行分离，或者可在利用旋转式干燥机来进行热处理之后，使用额外的集尘器来进行分离。
上述集尘器可以为重力集尘器、惯性集尘地离心力集尘器、过滤集尘器、洗涤用集尘器或电集尘器，但并不局限于此。
上述步骤2作为通过对混合物实施养护来制备固化物的步骤，在上述步骤2中，可使上述混合物的含水率成为60重量百分比以下时为止对上述混合物实施养护。在此情况下，上述养护可以为常温养护或加热养护。
上述常温养护在常温下实施养护，上述常温可以为如上所述的常温。上述加热养护可以在相对高于常温的高温下，例如，可通过施加65℃的温度来实施养护。
在本发明一实施例的固化物的制备方法中，通过使用如前所述的污泥固化剂来进行固化处理，从而可以调节pH，由此既从根源上阻断因高碱性而产生氨气味等恶臭，又可制备出容易减少含水率的固化物。
具体地，在上述固化物的制备方法中，在固化物的制备过程中氨的产生量可以为3ppm～10ppm。
在此情况下，在装有250ml的0.5%硼酸溶液的吸收瓶内捕集制备中所产生的气体之后，借助利用硫酸溶液的中和滴定法来进行测定并通过以下数学式1来计算出氨的产生量。
数学式1
在上述数学式1中，C为氨的浓度(ppm)，a为N/10硫酸的消耗量(ml)，b为基于空白试验的N/10硫酸的消耗量(ml)，f为N/10硫酸的滴度，Vs为干燥试样的气体量(L)，V表示分析用试样溶液的提取量(ml)。
并且，本发明提供借助上述制备方法来制备的固化物。
本发明一实施例的上述固化物可以为固化土壤或人工土壤。
具体地，依据KS F 2343来测定的经过24小时养护之后的上述固化物的压缩强度可以为0.9kgf/cm2～1.2kgf/cm2，在经过72小时养护之后的上述固化物的压缩强度可以为1.2kgf/cm2～1.5kgf/cm2。
并且，依据KS F 2306来测定的经过3小时养护之后的上述固化物的含水率可以为45%至55%，在经过72小时养护之后的上述固化物的含水率可以为35%～42%。
其中，上述KS F 2306表示由韩国产业标准协会提供的土壤的含水比试验方法的规格，上述KS F 2343表示由韩国产业标准协会提供的在压密排水条件下土壤的直接剪切试验方法的规格。
并且，本发明提供包含上述污泥固化剂的覆土材料。
以下，通过以下实施例对本发明进行更加详细的说明。在此情况下，以下实施例仅仅为了例示本发明而提出，本发明的权利范围并不局限于以下实施例。
实施例1
对100重量份的生石灰、200重量份的钠明矾、100重量份的水泥、400重量份的水泥粘结剂(密度为2.0g/cm3，孔隙率为50%)、200重量份的造纸燃烧材料、400重量份的木质类生物质燃烧材料(比表面积为5000cm2/g)及100重量份的烟煤燃烧材料均匀地进行混合来制备出污泥固化剂。在此情况下，作为上述生物质燃烧材料，使用了以1:3:4的重量比来包含棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料的混合燃烧材料。并且，通过将废弃混凝土粉碎成3500cm2/g粉末度之后利用洒水筛进行洗涤，并在600℃下直到含水率成为70%时为止进行热处理，之后进行干燥并利用集尘器实施分离来制备出上述水泥粘结剂。
在具有85%含水量的100重量份的污水污泥中混合20重量份的上述污泥固化剂之后直到含水率成为60%时为止实施常温养护来制备出固化物。
实施例2
除了使用500重量份水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
实施例3
除了使用密度为2.5g/cm3，孔隙率为30%的水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
实施例4
除了作为生物质燃烧材料来使用以1:5:7的重量比来包含棕榈壳燃烧材料、椰子壳燃烧材料及锯末燃烧材料的混合燃烧材料之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
实施例5
除了在制备污泥固化剂时共追加使用300重量份的粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。在此情况下，1:1:1的重量比来使用了上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末。
实施例6
除了在制备污泥固化剂时共追加使用300重量份的粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。在此情况下，以1:2:2的重量比来使用了上述粉煤灰、硅砂粉末及石灰粉末。
实施例7
除了使用70重量份的污泥固化剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例1
除了未使用水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例2
除了使用300重量份的水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例3
除了使用600重量份的水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例4
除了使用密度为1.5g/cm3，孔隙率为60%的水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例5
除了使用密度为3.5g/cm3，孔隙率为20%的水泥粘结剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例6
除了未使用生物质燃烧材料之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例7
除了使用15重量份的污泥固化剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
比较例8
除了使用80重量份的污泥固化剂之外，以与上述实施例1相同的方法来制备出固化物。
