KR100314359B1 - 슬러지 및 저질토 개질에 사용되는 고화재 및 그 이용방법 - Google Patents

슬러지 및 저질토 개질에 사용되는 고화재 및 그 이용방법 Download PDF

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Abstract

슬러지 및 저질토를 건설재료로 사용하기 위해 첨가되는 고화재 그 이용방법에 관한 것이다. 슬러지 또는 저질토 1㎥에 첨가되는, 돌로마이트, 생석회 및 시멘트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 주재료 50∼150㎏; 주재료 중량대비 플라이 애쉬(Fly Ash) 60%∼120%; 부산석회 50%∼150%; Na2CO3, MgSO4 및 MgCO3로 구성되는 그룹으로부터 선택된 첨가제 10%∼30%; 및 술폰산염류, 염화칼슘 및 활성탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 활성제 0.5∼3%로 구성되는 고화재 및 이를 슬러지 및 저질토에 첨가하여 건설관련 토공재료로 사용하는 고화재 이용방법이 제공된다.본 발명의 고화재가 첨가된 슬러지 및 저질토에서는 고화재 성분과 슬러지 및 저질토의 반응에 의해 슬러지 및 저질토의 함수량이 감소할 뿐만 아니라 건설관련 토공재료로 사용하기에 충분한 강도를 나타낸다. 또한, 본 발명의 고화재는 경제적이며, 슬러지 및 저질토 개량시 악취를 발생하지 않는다.

Description

슬러지 및 저질토 개질에 사용되는 고화재 및 그 이용방법{SOLIDIFICATION COMPOSITION FOR MODIFYING WATER SLUDEG AND SEDIMENT AND USING THEREOF}
본 발명은 슬러지 및 저질토의 개질에 사용되는 고화재 및 그 이용방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 슬러지 및 저질토를 고화하여 건설관련 토공재료로 사용하기 위해 첨가되는 고화재 및 이를 슬러지 및 저질토화 혼합하여 건설관련 토공재료로 이용하는 방법에 관한 것이다.
종래, 정·하·폐수처리공정에서 발생되는 부산물인 탈수케익, 즉 정·하·폐수슬러지 및 하천, 호수, 늪등의 저질토는 해양투기, 쓰레기매립장에 매립, 소각, 비료화, 고화 및 용융 등의 방법으로 처리되어 왔다.
그러나, 연안지역에 슬러지를 해양투기하는 경우 해수밀도차에 의한 성층현상에 의해 수체에서의 슬러지 혼합이 방해되어 슬러지가 덩어리 상태로 존재하므로 해양 오염원이 될 수 있다. 그리고 슬러지를 바지선을 이용하여 해양투기하는 경우에는 표층에서의 윈드-믹스(Wind-mix)에 의해 저밀도의 슬러지 부유체가 유발되어 먼거리까지 확산될 수 있으며, 연안에 도달할 가능성도 있다. 부유물질의 경우에는 연안에 도달할 가능성이 더욱 높아 연안해역의 이용을 저해할 가능성이 크다. 나아가, 슬러지의 광대한 표면응집은 심각한 산소고갈을 유발하여 해양생물체가 멸종될 우려가 있다. 더욱이, 해양투기로 인하여 침전슬러지중에 함유되어 있는 중금속이 저서생물의 체내에 농축되어 먹이사슬 전반에 악영향을 미친다.
슬러지는 함수율이 커서 매립하는 경우, 매립후 고농도의 오염물질을 포함한 침출수가 발생하고 이로 인하여 주변지역의 수체 및 토양, 지하수를 오염시킨다. 또한, 이와 같은 오염으로 인하여 곤충, 쥐, 병원성 미생물들이 발생하며 따라서 주변환경의 위생보건에 악영향을 미친다.한편, 슬러지 및 저질토의 비료화는 악취를 유발할 뿐만 아니라, 슬러지내에 중금속등 오염물질이 고농도로 존재함으로 적절한 전처리없이 슬러지 및 저질토가 녹농지에 살포될 경우에는 중금속에 의한 토양오염이 예상된다. 따라서, 슬러지 및 저질토를 비료화하는 경우에는 반드시 중금속농도에 대한 분석과 적절한 전처리가 선행되어야 한다.
소각은 소각시 발생하는 대기오염물질 즉, 먼지, HCl, SOx, NOx, 중금속, 다이옥신류 등에 의해 대기가 오염될 우려가 있으며 이와 동시에 수질오염물질의 배출에 의한 폐수, 소음, 진동 및 악취 등이 문제시 된다.
융은 현재 하수슬러지 처리에 이용되는 방안중 환경오염에 대한 영향은 가장 작으나 비경제적이다.
고화처리로는 석회기초법, 시멘트 기초법, 열중합법, 피막보호법등이 있으나, 처리공정시 악취를 발생시키며, 감량화 효과가 적다. 따라서 재활용되지 않는 경우에는 비효율적이며, 매립량 증대를 초래하고, 처리공정에 소요되는 비용이 크므로 비경제적인 방법으로 인식되어 왔다.
본 발명의 목적은 정·하·폐수슬러지 및 저질토의 재활용에 사용되는 고화재를 제공하는 것이다.본 발명의 다른 목적은 정·하·폐수슬러지 및 저질토에 고화재를 첨가하여 건설관련 토공재료로 사용하는 고화재 이용방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면,슬러지 또는 저질토 1㎥에 첨가되는,돌로마이트, 생석회 및 시멘트로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 주재료 50%∼150kg; 주재료 중량대비 플라이 애쉬(Fly Ash) 60%∼120%; 주재료 중량대비 부산석회 50%∼150%; 주재료, 플라이 애쉬 및 부산석회의 혼합양대비 Na2CO3, MgSO4및 MgCO3로 구성되는 그룹으로부터 선택된 첨가제 10%∼30%; 및 주재료, 플라이 애쉬 및 부산석회의 혼합양대비 술폰산염류, 염화칼슘 및 활성탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 활성제 0.5∼3%로 구성되는 고화재가 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,슬러지 및 저질토가 고화되도록 슬러지 및 저질토 1㎥에 돌로마이트, 생석회 및 시멘트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 주재료 50∼150kg; 주재료 중량대비 플라이 애쉬 60%∼120%; 주재료 중량대비 부산석회 50%∼150%; 주재료, 플라이 애쉬 및 부산석회의 혼합양대비 Na2CO3, MgSO4및 MgCO3로 구성되는 그룹으로부터 선택된 첨가제 10%∼30%; 및 주재료, 플라이 애쉬 및 부산석회의 혼합양대비 술폰산염류, 염화칼슘 및 활성탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 활성제 0.5∼3중량%로 구성되는 고화재를 첨가하여 건설관련 토공재료로 사용하는 고화재 이용방법이 제공된다.이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
정수, 하수 및 폐수 처리시 발생하는 슬러지 및 저질토에 본 발명의 고화재를 첨가함으로써 종래 폐기처리되던 슬러지 및 저질토를 개질하여 건설관련 재료로 활용할 수 있다. 따라서, 슬러지 및 저질토의 폐기에 의한 환경오염등이 방지 될 뿐만 아니라 부산석회 및 플라이 애쉬등의 폐자원을 활용하는 것으로 경제적이다.
슬러지 고화 안정화 개량방법으로는 석회기초법, 시멘트기초법, 피막법, 열중합법등이 있으며, 이들 방법중 석회기초법 및 시멘트 기초법이 가장 경제적이며, 석회기초법이 시멘트 기초법보다 효과적이므로 널리 사용된다.그러나, 석회기초법의 재료인 석회나 생석회만으로 슬러지를 개량하는 경우에는 슬러지나 저질토를 건설관련 토공재료로 사용하기 위한 각각의 시방기준인 역학적특성(강도), 물리적 특성(조립화), 유해 중금속의 용출방지 및 중석 pH에 적합하여야 하는 목적을 달성할 수 없으며, 비경제적이다. 따라서, 석회계열 재료의 반응(CaO + H2O → Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3)이 더욱 효과적으로 발휘되고 동시에 경제적이고, 슬러지나 저질토의 유해중금속 용출을 방지할 수 있는 고화재를 필요로 한다.
개질하고자 본 발명의 고화재가 첨가되는 슬러지 또는 저질토는 정수, 하수, 폐수처리장에서 농축, 소화, 탈수과정을 거친 탈수케이크를 말하며 저질토는 하천, 호수, 늪 등지의 저질토를 말한다.이하, 본 발명에 의한 고화재의 각 구성성분에 대하여 슬러지 및 저질토 1㎥당 첨가되는 양을 기준으로 하여 설명한다.고화재의 주재료는 돌로마이트(Dolomite), 생석회 및 시멘트로 구성되는 그룹으로 부터 선택되며 그 함량은 50∼150㎏이다.돌로마이트, 생석회, 시멘트의 주성분인 CaO는 함수율이 큰 슬러지 및 저질토의 H2O 와 반응하여 Ca(OH)2로 전환된다. 이에 반응에 의해, 슬러지 및 저질토의 함수비 저하되고 유리된 Ca2+이온은 슬러지나 저질토중에서의 이온교환반응에 의해 슬러지 및 저질토의 강도를 증진시킨다.
일반적으로 슬러지나 저질토 1㎥는 약 1000㎏이고 그중 물은 750㎏, 고형물은 250㎏이다. 이와 같은 슬러지나 저질토를 건설용 토공재료로 개량하여 재활용하기 위해서는 고형물의 양인 250㎏에 해당하는 고화재를 첨가하는 것이 가장 적절하다. 주재료의 첨가량은 재활용되는 개량토의 용도 및 슬러지나 저질토의 성상에 따라 결정되는 것으로 최소한 50㎏ 이상되어야 개량목적을 달성할 수 있으며, 150㎏ 이상 사용하는 경우에는 첨가제 및 활성제등 다른 성분의 함량이 상대적으로 저하됨으로 바람직하지 않다.
플라이 애쉬(Fly Ash)는 주재료 중량대비 60%∼120%로 함유된다.건설관련된 토공재료로 사용하기 위해서는 일정한 역학적 특성(강도)을 필요로 하는데, 플라이 애쉬는 CaO성분을 약 5∼10%포함하고 있어 자경성을 갖으며, 특히 포졸란반응에 의한 강도 증진 효과가 크고 또한 중금속흡착능을 갖으며 저온발열반응하므로 악취저감에도 기여한다. 포졸란반응에 의한 강도증진을 위하여는 주재료 중량대비 30%이하가 적당하지만 중금속을 흡착하도록 주재료 중량대비 60∼120%로 사용된다.
부산석회는 주재료 중량대비 50∼150%로 함유된다. 부산석회중에는 CaO 및 CaCO3가 약 40%정도로 함유되어 있으며 이는 주재료의 반응을 보조하고 중금속 흡착능을 갖을 뿐만 아니라 저온발열반응하므로 악취저감효과를 갖는다. 부산석회는 조립의 재료로 첨가량에 따라 역학적 특성을 변화시킨다. 나아가, 부산석회는 폐자원으로 주재료만을 사용하는 경우, 경제성이 떨어지는 단점을 보완하며 또한 폐자 원의 활용이라는 측면에서 환경적으로 이롭다. 부산석회 자체는 초기 반응성이 크지 않은 것으로 부산석회가 150% 이상 다량 첨가되면 초기발열반응 및 수화반응이 효과적으로 일어나지 않고, 50%이하로 사용되면 폐자원 활용율이 저하됨으로 비경제적이다.또한, 토공재료로서의 역학적 특성인 강도를 증대시키기 위해 Na2CO3, MgSO4및 MgCO3로부터 선택된 첨가제가 사용된다.
이들 첨가제는 주재료와 보조재료인 플라이 애쉬와 부산석회의 혼합양 대비 10∼30중량%로 첨가된다. 이들 첨가에는 10∼30중량% 혼합되어 최대의 강도를 나타낸다.폐수슬러지 및 저질토에는 유해 중금속이 일부 함유되어 있으며 이들이 토공재료로 사용시 용출되면 환경오염을 야기함으로 토공재료로 사용할 수 없다. 따라서, 폐수슬러지 및 저질토는 유해중금속의 용출이 방지되도록 술폰산염류, 염화칼슘 및 활성탄으로부터 선택된 활성재가 주재료와 보조재료인 플라이애쉬와 부산석회의 혼합대량비 0.5∼3중량%로 첨가된다. 이들 활설제는 10∼30중량% 혼합되어 최대의 중금속 용출방지효과를 나타낸다.
예를들어, 활성탄은 유해 중금속중 일부를 흡착하여 그리고 술폰산염류는 술폰산염의 이온과 유해중금속의 이온교환반응에 의해 유해중금속의 용출이 방지된다.본 발명의 고화재 및 슬러지 및 저질토에 첨가함으로써 슬러지 및 저질토는 건설재료로 사용되기에 충분한 물성을 갖도록 개질된다. 즉, 본 발명의 고화재가 첨가된 슬러지 및 저질토(이하, '개량토'라 한다.)에서는 고화재 구성성분과 슬러지 및 저질토와의 반응에 의해 슬러지 및 저질토의 함수량이 감소할 뿐만 아니라 건설 재료로 사용하기에 충분한 강도를 나타낸다. 즉, 상기 개량토는 역학적, 물리적, 환경적 특성이 건설관련 토공재료에서 요구하는 시방기준을 만족하는 것이다.본 발명의 고화재를 이용함으로써 종래 재활용이 미흡하였던 슬러지 및 저질토를 건설관련 토공재료로 재활용가능하며, 부산석회 및 플라이 애쉬등 폐자원을 사용함으로 경제적이다.
나아가, 저온반응하는 부산석회 및 플라이 애쉬를 사용함으로 종래 고화시 고온에서 고화재와 물의 접촉에 의한 고온 발열반응에 의한 악취발생문제가 없다.본 발명의 고화재가 첨가된 슬러지 및 저질토는 성토재, 복토재, 뒷채움재등의 건설관련 토공재료로 이용되며, 특히 매립장의 일일복토재, 중간복토재 및 최종복토재로 이용된다.또한, 본 발명의 고화재만으로 매립장을 조성할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 같은 인공토양은 고유기물성을 갖는 것으로 이를 이용하여 생태공원 및 골프장등을 조성할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.현재 우리나라의 시방기준 및 본 발명의 고화재를 첨가하여 개량된 슬러지 및 저질토를 사용하여 처리한 경우의 물성을 예시하였다.
실시예 1) 생석회 혹은 돌로마이트 300∼400g, 플라이 애쉬 200∼300g, 부산석회 400∼500g, MgCO3150∼200g, 술폰산염류 활성제 5∼10g을 혼합하여 고화재를 제조하였다. 상기 고화재를 가양하수종말처리장에서 발생하는 하수슬러지 4kg에 혼합 교반한 후 5-10일 기건양생하여 개량토를 제조하였다.
실시예 2) 쓰레기 매립장 제방 차수제의 기준과 실시예 1의 개량토를 제방 차수제로 사용한 경우의 결과는 다음과 같다.
실시예 3) 쓰레기 매립장 복토재(일일, 중간, 최종)의 기준과 실시예 1의 개량토를 복토재(일일, 중간, 최종)로 사용한 경우의 결과는 다음과 같다.
실시예 4) 노체, 상·하부 노상기준과 실시예 1의 개량토를 노체, 상·하부 노상으로 사용한 경우의 결과는 다음과 같다.
실시예 5) 뒷채움재 기준과 실시예 1의 개량토를 뒷채움재로 사용한 결과는 다음과 같다.
본 발명의 고화재가 첨가된 슬러지 및 저질토는 고화재 성분과 슬러지 및 저질토 반응에 의해 슬러지 및 저질토의 함수량이 감소될 뿐만 아니라 건설관련 토공재료로 사용하기에 충분한 강도를 나타낸다. 또한, 발명의 고화재는 경제적이며, 슬러지 및 저질토 개량시 악취를 발생하지 않는다.

Claims (3)

  1. 슬러지 또는 저질토 1㎥에 첨가되는,
    돌로마이트, 생석회 및 시멘트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 주재료 50∼150kg; 주재료 중량대비 플라이 애쉬(Fly Ash) 60%∼120%; 주재료 중량대비 부산석회 50%∼150%; 주재료, 플라이 애쉬 및 부산석회의 혼합량대비 Na2CO3, MgSO4및 MgCO3로 구성되는 그룹으로부터 선택된 첨가제 10∼30중량%; 및 주재료, 플라이애쉬 및 부산석회의 혼합량대비 술폰산염류, 염화칼슘 및 활성탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 활성제 0.5∼3중량%로 구성되는 고화재.
  2. 슬러지 및 저질토가 고화되도록 슬러지 및 저질토 1㎥에 돌로마이트, 생석회 및 시멘트로 구성되는 그룹으로부터 선택된 주재료 50∼150kg; 주재료 중량대비 플라이 애쉬 60%∼120%; 주재료 중량대비 부산석회 50%∼150%; 주재료, 플라이애쉬 및 부산석회의 혼합량대비 Na2CO3, MgSO4및 MgCO3로 구성되는 그룹으로부터 선택된 첨가제 10∼30중량%; 및 주재료, 플라이 애쉬 및 부산석회의 혼합량대비 술폰산염류, 염화칼슘 및 활성탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 활성제 0.5∼3중량%로 구성되는 고화재를 첨가하여 건설관련 토공재료로 사용하는 고화재 이용방법.
  3. 삭제
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