KR100333801B1 - 매립지 차수용 원료의 혼합장치 및 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매립지 차수용 원료의 혼합장치 및 공정에 관한 것으로서, 침출수의 인근 확산을 방지하기 위하여 차수층의 원료가 되는 원지반토와 차수재를 충분히 분쇄하면서 효과적으로 혼합시킬 수 있는 장치 및 공정을 제공하여 차수성을 더욱 향상시킴과 동시에 원료의 혼합공정에서 발생할 수 있는 환경문제 또한 개선시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 장치는, 외부로 부터 유입되는 원지반토를 파쇄시키기 위한 핀 파쇄기(1); 상기 핀 파쇄기(1)를 통과한 원지반토를 순차적으로 상승시킴으로서 패들 믹서(3)로 일정량씩 공급하기 위한 바켓트 엘리베이터(2); 상기 바켓트 엘리베이터(2)를 통해 공급되는 원지반토가 차수재와 함께 유입되되, 유입된 원지반토와 차수재를 분쇄 및 혼합하기 위해 다단으로 설치되고, 각 단 사이에는 혼합된 원료의 투입구(4,5,6) 및 배출구(4',5',6')가 각각 연결되며, 최하단에는 용액을 투입할 수 있는 용액공급기(8)가 설치되는 패들 믹서(3);를 포함하게 된다.

Description

매립지 차수용 원료의 혼합장치 및 공정{A MIXING DEVICE AND PROCESS OF MATERIAL FOR WATER CUT-OFF}

본 발명은 차수용 원지반토와 차수재를 분쇄.혼합하는 장치 및 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐기물 등의 매립시 오염수가 주변으로 확산되는 것을 방지하기 위한 차수층의 시공시 차수원료를 효과적으로 분쇄 및 혼합시키기 위한 장치 및 이에 따른 혼합방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폐기물 매립지 뿐만 아니라 댐, 저수지, 배수로 및 농업용 관개수로 등의 공사현장이나 시공현장에는 침출수가 누출되는것을 방지하기 위하여 차수층을 시공하게된다.

한편, 바닥차수재인 점토차수재의 경우 폐기물 매립장에 적용되는 재질 기준은 미국 환경처(EPA)의 경우 '점토의 최대입경은 직경 25∼50㎜이며 이것보다 큰 경우에는 분쇄시켜야 하며 0.005㎜ 이하의 점토 성분은 20% 이상이 되어야 한다. 연경도를 나타내는 소성지수는 10% 이상이 되어야 하며, 점토내 자갈함유량은 10% 미만이어야 한다. 또한 투수계수는 1×10^-7㎝/sec이하이어야 한다' 라고 규정되어 있다.

국내의 경우 원지반토(화강토)가 전국적으로 산재해 있기 때문에 이를 폐기물 매립장의 차수재나 복토재로 사용함이 바람직하다 할 수 있다. 화강토는 투수계수가 보통 10^-5㎝/sec정도 되지만, 화강토를 잘게 분쇄해서 차수성(遮水性)을 향상시키고 잘 다짐만 해도 매립시설의 측면과 바닥의 토양의 투수(透水)계수가 1초당 1천만분의 1센티미터 이하 즉, 차수시공 기준치인 투수계수의 값이 1×10^-7㎝/sec 정도가 되는 것으로 알려져 있다.

또한, 규정치인 ×10^-7㎝/sec로 낮추기 위해서는 보조 첨가재로 벤토나이트 등을 섞어 사용하게 된다. 혼합차수재료 중에서 대표적인 흙인 화강토를 주재료로 선정하였으며, 일반적으로 화강토 그 자체만으로는 적용성이 미흡하므로 석회, 시멘트, 플라이애쉬, 벤토나이트 등을 첨가한 혼합재를 만들어 사용한다.

즉, 종래에는 폐기물 매립지의 침출수가 인근으로 유출되는 것을 방지한 차수층 시공시, 복합원료가 되는 원지반토와 차수재를 혼합 분쇄함에 있어서, 일반적으로 백호우에 바켓트 스테빌라이저가 장착된 포크레인을 사용하여 원료를 1차 혼합하고 경우에 따라서는 차수원료를 입도 10mm의 진동체를 통과시켜서 원료를 선별한 후 2차 혼합시키는 방법을 주로 사용하였다.

그러나, 상기한 바와 같이 종래 두가지 이상의 서로 다른 물질이 충분히 혼합되지 못한 상태의 원지반토와 차수재 혼합물을 차수층 시공시 사용하게 되면, 아무리 차수층의 다짐을 잘한다고 해도 부분적으로 두 가지 이상의 물질이 잘 혼합되지 못한 부분에서는 차수능력이 저하되는 단점도 예측할 수 있다.

또한, 진동체를 사용하는 경우, 진동체를 통과하지 못하는 덩어리들은 폐기해야 함에도 불구하고 폐기에 따른 비용발생으로 인하여 시공현장에 그대로 방치되는 경우가 있어서 환경문제를 야기시키는 문제점 또한 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 차수층 시공시 복합원료로 사용되는 원지반토와 차수재를 효과적으로 분쇄하면서 혼합할 수 있는 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 차수층 복합원료를 혼합하는 공정을 제공하여 매립지에서의 차수효과 및 차수층 시공에 따른 작업성을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원료 혼합장치 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 핀 파쇄기 2 : 바켓트 엘리베이터

3 : 패들 믹서 4,5,6 : 투입구

4',5',6': 배출구 7 : 고체첨가물 공급기

8 : 용액공급기 9 : 콘베이어

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 장치는, 외부로 부터 유입되는 원지반토를 파쇄시키기 위한 핀 파쇄기;

상기 핀 파쇄기를 통과한 원지반토를 순차적으로 상승시킴으로서 패들 믹서로 일정량씩 공급하기 위한 바켓트 엘리베이터;

상기 바켓트 엘리베이터를 통해 공급되는 원지반토가 차수재와 함께 유입되되, 유입된 원지반토와 차수재를 분쇄 및 혼합하기 위해 다단으로 설치되고, 각 단 사이에는 혼합된 원료의 투입구 및 배출구가 각각 연결되며, 최하단에는 용액을 투입할 수 있는 용액공급기가 설치되는 패들 믹서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 공정으로는, 원지반토를 1차로 파쇄하는 파쇄단계;

상기 파쇄된 원지반토에 차수재를 첨가하는 첨가단계;

상기 원지반토와 차수재를 분쇄 및 혼합하는 혼합단계;

상기 혼합된 차수원료에 물 또는 용액상태의 시약을 투입하는 시약 투입단계;

상기 시약이 투입된 차수원료를 배출하는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 분쇄 및 혼합장치 개략 구성도이다.

먼저, 본 발명에 따른 분쇄 및 혼합장치의 구성을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 원지반토를 1차로 파쇄하기 위한 핀 파쇄기(1)와, 1차 파쇄된 원지반토를 상승시키기 위한 바켓트 엘리베이터(2)와, 상기 바켓트 엘리베이터(2)를 통해 공급되는 원지반토가 차수재와 함께 이송되면서 분쇄 및 혼합이 이루어질 수 있도록 다단의 구조를 이루는 패들믹서(3)와, 상기 패들믹서(3)로 공급되는 원지반토에 차수재를 첨가시키는 고체 첨가물 공급기(7)와, 패들믹서(3)의 하단부에서 원지반토 혼합재료에 노즐을 통해 물 또는 액체상태의 시약을 공급하는 용액공급기(8)로 구성된다.

도면중 미설명 부호 4,5,6은 투입구이고, 4',5',6'은 배출구이며, 9는 콘베이어를 각각 나타낸다.

이와같이 구성되는 상기 장치의 동작 및 이에따른 공정은 다음과 같이 이루어지게 된다.

즉, 포크레인을 사용하여 원지반토를 핀 파쇄기(1)에 공급하면 원지반토는 바켓트 엘리베이터(2)에 의하여 3단구조물을 이루고 있는 패들믹서(3)로 공급되는데, 먼저 구조물의 최상단부에 설치된 1차 패들 믹서(3a)에 원지반토가 투입구(4)를 통해 일정량씩 공급된다. 이때, 차수재로 사용될 수 있는 석탄회(일명: 플라이 애쉬)도 일정량씩 고체 첨가물 공급기(7)를 통하여 원지반토 위에 공급된다.

이후, 상기 공급된 석탄회는 1차 패들믹서(3a)를 서서히 통과하면서 원지반토와 함께 1차분쇄 및 혼합이 이루어지게 된다.

그리고, 상기와 같이 1차로 분쇄 및 혼합이 이루어진 원지반토와 석탄회 혼합물은 1차 패들믹서(3a)의 일측 끝단까지 이동하게 되며, 여기서 그 하단에 설치된 1차 패들믹서의 배출구(4')를 통해 2차 패들믹서(3b)의 투입구(5)로 낙하된 후,2차 패들믹서(3b)를 통과하면서 다시 2차 분쇄 및 혼합공정이 이루어지게 된다.

그리고 이와같은 분쇄 및 혼합공정이 이루어지면서 2차 패들믹서(3b)의 끝단으로 안내된 혼합물은, 다시 배출구(5')와 투입구(6)를 통해 최하단부에 위치하는 3차 패들믹서(3c)로 낙하된다. 이때, 투입구(6)에는 용액공급기(8)의 공급노즐이 설치되어 있어 적당량의 물 또는 용액 상태의 시약을 차수원료인 혼합물에 투입하게 된다.

즉, 3차 패들믹서(3c)로 공급된 원지반토와 석탄회의 혼합물질은 일정량의 물 또는 용액과 혼합되면서 패들믹서의 끝단으로 이송되어 끝부분에 설치된 배출구(6')를 통하여 배출된다.

이와 같은 경로를 통해 최종 배출된 혼합물질은 벨트 콘베이어(9)를 통해 이송되면서 소정 위치에 적재시킴으로서, 폐기물 매립지의 차수층 시공에 필요한 원료로 사용이 가능하게 되는 것이다.

특히, 상기 구성을 갖는 시설물을 이동이 가능하도록 차량에 장착함으로서, 실제로 차수층 시공현장에서 활용이 가능케 될 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 사용되는 주재료와 첨가재의 배합에 따른 혼합물질에서의 투수계수를 측정한 예를 이하에서 살펴보기로 한다.

본 실험에 사용된 재료중 주재료는 원지반토(화강토), 첨가재는 플라이애쉬를 선정하였다.

주재료로서 원지반토를 선정한 이유는, 전술한 바와 같이 전국 어느 현장에서도 손쉽게 구할 수 있고 차수재로서 적용하기에 수월하기 때문임을 다시한번 밝혀둔다.

첨가재로서 플라이애쉬를 선정한 것은, 일반적으로 시멘트계 고화제에 첨가되어 있는 유효성분에는 슬래그, 플라이애쉬 등의 포졸란제, 알루미나시멘트 등의 강도촉진제, 석고 등 여러가지가 있다. 이들은 다 같이 무기계의 재료로서 지반개량 효과를 증진시키는 역할을 한다.

실험예 1

본 실험예 1에서는, 상기 주재료와 첨가재 외에 보조첨가재로 벤토나이트, 고화제 등의 폐기물 매립장 침출수 방지용 차수층 원료들을 실험실에서 스크류 믹서를 사용하여 혼합하고, 혼합된 복합원료에 15%에 해당하는 물을 첨가한 후 이를 다시 잘 혼합하여 투수원통기에 장입하여 공시체를 만들고 수중 양생하여 재령 14일간의 시험을 거친 후 실험하였다.

각 시료에 대한 투수실험은 KS F-2322의 변수위 투수실험방식을 선택하였으며, 측정한 결과는 하기 [표 1]에 내용과 같다. 벤토나이트 배합비는 플라이애쉬에 중량비를 25%로 하여 실험하였다. 투수실험시 시료포화는 공기압력을 사용하였고 투수계수 측정은 자연상태의 수두압력을 이용하였다. 투수실험 시료는 다짐시험의 결과로 부터 밀도는 최대 건조밀도의 95% 그리고 함수비는 최적함수비에 2%를 더한 함수비로 하여 제작하였다.

원지반토-플라이애쉬-벤토나이트 혼합물질의 투수계수 실험결과(본 발명)

혼합차수재의 혼합재 종류 및 비율	투 수 계 수(㎝/sec)
화강토100%+플라이애쉬 0%+벤토나이트 0% 화강토 90%+플라이애쉬 8%+벤토나이트 2% 화강토 80%+플라이애쉬16%+벤토나이트 4% 화강토 70%+플라이애쉬24%+벤토나이트 6% 화강토 60%+플라이애쉬32%+벤토나이트 8% 화강토 50%+플라이애쉬40%+벤토나이트10%	8.593 ×10-54.125 ×10-61.763 ×10-76.567 ×10-81.837 ×10-84.946 ×10-9

실험예 2

원지반토, 플라이애쉬, 시멘트, 고화제 등의 차수층 원료들을 실험실에서 상기에서와 마찬가지로 스크류 믹서를 사용하여 혼합한 후 각 복합원료에 15%에 해당하는 물을 첨가한 후 이를 다시 잘 혼합하여 투수원통기에 장입하여 공시체를 만들고 수중양생하여 재령 14일의 기간을 거친 후 실험하였다.

투수실험은 KS F-2322의 변수위 투수실험방식을 선택하였으며, 측정한 결과는 하기 [표 2]에 내용과 같다. 시멘트 배합비는 플라이애쉬에 중량비를 25%로 하여 실험하였다. 투수실험시 시료포화는 공기압력을 사용하였고 투수계수 측정은 자연상태의 수두압력을 이용하였다. 투수실험 시료는 다짐시험의 결과로 부터 밀도는 최대 건조밀도의 95% 그리고 함수비는 최적함수비에 2%를 더한 함수비로 하여 제작하였다.

원지반토-플라이애쉬-시멘트 혼합물질의 투수계수 실험결과(본 발명)

혼합차수재의 혼합재 종류 및 비율	투 수 계 수(㎝/sec)
화강토100%+플라이애쉬 0%+시멘트 0% 화강토 90%+플라이애쉬 8%+시멘트 2% 화강토 80%+플라이애쉬16%+시멘트 4% 화강토 70%+플라이애쉬24%+시멘트 6% 화강토 60%+플라이애쉬32%+시멘트 8% 화강토 50%+플라이애쉬40%+시멘트10%	7.953 ×10-59.534 ×10-63.432 ×10-68.836 ×10-71.025 ×10-76.821 ×10-8

상기에서 살펴본 각각의 실험예의 효과를 확인하기 위하여, 종래 차수층 시공원료의 혼합방법에 따른 시료의 투수계수 측정실험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 비교예를 통해 나타내었다.

비교예 1

상기 <실험예 1>과 비교실험을 수행하기 위하여 동일한 시료와 같은 복합원료 시료를 실험실에서 종래 방법에 따른 체를 사용하여 혼합시료를 만들고, 여기에 15%정도의 물을 첨가한 후 다시 혼합하여 투수원통기에 장입하고 KS F-2322의 방법에 따라 공시체를 만들고 재령 14일의 기간을 거친 후 각 시료에 대한 투수계수를 측정한 결과 하기 [표 3]과 같이 나타났다.

투수실험시 시료포화는 공기압력을 사용하였고 투수계수 측정은 자연상태의 수두압력을 이용하였다. 시료는 다짐실험의 결과로 밀도는 최대건조밀도의 95%, 그리고 함수비는 최적함수비에 2%를 더한 함수비로 하여 제작하였다.

원지반토-플라이애쉬-벤토나이트 혼합물질의 투수계수 실험결과(종래)

혼합차수재의 혼합재 종류 및 비율	투 수 계 수(㎝/sec)
화강토100%+플라이애쉬 0%+벤토나이트 0% 화강토 90%+플라이애쉬 8%+벤토나이트 2% 화강토 80%+플라이애쉬16%+벤토나이트 4% 화강토 70%+플라이애쉬24%+벤토나이트 6% 화강토 60%+플라이애쉬32%+벤토나이트 8% 화강토 50%+플라이애쉬40%+벤토나이트10%	7.895 ×10-58.673 ×10-61.432 ×10-66.581 ×10-78.368 ×10-74.045 ×10-8

비교예 2

상기 <실험예 2>와 비교실험을 수행하기 위하여 동일한 시료와 같은 복합원료 시료를 실험실에서 종래 방법에 따른 체를 사용하여 혼합시료를 만들고, 여기에 15%정도의 물을 첨가한 후 다시 혼합하여 투수원통기에 장입하고 KS F-2322의 방법에 따라 공시체를 만들고 재령 14일의 기간을 거친 후 각 시료에 대한 투수계수를 측정한 결과 하기 [표 4]와 같이 나타났다.

투수실험시 시료포화는 공기압력을 사용하였고 투수계수 측정은 자연상태의 수두압력을 이용하였다. 시료는 다짐실험의 결과로 밀도는 최대건조밀도의 95%, 그리고 함수비는 최적함수비에 2%를 더한 함수비로 하여 제작하였다.

원지반토-플라이애쉬-시멘트 혼합물질의 투수계수 실험결과(종래)

혼합차수재의 혼합재 종류 및 비율	투 수 계 수(㎝/sec)
화강토100%+플라이애쉬 0%+시멘트 0% 화강토 90%+플라이애쉬 8%+시멘트 2% 화강토 80%+플라이애쉬16%+시멘트 4% 화강토 70%+플라이애쉬24%+시멘트 6% 화강토 60%+플라이애쉬32%+시멘트 8% 화강토 50%+플라이애쉬40%+시멘트10%	7.953 ×10-53.452 ×10-58.249 ×10-63.851 ×10-61.941 ×10-60.832 ×10-7

상기에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 <실험예>에 따라 얻어진 차수층 시료에 대한 투수계수는, 종래 기술의 포크레인이나 진동체를 사용하여 혼합하는 방법과 동일한 방법에 의한 <비교예>에서 얻어진 투수계수와 비교하면 다음과 같은 장점이 있음을 확인할 수 있다.

첫째, 본 발명의 장치를 이용하여 차수층 원료를 분쇄 및 혼합시킴으로서, 포크레인이나 진동체를 이용하던 종래 기술에 비해 차수효과를 향상시킬 수 있게된다.

둘째, 종래에는 포크레인이나 진동체를 사용함으로 원지반토와 차수재를 분쇄 및 혼합하는 과정에서 원지반토의 덩어리 산물이 남게되어 이를 처리하는데 별도의 비용이 소요되게 되나, 본 발명에 의하면 원지반토와 차수재를 완전히 분쇄. 혼합함으로서 찌꺼기가 남지않아 친환경적인 효과를 나타낼 수 있게된다.

셋째, 본 발명의 장치를 이동이 간편한 차량 등에 탑재시킴으로서 차수층의 시공현장에 적용 편의성을 제공할 수 있게됨을 알 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명되었지만 본 발명의 장치 및 방법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는것은 자명한 사실이다.

이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명의 장치 및 공정은, 차수층의 원료가 되는원지반토와 차수재를 충분히 분쇄하면서 효과적으로 혼합시킬 수 있게되어 차수성을 더욱 향상시킴과 동시에 혼합공정에서 발생할 수 있는 환경문제 또한 개선시킬 수 있게되는 것이다.

또한, 이러한 혼합장치 및 공정은 선택적인 위치이동이 가능하도록 차량 등에 장착시킴으로서, 사용에 따른 작업효율을 향상시키는 이점을 나타낼 수 있게된다.

Claims (2)

1. 외부로 부터 유입되는 원지반토를 파쇄시키기 위한 핀 파쇄기(1);

   상기 핀 파쇄기(1)를 통과한 원지반토를 순차적으로 상승시킴으로서 패들 믹서(3)로 일정량씩 공급하기 위한 바켓트 엘리베이터(2);

   상기 바켓트 엘리베이터(2)를 통해 공급되는 원지반토가 차수재와 함께 유입되되, 유입된 원지반토와 차수재를 분쇄 및 혼합하기 위해 다단으로 설치되고, 각 단 사이에는 혼합된 차수원료를 안내하기 위한 투입구(4,5,6) 및 배출구(4',5',6')가 각각 연결되며, 최하단에는 혼합된 차수원료에 용액을 투입할 수 있는 용액공급기(8)가 설치된 패들 믹서(3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수용 원료의 혼합장치.
2. 외부로 부터 유입되는 원지반토를 1차로 파쇄하는 파쇄단계;

   상기 파쇄된 원지반토에 차수재를 첨가하는 첨가단계;

   상기 원지반토와 차수재를 패들믹서를 이용해 소정경로상에서 분쇄 및 혼합하는 혼합단계;

   상기 혼합된 차수원료에 물 또는 용액상태의 시약을 투입하는 시약 투입단계;

   상기 시약이 투입된 차수원료의 적재를 위해 외부로 배출하는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수용 원료의 혼합공정.