KR100426425B1 - 플라이애시 및 시멘트를 사용하여 슬러지를 개량토로개량하는 방법 - Google Patents

플라이애시 및 시멘트를 사용하여 슬러지를 개량토로개량하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라이애시 및 시멘트를 이용하여 슬러지를 개량토로 개량하는 방법에 관한 것으로, 화력발전소에서 배출되는 플라이애시 및 시멘트를 적정비율로 혼합한 것을 응집고화제로 사용하여 각종 건설현장이나 댐 등의 준설공사에 따라 발생하는 함수율이 높고 입자가 미세한 유동체 형상의 무기계 건설 오니(汚泥) 등의 슬러지를 응집고화함으로써, 슬러지를 개량토로서 유효하게 이용할 수 있게 한다.

Description

플라이애시 및 시멘트를 사용하여 슬러지를 개량토로 개량하는 방법{Method of improving sludge into soil using fly ash and cement}
본 발명은 플라이애시 및 시멘트를 이용하여 슬러지를 개량토로 개량하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소에서 배출되는 플라이애시 및 시멘트를 적정비율로 혼합한 것을 응집고화제로 사용하여 각종 건설현장이나 댐 등의 준설공사에 따라 발생하는 함수비가 높고 입자가 미세한 유동체 형상의 무기계 건설 오니(汚泥) 등의 슬러지를 응집고화함으로써, 슬러지를 개량토로서 유효하게 이용하는 방법을 개시한다.
지하철 공사현장, 터널 공사현장, 교각하부 굴삭현장 또는 댐 등의 준설공사에 따라 발생하는 입자가 미세하고, 함수비가 높은 유동체 형상의 슬러지는 유효이용이 어렵고, 관리의 곤란성 때문에 폐기물 처분장에서 적정 처분하는 것이 일반적이다. 또한, 종래에 행하여지던 해양 투척은 조약 비준에 의하여 금지되어 있기 때문에 슬러지를 제방 등의 제심(堤心)에 이용하거나, 천일 건조 또는 시멘트 고화에 의하여 유효하게 이용하는 방법 등이 개발되어 왔다.
하지만, 제심에의 이용은 그 수요가 크지 않고, 천일 건조에 의한 이용방법에 있어서는 빗물에 의하여 다시 원래의 슬러지로 되돌아가 유출되거나 수로에 체적되거나 하천에 유출되거나 하여, 환경파괴의 원인이 된다. 또한, 시멘트 고화에 의한 방법에 있어서는 슬러지에 대하여 약 30 내지 35% 정도의 시멘트를 사용하기 때문에 시간이 지남에 따라 고화력이 강고해져서 도로노상 등에 이용한 경우, 후일의 수도공사 등이 곤란해지므로, 이들의 유효이용은 일반적 보급이 도모되고 있지 않다.
한편, 화력발전소에서 대량으로 발생하는 플라이애시는 그 일부가 시멘트원료로서 유효이용이 도모되고 있기는 하나, 그 성질상 적정관리가 요구되고 있다.
이러한 상황하에서, 단시간에 그리고 확실하게, 또한 안전하고 경제적으로 슬러지의 적정처분 및 유효이용, 더욱이 플라이애시의 유효이용에 대한 기술개발이 절실하게 요망되고 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 처리 곤란 폐기물이며 적정관리가 요구되고 있는 슬러지 및 플라이애시를 폐기물 처분하는 것이 아니라 가치가 있는 흙으로 개량하여 유효하게 이용할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,
(a) 트래피커빌러티 (trafficability; 장비의 주행성)가 200kN/㎡ 미만이고, 일부 유기물을 포함하는 유동체 형상의 무기계 슬러지를 준비하는 단계;
(b) 플라이애시 (fly ash) 및 시멘트가 60 : 40 내지 95 : 5의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 준비하는 단계; 및
(c) 상기 슬러지 1㎥에 상기 응집고화제를 100 내지 200kg을 투입한 다음, 2 내지 3시간 동안 혼련교반하여 응집고화하는 단계를 포함함으로써, 슬러지를 개량토로 개량하는 방법을 제공한다.
상기의 단계에 의해 얻어지는 본 발명에 따른 개량토에 있어서, 슬러지, 플라이애시 및 시멘트의 특성 및 조성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
첫째, 상기 개량토는 함수비가 50 내지 70%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 70 : 30의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 150kg 투입하여 제조할 수 있고,
둘째, 상기 개량토는 함수비가 70 내지 80%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 70 : 30의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 150 내지 200kg 투입하여 제조할 수 있고,
셋째, 상기 개량토는 함수비가 70 내지 80%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 60 : 40의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 150kg 투입하여 제조할 수 있고,
넷째, 상기 개량토는 함수비가 40 내지 50%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 80 : 20의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 200kg 투입하여 제조할 수 있고,
다섯째, 상기 개량토는 함수비가 40% 미만인 슬러지를 사용하고, 플라이애시및 시멘트가 80 : 20 내지 95 : 5의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 200kg 투입하여 제조할 수 있으며,
여섯째, 상기 개량토는 함수비가 80% 이상인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 70 : 30의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 200kg 투입하여 제조할 수 있고, 이때 슬러지에 함유된 수분이 많은 경우에는 슬러지를 일정시간 체류시켜 슬러지분을 침강시킨 다음 수분을 제거한 후에 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 개량토는 슬러지에 함유된 유기물이 많은 경우 응집고화가 신속하게 행하여지지 않기 때문에, 황산알루미늄, 염화철 및 소석회로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 슬러지 및 응집고화제와, 이들을 혼련 및 교반하는데 사용되는 피트 및 굴삭기에 대해 상세히 살펴보고, 이들에 의해 이루어지는 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 각종 건설현장이나 댐 등의 준설공사에 따라 발생하는 함수비가 높은 유동체 형상의 슬러지를 밀폐구조의 수밀탱크 (vacuum car) 또는 탱크로리로 운반하여 응집고화 개량 현장까지 운반해 온다.
피트는 상기와 같이 운반해 온 슬러지를 일정량 투입하기 위한 것으로, 보통 슬러지 발생현장에 마련하는 것이 일반적이다. 그 재질은 콘크리트인 것이 바람직하고, 슬러지의 투입량을 눈으로 관측하기 쉽게 되어 있으며, 굴삭기의 아암의 길이가 7m인 경우에 폭 5m, 길이 10m, 깊이 3.5m의 크기로 제작될 수 있다. 상기 크기의 피트는 1일당 슬러지를 응집고화 개량하는데 대응하고, 그 수를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 피트를 3개 이상 설치하는 경우, 1개의 피트에서 슬러지를 투입하고 있는 동안에, 다른 1개의 피트에서는 슬러지를 응집고화 개량하고, 또 다른 1개의 피트에서는 응집고화된 개량 슬러지, 즉 개량토를 반출할 수 있으므로, 서로 교대로 연속작업을 행할 수 있다.
응집고화제는 화력발전소에서 발생하는 플라이애시와 시멘트를 60 : 40 내지 95 : 5의 중량비의 범위로 혼합한 것으로, 처리대상 슬러지의 함수비 또는 성상 등에 따라 슬러지 1㎥ 당 100 내지 200㎏이 혼입된다. 상기 시멘트로는 바람직하게 포틀랜드시멘트를 사용한다.
이때 슬러지 1㎥에 대해 상기 응집고화제를 100㎏ 보다 적은 양을 사용하게 되면 슬러지가 응집고화되는데 소요되는 시간이 지체되는 단점이 있고, 200㎏ 보다 많은 양의 응집고화제를 사용하게 되면 적정 크기의 피트 내에 투입되기에 부접합할 뿐만 아니라 본 발명에 따른 개량토로서의 성질을 벗어나게 된다.
슬러지는 각종 건설현장이나 댐 등의 준설공사에 따라 발생하는 함수비가 높고 입자가 미세한 유동체 형상으로 일부 유기물을 포함하는 무기계의 건설 오니 등으로, 트래피커빌러티 (trafficability; 장비의 주행성)가 200kN/㎡ 미만인 특성이 있으며, 발생현장에서 수밀탱크나 탱크로리로 운반되어 피트 내에 투입된다.
피트의 크기가 전술한 바와 같이 폭 5m, 길이 10m, 깊이 3.5m인 경우 150㎥ 정도의 슬러지가 투입될 수 있으며, 각각의 피트는 전술한 바와 같이 그 양을 확인할 수 있도록 되어 있다.
굴삭기는 슬러지와 응집고화제를 2 내지 3시간 동안 고르게 혼합시키고, 교반 종료 후 즉시 덤프 트럭에 적재하는 역할을 한다. 이는 일반적으로 건축업자들이 보유하고 있는 것이기 때문에 작업이 간단하고 일반적 보급이 용이하다.
응집고화된 개량 슬러지, 즉 개량토는 슬러지의 200kN/㎡ 미만이었던 트래피커빌러티가 1일 후에 400kN/㎡ 이상으로 현저하게 오르고, 수분도 응집고화 개량 슬러지에 포함된 상태로 되어 누일(漏逸)하지 않아, 수밀탱크가 아닌 보통의 탱크 트럭으로 운반 가능하며, 매립현장이나 도로노상, 도로로반 또는 주택조성지 등의 건설현장에 직접 반출할 수 있다.
여기서, 슬러지가 응집고화되는 원리를 살펴보면, 응집고화제가 슬러지의 이중전기층에 둘러싸인 콜로이드의 전위를 저하시키고, 안정성을 상실시키며, 급속적으로 또한 강력하게 응고 침강시킨다. 또한, 플라이애시에 포함되어 있는 실리카가 물이나 슬러지를 강력하게 흡착하기 때문에 응집고화 개량된 슬러리에는 수분이 함께 포함되어 있지만 누일하지 않는다.
그 결과, 본 발명에 의한 응집 고화 개량후의 슬러지는 빗물에 접촉하여도 다시 원래의 액체 형상의 슬러지로 되돌아가지 않고, 수로나 하천에 유출되어도 환경파괴를 일으키지 않으며, 건설현장에 이용할 경우 유효한 성토재 등으로서 이용이 가능하다. 또한 응집 고화 개량 직후에는 스톡야드 (stock yard)에 일시적으로 저류하여도 좋지만, 상승된 트래피커빌러티에서 알 수 있듯이 일시적으로 저류하지 않고 즉시 매립지나 도로노상 등의 건설용 흙 등으로 이용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명이 하기의 실시예에 의해 국한되는 것은 아니다.
실시예 1
자연함수비가 44.99%이고, 트래피커빌러티가 67kN/㎡인 슬러리 1㎥에 플라이애시 및 시멘트가 80 : 20의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 120kg 투입한 다음, 2시간 혼련교반하여 슬러지를 응집고화하였다. 그 결과, 293kN/㎡의 트래피커빌러티를 나타내었고, 1일후에는 648kN/㎡을 나타내었고, 3일후에는 1159 kN/㎡의 트래피커빌러티를 나타내었다.
이상의 결과로부터 응집고화 개량 직후에는 덤프 트럭으로 운반이 가능하고, 1일 이후에는 보통의 흙과 같이 건설토로서 사용가능함을 알 수 있다.
실시예 2
자연함수비가 77.56%이고, 트래피커빌러티가 41kN/㎡인 슬러리 1㎥에 플라이애시 및 시멘트가 60 : 40의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 150kg 투입한 다음, 2시간 혼련교반하여 슬러지를 응집고화하였다. 그 결과, 259kN/㎡의 트래피커빌러티를 나타내었고, 1일후에는 578kN/㎡을 나타내었고, 3일후에는 1067 kN/㎡의 트래피커빌러티를 나타내었다.
이상의 결과로부터 응집고화 개량 직후에는 덤프 트럭으로 운반이 가능하고, 1일 이후에는 보통의 흙과 같이 건설토로서 사용가능함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 처리곤란 폐기물인 함수비가 높은 유동체 형상의 슬러지를 단시간 내에 건설용 흙으로서 유효하게 이용하는 것이 가능하고, 피트를 슬러지 발생현장에 마련하는 경우 즉시 반출, 유효 이용할 수 있기 때문에 현장대응형이며, 작업이 간단할 뿐만 아니라, 응집고화제도 화력발전소에서 발생하는 처리곤란 폐기물인 플라이애시를 주원료로 하고 있어, 플라이애시를 유효하게 합리적으로 이용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 트래피커빌러티 (trafficability; 장비의 주행성)가 200kN/㎡ 미만이고, 일부 유기물을 포함하는 유동체 형상의 무기계 슬러지를 준비하는 단계;
    플라이애시 (fly ash) 및 시멘트가 60 : 40 내지 95 : 5의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 준비하는 단계; 및
    상기 슬러지 1㎥에 상기 응집고화제를 100 내지 200kg을 투입한 다음, 2 내지 3시간 동안 혼련교반하여 응집고화하는 단계를 포함함으로써 슬러지를 개량토로 개량하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 함수비가 50 내지 70%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 70 : 30의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 150kg 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 함수비가 70 내지 80%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 70 : 30의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 150 내지 200kg 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 함수비가 70 내지 80%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 60 : 40의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 150kg 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 함수비가 40 내지 50%인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 80 : 20의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 200kg 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 함수비가 40% 미만인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 80 : 20 내지 95 : 5의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 100 내지 200kg 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 함수비가 80% 이상인 슬러지를 사용하고, 플라이애시 및 시멘트가 70 : 30의 중량비로 이루어지는 응집고화제를 사용하여 상기 슬러지 1㎥에 200kg 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개량토는 슬러지에 함유된 수분이 많은 경우 슬러지를 일정시간 체류시켜 슬러지분을 침강시킨 다음 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량토는 슬러지에 함유된 유기물이 많은 경우 황산알루미늄, 염화철 및 소석회로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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