KR100485207B1 - 슬래그 간극수의 해수 유입시 발생하는 백탁현상 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래그 간극수의 해수 유입시 발생하는 백탁현상 방지 방법에 관한 것으로, 그 구성은

연약지반상부에 배수층을 형성하고, 이 배수층위에 재하재층을 형성하여 연약지반내로부터 배출되는 슬래그 간극수를 집수조로 수집하여 해수로 유입시키는 방법에 있어서,

상기 배수층 및/또는 재하재층을 슬래그로 형성하고,

상기 집수조에 수집된 슬래그 간극수에 1m³당 이산화탄소 혹은 이를 함유하는 배가스를 액상타입의 이산화탄소 환산량으로 0.4kg이상 투입하는 것을 특징으로 하는 슬래그 간극수의 해수 유입시 발생하는 백탁현상 방지 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 슬래그를 연약지반 개량재로 사용할 경우 발생하게 되는 알칼리성 침출수에 이산화탄소를 작용시켜 중성화하고, 백탁의 원인이 되는 Ca 성분을 사전에 분리 제거함으로써 환경에 악영향을 미치지 않는다.

Description

슬래그 간극수의 해수 유입시 발생하는 백탁현상 방지 방법{THE METHOD OF PREVENTION MILKY WATER GENERATED FROM STEEL SLAG}

본 발명은 슬래그를 연약지반 개량재로 사용하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해안에 인접한 연약지반의 개량시 재하용 또는 배수층용 재료로 슬래그를 사용할 때 배출되는 슬래그 간극수가 바다에 유입될 때 발생 가능성이 높은 백탁현상을 방지하는 방법에 관한 것이다.

제철소의 제강공정에서는 용선에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 산소를 취련하면서 생석회 등의 부원료를 투입하는데, 이때 용선중의 불순물인 Si, P, S등이 산화반응하면서 슬래그가 다량 발생된다. 이 슬래그는 슬래그 배재장으로 배재하여 냉각하는데, 현재 일부는 자원 재활용 측면에서 재활용되고 있다. 그러나, 상당량이 매립되고 있는 실정으로 매립지 확보가 점차 어려워지므로 이를 해결하기 위해 새로운 재활용 방안을 개발하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다.

최근에는, 슬래그를 해양분야에 재활용하려는 관심이 높아지고 있으며, 일례로서 갯벌등의 연약지반 개량재로서 사용하는 방법이 검토되고 있다. 연약지반 개량에도 여러 공법이 있으나, 가장 많이 사용되는 공법은 모래말뚝 공법이다.

이 공법에서는 연약지반내에 포함된 물(해수)을 배출시키기 위해서, 연약지반 상단에 모래말뚝을 만들고 또 지반토 상단에는 모래층을 두고 그 위에 하중을 걸어주는 재하재층을 설치하여 지반토내의 물(해수)이 모래말뚝으로 모이게 한다.

이와같이 하여 모인 물은 재하재의 하중에 의해 발생하는 상승효과에 의해 모래말뚝 상단으로 이동한 후, 배수층을 통과한 후 집수정으로 배출되도록 되어 있다.

그런데 상기 배수층으로 슬래그를 사용한 경우에는 슬래그에서 용출되는 Ca 성분에 의해 통과하는 물의 pH가 상승하게 된다. 또한 상부의 슬래그 재하층을 통과한 빗물도 고 pH값을 갖고 있으며, 이것도 하부 배수층을 통과하는 물과 합쳐져서 함께 집수정으로 배출된다(이하, 발생하는 높은 pH 배출수를 '슬래그 간극수'라 한다).

이상의 과정을 통해 배출되는 간극수는 12이상의 pH값을 가지며, 그대로 해양에 배출되면 경우에 따라 간극수 중의 Ca성분과 해수 중의 중탄산 이온(HCO₃ ^-)이 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃)의 백색입자가 석출되어 백탁현상이 발생한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 해수 중에 녹아있는 CO₂는 해수의 pH에 따라 그 존재 형태가 달라지며, 일반적으로 해수의 pH값은 8근처이고, 이때 녹아있는 CO₂는 중탄산 이온 형태(HCO₃ ^-)로 존재한다. 그러나 간극수가 유입된 부분에서는 pH가 높아져서 탄산이온(CO₃ ^-2)으로 변화되고, Ca⁺² 이온과 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃) 입자로 석출하게 된다.

이를 반응식으로 정리하면 다음과 같다:

간극수: Ca(OH)₂(액상) → Ca⁺² + 2OH^-

해수: HCO₃ ^-(해수)

간극수 + 해수: Ca⁺² + 2OH^- + HCO₃ ^- →Ca⁺² + CO ₃ ^-2 + H₂O →CaCO₃↓+ H₂O

이에 본 발명자들은 대한민국 특허출원 제99-59502호에 전로슬래그를 재용융시킨 다음 유출 슬래그에 공기를 분사하여 FeO함량이 적정량이 되도록 재산화시키는 방법에 관한 전로 슬래그 백탁수의 처리방법을 제시한 바 있다. 그러나 이 방법은 제철소의 용융 슬래그를 이용한 전처리 방법으로서 현장에 직접 적용하기 어렵다는 문제가 있으므로, 여전히 슬래그 간극수에 대한 백탁현상 방지 방법에 대한 필요성이 존재한다.

이에 본 발명의 목적은 슬래그에서 생성되는 백탁수를 환경에 무해하도록 처리하는 방법을 제공하려는데 있다.

본 발명에 의하면,

연약지반상부에 배수층을 형성하고 이 배수층위에 재하재층을 형성하여 연약지반내로부터 배출되는 슬래그 간극수를 집수조로 수집하여 해수로 유입시키는 방법에 있어서,

상기 배수층 및/또는 재하재층을 슬래그로 형성하고,

상기 집수조에 수집된 슬래그 간극수에 1m³당 이산화탄소 혹은 이를 함유하는 배가스를 액상타입의 이산화탄소 환산량으로 0.4kg이상 투입하는 것을 특징으로 하는 슬래그 간극수의 해수 유입시 발생하는 백탁현상 방지 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 연약지반 개량재(배수층 또는 재하재층에 사용되는 재료)로 슬래그를 사용할 때 집수조로 수집되는 슬래그 간극수를 적정량의 이산화탄소를 투입하여 pH를 배출수기준이하로 조정하는데, 그 특징이 있다. 이러한 본 발명의 방법에 의해 처리된 슬래그 간극수는 바다에 흘러 들어가더라도 백탁현상을 발생하지 않을 뿐만 아니라 환경에 무해하다.

즉, 본 발명에서는 pH가 12정도인 슬래그 간극수중에 이산화탄소를 주입시켜 미리 백탁현상을 일으키고, 생성된 CaCO₃는 분리 제거하여 간극수중의 Ca⁺²이온과 OH^-이온을 감소시켜 배출하면 해수에 유입되어도 백탁이 재생성되지 않는 것이다. 이뿐만 아니라 국내법상 방류수 배출 기준인 pH8.5이하로도 조절할 수 있는 잇점이 있다.

우선, 본 발명에서 사용가능한 슬래그로는 전로 슬래그를 포함한다. 또한 사용하는 이산화탄소로는 이산화탄소 가스뿐만 아니라 이를 통상 10-20%정도씩 함유하고 있는 배가스를 사용할 수 있으며, 그 투입량은 처리하고자 하는 슬래그 간극수 1m³당 액상 타입의 이산화탄소 환산량으로 0.4kg이상인 것이 바람직하다. 0.4kg이하로 투입하게 되면 발생되는 탄산칼슘 석출량에 비하여 용존하는 Ca가 훨씬 많게 되므로 pH를 적정값이하로 떨어뜨릴 수 없어 바람직하지 않다.

이때 슬래그 간극수 1m³당 0.5∼0.8kg으로 투입하는 것이 보다 바람직한 바, 이는 0.8kg이상일 경우에는 pH값은 8.5이하로 떨어지나 집수정에서 최종 배출구까지 이송되는 동안 토양이나 공기와의 접촉등에 의하여 자연중화가 일어나기 때문에 집수정 배출수의 pH는 9.5이하 정도로만 낮추면 충분한 현장 사정을 감안한 것이다.

상기 이산화탄소 투입 방법으로는 분사, 산기관을 이용한 전체 확산, 교반등 일반적으로 사용하는 방법이면 어떠한 방법이든 사용할 수 있다.

생성된 백탁 입자의 분리 및 제거를 위해 본 발명에서 사용한 방법은 육안으로 최종 배출수에서 백색 부유물이 관찰 안될 정도로 여과할 수 있으면 무방하며, 그 예로는 여과사층을 통과시키는 방법, 침전조에서 침전시킨 후 상등액만을 배출하는 방법, 세라믹 필터를 사용하는 방법, 탈수 설비를 이용하여 백탁입자를 슬러지 케이크로 분리하는 방법들중에서 현장 사정에 적합한 것을 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 pH가 높은 슬래그 간극수를 해수에 방류하기 전에 이산화탄소로 전처리하여 환경에 무해하게 하는데, 먼저 집수조에서 슬래그 간극수에 이산화탄소를 간극수 1m³당 액상타입의 이산화탄소 환산량으로 0.4kg이상의 범위로 투입하여 침전물을 형성하고 pH를 9.5이하로 낮춘다. 침전물은 대부분 백탁현상을 일으키는 탄산칼슘이므로, 따라서 침전물은 모두 여과하여 제거한 다음 방류한다.

본 발명의 방법에 의한 반응기작을 반응식으로 나타내면 다음과 같다:

간극수: Ca(OH)₂(액상) → Ca⁺² + 2OH^-

이산화탄소: CO₂

간극수+이산화탄소: Ca⁺² + 2OH^- + CO₂ →CaCO₃ + H₂O

따라서 상기식에서 보듯이, 수산화칼슘을 제거한 슬래그 간극수를 해수에 유입하면 H₂O만 해수에 유입되게 되므로 차후의 백탁현상은 전혀 일어나지 않는다. 또한 본 발명의 방법에 의해 슬래그 간극수를 처리하면 pH 또한 국내법 처리수의 방류 기준인 pH8.5이하, 바람직하게는 pH7-8.5를 맞추게 되는 잇점이 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 본 발명을 예시하고자 하는 것으로 이에 한정하려는 의미는 아니다.

실시예

<실시예 1>

연약지반 개량 공법으로 현재 가장 널리 사용되고 있는 모래말뚝 공법을 사용하여 시공하고, 재하재는 슬래그를 사용한 시험현장에서 모래말뚝 사이로 스며 올라온 슬래그 간극수를 채취하였다.

이 간극수의 pH를 측정하였다. 또한 간극수내의 주 침전물은 x선회절분석에 의하여 탄산칼슘임을 확인하였다. 침전물을 여과하여 제거하였으며, 여과후 pH를 측정하였다.

또한 본 발명의 방법에 의해 슬래그 간극수의 pH를 바닷물에 영향이 없는 수준으로 개선하기 위하여 슬래그 간극수에 액상 타입의 이산화탄소를 간극수 1m³당 0.6kg범위로 투입하여 처리후 여과한 다음 방류수의 pH를 측정한 결과 pH8.8로서 본 발명의 방법에 의해 방류전에 이산화탄소를 투입할 경우에 그 pH조정효과가 탁월함을 확인할 수 있었다.

<실시예 2>

본 실시예는 슬래그 간극수 1m³를 처리하여 방류수 pH를 9.5이하, 바람직하게는 pH7-8.5 이하로 조절하는데 소요되는 CO₂ 적정량을 도출하기 위한 실험이다.

본 실시예에서는 액화 CO₂가스를 슬래그 간극수 1m³이 들어 있는 반응조에 하기표 1에 도시한 양에 따라 기화시키면서 CO₂ 첨가량에 따른 최종 pH값을 측정하고 그 결과를 하기표 1에 함께 나타내었다.

이때 CO₂ 가스 버블링은 충분한 반응이 일어나도록 하기 위해 집수조 전체에 기포가 골고루 퍼지도록 집수조의 일내벽에 산기관을 설치하여 실시하였다.

구분	투입 CO2가스량(kg)	최종 측정 pH값
비교예 1	0.3	9.9
발명예 1	0.4	9.3
발명예 2	0.5	8.9
발명예 3	0.6	8.7
발명예 4	0.7	8.4
발명예 5	0.8	8.1
비교예 2	0.9	8.0

상기표에서 보듯이, 0.6 내지 0.7kg정도의 CO₂가스가 투입될 경우 pH 값이 8.5 이하로 떨어지는 것을 볼 수 있다. 그러나, 현장 사정을 감안하면 집수정에서 최종 배출구까지 이송되는 동안 토양이나 공기와의 접촉등에 의해 자연 중화가 일어나기 때문에 집수정 배출수의 pH는 9.5이하이면 충분할 것으로 사료된다.

따라서 본 발명의 방법에 대한 CO₂ 가스 투입량은 슬래그 간극수 1 m³당 0.4kg이상 투입하는 것이 바람직하다.

또한 0.6 내지 0.8kg범위인 것이 보다 바람직한 것으로, 0.8kg이상 투입하게 되면 pH값은 8.5이하로 떨어지나 집수정에서 최종 배출구까지 이송되는 동안 토양이나 공기와의 접촉등에 의하여 자연중화가 일어나기 때문에 집수정 배출수의 pH는 9.5이하 정도로만 낮추면 충분한 현장 사정을 감안할 때 이산화탄소를 너무 과량으로 투입하게 되면 경제적으로 바람직하지 않다.

상기한 바에 따르면, 해안이나 하안에 접한 지역에 슬래그가 다량 사용될 경우 발생할 수 있는 이산화탄소를 작용시켜 중성화하고, 백탁의 원인이 되는 칼슘성분을 사전에 분리 제거함으로써 높은 pH 배출수나 백탁발생 문제를 해결함과 동시에 부산물의 재활용율을 높일 수 있다.

Claims (2)

1. 연약지반상부에 배수층을 형성하고, 이 배수층위에 재하재층을 형성하여 연약지반내로부터 배출되는 슬래그 간극수를 집수조로 수집하여 해수로 유입시키는 방법에 있어서,

   상기 배수층 및/또는 재하재층을 슬래그로 형성하고,

   상기 집수조에 수집된 슬래그 간극수에 1m³당 이산화탄소 혹은 이를 함유하는 배가스를 액상타입의 이산화탄소 환산량으로 0.4-0.8 kg으로 투입하여 탄산칼슘 침전물을 형성하는 단계; 및

   상기 형성된 탄산칼슘 침전물을 분리하여 제거하는 단계;

   를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 슬래그 간극수의 해수 유입시 발생하는 백탁현상 방지방법
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