KR100808814B1 - 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토에 관한 것으로, 정수 처리장에서 수분함량이 70 중량 퍼센트(wt%) 이하로 탈수되어 9~15 wt%의 배합비를 이루는 정수 슬러지와; No.200 체를 통과하는 미세입자가 전체입도 분포 중 70% 이하이고 그 함수율이 13 wt% 미만이며 85~91 wt%의 배합비를 이루는 흙과; 상기 정수 슬러지와 흙이 배합되어 만들어진 혼합토에 0.005~0.015 wt%로 첨가되어 상기 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지하기 위한 계면활성제를 주성분으로 하여 이루어지는 토양 안정제를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하여, 상기 정수 슬러지를 재활용함으로써 상기 정수 슬러지를 처리하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있으며 상기 정수 슬러지로 인해 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

정수 슬러지, 흙, 토양 안정제, 도로공사, 노상토.

Description

정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토{SOIL FOR ROAD-REPAIRING USING WATER-SLUDGE}

도 1은 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토를 제조하기 위한 제조 공정도이다.

본 발명은 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토에 관한 것으로, 특히 정수 처리시 발생되는 슬러지와 흙이 배합되어 만들어진 혼합토에 토양 안정제를 소정량 첨가하여 상기 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지하고, 상기와 같이 정수 슬러지를 재활용함으로써 상기 정수 슬러지를 처리하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 상기 정수 슬러지로 인해 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위한 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토에 관한 것이다.

일반적으로 정수 슬러지는 정수 처리 과정에서 수중의 오탁물이 침전되어 발생하는 진흙 상태의 물질로서, 대부분이 폐기물 매립장에 매립되거나 공해상에 해양 투기되어 처리되고 있는 실정이다.

그러나, 상기와 같은 정수 슬러지는 높은 함수율로 인하여 매립장의 안정을 저해하고, 매립 처리시 발생하는 침출수 등에 의해 토양 및 지하수가 오염되는 등의 문제 때문에 매립장을 확보하는데 많은 어려움이 있다.

아울러, 상기 정수 슬러지를 공해상에 해양 투기하기 위해 투기 지점까지 운송하려면 많은 운송비용이 소요되고, 해양을 오염시키는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 정수 슬러지를 재활용하기 위한 방법으로 등록특허공보 공고번호 제10-0242766호에 '정수장 슬러지를 주원료로 한 상토 조성물 및 그의 제조방법'과, 등록특허공보 공고번호 제10-0274532호에 '상수 슬러지를 이용한 토양개량제의 제조방법'이 제안된 바가 있으나, 상기와 같은 정수 슬러지를 도로공사용 노상토로 이용하는 방법에 대해서는 후술하는 바와 같이 여러 가지 문제점으로 인하여 아직까지 제안되지 못하고 있는 실정이다.

즉, 폐기물 관리법 시행규칙 제46조 3항에는 수분 함량 70% 이하로 탈수 건조시킨 정수 슬러지를 흙 50% 이상과 혼합하여 건축 토목 공사의 성토재, 보조 기층재, 도로 기층재 등으로 이용할 수 있도록 규정하고 있는데, 상기 폐기물 관리법 시행규칙을 만족하도록 흙과 정수 슬러지를 배합하게 되면 함수율을 감소시킬 수는 있으나 흙과 정수 슬러지의 점토성 때문에 우기(雨期) 시에 수분이 흙과 정수 슬러지 입자 표면에 재흡착되어 흙과 정수 슬러지의 팽창으로 인한 스폰지 현상이 발생하여 도로 포장층의 강도가 저하됨으로써 도로가 파손되게 되고 이에 따라 통행 차량의 진입 및 통행을 제한해야 하는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 흙과 정수 슬러지가 배합되어 만들어진 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지함으로써 도로 포장층의 강도가 저하되어 도로가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하는 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 정수 처리시에 발생되는 정수 슬러지를 재활용함으로써 상기 정수 슬러지를 처리하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 상기 정수 슬러지로 인해 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있도록 하는 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토는, 정수 처리장에서 수분함량이 70 중량 퍼센트(wt%) 이하로 탈수되어 9~15 wt%의 배합비를 이루는 정수 슬러지와; No.200 체를 통과하는 미세입자가 전체입도 분포 중 70% 이하이고 그 함수율이 13 wt% 미만이며 85~91 wt%의 배합비를 이루는 흙과; 상기 정수 슬러지와 흙이 배합되어 만들어진 혼합토에 0.005~0.015 wt%로 첨가되어 상기 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지하기 위한 계면활성제를 주성분으로 하여 이루어지는 토양 안정제를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계면활성제는 황화유(Sulphonated oil)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토는, 정수 슬러지와, 흙 및, 토양안정제가 배합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 상기 노상토는 노상에 사용되는 흙을 말하며, 상기 노상이란 도로에 있어서의 포장의 밑두께 약 1m의 흙부분을 말하며, 흙쌓기부에서는 흙쌓기 마감면으로부터, 터파기부에서는 굴착면으로부터 약 1m의 부분이 이에 해당한다.

노상의 흙이 노반에 침입하는 것을 방지하기 위한 차단층, 연약 지반에서 노상토의 치환 부분 등도 노상에 포함된다.

포장이 파괴되지 않고 그 역할을 담당하기 위해서는 포장뿐만 아니라 그 하부에 있는 부분에 대해서도 충분히 주의할 필요가 있으며, 노상은 포장의 두께를 결정하는 기초가 된다.

상기와 같은 노상토는 하기의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준인 <표 1>에 적합해야 한다.

상기 표 1에서 소성지수는 자연 상태에서 흙이 소성 상태로 존재할 수 있는 범위를 말하고, 수정 CBR은 현장에서 기대할 수 있는 노상재료의 강도를 나타내는 값을 말하며 다짐 시험과 수침팽창량 시험, 관입시험의 결과를 기준으로 구하게 된다.

상기 다짐 시험은 KS F 2312, 수침팽창량 시험은 KS F 2320, 관입시험은 KS F 2307 등과 같이 한국산업규격(KS)에 의거한 시험방법으로 실시하면 되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 정수 슬러지는, 정수 처리과정에서 수중의 오탁물이 침전되어 발생하는 진흙 상태의 물질로서, 많은 양의 수분과 점토, 모래, 유기물 및, 응집제의 수화물로 구성되어 있으며, 후술할 본 발명의 실시예에서는 정수 처리장에서 수분 함량이 일정량 탈수되어 폐기물 관리법의 규정에 적합한 것을 사용하였다.

상기 흙은, 일반적으로 그 입자의 크기에 따라 자갈(76~4.75mm)과, 모래(4.75~0.05mm)와, 실트(0.05~0.002mm)와, 점토(0.002~0.001mm)와, 콜로이드(0.001mm 미만)로 분류되며, 후술할 본 발명의 실시예1 내지 실시예3에서는 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에 적합한 흙을 사용하였고, 실시예 4와 실시예 5에서는 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에 맞지 않는 흙을 사용함으로써, 상기 정수 슬러지와 배합시 특성을 비교 분석하였다.

본 발명은 일반적인 흙에 정수 슬러지를 배합한 혼합토의 특성이 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준을 만족하도록 하는 것이 요지이기 때문에 No.200 체를 통과하는 미세입자가 전체입도 분포 중 70% 이하로 분포 하는 흙에 상기 정수 슬러지와 후술할 토양 안정제를 후술하는 실시예들에서와 같이 여러 가지 배합비로 배합하여 시험을 실시하였다.

또한, 상기 흙은 그 함수율이 13 wt% 미만인 것을 사용하였는데, 최적함수율의 범위는 마사토의 경우 13 wt%를 전후로 형성되기 때문이다.

상기 함수율이 13 wt% 이상일 경우에는 정수 슬러지와 배합시 최적함수율 조건에 만족되지 못하기 때문에 자연건조 시키거나 건조로에서 건조후 배합해야 한다.

상기에서 No. 200 체는, KS 규격에 따른 시험용 체로서 그 체눈의 직경이 0.075mm 인 것을 말하고, No. 4 체는 그 체눈의 직경이 4.75mm 인 것을 말한다.

한편, 상기 토양 안정제는, 상기 흙과 정수 슬러지가 배합되어 만들어진 혼합토에 소정량 첨가되어 상기 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 주로 계면활성제를 주성분으로 하여 이루어지고, 상기 계면활성제는 황화유(Sulphonated oil)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 토양 안정제는 계면활성제의 일종인 황화유와 상기 황화유의 활성을 지속적으로 유지시켜 주는 활성 성분을 포함하여 이루어지는 화학 합성물질로서, 황화유 분자는, 대부분의 비극성 유기질 용매에는 불용성이지만 물에 완전히 용해되거나 잘 섞이는 친수성(親水性)인 머리 부분과, 탄소와 수소원자의 조합으로 구성되어 물에 용해되지 않는 소수성(疏水性)인 꼬리 부분으로 이루어져 있으며, 현재 캐나다 Rhide Technologies사의 'CBR Plus'가 상용화 되어 있다.

상기와 같은 황화유는 적정량으로 배합된 흙과 슬러지 입자와 후술하는 바와 같이 상호작용을 함으로써 상기 흙과 슬러지가 배합된 혼합토에 흡착된 수분을 제거하고 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지한다.

즉, 흙과 슬러지 입자 표면의 운동성이 강한 양이온은 황화유의 친수성 머리부분의 음이온과 결합하여 제 위치에 고착되고, 황화유 분자에 의하여 밀폐되어 수분과 결합하여 용매 화합물을 형성하지 못하도록 한다.

또한, 황화유 분자의 머리부분은 일단 흙 및 슬러지 입자와 결합하게 되면 황화유 분자의 소수성 꼬리는 흙 및 슬러지 입자 표면으로부터 멀어지는 방향으로 향하게 되어 흙 및 슬러지 입자 주변에 유성의 보호층을 형성하게 된다.

따라서, 수분은 소수성 꼬리에 의하여 반발되어, 기계적인 압력을 가하지 않아도 자연적으로 흙 및 슬러지 입자로부터 격리되게 되고, 상기와 같은 작용으로 인해 흙 및 슬러지 입자는 매우 조밀한 상태로 배열되게 되며 흙 및 슬러지 입자 주변에 형성된 소수성 보호층에 의하여 소량의 수분이라도 침투할 수 없게 된다.

아울러, 소수성 보호층으로 피복된 흙 및 슬러지 입자 사이의 공간으로는 수분이 자유롭게 이동할 수 있으므로 자연적인 증발에 의하여 수분이 쉽게 증발되고 흙 및 슬러지 입자 표면에 재흡착되지 않기 때문에 상기 흙과 슬러지가 배합된 혼합토의 안정성을 지속적으로 유지할 수가 있는 것이다.

상기와 같은 효과를 얻기 위해서 본 발명에서는 정수 슬러지와, 흙 및, 토양 안정제를 여러 가지 배합비로 배합하여 KS 규격에 따른 시험방법에 의거하여 하기와 같은 실시예들을 실시하였다.

[실시예 1]

정수 슬러지는 함수율이 67.1 wt% 로 탈수된 것을 사용하였고, 흙은 전체 입도분포 중 No.200 체를 통과하는 미세입자의 분포가 9.8% 이고 함수율이 5.66 wt% 로서 후술하는 표 2의 AASHTO분류법에 의해 A-3로 분류된 비소성인 것을 사용하였다.

상기 실시예 1에서 알 수 있듯이 흙의 배합비를 85.7 wt%이상으로 하고 정수 슬러지의 배합비를 14.3 wt% 이하로 하여 토양 안정제를 0.01 wt% 첨가한 다음, 배합을 하게 되면 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에서 소성지수(10이하)와 수정CBR(10이상)을 만족시킬 수가 있다.

[실시예 2]

정수 슬러지는 함수율이 69.5 wt% 로 탈수된 것을 사용하였고, 흙은 전체 입도분포 중 No.200 체를 통과하는 미세입자의 분포가 14.3% 이고 함수율이 11.4 wt% 로서 후술하는 표 2의 AASHTO분류법에 의해 A-2로 분류된 소성지수가 6.1% 인 것을 사용하였다.

상기 실시예 2에서 알 수 있듯이 흙의 배합비를 85.7 wt%이상으로 하고 정수 슬러지의 배합비를 14.3 wt% 이하로 하여 토양 안정제를 0.01 wt% 첨가한 다음, 배합을 하게 되면 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에서 소성지수(10이하)와 수정CBR(10이상)을 만족시킬 수가 있다.

[실시예 3]

정수 슬러지는 함수율이 68,5 wt% 로 탈수된 것을 사용하였고, 흙은 전체 입도분포 중 No.200 체를 통과하는 미세입자의 분포가 22.8% 이고 함수율이 10.3 wt% 로서 후술하는 표 2의 AASHTO분류법에 의해 A-2로 분류된 소성지수가 7.5% 인 것을 사용하였다.

상기 실시예 3에서 알 수 있듯이 흙의 배합비를 85.7 wt% 이상으로 하고 정수 슬러지의 배합비를 14.3 wt% 이하로 하여 토양 안정제를 0.01 wt% 첨가한 다음, 배합을 하게 되면 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에서 소성지수(10이하)와 수정CBR(10이상)을 만족시킬 수가 있다.

[실시예 4]

정수 슬러지는 함수율이 69.6 wt% 로 탈수된 것을 사용하였고, 흙은 전체 입도분포 중 No.200 체를 통과하는 미세입자의 분포가 42.3% 이고 함수율이 11.3 wt% 로서 후술하는 표 2의 AASHTO분류법에 의해 A-4, A-5로 분류된 소성지수가 9.4% 인 것을 사용하였다.

상기 실시예 4에서 알 수 있듯이 흙의 배합비를 87.5 wt% 이상으로 하고 정수 슬러지의 배합비를 12.5 wt% 이하로 하여 토양 안정제를 0.01 wt% 첨가한 다음, 배합을 하게 되면 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에서 소성지수(10이하)와 수정CBR(10이상)을 만족시킬 수가 있다.

[실시예 5]

정수 슬러지는 함수율이 69.1 wt% 로 탈수된 것을 사용하였고, 흙은 전체 입도분포 중 No.200 체를 통과하는 미세입자의 분포가 68% 이고 함수율이 12.95 wt% 로서 후술하는 표 2의 AASHTO분류법에 의해 A-6, A-7로 분류된 소성지수가 15.3% 인 것을 사용하였다.

상기 실시예 5에서 알 수 있듯이 흙의 배합비를 90.9 wt% 이상으로 하고 정수 슬러지의 배합비를 9.1 wt% 이하로 하여 토양 안정제를 0.01 wt% 첨가한 다음, 배합을 하게 되면 상기 표 1의 건설교통부 도로공사 표준시방서 노상재료의 기준에서 소성지수(10이하)와 수정CBR(10이상)을 만족시킬 수가 있다.

상기의 실시예 1 ~ 실시예 5의 결과들을 종합해보면, 상기 표 1의 건설 교통부 도로공사 표준시방서 노상재료 기준을 만족시키기 위해서는 상기 정수 슬러지는 9~15 wt%, 상기 흙은 85~91 wt%, 상기 토양 안정제는 0.005~0.015 wt%로 배합하는 것이 바람직하다.

아울러, 흙과 정수 슬러지 및 토양 안정제를 상기와 같은 배합비로 배합하게 되면 노상토로 활용이 가능하지만, 경제성을 확보하고 단기간에 대량의 정수 슬러지를 처리하기 위해서는 점질토 보다는 사질토의 흙이 더 효율적일 것이다.

한편, 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토를 제조하기 위한 제조공정은 도 1에 도시된 바와 같이 수집 단계와, 흙의 분류 단계와, 함수율 시험 단계와, 배합비 결정 단계와, 배합 단계와, 품질검사 단계와, 반출단계를 포 함하여 이루어진다.

상기 수집단계는 각 정수 처리장에서 발생되는 슬러지를 침출수가 유출되지 않는 시설을 갖춘 일정지역에 수거하고, 공사현장이나 토취장에서 흙을 수집하는 단계이고, 다음 단계로서 흙의 분류 단계를 거치게 되는데, 상기 흙의 분류 단계는 상기 수집단계에서 수집된 흙을 AASHTO 분류법에 의거하여 분류하는 단계이다.

상기 AASHTO 분류법은 흙의 입도와 군지수 등에 따라 분류하는 방법으로서, 하기의 표 2와 같다.

상기와 같이 분류된 흙과 정수 슬러지는 함수율 시험 단계를 거치게 되는데, 상기 함수율 시험 단계는 상기 정수 슬러지가 폐기물 관리법 규정에 적합하도록 70% 이하가 되도록 하고, 상기 흙의 함수율이 13% 이상일 때는 자연건조를 시키거 나 건조로에서 건조되도록 하는 단계이다.

다음 단계로서, 배합비 결정 단계를 거치게 되는데, 이 단계는 상기 정수 슬러지와 흙의 함수비가 최적이 되도록 배합비를 결정하고, 이에 첨가되는 토양 안정제의 배합비도 결정하는 단계이다.

상기와 같이 최적의 배합비가 결정이 되고 나면 상기 정수 슬러지와 흙, 토양 안정제는 고속형 배합기에 투입되어 1분 내지 2분 동안 배합되는 배합 단계를 거치게 된다.

상기와 같이 배합이 이루어지게 되면 품질 검사 단계를 거치게 되는데, 이 단계에서는 KS 규격에 의거하여 함수율 시험, 다짐시험 등의 시험을 거치게 된다.

상기와 같은 제조공정으로 제조되어 상기 품질 검사 단계에서 합격이 되면 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토는 건설현장으로 반출되는 반출단계를 거치게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토에 의하면, 정수 슬러지를 처리하는 과정에서 발생되는 슬러지와 흙이 배합되어 만들어진 혼합토에 토양 안정제를 소정량 첨가하여 상기 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지함으로써 도로 포장층의 강도가 저하되어 도로가 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 정수 슬러지를 재활용함으로써 상기 정수 슬러지를 처리하는데 소요되 는 비용을 절감할 수 있으며, 상기 정수 슬러지로 인해 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 실시예들을 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. 정수 처리장에서 수분함량이 70 중량 퍼센트(wt%) 이하로 탈수되어 9~15 wt%의 배합비를 이루는 정수 슬러지;

   No.200 체를 통과하는 미세입자가 전체입도 분포 중 70% 이하이고 그 함수율이 13 wt% 미만이며 85~91 wt%의 배합비를 이루는 흙;

   상기 정수 슬러지와 흙이 배합되어 만들어진 혼합토에 0.005~0.015 wt%로 첨가되어 상기 혼합토에 흡착되어 있는 수분을 제거함과 동시에 상기 혼합토에 수분이 재흡착되는 것을 방지하기 위한 계면활성제를 주성분으로 하여 이루어지는 토양 안정제;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정수 슬러지를 이용한 도로 공사용 노상토.
2. 제1항에 있어서,

   상기 계면활성제는 황화유(Sulphonated oil)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수 슬러지를 이용한 도로공사용 노상토.

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