KR101492028B1 - 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 적토 및 토사로 이루어지고, 상기 적토는 적토와 토사 총 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 적토와 토사의 혼합토의 pH가 7.0 ~ 10.0이 되도록 적토 및 토사를 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
국내 적토는 국내 유일의 수산화 알루미늄 생산업체인 케이씨주식회사(주식회사 KC)의 수산화알루미늄 생산 공정에서 발생하는 알칼리성 부산물(bauxite residue)이다. 적토는 강알칼리성 미립자로서 그 자체로 강한 알칼리성으로 인해 환경에 피해를 줄 수 있다.
그러나, 일반토사 및 중성화제와의 적절한 혼합에 의해 성토재로 활용 가능할 정도로 pH가 중화된다면 일반토사를 대체하여 사용될 수 있으며, 적토에 함유된 적철석, 침철석, 알루미늄 규산염 등의 성분에 의해 오염물질의 흡착능도 향상될 수 있다.
한편, 폐기물 관리법 시행규칙 [별표 11] 폐기물 처분시설 또는 재활용시설의 관리기준에서 정하는 최종처분시설의 복토 기준에 의하면 매립작업이 끝난 후 투수성이 낮은 흙, 고화처리물 또는 건설폐재류를 재활용한 토사 등을 사용하여 15센티미터 이상의 두께(화학복토재 등 인공복토재를 사용하는 경우에는 환경부장관이 정하여 고시하는 두께)로 다져 일일복토를 하여야 하며, 매립작업이 7일 이상 중단되는 때에는 노출된 매립층의 표면부분에 30센티미터 이상의 두께로 다져 기울기가 2퍼센트 이상이 되도록 중간복토를 하여야 한다고 명시하고 있다. 또한 화학복토재 등 인공복토재는 폐기물공정 시험기준(방법)에 의한 용출시험 등을 하여 유해성이 없다고 판단한 후 사용하여야 한다라고 명시하고 있고, 매립지 내로 유입되는 우수(雨水)배제가 일일 복토 및 중간복토가 주요 목적 중의 하나라고 정의하고 있으며, 중간복토층 다중수위 형성을 방지하는 것에 대해서도 기재하고 있다. 따라서, 유해성이 없고 우수배제가 우수하며 다중수위 형성을 방지할 수 있는 중간복토재에 대한 연구가 필요한 실정이다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-1181325호(2012.09.14. 공고)에 개시되어 있는 친환경 고화체의 제조방법이 있다.
따라서, 본 발명은 폐기물 매립시 중간복토재로 사용 가능하고 물리, 화학적 성상(性狀)이 우수한 중간복토재용 혼합토 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 적토 및 토사로 이루어지고, 상기 적토는 적토와 토사 총 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토를 제공한다.
이때, 상기 적토는 미사(silt)이며, 상기 적토는 적철석, 침철석 및 알루미늄 규산염을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간복토재용 혼합토는 삼축압축강도가 117 ~ 134 kPa이고, 상기 중간복토재용 혼합토는 투수계수가 2.46×10-5 ~ 7.59×10-5 ㎝/sec인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 적토와 토사의 혼합토의 pH가 7.0 ~ 10.0이 되도록 적토 및 토사를 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조방법을 제공한다.
상기 적토는 적토와 토사 총 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수산화알루미늄 생산 공정에서 발생하는 알칼리성 부산물인 적토를 이용함으로써, 폐기물을 재활용할 수 있고 적토가 전체 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합되어 일반토사의 다짐특성과 유사한 범위를 유지할 수 있으며 삼축압축강도가 향상되고 투수계수가 낮아 폐기물 매립지의 중간복토재로 사용될 수 있다.
또한, 적토를 구성하는 철, 알루미늄 등의 광물로 인해 침출수 내 오염물질을 제거할 수 있고, 적토의 혼합으로 높아진 pH에 의해 중금속의 침전반응이 일어나므로, 매립지 침출수의 수질을 향상시킬 수 있어 환경오염을 방지할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 적토 및 토사로 이루어지고, 상기 적토는 적토와 토사 총 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토를 제공한다.
본 발명에 따른 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토는 적토가 전체 중량의 5 ~ 15중량%로 혼합하여 일반토사의 다짐특성과 비교적 동일하게 유지할 수 있고, 삼축압축강도가 향상되고 투수계수가 낮아 폐기물 매립지의 중간복토재로 사용될 수 있다. 또한, 적토를 구성하는 철, 알루미늄 등의 광물로 인해 침출수 내 오염물질을 제거할 수 있고, 적토의 혼합으로 높아진 pH에 의해 중금속의 침전반응이 일어나므로, 매립지 침출수의 수질을 향상시킬 수 있어 환경오염을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토에서 상기 적토는 수산화알루미늄 생산 공정에서 발생하는 알칼리성 부산물로서, 비중이 2 ~ 4 ton/㎥이고, 입자 지름이 0.002 ~ 0.02 ㎜의 토양입자인 미사(silt)이다. 또한, 상기 적토는 철, 알루미늄, 납, 구리, 비소, 카드뮴 및 크롬 등을 포함하며, 특히 적철석, 침철석 및 알루미늄 규산염 등을 포함하고 있어 오염물질을 흡착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토는 적토가 5 ~ 15 중량%로 포함되어 삼축압축강도가 117 ~ 134 kPa이고, 투수계수가 2.46×10-5 ~ 7.59×10-5 ㎝/sec이다. 폐기물 매립시설 설치 및 관리기준 연구 보고서에 의하면 폐기물 매립 후 일일 복토 및 중간복토가 반드시 실시해야 하는데 이는 중간복토재가 소정의 매립구획과 매립높이까지 매립되어 빗물의 침투를 방지하고 폐기물이 외부로 흩날리거나 악취가 발산되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해서는 중간복토재용 혼합토가 전술한 범위의 삼축압축강도 및 투수계수를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토는 적토가 5 ~ 15 중량%로 포함되어 혼합토의 pH가 9 ~ 10 범위여서 일반 폐기물 매립지에 반입이 가능하며, 높은 pH에 의해 중금속이 침전되므로 매립지 침출수의 수질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 적토와 토사의 혼합토의 pH가 7.0 ~ 10.0이 되도록 적토 및 토사를 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조방법을 제공한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 자연건조 상태의 일반토사에 적토를 혼합한 후 일반토사와 적토의 혼합토에 증류수를 혼합하여 pH를 측정할 수 있다. 폐기물 매립지 중간복토재용으로 사용하기 위해서는 pH의 범위가 7.0 ~ 10.0이 되어야 하며, 일반토사 및 적토 총 중량의 적토가 5 ~ 15 중량%로 혼합되어 제조될 수 있다. 본 발명에서는 혼합토의 차수특성 및 강도를 향상시키는 역할을 하는 적토의 혼합비를 최적화하여 폐기물로써 처리되는 적토의 재활용도를 높이고, 공급이 제한적일 수 있는 일반토사의 사용량을 대체하고자 한다. 상기 적토가 5 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 삼축압축강도가 낮고 투수계수가 높아 중간복토재로 사용할 수 없는 문제가 있고, 15 중량%를 초과하는 경우에는 pH가 10.0을 초과하여 강한 알칼리성으로 인해 중간복토재용으로 사용할 수 없는 문제가 있다.
실시예 1: 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조 1
자연건조 상태의 일반토사 4.75g에 적토 0.25g을 혼합한 후 일반토사와 적토의 혼합토:증류수를 1:5의 무게비로 혼합한 후 1시간 경과 후 폐기물 공정시험법에서 정하는 pH 측정방법으로 pH를 측정하였다. 이때, pH는 9.76으로 나타났다.
상기 일반토사와 적토의 비중, 액성한계, 소성한계 및 입도를 일반 토질시험법으로 분석하고 그 결과를 분석하고 표 1에 나타내었다.
| 항목 | 비중 (ton/㎥) |
액성 한계 (%) |
소성 한계 (%) |
입도분석(%) | 구분 (USCS) |
|||||
| 4.75 mm |
2.0 mm |
0.42 mm |
0.075 mm |
0.005 mm |
0.002 mm |
|||||
| 토사 | 2.66 | 소성 없음 |
소성 없음 |
94.25 | 92.42 | 66.37 | 44.86 | 15.78 | 13.27 | SM |
| 적토 | 3.26 | 38.0 | 5.8 | 100 | 100 | 96.34 | 75.38 | 27.74 | 24.93 | ML |
USCS: 통일 토질 분류법(unified soil classification system), SM(실트질 모래), ML(미사)
적토의 중금속 용출량을 폐기물 공정 시험법에 의한 용출실험으로 분석하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 원소 | 시험결과(mg/L) | 지정폐기물 기준(mg/L) |
| 납 | 0.19 | 3.0 |
| 구리 | 0.08 | 3.0 |
| 비소 | 0.29 | 1.5 |
| 수은 | 검출한계 이하 | 0.005 |
| 카드뮴 | 0.11 | 0.3 |
| 크롬 | 0.73 | 1.5(6가 크롬에 대한 기준) |
실시예 2: 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조 2
자연건조 상태의 일반토사 4.625g에 적토 0.375g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다.
실시예 3: 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조 3
자연건조 상태의 일반토사 4.5g에 적토 0.5g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다.
실시예 4: 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조 4
자연건조 상태의 일반토사 4.375g에 적토 0.625g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다. 이때, pH는 9.82로 나타났다.
실시예 5: 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조 5
자연건조 상태의 일반토사 4.25g에 적토 0.75g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다. 이때, pH는 10.00으로 나타났다.
비교예 1:
자연건조 상태의 일반토사 5g의 pH를 측정하였다.
비교예 2:
자연건조 상태의 일반토사 4.95g에 적토 0.05g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다.
비교예 3:
자연건조 상태의 일반토사 4.9g에 적토 0.1g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다.
비교예 4:
자연건조 상태의 일반토사 4.125g에 적토 0.875g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다.
비교예 5:
자연건조 상태의 일반토사 4g에 적토 1g을 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합토를 제조하였다.
비교예 6:
적토 5g의 pH를 측정하였다.
상기 실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 6에서 일반토사와 적토의 함량 및 pH 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 예 | 적토(g) | 일반토사(g) | 적토함량(중량%) | pH 측정값 |
| 실시예 1 | 0.25 | 4.75 | 5.0 | 9.25 |
| 실시예 2 | 0.375 | 4.625 | 7.5 | 9.55 |
| 실시예 3 | 0.5 | 4.5 | 10.0 | 9.76 |
| 실시예 4 | 0.625 | 4.375 | 12.5 | 9.82 |
| 실시예 5 | 0.75 | 4.25 | 15.0 | 10.00 |
| 비교예 1 | 0 | 5 | 0 | 5.43 |
| 비교예 2 | 0.05 | 4.95 | 1.0 | 7.47 |
| 비교예 3 | 0.1 | 4.9 | 2.0 | 8.33 |
| 비교예 4 | 0.875 | 4.125 | 17.5 | 10.18 |
| 비교예 5 | 1 | 4 | 20.0 | 10.24 |
| 비교예 6 | 5 | 0 | 100 | 11.35 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 적토혼합토는 적토의 혼합 비율에 따라 일반 폐기물 매립지에 반입 가능한 pH로서 조정이 가능한 것을 알 수 있다. 특히, 적토가 5.0 ~ 15.0 중량%가 함유된 혼합토에서는 pH가 9 ~ 10으로 나타나 일반 폐기물 매립지에 반입이 가능한 것을 알 수 있었다.
실험예 1: 혼합토의 압축강도 및 투수계수 분석
본 발명에 따른 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조방법으로 제조된 중간복토재용 혼합토의 압축강도 및 투수계수를 분석하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.
| 예 | 적토 함량 (중량%) |
다짐시험 | 삼축압축강도 (kPa) |
투수계수 (㎝/sec) |
|
| 건조단위중량 (ton/㎥) |
최적함수비 (%) |
||||
| 실시예 1 | 5 | 1.88 | 14.4 | 117.50 | 7.59×10-5 |
| 실시예 3 | 10 | 1.89 | 13.6 | 123.52 | 4.41×10-5 |
| 실시예 5 | 15 | 1.90 | 13.5 | 133.55 | 2.46×10-5 |
| 비교예 1 | 0 | 1.86 | 13.1 | 111.65 | 8.35×10-5 |
| 비교예 6 | 100 | 1.52 | 25.8 | 37.1 | 1.30×10-5 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 적토를 전체 중량의 5 ~ 15중량%까지 혼합한 경우 다짐곡선은 일반토사의 다짐곡선과 유사한 값을 보여, 적토의 혼합에도 일반토사의 다짐특성과 비교적 동일하게 유지됨을 알 수 있었다. 다짐시 최적함수비는 약 13 ~ 14%로써, 최적함수비를 적용할 경우 가장 높은 삼축압축강도를 얻었다. 또한, 최적함수비에서 다짐 성형된 중간복토재의 삼축압축강도 및 투수시험에서는 적토의 비율이 많아질수록 혼합토의 압축강도는 증가하고 투수계수는 감소하여 폐기물 매립지 중간복토재로서 갖추어야 할 물리적 성상이 향상됨을 알 수 있었다.
특히, 중간복토의 가장 핵심적인 기능인 우수(雨水) 차단을 위해서 투수계수가 적토를 15 중량%로 혼합할 경우 일반토사의 투수계수보다 30%까지 줄어드는 것을 확인하였고, 차수능(토양이 물을 투수하지 않는 정도)이 향상된 정도는 불투수층으로 여겨지는 점토층의 투수계수보다 높아 우수배제능은 향상되었지만, 이로 인해 중간복토층에서의 침출수 다중수위 형성의 우려는 없는 것으로 판단된다.
또한, 미립자이며 소성이 높은 적토의 혼합으로 혼합토의 압축강도가 낮아질 것으로 예상되었으나 실험결과 5 ~ 15 중량%까지 적토의 비율이 많아질수록 압축강도가 적은 폭이기는 하나 증가하는 양상으로 나타나, 강도 면에서도 향상되는 것을 알 수 있었다. 뿐만 아니라, 적토를 구성하고 있는 철, 알루미늄 광물로 인해 침출수 내 오염물질의 흡착작용이 일어나 침출수 내 오염물질을 제거할 수 있고 적토와 토사의 혼합으로 높아진 pH에 의해 중금속의 침전반응이 발생하므로, 적토를 복토재에 혼합하여 사용하면 매립지 침출수의 수질이 향상될 것으로 판단된다.
지금까지 본 발명에 따른 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 이의 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (7)
- 적토 및 실트질 모래로 이루어지는 혼합토로서,
상기 적토는 수산화알루미늄 생산 공정에서 발생하는 알칼리성 부산물로 적철석, 침철석 및 알루미늄 규산염을 포함하고,
일반토사와 다짐특성이 유사하고 삼축압축강도가 향상되며 투수계수가 낮도록 상기 적토는 혼합토 총 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합되며, 일반 폐기물 매립지에 반입이 가능하고 중금속이 침전되어 매립지 침출수의 수질을 향상시키도록 상기 혼합토의 pH가 9.0 ~ 10.0 범위인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토.
- 제1항에 있어서,
상기 적토는 미사(silt)인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 중간복토재용 혼합토는 삼축압축강도가 117 ~ 134 kPa인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토.
- 제1항에 있어서
상기 중간복토재용 혼합토는 투수계수가 2.46×10-5 ~ 7.59×10-5 ㎝/sec인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토.
- 적토와 실트질 모래의 혼합토의 pH가 9.0 ~ 10.0이 되도록 상기 적토를 적토와 실트질 모래 총 중량의 5 ~ 15 중량%로 혼합하고,
상기 적토는 수산화알루미늄 생산 공정에서 발생하는 알칼리성 부산물로 적철석, 침철석 및 알루미늄 규산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토의 제조방법.
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140037789A KR101492028B1 (ko) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20140037789A KR101492028B1 (ko) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 폐기물 매립지 중간복토재용 혼합토 및 이의 제조방법 |
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| KR (1) | KR101492028B1 (ko) |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100821491B1 (ko) * | 2007-06-11 | 2008-04-14 | 서창성 | 폐기물 매립지용 고화토 |
| KR100992856B1 (ko) * | 2010-01-05 | 2010-11-09 | 김문훈 | 흙포장 조성물 |
-
2014
- 2014-03-31 KR KR20140037789A patent/KR101492028B1/ko active IP Right Grant
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