KR101990797B1 - 재활용 패각의 전처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패각을 재활용하여 사용하기 전 패각을 백색도 및 강도를 최적의 상태로 생성시키는 전처리 방법으로, 보다 상세하게는 패각을 흐르는 물에 복수 번 세척하는 세척단계, 상기 세척단계를 마친 패각을 증류수로 24시간동안 침수시키는 침수단계, 상기 침수단계 후 30분씩 3회에 걸쳐 패각에 초음파를 조사하는 초음파단계, 상기 초음파단계 후 건조 장치에 패각을 투입하고 건조하는 건조단계 상기 건조단계를 마친 패각을 산 수용액에 침지시켜 산 세척하는 산 세척단계 및 상기 산 세척 단계 후 건조시킨 뒤 백색도 및 강도를 검수하는 측정단계로 이루어지는 재활용 패각의 전처리 방법에 관한 것으로 그 효과는 세척 후 건조된 패각을 염화수소(HCl) 또는 질산(HNO3)과 증류수의 혼합된 산 수용액에 침지시키되 최적의 혼합비율로 한정된 수치로 혼합하여 백색도와 압축강도가 높은 재활용 패각으로 처리하고, 높은 백색도 및 압축강도를 가지는 재활용 패각을 생산함으로써 체험학습재료, 악세사리 및 합성수지와 콘크리트 첨가물 등에 사용되며, 패각의 전처리를 간편하게 실시하여 패각의 전처리에 드는 시간 및 비용을 절감시켜 경제성 효율을 높인다.
Description
본 발명은 패각을 재활용하여 사용하기 전 패각을 백색도 및 강도를 최적의 상태로 생성시키는 전처리 방법으로, 보다 상세하게는 패각을 흐르는 물에 복수 번 세척하는 세척단계, 상기 세척단계를 마친 패각을 증류수로 24시간동안 침수시키는 침수단계, 상기 침수단계 후 30분씩 3회에 걸쳐 패각에 초음파를 조사하는 초음파단계, 상기 초음파단계 후 건조 장치에 패각을 투입하고 건조하는 건조단계 상기 건조단계를 마친 패각을 산 수용액에 침지시켜 산 세척하는 산 세척단계 및 상기 산 세척 단계 후 건조시킨 뒤 백색도 및 강도를 검수하는 측정단계로 이루어지는 재활용 패각의 전처리 방법에 관한 것이다.
우리나라는 매년 약 36만 톤의 굴 패각이 발생되고 있으며, 발생되는 굴 패각은 패화석 비료로 16만 톤, 채묘기로 14만 톤으로 사용되고 있으나, 나머지인 6만 톤 가량이 매립 또는 미처리되어 방치됨에 따라 악취 발생과 갯벌의 고형화 및 환경오염문제가 발생되고 있는 실정이며, 굴을 제외한 조개류 중 특히 굴과 같이 부피가 큰 꼬막 패각도 굴과 같은 문제점을 가지고 있다. 한편, 전남 연안에서 굴과 꼬막 패각등은 10만 톤에 육박하고, 이중 2만 2천여 톤이 매립 또는 방치되고 있는 실정이다.
또한, 새꼬막의 경우 순천만에서 생산되는 생산량이 전국 생산량의 약 80%를 차지하는 15,000톤으로 육질을 제외한 약 7,000~8,000 톤의 새꼬막 패각이 발생되고 있으며, 환경악화로 인하여 30~70%가 폐사하는 등 다량의 패각 부산물이 발생되어 연안 환경오염 및 경관의 훼손이 일어나고 있다. 이와 같이 발생되는 패각을 재활용하기 위해서 비료 및 사료화되고 있으나, 기존의 석회석을 이용한 제품보다 2배 이상 비싼 이유로 가격 경쟁력이 낮은 단점을 가지고 있다.
반면, 상기 패각의 재활용 분야 확장을 위한 목적으로 수질정화를 위한 연구가 주를 이루고 있으며, 인산염 제거 및 중금속 제거에 있어서 그 효율성이 증명되고 있다. 그러나 제거과정에서 2차 부산물이 발생되는 등의 문제점이 노출되고 있다. 따라서 더욱 다양한 분야로의 접근을 위한 연구의 필요성이 있으며, 그 예로 패각을 체험학습재료, 악세사리 및 합성수지와 콘크리트 첨가물 등으로 사용하기 위한 연구가 필용한 실정이다.
상기와 같이 패각을 체험학습재료, 악세사리 및 합성수지와 콘크리트 첨가물로써 사용되어지기 전 처리방법을 제공하는 선행기술들로는 한국특허공보 특1995-0003543호(1993.07.20.)는 패각을 수세, 건조 및 분쇄한 후, 표준망체로 40~150메쉬의 입자로 선별하고, 선별된 패각분을 유기용매 중에서 이 유기용매의 끓는점에서 환류냉각시키서 패각분 중의 유기물을 추출한 후, 유기용매로 표면가공한 패각분을 무기산 수용액으로 표면을 다공화하고, 이어서 염기수용액으로 2~3회 중화 후 표면반응을 정지시킨 후, 물로 3회 세척하고, 이어서 30~60℃에서 2~3시간 동안 건조시켜서 안정화되는 패각분의 제조방법을 제공하고, 공개특허공보 특2000-0019735호(2000.04.15.) pH 1 내지 4의 산성수를 반응기 내에서 패각과 접촉시켜 pH 5 내지 10의 약산성 내지 알카리성 수질로 전화시키는 것으로 이루어지는 산성수 처리 방법을 제공하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 꼬막 패각 폐기물을 체험학습재료, 악세사리 및 합성수지와 콘크리트 첨가물 등으로 사용하기 전 처리 방법으로 전 처리 후 높은 백색도 및 압축강도가 유지되는 패각을 생산하는 것을 목적으로 하며, 산 수용액을 이용한 최적의 혼합비율과 반응시간으로 패각의 전처리를 간편하게 실시하고, 처리비용을 절감 및 재활용 분야 확대를 통한 환경오염 및 경관의 훼손을 해결하기 위한 패각의 전처리 방법을 제공한다.
상기와 같은 문제점을 해결하고, 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 패각의 전처리 방법은 a) 패각을 흐르는 물에 복수 번 세척하는 세척단계(S10); b) 상기 세척단계를 마친 패각을 증류수로 24시간동안 침수시키는 침수단계(S20); c) 상기 침수단계 후 30분씩 3회에 걸쳐 패각에 초음파를 조사하는 초음파단계(S30); d) 상기 초음파단계 후 건조 장치에 패각을 투입하고 건조하는 건조단계(S40); e) 상기 건조단계를 마친 패각을 산 수용액에 침지시켜 산 세척하는 산 세척단계(S50); 및 f) 상기 산 세척 단계 후 건조시킨 뒤 백색도 및 강도를 검수하는 측정단계(S60);로 이루어진다.
상기 건조단계(S40)는 건조장치에서 105±5℃로 24시간 건조하고, 산 세척단계는 산 세척 후 스틸 브러쉬로 방사륵과 방사륵 사이(골)에 있는 이물질을 최종적으로 제거한다.
상기 산 수용액은 산용액과 증류수를 혼합하는 혼합물로 상기 산용액은 농도가 35%의 염화수소(HCl) 또는 60%의 질산(HNO3)중 하나를 선택하여 사용한다.
상기 혼합물은 염화수소를 이용할 때는 염화수소 : 증류수의 비율은 중량대비 1:20~30으로 실시하고, 질산을 이용할 때는 질산 : 증류수의 비율은 중량대비 1:30으로 실시한다.
사익 산 세척단계(S50)에서 침지는 염화수소 또는 질산과 증류수로 이루어진 혼합물에 20~30분간 실시한다.
상기 초음파단계(S30)는 초음파를 음향주파수 40~60kHz, 출력을 600W로 30분씩 3회 실시하는 재활용 패각의 전처리 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 재활용 패각의 전처리 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 세척 후 건조된 패각을 염화수소(HCl) 또는 질산(HNO3)과 증류수의 혼합된 산 수용액에 침지시키되 최적의 혼합비율로 한정된 수치로 혼합하여 백색도와 압축강도가 높은 재활용 패각으로 처리한다.
(2) 본 발명은 높은 백색도 및 압축강도를 가지는 재활용 패각을 생산함으로써 체험학습재료, 악세사리 및 합성수지와 콘크리트 첨가물 등에 사용된다.
(3) 본 발명은 패각의 전처리를 간편하게 실시하여 패각 전처리에 드는 시간 및 비용을 절감시켜 경제성 효율을 높인다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 재활용 패각의 전처리 방법의 공정도이다.
본 발명의 명칭은 "재활용 패각의 전처리 방법"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고, 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며, 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일면에 있어서,
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 재활용 패각의 전처리 방법의 공정도로 상기 도 1을 참고하여 재활용 패각의 전처리 방법을 하기에 개진한다.
패각을 재활용 이전에 처리하는 전처리 방법에 있어서,
상기 전처리 방법은
a) 패각을 흐르는 물에 복수 번 세척하는 세척단계(S10);
b) 상기 세척단계를 마친 패각을 증류수로 24시간동안 침수시키는 침수단계(S20);
c) 상기 침수단계 후 30분씩 3회에 걸쳐 패각에 초음파를 조사하는 초음파단계(S30);
d) 상기 초음파단계 후 건조 장치에 패각을 투입하고 건조하는 건조단계(S40);
e) 상기 건조단계를 마친 패각을 산 수용액에 침지시켜 산 세척하는 산 세척단계(S50); 및
f) 상기 산 세척 단계 후 건조시킨 뒤 백색도 및 강도를 검수하는 측정단계(S60);로 이루어진다.
상기 초음파단계(S30)는 초음파를 음향주파수 40~60kHz, 출력을 600W로 30분씩 3회 실시한다.
상기 건조단계(S40)는 건조장치에서 105±5℃로 24시간 건조하고, 산 세척단계는 산 세척 후 스틸 브러쉬로 방사륵과 방사륵 사이(골)에 있는 이물질을 최종적으로 제거한다.
상기 산 수용액은 산용액과 증류수를 혼합하는 혼합물로 상기 산용액은 농도가 35%의 염화수소(HCl) 또는 60%의 질산(HNO3)중 하나를 선택하여 사용한다.
상기 혼합물은 염화수소(HCl)를 이용할 때는 염화수소 : 증류수의 비율은 중량대비 1:20~30으로 실시하고, 질산(HNO3)을 이용할 때는 질산 : 증류수의 비율은 중량대비 1:30으로 실시한다.
상기 산 세척단계(S50)에서 침지는 염화수소(HCl) 또는 질산(HNO3)과 증류수로 이루어진 혼합물에 20~30분간 실시한다.
한편, 측정단계(S60)에서 패각의 백색도 측정은 색도계를 이용하여, X=80.82, Y=82.17 및 Z=92.97인 표준 백색판(Standard white plate)으로 보정 하여 사용하였고 측정값은 명도를 나타내는 L값(Lightness)를 사용하였다. 또한, 백색도는 다음 식으로부터 구하며, 시판 CaC 및 CaO에 대한 색차 및 백색도를 측정하여 상호 비교한다.
Whiteness index = 
패각의 색차는 명도(L, lightness), 적색도(a, redness : -a, greenness), 갈색도(b, brownness : -b, blueness)를 측정하며, 직시색차계(ZE-2000, Nippon Denshoku Indusries Co., Tokyo, Japan)를 사용한다. 그리고 색차계는 사용하기 전 calibration plate(L = 96.92, a = -0.38, b = 0.64)를 이용하여 보정 한다. 색깔에 따른 백색도는 다음 표와 같다.
또한, 패각의 압축강도 측정은 압축강도 분석기를 이용하여 패각의 단위면적당 강도를 분석하기 위해서 압축강도를 측정한 이후, 패각 넓이(S = π·a·b (a:장축의 반지름, b:단축의 반지름))를 나누어 계산하여 실시한다.
실시예
: 산 수용액으로 세척하기 전
패각
처리
패각은 전남 보성군 벌교읍에 위치한 식당에서 사용 후 폐기 된 것과 전남 여수시 율촌면 봉전리에서 식당에서 사용 후 폐기 된 것과 폐사되어 야적된 새꼬막과 참꼬막 패각을 사용하였으며, 흐르는 수돗물에서 3회 세척 한 후, 증류수에 24시간 침수시켜 헹궈내어 꼬막 패각 표면에 붙어 있던 불순물 및 염분을 제거한 뒤 30분씩 3회 반복하여 초음파 세척을 실시하고, 105±5℃의 건조장치에서 24시간동안 건조 시켰다.
시험예
1: 산 세척 후 백색도 변화
상기 실시예에서 건조된 새꼬막과 참꼬막의 백색도를 측정한 후 35%의 염화수소(HCl) 및 60%의 질산(HNO3)을 각각 증류수와 혼합하되 증류수와 염화수소 및 질산을 중량비율로 1:20, 1:30 및 1:50으로 구분하고, 각 10, 20, 30분 침지하여 산 세척을 진행 및 건조를 실시 한 뒤 백색도 시간별로 백색도 변화를 측정하였다.
백색도는 분체용 백도계(Kett Science Research Institute Co. Ltd,. C-100, Tokyo, Japan)를 사용하여 실시하였다. 또한, 색도계를 이용하여, X=80,82, Y=82.17 및 Z=92.97인 표준 백색판(Standard white plate)으로 보정하여 사용하였고, 측정값은 명도를 나타내는 L값(Lightness)를 사용하였다.
(1) 새꼬막 백색도 변화
하기 표 2를 살펴보면 산 세척 전의 경우는 78.42를 나타내었으며, 산 세척 후의 경우는 87.03 ~ 95.81의 범위를 보이며 백색도가 증가하였다. 대부분 조건에서 30분간 반응시킨 경우가 백색도가 높게 나타났으나, 질산(HNO3 )을 1 : 30의 농도로 세척한 경우는 20분간 반응시켰을 때, 가장 높은 백색도를 나타내었다.
(2) 참꼬막 백색도 변화
하기 표 3을 살펴보면 산 세척 전의 경우는 70.75를 나타내었으며, 산 세척 후의 경우는 85.79 ~ 96.08의 범위를 보이며 백색도가 증가하였다. 대부분 조건에서 반응시간에 따른 백색도의 변화는 크게 나타나지 않았으나, 염화수소 : 증류수 = 1 : 20 및 1 : 30의 농도에서는 각각 10분 및 20분을 반응시켰을 때 백색도가 가장 높게 나타났다.
(3) 백색도 변화 소결
따라서, 질산(HNO3)과 증류수를 혼합한 산 수용액은 1:30으로 20분간 반응시켰을 때, 가장 높은 백색도가 나타났고, 염화수소(HCl)와 증류수를 혼합한 산 수용액은 1:20과 1:30의 농도에서 각 10분 및 20분으로 반응시켰을 때, 가장 높은 백색도가 나타났다.
시험예
2: 산 세척 후 압축강도 변화
상기 시험예 1에서 실시된 시험군으로 산 세척 후 압축강도 변화를 측정하였다. 이때, 분석은 패각의 단위면적당 강도를 분석하기 위해서 압축강도를 측정한 이후, 패각 넓이(S = π·a·b (a:장축의 반지름, b:단축의 반지름))를 나누어 계산하였다.
(1) 새꼬막 강도 변화
하기 표 4를 살펴보면 산 세척 전의 경우는 2.96 kgf/cm2를 나타내었으며, 산 세척 후의 경우는 2.13 ~ 2.87 kgf/cm2의 범위를 보이며, 압축강도가 3.0~28.1% 감소하였다. 대부분 조건에서 10분간 반응시킨 경우에 압축강도가 높게 나타났다. 그러나 질산(HNO3)을 1 : 20의 농도로 세척 한 경우는 10분간 반응시켰을 때, 가장 높은 압축강도를 나타내었다.
(2) 참꼬막 강도 변화
하기 표 5를 살펴보면 산 세척 전의 경우는 10.4 kgf/cm2를 나타내었으며, 산 세척 후의 경우는 7.91 ~ 10.27 kgf/cm2의 범위를 보이며 압축강도가 1.2~23.9%감소하였다. 대부분 조건에서 30분간 반응시킨 경우에 압축강도가 높게 나타났다.
(3) 압축강도 변화 소결
따라서, 염화수소(HCl) 및 질산(HNO3)과 증류수로 이루어진 산 수용액으로 산세척을 진행할 때, 혼합비율을 1:30으로 하여 20분간 반응에서 압축강도가 높게 나타났다.
추가의 일면에 있어서,
상기 산 세척액으로 사용되는 염화수소(HCl) 및 질산(HNO3)은 모두 백색도의 향상과 압축강도가 다소 감소하지만 일정 강도가 유지되는 것을 확인할 수 있었으나 질산(HNO3)을 사용할 경우 더 높은 백색도를 나타낸 것을 확인하였으므로 질산(HNO3)을 이용하여 처리하는 것이 더 바람직하다.
또한, 측정단계(S60) 이후에 계면 활성제 처리 단계를 더하여 항균성능을 가지며, 이때 사용되는 계면활성제는 양이온성으로 99% 순도로서 12-20개의 탄소수를 가지되, DODAB(Dioctadecyldimethylammonium bromide), CTAB(Cetyl trimethylammonium bromide), CTAC(cetyl trimethylammonium chloride), DHAB(dihexadecyldimethylammonium bromide) 중 어느 하나이다. 상기 양이온성 계면활성제는 인체에 무해한 것을 이용해야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 재활용 패각의 전처리 방법은 다음과 같은 효과는 세척 후 건조된 패각을 염화수소(HCl) 또는 질산(HNO3)과 증류수의 혼합된 산 수용액에 침지시키되 최적의 혼합비율로 한정된 수치로 혼합하여 백색도와 압축강도가 높은 재활용 패각으로 처리하고, 높은 백색도 및 일정 압축강도를 가지는 재활용 패각을 생산함으로써 체험학습재료, 악세사리 및 합성수지와 콘크리트 첨가물 등에 사용되며, 패각의 전처리를 간편하게 실시함으로써, 패각 전처리에 드는 시간 및 비용을 절감시켜 경제성 효율을 높인다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (6)
- 패각을 재활용하기 이전에 처리하는 전처리 방법에 있어서,
상기 전처리 방법은
a) 패각을 흐르는 물에 복수 번 세척하는 세척단계;
b) 상기 세척단계를 마친 패각을 증류수로 24시간동안 침수시키는 침수단계;
c) 상기 침수단계 후 30분씩 3회에 걸쳐 패각에 초음파를 조사하는 초음파단계;
d) 상기 초음파단계 후 건조 장치에 패각을 투입하고 건조하는 건조단계;
e) 상기 건조단계를 마친 패각을 산 수용액에 침지시켜 산 세척하는 산 세척단계; 및
f) 상기 산 세척 단계 후 건조시킨 뒤 백색도 및 강도를 검수하는 측정단계;로 이루어지고,
상기 패각은 새꼬막과 참꼬막을 이용하며, 산 수용액은 산용액과 증류수를 혼합하는 혼합물로 상기 산용액은 참꼬막을 처리할 때는 농도가 35%의 염화수소(HCl)를 이용하고, 새꼬막을 처리할때는 60%의 질산(HNO3)을 선택하여 사용하며,
상기 혼합물은 염화수소(HCl)를 이용할 때는 염화수소 : 증류수의 비율은 중량대비 1:30으로 실시하고, 질산(HNO3)을 이용할 때는 질산 : 증류수의 비율은 중량대비 1:20~30으로 실시하고, 상기 산 세척단계에서 침지는 염화수소(HCl)과 증류수로 이루어진 혼합물은 20분간 실시하고, 질산(HNO3)과 증류수로 이루어진 혼합물은 1:20 중량대비시 10분, 1:30 중량대비시 20분간 실시하며,
상기 측정단계 이후에 양이온성으로 99% 순도로서 12-20개의 탄소수를 가지되, DODAB(Dioctadecyldimethylammonium bromide), CTAB(Cetyl trimethylammonium bromide), CTAC(cetyl trimethylammonium chloride), DHAB(dihexadecyldimethylammonium bromide) 중 어느 하나의 계면활성제를 이용하여 처리하는 단계를 더하는 것을 특징으로 하는 재활용 패각의 전처리 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 건조단계는 건조장치에서 105±5℃로 24시간 건조하고, 산 세척단계는 산 세척 후 스틸 브러쉬로 방사륵과 방사륵 사이(골)에 있는 이물질을 최종적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 재활용 패각의 전처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 초음파단계는 초음파를 음향주파수 40~60kHz, 출력을 600W로 30분씩 3회 실시하는 것을 특징으로 하는 재활용 패각의 전처리 방법.
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