KR102120957B1 - 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 성토재 - Google Patents

무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 성토재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설현장에서 발생하는 폐 토사를 이용하여 골재를 재생하는 과정에서 발생하는 무기성 오니를 활용하여 성토재를 제조하는 방법으로서, 무기성 오니를 재활용하며 아울러 첨가되는 보조재료들도 재활용재료들로 이루어져서 환경친화적이며, 경제성도 우수한 새로운 방식의 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조되어 환경화친화적이며, 식물생육에 적합한 새로운 친환경 성토재에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, (1) 폐 토사에서 골재를 선별하는 과정에서 발생한 오수를 침전시켜서 수득한 무기성 오니를 탈수하는 과정; (2) 상기 (1)과정에서 얻어진 무기성 오니케이크 100중량부에 대해 일반토 60~100중량부, pH중화제 2~10중량부, 버섯 폐배지 5~15중량부, 해조류 소성물 2~10중량부, 코코피트 5~20중량부, 바텀애쉬 5~15중량부, 실리콘 슬러지 5~10중량부, 커피박 5~10중량부를 첨가하는 과정; 및 (3) 상기 (2)과정에서 얻어진 것을 파쇄 및 교반하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 성토재가 제공된다.

Description

무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 성토재{Manufacturing method of soil material using inorganic sludge and soil material}
본 발명은 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 성토재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건설현장에서 발생하는 폐 토사를 이용하여 골재를 재생하는 과정에서 발생하는 무기성 오니를 활용하여 성토재를 제조하는 새로운 방식의 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조되어 환경친화적이면서도 식물생육에 적합한 친환경 성토재에 관한 것이다.
건설현장에서 발생되는 폐 토사에서 골재를 재생하는 과정에서 다량의 무기성 오니(sludge)가 발생되는데, 이러한 무기성 오니는 폐기물관리법상 무기성 폐기물로 지정되어 있다.
이러한 무기성 오니를 탈수한 후 일반 토사를 혼합하여 재활용하기도 하지만 대부분은 탈수시켜서 함수율을 낮춘 후에 그대로 매립처리하는데, 매립처리를 위한 매립장소의 확보는 해가 갈수록 어려워지고 있는 추세이다.
한편, 성토공사에 필요한 성토재를 육상 토취장을 개발하여 사용할 경우 토취장 개발에 따른 환경파괴 및 토취장의 개발사용 후 산림복구 비용의 문제가 발생된다. 따라서 이에 대한 대책방안으로 일부 인조 성토재료들이 사용되고 있으나, 환경보전, 경제성 등에 있어서 문제점을 가진다.
대한민국 등록특허 제10-1374264호(2014. 03. 07.) 대한민국 공개특허 제10-2010-0009658호(2010. 01. 29.) 대한민국 공개특허 제10-2004-0012415호(2004. 02. 11)
본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 제안된 것으로서, 건설현장에서 발생하는 폐 토사를 이용하여 골재를 재생하는 과정에서 발생하는 무기성 오니를 활용하여 성토재를 제조하는 방법으로서, 무기성 오니를 재활용하며 아울러 첨가되는 보조재료들도 재활용재료들로 이루어져서 환경친화적이며, 경제성도 우수한 새로운 방식의 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조되어 환경화친화적이며, 식물생육에 적합한 새로운 친환경 성토재를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, (1) 폐 토사에서 골재를 선별하는 과정에서 발생한 오수를 침전시켜서 수득한 무기성 오니를 탈수하는 과정; (2) 상기 (1)과정에서 얻어진 무기성 오니케이크 100중량부에 대해 일반토 60~100중량부, pH중화제 2~10중량부, 버섯 폐배지 5~15중량부, 해조류 소성물 2~10중량부, 코코피트 5~20중량부, 바텀애쉬 5~15중량부, 실리콘 슬러지 5~10중량부, 커피박 5~10중량부를 첨가하는 과정; 및 (3) 상기 (2)과정에서 얻어진 것을 파쇄 및 교반하는 과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 성토재가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 (2)과정에서는 이디티에이(EDTA), 에티드로닉산(Etidronic acid), 포스폰산(Phosphonic acid) 중에서 적어도 1종이 더 첨가된다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 건설현장에서 발생하는 폐 토사에서 골재를 재생하는 과정에서 발생하는 오수를 침전시켜 얻어지는 무기성 오니를 탈수시킨 다음, 보조재료들을 첨가하고 파쇄 및 교반하여 성토재를 제조하는 것으로서, 무기성 오니를 재활용하고, 추가되는 보조재료들도 재활용 재료이므로 환경친화이고 경제적인 장점을 가진다.
특히, 본 발명에 의해 제조되는 성토재는 식물 생육에 적합한 물성을 가지므로 본 발명에 의해 제조되는 성토재는 농장용, 조경용 성토재로 사용이 적합할 뿐만 아니라, 식물이 피복되기 어려운 지역에 성토하면 식물의 식생이 촉진되어 신속한 녹화가 이루어지는 장점을 가진다.
이하에서, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 건설현상에서 발생한 폐 토사를 이용하여 골재를 재생하는 과정에서 발생하는 무기성 오니를 활용하여 친환경 성토재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 다음과 같은 공정으로 이루어진다.
1) 폐 토사에서 골재를 재생하는 과정에서 발생하는 오수를 수집하고, 침전시켜서 침전된 무기성 오니를 수득한다.
일반적으로 건설현장에서 발생한 폐 토사를 이용하여 골재를 재생하는 경우에, 폐 토사를 파쇄하고, 진동스크린을 이용하여 골재를 선별하는데, 물을 살수하여 골재를 세척한다. 이때 진동스크린의 망눈의 크기를 달리하여 골재를 굵은 골재, 잔 골재, 모래 등의 입도 크기별로 순차적으로 선별한다.
이러한 과정에서 발생하는 오수를 수집하여 침전조에서 침전시키고, 침전조의 상등수를 따로 분리배출시킨 후에 침전된 무기성 오니를 분리배출시킨다. 이 과정에서 분리배출시킨 상등수는 골재 세척시에 재사용한다.
2) 무기성 오니를 탈수시킨다.
침전조에서 분리배출시킨 무기성 오니를 함수율이 15~20% 정도가 되도록 필터프레스로 탈수시킨다. 이와 같이 무기성 오니를 탈수시키면 오니가 케이크형태로 되어 무기성 오니 케이크가 형성된다.
이러한 탈수과정에서 발생하는 물은 상기 침전조에서 분리배출시킨 상등수와 함께 골재 세척시에 재 사용한다.
3) 교반탱크에 상기 과정에서 얻은 무기성 오니 케이크를 넣고, 성토재 제조를 위한 보조재들을 첨가한다.
보조재로는 일반토, pH중화제, 버섯 폐배지, 해조류 소성물, 코코피트, 바텀애쉬, 실리콘 슬러지, 커피박을 사용된다.
각 보조재들에 대해 살펴보면 다음과 같다.
- 일반토는 지반을 구성하고 있던 토사이므로 별도의 제조 공정을 거치지 않고 그대로 사용하여도 무방하다.
- pH중화제는 성토재의 pH를 중성에 가깝게 조정하기 위한 것으로서, 석회석, 소석회, 생석회 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 바람직하게는 성토재의 pH가 5.5 ~ 7.5정도가 되도록 pH중화제의 혼합량을 조절한다.
- 버섯 폐배지는 버섯농가에서 버섯을 수확하고 남은 부산물로, 버섯 1kg을 생산시에 대략 5kg 정도의 다량의 폐배지가 발생되는 것으로 추정되고 있다. 이러한 버섯 폐배지는 일부 재활용이 이루어지기는 하나 대부분이 마땅한 처리방법이 없어서 야적하여 방지되는 실정이다. 버섯 배지는 일반적으로 톱밥, 사탕무우박, 면실박 등으로 구성되어 있어, 유기질 비료로서의 기능을 한다. 버섯 폐배지는 파쇄하여 사용한다.
- 해조류 소성물은 해조류를 연소, 즉 탄화시킨 것이다. 해조류는 미네랄이 풍부하여 좋은 미네랄 공급원이다. 이러한 해조류를 건조시킨 후 고온에서 소성시켜서 해조류 소성물을 만드는데, 소성과정에서 해조류의 유기질성분이 탄화되어 제거되므로 해조류 소성물에는 해조류의 무기질성분만 잔존된다. 따라서 이러한 해조류 소성물을 첨가하면 식물 생육에 필요한 다양한 미네랄들이 풍부하게 함유된 성토재를 제조할 수 있다.
바람직하게는 해조류 중에서도 감태를 사용하는데, 감태(Ecklonia cava)는 다른 해조류에 비해 미네랄함량이 풍부함에도 불구하고, 상기의 다른 종류의 해조류와 달리 식용으로 잘 사용되지 않아 활용도가 낮기 때문에 저렴한 장점을 가진다.
- 코코피트(cocopeat)는 야자수의 열매인 코코넛(coconut)에서 야자수유 및 야자섬유 등을 뽑고 난 부스러기 부산물을 자연 상태에서 부식시켰다가 규격화한 제품을 말한다. 이러한 코코피트는 100% 천연야자 섬유질로 이루어지므로 환경오염이 없으며, 통기성, 보수력, 보비력이 좋아 식물의 뿌리성장에 좋으며, 토양 미생물의 활동을 촉진하여 토양에 유용한 화학반응을 촉진시킨다. 코코피트도 파쇄하여 사용한다.
- 바텀애쉬는 화력발전소에서 연소로 바닥에서 배출되는 것으로서, 분쇄 선별과정을 거쳐 평균입도가 0.15~5mm인 것이 사용된다.
- 실리콘 슬러지는 규사로부터 폴리실리콘을 제조하는 공정에서 발생된다. 실리콘 슬러지는 다량의 수분을 함유하고 있어서 1차적으로 탈수기를 통해 탈수처리된 것을 이용할 수 있다. 실리콘 슬러지는 이산화규소가 주성분이며, 산화알루미늄과 산화칼슘, 산화나트륨이 소량 함유되어 있고, 미량의 산화철, 산화마그네슘이 함유되어 있다.
- 커피박은 원두커피를 가공하고 남은 찌꺼기이다. 커피박은 커피제조 공장 및 일반 커피 전문점에서 다량으로 발생하는데, 유기질 폐기물로서 처리되거나, 수거되어 일반 사료의 배합물로서 이용되기도 한다.
바람직하게는 무기성 오니케이크 100중량부에 대해 일반토 60~100중량부, pH중화제 2~10중량부, 버섯 폐배지 5~15중량부, 해조류 소성물 2~10중량부, 코코피트 5~20중량부, 바텀애쉬 5~15중량부, 실리콘 슬러지 5~10중량부, 커피박 5~10중량부 첨가한다. 이들 재료들이 이러한 비율로 혼합되는 경우에 가장 적절한 보습력, 응집력, 보비력을 가지는 고품질의 성토재가 제조된다.
바람직하게는 이디티에이(EDTA), 에티드로닉산(Etidronic acid), 포스폰산(Phosphonic acid) 중에서 1종이 더 첨가되는데, 이들 성분은 수용성 킬레이트화합물을 형성하는 킬레이트제로서, 이들 성분들이 더 첨가되면 이들 성분들이 제조된 성토재의 미네랄성분들, 즉, 금속이온과 결합하여 안정된 수용성 킬레이트화합물을 형성하여, 성토재의 미네랄성분들이 유실되는 것이 방지되고, 식물의 미네랄 공급능력이 향상된다. 이들 성분들은 독성이 없는 친수성 분자를 갖기 때문에 유해성이 없으며, 1~3중량부 정도 첨가된다.
또한, 필요에 따라 질석, 제올라이트, 토르마린, 벤토나이트, 포졸란 등의 광물질들을 단독적 또는 혼합하여 5~10 중량부 정도 더 첨가할 수도 있다.
4) 상기 과정에서 무기성 오니케이크에 보조재들을 첨가시킨 것을 교반 믹서기로 파쇄하면서 교반시킨다. 이 과정에서 무기성 오니케이크가 파쇄되면서도 보조재들과 고르게 혼합된다.
이와 같은 방법으로 제조되는 성토재는 무기성 오니를 재활용할 뿐만 아니라, 보조재들도 폐기되는 재료들을 활용함으로써, 환경친화적인 것은 물론이며, 코스트가 저렴하여 경제적이다. 본 발명에 의해 제조되는 성토재는 보조재들에 의해 미네랄 성분과 유기성분들이 보강되어 식물생육에 적합하므로 농장용 성토재로 적합한데, 식물의 피복이 필요한 장소에 성토하면 식물의 빠른 생육이 도모되어 신속한 녹화가 이루어진다.
실시예 1
건설현장에서 발생된 폐 토사에서 골재를 재생하는 과정에서 발생한 오수를 침전시켜 수득한 무기성 오니를 함수율 15%로 탈수시켜서 얻은 무기성 오니 케이크 100중량부에 일반토 70중량부, pH중화제 5중량부, 버섯 폐배지 10중량부, 해조류 소성물 7중량부, 코코피트 10중량부, 바텀애쉬 8중량부, 실리콘 슬러지 5중량부, 커피박 5중량부를 첨가하고, 파쇄 및 교반하여 성토재를 만들었다.
<성토재의 이화학적 특성>
제조된 성토재의 화학적 조성 및 물성을 측정한 결과 표 1과 같은 결과를 얻었다.
항 목 실시예 1 생육적정 조건
pH 7.5 5.5~7.5
유기물(%) 19.1 3~7
전질소(%) 0.42 0.2~0.5
유효인산(ppm) 1628.9 20이상
EC(me/㎝) 9.13
K(me/100㎎) 0.36 0.5
Ca(me/100㎎) 4.12 6
Mg(me/100㎎) 1.27 2
Na(me/100㎎) 0.0042
<성토재의 중금속 등의 오염물질 함량>
제조된 성토재의 중금속 등과 같은 오염물질 함량을 국립환경과학원고시 제2018-53호 검사방법으로 검사한 결과 표 2와 같은 결과를 얻었다.
항 목(단위:mg/Kg) 토양오염우려기준
(환경부)		 실시예 1
카드늄 4 0.60
구리 150 38.7
비소 25 6.47
수은 4 0.01
납 200 16.1
6가크롬 5 불검출
아연 300 90.3
니켈 100 40.6
불소 400 127
유기인화합물 10 불검출
폴리클로리네이티드비페닐 1 불검출
시안 2 0.79
페놀 4 불검출
벤젠 1 불검출
톨루엔 20 0.1
메틸벤젠 50 불검출
크실렌 15 0.2
<식물생육 테스트>
제조된 성토재를 온실에 20cm 높이로 성토하고, 배추 씨앗을 파종하여 생육효과를 확인하였다. 9주 후에 평균 잎 길이는 22cm(최대 25cm, 최소 17cm)이였다.
비교군으로 일반 원예용 상토를 20cm 높이로 성토하고, 배추 씨앗을 파종하여 9주 후에 생육효과를 확인하였다. 그 결과 평균 잎 길이는 20cm(최대 24cm, 최소 13cm)이였다.
이를 통해 본 발명에 의해 제조된 성토재가 식물 생육에 더 적합함을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. (1) 폐 토사에서 골재를 선별하는 과정에서 발생한 오수를 침전시켜서 수득한 무기성 오니를 함수율이 15~20% 정도가 되도록 탈수하는 과정;
    (2) 상기 (1)과정에서 얻어진 무기성 오니케이크 100중량부에 대해 일반토 60~100중량부, pH중화제 2~10중량부, 버섯 폐배지 5~15중량부, 해조류 소성물 2~10중량부, 코코피트 5~20중량부, 바텀애쉬 5~15중량부, 실리콘 슬러지 5~10중량부, 커피박 5~10중량부를 첨가하는 과정; 및
    (3) 상기 (2)과정에서 얻어진 것을 파쇄 및 교반하는 과정;을 포함하며,
    상기 (2) 과정에서, 이디티에이(EDTA), 에티드로닉산(Etidronic acid), 포스폰산(Phosphonic acid) 중 적어도 하나가 1~3중량부 첨가되고,
    상기 (2) 과정에서, 질석, 제올라이트, 토르마린, 벤토나이트, 포졸란 중 적어도 하나가 5~10 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해조류 소성물은 감태를 소성시킨 것을 특징으로 하는 무기성 오니를 활용한 성토재 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 방법 중에서 어느 하나의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 친환경 성토재.
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