KR102320651B1

KR102320651B1 - 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법

Info

Publication number: KR102320651B1
Application number: KR1020210070242A
Authority: KR
Inventors: 김광환
Original assignee: 주식회사 그래코리아
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2021-11-02

Abstract

본 발명은 알긴산나트륨 10 내지 19 중량%, 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체(ETHYLENE-VINYL ACETATE COPOLYMER) 10 내지 19 중량%, 스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체(STYRENE-BUTYL ACRYLATE COPOLYMER) 30 내지 39 중량%, 및 물(WATER) 40 내지 49 중량%를 포함하는 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법에 관한 것이다.

Description

비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법{Composition for preventing scattering dust and scattering dust prevention method using the same}

본 발명은 재비산 먼지, 석면철거 시 발생되는 비산 분진 등의 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법에 관한 것이다.

비산 먼지는 일반적인 먼지와 마찬가지로 입자 크기(직경)에 따라 다음과 같이 구분한다.

-TSP(Total Suspended Particles): 지름이 50㎛ 이하인 대기 중에 부유하는 총 먼지

-PM-10(Particulate Matter-10): 지름이 10㎛ 이하인 미세먼지(건축 및 건물 해체, 석탄 및 석유 연소, 산업공정, 비포장도로 등에서 발생)

-PM-2.5(Particulate Matter-2.5): 지름이 2.5㎛ 이하인 초미세먼지로 주로 대기 중 화학반응을 통해 발생(석탄, 석유, 휘발유, 디젤, 나무의 연소, 제련소, 제철소 등에서 발생)

석면은 유연성과 열에 대한 저항력이 매우 강하고 뛰어난 단열성, 내열성, 절연성 등의 물성과 경제성 때문에 건축 내·외장재와 공업용 원료로 널리 사용되어 왔다. 그러나, 석면 분진이 폐에 흡입되면 폐암 등의 악성 질병을 유발하게 된다는 사실이 알려지고 유해성에 대한 인식이 높아지면서 사용이 금지된 물질이다.

그러므로, 현재까지 남아있는 석면함유 자재는 해체 및 제거 작업을 통해 꾸준히 그 수를 줄여나가고 있다. 상기 석면함유 자재는 해체 및 제거시 0.02∼0.03㎛ 정도의 직경을 갖는 석면 분진을 발생시키며, 이러한 석면 분진은 유독성으로 인하여 작업자의 안전을 크게 위협하고 있다.

전국 미세먼지(PM-10) 발생량 중 비산 먼지는 44.3%를 차지하고 있으며, 그 중 도로 재비산 먼지가 45%, 건설공사 비산 먼지가 22%, 나대지 비산 먼지가 12%를 차지한다. 비산먼지 발생 신고사업장은 2015년 기준 건설업이 84%를 차지하며, 건축물 축조공사(58.9%) 및 토목공사(36.2%)가 대부분을 차지한다. 건설 현장의 공사 공정별 비산먼지 발생 정도는 “부지 조성 공사”가 88.6%로 가장 높게 나타나며, “토지공사" 75.2%, “마무리 조성 공사”가 34.3%로 나타났고, 다음으로 “가설공사”, “거푸집 공사”, “콘크리트 타설 공사” 순으로 나타났다.

건설공사의 합리화와 고도화를 위해 사용되는 건설기계는 작업시 다량의 비산먼지를 발생시켜 건설 현장 근로자 및 인근 주민에 많은 피해를 주고 있다. 또한, 주민들의 의식 수준이 향상되면서 쾌적한 주거환경에 대한 욕구가 급증함에 따라 비산먼지로 인한 피해에 보다 적극적으로 민원을 제기하고 있다. 비산먼지 발생사업장 관련 민원 발생건수는 증가 추세이며, 이중 건설업이 대부분(2015년 기준 91%)을 차지한다. 따라서 비산먼지의 저감기준 및 지침을 준수하고 주변의 인근 주민에 피해를 입히지 않도록 하기 위해 필요에 따라 적절한 방지시설을 설치하고 있다. 현장에 설치된 비산먼지 발생 억제 시설물은 방진망이 33.2%로 가장 많고, 다음으로는 살수장치(24.2%), 세륜장치(23.3%), 방진벽(13.6%), 부직포 깔기(3.7%), 기타(2.3%) 순이다.

그러나 현장에서 비산먼지의 해결책으로 가장 많이 사용되는 방법은 현장에 물을 자주 뿌리는 방법(88.5%)이다. 이처럼 현장에서는 석면 분진들과 비산 먼지들 응집 낙하 시키기 위해 물을 뿌려주는 방식을 가장 많이 사용하고 있지만, 물 분자는 PM10 이하의 먼지 입자와 상응하는 크기와 질량이 되지 않기 때문에, 물입자의 주변 기체 흐름에 따라 흘러지나가 버린다. 따라서 물을 뿌리는 방법은 비산먼지 억제에 바람직한 효과를 제공할 수 없다. 즉, PM10 (10㎛) 이하의 미세먼지와 물 입자가 접촉 응집되기 위해서는 분사 입자 크기가 PM10과 비슷해야 하지만 현존 스프레이는 50∼200㎛(PM50∼200)의 물 입자를 분사하므로 미세먼지의 포집이 불가능하다. 선진국에서 널리 사용되고 있는 물안개 분사 방식도 압력 문제, 노즐 문제 등의 한계로 10㎛ 이하로는 물입자를 분사하는 것은 불가능한 실정이다.

위와 같은 문제점을 해결하고자 대한민국 등록 특허 제10-1031861호, 제10-1118304호, 제10-1882985호 등 여러 공법들이 제안되었지만, 비용 문제와 현장 적용 문제 등으로 인하여 보완이 필요한 상황이다.

대한민국 등록특허 제10-1031861호 대한민국 등록특허 제10-1118304호 대한민국 등록특허 제10-1882985호

본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 대기환경보전법에 따라 시행규칙 제57조(비산먼지 발생사업) 별표 13의 사업에 해당하는 사업장들에서 나타날 수 있는 비산 먼지를 효과적으로 억제하여 근무자들과 주변 주민들에게 쾌적한 환경을 제공함과 동시에 비산 먼지로 인한 민원발생을 최소화하고, 건설 현장에서 생길 수 있는 안전사고(과도한 물 분사로 인한 건물 붕괴 및 겨울철 빙결 문제)를 예방할 수 있는 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 유기용매를 사용하지 않아 2차적 수질오염 문제가 없으며, 건설 현장에서 일반적으로 사용하는 고압을 이용한 직접 살수, 스프링클러, 고정식 또는 이동식 살수장치 및 살수차를 이용한 살수방법에도 사용이 가능하여 건설 현장에 쉽게 적용할 수 있는 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 건설 현장 이외에도 일상에서 흙먼지나 꽃가루가 많이 날리는 곳에서도 쉽게 사용이 가능하며, 소량의 물과 섞어 사용이 가능하기 때문에 과도한 물 분사로 생길 수 있는 계산되지 않은 하중으로 인한 건물 붕괴를 막을 수 있으며, 물보다 어는점이 낮아 겨울철 물 분사로 인해 생길 수 있는 결빙에 의한 안전사고를 예방할 수 있는 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

알긴산나트륨 10 내지 19 중량%, 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체(ETHYLENE-VINYL ACETATE COPOLYMER) 10 내지 19 중량%, 스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체(STYRENE-BUTYL ACRYLATE COPOLYMER) 30 내지 39 중량%, 및 물(WATER) 40 내지 49 중량%를 포함하는 비산 먼지 억제용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은

(a) 제1항의 비산 먼지 억제용 조성물을 분사 장치에 공급하는 단계; 및

(b) 상기 비산 먼지 억제용 조성물을 분사 장치 노즐을 통해 50∼150㎛(PM50∼150) 사이즈의 안개 형태로 분사하는 단계;를 포함하는 비산 먼지 억제 공법을 제공한다.

본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산 먼지 억제 공법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

(1) 비산먼지를 효과적으로 방지하여 건설 현장 근로자들의 생리적 피해를 예방하고 주변 주민들에게 쾌적한 주거환경을 제공하여 비산먼지로 인한 민원을 줄일 수 있다.

(2) 건설 현장에서 일반적으로 사용되는 고압을 이용한 직접 살수, 스프링클러, 고정식 또는 이동식 살수장치 및 살수차를 이용한 살수방법에도 사용이 가능하여 건설 현장에 쉽게 적용시킬 수 있다.

(3) 건설 현장 이외에도 일상에서 흙먼지와 꽃가루가 날리는 곳에서도 쉽게 사용할 수 있어 비산먼지의 피해를 예방할 수 있다.

(4) 소량의 물과 섞어 사용 가능하기 때문에 과도한 물 분사로 생길 수 있는 계산되지 않은 하중으로 인한 건물 붕괴에 의한 안전사고를 예방할 수 있다.

(5) 물보다 어는점이 낮아 겨울철 물 분사로 인해 생길 수 있는 결빙에 의한 안전사고를 예방할 수 있다.

(6) 유기용매를 사용하지 않은 액상을 제공함으로써 물 분사로 인한 2차적 수질오염의 피해를 방지할 수 있다.

(7) 50∼150㎛(PM50∼150)의 사이즈로 분사되므로, 마른 안개 형태로 퍼져서 주위의 먼지들을 끌어당겨 응집 낙하 시키고 화학적 결합을 형성하여 분진의 재비산을 방지한다.

도 1은 본 발명의 비산 먼지 방지 조성물의 수질오염에 대한 시험성적서를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 수질오염에 시험성적서를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 건물 해체 시 분사 방법을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 폐기물 운반 시 분사 방법을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 차량 통행로에 대한 분사 방법을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 도로에 대한 분사 방법을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 차량 세륜 시 분사 방법을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 폐기물 야적 시 분사 방법을 예시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 나대지에 대한 성능 실험을 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물을 사용한 살수차에 의한 살수작업을 촬영한 사진이다.
도 12은 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물의 생산공정도를 나타낸 것이다.

이하에서 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.

본 발명은 알긴산나트륨 10 내지 19 중량%, 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체(ETHYLENE-VINYL ACETATE COPOLYMER) 10 내지 19 중량%, 스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체(STYRENE-BUTYL ACRYLATE COPOLYMER) 30 내지 39 중량%, 및 물(WATER) 40 내지 49 중량%를 포함하는 비산 먼지 억제용 조성물에 관한 것이다.

상기 비산 먼지는 석면철거 시 발생되는 비산 분진, 재비산 먼지 등일 수 있다.

상기 알긴산나트륨은 바다속 해조류에서 추출한 다당류 성분이다. 알긴산나트륨은 식품 원료로 사용할 정도로 인체에 무해하다. 상기 알긴산나트륨은 친수성의 천연 고분자로서 분말 상태로 존재하고 물에 녹아서 점성이 생기며, 분사시 비산 먼지를 효과적으로 응집한다.

상기 알긴산나트륨은 비산 먼지 억제용 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 19 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 함량범위로 포함되는 경우, 분사에 적절한 점도를 형성하므로, 최적의 미세먼지 응집 효과를 제공할 수 있다.

상기 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체(EVA)는 물에 잘 분산되고 비산 먼지와의 결합력이 우수한 특성을 갖는다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지는 중량평균분자량 100,000 내지 3,000,000인 것이 사용될 수 있다.

상기 스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체는 물에 잘 분산되고 비산 먼지와의 결합력이 우수한 특성을 갖는다. 상기 스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체 수지는 중량평균분자량 100,000 내지 3,000,000인 것이 사용될 수 있다.

상기 비산 먼지 억제용 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 1 내지 5 중량%로 더 포함할 수 있다:

[화학식 1]

상기 식에서, a와 b는 몰분율으로서,

a은 0.3 내지 0.7이고, b는 0.3 내지 0.7이며, a+b는 1이다.

상기 화학식 1의 공중합체에 포함되는 3-[[2-(메타크릴로일옥시)에틸]디메틸아미노]프로피오네이트(3-[[2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethylammonio]propionate CAS No.24249-95-4)는 암모늄 양이온과 에스터 음이온을 포함함으로써, 전하를 띠고 있는 미세 먼지 포집을 위하여 사용된다. 또한, 2-옥틸시아노아크릴레이트는 미세 먼지와 견고하게 결합하여 미세 먼지를 낙하시킴으로써, 미세 먼지의 재비산을 방지하는 효과가 우수한다.

상기 화학식 1의 공중합체는 랜덤 공중합체로서, 중량평균분자량이 50,000 내지 300,000인 것이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150,000 내지 250,000인 것이 사용될 수 있다.

본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물은 도 12에 예시된 바와 같은 생산공정을 통하여 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은

(b) 상기 비산 먼지 억제용 조성물을 분사 장치 노즐을 통해 50∼150㎛(PM50∼150) 사이즈의 안개 형태로 분사하는 단계;를 포함하는 비산 먼지 억제 공법에 관한 것이다.

상기 비산 먼지 억제 공법은 건물 해체시, 폐기물 운반시, 차량통행시, 차량 세륜시, 폐기물 야적시, 또는 나대지 먼지 비산시 등에 효과적으로 적용될 수 있다.

구체적으로, 건물 해체 시는 도 3에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 폐기물 운반 시는 도 4 에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 차량 통행로에 대한 분사 시에는 도 5에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 도로에 대한 분사 시는 도 6에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 차량 세륜 시는 도 7 에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 폐기물 약적 시는 도 8에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 나대지에 적용 시는 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이 적용될 수 있으며, 살수차에 적용 시는 도 11에 예시된 바와 같이 적용될 수 있다.

이하에서, 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.

실시예 1~2 및 비교예 1: 비산 먼지 억제용 조성물의 제조

하기 표 1의 성분들을 해당 조성비로 혼합 및 교반하여 비산 먼지 억제용 조성물을 제조하였다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1
알긴산나트륨	15	15	20
에틸렌-비닐 아세트산 공중합체	15	10	40
스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체	30	30	0
화학식 1의 공중합체 (아래 방법으로 제조)	0	5	0
물	40	40	40
합계(중량%)	100	100	100

제조예 1: 화학식 1의 공중합체의 합성

반응용매인 에틸벤젠에 3-[[2-(메타크릴로일옥시)에틸]디메틸아미노]프로피오네이트(3-[[2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethylammonio]propionate, CAS No.24249-95-4) 및 2-옥틸시아노아크릴레이트를 0.5:0.5의 몰비로 첨가하고, 전체 단량체 100 중량부에 노르말 머캡탄 0.5 중량부를 혼합하여 균일하게 만들었다.

상기에서 제조한 중합용액을 10 L/hr의 속도로 20 L 반응기에 투입하면서 100℃의 온도로 중합하고, 휘발조에서 150℃의 온도로 미반응 단량체와 반응용매를 제거하고 세척, 탈수, 건조하여 중량평균분자량이 201,000인 화학식 1의 공중합체를 얻었다.

[화학식 1]

상기 식에서, a와 b는 몰분율으로서, m=0.5, n=0.5이다.

시험예 1: 환경적 특성 평가

상기 실시예 1의 비산 먼지 조성물의 환경적 특성을 평가하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다. 한국환경공단 평가 결과는 도 2에 나타내었다.

시험항목	단위	규정치	성능
생물학적 산소요구량(BOD)	㎎/L	-	6.1
화학적 산소요구량(적정법-산성과망간산칼륨법)		-	45.6
화학적 산소요구량(적정법-다이크롬산칼륨법)		-	983.7
페놀류		-	불검출
시안(CN-)		-	불검출
철(Fe)		-	불검출
아연(Zn)		-	불검출
구리(Cu)		-	불검출
카드뮴(Cd)		-	불검출
유기인		-	불검출
비소(As)		-	불검출
납(Pb)		-	불검출
크롬(Cr6+)		-	불검출
망간(Mn)		-	불검출
니켈(Ni)		-	불검출
벤젠		-	불검출
클로로포름		-	불검출
폼알데하이드		-	불검출
용존산소(DO)		-	9.6
수소이온농도(pH)	pH	-	8.1
생태독성	TU	-	1.4

시험예 2: 사용 특성 평가

상기 실시예 1의 비산 먼지 조성물의 사용 특성을 평가하고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.

모델명	RWJC11	RWJC12
수평범위	50m	60m
효과적인 지역	1800m²	2500m²
물 소비	16-28L/min	20-36L/min
블라스트 볼륨	18000m³/h	26000m³/h
공기 압력	980Pa	1080Pa
총 전력	9kw	12kw
총 무게	410kg	470kg
이미지

시험예 3: 비산 먼지 저감율 평가

상기 실시예 1 및 실시예 2, 및 비교예 1에서 제조된 비산 먼지 억제용 조성물, 및 물(비교예 2)을 사용하여, 대기 중에 부 유하고 있는 입자상 물질을 로우 볼륨 에어 샘플러(High Volume Air Sampler) 방법을 이용하여 여과지위에 포집 하는 방법으로 입자상 물질 전체의 질량농도를 측정하였다. 포집입자는 직경 10㎛ 이하였다. 실험조건은 하기 표 4와 같았다.

	Low-Volume Sampler
측정대상입경	10.0㎛이하
측정시간	분사 후 50분
흡인유속	25ℓ/min(0.025/min)
분립장치	사이클론형

비산 먼지가 많이 배출되는 폐기물 야적장에 상기 실시예 및 비교예의 비산 먼지 억제용 조성물 및 물을 분사하고, 상기의 농도 측정방법을 이용하여 미세 먼지 제거율을 측정하고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

	비산 먼지 억제용 조성물 분사 후 50분 후 폐기물 야적장의 미세먼지 제거율(%)
실시예 1	76.5%
실시예 1	82.3%
비교예 1	65%
물만 분사(비교예 2)	25.6%

상기 표 5로부터, 본 발명의 비산 먼지 억제용 조성물이 매우 우수한 미세 먼지 제거 효과를 나타냄을 확인하였다.

Claims

알긴산나트륨 10 내지 19 중량%, 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체(ETHYLENE-VINYL ACETATE COPOLYMER) 10 내지 19 중량%, 스타이렌-뷰틸 아크릴산 공중합체(STYRENE-BUTYL ACRYLATE COPOLYMER) 30 내지 39 중량%, 및 물(WATER) 40 내지 49 중량%를 포함하는 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비산 먼지는 석면철거 시 발생되는 비산 분진인 것을 특징으로 하는 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비산 먼지는 재비산 먼지인 것을 특징으로 하는 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비산 먼지 억제용 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 공중합체를 1 내지 5 중량%로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비산 먼지 억제용 조성물:
[화학식 1]

상기 식에서, a와 b는 몰분율으로서,
a은 0.3 내지 0.7이고, b는 0.3 내지 0.7이며, a+b는 1이다.
(a) 제1항의 비산 먼지 억제용 조성물을 분사 장치에 공급하는 단계; 및
(b) 상기 비산 먼지 억제용 조성물을 분사 장치 노즐을 통해 50∼150㎛(PM50∼150) 사이즈의 안개 형태로 분사하는 단계;를 포함하는 비산 먼지 억제 공법.
제5항에 있어서,
상기 비산 먼지 억제 공법을 건물 해체시, 폐기물 운반시, 차량통행시, 차량 세륜시, 폐기물 야적시, 또는 나대지 먼지 비산시 적용하는 것을 특징으로 하는 상기 비산 먼지 억제 공법.