KR102562863B1 - 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법 - Google Patents

유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법 Download PDF

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Abstract

유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 개시한다.
본 실시예는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유하고 있는 폐기물을 가열 등의 전처리방식 없이 무기계 경화제를 이용하여 내구성이 우수한 콘크리트, 인공골재, 매립 성토용 골재 등으로 제조하여 유해중금속 및 유해 유기화합물질을 용출시키지 않는 친환경 폐기물 재활용 콘크리트 조성물의 다양한 용도를 제공할 수 있도록 하는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 제공한다.

Description

유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법{Method for Manufacturing Waste Recycled Construction Material Containing Hazardous Heavy Metal And Hazardous Organic Compound}
본 발명의 일 실시예는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
최근 폐기물이 함유한 오염물질을 제거하거나 무해와 하는 방법으로서 가열에 의한 처리방법이 여러 가지로 제안되고 있다. 오염물질은 비소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 수은(Hg), 6가 크롬(Cr6 +) 등을 포함하는 중금속, 시안화합물(CN), 다이옥신류 등을 포함하는 유기 염소 화합물, 기타 유기성 오염 물질(휘발성 유기화합물(VOC), 잔류성 유기 오염 물질(POP))등을 포함한다.
열처리에 의한 폐기물을 가열하는 방법으로 회전로(로터리 킬른)가 사용되고 있다. 외열식 회전로를 사용할 경우 열이 로벽으로 전달되므로 신속한 가열이 어렵다. 내열식 회전로를 사용할 경우 열이 복사전달에 의해 전달되지만 로벽 내의 물질의 점유율에 비해 열 전달면적이 작아 신속한 가열이 어렵다.
열처리방법은 가열에 장시간이 요구되고, 처리량에 비해 설비가 과대해지는 결점이 있다. 가스배출에 휘발 제거된 유해물질을 종류에 따라 분리 제거할 수 없어 무해한 상태로 처리하기가 어렵고, 2차 오염이 발생할 수밖에 없다. 그러므로 폐기물의 전처리에 주로 사용되고 있다.
종래의 경우 시멘트로 폐기물을 고화하여 처리할 경우에 철강슬래그, 석탄재 등 주로 가열된 이후 발생하는 무기계 폐기물 중에서 유기화합물을 함유하지 않은 폐기물을 대상으로 콘크리트로 재활용하는 방법이 사용되고 있다.
유기화합물이 함유한 폐기물은 시멘트로 고화하기가 어렵고 완전한 무기재료로의 변환이 되지 않아 유해물질이 용출이 되어 2차 오염이 발생하게 된다. 오염 발생 이유는 시멘트의 수화반응에 유기화합물이 활성 이온반응이 발생하여 수화반응을 방해하기 때문이다.
유기화합물이 함유한 폐기물을 시멘트로 처리하는 비용이 많이 소요되고 전처리를 한 폐기물을 재활용함에 있어서 유해 중금속 및 유해 유기화학물질의 용출이 없는 재활용에 어려움을 겪고 있어 중금속 및 유기화합물이 함유된 폐기물이 폐기물 매립장으로 매립처리가 되는 것이 일반적이다.
하지만, 현재 국내 폐기물 매립장의 평균 사용연한이 7년이며, 지역민원, 환경단체 등의 반대로 매립장의 신규허가가 어려움에 처해 추가적인 매립장 확보가 어려운 실정이다.
본 실시예는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유하고 있는 폐기물을 가열 등의 전처리방식 없이 무기계 경화제를 이용하여 내구성이 우수한 콘크리트, 인공골재, 매립 성토용 골재 등으로 제조하여 유해중금속 및 유해 유기화합물질을 용출시키지 않는 친환경 폐기물 재활용 콘크리트 조성물의 다양한 용도를 제공할 수 있도록 하는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 폐기물을 준비하며, 상기 오염토양을 고화하여 상기 오염토양이 함유한 유해 중금속, 유해 화합물, 기름성분 중 어느 하나가 용출되지 않도록 하는 폐기물 준비 과정; 상기 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조하는 폐기물 분쇄 과정; 시멘트(Cement)를 준비하는 시멘트 준비 과정; CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 함유하는 무기계 경화제를 준비하는 무기계 경화제 준비 과정; 상기 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 준비하는 경화제 수용액 준비 과정; 상기 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 상기 시멘트를 20~40 중량%, 상기 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반하여 몰탈(Mortar)을 제조하는 교반 과정; 상기 몰탈을 기반으로 재활용 조성물을 제조하는 재활용 조성물 제조 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유하고 있는 폐기물을 가열 등의 전처리방식 없이 무기계 경화제를 이용하여 내구성이 우수한 콘크리트, 인공골재, 매립 성토용 골재 등으로 제조하여 유해중금속 및 유해 유기화합물질을 용출시키지 않는 친환경 폐기물 재활용 콘크리트 조성물의 다양한 용도를 제공할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법은 산업현장과 도시 생활환경에서 발생하는 다양한 폐기물을 순환자원화함으로써 항만공사, 도로공사, 토목공사에 건설자재로 이용이 가능한 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 폐기물 매립을 방지하고 환경부담을 해소하는 동시에 폐기물 재활용 건설자재의 내구성을 확보하여 안정된 강도를 발현하고 골재채취로 인한 환경훼손을 방지하고 폐기물 전처리에 소요되는 화석연로 소비를 줄여서 지구온난화 방지 및 탄소배출을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 유해 중금속 및 유해 유기화합물의 용출을 방지하고 2차 오염의 우려를 해소하여 국가 및 자치단체의 환경 부담을 해소하고 폐기물을 재활용 순환자원화함으로써 자원의 효율적인 활용에 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 폐기물 재활용 설비(배처플랜트)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 불산 슬러지를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 황산 슬러지를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 소각장 비산재를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 폐석고를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 폐수 오니를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 오염 토양을 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 광산 폐기물을 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 폐기물 재활용 건설자재를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 폐기물 재활용 콘크리트 압축강도를 나타낸 도면이다.
도 11은 제1 실시예에 따른 폐기물 재활용 콘크리트 제조 공정도를 나타낸 도면이다.
도 12는 제1 실시예에 따른 폐기물 재활용 인공골재 제조 공정도를 나타낸 도면이다.
도 13은 제1 실시예에 따른 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때 회전 속도 및 회전수를 나타낸 도면이다.
도 14는 제2 실시예에 따른 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 15는 제2 실시예에 따른 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때 회전 속도 및 회전수를 나타낸 도면이다.
도 16은 제3 실시예에 따른 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 17은 제3 실시예에 따른 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때 회전 속도 및 회전수를 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 폐기물 재활용 설비(배처플랜트)를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 폐기물 재활용 설비(100)는 제1 공급부(110), 이송부(120), 사일로(130), 제2 공급부(140), 교반부(150), 토출부(160)를 포함한다. 폐기물 재활용 설비(100)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
폐기물 재활용 설비(100)는 유해물질을 함유한 각종 폐기물을 시멘트와 무기계 경화제를 이용하여 고화, 콘크리트 건설자재(소파블록, 수로관, 인공골재, 매립 성토용 골재 등)로 재활용한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속, 유기화합물이 함유된 각종 폐기물, 시멘트, 특정 무기계 액상 경화제의 배합에 의해 고화대상물을 응결시켜 물에 녹지 않는 무기재료로 변환한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속, 유해 화학물질의 용출을 억제하여 토양, 수질의 환경오염을 방지하도록 하는 폐기물을 재활용한 고강도의 친환경 콘크리트를 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 중금속 및 유기화합물을 함유하는 폐기물을 고화하여 물에 녹지 않는 무기재료로 변환한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 유해중금속 및 유기화합물을 응결, 물에 녹지 않는 무기재료로 변환하여 유해물질이 용출이 되지 않는 건설재료로 재활용하더라도 2차 오염이 발생하지 않는 콘크리트 및 인공골재, 매립성토용 인골골재 등으로 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 소각장 비산재, 광재, 분진, 무기성 오니, 폐수처리오니, 폐석고, 불산 슬러지, 황산 슬러지, 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수슬러지 등을 포함하는 폐기물을 준비한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 포틀랜드 시멘트를 준비한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%) 를 포함하는 무기계 경화제를 준비한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 무기계 경화제(2~10 WT%)와 물(90~98 WT%)을 함유하는 경화제 수용액을 준비한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기물, 포틀랜드 시멘트, 무기계 경화제, 경화제 수용액을 혼합, 교반하여 폐기물 재활용 콘크리트 조성물을 제공한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 50~70 중량%의 폐기물 또는 혼합폐기물, 20~40 중량%의 포틀랜드 시멘트, 10~30 중량%의 무기계 경화제 수용액을 함유하는 콘크리트 조성물을 제조한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기물이 분쇄 또는 체거름을 통해 균일한 입도를 가지게 하여 포틀랜드 시멘트와 교반이 잘 되도록 한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 폐기물 재활용 콘크리트를 제조하는 자재의 용도에 따라 폐기물 비중을 고려하여 배합비를 조성할 수 있다. 폐기물 재활용 설비(100)는 굵은 골재, 잔골재, 모래, 유기물을 함유하는 토양을 목적에 따라 적절히 배합한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 중금속과 유기화합물을 함유한 광산폐기물을 재활용하여 수로관 등의 콘크리트 자재와 인공골재로 제조할 수 있다. 폐기물 재활용 설비(100)는 콘크리트 자재와 인공골재를 제조할 때, 광산폐기물에 함유된 유해중금속 및 유해화합물을 용출시키지 않는다.
폐기물 재활용 설비(100)는 오염토양을 고화하여 인공골재, 성토용 인공골재로 제조할 때 오염토양이 함유한 유해 중금속 및 유해 화합물, 기름성분 등이 용출되지 않는다.
폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물을 재활용하여 건설자재를 제조할 때, 유기화합물의 활성분의 이온반응을 완벽하게 억제하여 시멘트와 수화반응할 수 있도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속을 표면화학적으로 처리하여 응결시켜 물에 녹지 않는 무기재료로 변화된 콘크리트로 제조하여 압축강도 등의 내구성을 확보한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 유해중금속 및 유해화학물질의 용출을 억제하는 무기계 액상 경화제를 사용한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 CuSO4(10~16 중량%) CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 포함하는 무기계 경화제(2~10 WT%), 물(90~98 WT%)을 함유하는 경화제 수용액을 기반으로 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물을 재활용한 건설자재를 제조한다.
용출을 억제시키는 유해중금속 및 유해 유기화합물은 소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 수은(Hg), 6가 크롬(Cr6 +)을 포함한다. 용출을 억제시키는 유해중금속 및 유해 유기화합물은 화합물, 시안화합물(CN), 다이옥신류 등을 포함하는 유기 염소 화합물, 기타 유기성 오염 물질(휘발성 유기화합물(VOC), 잔류성 유기 오염 물질(POP))등 을 포함한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 산업현장과 도시생활환경에서 발생되는 폐기물을 재활용하여 골재대신 사용함으로써 골재채취에 발생되는 환경파괴와 소요비용을 절감하도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 고가의 처리비를 부담하면서 폐기물 매립장으로 보낼 수 밖에 없는 폐기물을 골재 대신 콘크리트 재료로 사용하여 콘크리트와 동일한 내구성을 확보하도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속 및 유해 유기화합물의 용출을 억제하여 안전하고 친환경적인 폐기물 재활용 콘크리트 및 인공골재, 매립 성토용 인공골재 등의 건설자재를 제공한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 중금속 및 유해 화합물을 가열하는 열처리 형태의 전처리가 없어 탄소배출을 절감하도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 전처리에 소요되는 비용이 발생하지 않아 경제성이 뛰어난 폐기물을 재활용한 건설자재를 제조한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 1기 설치시 일당 최대 4000톤 처리가 가능하다.
제1 공급부(110)(호퍼)는 폐기 분쇄물을 이송부(120)로 공급한다. 폐기 분쇄물은 유해 중금속 또는 유기화합물이 함유된 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 분쇄물을 의미한다.
다시 말해, 폐기 분쇄물은 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 기 설정된 입도로 분쇄한 분쇄물을 의미한다.
이송부(120)는 컨베이어 벨트를 포함한다. 이송부(120)는 제1 공급부(110)로부터 입력받은 폐기 분쇄물을 제2 공급부(140)로 전달한다.
사일로(130)는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)를 보관한다. 사일로(130)는 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 폐기물을 기 설정된 입도로 분쇄한 폐기 분쇄물을 보관한다. 사일로(130)는 포틀랜드 시멘트 또는 폐기 분쇄물을 제2 공급부(140)로 투입한다.
제2 공급부(140)는 사일로(130) 또는 이송부(120)로부터 폐기 분쇄물을 입력받는다. 제2 공급부(140)는 사일로(130) 또는 이송부(120)로부터 포틀랜드 시멘트를 입력받는다. 제2 공급부(140)는 이송부(120) 또는 사일로(130)로부터 입력받은 유해 중금속 또는 유기화합물이 함유된 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 교반부(150)로 투입한다. 제2 공급부(140)는 이송부(120) 또는 사일로(130)로부터 입력받은 포틀랜드 시멘트를 교반부(150)로 투입한다. 제2 공급부(140)는 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 교반부(150)로 투입한다.
교반부(150)는 제2 공급부(140)로부터 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 입력받는다. 교반부(150)는 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 기 설정된 비율로 교반하여 몰탈(Mortar)을 제조한다. 교반부(150)는 폐기 분쇄물을 50~70 중량%(물질의 중량을 1(기준)로 환산한 후 환산치를 기준으로 다른 물질의 중량을 계산한 상대적 수치), 포틀랜드 시멘트를 20~40 중량%, 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반하여 몰탈을 제조한다. 교반부(150)는 몰탈을 토출부(160)로 전달한다.
토출부(160)는 교반부(150)로부터 몰탈을 입력받는다. 토출부(160)는 몰탈을 트럭, 레미콘 차량, 컨베어, 진동스크린(진동체) 등으로 토출한다.
도 2는 본 실시예에 따른 불산 슬러지를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 불산 슬러지를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 비소(As) 성분 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 불검출, 구리(Cu) 성분 0.021 mg/L 검출, 납(Pb) 성분 불검출, 수은(Hg) 성분 불검출, 6가 크롬(Cr6 +) 성분 0.25 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 성분 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
불산 슬러지를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 구리(Cu) 성분이 0.021 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(3 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
불산 슬러지를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.25 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 3은 본 실시예에 따른 황산 슬러지를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 황산 슬러지를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 비소(As) 성분 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 불검출, 구리(Cu) 성분 0.009 mg/L 검출, 납(Pb) 성분 불검출, 수은(Hg) 성분 불검출, 6가 크롬(Cr6 +) 성분 0.05 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 성분 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
황산 슬러지를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 구리(Cu) 성분이 0.009 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(3 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
황산 슬러지를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.05 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 4는 본 실시예에 따른 소각장 비산재를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 소각장 비산재를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 납(Pb) 성분 또는 납(Pb) 화합물 불검출, 구리(Cu) 성분 또는 구리(Cu) 화합물 불검출, 비소(As) 성분 또는 비소(As) 화합물 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 또는 카드뮴(Cd) 화합물 불검출, 수은(Hg) 성분 또는 수은(Hg) 화합물 0.0006 mg/L 검출, 6가 크롬(Cr6 +) 성분 또는 6가 크롬(Cr6 +) 화합물 0.02 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
소각장 비산재를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 수은(Hg) 성분 또는 수은(Hg) 화합물이 0.0006 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(0.005 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
소각장 비산재를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.02 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 5는 본 실시예에 따른 폐석고를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 폐석고를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 납(Pb) 성분 또는 납(Pb) 화합물 불검출, 구리(Cu) 성분 또는 구리(Cu) 화합물 불검출, 비소(As) 성분 또는 비소(As) 화합물 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 또는 카드뮴(Cd) 화합물 불검출, 수은(Hg) 성분 또는 수은(Hg) 화합물 불검출, 6가 크롬(Cr6+) 성분 또는 6가 크롬(Cr6 +) 화합물 0.16 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
폐석고를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.16 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 6은 본 실시예에 따른 폐수 오니를 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 폐수 오니를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 납(Pb) 성분 또는 납(Pb) 화합물 불검출, 구리(Cu) 성분 또는 구리(Cu) 화합물 불검출, 비소(As) 성분 또는 비소(As) 화합물 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 또는 카드뮴(Cd) 화합물 불검출, 수은(Hg) 성분 또는 수은(Hg) 화합물 불검출, 6가 크롬(Cr6+) 성분 또는 6가 크롬(Cr6 +) 화합물 0.07 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
폐수 오니를 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.07 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 7은 본 실시예에 따른 오염 토양을 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 오염 토양을 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 납(Pb) 성분 또는 납(Pb) 화합물 불검출, 구리(Cu) 성분 또는 구리(Cu) 화합물 불검출, 비소(As) 성분 또는 비소(As) 화합물 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 또는 카드뮴(Cd) 화합물 불검출, 수은(Hg) 성분 또는 수은(Hg) 화합물 불검출, 6가 크롬(Cr6+) 성분 또는 6가 크롬(Cr6 +) 화합물 0.06 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
오염 토양을 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.06 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 8은 본 실시예에 따른 광산 폐기물을 재활용한 재활용 조성물에 대한 환경 시험성적을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광산 폐기물을 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 납(Pb) 성분 또는 납(Pb) 화합물 불검출, 구리(Cu) 성분 또는 구리(Cu) 화합물 불검출, 비소(As) 성분 또는 비소(As) 화합물 불검출, 카드뮴(Cd) 성분 또는 카드뮴(Cd) 화합물 불검출, 수은(Hg) 성분 또는 수은(Hg) 화합물 불검출, 6가 크롬(Cr6+) 성분 또는 6가 크롬(Cr6 +) 화합물 0.05 mg/L 검출, 시안화합물(CN) 불검출, 기름 성분(휘발성 유기화합물(VOC) 성분 불검출으로 확인된다.
광산 폐기물을 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 포함된 오염물질을 확인한 결과, 6가 크롬(Cr6 +) 성분이 0.05 mg/L 검출되었으나 오염 기준치(1.5 mg/L) 미만이므로 유해물질이 용출되지 않아 건설자재로 재활용시 2차 오염 우려가 없다.
도 9는 본 실시예에 따른 폐기물 재활용 건설자재를 나타낸 도면이다.
폐기물 재활용 설비(100)는 유해 중금속, 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법으로 제조한 콘크리트 조성을 다양한 용도에 적용한다.
예컨대, 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기물 재활용하여 슬럼프가 발생하는 레미콘, 몰탈을 배처플랜트를 이용하여 제조할 수 있다. 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기물을 재활용하는 레미콘, 몰탈을 이용하여 소파블록, 인공어초, 수로관, PC 암거 등의 거푸집을 이용하여 제조할 수 있는 콘크리트 건설자재로 구성되는 군에서 선택되는 구조물을 제공할 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 폐기물을 재활용하여 콘크리트 제조용, 인공사석, 인공골재, 보조기층용 인공골재, 매립 성토용 인공골재, 성토재로 구성되는 건설구조물을 제공할 수 있다.
도 10은 본 실시예에 따른 폐기물 재활용 콘크리트 압축강도를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 폐기물을 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물에 대한 압축강도를 확인한 결과 최고 31.5 Mpa인 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 폐기물을 분쇄한 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반하여 제조한 재활용 조성물의 압축강도(31.5 Mpa)가 포틀랜드 시멘트만으로 양생한 압축 강도(29 Mpa 이상)와 동등한 수준임을 확인할 수 있다.
도 11은 제1 실시예에 따른 폐기물 재활용 콘크리트 제조 공정도를 나타낸 도면이다.
유해 중금속 또는 유기화합물이 함유된 폐기물을 준비한다(S1112).
단계 S1112에서, 폐기물은 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
여기서, 오니류는 폐수처리오니, 유리식각공정오니, 제지공정오니, 실리콘제조공정오니, 보크사이트잔재물를 포함한다. 광재는 알미늄제조공정광재, 납 열처리야금공정광재, 아연열처리공정광재, 철제제조공정광재, 고로슬래그, 제강슬래그, 비철금속제련공정광재, 선광공정광재를 포함한다. 분진은 제철공정분진, 시멘트제조공정분진, 발전시설분진, 폐실리카퓸을 포함한다. 폐주물사 및 폐사는 점토점결폐주물사, 화학점결폐주물사, 샌드블라스트폐사를 포함한다. 유기성오니류는 정수처리오니, 하수처리오니, 펄프제지공정오니를 포함한다. 무기성오니류는 폐수처리오니, 정수처리오니, 하수처리오니, 하수준설토, 건설오니, 석재, 골재 폐수처리오니를 포함한다. 연소잔재물는 연탄재, 석탄재를 포함한다. 폐석재류는 폐석분토사, 폐석재를 포함한다. 폐토사류는 폐토사, 건설폐토석, 오염하천, 오염해양 준설토를 포함한다. 폐콘크리트류는 폐벽돌, 폐블록, 폐기와를 포함한다.
단계 S1112에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물 중 오염토양을 고화하여 오염토양이 함유한 유해 중금속, 유해 화합물, 기름성분 중 어느 하나가 용출되지 않도록 한다.
단계 S1112에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물의 표면을 화학적으로 처리하여 활성이온반응을 억제시켜서 시멘트의 수화반응시 이온충돌현상을 억제되어 추후 양생 과정에서 완전고화(응결) 되도록 한다.
분쇄기는 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한다(S1114).
단계 S1114에서, 분쇄기는 폐기물 재활용 설비(100)에 포함되지 않은 별도의 장비를 의미하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 폐기물 재활용 설비(100)에 포함될 수 있다.
단계 S1114에서, 분쇄기는 1차적으로 폐기물이 분쇄기를 이용하여 기 설정된 입도로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한 후 2차적으로 별도의 체거름망을 이용하여 균일한 입도를 폐기 분쇄물 중 거름망 보다 큰 입도를 걸러낼 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 이송부(120)를 이용하여 폐기 분쇄물을 교반부(150)로 이송한다. 여기서, 이송부(120)는 컨베이어 벨트를 포함한다.
시멘트(Cement)를 준비한다(S1120). 단계 S1120에서, 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
무기계 경화제를 준비한다(S1142). 단계 S1142에서, 무기계 경화제를 준비할 때, CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 함유하는 무기계 경화제를 준비한다.
무기계 경화제와 물을 함유한 경화제 수용액을 준비한다(S1144). 단계 S1144에서, 경화제 수용액을 준비할 때, 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 준비한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 기 설정된 비율로 교반하여 몰탈을 제조한다(S1150).
단계 S1150에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%(물질의 중량을 1(기준)로 환산한 후 환산치를 기준으로 다른 물질의 중량을 계산한 상대적 수치), 포틀랜드 시멘트를 20~40 중량%, 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반하여 몰탈을 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 시멘트를 20~40 중량%, 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반할 때, 기 설정된 제1 임계시간동안 제1 속도 패턴으로 교반하다가, 제1 임계시간이 경과하면 제2 임계시간동안 제2 속도 패턴으로 교반하다가, 제2 임계시간이 경과하면 제3 임계시간동안 제3 속도 패턴으로 교반하여 몰탈을 제조한다.
단계 S1150에서, 기 설정된 제1 임계시간동안 기 설정된 일정 회전속도(제1 속도 패턴)로 교반한다.
이후 제1 임계시간이 경과하면, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 기 설정된 제2 임계시간동안 시간에 비례하여 계속적으로 임계 속도를 이상으로 회전속도를 증가시킨 후 일정 이하 속도로 점진적으로 낮추도록 하는 회전 속도(제2속도 패턴)로 교반한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 기 설정된 제2 임계시간동안 제2 속도 패턴(최소 속도값에서 최대 속도값으로 선형적으로 속도가 증가한 후 최대 속도값에서 최소 속도값으로 선형적으로 속도가 감소를 반복하는 패턴의 교번)으로 회전하면서 교반한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물(50~70 중량%), 시멘트(20~40 중량%)경화제 수용액(10~30 중량%)의 밀도 차이, 입도 차이에 따라 제2속도 패턴의 반복 횟수를 결정한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 기 설정된 제2 임계시간동안 제2 속도 패턴으로 교반할 때, 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기와 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기가 동일하도록 설정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 짧아지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 짧아지도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 길어지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 길어지도록 한다.
이후, 제2 임계시간이 경과하면, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 기 설정된 제3 임계시간동안 특정 임계 시점까지 속도를 지속적으로 증가시키고 특정 임계 시점 이후에는 임계 속도 미만으로 속도를 감속시키도록 하는 회전 속도(제3 속도 패턴)로 교반하여 몰탈을 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%), 시멘트(20~40 중량%), 경화제 수용액(10~30 중량%)을 교반할 때, 기 설정된 제3 임계시간동안 제3 속도 패턴(특정 임계 시점까지 회전 속도가 비선형적 가속도를 갖도록 증가시킨 후 특정 임계 시점 이후에 회전 속도가 비선형적 감속도를 갖도록 감소시키는 패턴)으로 회전하면서 혼합한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 제1 속도 패턴, 제2 속도 패턴과 상이한 속도로 제3 속도 패턴을 결정한다.
단계 S1150 이후 몰탈을 기반으로 재활용 조성물을 제조할 수 있다.
몰탈을 거푸집(form)에 투입한다(S1160).
거푸집에 투입된 몰탈을 양생(養生)하여 재활용 콘크리트 조성물을 제조한다(S1170).
단계 S1170에서, 재활용 조성물은 항만 구조물, 콘크리트용 골재, 콘크리트 자재, 성토용 골재, 수로관 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
재활용 콘크리트 조성물로부터 거푸집을 탈형한다(S1180).
도 11에서는 단계 S1112 내지 단계 S1180을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 11에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 11은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 12는 제1 실시예에 따른 폐기물 재활용 인공골재 제조 공정도를 나타낸 도면이다.
유해 중금속 또는 유기화합물이 함유된 폐기물을 준비한다(S1212).
단계 S1212에서, 폐기물은 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
여기서, 오니류는 폐수처리오니, 유리식각공정오니, 제지공정오니, 실리콘제조공정오니, 보크사이트잔재물를 포함한다. 광재는 알미늄제조공정광재, 납 열처리야금공정광재, 아연열처리공정광재, 철제제조공정광재, 고로슬래그, 제강슬래그, 비철금속제련공정광재, 선광공정광재를 포함한다. 분진은 제철공정분진, 시멘트제조공정분진, 발전시설분진, 폐실리카퓸을 포함한다. 폐주물사 및 폐사는 점토점결폐주물사, 화학점결폐주물사, 샌드블라스트폐사를 포함한다. 유기성오니류는 정수처리오니, 하수처리오니, 펄프제지공정오니를 포함한다. 무기성오니류는 폐수처리오니, 정수처리오니, 하수처리오니, 하수준설토, 건설오니, 석재, 골재 폐수처리오니를 포함한다. 연소잔재물는 연탄재, 석탄재를 포함한다. 폐석재류는 폐석분토사, 폐석재를 포함한다. 폐토사류는 폐토사, 건설폐토석, 오염하천, 오염해양 준설토를 포함한다. 폐콘크리트류는 폐벽돌, 폐블록, 폐기와를 포함한다.
단계 S1212에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물 중 오염토양을 고화하여 오염토양이 함유한 유해 중금속, 유해 화합물, 기름성분 중 어느 하나가 용출되지 않도록 한다.
단계 S1212에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물의 표면을 화학적으로 처리하여 활성이온반응을 억제시켜서 시멘트의 수화반응시 이온충돌현상을 억제되어 추후 양생 과정에서 완전고화(응결) 되도록 한다.
분쇄기는 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한다(S1214).
단계 S1214에서, 분쇄기는 폐기물 재활용 설비(100)에 포함되지 않은 별도의 장비를 의미하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 폐기물 재활용 설비(100)에 포함될 수 있다.
단계 S1214에서, 분쇄기는 1차적으로 폐기물이 분쇄기를 이용하여 기 설정된 입도로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한 후 2차적으로 별도의 체거름망을 이용하여 균일한 입도를 폐기 분쇄물 중 거름망 보다 큰 입도를 걸러낼 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 이송부(120)를 이용하여 폐기 분쇄물을 교반부(150)로 이송한다. 여기서, 이송부(120)는 컨베이어 벨트를 포함한다.
시멘트(Cement)를 준비한다(S1220). 단계 S1220에서, 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
무기계 경화제를 준비한다(S1242). 단계 S1242에서, 무기계 경화제를 준비할 때, CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 함유하는 무기계 경화제를 준비한다.
무기계 경화제와 물을 함유한 경화제 수용액을 준비한다(S1244). 단계 S1244에서, 경화제 수용액을 준비할 때, 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 준비한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 기 설정된 비율로 교반한 몰탈(Mortar)을 제조한다(S1250).
단계 S1250에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%(물질의 중량을 1(기준)로 환산한 후 환산치를 기준으로 다른 물질의 중량을 계산한 상대적 수치), 포틀랜드 시멘트를 20~40 중량%, 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반하여 몰탈을 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 시멘트를 20~40 중량%, 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반할 때, 기 설정된 제1 임계시간동안 제1 속도 패턴으로 교반하다가, 제1 임계시간이 경과하면 제2 임계시간동안 제2 속도 패턴으로 교반하다가, 제2 임계시간이 경과하면 제3 임계시간동안 제3 속도 패턴으로 교반하여 몰탈을 제조한다.
단계 S1250에서, 기 설정된 제1 임계시간동안 기 설정된 일정 회전속도(제1 속도 패턴)로 교반한다.
이후 제1 임계시간이 경과하면, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 기 설정된 제2 임계시간동안 시간에 비례하여 계속적으로 임계 속도를 이상으로 회전속도를 증가시킨 후 일정 이하 속도로 점진적으로 낮추도록 하는 회전 속도(제2속도 패턴)로 교반한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 기 설정된 제2 임계시간동안 제2 속도 패턴(최소 속도값에서 최대 속도값으로 선형적으로 속도가 증가한 후 최대 속도값에서 최소 속도값으로 선형적으로 속도가 감소를 반복하는 패턴의 교번)으로 회전하면서 교반한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물(50~70 중량%), 시멘트(20~40 중량%)경화제 수용액(10~30 중량%)의 밀도 차이, 입도 차이에 따라 제2속도 패턴의 반복 횟수를 결정한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 기 설정된 제2 임계시간동안 제2 속도 패턴으로 교반할 때, 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기와 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기가 동일하도록 설정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 짧아지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 짧아지도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 길어지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 길어지도록 한다.
이후, 제2 임계시간이 경과하면, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 기 설정된 제3 임계시간동안 특정 임계 시점까지 속도를 지속적으로 증가시키고 특정 임계 시점 이후에는 임계 속도 미만으로 속도를 감속시키도록 하는 회전 속도(제3 속도 패턴)로 교반하여 몰탈을 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%), 시멘트(20~40 중량%), 경화제 수용액(10~30 중량%)을 교반할 때, 기 설정된 제3 임계시간동안 제3 속도 패턴(특정 임계 시점까지 회전 속도가 비선형적 가속도를 갖도록 증가시킨 후 특정 임계 시점 이후에 회전 속도가 비선형적 감속도를 갖도록 감소시키는 패턴)으로 회전하면서 혼합한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 제1 속도 패턴, 제2 속도 패턴과 상이한 속도로 제3 속도 패턴을 결정한다.
몰탈에 대한 입도를 재조정한다(S1260).
단계 S1260에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 진동체(진동 스크린)을 거름체의 망 규격을 이용하여 몰탈의 토출에 대한 입도를 조정하여 인공골재의 입도(규격)를 조정한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 교반된 몰탈을 진동체(진동 스크린) 위에 떨어뜨리면, 진동체(진동 스크린)의 철망 간격(사이즈)으로 인해 몰탈의 크기를 조절하여 토출한다. 예컨대, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 몰탈을 20mm, 40mm를 갖는 진동체(진동스크린) 위로 떨어뜨려서, 기 설정된 크기의 인공골재를 제조한다.
몰탈을 이송한다(S1270). 단계 S1270에서, 입도를 조정한 몰탈을 인공골재를 만들기 위한 장소로 이송한다.
이송된 몰탈을 양생하여 재활용 인공골재를 제조한다(S1280).
도 12에서는 단계 S1212 내지 단계 S1280을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 12에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 12는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 13은 제1 실시예에 따른 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때 회전 속도 및 회전수를 나타낸 도면이다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 제1 속도 패턴, 제2 속도 패턴, 제3 속도 패턴으로 동작하면 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 시멘트를 20~40 중량%, 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반하여 몰탈을 제조한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때, 기 설정된 제1 임계시간 동안 제1 속도 패턴(기 설정된 회전속도)으로 회전하여 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액이 균질하게 교반되도록 한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때, 기 설정된 제2 임계시간 동안 제2 속도 패턴(시간에 비례하여 계속적으로 임계 속도를 이상으로 회전속도를 증가시킨 후 일정 이하 속도로 점진적으로 낮추도록 하는 회전 속도)으로 회전하여 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액이 균질하게 교반되도록 한다.
제2 속도 패턴은 제2 회전 속도로 변화될 수 있다. 제2 속도 패턴은 속도 증가 및 속도 감소가 선형적으로 동일한 기울기로 이루어지고, 최소 속도값, 최대 속도값 사이에서 속도 증가 및 속도 감소가 계속적으로 반복될 수 있다. 최소 속도값은 제1 회전 속도(제1 속도 패턴)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 이러한 속도 변화의 반복이 발생되는 경우, 원심력의 증가와 감소가 반복적으로 이루어지고 이러한 원심력의 변화를 기반으로 추가로 투입된 포틀랜드 시멘트과 기존의 복수의 폐기 분쇄물의 배합이 전체적으로 균형있게 이루어질 수 있도록 한다.
제2 속도 패턴의 최소 속도값, 최대 속도값 및 최소 속도값 및 최대 속도값으로 변화되는 시간(속도 변화 기울기)은 복수의 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트의 밀도 차이, 입도 차이를 고려하여 결정될 수 있다. 밀도 차이, 입도 차이가 클수록 최대 속도값, 최소 속도값이 상대적으로 높아지고, 최대 속도값 및 최소 속도값으로 변화되는 시간(속도 변화 기울기)이 짧아져 속도 변화 기울기가 커질 수 있다.
제2속도 패턴의 반복 횟수도 복수의 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트의 밀도 차이, 입도 차이가 커질수록 증가될 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때, 기 설정된 제3 임계시간 동안 제3 속도 패턴(특정 임계 시점까지 속도를 지속적으로 증가시키고 특정 임계 시점 이후에는 임계 속도 미만으로 속도를 감속시키도록 하는 회전 속도)으로 회전하여 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액이 균질하게 교반되도록 한다.
제3속도 패턴은 제3 회전 속도로서 특정 임계 시점까지는 회전 속도가 지속적으로 증가되고 특정 임계 시점 이후에는 회전 속도가 지속적으로 감소되는 패턴을 갖는다. 전술한 바와 같이 원심력 및 무게로 인해 빠르게 외곽으로 밀려난 혼합물이 중앙으로 다시 유입되면서 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)이 빠르게 혼합되는 효과를 가질 수 있다. 제3 회전 속도는 제2 속도 패턴보다 속도의 가속도 및 속도의 감속도의 변화를 주어 구성 물질의 무게 및 입자크기 등의 특성 차이로 인한 혼합 불균형 상태를 균형 상태로 개선되도록 한다.
제3 속도 패턴의 반복 횟수도 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)과 경화제 수용액의 밀도 차이, 입도 차이가 커질수록 증가될 수 있다.
전술한 방법을 이용하여 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액을 모두 한 번에 믹싱하는 경우보다 균일하게 구성요소가 분포되도록 하는 몰탈을 제조한다.
도 14는 제2 실시예에 따른 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 나타낸 도면이다.
유해 중금속 또는 유기화합물이 함유된 폐기물을 준비한다(S1410).
단계 S1410에서, 폐기물은 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
여기서, 오니류는 폐수처리오니, 유리식각공정오니, 제지공정오니, 실리콘제조공정오니, 보크사이트잔재물를 포함한다. 광재는 알미늄제조공정광재, 납 열처리야금공정광재, 아연열처리공정광재, 철제제조공정광재, 고로슬래그, 제강슬래그, 비철금속제련공정광재, 선광공정광재를 포함한다. 분진은 제철공정분진, 시멘트제조공정분진, 발전시설분진, 폐실리카퓸을 포함한다. 폐주물사 및 폐사는 점토점결폐주물사, 화학점결폐주물사, 샌드블라스트폐사를 포함한다. 유기성오니류는 정수처리오니, 하수처리오니, 펄프제지공정오니를 포함한다. 무기성오니류는 폐수처리오니, 정수처리오니, 하수처리오니, 하수준설토, 건설오니, 석재, 골재 폐수처리오니를 포함한다. 연소잔재물는 연탄재, 석탄재를 포함한다. 폐석재류는 폐석분토사, 폐석재를 포함한다. 폐토사류는 폐토사, 건설폐토석, 오염하천, 오염해양 준설토를 포함한다. 폐콘크리트류는 폐벽돌, 폐블록, 폐기와를 포함한다.
단계 S1410에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물 중 오염토양을 고화하여 오염토양이 함유한 유해 중금속, 유해 화합물, 기름성분 중 어느 하나가 용출되지 않도록 한다.
단계 S1410에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물의 표면을 화학적으로 처리하여 활성이온반응을 억제시켜서 시멘트의 수화반응시 이온충돌현상을 억제되어 추후 양생 과정에서 완전고화(응결) 되도록 한다.
분쇄기는 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한다(S1414).
단계 S1414에서, 분쇄기는 폐기물 재활용 설비(100)에 포함되지 않은 별도의 장비를 의미하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 폐기물 재활용 설비(100)에 포함될 수 있다.
단계 S1414에서, 분쇄기는 1차적으로 폐기물이 분쇄기를 이용하여 기 설정된 입도로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한 후 2차적으로 별도의 체거름망을 이용하여 균일한 입도를 폐기 분쇄물 중 거름망 보다 큰 입도를 걸러낼 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물(소각장 비산재, 광재, 분진, 무기성 오니, 폐수 처리 오니, 폐석고, 불산 슬러지, 황산 슬러지, 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지 중 두 개 이상)을 교반할 때, 제1 속도 패턴(기 설정된 회전 속도)으로 회전하면서 복수의 폐기 분쇄물을 혼합한다(S1416).
폐기물 재활용 설비(100)는 이송부(120)를 이용하여 폐기 분쇄물을 교반부(150)로 이송한다. 여기서, 이송부(120)는 컨베이어 벨트를 포함한다.
시멘트(Cement)를 준비한다(S1420). 단계 S1420에서, 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
무기계 경화제를 준비한다(S1442). 단계 S1442에서, 무기계 경화제를 준비할 때, CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 함유하는 무기계 경화제를 준비한다.
무기계 경화제와 물을 함유한 경화제 수용액을 준비한다(S1444). 단계 S1444에서, 경화제 수용액을 준비할 때, 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 준비한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물과 시멘트를 기 설정된 비율로 교반할 때, 제2 속도 패턴으로 회전하면서 혼합물을 제조한다(S1450).
단계 S1450에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%(물질의 중량을 1(기준)로 환산한 후 환산치를 기준으로 다른 물질의 중량을 계산한 상대적 수치), 시멘트(포틀랜드 시멘트)를 20~40 중량%로 교반한다.
단계 S1450에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 시멘트를 20~40 중량%로 교반할 때, 시간에 비례하여 계속적으로 임계 속도를 이상으로 회전속도를 증가시킨 후 일정 이하 속도로 점진적으로 낮추도록 하는 회전 속도(제2속도 패턴)로 폐기 분쇄물, 시멘트를 교반한 혼합물을 제조한다.
단계 S1450에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%)에 포틀랜드 시멘트(20~40 중량%)를 교반할 때, 제2 속도 패턴(최소 속도값에서 최대 속도값으로 선형적으로 속도가 증가한 후 최대 속도값에서 최소 속도값으로 선형적으로 속도가 감소를 반복하는 패턴의 교번)으로 회전하면서 혼합하여 혼합물을 제조한다.
단계 S1450에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물(50~70 중량%)과 시멘트(20~40 중량%)의 밀도 차이, 입도 차이에 따라 제2속도 패턴의 반복 횟수를 결정한다.
단계 S1450에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기와 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기가 동일하도록 설정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 짧아지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 짧아지도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 길어지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 길어지도록 한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 혼합물과 경화제 수용액을 기 설정된 비율로 교반할 때, 제3 속도 패턴으로 회전하면서 몰탈을 제조한다(S1460).
단계 S1460에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%)과 시멘트(20~40 중량%)를 교반한 혼합물에 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반한다.
단계 S1460에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 혼합물에 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반할 때, 특정 임계 시점까지 속도를 지속적으로 증가시키고 특정 임계 시점 이후에는 임계 속도 미만으로 속도를 감속시키도록 하는 회전 속도(제3 속도 패턴)로 혼합물에 경화제 수용액을 교반하여 몰탈을 제조한다.
단계 S1460에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%)과 시멘트(20~40 중량%)를 혼합한 혼합물에 경화제 수용액(10~30 중량%)을 교반할 때, 제3 속도 패턴(특정 임계 시점까지 회전 속도가 비선형적 가속도를 갖도록 증가시킨 후 특정 임계 시점 이후에 회전 속도가 비선형적 감속도를 갖도록 감소시키는 패턴)으로 회전하면서 혼합한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 제1 속도 패턴, 제2 속도 패턴과 상이한 속도로 제3 속도 패턴을 결정한다.
단계 S1460 이후 몰탈을 기반으로 재활용 조성물을 제조할 수 있다.
단계 S1460 이후 몰탈을 거푸집(form)에 투입한다. 거푸집에 투입된 몰탈을 양생(養生)하여 재활용 콘크리트 조성물을 제조한다. 재활용 조성물은 항만 구조물, 콘크리트용 골재, 콘크리트 자재, 성토용 골재, 수로관 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 재활용 콘크리트 조성물로부터 거푸집을 탈형한다.
단계 S1460 이후 몰탈에 대한 입도를 재조정할 수 있다.
단계 S1460 이후 폐기물 재활용 설비(100)는 진동체(진동 스크린)을 거름체의 망 규격을 이용하여 몰탈의 토출에 대한 입도를 조정하여 인공골재의 입도(규격)를 조정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 교반된 몰탈을 진동체(진동 스크린) 위에 떨어뜨리면, 진동체(진동 스크린)의 철망 간격(사이즈)으로 인해 몰탈의 크기를 조절하여 토출한다. 예컨대, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 몰탈을 20mm, 40mm를 갖는 진동체(진동스크린) 위로 떨어뜨려서, 기 설정된 크기의 인공골재를 제조한다. 몰탈을 이송한다. 입도를 조정한 몰탈을 인공골재를 만들기 위한 장소로 이송한다. 이송된 몰탈을 양생하여 재활용 인공골재를 제조한다.
도 14에서는 단계 S1410 내지 단계 S1460을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 14에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 14은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 15는 제2 실시예에 따른 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때 회전 속도 및 회전수를 나타낸 도면이다.
폐기 분쇄물은 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 기 설정된 입도로 분쇄한 분쇄물을 포함한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물을 포틀랜드 시멘트와 교반하기 전에, 균질하게 복수의 폐기 분쇄물이 교반되도록 제1 속도 패턴(기 설정된 회전속도)으로 회전하면서 복수의 폐기 분쇄물을 혼합한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물(소각장 비산재, 광재, 분진, 무기성 오니, 폐수 처리 오니, 폐석고, 불산 슬러지, 황산 슬러지, 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지 중 두 개 이상)을 교반할 때, 제1 속도 패턴으로 회전하면서 복수의 폐기 분쇄물을 혼합한다.
제1 속도 패턴은 제1 회전 속도로서 일정한 값을 갖는다. 복수의 폐기 분쇄물은 전체적으로 균일하게 배치되어야 하는 구성 물질이고, 유사한 중량비를 가지는 구성 물질로서 일정한 속도로 균일하게 혼합될 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물에 포틀랜드 시멘트를 혼합할 때, 제2 속도 패턴으로 회전하면서 혼합한다.
제2 속도 패턴은 제2 회전 속도로 변화될 수 있다. 제2 속도 패턴은 속도 증가 및 속도 감소가 선형적으로 동일한 기울기로 이루어지고, 최소 속도값, 최대 속도값 사이에서 속도 증가 및 속도 감소가 계속적으로 반복될 수 있다. 최소 속도값은 제1 회전 속도(제1 속도 패턴)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 이러한 속도 변화의 반복이 발생되는 경우, 원심력의 증가와 감소가 반복적으로 이루어지고 이러한 원심력의 변화를 기반으로 추가로 투입된 포틀랜드 시멘트과 기존의 복수의 폐기 분쇄물의 배합이 전체적으로 균형있게 이루어질 수 있도록 한다.
제2 속도 패턴의 최소 속도값, 최대 속도값 및 최소 속도값 및 최대 속도값으로 변화되는 시간(속도 변화 기울기)은 복수의 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트의 밀도 차이, 입도 차이를 고려하여 결정될 수 있다. 밀도 차이, 입도 차이가 클수록 최대 속도값, 최소 속도값이 상대적으로 높아지고, 최대 속도값 및 최소 속도값으로 변화되는 시간(속도 변화 기울기)이 짧아져 속도 변화 기울기가 커질 수 있다.
제2속도 패턴의 반복 횟수도 복수의 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트의 밀도 차이, 입도 차이가 커질수록 증가될 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트를 혼합한 혼합물에 경화제 수용액을 혼합할 때, 제3 속도 패턴으로 회전하면서 혼합한다.
제3속도 패턴은 제3 회전 속도로서 특정 임계 시점까지는 회전 속도가 지속적으로 증가되고 특정 임계 시점 이후에는 회전 속도가 지속적으로 감소되는 패턴을 갖는다. 전술한 바와 같이 원심력 및 무게로 인해 빠르게 외곽으로 밀려난 혼합물이 중앙으로 다시 유입되면서 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)이 빠르게 혼합되는 효과를 가질 수 있다. 제3 회전 속도는 제2 속도 패턴보다 속도의 가속도 및 속도의 감속도의 변화를 주어 구성 물질의 무게 및 입자크기 등의 특성 차이로 인한 혼합 불균형 상태를 균형 상태로 개선되도록 한다.
제3 속도 패턴의 반복 횟수도 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)과 경화제 수용액의 밀도 차이, 입도 차이가 커질수록 증가될 수 있다.
전술한 방법을 이용하여 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물 , 시멘트, 경화제 수용액을 모두 한 번에 믹싱하는 경우보다 균일하게 구성요소가 분포되도록 하는 몰탈을 제조한다.
도 16은 제3 실시예에 따른 폐기물 재활용 건설자재 제조방법을 나타낸 도면이다.
유해 중금속 또는 유기화합물이 함유된 폐기물을 준비한다(S1610).
단계 S1610에서, 폐기물은 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
여기서, 오니류는 폐수처리오니, 유리식각공정오니, 제지공정오니, 실리콘제조공정오니, 보크사이트잔재물를 포함한다. 광재는 알미늄제조공정광재, 납 열처리야금공정광재, 아연열처리공정광재, 철제제조공정광재, 고로슬래그, 제강슬래그, 비철금속제련공정광재, 선광공정광재를 포함한다. 분진은 제철공정분진, 시멘트제조공정분진, 발전시설분진, 폐실리카퓸을 포함한다. 폐주물사 및 폐사는 점토점결폐주물사, 화학점결폐주물사, 샌드블라스트폐사를 포함한다. 유기성오니류는 정수처리오니, 하수처리오니, 펄프제지공정오니를 포함한다. 무기성오니류는 폐수처리오니, 정수처리오니, 하수처리오니, 하수준설토, 건설오니, 석재, 골재 폐수처리오니를 포함한다. 연소잔재물는 연탄재, 석탄재를 포함한다. 폐석재류는 폐석분토사, 폐석재를 포함한다. 폐토사류는 폐토사, 건설폐토석, 오염하천, 오염해양 준설토를 포함한다. 폐콘크리트류는 폐벽돌, 폐블록, 폐기와를 포함한다.
단계 S1610에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물 중 오염토양을 고화하여 오염토양이 함유한 유해 중금속, 유해 화합물, 기름성분 중 어느 하나가 용출되지 않도록 한다.
단계 S1610에서, 폐기물을 준비할 때, 폐기물의 표면을 화학적으로 처리하여 활성이온반응을 억제시켜서 시멘트의 수화반응시 이온충돌현상을 억제되어 추후 양생 과정에서 완전고화(응결) 되도록 한다.
분쇄기는 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한다(S1614).
단계 S1614에서, 분쇄기는 폐기물 재활용 설비(100)에 포함되지 않은 별도의 장비를 의미하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 폐기물 재활용 설비(100)에 포함될 수 있다.
단계 S1614에서, 분쇄기는 1차적으로 폐기물이 분쇄기를 이용하여 기 설정된 입도로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조한 후 2차적으로 별도의 체거름망을 이용하여 균일한 입도를 폐기 분쇄물 중 거름망 보다 큰 입도를 걸러낼 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물(소각장 비산재, 광재, 분진, 무기성 오니, 폐수 처리 오니, 폐석고, 불산 슬러지, 황산 슬러지, 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지 중 두 개 이상)을 교반할 때, 제1 속도 패턴(기 설정된 회전 속도)으로 회전하면서 복수의 폐기 분쇄물을 혼합한다(S1616).
폐기물 재활용 설비(100)는 이송부(120)를 이용하여 폐기 분쇄물을 교반부(150)로 이송한다. 여기서, 이송부(120)는 컨베이어 벨트를 포함한다.
시멘트(Cement)를 준비한다(S1620). 단계 S1620에서, 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
무기계 경화제를 준비한다(S1642). 단계 S1642에서, 무기계 경화제를 준비할 때, CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 함유하는 무기계 경화제를 준비한다.
무기계 경화제와 물을 함유한 경화제 수용액을 준비한다(S1644). 단계 S1644에서, 경화제 수용액을 준비할 때, 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 준비한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물과 시멘트를 기 설정된 비율로 교반할 때, 제3 속도 패턴으로 회전하면서 혼합물을 제조한다(S1650).
단계 S1650에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%(물질의 중량을 1(기준)로 환산한 후 환산치를 기준으로 다른 물질의 중량을 계산한 상대적 수치), 시멘트(포틀랜드 시멘트)를 20~40 중량%로 교반한다.
단계 S1650에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 시멘트를 20~40 중량%로 교반할 때, 특정 임계 시점까지 속도를 지속적으로 증가시키고 특정 임계 시점 이후에는 임계 속도 미만으로 속도를 감속시키도록 하는 회전 속도(제3 속도 패턴)로 폐기 분쇄물, 시멘트를 교반한 혼합물을 제조한다.
단계 S1650에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%)에 포틀랜드 시멘트(20~40 중량%)를 교반할 때, 제3 속도 패턴(특정 임계 시점까지 회전 속도가 비선형적 가속도를 갖도록 증가시킨 후 특정 임계 시점 이후에 회전 속도가 비선형적 감속도를 갖도록 감소시키는 패턴)으로 회전하면서 혼합하여 혼합물을 제조한다.
단계 S1650에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물(50~70 중량%)과 시멘트(20~40 중량%)의 밀도 차이, 입도 차이에 따라 제3 속도 패턴의 반복 횟수를 결정한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 혼합물과 경화제 수용액을 기 설정된 비율로 교반할 때, 제2 속도 패턴으로 회전하면서 몰탈을 제조한다(S1660).
단계 S1660에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%)과 시멘트(20~40 중량%)를 혼합한 혼합물에 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반한다.
단계 S1660에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 혼합물에 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반할 때, 시간에 비례하여 계속적으로 임계 속도를 이상으로 회전속도를 증가시킨 후 일정 이하 속도로 점진적으로 낮추도록 하는 회전 속도(제2속도 패턴)로 혼합물에 경화제 수용액을 교반하여 몰탈을 제조한다.
단계 S1660에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 폐기 분쇄물(50~70 중량%)과 시멘트(20~40 중량%)를 혼합한 혼합물에 경화제 수용액(10~30 중량%)을 교반할 때, 제2 속도 패턴(최소 속도값에서 최대 속도값으로 선형적으로 속도가 증가한 후 최대 속도값에서 최소 속도값으로 선형적으로 속도가 감소를 반복하는 패턴의 교번)으로 회전하면서 혼합한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 제1 속도 패턴, 제3 속도 패턴과 상이한 속도로 제2 속도 패턴을 결정한다.
단계 S1660에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기와 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기가 동일하도록 설정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 짧아지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 짧아지도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 길어지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 길어지도록 한다.
단계 S1660에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 혼합물과 경화제 수용액(10~30 중량%)의 밀도 차이, 입도 차이에 따라 제2속도 패턴의 반복 횟수를 결정한다.
단계 S1660에서, 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기와 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기가 동일하도록 설정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 짧아지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 짧아지도록 한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 최소 속도값에서 최대 속도값으로 변화하는 속도 변화 기울기가 길어지면 최대 속도값에서 최소 속도값으로 변화되는 속도 변화 기울기도 길어지도록 한다.
단계 S1660 이후 몰탈을 기반으로 재활용 조성물을 제조할 수 있다.
단계 S1660 이후 몰탈을 거푸집(form)에 투입한다. 거푸집에 투입된 몰탈을 양생(養生)하여 재활용 콘크리트 조성물을 제조한다. 재활용 조성물은 항만 구조물, 콘크리트용 골재, 콘크리트 자재, 성토용 골재, 수로관 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 재활용 콘크리트 조성물로부터 거푸집을 탈형한다.
단계 S1660 이후 몰탈에 대한 입도를 재조정할 수 있다.
단계 S1660 이후 폐기물 재활용 설비(100)는 진동체(진동 스크린)을 거름체의 망 규격을 이용하여 몰탈의 토출에 대한 입도를 조정하여 인공골재의 입도(규격)를 조정한다. 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 교반된 몰탈을 진동체(진동 스크린) 위에 떨어뜨리면, 진동체(진동 스크린)의 철망 간격(사이즈)으로 인해 몰탈의 크기를 조절하여 토출한다. 예컨대, 폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 몰탈을 20mm, 40mm를 갖는 진동체(진동스크린) 위로 떨어뜨려서, 기 설정된 크기의 인공골재를 제조한다. 몰탈을 이송한다. 입도를 조정한 몰탈을 인공골재를 만들기 위한 장소로 이송한다. 이송된 몰탈을 양생하여 재활용 인공골재를 제조한다.
도 16에서는 단계 S1610 내지 단계 S1660을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 15에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 16은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 17은 제3 실시예에 따른 폐기 분쇄물, 포틀랜드 시멘트, 경화제 수용액을 교반할 때 회전 속도 및 회전수를 나타낸 도면이다.
폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물을 포틀랜드 시멘트와 교반하기 전에, 균질하게 복수의 폐기 분쇄물이 교반되도록 제1 속도 패턴(일정한 값)으로 회전하면서 복수의 폐기 분쇄물을 혼합한다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물(소각장 비산재, 광재, 분진, 무기성 오니, 폐수 처리 오니, 폐석고, 불산 슬러지, 황산 슬러지, 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지 중 두 개 이상)을 교반할 때, 제1 속도 패턴으로 회전하면서 복수의 폐기 분쇄물을 혼합한다.
제1 회전 속도는 제1 속도 패턴으로서 일정한 값을 유지할 수 있다. 복수의 폐기 분쇄물은 전체적으로 균일하게 배치되어야 하는 구성 물질이고, 유사한 중량비를 가지는 구성 물질로서 일정한 속도로 균일하게 혼합될 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물에 포틀랜드 시멘트를 혼합할 때, 제3 속도 패턴으로 회전하면서 혼합한다.
제3 회전 속도는 제3속도 패턴으로서 특정 임계 시점까지는 회전 속도가 지속적으로 증가되고 특정 임계 시점 이후에는 회전 속도가 지속적으로 감소되는 패턴일 수 있다. 전술한 바와 같이 원심력 및 무게로 인해 빠르게 외곽으로 밀려난 혼합물이 중앙으로 다시 유입되면서 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)이 빠르게 혼합되는 효과를 가질 수 있다. 제3 회전 속도는 속도의 가속도 및 속도의 감속도의 변화를 주어 구성 물질의 무게 및 입자크기 등의 특성 차이로 인한 혼합 불균형 상태를 균형 상태로 개선되도록 한다.
제3 속도 패턴의 반복 횟수도 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)과 경화제 수용액의 밀도 차이, 입도 차이가 커질수록 증가될 수 있다.
폐기물 재활용 설비(100)는 교반부(150)를 이용하여 복수의 폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트를 혼합한 혼합물에 경화제 수용액을 혼합할 때, 제2 속도 패턴으로 회전하면서 혼합한다.
제2 속도 패턴은 제2 회전 속도로 변화될 수 있다. 제2 속도 패턴은 속도 증가 및 속도 감소가 선형적으로 동일한 기울기로 이루어지고, 최소 속도값, 최대 속도값 사이에서 속도 증가 및 속도 감소가 계속적으로 반복될 수 있다. 최소 속도값은 제1 회전 속도(제1 속도 패턴)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 이러한 속도 변화의 반복이 발생되는 경우, 원심력의 증가와 감소가 반복적으로 이루어지고 이러한 원심력의 변화를 기반으로 추가로 투입된 경화제 수용액과 기존의 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트)의 배합이 전체적으로 균형있게 이루어질 수 있도록 한다.
제2 속도 패턴의 최소 속도값, 최대 속도값 및 최소 속도값 및 최대 속도값으로 변화되는 시간(속도 변화 기울기)은 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트), 경화제 수용액의 밀도 차이, 입도 차이를 고려하여 결정될 수 있다. 밀도 차이, 입도 차이가 클수록 최대 속도값, 최소 속도값이 상대적으로 높아지고, 최대 속도값 및 최소 속도값으로 변화되는 시간(속도 변화 기울기)이 짧아져 속도 변화 기울기가 커질 수 있다.
제2속도 패턴의 반복 횟수는 혼합물(폐기 분쇄물과 포틀랜드 시멘트), 경화제 수용액의 밀도 차이, 입도 차이가 커질수록 증가될 수 있다.
전술한 방법을 이용하여 폐기물 재활용 설비(100)는 폐기 분쇄물, 시멘트, 경화제 수용액을 모두 한 번에 믹싱하는 경우보다 균일하게 구성요소가 분포되도록 하는 몰탈이 제조되도록 한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 소각장 비산재, 광재(鑛滓), 분진(粉塵), 무기성 오니(Inorganic Sludge), 폐수 처리 오니(Wastewater Treatment Sludge), 폐석고(Waste Gypsum), 불산 슬러지(Hydrofluoric Acid Sludge), 황산 슬러지(Sulfuric Acid Sludge), 광산폐기물, 오염토양, 항만오염퇴적물, 하수 슬러지(Sewage Sludge) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 폐기물을 준비하며, 상기 오염토양을 고화하여 상기 오염토양이 함유한 유해 중금속, 유해 화합물, 기름성분 중 어느 하나가 용출되지 않도록 하는 폐기물 준비 과정;
    상기 폐기물을 기 설정된 입도(粒度)로 분쇄한 폐기 분쇄물을 제조하는 폐기물 분쇄 과정;
    시멘트(Cement)를 준비하는 시멘트 준비 과정;
    CuSO4(10~16 중량%), CaCO3(10~16 중량%), H2ClCOOH(5~11 중량%), NaOH(7~13 중량%), Na2CO3(30~36 중량%), KHCO3(15~21 중량%), Al2O3(17~23 중량%)를 함유하는 무기계 경화제를 준비하는 무기계 경화제 준비 과정;
    상기 무기계 경화제 2~10 WT%와 물 90~98 WT%을 함유하는 경화제 수용액을 준비하는 경화제 수용액 준비 과정;
    상기 폐기 분쇄물을 50~70 중량%, 상기 시멘트를 20~40 중량%, 상기 경화제 수용액을 10~30 중량%로 교반할 때, 기 설정된 제1 임계시간동안 기 설정된 제1 속도 패턴으로 교반하다가 상기 제1 임계시간이 경과하면, 기 설정된 제2 임계시간동안 시간에 비례하여 계속적으로 임계 속도를 이상으로 회전속도를 증가시킨 후 일정 이하 속도로 점진적으로 낮추도록 하는 제2속도 패턴으로 교반하다가 상기 제2 임계시간이 경과하면, 기 설정된 제3 임계시간동안 특정 임계 시점까지 속도를 지속적으로 증가시키고 특정 임계 시점 이후에는 임계 속도 미만으로 속도를 감속시키도록 하는 제3 속도 패턴으로 교반하여 몰탈을 제조하는 교반 과정;
    상기 몰탈을 기반으로 재활용 조성물을 제조하는 재활용 조성물 제조 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 재활용 건설자재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 준비 과정은
    상기 시멘트로 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)를 준비하는 것을 특징으로 하는 폐기물 재활용 건설자재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재활용 조성물 제조 과정은
    상기 재활용 조성물을 항만 구조물, 콘크리트용 골재, 콘크리트 자재, 성토용 골재, 수로관 중 어느 하나로 구현하는 것을 특징으로 하는 폐기물 재활용 건설자재 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재활용 조성물 제조 과정은
    상기 몰탈을 거푸집(form)에 투입하는 거푸집 투입 과정;
    상기 거푸집에 투입된 상기 몰탈을 양생(養生)하여 재활용 콘크리트 조성물을 제조하는 양생 과정;
    상기 재활용 콘크리트 조성물로부터 상기 거푸집을 탈형하는 거푸집 탈형 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 재활용 건설자재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재활용 조성물 제조 과정은
    상기 몰탈에 대한 입도를 조정하는 몰탈 입도 조정 과정;
    상기 몰탈을 이송하는 이송 과정;
    이송된 상기 몰탈을 양생(養生)하여 재활용 인공골재를 제조하는 양생 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물 재활용 건설자재 제조방법.

KR1020230012837A 2022-05-26 2023-01-31 유해 중금속 및 유해 유기화합물을 함유한 폐기물 재활용 건설자재 제조방법 KR102562863B1 (ko)

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