KR20170127462A - 환경적으로 지속가능한 시멘트 조성물, 준설 침전물/슬러지를 불활성화하기 위한 이의 용도, 불활성화를 위한 관련된 방법 및 기구 - Google Patents
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Abstract
술포알루미네이트 클링커에 근거된 시멘트 조성물, 그리고 침전물/준설 슬러지를 집괴하고 및 불활성화하기 위한 이의 용도, 그리고 관련된 불활성화 방법 및 기구가 설명된다.
Description
본 발명은 환경적으로 지속가능한 시멘트 조성물, 준설 침전물/슬러지를 불활성화하기 위한 이의 용도, 관련된 불활성화 방법 및 기구에 관계한다.
본 발명은 포트 구역의 유지 및 확장, 그리고 또한, 일반적으로 수로 또는 운항 정박지에 관련된 활동 분야의 범위에 들어간다. 이들 섹터에서 특히 느껴지는 문제점 중에서 한 가지는 실제로, 특히 낮은-대체 정박지에서 침전물 및 잔해의 진행성 축적인데, 이것은 가항 수심에서 연속적인 감소를 야기한다.
많은 경우에, 시간이 흐름에 따라서 축적되는 침전물은 또한, 여러 범주의 주요 독성 오염원, 예를 들면, 중금속 (비소, 수은, 카드뮴, 납, 크롬, 니켈, 구리, 바나듐, 코발트, 바륨 등), 방향족 다중환상 탄화수소 (APH) 및 다른 석유 유도체, 폴리염화비페닐, 농약, 다이옥신을 내포한다. 게다가, 다양한 환경에서 이들 침전물의 입자-크기는 밀리미터보다 작을 만큼 극히 미세하고, 평균 값이 종종 수십 마이크론의 차수 내에 있는데, 이것은 그들의 제거를 훨씬 어렵게 만든다.
포트 도크, 정박지 및 운하의 커버업은 결과적으로, 중요한 경제적, 환경적 및 기술적 문제이다.
이러한 문제점을 극복하기 위해, 준설 작업을 진행하는 것이 공지된 통상적인 관례인데, 이것은 하지만, 환경에 대한 다양한 부정적인 효과, 예를 들면, 오염원의 분산 및 혼탁도에서 증가, 그리고 일단 추출되면, 침전물/준설 슬러지의 처분 비용에 주로 관련된 경제적 성격의 다양한 부정적인 효과 둘 모두를 갖는다.
결과적으로, 준설 작업은 그들 자체로 이미, 고형물 및 더욱 미세한 분획물의 이동과 연관된 유의미한 문제점을 수반하는데, 이것은 현탁된 물질의 농도에서 증가로 혼탁도에서 통제되지 않는 상당한 증가를 유발하고, 오염체의 넓은 분산, 침전물의 질에서 변화, 화학적 산소 요구량의 증가를 야기한다.
환원 조건 하에서, 금속은 수산화물 또는 불용성 황화물로서 존재하고 거의 생체이용가능하지 않다.
게다가, 과거에, 준설된 침전물 또는 준설 슬러지의 처분은 종종, 침전물뿐만 아니라 오염원의 희석이 이들의 부정적인 효과를 방지하는데 충분할 것이라는 믿음으로, 이들 침전물을 공해에서 분산시킴으로써 달성되었다. 바다 생태계가 겪는 극히 엄중한 환경적 충격은 고려되지 않았다.
1972년에 London Convention on Dumping (여기에는 이탈리아를 비롯한 다양한 국가가 가입하였다) 후, 준설된 물질의 처분은 국제적으로 규제되었고, 그리고 예로서, 중금속이 유의미한 농도로 존재하면, 바다에서 그들의 처분이 더 이상 절대적으로 허용되지 않고 육지에서 준설된 물질의 회수 및 처분이 의무적이다.
쓰레기 매립지에서 침전물/준설 슬러지의 처분 역시 특정하게 제한되는데, 그 이유는 이들이 위험한 폐기물을 대표하기 때문이다. 오염된 토양으로부터 오염 물질 (여기에는 준설 슬러지 또한 포함된다)의 쓰레기 매립은 실제로, 엄격한 규제를 받고 (예로서, 1999년 4월 26의 지침 1999/31/CE 및 19/12/02의 판결 nr.2003/33/CE), 그리고 쓰레기 매립은 폐기물 안에 내포된 오염원에 관한 폐기물의 분류에 의해 결정되는데, 이의 범위는 클래스 I (위험한 폐기물)에서부터 클래스 III (비활성 폐기물)까지이다. 준설 슬러지의 관리에 관한 한, 구성원 국가들의 특별 규정이 참조되어야 한다.
이런 이유로, 쓰레기 매립의 경우에, 환경적 충격뿐만 아니라 쓰레기 매립 비용을 감소시키기 위해, 오염 부류의 폐기물을 더욱 낮추고, 슬러지/침전물 내에 존재하는 걸러낼 수 있는 오염원의 비율을 감소시키는 것이 특히 중요하다.
준설에 영향을 주는, 상이한 침전물/항구 슬러지의 특징이 무수한 인자, 예를 들면, 예로서: 관심되는 오염체의 농도 (COC); 잔류물이 있는 침전물의 층의 체류 시간; 잔류물이 있는 침전물 층의 두께; COC의 가변성; 침전물/슬러지의 이동성에 의존한다는 것이 또한 고려되어야 한다.
오염 잔류물이 존재하면, 대상에 도달하기 위해 다양한 준설 단계가 필요하다: 첫 번째 단계에서, 덩어리가 제거되고, 그리고 환경복원이 이후, 추가 최종 단계로 완결된다. 더욱 많은 단계가 더욱 많은 비용을 수반하고 침전물의 재현탁 효과를 증가시킨다는 것은 분명하다; 수주관에서 오염체의 방출은 침전물의 재현탁에 직접적으로 연결된다; 하지만, 이것 역시 수체로부터 오염체의 제거에 의존한다. 침전율에서 증가는 비록 일부 극심한 사례에서, 재현탁의 제어가 오염체의 방출 및 그것으로부터 파생되는 위험을 제어하는데 충분하지 않을 지라도, 용해된 오염체의 방출에서 및 결과적으로 확산 및 단기 위험에서 감소를 야기한다. 준설 작업과 연관된 오염체의 상실은 각각 상이한 수송 및 흡수 방식에 의해 특징화되는 용해된 또는 휘발성 분획물 내에 미립자에서 발생할 수 있다. 통상적으로 침전물과 결부된 오염체는 실제로, 미세한-알갱이 입자에 단단하게 결합된 상태로 남아있는 경향이 있는데, 이들 입자는 낮은 침전율을 갖고 수주관에서 현탁된 상태로 수 시간 또는 수 일 동안 남아있을 수 있다. 현탁액 내에 침전물 및 관련된 오염체의 입자는 이런 이유로, 준설 구역으로부터 주변 환경으로 해류에 의해 수송될 수 있다. 이들 용해된 오염체는 이후, 준설 구역 외부에 존재하는 다른 고체 및 물질과 상호작용하고, 반응을 겪고, 국부 생태계에서 분산되거나 또는 통합되고, 최종적으로 새로운 평형을 창출할 수 있다.
최종적으로, 이와 같은 준설된 물질의 높은 유동성 (중량으로 95%까지의 수분 함량)은 육지에서 이들의 이동 및 차후 처리 둘 모두를 복잡하게 만든다.
이런 이유로, 준설된 물질, 실제적으로는 액체를 더욱 쉽게 관리될 수 있는 더욱 일관된 물질로 전환하기 위한 침전물/준설 슬러지의 처리 방법이 발견되었다.
공지된 처리 방법은 침전물 /슬러지 내에 존재하는 물과 순간적으로 및 극히 발열성 방식으로 반응하여, 포틀랜드석 (Ca(OH)2)을 형성하는 생석회 (CaO)의 이용을 구상한다.
약 20%의 농도에서 CaO로 해양 침전물의 처리는 관리될 수 있는 침전물이 약 2 시간 이내에 획득되도록 허용한다.
CaO는 하지만, 위험한 산물인데, 그 이유는 이것이 극히 위험한 고도 발열성 과정에서 Ca(OH)2로 전환되기 때문이다. 이것은 이런 이유로, 주의 깊게 수송되고 이용되어야 하고, 그리고 화학 물질에 관한 REACH European 규정에 따라, 이것은 특히 경계하면서 관리되어야 하는 위험한 물질로서 분류된다. 이러한 처리 이후에도, 라임으로 처리된 침전물/슬러지는 높은 농도에서 중금속의 존재로 인해 특수한 쓰레기 매립지에 보내져야 한다.
특허 출원 EP 2334614는 바닷물 또는 강물의 준설로부터 파생하는 침전물/슬러지의 처리를 설명하는데, 상기 처리는 상기 침전물/슬러지를 술포알루미네이트 결합제, 황산염 및 술포알루미네이트 결합제의 수화 반응의 촉매제를 포함하는 처리 조성물과 혼합하고; 침전물/슬러지에서 초기 자유수 함량에 비하여 상당히 감소된, 전체 혼합물에 대하여 중량으로 20%보다 낮은 자유수 함량을 갖는 치밀한 고체 산물이 획득될 때까지, 약 1 내지 7 일간 지속되는 상기 혼합물의 응결 시기; 추후 이용을 위해 채택되는 상기 치밀한 고체 산물의 분별 시기를 포함한다.
이러한 방법은 육지에서 침전물/준설 슬러지의 회수, 운송 및 처리를 필요로 할 뿐만 아니라, 치밀한 고체 산물을 획득하기 위한 특히 긴 시간의 불리함을 갖는다. 게다가, 포트 정박지는 준설 슬러지의 보관을 위한 가용한 구역을 필요로 하는데, 여기서 침전물/슬러지의 보관 시기 동안 방출된 다량의 물은 주변 환경으로 분산되는 대량의 가용성 염 및 무기와 유기 오염원으로 포화된다. 추가의 고도로 불리한 양상은 다음과 같다:
- 회수 시기 동안 잠재적으로 오염 물질의 분산;
- 이의 이동 및 전달에 연관된 환경적 위험 (유출 및 오염);
- 관련된 높은 숫자의 단계와 수단에 관하여 환경적 충격 (대기 오염).
이런 이유로, 환경에 대하여 점점 증가하는 감수성 및 결과적으로, 포트 및 정박지/운하에 대한 새로운 지속가능한 발달 모형을 찾아달라는 요구를 특히 고려하여, "고전적인" 준설 및 이와 같은 침전물/준설 슬러지 또는 최신 기술의 방법으로 처리 후 침전물/준설 슬러지의 결과적인 처분에 대한 대안적 해법을 발견해야 하는 필요성이 강하게 대두된다.
이들 새로운 해법은 전통적인 준설 또는 앞서 설명된 처리에 의해 대표되는 해법에 비하여, 극히 낮은 환경적 충격 및 경제적으로 지속가능한 조건 하에서 침전물/준설 슬러지의 제거 및 방출을 보증해야 한다.
본 출원인은 놀랍게도, 특정한 환경적으로 지속가능한 시멘트 조성물을 발견하였는데, 특히 특정한 방법 및 불활성화 기구를 적용함으로써 침전물/준설 슬러지의 처리에서 이의 이용은 최신 기술의 해법의 결점 없이, 앞서 지시된 문제점이 해결되도록 허용한다.
본 발명의 목적은 이런 이유로, 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 75 내지 97.9%, 바람직하게는 중량으로 89 내지 94.5%의 범위에서 변하는 백분율에서 술포알루미네이트 클링커, 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 2 내지 20%, 바람직하게는 중량으로 5 내지 10%의 범위에서 변하는 백분율에서 제일철 황산염 (FeSO4nH2O), 그리고 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 0.1 내지 5%, 바람직하게는 중량으로 0.5 내지 2%의 범위에서 변하는 백분율에서 수화 반응의 가속화제를 포함하는 환경적으로 지속가능한 시멘트 조성물에 관계한다.
상세한 설명에서, 용어 "시멘트 조성물"은 물과 혼합될 때, 수화에 의해 굳어지는 페이스트를 형성하고, 그리고 경화 후, 물에서도 내성 및 안정성을 유지하는 분말 형태에서 물질을 지칭한다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물 내에 존재하는 술포알루미네이트 클링커는 주요 상으로서 4CaO.3Al2O3.SO3 (C4A3$으로서 또한 지시됨) 및 이차 상으로서 (CaO)2SiO2 (C2S로서 또한 지시됨)를 포함한다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물에서, 시멘트 조성물 내에 정상적으로 존재하는 황산칼슘 (CaSO4nH2O)은 FeSO4로서 아래에 지시된 제일철 황산염 (FeSO4nH2O)에 의해 완전하게 치환된다.
상세한 설명에서, 용어 "술포알루미네이트 클링커"는 900℃ 내지 1450℃의 범위에서 변하는 온도 (클링커화 온도)에서, 최소한 하나의 라임 공급원 (가령, 중량으로 50% 내지 60%의 범위에서 변하는 CaO의 함량을 갖는 석회석), 최소한 하나의 알루미나 공급원 (가령, 보크사이트, 소성 알루미나 또는 알루미나를 내포하는 다른 제조 부산물) 및 최소한 하나의 황산염 공급원 (석고, 화학적 석고, 자연 또는 합성 경석고, 석고, 술포칼슘 회분)을 내포하는 혼합물의 하소로부터 발생하는 임의의 물질을 지칭한다. 시멘트 자르곤 (jargon)에서, 이들 일차 화합물은 약어: CaO의 경우 C, SiO2의 경우 S, Al2O3의 경우 A, SO3의 경우 $ 및 H2O의 경우 H를 이용하여 종종 표시된다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물에서 바람직한 술포알루미네이트 클링커는 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 5%보다 높은 함량의 C4A3$ 및 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 75%보다 낮은 함량의 C2S를 갖는다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물에서 바람직한 술포알루미네이트 클링커는 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 40% 내지 80%의 C4A3$ 및 중량으로 15% 내지 25%의 C2S를 포함한다. 본 발명에 따른 시멘트 조성물에서 훨씬 바람직한 술포알루미네이트 클링커는 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 54% 내지 62%의 C4A3$ 및 중량으로 18% 내지 22%의 C2S를 포함하고, 100%까지의 보충물은 산화물/미량 상으로 구성된다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물에서 이용될 수 있는 술포알루미네이트 클링커의 실례는 특허/특허 출원 EP1781579, EP0812811, EP1306356, EP2640673, WO023728, US8268071 e EP1171398에서 설명된다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물은 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 2 내지 20%, 바람직하게는 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 5 내지 10%의 범위에서 변하는 백분율에서 FeSO4를 포함한다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물에서 FeSO4의 존재는 매우 놀랍게도, FeSO4가 세팅/경화 조절 작용을 동시기에 발휘하고, 술포알루미네이트 클링커의 C4A3$ 상과 반응하여 크롬 (VI)의 응집 작용 및 감소 작용, 에트린자이트를 형성한다는 점에서 특히 중요한데, FeSO4의 이들 합동된 작용은 방대한 용적의 물, 예를 들면, 본 발명에 따라 처리되고 및/또는 해수의 특정한 pH 및 높은 염분 조건 아래에 있는 물에서 완전하게 예상치 못한 놀라운 것이다.
수화 반응의 가속화제는 술포알루미네이트 결합제의 수화 반응이 가속되도록 허용하고, 그리고 바람직하게는, 탄산염, 황산염 또는 질산염에서 선택되는 알칼리성 금속의 염, 더욱 바람직하게는 리튬 또는 탄산나트륨 및 이보다 더욱 바람직하게는 탄산리튬이다.
특히 바람직한 시멘트 조성물은 다음을 포함한다:
- 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 54% 내지 62%의 C4A3$ 및 중량으로 18% 내지 22%의 C2S를 포함하는 술포알루미네이트 클링커, 상기 술포알루미네이트 클링커는 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 90 내지 94%의 범위에서 변하는 양으로 존재하고;
- 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 5 내지 10%의 범위에서 변하는 양에서 FeSO4;
- 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 0.5 내지 2%의 범위에서 변하는 양에서 Li2CO3.
본 발명에 따른 시멘트 조성물은 또한, 가능한 극미량의 현탁 고형물을 제거하기 위한 고전적인 응집 작용제 (유기 또는 무기)를 포함할 수 있는데, 이것은 해수의 특정한 pH 및 염분 조건 아래에서 작동할 수 있는 화합물로부터 선택되어야 한다. 고전적인 응집 작용제의 실례는 한정됨 없이, 알루미늄 및 철의 염화물 및 히드록시염화물, 벤토나이트, 폴리아크릴아미드, 변형된 아미드 등이다.
더욱 작은 포졸란 첨가, 예를 들면, 자연 또는 소성 포졸란, 슬래그 및 비산회, 또는 비-포졸란 첨가, 예를 들면, 석회석의 이용이 본 발명의 예상된 결과가 동등하게 획득되도록 허용한다는 것은 당업자에게 분명하다. 상기 가능한 추가 성분은 하지만, 시멘트 조성물의 전체 중량에 대하여 중량으로 35%를 초과할 수 없다.
침전물/준설 슬러지에 첨가될 때, 본 발명에 따른 시멘트 조성물은 상기 침전물/준설 슬러지가 불활성화 결과의 면에서뿐만 아니라 집괴 및 불활성화 비율의 면에서 매우 효과적으로 불활성화되도록 허용한다.
본 발명의 추가 목적은 이런 이유로, 원지 및 현장외 둘 모두에서 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 본 발명에 따른 시멘트 조성물의 용도에 관계한다.
본 발명의 다른 목적은 침전물/준설 슬러지를 불활성화기 위한 방법에 관계하고, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 침전물/준설 슬러지를 본 발명에 따른 시멘트 조성물과 10 초 내지 5 분의 범위에서 변하는 시간 동안 혼합하는 단계;
- 2 내지 120 분의 범위에서 변하는 시간 동안, 이렇게 획득된 혼합물의 침전 단계;
- 1 내지 24 시간의 범위에서 변하는 시간 동안, 이렇게 획득된 침전물의 고형화 단계.
침전물/준설 슬러지와 혼합되는 시멘트 조성물의 백분율은 다양한 인자, 예를 들면, 침전물/슬러지의 입자-크기, 침전물/슬러지 내에 존재하는 잔류물, 예를 들면, 모래 및/또는 그릿의 양 등에 의존한다.
본 발명에 따른 시멘트 조성물은 침전물/슬러지의 중량에 대하여 중량으로 30 내지 80%, 바람직하게는 중량으로 40 내지 60%의 범위에서 변하는 백분율에서, 침전물/준설 슬러지와 혼합된다.
침전물/준설 슬러지는 정상적으로, 현탁액의 전체 중량에 대하여 중량으로 약 25 내지 95%의 범위에서 변하는 양의 물을 내포한다.
본 발명에 따른 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법은 상기 방법이 극히 다능하고, 그리고 모든 단계의 특히 감소된 시간으로 인해, 원지 및 현장외 둘 모두에서 연속적으로 실행될 수 있다는 점에서, 특히 유리하다.
이것은 침전물/준설 슬러지 및 침전물/준설 슬러지 내에 존재하는 가능한 오염체의 극히 신속하고 효과적인 집괴 및 불활성화를 허용하고, 주변 환경에서 그들의 분산을 방지한다.
상세한 설명 및 청구항에서, 표현 "수분 (water basin)의 기저 (bottom)"는 해저, 호수 기저, 강 또는 다른 수로 (가령, 자연 또는 인공 수로)의 기저, 또는 일반 탱크의 기저 중에서 한 가지를 지칭한다.
첫 번째 구체예에서, 상기 방법은 현장외 적용될 수 있다: 침전물은 수분의 기저로부터 준설되고 흡인되거나/제거되고, 그리고 아마도, 모래 및 석재를 제거하기 위한 여과와 체질 처리 후 혼합/침강 챔버에 보내진다. 시멘트 조성물 역시 이러한 챔버에 보내지고 구상된 시간 동안 슬러지와 혼합되고, 이렇게 획득된 혼합물은 침착하도록 남겨지고 숙성 탱크로 차후에 보내진다.
본 발명에 따른 침전물을 불활성화하기 위한 방법의 두 번째 구체예는 특히 유리하게는, 원지에서, 다시 말하면, 처리되는 수분의 기저에서 직접적으로 실행되는데, 이들 침전물은 시멘트 조성물로 차후 처리를 위해 상기 기저로부터 제거되지 않는다.
이런 이유로, 전체 과정이 수중에서 실행되고, 그리고 이러한 해법은 활성에 관련된 물이 임의의 오염 없이, 동일한 환경에서 및 동일한 특징에서 남아있다는 추가 이점을 갖는다: 이것은 이런 이유로, 공정 용수인 것으로 고려될 수 없다. 수분의 외부로 이동되는 물의 용적은 이런 이유로, 없거나 또는 어떤 경우든 극히 감소되고, 결과적으로 추가의 에너지 이점이 발생한다.
본 발명에 따른 방법은 시멘트 조성물 및 침전물을 교반 하에 및 안전한 방식으로 접촉된 상태로 밀어넣어, 국한된 이형상 혼합을 달성하는 시스템에서 실행된다.
상기 방법의 상기 두 번째 구체예는 이런 이유로, 다음의 예방적 단계를 포함한다:
- 수분의 기저의 최소한 일부를, 처리되는 침전물을 내포하는 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버를 규정하기 위한 아래가 열린 속이 빈 구조로 커버하는 단계;
- 시멘트 조성물을 혼합 챔버 내로 도입하는 단계; 그리고
- 혼합 챔버 내에 존재하는 유체를 교반하여, 속이 빈 구조에 의해 커버된 침전물의 최소한 일부를 끌어올리는 단계.
수분의 기저의 최소한 일부를 속이 빈 구조로 커버하는 단계는 속이 빈 구조의 개방 단부가 최소한 일정한 길이 동안 수분의 기저를 침투하여, 닫힌 혼합 챔버를 규정하도록 허용하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 두 번째 구체예는 바람직하게는, 침전 및 고형화 단계가 발생하기 전에, 혼합 챔버의 방출 개구부를 통해 상기 챔버로부터 시멘트 조성물 및 침전물의 혼합물을 방출하는 단계를 포함한다.
이보다 더욱 바람직하게는, 속이 빈 구조를 전진 방향으로 점진적으로 전진시키고, 그리고 처리되는 물질을 전진 방향에 대하여 반대 방향으로 방출하는 단계가 구상된다.
이러한 방식으로, 유리하게는 연속적으로 작동하는 것이 가능한데, 그 이유는 침전 및 세팅 단계가 혼합 챔버의 외부에서, 전형적으로 열린 수분의 기저에서 발생하기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 두 번째 구체예의 대안적 변이체는 일단 침전 단계가 실제적으로 완결되면, 속이 빈 구조를 수분의 기저의 부분으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 과정은 이런 이유로, 불연속적이다.
본 발명에 따른 방법으로 획득되는 고형화된 최종 산물, 다시 말하면, 집괴되고 불활성화된 침전물/준설 슬러지는 수분의 기저에서 직접적으로 남겨질 수 있다: 이 경우에 있어서, 이것은 물질이 기저에서 안전하게 침착되는 환경복원/불활성화 개입이다.
모든 다른 사례에서, 고형화된 최종 산물, 다시 말하면, 집괴되고 불활성화된 침전물/준설 슬러지는 제거되고, 표면으로 이동되고, 그리고 비활성 폐기물로서 쓰레기 매립지로 보내지거나 또는 콘크리트, 교각, 도로, 제방 등에서 이용을 위해 재활용될 수 있다.
본 발명에 따른 침전물의 불활성화 기구는 수분의 기저의 최소한 일부에서 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버를 규정하는데 적합한 최소한 하나의 속이 빈 구조를 포함하고, 상기 속이 빈 구조는 시멘트 조성물의 도입을 위한 최소한 하나의 주입구 개구부 및 혼합 챔버를 규정하는, 기저의 부분 내에 존재하는 침전물과 시멘트 조성물의 최소한 하나의 혼합 요소를 포함한다.
속이 빈 구조는 바람직하게는, 평행 육면체 입체형태, 바람직하게는 큐빅을 갖는다.
유리하게는, 이러한 형상은 침전물 및 시멘트 조성물 사이에 혼합을 증진하는데 최적인 것으로 입증되는데, 그 이유는 이것이 효과적인 예방적 혼합이 없으면 침전을 가속화하는 회오리 및 와동의 형성을 예방하기 때문이다.
혼합 요소는 바람직하게는, 최소한 하나의 와동 차단기를 포함한다.
유리하게는, 이러한 방편은 최적 혼합을 조장하기 하기 위해, 회오리 및 와동의 형성에 저항한다.
속이 빈 구조는 바람직하게는, 침전물 및 시멘트 조성물로 구성된 혼합물의 최소한 하나의 방출 개구부를 포함한다.
속이 빈 구조는 바람직하게는, 전동식 전방 전진 수단을 포함한다.
본 발명의 추가 목적은 앞서 설명된 바와 같은 침전물을 불활성화하기 위한 기구에 시멘트 조성물을 공급하기 위한, 시멘트 조성물의 최소한 하나의 탱크가 위치되는 최소한 하나의 이동가능한 바지선을 포함하는, 침전물을 불활성화하기 위한 플랜트에 관계한다. 이 경우에 있어서, 시멘트 조성물의 탱크는 수분의 기저의 최소한 일부에서 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버를 규정하는데 적합한 구조의 주입구 개구부에 연결되고, 여기서 상기 구조는 상기 혼합 챔버를 규정하는, 수분의 기저의 부분 내에 존재하는 침전물 및 시멘트 조성물의 혼합 요소를 포함한다.
시멘트 조성물은 바람직하게는, 본 발명에 따라 생산된다.
본 발명의 추가 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하면, 바람직한 구체예 중에서 일부에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명하게 드러날 것이다. 단일 형상에서 다양한 특징은 특정 조합으로부터 유익성의 이점이 특이적으로 도출되면, 상기 설명에 따라 필요에 따라 서로 합동될 수 있다.
상기 도면에서:
- 도면 1은 본 발명에 따른 침전물 불활성화 플랜트의 첫 번째 구체예의 개략적 표시이다;
- 도면 2는 본 발명에 따른 침전물 불활성화 플랜트의 두 번째 구체예의 개략적 표시이다.
- 도면 1은 본 발명에 따른 침전물 불활성화 플랜트의 첫 번째 구체예의 개략적 표시이다;
- 도면 2는 본 발명에 따른 침전물 불활성화 플랜트의 두 번째 구체예의 개략적 표시이다.
도면을 도해하기 위한 다음의 설명에서, 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 갖는 구성 요소를 지시하는데 이용된다.
도면 1에 관하여, 이것은 이동가능한 바지선 101을 포함하는, 침전물을 불활성화하기 위한 플랜트 100, 이 경우에 있어서 준설기를 보여주는데, 여기 위에 시멘트 조성물의 탱크 102가 배치된다.
탱크 102는 불활성화 기구 10의 주입구 개구부 13에 연결된다.
상기 기구 10은 아래가 열린 속이 빈 구조를 포함하고, 상기 구조는 예시된 구체예에서, 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버 12를 규정하기 위한 큐빅 입체형태를 갖는 벨-모양 몸체 11의 형태이고, 상기 구조는 수분의 기저 20 위에 배치되고 기저 20의 부분을 커버한다.
속이 빈 구조 11은 혼합 요소 14를 포함하고, 이들 요소는 예시된 바람직한 구체예에서, 블레이드 기통의 형태에서 생산된다.
기통 14의 회전은 이런 이유로, 주입구에서 시멘트 조성물 22 및 속이 빈 구조 11에 의해 커버된 기저 부분 20 내에 존재하는 침전물 21의 혼합을 유발한다.
혼합 요소 14는 또한, 최소한 하나의 와동 차단기를 구상한다 (도해되지 않음).
도면 1의 구체예의 속이 빈 구조 11은 침전물 및 시멘트 조성물로 구성된 혼합물의 방출 개구부 15를 포함한다.
이러한 방식으로, 연속적으로 작동하는 것이 가능한데, 그 이유는 침전 단계가 혼합물이 혼합 챔버로부터 분출된 후 수분의 열린 기저에서 발생하기 때문이다.
불활성화 기구의 전동식 전방 전진 수단 또한 구상되는데, 이들은 또한 자동 유형일 수 있다. 이 경우에 있어서, 최소한 하나의 혼탁도 센서가 구상되는데, 이것은 전동식 수단이 구동되는 기초가 되는 신호를 제공한다.
도면 2는 특히, 불활성화 기구 10의 생산을 위한 도면 1의 구체예와 상이한, 본 발명의 불활성화 플랜트 100의 구체예 변이체를 도해한다.
도면 2에서 도해된 불활성화 기구 10은 방출 개구부를 갖지 않는데, 그 이유는 침전물 및 시멘트 조성물의 혼합물의 침전이 혼합 챔버 내에서 또한 발생하기 때문이다.
일단 침전 단계가 완결되면, 속이 빈 구조 11은 기저 20의 처리된 부분으로부터 이동되어, 처리되는 기저 20의 새로운 부분에 상응하게 배치된다.
특히, 본 발명에 따라서, 불활성화 플랜트 내에 시멘트 조성물은 앞서 설명되고 아래에 예시되는 조성물이다.
도면 1의 플랜트에 의해 실행된 불활성화 방법은 다음과 같다.
수분의 기저 20의 최소한 일부는 처리되는 침전물 21을 내포하는 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버 12를 규정하기 위한 불활성화 기구 10의 벨-모양 몸체 11에 의해 초기에 커버된다.
특히, 속이 빈 구조 11의 개방 단부 11a는 최소한 하나 길이 동안 기저 20을 침투하도록 유발된다.
시멘트 조성물은 혼합 챔버 12 내로 도입되고, 그리고 동시기에, 혼합 챔버 12 내에 존재하는 유체는 벨-모양 몸체 11에 의해 커버된 침전물 21의 최소한 일부를 끌어올리기 위해 교반된다.
이런 이유로, 침전물 및 시멘트 조성물의 혼합 단계가 있다.
도면 1의 플랜트 100에서, 혼합물은 이후, 차후 침전 및 고형화 단계가 수분의 기저 20에서 불활성화 기구 10의 외부에서 발생하도록, 혼합 챔버 12로부터 분출된다.
벨-모양 몸체 11은 일정한 전진 방향 A를 따라서 전진하도록 유발되고, 동시기에 혼합물은 혼합 챔버 12로부터 방출된다.
도면 1의 플랜트 100과 달리, 도면 2의 구체예는 침전이 혼합 챔버 12에서 실행되고, 그리고 벨-모양 몸체 11이 차후에 제거되는 것을 구상한다. 결과적으로 단지 완전한 고형화만 불활성화 기구 10의 외부에서 발생한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음의 예시적인 및 무제한적 실시예로부터 분명하게 드러날 것이다.
아래에 제공된 실시예의 목적은 침전물/준설 슬러지의 집괴 및 불활성화에서 본 발명에 따른 시멘트 조성물의 효율을 증명하는 것이다.
특히, 아래에 지시된 특징을 갖는 침전물/슬러지 및 물이 이용되었다.
항구 슬러지, 시멘트 조성물 및 물은 이들 실시예가 처리되는 수분의 기저에서 존재하는 실제 환경을 가능한 가깝게 반영하도록, 각 시험을 위한 다양한 조합에서 이용되었다.
다음 실시예에서 이용된 시험 해양 침전물은 Genoa의 포트로부터 펌핑에 의해 제거된 침전물/슬러지로 구성되고, 그리고 다양한 유형의 해양 침전물/항구 슬러지를 대표한다.
침전물/슬러지는 입자-크기 및 화학적 조성의 관점으로부터 특징화되었다.
슬러지의 입자-크기는 표 1에서 지시된 특징을 갖는 표준화된 네트 체 위에서 체질함으로써 습성 평가되었다.
| ASTM - E11 (그물망) |
네트 전장 (μm) |
|
| 체 1 | 100 | 150 |
| 체 2 | 140 | 106 |
| 체 3 | 270 | 53 |
아래의 표 2는 다음 실시예의 목적인 실험적 시험에서 이용된 항구 슬러지의 3가지 실례의 입자-크기 분포를 지시한다.
| 슬러지 1 | 슬러지 2 | 슬러지 3 | |
| 크기 | 분율, 중량 % |
분율, 중량 % |
분율, 중량 % |
| < 50μm | 29 | 38 | 36 |
| 50μm-100μm | 15 | 35 | 30 |
| 100μm-150μm | 7 | 19 | 12 |
| > 150μm | 49 | 8 | 22 |
침전물은 극히 이질성 입자-크기를 갖는 모래 및 그릿으로 구성된 더욱 높은 분획물 (>150μm), 미세한 모래 및 매우 미세한 모래로 구성된 2가지 분획물 (100μm 내지 150μm 및 50μm 내지 100μm의 범위에서 변하는 입자-크기를 가짐), 그리고 라임에 상응하는 더욱 낮은 분획물 (<50μm)로 구성되었다. 더욱 낮은 분획물은 침전물의 준설 작업 및 이동 동안 상당한 시간 동안 물의 혼탁도를 주로 책임지는 것이다.
슬러지는 주요 성분 및 전형적인 오염원을 결정하기 위해 분석되었다. 표 3은 다음 실시예의 목적인 실험적 시험에서 이용된 항구 슬러지의 3가지 실례의 조성을 지시한다.
| 오염체 | 슬러지 1 | 슬러지 2 | 슬러지 3 |
| 중금속 | 농도 (mg/Kg ss) | 농도 (mg/Kg ss) | 농도 (mg/Kg ss) |
| Al | 15888 | 25000 | 18000 |
| Fe | 30978 | 15000 | 7670 |
| Pb | 1125 | 227 | 212 |
| Cu | 1382 | 110 | 112 |
| Zn | 14473 | 363 | 372 |
| As | 20 | 10 | 6 |
| Cr | 75 | 450 | 100 |
| Cd | 15.8 | <1 | <1 |
| Hg | 3.9 | 1.4 | 2.8 |
| Ni | 34 | 45 | 55 |
| V | 27 | 54 | 44 |
| 유기 탄소 | 50300 | 31000 | 42500 |
| 가볍고 무거운 탄화수소 | 3046 | 1200 | 1520 |
| 방향족 다중환상 탄화수소 (IPA) | 0.158 | 1.621 | 2000 |
| 폴리클로로-비페닐 (PCB) | 1.54 | 0.110 | 0.120 |
ss는 건성 고체를 의미한다
다음 실시예에서 이용된 슬러지는 환원 조건 하에 있다. 일반적으로, 앞서 지시된 바와 같이, 슬러지는 가변적 농도, 특히 높은 농도의 독성 특징을 갖는 다양한 중금속 (가령, Cr, Cu, Pb), 오염 유기 화합물, 예를 들면, 방향족 다중환상 탄화수소 및 폴리염화비페닐, 농약 및 다이옥신을 내포할 수 있다.
특히, 본 실시예에서 펌핑되고 이용된 슬러지는 중량으로 약 70%에 동등한 양의 물을 내포한다.
아래의 표 4는 다음 실시예의 목적인 실험적 시험에서 이용된 해수의 3가지 표본의 조성을 지시한다.
| 화합물 | 조성물 A (상층액) 슬러지 1) |
조성물 B (상층액) 슬러지 2) |
조성물 C (상층액) 슬러지 3) |
| 염화물 (Cl-) (mg/l) | 21.200 | 18.980 | 20800 |
| 나트륨 (Na+) (mg/l) | 11.800 | 10.556 | 11900 |
| 황산염 (SO4 2-) (mg/l) | 2.950 | 2.649 | 3060 |
| 마그네슘 (Mg2+) (mg/l) | 1.403 | 1.262 | 1360 |
| 칼슘 (Ca2+) (mg/l) | 423 | 400 | 355 |
| 칼륨 (K+) (mg/l) | 463 | 380 | 663 |
| 중탄산염 (HCO3 -) (mg/l) | - | 140 | 3 |
| 스트론튬 (Sr2+) (mg/l) | - | 13 | 7.69 |
| 브롬화물 (Br-) (mg/l) | 155 | 65 | <100 |
| 붕산염 (BO3 3-) (mg/l) | 72 | 26 | 18 |
| 플루오르화물 (F-) (mg/l) | - | 1 | 1 |
| 규산염 (SiO3 2-) (mg/l) | - | 1 | 1 |
| 요오드화물 (I-) (mg/l) | 2 | < 1 | < 1 |
| 용존 고형물 총량 (mg/l) | 38600 | 34483 | 38040 |
| 알루미늄 μg/l | < 5 | < 5 | < 5 |
| 비소 μg/l | < 1 | 4 | 4 |
| 카드뮴 μg/l | < 0.1 | < 0.1 | < 0.1 |
| 크롬 μg/l | < 1 | 24000 | 176 |
| 철 μg/l | < 5 | < 5 | < 5 |
| 구리 μg/l | < 1 | 3 | 3 |
| 아연 μg/l | < 1 | 3 | 3 |
| 총 탄화수소 μg/l | <10 | <10 | 50 |
| 방향족 다중환상 탄화수소 μg/l | <0.01 | <0.01 | 35.6 |
앞서 설명된 조성물은 앞서 설명된 슬러지와 함께 펌핑된 물의 분석을 참조한다.
이미 언급된 바와 같이, 아래에 제공된 실시예의 목적은 침전물/준설 슬러지의 집괴 및 불활성화에서 본 발명에 따른 다양한 시멘트 조성물의 효율을 증명하는 것이다.
특히, 다음의 방법 및 설비를 이용하여, 침전, 정화 및 세팅 단계가 실행되고 평가되었다.
Jar Tester 기구
Jar Tester는 상업적으로 가용한 기구 (가령, Velp Scientifica (http://www.velp.com/it/prodotti/linea/2/famiglia/32/flocculatori)에 의해 또는 Phipps and Bird (http://www.phippsbird.com/))에 의해 생산된 응집 침전 장치인데, 이것은 다양한 물질의 동시 첨가 또는 상이한 양에서 동일한 물질의 첨가 이후에, 물 또는 혼탁 산물의 침전 및 정화에서 행동이 동시에 비교되도록 허용한다.
Jar Tester는 동시기에 작동하는 다양한 기계적 교반기로 구성되는 기기이고, 그리고 정수 플랜트에서 혼합, 침전 및 정화 조건을 모의하는데 폭넓게 이용된다.
상기 기구는 모두 동일한 치수를 갖는 복수의 투명한 용기로 구성되고, 여기서 표본은 높이 및 속도에서 조절될 수 있는, 모두 동일한 치수를 갖는 교반/회전 블레이드에 의하여, 각 실험에 대해 확립된 시간 동안 동일한 조정가능한 비율에서 도입되고 혼합된다.
정화 평가
정화 효율, 다시 말하면, 혼탁도를 약화시키는 효율은 방법 APAT-IRSA- CNR 2110 - 혼탁도 Ed. 2003에 따라 UV/Vis 분광광도계로 흡광도 계측에 의하여 평가되었다. 흡광도 값이 40 NTU보다 높을 때, 표본은 희석되었고, 이것은 결과의 표현에서 고려되었다.
시멘트의 첨가 이후에, 일반 시간 t에서 혼탁도의 감소 백분율은 아래와 같이, 동일한 시간 t에서 침전물의 표본의 혼탁도에 대하여 계산되었다:
Vicat-유형 기구로 세팅 평가
이용된 기구는 참고 표준 UNI EN 196-3에서 설명된 것과 유사하고, 공지된 질량 (150 g)을 갖는 1개 또는 2개의 기통이 작용하는 바늘 또는 원뿔형 첨단부를 하단에 갖는 슬라이딩 로드로 구성된다.
시멘트 및 물 페이스트는 1:2의 중량 비율에서 세팅 시험을 달성하기 위해 준비되었고, 그리고 물, 시멘트 및 슬러지의 페이스트는 1:2의 고체/물 중량 비율에서 준비되었다.
이렇게 구성된 페이스트는 작은 항아리에서 위치되고 슬라이딩 로드 아래에 배치되었다. 이러한 포인트에서, 바늘 또는 첨단부는 페이스트의 위쪽 표면을 터치하기 위해 위치되었고, 그리고 자체 중량 (150 g) 아래로 내려가도록 남겨졌다: 첫 번째 계측은 바늘 또는 첨단부가 페이스트의 표면 상에 있을 때 달성되고, 그리고 이후 차후 계측은 바늘 또는 첨단부가 자체 중량으로 수행 종료에 도달할 때 달성된다: 침투는 이들 두 계측 데이터 사이에 델타에 의해 제공된다: 세팅의 시작은 바늘 또는 첨단부가 기저로부터 3 mm 지점에서 정지하는 모멘트로서 규정되고, 그리고 세팅의 끝은 바늘이 0.5 mm 이하로 페이스트를 침투하는 모멘트이다.
다음 실시예에서, 본 시험은 실시예에서 설명된 본 발명의 시멘트 조성물의 세팅 효율이 평가되도록 허용하였다.
실시예에서 설명된 처리 조건 하에 직접적으로 이러한 기구로 실행된 시험은 다음의 로드로 달성되었다:
1) 직경 6 mm, 중량 87 g;
2) 직경 3 mm, 중량 6 g.
실시예 1
시멘트 조성물의 제조.
아래의 표 5에서 지시된 시멘트 조성물이 제조되었다:
| 클링커 | FeSO4 (%) | LiCO3 (%) | NaCO3 (%) | |
| 혼합물 1 발명 | Alipre® | 5 | 1 | - |
| 혼합물 2 발명 |
Alipre® | 5 | 2 | - |
| 혼합물 3 비교 |
Alipre® | 5 | - | - |
| 혼합물 4 비교 |
Alipre® | - | - | - |
| 혼합물 5 비교 |
Portland 52.5 R | - | - | - |
| 혼합물 6 발명 |
Alipre® | 10 | 2 | - |
| 혼합물 7 발명 |
Alipre® | 10 | - | 5 |
클링커 Alipre®은 다음의 조성을 갖는 상업적인 산물이다:
화학적 성분 (% XRF 분석)
CaO 42; SiO2 6; Al2O3 32; Fe2O3 1; SO3 14 + 미량 산화물
광물학적 조성
C4A3$ 58%, C2S 20% + 미량 상
Alipre®의 용적 질량 및 평균 분말도는 다음과 같다:
Blaine 특이적 표면 4,500 cm2/g;
용적 질량 2.8 g/cm3.
실시예 2
침전된 용적/감소 효율, 세팅 시간
800 ml의 해수 (표 4, 조성물 A)가 1 l의 용적을 갖는 비커에서 90 g의 침전물/항구 슬러지 (표 2 및 3, 슬러지 1)에 첨가되었다. 침전물 및 해수는 앞서 설명된 Jar Tester 설비를 이용하여 약 200 rpm의 비율에서 혼합되었다.
표 5에서 열거된 100 g의 각 시멘트 조성물은 이후, 모든 용기에 첨가되고, 그리고 교반이 약 1 분 후 중단되었다.
2개의 용기가 비교 시험을 위해 준비되었는데, 첫 번째는 단지 슬러지 1 (90g) 및 해수 (조성물 A, 800 ml)만을 내포하고, 그리고 두 번째는 슬러지 1 (90g), 해수 (조성물 A, 800 ml) FeSO4 (5g) 및 LiCO3 (2g)을 내포하였다.
약 15 분 후, 정화의 품질이 상기 지시된 방법에 따라서, 각 표본의 혼탁도를 계측함으로써 평가되었다. 약 30 분 후, 침전물의 용적이 계측되었고, 그리고 약 120 분 후, 강화 경향이 85 g의 무게가 나가는 로드가 구비된 앞서 설명된 Vicat-유형 설비로 계측되었다.
획득될 수 있는 최대 혼탁도 감소는 침전물 위에 가로놓인 해수가 잔잔한 상태에 있고 95%에 부합하는 경우이다.
| 슬러지 1 + 물 + |
30 분 후 침전물 용적, ml | 15 분 침전 후 혼탁도 감소 효율, % | 120 분 후 투과 심도 (85 g), cm |
| 혼합물 1 | 290 | 85 | 0.1 |
| 혼합물 2 | 300 | 89 | 0.1 |
| 혼합물 3 | 300 | 82 | 용기의 기저까지 완전한 |
| 혼합물 4 | 470 | 88 | 용기의 기저까지 완전한 |
| 혼합물 5 | 350 | 94 | 용기의 기저까지 완전한 |
| 혼합물 6 | 350 | 82 | 0.1 |
| 혼합물 7 | 350 | 84 | 0.3 |
| FeSO4 및 LiCO3 | 관찰가능하지 않음 | 51 | 용기의 기저까지 완전한 |
본 발명에 따른 시멘트 조성물의 첨가는 가라앉는 고체 및 투명해진 물 사이에 인터페이스가 관찰되도록 허용하고, 그리고 용기의 기저에서 가라앉은 고체 물질의 용적의 사정을 할 수 있게 하는데, 290 내지 390 ml의 범위에서 변하는 값이 획득된다. 이들 값이 관련된 준설 시간 및 용적으로 인해 더욱 높으면, 상기 과정은 무효한 것으로 고려된다.
특히, 본 발명에 따른 시멘트 조성물의 정화 능력에 관한 한, 표 6에서 지시된 혼탁도 감소 데이터는 이들 혼합물의 혼탁도 감소 값이 80 내지 94% 범위에서 변하는 값으로, 15 분 이내에 획득될 수 있다는 것을 증명한다.
본 발명에 따른 시멘트 혼합물 내에 존재하는 농도에 필적하는 농도에서 슬러지에 제일철 황산염 및 탄산리튬의 단독 첨가는 침전 및 정화에서 현저한 향상을 야기하지 않는다.
세팅 능력에 대하여, 주목해야 할 것은 시험된 모든 시멘트 조성물이 슬러지 및 해수의 존재에서 강화 과정을 시작할 수 있는 것은 아니라는 점이다. 단지 혼합물 1, 혼합물 2 및 혼합물 6 (본 발명에 따른 시멘트 조성물)만 투과도계의 로드의 침투를 예방하기 위해, 강화될 수 있는 것들이었다.
이런 이유로, 생산된 침전물의 최종 부피, 투명해진 산물의 품질 및 세팅 능력의 면에서 최고 절충은 혼합물 1, 혼합물 2 및 혼합물 6에 의해 대표되고, 그리고 이들 혼합물은 본 특허 출원의 청구항에 따른 정성적 및 정량적 범위 안에 있다는 것이 상기 데이터로부터 목격될 수 있다.
실시예 3
크롬 감소 시험
조성물 B (표 4)를 갖는 800 ml의 해수가 실시예 2에서 설명된 바와 같이 비커에서 90 g의 항구 슬러지 2 (표 2 및 3)에 첨가되었다. 침전물 및 해수는 앞서 설명된 Jar Tester 설비를 이용하여 약 200 rpm의 비율에서 혼합되었다.
실시예 1에 따라 제조된, 표 5에서 열거된 100 g의 각 시멘트 조성물은 이후, 모든 용기에 첨가되고, 그리고 교반이 약 1 분 후 중단되었다.
이후, 크롬의 농도는 24 시간 후, 침전물의 용적 위에 가로놓인 액체에서 계측되고, 그리고 크롬 감소 효율은 아래와 같이 결정되었다:
획득된 결과는 표 7에서 지시된다.
| 해수 2에서 크롬 감소 효율, % | |
| 혼합물 1 | 99.5 |
| 혼합물 2 | 99.5 |
| 혼합물 3 | 81 |
| 혼합물 4 | 0 |
| 혼합물 5 | 0 |
| 혼합물 6 | 99.5 |
| 혼합물 7 | 99.5 |
혼합물 6 (Portland 단독 내포)은 슬러지 및 시멘트 혼합물로 구성되는 침전물 위에 가로놓인 해수에서 크롬의 감소를 허용하지 않는 것으로 관찰될 수 있다. 최고 결과는 95%보다 높은 크롬 감소 효율을 허용하는 혼합물 1, 혼합물 2 및 혼합물 6으로 획득되었다. 최고 행동은 혼합물 1, 혼합물 2 및 혼합물 6으로 획득되었다.
이전 실시예 2에서 획득된 데이터를 본 실시예 3의 데이터와 비교함으로써, 탄산리튬의 존재에 의해 뒷받침되는 제일철 황산염의 존재는 침전물 용적의 구조 내에 크롬 침전물의 포획을 최적화하고 이것을 물로부터 완전하게 제거하는 것으로 목격될 수 있다.
실시예 4
유기 오염체의 방출 검사
약 200 g의 혼합물 1이 200 rpm에서 교반 하에, 상층액으로서 조성물 A를 갖는 2 l의 해수를 포함하는 200 g의 슬러지 1에 첨가되었다. 약 1 분 후, 실시예 2에서 설명된 바와 같이 침전, 정화 및 세팅을 허용하기 위해 교반이 중단되었다. 이후, 전체 탄화수소, 방향족 다중환상 탄화수소 (APH) 및 폴리염화비페닐 (PCB)의 존재를 실증하기 위해, 투명해진 물의 표본이 수집되었다. 표 8은 획득된 데이터를 요약한다.
| 오염체 | 분석 방법 | 혼합물 1로 처리 후 오염체의 농도 |
| 총 탄화수소 | ISO 9377-2:2002 | < 10 μg/l |
| 방향족 다중환상 탄화수소 | EPA 3510C 1996 + EPA 8270D 200 | ㅇ 벤조(a)안트라센 ㅇ 벤조(b)플루오란센 ㅇ 크리센 ㅇ 인덴(1,2,3-c,d)피렌 < 0.01 μg/l ㅇ 벤조(a)피렌 ㅇ 벤조(g,h,i)퍼릴렌 ㅇ 디벤조(a,h)안트라센 ㅇ 전체 (31, 32, 33, 36) < 0.001 μg/l ㅇ 벤조(k)플루오란센 ㅇ 피렌 <0.005 μg/l |
| 폴리염화비페닐 | EPA 3510C 1996 + EPA 8270D 2007 | 각 PCB < 0.005 μg/l |
약 3,050 mg/Kg ss의 전체 탄화수소, 약 158 mg/Kg ss의 방향족 다중환상 탄화수소 및 1.54 mg/Kg ss의 폴리염화비페닐의 함량을 갖는 슬러지 1로부터 시작하여, 본 발명에 따른 시멘트 조성물로 처리는 동일한 처리 이후에 슬러지 내에 존재하는 유기 오염체의 물 내로의 급격한 방출을 유발하지 않는다.
실시예 5
유기 오염체의 포획 시험
약 200 g의 혼합물 1이 200 rpm에서 교반 하에, 상층액으로서 조성물 C를 갖는 2 l의 해수를 포함하는 200 g의 슬러지 3에 첨가되었다. 약 1 분 후, 실시예 2에서 설명된 바와 같이 침전, 정화 및 세팅을 허용하기 위해 교반이 중단되었다. 1 시간 후 및 24 시간 후 방향족 다중환상 탄화수소 (APH)의 존재를 실증하기 위해 투명해진 물의 표본이 수집되었다 (표 10) (방법 EPA 3510C 1996 + EPA 8270D 2007에 따라).
| 혼합물 1로 처리 전에 해수 (조성물 C)에서 APH 농도, μg/l | 혼합물 1로 처리 후 1 시간에 투명해진 물에서 APH 농도, μg/l | 혼합물 1로 처리 후 24 시간에 투명해진 물 APH 농도, μg/l | |
| 아세나프텐 | < 0.01 | < 0.01 | < 0.01 |
| 아세나프틸렌 | 0.82 | 0.5 | 0.39 |
| 안트라센 | 0.83 | 0.65 | 0.33 |
| 벤조(e)피렌 | 1.967 | 0.298 | 0.329 |
| 벤조(j)플루오란센 | 1.029 | 0.155 | 0.255 |
| 디벤조(a,e)피렌 | 1.959 | 0.005 | 0.005 |
| 페난트렌 | 2.4 | 2.25 | 0.91 |
| 플루오란센 | 3.2 | 0.96 | 0.75 |
| 플루오렌 | 0.33 | 0.24 | 0.25 |
| 벤조(a)안트라센 | 3.58 | 0.85 | 0.63 |
| 벤조(a)피렌 | 2.821 | 0.413 | 0.454 |
| 벤조(b)플루오란센 | 1.42 | 0.21 | 0.26 |
| 벤조(k)플루오란센 | 1.485 | 0.217 | 0.268 |
| 벤조(g,h,i)퍼릴렌 | 1.486 | 0.184 | 0.242 |
| 크리센 | 3 | 0.58 | 0.61 |
| 디벤조(a,h)안트라센 | 0.643 | 0.001 | 0.073 |
| 인데노(1,2,3-c,d)피렌 | 1.47 | 0.18 | 0.21 |
| 피렌 | 2.17 | 0.589 | 0.476 |
| 전체 (31, 32, 33, 36) | 5.861 | 0.791 | 0.98 |
혼합물 1로 처리 후, 해수 내에 초기에 존재하는 유기 오염체는 1 시간 후 75%로부터 24 시간 후 80%까지의 전반적인 제거 효율로 물 모체로부터 거의 제거되었다.
실시예 6
실제 조건과 유사한 조건 하에 탱크에서 세팅 과정의 시뮬레이션.
10 cm의 전반적인 높이를 갖는 슬러지 1의 층 및 약 1 m의 전반적인 높이를 위한 상층액으로서 조성물 A를 갖는 해수는 약 1m x 2m의 기부에서 약 2.5 m3의 용적을 갖는 용기의 기저 상에 존재한다. 상층액 물은 시뮬레이션을 진행하기에 앞서 투명해졌다.
다음의 직경: 7 cm, 10 cm, 20 cm을 갖는 플라스틱 파이프가 슬러지를 이동시키지 않으면서, 슬러지의 거의 전체 깊이 동안 용기의 기저에서 삽입되었다.
교반기가 혼합 작업을 위해 각 파이프에서 삽입되었다. 적용된 혼합 조건은 실시예 2에서 설명된 것들과 동일하였다. 혼합 단계 동안, 혼합물 2가 1/1의 슬러지/시멘트 비율에 대략 상응하는 표 10에서 지시된 양에서, 상이한 직경을 갖는 파이프에 첨가되었다. 혼합/교반은 약 2 분 동안 유지되었다.
파이프 내부에서 혼합 작업 동안, 파이프 외부에서 해수의 혼탁도 현상이 전혀 관찰되지 않았다. 세팅 능력에 관하여, 관찰된 값은 혼합물 2를 다시 한 번 참조하는, 실시예 2에서 지시된 데이터에 따른다.
약 120 분 후, 플라스틱 파이프는 그들의 내용물이 탱크 내부에 남겨지도록 빼내졌다. 어떤 일관된 혼탁도 현상도 관찰되지 않았다. 이들 파이프가 용기로부터 빼내질 때, 탱크 내부에 남아있는 그들의 내용물은 세팅 단계에서, 그들의 자체 형태 및 경도를 갖는 블록으로 구성되는 것으로 입증되었다.
약 24 시간 후, 완전하게 강화된 최종 산물은 탱크로부터 추출되고, 그리고 혼탁도 현상이 미미하였다.
| 파이프 직경, cm | 혼합물 2의 양, kg |
| 7 | 0.67 |
| 10 | 1.37 |
| 20 | 5.47 |
Claims (27)
- 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 75 내지 97.9%, 바람직하게는 89 내지 94.5%의 범위에서 변하는 백분율에서 술포알루미네이트 클링커, 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 2 내지 20%, 바람직하게는 5 내지 10%의 범위에서 변하는 백분율에서 제일철 황산염 (FeSO4nH2O), 그리고 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 0.1 내지 5%, 바람직하게는 0.5 내지 2%의 범위에서 변하는 백분율에서 수화 반응의 가속화제를 포함하는 환경적으로 지속가능한 시멘트 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 술포알루미네이트 클링커는 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 5%보다 높은 4CaO.3Al2O3.SO3의 함량 및 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 75%보다 낮은 C2S의 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
- 전술한 청구항 중에서 어느 한 항에 있어서, 술포알루미네이트 클링커는 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 40% 내지 80%의 C4A3$ 및 중량으로 15% 내지 25%의 C2S 벨라이트, 바람직하게는 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 54% 내지 62%의 C4A3$ 및 중량으로 18% 내지 22%의 C2S를 포함하고, 100%까지의 보충물은 산화물/미량 상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
- 전술한 청구항 중에서 어느 한 항에 있어서, FeSO4는 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 2 내지 20%, 바람직하게는 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 5 내지 10%의 범위에서 변하는 백분율에서 존재하는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
- 전술한 청구항 중에서 어느 한 항에 있어서, 수화 반응의 가속화제는 탄산염, 황산염 또는 질산염에서 선택되는 알칼리성 금속의 염이고, 그리고 더욱 바람직하게는, 리튬 또는 탄산나트륨 또는 훨씬 바람직하게는 탄산리튬인 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물.
- 전술한 청구항 중에서 어느 한 항에 있어서, 다음과 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물:
- 클링커의 전체 중량에 대하여 중량으로 54% 내지 62%의 C4A3$ 및 중량으로 18% 내지 22%의 C2S를 포함하는 술포알루미네이트 클링커, 상기 술포알루미네이트 클링커는 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 90 내지 94%의 범위에서 변하는 양으로 존재하고;
- 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 5 내지 10%의 범위에서 변하는 양에서 FeSO4;
- 시멘트의 중량에 대하여 중량으로 0.5 내지 2%의 범위에서 변하는 양에서 Li2CO3. - 침전물/준설 슬러지를 원지 및 현장외 둘 모두에서 불활성화하기 위한, 전술한 청구항 중에서 어느 한 항에 따른 시멘트 조성물의 용도.
- 청구항 7에 있어서, 시멘트 조성물은 침전물/슬러지의 중량에 대하여 중량으로 30 내지 80%, 바람직하게는 중량으로 40 내지 60%의 범위에서 변하는 백분율에서 침전물/준설 슬러지에 첨가되는 것을 특징으로 하는 용도.
- 청구항 7 및 8 중에서 어느 한 항에 있어서, 침전물/준설 슬러지는 현탁액의 전체 중량에 대하여 중량으로 약 25 내지 95%의 범위에서 변하는 양의 물을 내포하는 것을 특징으로 하는 용도.
- 전술한 청구항 7 내지 9 중에서 어느 한 항에 있어서, 시멘트 조성물은 수분 (water basin)의 기저에서, 다시 말하면, 원지에서 침전물/준설 슬러지에 첨가되는 것을 특징으로 하는 용도.
- 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법에 있어서, 다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
- 침전물/준설 슬러지를 청구항 1 내지 6 중에서 어느 한 항에 따른 시멘트 조성물과 10 초 내지 5 분의 범위에서 변하는 시간 동안 혼합하는 단계;
- 2 내지 120 분의 범위에서 변하는 시간 동안, 이렇게 획득된 혼합물의 침전 단계;
- 1 내지 24 시간의 범위에서 변하는 시간 동안, 이렇게 획득된 침전물의 고형화 단계. - 청구항 11에 있어서, 다음과 같이 구성되는 이전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법:
- 준설 슬러지를 형성하는 수분의 기저로부터 침전물을 흡인/제거하는 단계;
- 준설 슬러지를 혼합 및 침전 챔버에 공급하는 단계;
- 시멘트 조성물을 혼합 및 침전 챔버에 공급하는 단계. - 청구항 12에 있어서, 준설 슬러지를 혼합 챔버에 공급하기 전에, 준설 슬러지를 여과하고 체질하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법.
- 청구항 12 또는 13에 있어서, 고형화 단계에 앞서, 침전된 혼합물을 숙성 탱크에 이전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법.
- 청구항 11에 있어서, 다음과 같이 구성되는 이전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법:
- 수분의 기저 (20)의 최소한 일부를, 처리되는 침전물 (21)을 내포하는 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버 (12)를 규정하기 위한 아래가 열린 속이 빈 구조 (11)로 커버하는 단계;
- 시멘트 조성물 (22)을 혼합 챔버 (12) 내로 도입하는 단계; 그리고
- 혼합 챔버 (12) 내에 존재하는 유체를 교반하여, 속이 빈 구조 (11)에 의해 커버된 침전물 (21)의 최소한 일부를 끌어 올리는 단계. - 청구항 15에 있어서, 수분의 기저 (20)의 최소한 일부를 속이 빈 구조 (11)로 커버하는 단계는 속이 빈 구조 (11)의 개방 단부 (11a)가 최소한 일정한 길이 동안 기저 (20)를 침투하도록 허용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법.
- 청구항 15 또는 16에 있어서, 침전 및 고형화 단계가 발생하기 전에, 혼합 챔버 (12)의 방출 개구부 (15)를 통해 상기 챔버 (12)로부터 시멘트 조성물 (22) 및 침전물 (21)의 혼합물을 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법.
- 청구항 17에 있어서, 속이 빈 구조 (11)를 전진 방향으로 점진적으로 전진시키고, 그리고 처리되는 물질을 전진 방향에 대하여 반대 방향으로 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법.
- 청구항 15 또는 16에 있어서, 일단 침전 단계가 실제적으로 완결되면, 속이 빈 구조 (11)를 기저 (20)의 부분으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물/준설 슬러지를 불활성화하기 위한 방법.
- 좁고 사방이 막힌 혼합 챔버 (12)를 수분의 기저 (20)의 최소한 일부로 규정하기 위해 조정된 최소한 하나의 속이 빈 구조 (11)를 포함하는, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10)에 있어서, 상기 속이 빈 구조 (11)는 시멘트 조성물의 도입을 위한 최소한 하나의 주입구 개구부 (13) 및 혼합 챔버 (12)를 규정하는 기저 (20)의 부분 내에 존재하는 침전물 (21)과 시멘트 조성물 (22)의 최소한 하나의 혼합 요소 (14)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10).
- 청구항 20에 있어서, 속이 빈 구조 (11)는 평행 육면체 입체형태, 바람직하게는 큐빅을 갖는 것을 특징으로 하는, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10).
- 청구항 20 또는 21에 있어서, 혼합 요소 (14)는 최소한 하나의 와동 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10).
- 청구항 20 내지 22 중에서 어느 한 항에 있어서, 속이 빈 구조 (11)는 침전물 및 시멘트 조성물로 구성된 혼합물의 최소한 하나의 방출 개구부 (15)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10).
- 청구항 20 내지 23 중에서 어느 한 항에 있어서, 속이 빈 구조 (11)는 전동식 전방 전진 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10).
- 청구항 20 내지 24 중에서 어느 한 항에 따른, 침전물을 불활성화하기 위한 기구 (10)에 시멘트 조성물을 공급하기 위한, 시멘트 조성물의 최소한 하나의 탱크 (102)가 위치되는 최소한 하나의 이동가능한 바지선 (101)을 포함하는, 침전물을 불활성화하기 위한 플랜트 (100).
- 청구항 25에 있어서, 시멘트 조성물은 청구항 1 내지 6 중에서 어느 한 항에 따른 것을 특징으로 하는, 침전물을 불활성화하기 위한 플랜트 (100).
- 바람직하게는, 콘크리트, 교각, 도로, 제방 등에서 이용되는, 청구항 11 내지 19 중에서 어느 한 항에 따른 방법에 따라 집괴되고 불활성화된 침전물/준설 슬러지.
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