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문제 정의
- 이상과 같이 인산석고에 대한 국외의 활용연구는 다양하지만 국내에서 인산석고의 활용은 주로 석고보드 시멘트 첨가제, 식물성장촉진재 등 한정되어 있는 실정이고, 연구도 초보적인 단계에 있다. 그러므로 대량으로 발생되는 인산석고를 다양한 분야로의 확대 적용이 필요하므로, 본 연구에서는 인산석고를 폐기물 매립장의 일일 및 중간복토재로서의 활용성을 분석하였다.
- 폐기물에 함유되어 있는 유해물질은 우수 및 기타 침 투수에 의해 폐기물로부터 용출되어 지하수 및 침출수 의 오염부하를 가증 시킬 수 있다. 따라서 본 실험은 인 산석고 혼합토에 대하여 우수 및 기타 침투수에 의해 유 해물질이 발생되는지 여부를 판단하기 위하여 용출시험 을 실시하였다. 용출시험은 회분식 용출시험법(Batch Leaching Test)을 실시하였고, 분석장비는 유도결합플 라즈마질량분석기를 사용하였다.
- 따라서, 본 연구는 인산석고의 재활용 및 자원화 차원에서 폐기물 매립장의 일일 및 중간 복토재로서의 적용성을 분석하였다. 이를 위하여 인산석고와 화강토에 대하여 XRF, XRD 등 화학적 성분분석을 실시하였고, 입도시험, 비중시험, 액·소성한계시험, 다짐시험 등 물리적 특성과 투수시험, CBR 시험 등 역학적 특성을 분석하였다.
제안 방법
- 역학적 시험은 투수시험 KS F 2322에 변수위 투수시험방법으로 실시하였으며, 시료제작은 A 다짐결과에 의하여 최적함수비와 최대건조밀도 95% 조건으로 제작하였 으 며, 투수몰드는 직경이 10 cm, 높이 12cm인 강성벽 투수시험기를 사용하였다. CBR 시험은 KS F 2320에 의하여 실시하였으며, D 다짐결과에 따라 최적함수비와 최대건조밀도 95%로 시료를 제작하였고, 혼합조건은 그림 5와 같이 층별조건과 혼합조건으로 실시하였다.
- 강우의 적용은 폐기물 매립장의 복토가 끝난 복토층 위에 일정시간 동안 강우를 적용하여 복토층 표면의 침식량과 우수 배제율을 측정하였다. 이때 복토층 설치 후 24시간 양생시킨 후 실험을 진행하였다.
- Taha (1989)는 인산석고에 시멘트 플라이애쉬를 혼합한 재 료를 도로의 노상재료로 활용하는 연구를 하였고, 그 후 Pericleous & Metcalf(1996)는 Taha(1989) 의 연구를 보완하기 위하여 인산석고에 포틀란트 시멘트를 혼합하여 노상재료로 적용하였다. 국내에서는 오영인외 2인 (2001)이 폐석고의 성토매립재 활용연구를 하였으며; 이 연구는 티타늄제조과정에서 발생되는 폐석고와 준설토 혼합비율에 따른 지반공학적 특성과 환경적 특성을 분석하였다. 이용수외 2인(2001)은 비료제조과정에서 발생되는 인산석고를 도로 성토재로 활용 가능성을 제시하였다.
- 대상시료에 대한 투수시험을 실시하였다. 그 결과, 화 강토의 투수계수는 1.
- 이를 위하여 인산석고와 화강토에 대하여 XRF, XRD 등 화학적 성분분석을 실시하였고, 입도시험, 비중시험, 액·소성한계시험, 다짐시험 등 물리적 특성과 투수시험, CBR 시험 등 역학적 특성을 분석하였다. 또한, 인산석고 복토재 활용에 따른 우수에 대한 침식과 배제율 등을 분석하였다. 인산석고 활용에 따른 유해물질 분석하기 위하여 국내 폐기물 공정시험법과 토양오염공정시험법 그리고 미국 RCRA의 TCLP법 에 의한 용출시험을 실시하였다.
- 물리적 특성을 파악하기 위하여 입도시험, 비중시험, 액·소성한계시험 등을 실시하였으며, 역학적 시험은 투수시험, CBR 시험 등을 실시하였다.
- 따라서, 본 연구는 인산석고의 재활용 및 자원화 차원에서 폐기물 매립장의 일일 및 중간 복토재로서의 적용성을 분석하였다. 이를 위하여 인산석고와 화강토에 대하여 XRF, XRD 등 화학적 성분분석을 실시하였고, 입도시험, 비중시험, 액·소성한계시험, 다짐시험 등 물리적 특성과 투수시험, CBR 시험 등 역학적 특성을 분석하였다. 또한, 인산석고 복토재 활용에 따른 우수에 대한 침식과 배제율 등을 분석하였다.
- 또한, 인산석고 복토재 활용에 따른 우수에 대한 침식과 배제율 등을 분석하였다. 인산석고 활용에 따른 유해물질 분석하기 위하여 국내 폐기물 공정시험법과 토양오염공정시험법 그리고 미국 RCRA의 TCLP법 에 의한 용출시험을 실시하였다.
- 인산석고와 인산석고 30% 혼합토에 대한 A 다짐과 D 다짐시험을 실시하였고 그 결과를 표 3에 나타내었다. A 다짐 시험결과, 인산석고의 최대건조밀도는 1.
- 인산석고의 일일 및 중간 복토재로서 활용성을 분석하기 위하여 인산석고와 화강토 그리고 화강토에 인산 석고를 30% 혼합재료에 대하여 물리·역학 시험과 환경적 시험 그리고 우수배제 실험을 실시하였다.
- 일일 및 중간 복토재로 활용하기 위하여 우수배제 실 험을 통하여 복토재의 침식 및 우수배제율을 분석하였 다. 그림 8과 그림 9는 화강토와 인산석고 30% 혼합토 에 대한 우수배제 실험결과를 나타낸 것이다.
- 이때 복토층 상·하부의 경사를 5% 로 하였는데, 이는 복토층 상부에의 우수 흐름을 원활히 하기 위한 것이고, 하부에 유출수를 받아내기 위한 집수통을 설치하였다. 일일 및 중간 복토재의 기능는 악취억제, 병원균억제, 지표수 오염방지, 차량접근의 용이 등을 주요 기능으로 하므로, 본 실험에서는 매립쓰레기의 하중은 고려하지 않았고, 실험에 사용된 복토재의 다짐 밀도는 A 다짐 결과에서 최대건조밀도 95%가 되도록 3회 다짐하여 총 15cm 두께로 포설하였다.
- 폐기물 매립장의 복토재 사용후 차량하중 등 사용장 비의 주행성을 확보해야 하므로, 이를 파악하기 위하여 실내 CBR 시험을 실시하였다. 실내 CBR 조건은 그림 5와 같이 혼합조건과 층별조건으로 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 인산석고는 석고 매립장에 약 1년간 야적되어 있는 석고를 사용하였다. 또한, 일반 토사류로는 경기지역의 화강토를 사용하였다.
- 석고 매립장으로 투여된 석고 슬러리는 자연적으로 침출수가 빠져나가 석고만이 쌓이게 된다. 본 연구에 사용된 인산석고는 석고 매립장에 약 1년간 야적되어 있는 석고를 사용하였다. 또한, 일반 토사류로는 경기지역의 화강토를 사용하였다.
- 우수배제 기능을 분석하기 위하여 두께 5mm의 아크릴을 사용하여 크기 0.5m × 0.5m × 0.2m의 우수배제장치를 제작하였다. 이때 복토층 상·하부의 경사를 5% 로 하였는데, 이는 복토층 상부에의 우수 흐름을 원활히 하기 위한 것이고, 하부에 유출수를 받아내기 위한 집수통을 설치하였다.
이론/모형
- 물리적 시험은 KS F 기준에 의해 실시하였고, 다짐시험은 KS F 2312의 A·D 다짐시험을 실시하였다. 역학적 시험은 투수시험 KS F 2322에 변수위 투수시험방법으로 실시하였으며, 시료제작은 A 다짐결과에 의하여 최적함수비와 최대건조밀도 95% 조건으로 제작하였 으 며, 투수몰드는 직경이 10 cm, 높이 12cm인 강성벽 투수시험기를 사용하였다.
- 물리적 시험은 KS F 기준에 의해 실시하였고, 다짐시험은 KS F 2312의 A·D 다짐시험을 실시하였다. 역학적 시험은 투수시험 KS F 2322에 변수위 투수시험방법으로 실시하였으며, 시료제작은 A 다짐결과에 의하여 최적함수비와 최대건조밀도 95% 조건으로 제작하였 으 며, 투수몰드는 직경이 10 cm, 높이 12cm인 강성벽 투수시험기를 사용하였다. CBR 시험은 KS F 2320에 의하여 실시하였으며, D 다짐결과에 따라 최적함수비와 최대건조밀도 95%로 시료를 제작하였고, 혼합조건은 그림 5와 같이 층별조건과 혼합조건으로 실시하였다.
- 따라서 본 실험은 인 산석고 혼합토에 대하여 우수 및 기타 침투수에 의해 유 해물질이 발생되는지 여부를 판단하기 위하여 용출시험 을 실시하였다. 용출시험은 회분식 용출시험법(Batch Leaching Test)을 실시하였고, 분석장비는 유도결합플 라즈마질량분석기를 사용하였다. 회분석 용출시험은 국내 폐기물관리법의 폐기물공정 시험 법과 토양환경보전 법의 토양오염공정시험법 그리고 미국 RCRA의 TCLP 법에 의해 실시하였다.
- 인산석고 활용에 따른 환경적 특성 시험은 용출시험을 실시하였으며, 용출시험은 미국 RCRA의 TCLP법, 국내 폐기물공정시험법과 토양오염공정시험법에 따라 용출시험법을 실시하였다.
- 용출시험은 회분식 용출시험법(Batch Leaching Test)을 실시하였고, 분석장비는 유도결합플 라즈마질량분석기를 사용하였다. 회분석 용출시험은 국내 폐기물관리법의 폐기물공정 시험 법과 토양환경보전 법의 토양오염공정시험법 그리고 미국 RCRA의 TCLP 법에 의해 실시하였다.
성능/효과
- (1) 물리적 시험결과, 인산석고의 0.074mm 통과량은 97.14%이고 비소성이며, 비중은 2.45로 나타났다. 흙 의 분류법에 의하면, 인산석고는 ML이고, 인산석고 는 최대건조밀도 1.
- (2) 투수시험 결과, 인산석고 30% 혼합하였을 때 투수계수는 5.81 X W6cm/sec, 인산석고의 투수계수는 6.21 × 10-5cm/sec로, 일반토사류의 투수계수 범위인 1 × 10-5~ 1 × 10-7cm/sec이내로 복토재로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- (5) 인산석고, 화강토 그리고 인산석고 혼합토에 대한 용출시험결과, 국내 용출시험 기준인 폐기물관리법, 토양오염보전법 그리고 미국 RCRA 기준의 대부분 항목이 기준 이하로 나타나 환경에 대한 영향이 비교적 적은 것으로 판단된다.
- (6) 이상으로 대규모로 발생되는 인산석고를 폐기물 매립장의 일일 및 중간 복토재로 활용 적용성을 분석한 결과 그 적용 가능한 것으로 나타났으며 이는 산업부산물인 인산석고가 단순 폐기물보다는 하나의 자원화로서 그 역할이 클 것으로 판단된다.
- 인산석고와 인산석고 30% 혼합토에 대한 A 다짐과 D 다짐시험을 실시하였고 그 결과를 표 3에 나타내었다. A 다짐 시험결과, 인산석고의 최대건조밀도는 1.316g/cm3, 최적함수비 25.74%로 나타났으며, 화강토의 최대건조 밀도는 1.812g/cm3 최적함수비는 12.24%로 나타났다. 인산석고 30% 혼합토의 최대건조밀도는 1.
- 83%로 나타났다. D 다짐시험결과, 화강 토는 1.881g/cm3, 최적함수비 11.27%로 나타났으며, 인 산석고 30% 혼합토는 최대건조밀도 1.783g/cm3, 최적함 수비 16.72%로 나타났다.
- ⑶ 혼합조건과 층별조건에 따른 CBR시험 결과, CBR값 이 6.2~6.3%으로 차량 하중에 대하여 주행성 및 지지력 등을 확보할 수 있으므로 현장여건을 고려하여 복토재 시공조건으로 두가지 모두 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 토목분야의 활용연구로 Blight(1969)는 인산석고를 성토재료로 활용하기 위하여 물리·역학적 특성을 분석하였고, Wrench & Blight(1985)는 인산석고에 석회(lime)을 혼합하여 중성화시킨 재료에 대하여 다짐특성, 투수특성, 압축강도 특성, 전단특성을 분석하였다. 그 결과, 중성화된 재료는 높은 압축성을 보이고 있는 것으로 나타났다. Taha (1989)는 인산석고에 시멘트 플라이애쉬를 혼합한 재 료를 도로의 노상재료로 활용하는 연구를 하였고, 그 후 Pericleous & Metcalf(1996)는 Taha(1989) 의 연구를 보완하기 위하여 인산석고에 포틀란트 시멘트를 혼합하여 노상재료로 적용하였다.
- 대상시료에 대한 투수시험을 실시하였다. 그 결과, 화 강토의 투수계수는 1.437 × 10%m/sec이고, 인산석고 30% 혼합하였을 때 투수계수는 5.81 × W6cm/sec, 인산석고의 투수계수는 6.21 × 10%m/sec로 나타났는데, 이는 Blight(1969)의 결과와 유사하게 나타났다. 현행 복토재 에 대한 투수계수의 기준은 없으나 폐기물관리법에서 는 투수계수가 낮은 양질의 토사를 활용하도록 되어있 다.
- 다짐방법에 따른 최적함수비와 최대건조밀도의 변화 를 살펴보면, 인산석고 30% 혼합토에 대하여 D다짐의 최대건조밀도가 A 다짐의 최대건조밀도보다 11.72% 증가하였으며, 최적함수비는 15.6% 감소하였다. 이는 D 다짐에너지가 A 다짐에너지보다 크기 때문이다.
- 실험 3시간 경과 후 우수배제율, 침식량에 대하여 화 강토와 인산석고 30% 혼합토를 비교하면, 우수배제율 은 화강토가 72.0%, 인산석고 30% 혼합토는 75.56%로 인산석고 30% 혼합토가 약 7.35%정도 큰 것으로 나타 났으며, 침식량은 화강토가 8.56g, 인산석고 30% 혼합 토는 9.34g으로 인산석고 혼합토가 약 8.35%로 크게 나 타났다. 이는 인산석고의 미세입자가 화강토 입자 사이 를 채움으로서 우수의 침투가 화강토보다 적게 되어 우 수 배제율이 크게 나타난 것으로 판단된다.
- 이는 인산석고를 현장조건에 따라 활용하는 방법을 고려한 것이다. 실험결과, 화강토는 8.0%로 나타났으며, 인산석고 30% 혼합토는 혼합조건과 층별조건에 따라 혼합조 건에서 6.2%, 층별조건에서 6.3%로 나타났다. 이는 인 산석고 30% 혼합에 따른 건조밀도의 감소에 의한 것으 로 판단된다.
- 인산석고, 화강토, 인산석고 30% 혼합토에 대하여 용 출시험 결과를 표 4에 나타내었다. 실험결과를 살펴보 면, 폐기물관리법, 토양환경보전법의 토양오염 우려기 준 나지역 그리고 미국 RCRA의 기준에 유해물질이 모두 법적 규제치 이하로 나타났다. 따라서, 인산석고를 복토 재로 활용하여도 환경적 영향이 적은 것으로 판단된다.
- 표 2는 인산석고와 화강토의 물리적 특성을 나타내고 있다. 인산석고와 화강토의 입도분포를 살펴보면, 인산석고의 최대입경은 0.25mm, 화강토는 9.5tmn이고, 0.074mm 통과량은 인산석고가 97.14 %, 화강토는 47.67%로 나타났다. 인산석고의 균등계수와 곡률계수는 3.
- 67%로 나타났다. 인산석고의 균등계수와 곡률계수는 3.59와 2.61, 화강토의 균등계수와 곡률계수는 16.67과 0.77로 나타났다. 연경도를 살펴보면, 인산석고는 비소성이고, 화강토는 액성한계 27.
- 표 1은 인산석고와 화강토의 화학적 구성성분을 나타내고 있다. 표 1에 의하면, 인산석고의 주요성분은 CaO37.17%, SiO2 2.59%로 전체 약 39.76%로 나타났으며, 전체 함량의 약 53.32%는 황산염(sulfhte, SO4)으로 나타났다. 이러한 결과는 Chang(1990)의 연구결과와 비슷하게 나타났다.
- 45로 나타났다. 흙 의 분류법에 의하면, 인산석고는 ML이고, 인산석고 는 최대건조밀도 1.316g/cm3, 최적함수비 25.74%로 나타났으며 , 인산석고 30% 혼합토의 최대 건조밀도는 1.596-1.783g/cm3, 최적함수비는 16.72~19.83%로 나타났다.
후속연구
- (4) 우수배제율, 침식량에 대하여 화강토와 인산석고 30% 혼합토를 비교하면, 두가지 조건에 대하여 실 험결과의 차이가 미소하므로, 일일 및 중간 복토재로서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 일반적으로 토사의 투수계수범위는 l × 10-5~ 1 × 10-7m/sec의 범위이며, 이러한 투수계수의 범위는 매립 장의 가스누출방지의 역할이 가능하다 하였다(남영우 외 2인, 2000). 따라서, 본 실험결과 투수계수가 1 × 10-5 10-6cm/sec로 복토재로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이는 인산석고의 미세입자가 화강토 입자 사이 를 채움으로서 우수의 침투가 화강토보다 적게 되어 우 수 배제율이 크게 나타난 것으로 판단된다. 이상으로 인 산석고 30% 혼합토의 우수에 의한 침식과 우수 배제율 이 화강토와 비교하여 그 정도차이가 미소하므로 일일 및 중간 복토재로서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
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