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문제 정의
- 본 연구에서는 일반폐기물로 분류되는 정수장 슬러지의 재활용 가능성을 모색하기 위하여 정수장 슬러지를 일반토사와 혼합한 후 여러 종류의 실내시험을 실시하여 미국환경청에서 규정한 쓰레기 매립장의 복토재 기준에 적합한 혼합토를 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구의 목적은 일반폐기물로 분류되는 정수장 슬러지를 자원의 재활용이라는 측면에서 대체자원으로 활용 가능성을 모색하는데 중점을 두어 정수장 슬러지 처리 공정시 발생하는 슬러지의 물라화학적 특성과 지반공학적 특성을 파악한 후 일반토사와 혼합한 후 여러 종류의 실내시험을 실시하여 미국환경청의 쓰레기 매립장 복토재 기준에 적합한 혼합비를 결정하는 것이다.
제안 방법
- 일축압축시험은 일반적으로 습도가 낮은 건조한 실험실에서 행해지므로 이로, 신한 함수비의 변화와 재하속도가 강도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 1~2 %/min의 속도로 재하실험을 실시하여 약 10분 내에 파괴에 이르게 하였고, 뚜렷한 파괴가 없는 경우에는 약 15%의 변형까지 시험을 계속 실시하였다.
- 슬러지와 일반토사의 혼합비율을 9:1로 혼합한 혼합토의 액성한계, 소성지수, 최대건조밀도를 구한 결과 Table 9에 나타난 바와 같이 미국환경청 기준에 미달하였다. 따라서 정수장 슬러 지양을 줄이고, 일반토사량을 증가시키면서 미국환경청 기준과 비교하였다. 정수장 슬러지와 일반토사의 혼합비율을 8:2와 7:3 으로 혼합한 경우 Table 9에 나타난 바와 같이 미국환경청 기준과 비교하여 액성한계와 소성지수의 경우는 크며, 최대건조밀도는 작다.
- 각각의 시료에 대하여 액성.소성한계시험, 비중시험, 다짐시험, 일축압축시험 및 전단시험을 실시하였다. Table 5는 본 연구에서 실시한 시험항목 및 한국산업규격 (KS) 을 나타내고 있다.
- 비교한 것이다. 실험 초기에는 슬러지를 최대한 이용하기 위하여 슬러지:일반토사 혼합비율을 9:1로 결정하였다. 슬러지와 일반토사의 혼합비율을 9:1로 혼합한 혼합토의 액성한계, 소성지수, 최대건조밀도를 구한 결과 Table 9에 나타난 바와 같이 미국환경청 기준에 미달하였다.
- 정수장 슬러지의 압밀특성을 구하기 위하여 최적 함수비와 최대건조단위 중량을 갖는 시편을 제작하여 압밀실험을 시행하였다. Fig.
- 정수장 슬러지의 지반공학적 특성을 파악하기 위하여 액 소성 한계실험, 비중실험, 직접전단실험 등을 실시하였다. Table 7은 여러가지 실내실험을 통하여 파악한 정수장 슬러지와일반토사의 토질공학적 특성을 나타내고 있다.
- 직접전단시험은 슬러지, 일반토사, 슬러지와 일반토사를 혼합한 혼합토의 전단강도 정수인 점착력 (C) 과 내부마찰각0) 을 얻기 위해 실행하였으며, 직접전단 시험은 최적 다짐 상태의 공시 체를 비배수 상태의 조건으로 전단변형속도 1 mm/min 로 급속전단을 실시하였다.
대상 데이터
- 대구광역시 위생매립장 인근 야산에서 채취하였으며, 입자가 불 균질하여 자연건조 후 #4번 체 통과시료를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 슬러지는 대구광역시에 위치한 OO 정수장의 슬러지 저류조에서 무기고분자 응집제인 PAC를 부피 비율 20 : 1로 투입한 후 기계로 탈수처리한 슬러지이다. 정수장 슬러지는 원수의 성분이나 정수장의 운전 조건에 따라 입도에 다소의 차이는 있으나, 일반적으로 입경 5㎛ 이하의 점토분을 50~80%, 동 1㎛ 이하의 콜로이드분을 20~ 50%, 그리고 다량의 세립분을 함유하고 있다.
- 본 연구에서 사용한 일반토사는 매립장에서 현재 복토재로서 사용하고 있는 흙을 실험재료로 선택하였다. 대구광역시 위생매립장 인근 야산에서 채취하였으며, 입자가 불 균질하여 자연건조 후 #4번 체 통과시료를 사용하였다.
- 일축압축시험용 시료는 다짐시험을 통해 구한 최적 함수비와 최대건조단위중량 상태로 제조하였으며, 일축압축용 시료성형 몰드는 직경 50mm, 높이 100mm인 P.V.C 파이프로 사용하였다. 일축압축시험은 일반적으로 습도가 낮은 건조한 실험실에서 행해지므로 이로, 신한 함수비의 변화와 재하속도가 강도에 영향을 미칠 수 있다.
이론/모형
- )를 선택하여 시공현장에 알맞은 다짐 함수비의 범위를 구하는 것이다. 본 실험에서는 KS F2312의 규정에 의거하여 Table 6과 같은 다짐방비으로 다짐시험을 실시하였다.
- 슬러지의 유기물함량을 파악하기 위하여 강열감량법을 이용하였으며, 이 시험은 KS F 2104에 규정되어 있다. 강열 감량법은 110±5 ℃로 건조시킨 흙을 700~800℃의 강한 열을 가하였을 때의 감소된 무게를 노 건조된 흙의 무게에 대한 백분율로 나타낸다.
성능/효과
- 1. 소성이 보통 이상인 유기질점토인 정수장 슬러지는 최적 함수비 상태에서의 투수계수가 4.86xl0-7cm/sec 로서 미국환경청과 국내 차수재규정의 투수계수 조건인 1 xlO-'cm/sec 이하를 약간 상회하는 수준으로 다소의 보강만 이루지면 차 수재로서의 성능을 충분히 발휘할 수 있다.
- 2. 최적함수비 상태로 제조된 시료에서는 정수장 슬러지의 압축응력이 일반토사의 압축응력과 비교하여 상당히 크다. 이 유는 일축압축실험에서는 일축압축강도가 시료의 점 착력 의 크기에 크게 좌우되기 때문이다.
- 3. 슬러지와 일반토사를 혼합한 경우 일반토사의 투입량이 증가할수록 최대 건조단위 중량, 최대 압축응력 , 내부마찰각은 증가하는 반면에 최적함수비와 점착력은 감소한다.
- 4. 미국환경청 복토재의 규정에 적합하기 위하여 슬러지와일반토사의 혼합비율이 3:7이어야 하며, 이 상태로 제조된 시료의 일축압축강도는 3.56kg/cirf이다.
- 정수장 슬러지와 일반토사의 혼합비율을 8:2와 7:3 으로 혼합한 경우 Table 9에 나타난 바와 같이 미국환경청 기준과 비교하여 액성한계와 소성지수의 경우는 크며, 최대건조밀도는 작다. 따라서 일반토사 투입량을 더욱 증가 시켜, 정수장 슬러지와 일반토사의 혼합비를 3:7로 한 경우는 미국환경청기준을 모두 만족하였다.
- 또한, 일반토사량이 증가할수록 마찰각은 증가하고 점착력은 떨어지는 것을 확인할 수가 있었다. 비소성 성질을 보유한 일반토사와 유기질 점토인 정수장 슬러지를 혼합할 때 일반토사량의 증가에 따라 액.
- 정수장 슬러지는 원수의 성분이나 정수장의 운전 조건에 따라 입도에 다소의 차이는 있으나, 일반적으로 입경 5㎛ 이하의 점토분을 50~80%, 동 1㎛ 이하의 콜로이드분을 20~ 50%, 그리고 다량의 세립분을 함유하고 있다. 본 연구를 위해 시료가 채취된 7~8월에는 B0D와 SS가 상당히 높은 값을 나타내고 있어 탁도가 높고, 그에 따른 응집제의 투입 비율 역시 상대적으로 증가하며, 따라서 슬러지 발생량은 증가하는 시기이다.
- 정수장 슬러지는 통일분류법에 의해 소성이 보통 이상인 유기질 점토(0H)로 판명되었고, 투수계수 시험결과 4.86xl0-7cm/sec 로 미국환경청의 차수재 규정과 국내 차수재 규정의 투수 계수 조건인 ixlcLcm/sec이하를 약간 상회하는 수준으로 다소의 보강만 이루지면 차수재로서의 성능을 충분히 발휘할 수 있다. Fig.
- 정수장 슬러지와 일반토사를 혼합한 혼합토의 경우 일반토사의 비율이 올라갈수록 최대건조단위중량 값이 올라가고 최적 함수비는 떨어지는 경향을 볼 수 있었으며, 일축 압축강도의 경우 일반토사량이 증가할수록 강도가 증가하였다. 또한, 일반토사량이 증가할수록 마찰각은 증가하고 점착력은 떨어지는 것을 확인할 수가 있었다.
- 4번체를 통과시킨 흙이다. 체가름 실험 결과 No. 200번체 통과량은 거의 없었고, 통일분류법에 의해 토질분류는 비소성 흙(N.P.) 으로 판명되었으며 입도분포곡선에서 알 수 있는 바와 같이 입경의 분포가 다양하여 양호한 입도분포임을 알 수 있다.
후속연구
- 하더라도 그 지역 주변의 지역주민과 환경단체들의 영향으로 인해 매립장 건설 또한 용이하지 않다. 이러한 폐기물의 처분은 우리나라의 모든 정수장에서 나타나는 문제이며 따라서 재활용 자원으로 사용할 수 있는 방안을 강구하여 장단기적으로 대처방안을 적절히 모색해야 할 것이다. 정수장 슬러지는 하수처리장에서 발생하는 하수 슬러지에 비해 유기물 함량이 적기 때문에 비료 등 농업적 유기 재료로의 재활용은 기대할 수 없으나, 정수장 슬러지의 주체인 무기성분을 이용하고 토질분류상 점토에 가까운 성상을 갖고 있어 주로 요업, 연와의 재료 등에 이용하려는 시도가 있었다(2).
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