선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- Part 1에서는 광산배수슬러지의 현장 적용성을 평가하기 위하여, 차수재의 원료인 벤토나이트와 시멘트의 물리 화학적 성질을 규명하고, 투수계수와 압축강도를 초점으로 최적의 혼합배율을 결정하고자 하였다.
- 본 연구는 광산배수 슬러지를 재활용하기 위해서 광산 배수 슬러지의 환경적 안정성을 물리 화학적 성질을 측정하여 규명하고, 현재 차수층 연구에 있어 가장 중심이 되는 투수계수와 압축강도에 초점을 두어 광산배수슬러지에 벤토나이트와 시멘트의 첨가를 통한 기능성 향상, 계절변화와 강우조건에 따른 하절기 건조/습윤 및 동절기 동결/융해 현상에 관한 연구의 평가를 통하여 향후 폐기물 매립지 차수층의 혼합물질 적용을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 물리․ 화학적 실험을 바탕으로 효과적인 배합비 산정(Batch Test)을 통해 최적의 혼합비를 산출한 후, KS F 2312 A(Standard compaction test)를 바탕으로 다짐도 실험을 수행하였다. 최적혼합배율을 이용한 차수재에 대한 일축압축시험은 먼저 차수층이 적정한 지지력을 가지고 있는지 그리고 어느 정도의 지지력을 가지고 있는지를 알아보기 위해 실시하였다. 국내의 경우 차수재의 강도에 대해서는 명확한 규정은 제시되고 않고 있으나 미국 EPA 규정에 의하면 5kg/cm2 이상을 요구하고 있다.
제안 방법
- 5g의 바인더와 혼합하여 측정하였다. SEM 분석은 전계방출형 주사전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 시편의 내부 입자 형태나 배열의 상태를 알아보고자 수행하였다. 각각의 시료는 표면을 백금으로 코팅한 후 특성을 고찰하였다.
- X′Pert PRO/PHILLIPS를 이용하여 시료의 결정구조를 분석하였다.
- 5406이었다. XRF (X-ray Fluorescence Spectrometer/S4 PIONEER/Bruker AXS)를 이용하여 정성 및 정량 분석을 수행하였다. 광산배수슬러지를 105℃ 건조하여, 데시케이터에 넣어 냉각시킨 후, XRF용 프레스(Press)를 이용하여 3.
- SEM 분석은 전계방출형 주사전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 시편의 내부 입자 형태나 배열의 상태를 알아보고자 수행하였다. 각각의 시료는 표면을 백금으로 코팅한 후 특성을 고찰하였다.
- XRF (X-ray Fluorescence Spectrometer/S4 PIONEER/Bruker AXS)를 이용하여 정성 및 정량 분석을 수행하였다. 광산배수슬러지를 105℃ 건조하여, 데시케이터에 넣어 냉각시킨 후, XRF용 프레스(Press)를 이용하여 3.5g의 시료를 1.5g의 바인더와 혼합하여 측정하였다. SEM 분석은 전계방출형 주사전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 시편의 내부 입자 형태나 배열의 상태를 알아보고자 수행하였다.
- 다양한 혼합비율로 조성한 차수재를 28일 동안 양생한 후, 혼합 시료의 다짐도, 일축압축시험, 투수시험을 실행한 결과를 종합하여 최적혼합비율을 결정하였다.
- Flow Trac에서는 이때 발생하는 유입량과 유출량을 측정하여 투수계수를 산정하였다. 또한, 폐기물관리법에 따른 전 처리 방법을 수행하여 용출시험을 실시하여 유해물질여부를 판단하였다.
- 물리․ 화학적 실험을 바탕으로 효과적인 배합비 산정(Batch Test)을 통해 최적의 혼합비를 산출한 후, KS F 2312 A(Standard compaction test)를 바탕으로 다짐도 실험을 수행하였다. 최적혼합배율을 이용한 차수재에 대한 일축압축시험은 먼저 차수층이 적정한 지지력을 가지고 있는지 그리고 어느 정도의 지지력을 가지고 있는지를 알아보기 위해 실시하였다.
- 초기화 단계가 완료되면 자동으로 포화단계가 시작되는데 셀압을 34,500psi 증분시킬 때 증분되는 간극수압을 측정하여 포화도를 나타내어 주었다. 본 실험에서는 셀압을 최대 689,000psi까지 가하여 95% 이상으로 포화시켰다. 시료가 포화되면 셀압은 그대로 유지하고 시료의 하부에 상부보다 높은 압력을 가하여 동수구배를 발생시켜 흐름을 유도하였다.
- 본 연구를 통해 광산배수슬러지를 차수재로 사용하기 위하여 기본적인 물리 화학적 성분을 분석하였고, 이를 바탕으로 현장실증시험을 위한 최적혼합배율을 결정하기 위해 회분식 시험을 실시한 결과는 다음과 같다.
- 국내의 경우 차수재의 강도에 대해서는 명확한 규정은 제시되고 않고 있으나 미국 EPA 규정에 의하면 5kg/cm2 이상을 요구하고 있다. 시료는 내경 5cm, 높이 10cm인 특별히 고안된 몰드를 이용하여 28일간 양생한 시료를 가지고 표준다짐에 의한 다짐에너지를 기준으로 시료를 성형하여 실험을 실시하였다. 최적혼합배율을 이용한 차수재의 투수시험은 28일간 양생시킨 시료에 멤브레인을 씌우고 오링으로 밀폐시킨 후 셀을 조립하여 공기가 제거된 물을 채운 뒤 컴퓨터에 시료에 대한 정보를 입력시켰다.
- 최적혼합배율을 이용한 차수재의 투수시험은 28일간 양생시킨 시료에 멤브레인을 씌우고 오링으로 밀폐시킨 후 셀을 조립하여 공기가 제거된 물을 채운 뒤 컴퓨터에 시료에 대한 정보를 입력시켰다. 진공을 실시하여 시료내부의 각 라인의 공기를 제거한 후 초기화 단계로 20,700Pa의 셀압과 6,890Pa의 배압을 가하였다. 초기화 단계가 완료되면 자동으로 포화단계가 시작되는데 셀압을 34,500psi 증분시킬 때 증분되는 간극수압을 측정하여 포화도를 나타내어 주었다.
- 차수층에 사용된 시료는 광산배수 슬러지와 시멘트 그리고 벤토나이트를 적절히 교반한 혼합차수재로서 본 현장실증시험을 위한 혼합비를 결정하기 위해 회분식 시험(Batch Test)을 실시하였다. 수도권 위생매립지는 일반적으로 A 다짐방식을 택하기 때문에 본 연구에서도 KS F 2312 A 다짐방식을 택하였다.
- 진공을 실시하여 시료내부의 각 라인의 공기를 제거한 후 초기화 단계로 20,700Pa의 셀압과 6,890Pa의 배압을 가하였다. 초기화 단계가 완료되면 자동으로 포화단계가 시작되는데 셀압을 34,500psi 증분시킬 때 증분되는 간극수압을 측정하여 포화도를 나타내어 주었다. 본 실험에서는 셀압을 최대 689,000psi까지 가하여 95% 이상으로 포화시켰다.
- 시료는 내경 5cm, 높이 10cm인 특별히 고안된 몰드를 이용하여 28일간 양생한 시료를 가지고 표준다짐에 의한 다짐에너지를 기준으로 시료를 성형하여 실험을 실시하였다. 최적혼합배율을 이용한 차수재의 투수시험은 28일간 양생시킨 시료에 멤브레인을 씌우고 오링으로 밀폐시킨 후 셀을 조립하여 공기가 제거된 물을 채운 뒤 컴퓨터에 시료에 대한 정보를 입력시켰다. 진공을 실시하여 시료내부의 각 라인의 공기를 제거한 후 초기화 단계로 20,700Pa의 셀압과 6,890Pa의 배압을 가하였다.
- 광산배수슬러지는 폐석탄광 배수를 전기 정화 공법으로 처리하는 과정에서 배출되는 슬러지를 이용하였다. 한국산업규격을 기본으로 토질 시험을 실시하였고, 국내 폐기물 관리법에 의한 유해물질 용출시험을 실시하여 유해물질 함량을 검출하였다.
대상 데이터
- 1×10-7cm/sec이다. 따라서 본 논문의 Part 2의 현장실증실험에 사용된 차수층의 단위체적당(m3) 혼합재료의 시료 배합비는 광산배수슬러지 188kg: 벤토나이트 92kg: 시멘트 56kg : 물 98L로 고정하였다.
- 벤토나이트(Bentonite)는 광산배수 슬러지 자체만의 투수계수는 1×10-7cm/s 이상으로 매립지 차수재 기준에 만족하지 못함으로 투수계수의 저감 효과를 위해 V회사의 차수, 방수를 목적으로 하는 저가형 벤토나이트인 VOLCLAY-LF 제품을 사용하였다.
- 시멘트는 강도를 증진 시키는 목적으로 KS 5201 포틀랜드 시멘트(1종) 국내S사의 제품을 사용하였다. 체적밀도는 3.
이론/모형
- 차수층에 사용된 시료는 광산배수 슬러지와 시멘트 그리고 벤토나이트를 적절히 교반한 혼합차수재로서 본 현장실증시험을 위한 혼합비를 결정하기 위해 회분식 시험(Batch Test)을 실시하였다. 수도권 위생매립지는 일반적으로 A 다짐방식을 택하기 때문에 본 연구에서도 KS F 2312 A 다짐방식을 택하였다. 회분식 시험결과 차수층에 대한 혼합비율이 1 : 0.
성능/효과
- (1) 광산배수슬러지의 평균 pH는 7.52로 약 알칼리성을 띠고 있었으며 유기물을 거의 포함하지 않았다. 입자의 전체적인 크기 분포는 20㎛이하로서 아주 작은 미립자들로 형성되어 있고, 액성한계는 50% 이상으로 통일분류법에 따라 점토(CH)계열로 분류되었다.
- (2) XRF 분석을 통하여 광산배수슬러지의 주요 성분이 Fe(Fe2O3), Ca(CaO) 및 Si(SiO2)로 나타났고, 우리나라의 석탄 광산에서 발생되는 산성광산배수의 조성과 비슷한 경향을 보였다. 차수층에 사용된 벤토나이트과 시멘트는 각각 SiO2, Al2O3, Na2O 함량과 CaO, SiO2를 주성분으로 하여 화학반응에 의해 차수층 사이에 불용성의 불투수 막을 형성하여 저투수층을 조성할 것으로 판단된다.
- (3) 회분식 시험 결과, 광산배수슬러지: 벤토나이트: 시멘트의 최적혼합배율이 1: 0.5: 0.3의 무게비율로 결정되었다. 이때의 다짐곡선은 종형이며 최적함수비는 33.
- Table 3에 나타냈듯이, 국내 폐기물 관리법에 의한 유해물질 용출시험결과 유해물질 함량이 기준치 이내의 값으로 본 연구에서 사용하고자 하는 광산배수 슬러지는 환경적으로 안전한 물질임을 알 수 있다.
- 다짐기기에 대한 제한된 에너지로 인하여 상대 다짐도는 90% 수준으로 현장에서 요구하는 시공값 보다는 다소 작지만 현장성을 반영하기 위한 시료의 다짐상태로는 양호한 상대 다짐도를 나타낸다고 할 수 있다. 또한 유해물 용출시험을 통하여 광산배수슬러지를 환경에 적용하기에 안전하다는 것이 확인되었다.
- 벤토나이트의 XRD 분석결과, 대부분 Montmorillonite의 광물상을 이루고 있으며 제올라이트 광물인 Heulandite와 Stilbite도 혼재된 것으로 분석되었다(Fig. 1(b)).
- 1(a)에서 보듯이 광물의 피크를 확인할 수 없었으며 그 이유는 다음과 같은 원인으로 추정된다. 첫째, 시료 평균입자크기(d50)가 2.531~2.788㎛로 미립인 점과 둘째로 자연정화처리 및 전 함량 분석결과상 철함유량이 90%인 점 등을 감안한다면, 비정질 철수산화 침전물이 대부분인 관계로 Fe 성분이 함유되어 있는 광물의 피크는 확인할 수 없었으며, 마지막으로 광물 상태를 판단하는 데는 주 피크(main peak)가 3개 이상 나타나야 하는데, 본 슬러지 시료에서는 주 피크가 3개 이하인 관계로 XRD 해석이 곤란하였다.
- 0%으로 EPA 차수재 기준치를 만족하였다. 최대건조단위중량의 평균값은 1.195 g/cm3으며, 시공에서는 표준다짐시험에서 구한 최대건조 단위중량의 90~95%를 요구하고 있으나, 다짐기기에 대한 제한된 에너지로 인하여 상대 다짐도는 90% 수준으로 나타났다. 현장에서 요구하는 시공 값보다는 다소 작지만 현장성을 반영하기 위한 시료의 다짐상태로는 양호한 상대 다짐도를 나타낸다고 할 수 있다.
- 포틀랜드 시멘트의 XRD 분석결과, CaO 성분이 주종을 이루는 것으로 나타났으며, 그 외의 결합성분으로는 Hatrurite, syn(Ca3SiO5)와 Pyroxmangite(MnSiO3)순으로 분석되었다(Fig. 1(c)).
- 52로 약 알칼리성을 띠고 있으며 유기물을 거의 포함하지 않았다. 한국산업규격을 기본으로 토질 시험을 실시한 결과, 시험결과 입자의 전체적인 크기 분포는 20 ㎛이하로서 아주 작은 미립자들로 형성되어 있고, 액성한계(는 50% 이상으로 통일분류법(USCS) 따라 점토(CH)계열로 분류되었다. 또한 함수비는 251.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.