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
- 이용 가능한 폐자원 중 제철소 발생 부산물인 고로슬래그(Blast Furnace Slag, 이하 BFS), 제지 생산공정 및 부산물로 발생되는 제지슬러지 회분(Paper Sludge Ash, 이하 PSA)은 대부분 단순매립으로 낭비되었던 대표적인 폐자원의 하나였으나 고형화 반응 시 첨가물로서 평가 받고 있는 물질이다(이재환, 1998; 이민석, 1999; 김재진, 1999; 문경주, 2001; 주소영, 2003). 따라서 본 연구에서는 석회를 기본으로 하여 BFS와 PSA가 첨가된 고화제를 이용하여 퇴적물을 고형화 하여 퇴적물의 고화특성을 검토하고 토양개량 정도를 고찰해 보았다.
- 신갈호 퇴적물을 대상으로 한 고화제 Type별 고화 특성 실험결과 최적의 고화제 성분비를 도출할 수 있었다. 이에 본 연구에서는 선정된 JTC-4 고화제를 대상으로 적절한 고화제 투입량을 선정하기 위하여 혼합 비율에 따른 고화 특성을 검토해 보았다. 퇴적토 대비 고화제의 혼합비는 목표 성능 및 경제성을 고려하여 준설토 대비 5% 7.
제안 방법
- 시료는 Grap Sampler(lamotte 1097, USA)를 사용하여 채취하였으며, 채취된 시료는 2 L의 둥근 폴리에틸렌 통에 2/3정도 채운 뒤 밀폐하여 즉시 실험실로 옮겨 4℃ 에 냉장 보관하였고, 일부 시료는 풍건 건조한 후 퇴적물의 물성분석 및 오염도 분석에 사용하였다. 퇴적물의 물성분석을 위하여 pH, 함수율, 토성분석을 토양오염공정시험법에 준하여 실시하였고 강열감량, COD, T-N, T-P 분석을 통하여 오염도를 평가하였다. 각각의 측정방법은 해양공정시험법 및 토양오염공정시험법에 준하여 실시하였다.
- 저수지 퇴적물의 고형화를 위한 적정 고화제 설정을 위하여 구성성분 비율에 따른 고화특성을 분석하였다. 고화제의 기본 구성성분인 석고와 석회는 시중에 판매되는 것을 사용하였고 PSA와 BFS는 발생원으로부터 직접 회수하였다.
- JTC-1~3은 석회와 석고의 비율을 1:1로 BFS는 10%로 고정하면서 PSA의 함유율을 단계적으로 늘렸고 JTC-4는 PSA의 함유율은 줄이고 BFS의 비율을 높게 설정하였다. 혼합 공시체의 퇴적물:고화제 비는 10:1로 하였고, 공시체는 직경 6 cm, 높이 12 cm인 원통형 몰드에서 20℃, 7일간 양생하여 제작하였다. 양생된 공시체에 대하여 함수율 변화, 일축압축강도를 측정함으로써 수분저감효과 및 강도증진효과를 평가하였고, 중금속 용출실험(KSLT: Korean Standard Leaching Test)을 통하여 환경위해성을 평가하였다.
- 혼합 공시체의 퇴적물:고화제 비는 10:1로 하였고, 공시체는 직경 6 cm, 높이 12 cm인 원통형 몰드에서 20℃, 7일간 양생하여 제작하였다. 양생된 공시체에 대하여 함수율 변화, 일축압축강도를 측정함으로써 수분저감효과 및 강도증진효과를 평가하였고, 중금속 용출실험(KSLT: Korean Standard Leaching Test)을 통하여 환경위해성을 평가하였다.
- 고형화에 적용되는 고화제의 혼합량은 혼합체의 성능 및 고화반응 시 소요되는 비용에 직접적인 영향을 미치기 때문에 적정 비율을 설정하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 고화제 구성 비율검토를 통하여 선정된 최적 고화제(JTC-4)를 이용하여 5%, 7.5%, 10%의 혼합비에 따른 비교실험을 수행하였고, 이에 따른 수분저감 능력, pH 안정화, 강도 특성을 평가하였다. 혼합비에 따른 수분저감 능력은 시간(2hr, 6hr, 12hr, 24hr, 48hr)에 따른 함수율 변화로 평가하였으며, pH 안정화는 일일 간격으로 7일간 실험하였고, 강도 특성은 위에서와 동일한 방법으로 양생된 공시체의 일축압축강도를 통하여 평가하였다.
- 5%, 10%의 혼합비에 따른 비교실험을 수행하였고, 이에 따른 수분저감 능력, pH 안정화, 강도 특성을 평가하였다. 혼합비에 따른 수분저감 능력은 시간(2hr, 6hr, 12hr, 24hr, 48hr)에 따른 함수율 변화로 평가하였으며, pH 안정화는 일일 간격으로 7일간 실험하였고, 강도 특성은 위에서와 동일한 방법으로 양생된 공시체의 일축압축강도를 통하여 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 KSLT 용출실험방법에 따라 신갈호 퇴적토의 고화 전·후 중금속 용출을 통하여 오염물질의 안정화 정도를 평가하였으며 그 결과는 다음 Table 4에 나타내었다.
- 이는 고화제 압축강도 평가에서와 같이 BFS에 의한 고화강도 증가로 인하여 혼합체의 고정 능력이 향상되어 중금속의 용출을 억제시킨 결과라 할 수 있다. 고화제 Type별 고화특성 검토 결과 함수율은 JTC-2, 3, 4에서 48시간 이후 비슷한 감소폭을 보여주며 성능의 큰 차이를 보이지 않았지만 압축강도와 중금속 용출의 경우 JTC-4에서 가장 높은 강도 및 고정능력을 보여주었기 때문에 신갈호 퇴적물의 고형화를 위한 대표 고화제로 선정하여 고화제 혼합 비율에 따른 특성분석을 실시하였다.
- 이에 본 연구에서는 선정된 JTC-4 고화제를 대상으로 적절한 고화제 투입량을 선정하기 위하여 혼합 비율에 따른 고화 특성을 검토해 보았다. 퇴적토 대비 고화제의 혼합비는 목표 성능 및 경제성을 고려하여 준설토 대비 5% 7.5% 10%로 비교실험 하였고, 이에 따른 함수율, pH, 일축압축강도를 측정하였다. 혼합비에 따른 함수율의 변화를 Figure 4에 나타내었다.
- 혼합비가 높아질수록 알칼리성의 정도가 높아지는 것으로 보아 활용방안에 따라 추가점가제 등을 통한 pH의 조절이 필요할 것으로 판단된다. 다음은 혼합비에 따른 준설토의 강도개선효과를 알아보기 위하여 준설 혼합토의 압축강도를 측정하였다. 일축압축강도는 실험은 65%~70%의 함수율을 가진 신갈호 퇴적물을 7일간의 양생된 공시체를 가지고 측정하였다.
- 다음은 혼합비에 따른 준설토의 강도개선효과를 알아보기 위하여 준설 혼합토의 압축강도를 측정하였다. 일축압축강도는 실험은 65%~70%의 함수율을 가진 신갈호 퇴적물을 7일간의 양생된 공시체를 가지고 측정하였다. 고화제 혼합비율에 따른 일축압축강도 결과는 Figure 6에 나타내었다.
- 고화제를 이용하여 퇴적물을 고형화하는 과정에서 퇴적물의 개량효과 및 환경 안정성 등을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상지는 경기도 용인시 기흥구에 위치한 신갈 저수지이며 조사지점에 대한 위치는 Figure 1에 나타내었다. 시료는 Grap Sampler(lamotte 1097, USA)를 사용하여 채취하였으며, 채취된 시료는 2 L의 둥근 폴리에틸렌 통에 2/3정도 채운 뒤 밀폐하여 즉시 실험실로 옮겨 4℃ 에 냉장 보관하였고, 일부 시료는 풍건 건조한 후 퇴적물의 물성분석 및 오염도 분석에 사용하였다.
- 본 연구의 대상지는 경기도 용인시 기흥구에 위치한 신갈 저수지이며 조사지점에 대한 위치는 Figure 1에 나타내었다. 시료는 Grap Sampler(lamotte 1097, USA)를 사용하여 채취하였으며, 채취된 시료는 2 L의 둥근 폴리에틸렌 통에 2/3정도 채운 뒤 밀폐하여 즉시 실험실로 옮겨 4℃ 에 냉장 보관하였고, 일부 시료는 풍건 건조한 후 퇴적물의 물성분석 및 오염도 분석에 사용하였다. 퇴적물의 물성분석을 위하여 pH, 함수율, 토성분석을 토양오염공정시험법에 준하여 실시하였고 강열감량, COD, T-N, T-P 분석을 통하여 오염도를 평가하였다.
- 저수지 퇴적물의 고형화를 위한 적정 고화제 설정을 위하여 구성성분 비율에 따른 고화특성을 분석하였다. 고화제의 기본 구성성분인 석고와 석회는 시중에 판매되는 것을 사용하였고 PSA와 BFS는 발생원으로부터 직접 회수하였다. 다음의 Table 1은 XRF을 이용하여 측정한 PSA와 BFS의 무기성분 비율을 나타낸 것이다.
- 적정 고화제 성분배합비율을 적용하기 위하여 Table 2와 같이 각각의 배합비율이 다른 4가지 Type의 고화제를 설정하였다. JTC-1~3은 석회와 석고의 비율을 1:1로 BFS는 10%로 고정하면서 PSA의 함유율을 단계적으로 늘렸고 JTC-4는 PSA의 함유율은 줄이고 BFS의 비율을 높게 설정하였다.
이론/모형
- 퇴적물의 물성분석을 위하여 pH, 함수율, 토성분석을 토양오염공정시험법에 준하여 실시하였고 강열감량, COD, T-N, T-P 분석을 통하여 오염도를 평가하였다. 각각의 측정방법은 해양공정시험법 및 토양오염공정시험법에 준하여 실시하였다.
성능/효과
- 신갈 저수지의 준설 필요성 여부를 판정하기 위하여 퇴적물의 물성 및 오염도 분석을 실시한 후에 국내의 준설기준(용인시, 2008)과 비교하였으며 퇴적물 분석 결과는 Table 3에 나타내었다. 신갈호 퇴적물과 국내의 준설기준으로 주로 사용되는 팔당호 준설기준(TN/TP/강열감량/COD = 1,100/800/7/20,000 mg/kg 이상, 3가지 항목 기준 이상 시 준설)을 비교해 본 결과 TP를 제외한 모든 항목에 대하여 기준을 초과하였으며 전체적으로 퇴적물 오염도가 높아 준설이 필요한 상태임을 알 수 있었다. 또한 퇴적물의 물성분석 결과 함수율은 65.
- 신갈호 퇴적물과 국내의 준설기준으로 주로 사용되는 팔당호 준설기준(TN/TP/강열감량/COD = 1,100/800/7/20,000 mg/kg 이상, 3가지 항목 기준 이상 시 준설)을 비교해 본 결과 TP를 제외한 모든 항목에 대하여 기준을 초과하였으며 전체적으로 퇴적물 오염도가 높아 준설이 필요한 상태임을 알 수 있었다. 또한 퇴적물의 물성분석 결과 함수율은 65.1 %로 높은 편이었으며, 토성은 SiL로 가는 입자 상태임을 나타내어 준설 후 사토장 적치 및 매립장 이동시 취급성이 어렵거나 강우 시 비점오염원으로의 위험성을 가지고 있다.
- )의 경우 고화제를 첨가한 퇴적물에 비하여 매우 적은 함수율 변화를 나타내었으며 고화제와 혼합한 시료는 혼합 직후 초기 2시간 내에 급격한 함수율 저감을 보이며 이후에도 지속적으로 낮아졌다. 고화제 Type별로 살펴보면 JTC-2,3은 24시간 이후에 16.2%, 15.79%, 48시간 이후에 20.75%, 19.95%의 비슷한 저감량을 보이며 최대 저감률을 나타냈으며 PSA 구성비율이 상대적으로 적은 JTC-1의 경우 초기에는 비슷한 저감률을 보이다 시간이 지날수록 감소폭이 줄어들었다. 반면 PSA의 비율이 10%인 JTC-4의 경우 초기에 다른 Type들에 비해 적은 함수율 감소를 보여주었으나 시간이 지날수록 감소율이 증가되어 48시간 이후에는 JTC-2,3과 비슷한 감소폭을 나타내었다.
- 반면 PSA의 비율이 10%인 JTC-4의 경우 초기에 다른 Type들에 비해 적은 함수율 감소를 보여주었으나 시간이 지날수록 감소율이 증가되어 48시간 이후에는 JTC-2,3과 비슷한 감소폭을 나타내었다. 따라서 고화제의 혼합이 퇴적물의 함수율 저감에 상당한 효과가 있으며 고화제 구성 성분 중 PSA 비율이 높을수록 초기 함수율 감소폭이 높았지만 48시간 정도 시간이 지나면 비슷한 감소폭을 보여주었다. 이러한 점으로 미루어 볼 때 고화제에 의한 초기 함수율 저감효과는 준설된 퇴적물의 이동 및 적치함에 있어 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 고화제를 혼합하지 않은 퇴적토의 경우 7일 양생 후에도 함수율이 높은 오니 형태를 보여 성형이 이루어지지 않아 강도를 측정할 수 없었다. 고화제별 일축 압축강도 특성을 살펴본 결과 JTC-1,2,3 은 0.36, 0.09, 0.06 kgf/cm2를 나타내며 PSA 함유율이 증가할수록 압축강도 또한 감소함을 알 수 있었다. 반면 PSA의 비율이 10% 이면서 BFS의 비율이 30%로 상대적으로 높은 JTC-4의 경우 2.
- 고화 후 Cd와 Cr6+의 경우 모든 고화제에서 불검출 되었으며, Cu는 평균 93.58 %, Zn는 99.68%, Pb는 75.49%의 매우 높은 용출 저감률을 보였다. 고화제별로는 JTC-4에서 가장 높은 저감률을 보였다.
- 신갈호 퇴적물을 대상으로 한 고화제 Type별 고화 특성 실험결과 최적의 고화제 성분비를 도출할 수 있었다. 이에 본 연구에서는 선정된 JTC-4 고화제를 대상으로 적절한 고화제 투입량을 선정하기 위하여 혼합 비율에 따른 고화 특성을 검토해 보았다.
- 5%의 급격한 감소를 보인 후 시간에 따라 점차적으로 감소하는 경향을 보였다. 혼합비 10%에서 초기 함수율 저감 효과가 가장 컸으며, 5%와 7.5%의 차이는 미미하였다. 하지만 48시간이 지난 후에는 혼합비별 함수율의 차이가 비슷해지는 경향을 보였다.
- 고화제 첨가 후 퇴적토의 pH는 급격히 증가하는데 이러한 증가폭은 혼합비가 클수록 높게 나타났다. 이후 준설 혼합토의 양생시간이 길어질수록 pH는 점차 낮아지는 경향을 보였으며, 7일 후 9.02~10.22의 약알칼리성으로 변하는 것으로 나타났다. 혼합비가 높아질수록 알칼리성의 정도가 높아지는 것으로 보아 활용방안에 따라 추가점가제 등을 통한 pH의 조절이 필요할 것으로 판단된다.
- 일축압축강도 실험 결과 7.5%의 혼합비에서 7~9.96 kgf/cm2의 강도가 발현되어 평균 8.48 kgf/cm2로 3개의 혼합비율 중 가장 높은 수치를 기록하였으며, 다음으로 10% 혼합비에서 평균 8.08 kgf/cm2의 압축강도로 7.5% 때의 압축강도보다 조금 떨어지지만 거의 비슷한 강도를 보여주었다. 반면 5%의 혼합비에서는 평균 2.
- 23 kgf/cm2의 낮은 압축강도를 보여주었다. 고화제의 투입량을 늘리면 퇴적물의 강도가 정비례적으로 증가할 것이라는 일반적인 예상과는 달리 적정 투입량 이상이 혼합되면 일정 이상의 강도를 보이지 않는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 앞서 실험한 pH, 함수율 변화와 동일하며 7.
- 1. 본 연구에서 적용한 고화제에 의해 처리된 저수지 퇴적물의 경우 고화반응 시 생성되는 수화물에 의해 중금속이 고착되어 퇴적물 내로 고정되기 때문에 용출되지 않거나 매우 적은양의 용출을 보여준다. 또한 초기 함수율의 저감 및 내구성 증가로 인한 강도의 발현은 퇴적물의 활용 가능성을 폭넓게 해주는 인자라 할 수 있다.
- 2. 고화제의 재료 구성 비율 중 PSA는 함수율 저감에영향을미치며강도와는반비례적인역할을하는것으로나타났다. 하지만 BFS의경우투입량이증가함에 따라강도가증가하였으며, 이러한결과를토대로퇴적물에고화제를적용할때퇴적물의활용방안에따라적정한 고화제 재료 구성비를 설정하여 유연하게 적용할 수있을것으로기대된다.
- 고화제의 적정 혼합비율은 퇴적물의 특성에 따라 다소 차이가 있으며 투입량이 일정 한계량을 넘게 되면 더 이상 토질개량효과가 일어나지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서 적용된 신갈호 퇴적물의 경우 7.5%의 혼합비율이 가장 적정한 혼합 비율로 나타났다.
- 3. 고화제의 적정 혼합비율은 퇴적물의 특성에 따라 다소 차이가 있으며 투입량이 일정 한계량을 넘게 되면 더 이상 토질개량효과가 일어나지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서 적용된 신갈호 퇴적물의 경우 7.
후속연구
- 더욱이 해양매립의 경우 장기적으로 전면 금지화 되어가고 있기 때문에 적절한 대응 방안이 필요한 실정이다. 따라서 준설토를 단순폐기나 사토처리하기보다는 퇴적물의 특성이 고려된 재활용을 통하여 오염발생 요인을 제어하고 자원으로서의 가치를 높일 수 있는 방안 연구가 시급하다고 할 수 있다. 퇴적물 재활용을 위한 여러 가지 방법 중 고형화 반응은 퇴적물의 환경적 안정성을 확보하면서 손쉽게 적용할 수 있는 방법으로 평가되면서 많은 연구가 진행되고 있다(해양수산부, 2002; 이수원, 2010).
- 따라서 고화제의 혼합이 퇴적물의 함수율 저감에 상당한 효과가 있으며 고화제 구성 성분 중 PSA 비율이 높을수록 초기 함수율 감소폭이 높았지만 48시간 정도 시간이 지나면 비슷한 감소폭을 보여주었다. 이러한 점으로 미루어 볼 때 고화제에 의한 초기 함수율 저감효과는 준설된 퇴적물의 이동 및 적치함에 있어 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 이에 최종 처리된 퇴적물은 환경 안정성을 확보하면서 성토재 및 객·복토 또는 기타 건설재료와 같은 방향으로 재활용이 가능할 것으로 판단된다.
- 22의 약알칼리성으로 변하는 것으로 나타났다. 혼합비가 높아질수록 알칼리성의 정도가 높아지는 것으로 보아 활용방안에 따라 추가점가제 등을 통한 pH의 조절이 필요할 것으로 판단된다. 다음은 혼합비에 따른 준설토의 강도개선효과를 알아보기 위하여 준설 혼합토의 압축강도를 측정하였다.
- 고화제의 재료 구성 비율 중 PSA는 함수율 저감에영향을미치며강도와는반비례적인역할을하는것으로나타났다. 하지만 BFS의경우투입량이증가함에 따라강도가증가하였으며, 이러한결과를토대로퇴적물에고화제를적용할때퇴적물의활용방안에따라적정한 고화제 재료 구성비를 설정하여 유연하게 적용할 수있을것으로기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.