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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 제강슬래그 침출수의 중금속 분석실험과 물과 제강슬래그를 반복적으로 혼합하여 용출된 침출수의 pH를 측정하여 제강슬래그의 환경적 특성을 분석하였다.
제안 방법
- 해양구조물로 재활용되는 제강슬래그의 경우 납, 구리, 카드뮴과 수은의 융출 유해성은 낮은 것으로 평가하였으며(이한국 등 2005), 제강슬래그는 중금속이외에도 다른 오염물질과 반응성을 가지고 있으므로 해저 퇴적물 오염 개선을 위해 복토정화법으로 활용하는 연구를 진행하였다(박광석 등 2006). 그리고 초기농도와 pH조건의 변화에 따른 제강슬래그의 카드뮴 제거능을 평가하였다(이광헌 등 2010).
- 1mm 50g, 증류수(물) 500ml를 사용하여 5분간 교반한 후 pH를 측정하고 반응된 물은 버리고 새로운 물 500ml를 넣고 또 다시 5분간 교반하여 pH를 측정하는 방법으로 pH가 반복횟수에 따라 어떻게 측정되는지를 확인하기 위해 실시하였다. 또한 반응된 증류수를 test tube에 채취하여 용출수에 대한 중금속 검출여부를 판단하기 ICP-OES 시험을 병행하여 실시하였다.
- 본 연구에서는 제강슬래그 침출수의 중금속 분석과 물을 혼합하여 용출된 침출수의 pH변화 및 환경적 특성을 분석하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 시료는 에이징을 거치지 않은 시료 1종과 에이징을 거쳐 공사현장에 사용하고 있는 제강슬래그 1종을 의뢰하였다. 시험항목은 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 6가크롬화합물, 시안화합물, 유기인화합물, 데트라클로로에틸렌, 기름 성분 이다.
- 용출실험의 조건은 제강슬래그를 입도별(19mm, 4.75mm, 2.00mm, 0.85mm)로 50g과 물500ml를 혼합하여 교반기를 분당 30회로 24시간 작동시킨 교반조건 #1, #2, #3, #4와 19mm 제강슬래그 50g과 물 500ml를 5분 혼합하여 교반한 횟수에 따른 조건으로 횟수마다 반응을 일으킨 물은 채취하여 ICP를 의뢰하였고 버리고 새로운 물을 채워 교반횟수를 달리한 #5, #6, #7, #8, #9, #10을 실험하였다. 예를 들어 교반을 1회 시킨 후 반응한 물은 분석용 물을 용기에 채취 후 새로운 물을 부어 교반하였다.
- 제강슬래그 입도별 교반기 24시간 및 14일 교반에 따른 pH의 변화를 보기위해 실시한 실험이다. 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 물과의 화학반응이 교반시간과의 상관성을 파악하기 위한 실험으로 제강슬래그의 입도별 pH변화를 알아보기 위해 별도의 교반기를 제작하여 실험을 수행하였다.
- 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 물을 반복 사용하여 반응시켰을 경우 pH변화를 알아보기 위해 JAR-Tester와 자체제작한 교반기를 이용하였다. 제강슬래그 시료는 19.
- 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 물을 반복 사용하여 반응시켰을 경우 pH변화를 알아보기 위해 JAR-Tester와 자체제작한 교반기를 이용하였다. 제강슬래그 시료는 19.1mm 50g, 증류수(물) 500ml를 사용하여 5분간 교반한 후 pH를 측정하고 반응된 물은 버리고 새로운 물 500ml를 넣고 또 다시 5분간 교반하여 pH를 측정하는 방법으로 pH가 반복횟수에 따라 어떻게 측정되는지를 확인하기 위해 실시하였다. 또한 반응된 증류수를 test tube에 채취하여 용출수에 대한 중금속 검출여부를 판단하기 ICP-OES 시험을 병행하여 실시하였다.
- )가 되면서 pH가 높아진다. 제강슬래그에 존재한 Free CaO와 물과의 화학반응이 교반시간과의 상관성과 Free CaO의 제강슬래그 입도별 pH 변화를 측정하기 위해 시험을 실시 하였다. 사진 5는 제강슬래그의 입도별 JAR-Tester를 이용한 시험광경을 나타낸 것이다.
- 제강슬래그의 중금속 검출여부를 판단하기 위하여 입도별로 19mm, 4.75mm, 2.00mm, 0.85mm 24h 교반하여 반응된 용출수와 cycle주기 0회, 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 교반하여 반응된 용출수를 채취하여 ICP-OES시험을 수행하였다. 표 4는 ICP시험 분석결과를 나타낸 것이며, 폐기물 공정시험에서 검출되지 않았던 Al, Pb, Zn, Fe등의 중금속이 검출되었다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 제강슬래그의 입경은 19.1mm, 4.75mm, 2.00mm, 0.85mm 등 4종류의 슬래그를 이용하였으며 시료는 50g, 물 500ml를 사용하여 시간경과에 따른 pH의 변화를 관찰하였다. 그림 4는 입경별 24시간과 14일 시간 경과에 따른 pH변화를 나타낸 것이다.
- 본 연구에서 사용된 제강슬래그는 00지역 성토용재료로 사용된 공사현장에서 채취된 시료이다. 제강슬래그의 입경은 그림 1과 같이 19.
- 시료는 에이징을 거치지 않은 시료 1종과 에이징을 거쳐 공사현장에 사용하고 있는 제강슬래그 1종을 의뢰하였다. 시험항목은 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 6가크롬화합물, 시안화합물, 유기인화합물, 데트라클로로에틸렌, 기름 성분 이다. 폐기물 공정시험결과 표 3과 같이 시료 2종 모든 시험항목에서 중금속은 검출되지 않았으며, 물과의 반응이 없는 경우 제강슬래그의 구성성분은 용출이 되지 않는 것으로 판단된다.
- 용출수 분석시험은 표 1과 같이 순천대학교 공동실험실 질량분석실의 ICP 기기를 이용하였다. 유도결합플라즈마 분석법(ICP)는 고주파 유도코일에 의하여 형성된 아르곤(Ar) 플라즈마에 시료용액을 도입하면 6,000~8,000K의 고온에서 이온화된 원자가 바닥상태로 이동할 때 방출하는 발광선 및 발광강도를 측정하여 원소의 정성 및 정량분석에 이용하는 분석 장비이다.
- 본 연구에서 사용된 제강슬래그는 00지역 성토용재료로 사용된 공사현장에서 채취된 시료이다. 제강슬래그의 입경은 그림 1과 같이 19.1mm, 4.75mm, 2.00mm, 0.85mm 4종류의 슬래그를 이용하였다.
이론/모형
- 따라서 샌드매트 대체재료로서 활용하기 위해서는 유해물질의 용출이 되지 않아야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 한국건설생활환경시험연구원 광주전남제주지원에 폐기물 공정시험기준(환경부고시제2011-3)에 의한 시험을 의뢰하였다.
성능/효과
- (2) 교반기를 이용하여 교반하였을 경우에서도 입경이 작을수록 pH가 높게 나타났으며, 시간경과에 따른 pH도 높게 나타났다. 이는 장시간 교반에 따른 슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 물과의 화학반응에 기인된 것으로 판단된다.
- (3) 물의 반복횟수에 따른 pH변화는 자체 제작한 교반기 (360°회전)의 경우 시험전과 5분 교반했을 경우 pH변화가 평균 2.0정도 크기로 일정하게 변화하였으며, JARTester(회전날개형)에 의한 경우 pH변화가 평균 1.6에서 0.4정도 크게 감소하였다.
- (4) 폐기물 공정시험결과 시료 2종 모든 시험항목에서 중금속은 검출되지 않았으며, 물과의 반응이 없는 경우 제강슬래그의 구성성분은 용출이 되지 않는 것으로 판단된다.
- (5) ICP시험 분석결과에서는 폐기물 공정시험에서 검출되지 않았던 Al, Pb, Zn, Fe등의 중금속이 검출되었다. 제강슬래그와 수분이 접촉하면 화학반응이 일어남을 확인할 수 있었으며, 실험조건 및 분석방법에 따라 중금속이 검출될 수 있으므로 제강슬래그를 활용할 경우에는 장기적인 환경특성을 파악해야 할 것이다.
- 이는 장시간 교반에 따른 슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 물과의 화학반응에 기인된 것으로 판단된다. 그리고 사진 7은 14일 동안 교반한 후 슬래그 시료통을 꺼내어 찍은 광경으로 대부분은 교반에 의해 제강슬래그의 입자가 파쇄되어 교반 전과 비교하여 탁도가 매우 높아짐을 알 수 있었다.
- 그리고 자체제작한 교반기를 이용하여 실험전과 5분교반후 pH변화는 초기 1.6정도에서 30회 이상 반복횟수에는 1.5정도로 비슷하게 감소하는 경향을 보였다. 실험전의 경우 반복횟수에 따라 8.
- 상기와 같이 결과적으로 물의 반복횟수에 따른 pH변화는 자체제작한 교반기(360°회전)의 경우 실험전과 5분교반했을 경우 pH변화가 평균 2.0정도 크기로 일정하게 변화하였으며, JAR-Tester(회전날개형)에 의한 경우 pH변화가 평균 1.6에서 0.4정도 크게 감소하였다.
- 4정도로 크게 감소하였다. 실험전의 경우 반복횟수에 따라 7.6에서 6.8정도로 pH변화가 0.8정도 이었으며, 5분교반하였을 경우에는 9.2에서 7.2정도로 pH변화는 2.0정도로 교반하였을 경우에 크게 나타났다.
- 또한 입도별 pH를 살펴보면 입경이 작아질수록 pH가 높게 형성되고 있다. 이는 슬래그내 Free CaO와 물과 반응함에 있어서 제강슬래그의 입경이 작을수록 비표면적이 커지기 때문에 물과의 화학반응이 활발하게 이루어 지는 것을 알 수 있었다.
- 시험항목은 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 6가크롬화합물, 시안화합물, 유기인화합물, 데트라클로로에틸렌, 기름 성분 이다. 폐기물 공정시험결과 표 3과 같이 시료 2종 모든 시험항목에서 중금속은 검출되지 않았으며, 물과의 반응이 없는 경우 제강슬래그의 구성성분은 용출이 되지 않는 것으로 판단된다.
후속연구
- (5) ICP시험 분석결과에서는 폐기물 공정시험에서 검출되지 않았던 Al, Pb, Zn, Fe등의 중금속이 검출되었다. 제강슬래그와 수분이 접촉하면 화학반응이 일어남을 확인할 수 있었으며, 실험조건 및 분석방법에 따라 중금속이 검출될 수 있으므로 제강슬래그를 활용할 경우에는 장기적인 환경특성을 파악해야 할 것이다.
- 표 4는 ICP시험 분석결과를 나타낸 것이며, 폐기물 공정시험에서 검출되지 않았던 Al, Pb, Zn, Fe등의 중금속이 검출되었다. 제강슬래그와 수분이 접촉하면 화학반응이 일어남을 확인할 수 있었으며, 이는 향후 여러가지 실험조건을 고려하여 분석해야 할 것으로 판단된다.
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