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문제 정의
- 굴 패각 및 기타 다른 패류의 패각 또한 유사한 방법을 적용하여 패기물 처리에 있어 효율성을 극대화 할 수 있을 것으로 본다. 따라서 본문에서는 각종 패각류의 물성에 대해 설명하고, 패각류 특히 굴 패각을 활용할 수 있는 방안에 대해서 상세하게 논의해 보고자 한다.
제안 방법
- 각종 패각류의 잔골재로써 활용 가능성을 평가하기 위하여 패각을 표준입도로 분쇄하여 모르타르에 치환하여 실험을 진행한 적이 있었는데, 해당 실험을 위한 배합패턴 및 결과를 다음의 [표 3] 및 에 나타내었다.
- 두 번째 대안으로는 굴 패각을 시멘트 소성온도인 1,450℃까지 올리기 부담스러운 경우, 800~900℃ 정도만 가열하게 되면 이산화탄소를 제거하여 생석회를 만들 수 있다. 이를 이용하여 lime mortar을 개발하거나, 지반 고화제용 재료를 개발하는데 활용하는 등 다양한 대안으로 패각류 소성에 의한 환경적 부담을 감소시킬 수 있을 것으로 본다.
- <그림 8>은 굴 패각을 잔골재의 50 % 및 100 %로 치환하여 시멘트 벽돌 공장에서 현장 제작한 시멘트 벽돌(앞서 제작한 시험용 모르타르와는 다른 종류)의 압축강도 특성을 나타내었다. 굴 패각이 50 % 치환된 벽돌의 경우, 2종벽돌의 강도규준(8 MPa)을 만족하는 것으로 측정되었으나 강도개선의 효과는 크지 않은 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 2014~2015년경 연구과제 수행과정에서 굴 패각 샘플채취를 위해 경상남도 통영을 방문한 실례가 있었다. 이때 굴을 가공하는 박신장 주변에는 굴 유기물이 부패하면서 발생되는 악취로 일상생활이 불가능한 상태였으며, 악취뿐만 아니라 유출수로 인한 주변 환경오염 또한 심각한 수준이었다.
이론/모형
- [표 1]은 각종 패각의 화학적 성분 분석 결과를 나타낸 것으로 X-ray Fluorescence(X선 형광분석) 방법을 활용하였다. 일반적으로 알려진 바와 같이 패각의 주요한 화학적 성분은 칼슘(Ca)으로 [표 1]에 나타난 결과도 알려진 바와 같다.
성능/효과
- 2) 현재 국내에서 생산되는 굴 패각의 경우 다양한 노력에 의해 정부로부터 일부 처리비를 지원 받고 있는 시스템이 체계화된 상태이다. 하지만 그 외 여러 종류의패각류는 일반 폐기물로 분류되어 고가의 처리 비용을 지불하더라도 합리적인 대안이 없는 실정이다.
- [표 2]에 나타난 각종 패각류의 흡수율 및 밀도 데이터를 참고해 볼 때, 다른 재료들은 일반적인 골재에 비해 흡수율이 다소간 높긴 하지만, 밀도는 일반적인 잔골재의 밀도에 매우 근접한 값을 보이는 것을 확인하였다. 그러나 굴패각만큼은 밀도가 경량골재에 해당될 정도로 낮게 나타나 있는데, 이는 굴 패각만은 매우 다공성의 구조를 가지고 있고, 다공성 구조의 내부에 상당량의 염분을 함유하고 있는 것으로 볼 수 있다.
- 굴 패각은 고성과 통영과 같은 특정지역에서 집중적으로 발생되며, 처리 및 재활용 방안은 매우 제한적인 것으로 나타났다. 따라서 이러한 굴 패각을 대량으로 처리 가능한 방안을 모색할 필요가 있다.
- 실제 비료처리 업체를 방문해서 업체 관계자와 면담을 한 결과, 이와 같은 어려움을 호소하고 있었다. 또한 비료 제조 업체의 주변 환경은 대부분의 공터가 패각으로 덮여 큰 언덕(대략 낮은 야산 정도의 높이)을 이루고 있었으며, 부족한 부지의 상황으로 볼 때 추가로 유입되는 굴 패각을 적치할 수 없는 한계에 도달한 것으로 나타났다<;그림 2>.
- 또한 에 나타난 모르타르의 흡수율 데이터를 보면 모르타르 시험체의 흡수율 또한 치환율이 증가함에 따라 급격히 증가하는 것으로 나타났다.
- 우리 연구팀의 결론에 따르면, 굴 패각의 경우 잔골재를 대체할 경우 구조용 부재로써 사용하는 것은 어려울 것으로 판단된다. 또한 경량부재로 제작하여 활용하려고 하여도, 2종벽돌 기준을 만족시키기 매우 어렵기 때문에, 벽돌용 부재로써의 활용가능성도 매우 낮다.
- <그림 6>에 따르면 굴 패각을 혼입한 모르타르는 물시멘트비 및 치환율에 관계없이 압축강도가 하락하는 것으로 나타났다. 특히 치환율이 50 % 이상일 경우 급격히 하락하는 것으로 나타나 25 % 이상 치환은 현실적으로 불가능할 것으로 보인다. 또한 <그림 7>에 나타난 모르타르의 흡수율 데이터를 보면 모르타르 시험체의 흡수율 또한 치환율이 증가함에 따라 급격히 증가하는 것으로 나타났다.
- 해당 결과는 에 나타내었는데, 대합, 꼬막 및 바지락의 경우 CaCO3 결정상 중의 하나인 aragonite가 주된 광물상임을 확인할 수 있었으며 calcite는 상대적으로 적은 양이 존재하는 것을 확인하였다.
후속연구
- 1) 이는 현재 운영되고 있는 시멘트 업계에 큰 경제적 손실을 초래하므로 국가적 차원에서의 기술 개발에 대한 지원이 필요하다고 본다.
- 결론적으로 본 연구팀의 경험에 따르면, 통영 일대의 환경 부담을 해소하기 위해서는 일반적으로 고려되는 형태가 아닌 전혀 다른 차원에서 해결 방법을 찾아야 할 것으로 보인다. 단순히 건설재료로써의 활용성만 볼 것이 아니라, 적극적인 정부의 지원으로 CaCO3의 순도를 높여 보다 다양한 분야에 사용될 수 있도록 현실적·체계적인 방안을 강구해야 할 것으로 보인다.
- 일반적으로 대량 처리가 필요한 환경적인 폐기물의 경우 건설재료로 재활용하게 되면, 환경부담도 줄어들면서 대량소비가 가능한 여러 가지의 예시를 발견할 수 있다. 굴 패각 및 기타 다른 패류의 패각 또한 유사한 방법을 적용하여 패기물 처리에 있어 효율성을 극대화 할 수 있을 것으로 본다. 따라서 본문에서는 각종 패각류의 물성에 대해 설명하고, 패각류 특히 굴 패각을 활용할 수 있는 방안에 대해서 상세하게 논의해 보고자 한다.
- 첫 번째 대안으로는 굴 패각은 칼슘량이 상당히 많기 때문에, 시멘트의 제조에 활용하는 것이다. 굴 패각을 이용하여 시멘트를 제조하는 것은 그리 어려운 일은 아니나, 굴패각 내부에 존재하는 염화나트륨의 영향으로 인해, 제조된 시멘트 내부의 염소이온 함유량이 매우 높을 수 있어, 패각을 전처리하여 염소이온량을 조절하는 기술을 개발하던지, 혹은 시멘트 소성과정에서 시멘트 킬른 내부의 공기 중으로 부유하는 염소를 선별 제거하는 기술을 개발하여야 한다. 시멘트로써 재활용에 대한 방향을 잡게 되면, 엄청난 양의 소비를 이끌어 낼 수 있기 때문에 환경적인 부담을 상당부분 경감시킬 수 있으나, 이를 현실화시키기 위해서는 다음과 같은 제반 요건이 존재한다.
- 두 번째 대안으로는 굴 패각을 시멘트 소성온도인 1,450℃까지 올리기 부담스러운 경우, 800~900℃ 정도만 가열하게 되면 이산화탄소를 제거하여 생석회를 만들 수 있다. 이를 이용하여 lime mortar을 개발하거나, 지반 고화제용 재료를 개발하는데 활용하는 등 다양한 대안으로 패각류 소성에 의한 환경적 부담을 감소시킬 수 있을 것으로 본다.
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