[논문]소각재 용융슬래그의 건설재료로서 재활용시 적합성 평가

한영수; 이재영

제안 방법

용융슬래그의 환경에 대한 안전성을 평가하기 위하여 소각재와 용융슬래그에 대하여 국내 표준 용출시험법(KSLT: Korea Standard Leaching Test)으로 중금속에 대한 용출시험을 수행하였다. 또한 국내에서는 정하고 있지 않으나 독일에서 규정하고있는 소각재를 도로건설용 골재로 사용하기 위한 가이드라인 RG Min-StB 93, FGSV(Forschungsgesellschaft fur StraBen- und Verkehrswesen)에서 정하는 용출시험법에 의한 실험을 실시하였는데, 본 가이드라인에서는 증류수에서 24hr의 진탕시간으로 1:10의 고액비로써 용출시험방법을 정하고 있다. 용융슬래그의 잔골재로서의 강도 및 장기간 환경에 노출시 화학적 내구성을 조사하기위해 KS L 5105에서 정하는 방법에 의해 모르타르 공시체를 제작하여 일축압축강도시험과 다양한 pH의 용액에 장기간 침전시킨 용융슬래그의 광물조성을 XRF(X-ray fluorescence)를 통해 분석하였다.
소각재와 같은 폐자원의 재활용을 위해서는 우선적으로 재활용 물질의 환경에 대한 안전성의 확보가 필요하며, 안전성이 확보된 후에는 재활용 용도에 맞는 강도 및 물리• 화학적 특성을 만족해야한다. 소각재를 재활용하기 위한 처리방법에는 용융고화법, 시멘트고화법, 약제혼련법, 용매용출법등의 여러가지가 있는데, 본 연구에서는 이중 비교적 중금속의 용출우려가 적은 방법인 용융고화 처리 후에 이용하여 얻은 소각재의 용융슬래그를 재활용함에 있어 환경적 안전성 및 골재로서의 적합성 평가를 수행하였다.

대상 데이터

2로 규정하고 있는 반면, 본 실험법은 증류수를 용출액으로 사용하도록 규정하고 있다. 본 실험자는 KSLT는 pH 5.9의 용출액으로, 본 가이드라인에 의한 시힘은 pH 7.5의 용출액으로 수행하였다. 용출시간은 KSLT에서 6시간, 본 실험에서는 24시간을 정하고 있다.
본 연구에서 용융의 원재료로서 사용된 소각재는 경기도 안양시에 위치한 평촌 쓰레기 소각장의 바닥재 및 비산재이다. 평촌쓰레기 소각장은 연면적 6, 928m² 용량 200ton/day의 생활쓰레기 소각장이다.

이론/모형

또한 국내에서는 정하고 있지 않으나 독일에서 규정하고있는 소각재를 도로건설용 골재로 사용하기 위한 가이드라인 RG Min-StB 93, FGSV(Forschungsgesellschaft fur StraBen- und Verkehrswesen)에서 정하는 용출시험법에 의한 실험을 실시하였는데, 본 가이드라인에서는 증류수에서 24hr의 진탕시간으로 1:10의 고액비로써 용출시험방법을 정하고 있다. 용융슬래그의 잔골재로서의 강도 및 장기간 환경에 노출시 화학적 내구성을 조사하기위해 KS L 5105에서 정하는 방법에 의해 모르타르 공시체를 제작하여 일축압축강도시험과 다양한 pH의 용액에 장기간 침전시킨 용융슬래그의 광물조성을 XRF(X-ray fluorescence)를 통해 분석하였다.
용융슬래그의 환경에 대한 안전성을 평가하기 위하여 소각재와 용융슬래그에 대하여 국내 표준 용출시험법(KSLT: Korea Standard Leaching Test)으로 중금속에 대한 용출시험을 수행하였다. 또한 국내에서는 정하고 있지 않으나 독일에서 규정하고있는 소각재를 도로건설용 골재로 사용하기 위한 가이드라인 RG Min-StB 93, FGSV(Forschungsgesellschaft fur StraBen- und Verkehrswesen)에서 정하는 용출시험법에 의한 실험을 실시하였는데, 본 가이드라인에서는 증류수에서 24hr의 진탕시간으로 1:10의 고액비로써 용출시험방법을 정하고 있다.

성능/효과

56%의 비율로 조성되어 있는데, 약 1개월간의 화학용액과의 접촉결과 Table 6과 같은 비율로 조성이 변화하였다. pH 1에서는 약 SiO₂54.49%, CaO 12.45%, Fe₂O₃ 15.33%의 조성을 가지며, pH가 pH 3, pH 5, pH 7의 약산성 및 중성의 범위에서는 SiO₂, CaO, Fe₂O₃의 세가지 광물질이 각각 약 40%, 25%, 13%의 비슷한 조성비를 나타 내었다. 또한 염기성 범위인 PH₉ 및 pH 11에서는 약산성및 중성용액에서의 결과에 비해 SiO₂는 감소 하고 CaO, Fe₂O₃는 증가하여 세가지 광물질의 조성비가 약 35%, 28%, 16-17%의 조성을 보였다.
국내표준 시험법에 의한 용출실험 결과, 용융처리는 소각재내의 중금속을 효과적으로 고정시키는 것으로 나타났다. 또한 독일의 도로건설용 자재의 재활용을 위한 가이드라인에 의해 실험한 결과 모든 분석항목에서 기준치를 만족하는 결과를 보여 용융슬래그를 재활용하는데 있어서 환경적 위해성이 우려되지 않을 것으로 예상된다.
국내표준 시험법에 의한 용출실험 결과, 용융처리는 소각재내의 중금속을 효과적으로 고정시키는 것으로 나타났다. 또한 독일의 도로건설용 자재의 재활용을 위한 가이드라인에 의해 실험한 결과 모든 분석항목에서 기준치를 만족하는 결과를 보여 용융슬래그를 재활용하는데 있어서 환경적 위해성이 우려되지 않을 것으로 예상된다. 용융슬래그를 잔골재로 사용하여 제작한 모르타르 공시체의 일축압축강도 실험 결과, 용융슬래그는 강도면에서도 표준사와 동등하다고 판단되는 강도를 보여 슬래그의 강도용 골재로서의 사용도 가능하다고 사료되며, 광물조성에 대한 화학적 안정성도 비교적 우수한 것으로 판단된다.
33%의 조성을 가지며, pH가 pH 3, pH 5, pH 7의 약산성 및 중성의 범위에서는 SiO₂, CaO, Fe₂O₃의 세가지 광물질이 각각 약 40%, 25%, 13%의 비슷한 조성비를 나타 내었다. 또한 염기성 범위인 PH₉ 및 pH 11에서는 약산성및 중성용액에서의 결과에 비해 SiO₂는 감소 하고 CaO, Fe₂O₃는 증가하여 세가지 광물질의 조성비가 약 35%, 28%, 16-17%의 조성을 보였다. 이러한 결과는 원재료의 광물조성과 비교하여 볼때 CaO의 비율이 크게 줄어 전체적인 조성비가 변한 것으로 사료된다
모든 공시체에서 양생일수가 증가할수록 압축강도는 증가하였으며, 동일한 양생일수에서 압축강도를 비교해 보면, 대체로 잔골재의 비율 중 표준사가 100%인 경우가 가장 높은 압축강도를 나타냈으며 잔골재의 비율이 100%인 경우가 가장 낮게 나타났다. 그러나 28일 강도를 살펴보면 압축강도가 각각 슬래그 비율이 적은 순서대로 나열해보면 390.
용출시간은 KSLT에서 6시간, 본 실험에서는 24시간을 정하고 있다. 실험결과를 비교해 보면 Cr, Cd, Pb에서 KSLT로 시험한 농도가 본 독일의 실험방법보다 더 높게 나온것으로 미루어 용출의 지배인자는 용출시간보다는 pH임을 알 수 있다. Table 4에서 볼 수 있듯이 용융슬래그는 용출결과 모든 항목에서 기준을 만족하여 건설용 자재로 사용하는데 있어서 환경적인 적합성을 지녔음이 입증되었다.
또한 독일의 도로건설용 자재의 재활용을 위한 가이드라인에 의해 실험한 결과 모든 분석항목에서 기준치를 만족하는 결과를 보여 용융슬래그를 재활용하는데 있어서 환경적 위해성이 우려되지 않을 것으로 예상된다. 용융슬래그를 잔골재로 사용하여 제작한 모르타르 공시체의 일축압축강도 실험 결과, 용융슬래그는 강도면에서도 표준사와 동등하다고 판단되는 강도를 보여 슬래그의 강도용 골재로서의 사용도 가능하다고 사료되며, 광물조성에 대한 화학적 안정성도 비교적 우수한 것으로 판단된다.
바닥재의 경우 모든 중금속.항목에 대하여 폐기물 관리법에서 정하는 규제기준을 만족하여 일반폐기물로써 분류되었으며, 비산재의 경우에는 Pb의 농도가 382.3mg/L로 측정되어 규제기준인 3mg/L보다 100배 이상 높은 값을 나타냈다. 그러나 이들 물질중 바닥재 85%, 비산재 15%를 혼합하여 용융시킨 결과 슬래그의 용출농도는 Cd을 제외하고늘 바닥재, 소각재의 용출결과보다 낮은 값을 나타내어 용융고화처리법에 의한 처리가 중금속을 고정화하는 역할을 한다는 이전 연구자들의 보고와 일치되는 결과를 보여주고 있다.

후속연구

그러나 소각재중 일반폐기물로서 여겨지던 바닥재에서 지정폐기물 기준을 초과하는 납(Pb)이 검출되어 매립지 반입이 금지됨에 따라 소각장에 바닥재가 적체되는 등의 문제점이 발생되어 비산재뿐만 아니라 바닥재에 대한 적정 처리가 시급한 환경문제로 대두되고 있다. 뿐만아니라 매립지의 사용용량의 확보 및 폐자원의 재활용 측면에서, 용융슬래그를 적절히 처리하여 재활용할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요한 시점이다.

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