보고서 정보
주관연구기관 |
한국건설생활환경시험연구원 |
연구책임자 |
정연웅
|
참여연구자 |
인현진
,
윤성진
,
최낙철
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2021-02 |
과제시작연도 |
2020 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
등록번호 |
TRKO202200004586 |
과제고유번호 |
1485016858 |
사업명 |
환경산업선진화기술개발사업(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-07-16
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키워드 |
준설토.순환골재.폐액처리.지반 안정화.dredged soil.recycled aggregate.wastewater treatment.soil stabilization.
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초록
▼
□ 연구의 목적 및 내용
(연구의 목적)
본 기술은 “오염 준설토 현장원(in-situ) 처리 시스템 및 재활용 기술개발”을 목표로 함
❏ 골재 분리선별을 위한 물리적 공정으로 준설토 저장조, 이송 및 공급 스크류 콘베이어, 버블젯 이젝터, 하이드로 사이클론, 골재 배출용 진동기 등으로 구성
∙ 버블젯 이젝터 내부에서 발생하는 전단력과 공동기포를 활용한 잔골재 세척 및 오염물질 분리기술 개발
∙ 오염준설토 내 잔골재 분리/선별을 위한 하이드로 사이클론 개발 및 최적화
❏ 준설토 세척폐수 처리 및 찌꺼
□ 연구의 목적 및 내용
(연구의 목적)
본 기술은 “오염 준설토 현장원(in-situ) 처리 시스템 및 재활용 기술개발”을 목표로 함
❏ 골재 분리선별을 위한 물리적 공정으로 준설토 저장조, 이송 및 공급 스크류 콘베이어, 버블젯 이젝터, 하이드로 사이클론, 골재 배출용 진동기 등으로 구성
∙ 버블젯 이젝터 내부에서 발생하는 전단력과 공동기포를 활용한 잔골재 세척 및 오염물질 분리기술 개발
∙ 오염준설토 내 잔골재 분리/선별을 위한 하이드로 사이클론 개발 및 최적화
❏ 준설토 세척폐수 처리 및 찌꺼기 재활용을 위한 단위공정은 가압부상분리, 탈수기로 구성하고 함수율 70% 이하로 발생된 준설 찌꺼기는 순환자원(고로슬래그 미분말, 순환유동층 보일러 소각재 등)을 90% 이상 활용하여 고형화 및 재활용
∙ 폐액처리를 위한 가압부상 시스템 설계·제작 및 최적화 기술개발
∙ 작업환경 개선 및 민원 발생 최소화를 위해 5CMM 규모의 탈취설비 구축
∙ 순환자원을 90% 이상 활용한 준설토 찌꺼기 안정화 및 재활용 현장적용 기술개발
(연구내용)
오염 준설토로부터 골재를 분리하여 콘크리티용 골재로 재활용하기 위한 물리화학적 준설토 선별세척 기술을 개발을 완료. 오염 준설토 세척과정에서 발생한 폐수처리를 위한 가압부상 공정 최적화 및 탈수 찌꺼기 내 중금속 고정화 및 찌꺼기 재활용을 위한 연약지반 개량용 고화토 제조기술 개발을 완료. 준설토 세척선별장치 설치지역의 작업환경 개선 및 민원발생 최소화를 위해 5CMM 규모의 악취제어 설비 설치를 완료
❏ 오염 준설토는 진동체를 통해 10mm이상의 골재는 배제시키고, 체를 통과한 10mm이하의 준설토만 저장조에 투입되어 물리적 선별 세척과정을 거치게 됨
∙ 준설토 이송속도는 최대 3ton/hr까지 조정이 가능하도록 설계되었으며, 투입되는 준설토는 버블젯 Ejector에서 고액비 1:1로 희석되어 세척이 이루어 짐
∙ OO군 현장에서 운영한 준설토 세척결과 Zn 세척효율은 64%로 조사되었으며, Cd, Cu, As, Pb, Cr의 제거효율은 각각 100, 89.15, 100, 94.83, 100% 로 나타남
∙ 버블젯 Ejector를 통해 세척된 준설토는 150μm~10mm 크기의 골재만을 선별하기 위해 하이드로사이클론을 통해 입도선별이 이루어지게 되고, 탈리된 중금속과 유기오염물 및 150μm이하의 점토질은 후속 공정인 DAF에서 폐수처리를 통해 찌꺼기로 분리되도록 공정을 구성
∙ 하이드로 사이클론은 투입유량 5~10m3/hr 범위에서 작동이 가능하도록 설계되었으며, 유입유량 5m3/hr 기준으로 4.42m/sec 속도로 유입시 사이클론 하부 개도율 3~6% 범위에서 150μm~10mm 입경을 가진 골재의 대부분을 배출이 가능
❏ 준설토 세척과정에서 발생한 세척폐수의 처리를 위해 용존공기 부상공정을 설치하고, 준설토 세척폐수 처리를 위한 운영 최적화 연구를 진행
∙ 용존공기 부상공정은 5m3/hr의 폐수처리를 위한 최적 운영조건 확립을 목표로 연구를 수행하였음
∙ DAF 운영을 위한 응집제는 Alum 7%를 사용하였으며, jar-test를 통해 최적 응집제 투입량을 10~200ppm범위로 도출하였고, 해당 주입률 범위에서 조절이 가능하도록 인버터를 적용한 약품 투입장치를 설계에 반영하였음
∙ 부상조의 수표면부하는 DAF의 일반적인 설계기준인 8~12m3/m2·hr을 반영하여 유입유량이 5m3/hr일 때 10m3/m2·hr을 준수하도록 설계에 반영
∙ 가압수 순환비율은 12~36% 범위에서 조정이 가능하도록 유량계를 설치하여 운영 최적화를 실시하였으며, 공기 공급량은 500~1,500mL/min(6~18L/m3), 가압탱크 압력은 4.0kgf/cm2을 운영조건에 반영하였음
∙ 준설토 세척폐수 처리공정 최적화 연구를 통해 SS 제거율 00%, 중금속 제거율 Zn, Pb, Cu 각각 00%, 00%, 00% 달성을 완료
❏ 준설토 찌꺼기 함수율 70%이하 달성을 위해 낮은 함수율 유지가 가능한 필터 프레스 탈수기를 설계에 반영하였고 유입 찌꺼기 기준 2.0~2.5m3/일 용량의 탈수기를 설치 완료
∙ 설치된 탈수기의 여과면적은 약 6.144m2, 압입 압력 6kgf/cm2, 압착압력 15kgf/cm2 으로 탈수기 운영결과 탈수찌꺼기 함수율 30%이하 유지가 가능함
❏ 준설토 선별세척 장치를 통해 분리된 골재를 콘크리트용 골재 KS규격과 비교한 결과 잔골재 조립율, 유기 이물질 함량, 공시채의 일축 압축강도 등 모든 측면에서 콘크리트 골재로 활용이 가능함을 확인함
∙ 잔골재 조립율 2.3~3.1, 유기 이물질 함량 1%이하, 압축강도 21MPa 이상 달성여부를 공인시험기관 시험 의뢰를 통해 확인 완료하였음
❏ 준설토 선별세척 장치가 설치된 Test-bed 부지내 악취제어를 위해 여러 현장적용으로 황화수소 등 황계열 악취제거 성능이 검증된 수산화철 흡착탑을 적용하고, 기타 복합악취 성분 제거를 위해 활성탄 흡착탑을 설계에 반영
∙ 악취제어 설비의 탈취 용량은 5CMM으로 공인시험기관 의뢰를 통해 달성여부를 확인하였으며, 공간탈취 방식을 적용하여 준설토 선별세척 장치가 설치된 컨테이너 내부 공간에서 발생하는 악취를 모두 제어하도록 공정을 구성
□ 연구개발성과
❏ SCI논문 1편
Effect of Soil Washing Solutions on Simultaneous Removal of Heavy Metal and Arsenic from Contaminated Soil, International J. of Environmental Research and Public Health, Vol.17, no.9, pp.3133-3145, 2020
❏ 학술발표 3건
버블젯 고압세척을 이용한 준설토 내 유해물질 제거 기술개발, 대한환경공학회 국내학술대회, 2019.12.10-13, 부산 BEXCO
오염준설토 잔골재 회수를 위한 물리/화학적 세척공정, 한국건설순환자원학회 2019년 가을 학술발표회, 2019.11.22-23, 제주 해비치 호텔&리조트
잔골재 활용을 위한 오염준설토 물리세척, 한국건설순환자원학회 2020 여름 e- 컨퍼런스, 2020.08.25, On-line
❏ 특허출원 1건
고함수 상태의 오염 준설토 급속 처리용 고화재 조성물, 제10-2019-0131124호
❏ 특허등록 1건
오염토 세척 선별장치, 제10-2112962호
❏ 특허 잠재적 가치/SMART 지수 B 등급
□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
❏ 제품양산/현장적용 계획
∙ 오염 준설로토부터 잔골재를 선별분리하고, 폐액 및 찌꺼기 현장처리를 위한 통합시스템을 개발하여 요소기술 및 통합처리시스템을 참여기업에 기술이전을 통해 제품을 자체 혹은 위탁제작 형태로 양산 계획임.
∙ 자체 생산계획의 경우 제품양산을 통해 1톤/hr 규모 기준 약 5억원의 신규 매출 창출이 가능함.
∙ 또한, 위탁 생산의 경우 참여기업이 보유하고 있는 업면허를 활용하거나 신규 업면허 취득을 통해 현장운영을 통한 매출 창출이 가능함.
∙ 본 연구개발 과제 참여기업은 OO댐 상류 유실 무기계 찌꺼기 처리를 위한 설계에 참여하였으며, 해당 지역 우선 검토를 통해 현장운영 및 검증을 실시하고, 유사사업 수주를 통한 제품 및 요소기술의 현장적용 실적을 확대할 계획임.
❏ 판로 확보 및 마케팅 계획
∙ 상용화를 위해 대규모 설비투자가 필요하지 않으며, 실증연구와 동시에 현장적용이 가능.
∙ 현장여건을 고려하여 잔골재 선별·분리, 폐액처리, 찌꺼기 탈수시스템, 찌꺼기 안정화 등 단계별로 상용화 및 현장적용.
∙ 규모 확대 및 준설토 특성에 따른 각 단위공정 효율성 설계인자 제시를 통해 적용 확장성 확보.
∙ 기존 제품 대비 원천기술 선점 및 고부가가치 창출 등의 차별성을 통해 상용화 확대.
∙ 제품의 표준화, 설계/시방서 마련/ 운전 매뉴얼 작성 등을 통한 제품 및 운전 규격화.
∙ 국내외 관련 공공기관, 전시회 등 참여를 통한 개발 기술의 홍보.
❏ 기대효과
(기술적 측면)
∙ 본 개발 대상기술은 운영을 위한 높은 숙련도를 요구하지 않고, 준설토를 물리·화학적 방법으로 현장에서 처리 및 재활용할 수 있는 기술로 현장에 즉시 적용 가능함.
∙ 준설토에서 분리되는 잔골재는 폐콘크리트에서 재활용 과정에서 회수되는 골재 혹은 부순 골재와 달리 물리적인 분쇄 분급 과정을 거치지 않아 천연골재와 동등한 성능발현이 가능함.
∙ 따라서, 성·복토재, 도로 기층재 등 비구조물 등의 현재 활용처를 벗어나, 높은 강도가 요구되는 건설목적용 모르타르로 활용이 가능함.
∙ 또한, 육상에서 발생하는 폐기물의 해양매립이 금지되고 수도권 매립시설의 수명이 종료되는 등 육상 처리방법이 한계에 다다름에 따라, 본 기술개발이 완료될 경우 잔골재 재활용뿐만 아니라 발생 부산물이 거의 없는 오염준설토 처리시장의 솔루션을 제공할 것으로 기대.
(경제·사회적 측면)
∙ 천연골재의 고갈 및 순환골재의 지속적인 가격 상승 여건에서 고부가가치 창출이 가능
∙ 순환골재는 30,000원/톤 정도의 시장이 형성되어 있으며, 천연골재의 고갈에 따라 순환자원에 대한 관심이 고조되고 있으며 오염퇴적물 준설토로부터 잔골재를 회수하여 판매시 본 개발 대상기술의 가치는 지속적으로 상승할 것으로 기대됨.
∙ 또한, 개발 제품의 판매(1톤/hr 기준 대당 5억원 예상) 및 폐기물 재활용 업체 운영을 통한 사업장 일반폐기물의 위탁처리를 통한 신규 매출 창출이 가능함.
∙ 적용현장 및 판로는 관공서, 지자체 및 공공기관 발주 시장 진출을 통해 연간 수천억원의 시장이 형성되어 있는 하수 준설시장에도 진입이 가능함.
∙ 「재활용 폐기물 관리 종합대책(2018.05)」 및 「자원순환기본법 개정 (2019.01)」 등 폐기물 감축, 재활용률 향상 및 최종처분율 감소를 위한 정부 정책목표 달성에 기여.
(환경적 측면)
∙ 오염 준설토의 대부분이 매립되거나, 소각, 고형화, 시멘트 원료화 등 저부가가치 재료로 처리되는 상황에 있으며, 재활용 기술 또한 성·복토재로 활용하는 등 저급 폐기물-낮은 부가가치의 악순환이 반복.
∙ 본 개발 대상기술은 오염퇴적물 준설토로부터 잔골재를 분리하여 천연골재 동등 이상의 활용방안을 제시하고, 발생되는 폐액은 수처리 공정을 도입하여 SS와 중금속을 처리.
∙ 발생되는 찌꺼기는 함수율 70% 이하의 탈수케익 형태로 배출하여, 순환자원 90% 이상을 활용한 고화재롤 이용하여 고형화 처리를 통해 성·복토재로 재 활용할 수 있는 기술임.
∙ 요약하자면, 오염준설토로부터 자원을 회수하고, 폐기물은 안정화를 통해 재활용하는 등 발생 부산물이 거의 없는 기술로 자원순환사회 구축에 기여가 가능함.
(출처 : 요약문 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 요약서 ... 4
- 요약문 ... 6
- 목차 ... 10
- 그림목차 ... 12
- 표목차 ... 16
- 1. 연구개발 개요 ... 20
- 가. 연구개발 목적 ... 20
- 나. 연구개발의 필요성 ... 22
- 다. 기술개발의 차별성 ... 44
- 라. 연구개발 범위 ... 49
- 2. 연구수행내용 및 성과 ... 58
- 가. 연구 내용 ... 58
- 나. 연구개발 성과 ... 162
- 다. 연구 결과 ... 163
- 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 166
- 가. 목표 ... 166
- 나. 목표 달성여부 ... 167
- 다. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 168
- 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 170
- 가. 연구개발 결과의 활용방안 ... 170
- 나. 사업화 계획 및 효과 ... 172
- 다. 기대효과 ... 178
- 붙임1. 참고문헌 ... 182
- 붙임2. 성과관련 증빙 자료 ... 184
- 끝페이지 ... 212
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