KR100798893B1

KR100798893B1 - 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법

Info

Publication number: KR100798893B1
Application number: KR20070057921A
Authority: KR
Inventors: 권평곤
Original assignee: 권평곤
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-01-29

Abstract

본 발명은 하수슬러지 및/또는 제지슬러지를 이용한 콘크리트 제품 제조방법에 관한 것으로, 시멘트 15~20중량%, 하수슬러지 및 제지슬러지 중 하나 이상을 포함하는 슬러지 15~20중량%, 황토 15~20중량% 및 생석회 5~10중량%를 혼합하고 여기에 모래 30~50중량%로 배합한 후 소정의 형상을 갖는 형틀을 이용하여 성형하여 이루어지며, 황토로 위해물질을 흡착하고 중금속이 지하수 및 토양을 오염시키지 않도록 빠른 고형화와 살균을 위하여 생석회를 혼합하였으며, 본 발명에 따라 폐기물인 슬러지를 효과적으로 처리함과 동시에 슬러지에 함유되어 있는 세균을 살균하고 중금속을 흡착시킬 수 있는 친환경적인 제품이 제시된다.

하수슬러지, 제지슬러지, 황토, 생석회, 콘크리트, 석분

Description

슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법{MANUFACTURING METHOD CONCRETE PRODUCTS USING SLUDGE}

본 발명은 슬러지를 이용하여 맨홀, 인공어초, 블록 등의 콘크리트 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트와, 하수슬러지 및/또는 제지슬러지와, 황토와, 생석회를 혼합하고 여기에 모래를 배합한 후 성형하여 원하는 형상의 콘크리트 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

하수슬러지('하수오니'라고도 함)는 수처리 과정에서 발생하는 최종 산물로서, 대부분 매립이나 소각되고 있어 하수슬러지의 처리에 많은 비용이 들고 있고 환경오염의 원인이 되고 있어, 하수슬러지의 처리비용의 절감과 자원의 재활용을 위한 기술이 절실히 필요하다.

하수슬러지의 처리방법으로는 소각하는 방법, 퇴비화를 하여 토양에 살포하는 방법, 또는 고형화하는 방법 등이 있으나, 소각방법은 하수슬러지를 소각하기 위한 시설의 설치 및 관리 비용의 부담이 크다는 문제점이 있고, 퇴비화는 넓은 부지가 필요하고 퇴비숙성 과정의 기간 동안의 악취 및 위해물질로 인하여 안전성 등에 문제점이 있다.

이러한 점을 고려할 때 세균과 중금속이 혼합된 하수슬러지를 대량으로 신속하게 고형화하여 안전하게 처리하는 방안으로서, 열에너지를 필요로 하지 않으면서도 비용이 저렴하고 세균을 사멸시키며 산업폐기물을 안전하게 흡착 및 콘크리트 제품으로 제조하는 방법이 가장 효과적인 하수 슬러지의 처리방법이라 할 것이며, 콘크리트 제품으로 개발하여 재활용함으로써 환경오염을 방지하고 경제적 효과를 가져올 수 있다면 더욱 좋을 것이다.

또한, 제지슬러지는 펄프 및 제지공장 등에서 많이 발생되고 있으며 퇴비나 골재 등 다양한 용도로 활용할 수 있는 방안이 연구되고 있다. 제지슬러지 또한 인체에 유해한 중금속 등 유해물질을 포함하고 있어, 이를 단순히 매립하거나 소각하거나 해양투기하여 처리하는 방법은 환경오염에 악영향을 끼치게 된다.

한편, 국민 생활수준의 급속한 향상과 경제성장으로 인하여 우리나라의 하수슬러지와 제지슬러지 등의 폐기물의 배출은 계속 증가하고 있으며, 근래에 들어 폐기물의 효과적인 처리방법으로 재활용과 소각에 대한 관심이 높아지고 있으나 아직은 거의 대부분을 매립 및 해양투기에 의존하고 있는 실정이다.

또한, 폐주물사는 산업폐기물 분류상 유해폐기물로 분류되어 위생매립 등의 처리를 하여야 하나, 최근의 매립처분비용의 상승과 매립지의 부족 등으로 주물업자에게는 생산원가의 상승요인으로 작용하고 있다. 또한, 폐주물사를 매립하기 위한 매립장이 부족할 뿐더러 활용 가능한 유용자원을 폐기하여 자원을 낭비한다는 문제점이 있다. 더욱이, 폐주물사는 콘크리트용 모래와 거의 같은 특성이 있기 때문에 콘크리트용 재료로서 다양하게 재활용될 가능성이 있다는 특징이 있다.

또한, 석재공장에서 발생하고 있는 석분 또한 적당한 처리방법이 없어 그 처리에 많은 어려움이 있고 그대로 방치되어 있는 경우가 많다.

따라서, 하수슬러지, 제지슬러지, 폐주물사, 석분 등의 폐기물을 환경오염을 일으키지 않도록 경제적으로 재활용할 수 있는 방안이 절실히 필요하다.

본 발명은 하수슬러지와 제지슬러지 등 폐기되는 슬러지에 함유된 세균을 사멸시키고 중금속을 흡착하며 슬러지를 단시간에 안정된 콘크리트 제품으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 슬러지 등 폐기물을 이용하여 맨홀이나 친환경적인 해양 구조물로 다양하게 이용할 수 있는 콘크리트 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 하수슬러지, 제지슬러지, 석분 및 폐주물사 등의 산업 폐기물을 효과적으로 처리하여 자원을 재활용하여 자원의 낭비를 막고 환경 오염을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 현재 슬러지, 폐주물사, 석분 등의 산업 폐기물을 흙과 혼합하여 매립함으로써 생기는 분진 발생 및 침출수로 인한 지하수오염 등의 환경적 문제점을 효율적으로 처리하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법은 시멘트 15~20중량%, 하수슬러지 및 제지슬러지 중 하나 이상을 포함하는 슬러지 15~20중량%, 황토 15~20중량% 및 생석회 5~10중량%를 혼합하고 여기에 모래 30~50중량%를 배합한 후 소정의 형상을 갖는 형틀을 이용하여 성형 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 콘크리트 제품의 제조방법은 상기 시멘트, 슬러지, 황토, 생석회 및 모래의 혼합물에 석분, 운모, 맥반석 및 숯 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 첨가하는 것을 특징으로 하며, 상기 모래로서는 규사 또는 폐주물사를 이용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법을 그 실시예를 들어 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 슬러지를 이용한 콘크리트 제품은 시멘트 15~20중량%, 하수슬러지 및/또는 제지슬러지 15~20중량%, 황토 15~20중량%, 생석회 5~10중량%를 혼합한 혼합물에 모래 30~50중량%를 배합하여 이루어진다.

상기와 같은 비율로 시멘트와, 슬러지, 황토, 및 생석회와 모래를 각 개량빈을 거쳐 믹서기로 혼합한 후, 소정의 형상을 갖는 형틀 등을 이용하여 원하는 형태의 콘크리트 제품을 제조한다.

본 발명에 의해 만들어지는 제품으로서는 예를 들면, 맨홀, 전신주, 인공어초, 수중구조물, 경계석, 보도블록, 하수관, 건축 내외장재 등이 될 수 있고, 이외에도 얼마든지 변형이 가능하여 다양한 용도로서의 사용이 가능하다.

본 발명에 따른 콘크리트 제품을 제조하기 위해, 시멘트와, 슬러지, 황토, 및 생석회를 혼합한다. 이때, 혼합물의 구성성분 및 함유량은 중량%를 기준으로 대략적으로 시멘트:슬러지:황토:생석회가 약 3:3:3:1로 혼합하고 상기 혼합물에 모래 를 1: 0.6~1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 시멘트 18중량%, 슬러지 18중량%, 황토 18중량%, 생석회 6중량%를 혼합한 후 여기에 모래를 40중량% 혼합한다.

본 발명에서 사용하는 슬러지로서는 하수슬러지 및/또는 제지슬러지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 하수슬러지는 수처리 과정에서 발생하는 슬러지이고 제지슬러지는 제지 과정에서 발생하는 슬러지로서, 하수슬러지와 제지슬러지는 소각하지 않은 상태의 생 슬러지를 탈수한 상태의 것을 사용하며 함수율이 약 60~80%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 슬러지는 하수슬러지와 제지슬러지를 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들면, 하수슬러지와 제지슬러지를 2:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 슬러지를 이용한 콘크리트 제품은 콘크리트 제품으로서 적정 압축강도인 50kgf/cm²를 충족하기 위해서, 전체 혼합물의 100 중량%에 대하여 시멘트량이 15중량% 이상 포함되는 것이 바람직하며, 약 18중량% 정도를 포함하는 것이 충분한 압축강도를 나타낸다.

또한, 본 발명은 황토를 포함하는데, 이것은 슬러지에 포함되어 있는 중금속을 흡착하고 시멘트독을 제거하기 위해서이다. 황토는 약 15~20중량% 정도를 혼합하는데, 이것은 시멘트독을 제거하고 중금속을 흡착시키는 효과를 충분히 갖고 콘크리트 제품의 적정 pH를 유지하도록 하기 위해서이다.

황토는 하수슬러지 및 제지슬러지에 함유된 중금속을 흡착하는데 매우 효과 적인데, 이러한 황토의 효능은 '슬러지를 이용하여 생산한 인공토양의 흡착 및 용출특성(1997, 건국대생명과학연구원 중점지원연구과제)', '갯벌과 황토에 의한 중금속(Cu, Cd, Pb)의 흡착 kinetics(1999, 군산대 수산과학연구소 연구과제)' 등의 여러 연구에서 밝혀져 있다.

또한, 슬러지에 함유되어 있는 세균을 살균시키고, 흡착되지 않은 중금속 등 위해물질이 지하수 및 토양에 오염되지 않도록 빠른 고형화를 위해 생석회(CaO)를 혼합한다. 생석회는 물과 반응하면 발열과 함께 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 되어 슬러지 내에 함유된 세균을 사멸하고, 주변의 황토(S)와 만나 석고(CaSO₄)가 되거나 황토 중의 철(Fe), 알루미늄(Al), 산화규소(SiO₂) 등과 복합적 반응인 포졸란 반응을 통하여 더욱 강하게 굳어진다.

또한, 황토가 물과 반응하면 각 입자 간의 응집 현상으로 약 6%의 체적감소 현상이 일어나며 이것이 균열의 주된 원인이 되나, 석회를 첨가하면 수화반응을 일으키면서 체적이 팽창되어 양자 간의 수축, 팽창 작용으로 균열을 억제하는 특징이 있다. 이를 고려하여 시멘트, 황토, 생석회의 혼합비율을 빠른 고화를 위해서 시멘트 구성비와 흡사한 CaO:Al₂O₃를 3:1로 맞춰 고착되도록 하였다.

또한, 생석회는 슬러지 속에 포함되어 있는 세균이 60℃ 이내에서 사균되는 점을 감안하여 혼합하였으며, 시멘트의 성분구성 CaO:Al₂O₃의 비율인 3:1로 맞추기 위한 필수적 요건을 충족시키면서 물과 혼합으로 인한 발열시 온도가 80℃ 이상인 점을 감안한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 콘크리트 제품은 콘크리트 제품으로서의 적정 압축강도를 유지하고, 중금속 흡착 및 살균효과와 고화시간의 단축 및 적정 pH 등을 고려하여 시멘트, 생슬러지, 황토 및 생석회를 혼합하였으며, 그 혼합비율은 약 3:3:3:1 정도로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 콘크리트 제품으로서의 적정 압축 강도를 유지하기 위해서 본 발명에서는 시멘트를 18중량%를 생슬러지 18중량%에 혼합하고, 슬러지에 함유되어 있는 세균을 사멸하고 중금속을 흡착시키기 위하여 황토 18중량%를 혼합하였으며, 살균 및 압축강도를 유지하기 위해 생석회를 6중량% 혼합하였고, 여기에 규사를 40중량% 혼합하였다.

상기와 같이, 시멘트, 황토, 생슬러지, 및 생석회를 혼합한 혼합물에, 모래를 약 1 : 0.6~1의 비율로 혼합하여 성형틀 등에 넣고 원하는 형태의 콘크리트 제품을 제조한다.

한편, 폐주물사는 현재 흙과 1:1의 비율로 혼합하여 매립하고 있는데, 이는 분진이 발생하고 침출수로 인하여 한 지하수가 오염되는 등의 문제점이 있다. 이러한 환경오염 문제를 방지하도록 폐주물사를 효과적으로 처리하는 방안으로서, 본 발명에서는 시멘트, 황토, 슬러지, 및 생석회를 혼합한 혼합물에, 모래로서 폐주물사를 사용할 수 있다. 이것은 폐주물사가 콘크리트용 모래와 거의 같은 성분 및 특성이 있기 때문이며, 이로 인하여 폐기물인 폐주물사를 효과적으로 처리함과 동시에 이를 환경친화적으로 재생할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 콘크리트 제품에는 원적외선을 방사하고 항균 및 탈취 작용을 하는 운모, 맥반석, 숯 등 인체에 유효한 성분을 첨가함으로써 보다 기능성이 있는 제품을 제조할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 콘크리트 제품 제조시에 석분, 운모, 맥반석 및 숯 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 첨가할 수 있다. 이때 시멘트, 슬러지, 황토, 생석회, 모래를 포함하여 이루어지는 혼합물 100 중량부에 대하여 첨가되는 석분, 운모, 맥반석 및 숯 중에서 선택되는 물질은 전체 혼합물의 특성을 크게 변화시키지 않으면서도 첨가되는 재료의 기능이 충분히 나타나도록 하기 위하여 약 1~10 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

특히, 석재공장에서 발생하는 석분에 의한 분진은 인근지역에 공해를 유발하고 많은 민원이 발생하는데 그 적당한 처리방법이 없어 골머리를 앓고 있으며, 본 발명에서는 이와 같은 석분을 첨가하여 석분을 친환경적으로 처리함과 동시에 재활용할 수 있다.

실시예

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 구성 성분 및 함유량이 하기 표 1에 기재되어 있으며, 본 발명에 사용된 각 원료별 화학적 성분이 표 2에 기재되어 있다.

성분	시멘트	하수슬러지	황토	생석회	폐주물사	계
중량%	18	18	18	6	40	100

	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	CaO	Fe₂O₃	TiO₂	SO₄	MgO	기타
시멘트 1종	20.45	5.47	0.8	0.34	62.22	3.03		2.38	3.91
황토	50.19	28.69	0.08	0.24		7.48	1.31	0.88
생슬러지	11	2.49			23.62	6.68		2.21	2.75
생석회	1.32	1.04	0.16	0.17	96.14	0.87			0.27

한편, 하기 표 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 제품의 압축강도를 실험한 예가 기재되어 있다.

성분	시멘트	하수슬러 지	황토	생석회	폐주물사	압축강도(kg/m²)
						3일	7일	28일
중량%	18	18	18	6	40	0.63	1.14	1.27

상기 표에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 콘크리트 제품은 콘크리트 제품으로서의 적정 압축강도인 0.5 kg/m²이상을 보이고 있어, 하수슬러지 및 폐주물사 등 폐기물의 효과적인 처리와, 살균 및 중금속의 흡착 등의 우수한 효과를 나타내면서 환경친화적인 재활용 제품으로서 활용이 가능하다.

또한, 상기 실시예에 각각 석분, 운모, 맥반석, 및 숯을 첨가하여 콘크리트 제품을 제조하여 보았는바, 그 제품 강도 등의 특성에 큰 영향을 끼치지 아니하고 각 성분의 유효한 기능을 그대로 나타내며 또한 원적외선 방사 및 항균 탈취 등의 기능성을 갖춘 제품을 제조할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하수슬러지 및/또는 제지슬러지를 이용한 콘크리트 제품을 제조함으로써 폐기물인 슬러지를 효과적으로 처리하여 해양투기와 매립비용을 줄이고 친환경적인 제품을 제조할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 황토를 혼합하여 슬러지에 포함된 중금속을 효과적으로 흡착시켜 지하수나 토양이 오염되는 것을 방지함으로써 환경을 보호할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 콘크리트독 등이 제거되고 충분한 강도를 나타내어 친환경적인 해양 구조물이나 어초 등으로도 충분히 이용할 수 있다는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 슬러지를 이용하여 여기에 시멘트, 황토 및 생석회를 혼합하고 다시 모래를 혼합하여 제조한 콘크리트 제품에 관한 것으로, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능할 것이다.

Claims

시멘트 15~20중량%, 하수슬러지 및 제지슬러지 중 하나 이상을 포함하는 슬러지 15~20중량%, 황토 15~20중량% 및 생석회 5~10중량%를 혼합하고 여기에 모래 30~50중량%로 배합한 후 소정의 형상으로 성형하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 모래는 규사 또는 폐주물사인 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 콘크리트 제품에는 석분, 운모, 맥반석 및 숯 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 시멘트, 슬러지, 황토, 생석회 및 모래의 혼합물 100 중량부에 대하여 1~10 중량부가 첨가된 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트 제품은 맨홀, 전신주, 인공어초, 수중구조물, 경계석, 보도블록 또는 하수관인 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 콘크리트 제품의 제조방법.