KR100880714B1

KR100880714B1 - 바텀애쉬를 주성분으로 하는 비탈면 녹화용 토양재 및 이를이용한 비탈면 녹화방법

Info

Publication number: KR100880714B1
Application number: KR1020080048865A
Authority: KR
Inventors: 정승일; 김동욱; 어양준
Original assignee: 주식회사 세인환경기술
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-02-02

Abstract

본 발명은 바텀애쉬; 및 부산물비료 또는 코코피트를 포함하는 비탈면 녹화용 토양재 및 이를 이용한 비탈면 녹화방법을 제공한다.

바텀애쉬, 비탈면, 녹화

Description

바텀애쉬를 주성분으로 하는 비탈면 녹화용 토양재 및 이를 이용한 비탈면 녹화방법{Artifical soil composition for planting of slope area comprising bottom ash and method for greening using the same}

본 발명은 비탈면 녹화용 토양재 및 이를 이용한 비탈면 녹화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화력발전소에서 발생하는 석탄회 중 바텀애쉬를 주성분으로 하는 비탈면 녹화용 토양재 및 이를 이용한 비탈면 녹화방법에 관한 것이다.

석탄은 우리나라를 포함해 세계적으로 주요한 에너지원의 하나이다. 따라서 석탄연소 후 부산물로서 발생하는 석탄회의 처리 및 활용에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 미국의 경우 2001년 기준 한 해에 발생한 석탄회의 양은 약 1억 1천만여 톤으로서 이 중 약 30% 정도만이 재활용되고 있고 70%는 발전소 내의 회사장(ash pond)에 버려지고 있다. 우리의 경우는 2002년 4,300만톤의 석탄을 소비하여 플라이애쉬(fly ash), 바텀애쉬(bottom ash), 신더애쉬(cinder ash)로 구성된 석탄회가 510만톤 발생하였고, 이 중 플라이애쉬는 연간 발생량의 대략 2/3가 이용가능한 폐 기물로 여겨져 여러 방면으로 재활용되고 있으나 바텀애쉬는 매립지에 버려지고 있다.

산업발전과 경제성장으로 인해 전력사용량이 급증하면서 화력발전소에서 부산물로 발생하는 석탄회량은 계속 증가하여 2010년경에는 발생량이 약 600만톤에 이를 것으로 예상된다.

바텀애쉬는 전체 석탄회 발생량의 15 ~ 20%를 차지하고 있고 콘크리트 혼화재, 시멘트 원료 등으로 재활용되고 있으나 대부분 단순 매립 및 투기되는 실정이어서 이를 처리하기 위한 매립지나 회사장 등이 포화상태에 달해 재활용할 수 있는 용도의 개발이 시급하다. 최근에는 도로바닥재(KSF4570)와 프리캐스트(KSF4569)용 자재로 활용할 수 있도록 KS규격이 마련된 상태이다. 바텀애쉬의 입도분포는 일반적으로 자갈에서 모래까지이며, 실트와 점토 크기의 입자는 매우 드물다. 바텀애쉬의 주요 성분은 규소산화물로 전체의 50% 가까이 차지하고 있으며, 다음으로 알루미늄산화물, 철산화물과 칼슘산화물이 많다. 이들 세 가지 성분의 총합은 전체의 90%를 넘는다. 바텀애쉬에 대한 XRF 분석 결과 또한 주요 결정상이 석영(SiO₂)와 멀라이트(3Al₂O₃2SiO₂)임을 보여주고 있다(김 등, 2007). 바텀애쉬의 성분은 일반 토양의 성분과 거의 유사한 알루미나규산염광물(alluminosilicate minerals)의 특징을 보이고 있어 토양개량제로의 활용성이 높다(류, 2000). 이에 착안한 ‘바텀애쉬를 이용한 잔디 지반용 토양개량제 조성물(대한민국 특허 10-0786772)’과 ‘토양 개량재 제조방법 및 그 토양 개량재(대한민국 특허 10-0465625)’ 등이 특허 등록 되어 있다.

한편 식물을 이용하여 훼손지 또는 민둥땅 표면을 식재 피복하는 것을 녹화(revegetation)라고 정의하며, 이는 식생을 도입하는 장소와 대상에 따라 ‘도시녹화’, ‘사막녹화’, ‘절개지녹화’ 등으로 쓰이게 된다. 따라서 비탈면 녹화공법(斜面綠化工法, slope revegetation measures)은 비탈면에 식물을 도입하고 토목적 수단으로 비탈면을 피복 보호하는 방법의 총칭이다(우, 2005).

녹화공법의 적용은 대상 비탈면의 경사도, 토질, 암질, 주변 경관 등의 여러 요인에 따라 다양하게 적용되고 있다. 일반적으로 토사비탈면에 사용되는 비탈면녹화공법은 기계를 이용한 종자분사파종공법(seeding)이 주로 사용되고, 코아네트(coir-net), 쥬트네트(jute-net) 등과 같이 식생의 활착을 돕고 초기침식을 방지하기 위해 자연적으로 분해가 될 수 있는 천연소재의 망을 분사파종공법과 병행하여 시공하기도 하며, 매우 제한적으로 자생초종 및 목본의 활착을 위해 인력을 사용하여 파종한 후에 볏짚거적을 덮는 공법도 사용되고 있다. 또한 고속도로 비탈면 중 암반지역 녹화공사에 가장 많이 사용되는 녹화공법은 식생기반재취부공법(植生基盤材吹附公法)으로 조기녹화를 도모하기 위해 초기 성장이 우수한 외래도입초종 위주의 종자배합으로 시공되고 있다(김 등, 2007).

식생기반재취부공법은 시공 재료의 형상과 장비 구성에 따라 즉 토양 재료로 마사와 각종 유ㆍ무기 폐기물을 이용해 만든 부숙토를 에어건(air gun)으로 분사하여 시공하는 건식 형태의 공법과 유기물 함량이 높은 토양을 접착제 등의 첨가제와 함께 물과 혼합하여 슬러리 형상으로 만들어 고압펌프를 이용해 분사하여 시공하는 습식 형태의 공법으로 나눌 수 있다.

전(2002)은 우리나라 주요 녹화공법을 취부방법에 의해 건식 형태와 습식 형태로 대별하였는데, 그 예로 녹생토공법과 PEC공법, 프로피아그린은 건식 형태로 SF공법, 텍솔공법, ASNA공법, NGR공법, CODRA공법은 습식 형태로 분류될 수 있다고 하였다. 그는 또한 주요 사용자재를 유기재료와 무기재료로 구분하여 녹화공법을 분류할 수 있다고 하였다.

녹화공법에 대한 여러 자료를 종합해 보면, 습식의 형태는 주요 재료가 슬러리 상으로 혼합하여 펌프로 뿜어 올리기에 적합한 공법이며, 건식의 형태는 마사토와 같은 토양이 많이 혼합되어 있어 고압의 에어건으로 쏘아 붙이기 적당한 공법으로 정리될 수 있다. 습식은 슬러리 상으로 뿜어 붙여지기 때문에 5cm 이상 두껍게 시공하기 어려운 반면 건식은 식생기반재를 10cm 이상 비탈면에 붙일 수 있다. 따라서 습식은 녹화 대상지가 토사 절토 성토 비탈면이나 풍화암 또는 리핑암일 때 효과적이며, 건식은 풍화암 또는 리핑암으로부터 토양층이 거의 남아 있지 않은 암반 비탈면에 적용될 수 있는 공법이다.

건식 공법에 가장 많이 사용되고 있는 재료인 녹생토는 하수 및 정수 오니, 제지 및 식품 오니, 화력발전소 및 제지회사의 연소재 등의 폐기물과 토탄과 마사토의 혼합물을 일정 기간 부숙시켜 제품화한 것으로 출하되는 제품의 pH는 5.5 ∼ 7.0이 되어야 하고, 유기물 함량은 15 ∼ 25%, 유기물과 질소의 비율은 50 이하, 수분함량은 45 ∼ 65%, 구성 입자의 크기는 20mm 이하 그리고 용적밀도는 1ton m^-3 가 되어야 한다. 또한 현장에 시공된 녹생토는 그 pH가 5.5∼ 7.0이 되어야 하고, 전기전도도는 1.0dS m^-1 미만, 양이온치환용량은 6cmolc kg^-1 이상, 총질소함량은 0.06% 이상, 염농도 0.2% 미만, 그리고 유기물 함량 3% 이상의 조건을 만족시켜야 한다(최, 2001).

앞서 언급하였듯이 바텀애쉬는 자연토양과 조성이 비슷하기 때문에 비탈면녹화를 위한 토양자재로 사용하기 적합한 특성을 가지고 있다. 하지만 석탄의 원료에 따라 그리고 각각의 화력발전소의 운영 조건에 따라 배출되는 바텀애쉬의 성상은 일정하지 않다. 따라서 자재의 균일성과 시공성, 그리고 식물생육기반으로서의 적합성을 확보하기 위해서는 선별과 분급과정의 전처리공정이 요구된다. 최근 지질자원연구소 등 관련 연구기관들이 바텀애쉬의 재활용을 위한 전처리공정 등에 성과를 내고 있어 이를 활용한 최종 제품 개발에 대한 요구가 증가하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 화력발전소에서 배출되는 바텀애쉬를 주재료로 비탈면 녹화의 건식과 습식 자재로써 적용되기에 알맞게 구분 조제가 가능하고, 녹화 효과가 뛰어난 비탈면 녹화용 토양재를 제공함에 있다.

본 발명에 다른 목적은 폐기물 처리의 경제적 환경적 비용을 줄임과 동시에 훼손된 자연을 회복하는 중요한 자원으로 활용될 수 있는 바텀애쉬를 주성분으로 하는 비탈면 녹화용 토양재를 이용한 비탈면 녹화방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기한 목적은 하기한 바와 같은 수단에 의하여 달성된다.

(1) 바텀애쉬; 및 부산물비료 또는 코코피트를 포함하는 비탈면 녹화용 토양재.

(2) 상기 (1)에 있어서, 인산석고를 더 포함하는 비탈면 녹화용 토양재.

(3) 상기 (1)에 있어서, 화이버를 더 포함하는 비탈면 녹화용 토양재.

(4) 상기 (1)에 있어서, 카르복시메틸셀룰로오즈를 더 포함하는 비탈면 녹화용 토양재.

(5) 상기 (1) 내지 (4)에서 선택되는 어느 하나에 의한 비탈면 녹화용 토양재를 비탈면에 건식 또는 습식으로 비탈면에 부착시키는 것을 특징으로 하는 비탈 면 녹화방법.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 화력발전소에서 배출되는 바텀애쉬를 주재료로 비탈면 녹화의 건식과 습식 자재로써 적용되기에 알맞게 구분 조제가 가능하고, 녹화 효과가 뛰어나다. 따라서 상기 본 발명에 의하면 폐기물 처리의 경제적 환경적 비용을 줄임과 동시에 훼손된 자연을 회복하는 중요한 자원으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 건식 또는 습식공법에 사용될 수 있는 바텀애쉬; 및 부산물비료 또는 코코피트를 포함하는 비탈면 녹화용 토양재를 포함한다.

본 발명의 녹화용 토양재는 건식 또는 습식용 토양재의 형태로 제공되어질 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 건식 토양재는 대상지가 발파암, 연암/다절리 경암, 풍화암으로 분류되는 곳으로, 남아있는 토양층이 없거나 매우 부족한 비탈면을 녹화하기 위한 자재로 취부두께 5cm 이상에서도 적합하도록 제조되어질 수 있다.

이를 위한 본 발명의 녹화용 토양재는 바텀애쉬에 유기질 재료로써 부산물비료 또는 코코피트가 첨가되어진다. 상기 부산물비료 또는 코코피트의 첨가량은 특 별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 10 내지 30% 부피비율로 혼합될 수 있다.

또 나아가 본 발명의 녹화용 토양재는 pH 조절과 인산질 비료원으로서 인산석고가 더 첨가될 수 있으며, 그 첨가량은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 10% 이내의 부피비율, 바람직하게는 0.1～10%의 부피비율로 혼합되어질 수 있다.

상기 부산물비료는 농림축수산업, 제조업 또는 판매업을 영위하는 과정에서 나온 부산물, 인분뇨, 음식물류 폐기물 등 비료성능이 있는 물질로서 농림부장관이 지정한 것을 원료로 하여 만드는 퇴비를 말한다. 이 부산물 재료는 본 발명의 토양개량재의 주요 구성자재로 유기물과 질소, 인산, 칼리 등의 다량원소와 기타 미량원소를 공급한다.

본 발명에 따른 녹화용 습식토양재는 대상지가 풍화암, 강마사, 절토 토사, 성토 토사로 분류되는 곳으로 남아있는 토양층의 두께에 따라 0.3cm에서 5cm까지의 두께로 취부하기에 적합하도록 제조되어질 수 있다.

상기 본 발명에 따른 습식 토양재는 바텀애쉬에 유기질 재료로 부산물비료 내지 코코피트가 첨가되어질 수 있다. 이들 부산물비료 내지 코코피트의 첨가량은 특별한 한정을 요하는 것은 아니며, 예를 들어 10% 이하의 부피비율, 바람직하게는 0.1 ~ 10%의 부피비율로 혼합되어질 수 있다.

상기 본 발명에 따른 습식 토양재에 접착력과 슬러리 유동성을 강화하기 위해 화이바가 더 포함되어질 수 있다. 이 경우 파이버는 제지 또는 우드 화이버가 사용될 수 있으며, 그 첨가량은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 10 내지 20%의 부피비율로 혼합되면 좋다. 여기에 필요에 따라 카르복시메틸셀룰오오즈(CMC)가 더 첨가될 수 있으며, 그 첨가량은 0.1 내지 0.2%의 부피비율로 하면 좋다. 또 나아가 대상지 비옥도를 고려하여 완효성비료도 첨가될 수 있다.

상기 본 발명에 따른 녹화용 토양재는 통상적인 건식/습식 장비를 이용해 비탈면상에 취부될 수 있으며, 대상지에 따라 사면보강을 위한 철망, 면네트, 코아네트의 시공과 병행할 수 있다. 투입되는 종자는 건교부 지침과 소비자의 요구에 맞추어 선정되어질 수 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 보다 상세히 설명할 것이나, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 오직 특허청구범위에 기재된 바에 의해 한정되어야 할 것이다.

<실시예 1>

본 발명의 녹화용 토양재를 구성하는 상기의 재료들의 개개의 특성이 충분히 발휘되고 상호보완하여 상승효과를 발휘할 수 있도록 다음과 같은 방법으로 제조하였다. D화력발전소의 바텀애쉬 70% 부피비율에 축분과 수분조절제인 톱밥을 주성분으로 하며 충분한 부숙기간을 거쳐 안정된 퇴비로 생산된 부산물비료 20% 부피비율과 인산석고 10% 부피비율로 혼합하여 건식용 녹화토양재를 제조하였다. 바텀애쉬의 pH는 8로 알칼리성이었으나 인산석고를 혼합해줌으로써 7 이하로 떨어뜨릴 수 있었다. 이렇게 완성된 녹화용 토양재 1톤백은 10cm 두께로 약 8m²를 녹화하기에 적합한 양이 된다.

<실험예 1>

상기 실시예 1과 같이 제조한 건식 녹화용 토양재(T)는 pH가 6.2 ~ 7.0, 유기물함량이 15 ~ 25%, 유기물-질소비가 50이하, 입자 크기가 20mm 이하, 용적밀도가 약 1ton m^-3로 녹화용 건식토양에 요구되는 물성을 갖는 것으로 분석되었다 (표 1참조). 전반적으로 유기물함량이 높고 비옥한 사질양토의 특성을 가지고 있어 식물생육에 적합한 토양기반재로 판단되었다.

<표 1> 개선전후의 바텀애쉬의 특성변화.

* 수리전도도(Hydraulic conductivity).

<실시예 2>

D화력발전소의 바텀애쉬 70% 부피비율에 코코피트 15% 부피비율과 제지화이 버 15% 부피비율로 습식용 녹화토양을 제조하였다. 이렇게 준비된 재료를 물과 함께 혼합하여 슬러리상으로 만드는 과정에서 생분해성 접착제인 CMC를 전체 부피의 0.1% 가량 첨가하여 접착성을 강화시켰다. 완성된 녹화용 토양재 1톤백은 1cm 두께로 약 80m²를 녹화하기에 적합한 양이 된다.

<실험예 2>

상기 실시예 2와 같이 제조한 습식 녹화용 토양재를 미리 조성해 둔 마사토 사면에 시험적으로 부착하고 세 번의 자연강우 조건에서의 토양유실량을 측정해본 결과 표 2에서와 같이 본 발명의 토양재가 내수식성이 있음을 확인할 수 있었다. 대조구로 마사토 노출구인 NT와 녹생토 처리구인 NB구를 두었고, T2는 마사토 위에 본 발명의 습식 토양재를 1cm 두께로 취부한 것이고, T1은 본 발명의 건식 토양재 위에 본 발명의 습식토양재를 1cm 두께로 취부한 것이다.

<표 2> 자연강우 조건에서의 토양유실량

<실험예 3>

건식 적용지의 식생현황을 조사해 본 결과 표 3에서와 같이 녹생토(NB) 구간에 비해 본 발명의 토양재 처리구에서 식생 피복율이 높았고, 출현종과 침입종의 수가 많았다. 따라서 주변 경관에 어울리는 식생경관 조성에 유리한 토양재료로 판단된다. 특히 본 발명의 건식토양재와 습식토양재를 병행해서 시공한 T1처리구의 식생이 가장 좋은 성적을 보여주었다.

<표 3> 식생조사결과.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

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바텀애쉬 70% 부피비율, 축분 및 톱밥을 부숙시킨 퇴비 20% 부피비율, 및 인산석고 10% 부피비율로 조성되는 비탈면 녹화용 건식토양재를 비탈면에 취부하는 단계; 및 상기 건식토양재 상에 바텀애쉬 70% 부피비율, 코코피트 15% 부피비율, 제지화이버 15% 부피비율로 조성된 혼합물에 카르복시메틸셀룰로오즈를 전체 부피의 0.1% 첨가한 녹화용 습식토양재를 취부하여 비탈면에 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비탈면 녹화방법.