KR20020003423A

KR20020003423A - 바다 생태계 보존을 위한 중금속 폐기물의 처리 방법

Info

Publication number: KR20020003423A
Application number: KR1020000035925A
Authority: KR
Inventors: 박상득; 고철상; 위봉현
Original assignee: 소재한; (주)엠알씨
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-12
Also published as: KR100362485B1

Abstract

본 발명은 유해 중금속이 포함된 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철과정 등의 분야에서 발생되는 중금속 폐기물에서 유해 중금속이 용출되지 않도록 폐기물에 고화제와 결합제를 첨가하여 고형화시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법에서는 철강 산업에서 발생되는 유해 중금속 폐기물을 처리하는데 있어, 고화제와 결합제를 함께 첨가함으로써, 경화시간을 단축시키고 압축강도를 높여 불순물의 용출을 방지하고, 따라서 바다의 생태계를 보존하는 효과를 제공한다.

Description

바다 생태계 보존을 위한 중금속 폐기물의 처리 방법{A method for treating heavy metals-containing wastes to preserve the ecosystem of seawater}

본 발명은 유해 중금속 폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철과정 등의 분야에서 발생되는 더스트류(dust) 및 침전조 찌꺼기류(pitch) 등의 폐기물에서 유해 중금속이 용출되지 않도록 폐기물을 고화제와 결합제로 처리하여 고형화시키는 방법에 관한 것이다.

해수나 하수의 악취, 수질 오염 등의 원인이 되는 중금속 폐기물들은 통상 주변 수질의 pH, BOD 및 COD 수치가 규정값을 넘지 않도록 폐기물 관리법 시행규칙 제 15 조 및 폐기물 처리 관리 규정 시행규칙 제 18 조의 규정에 의하여 일정한 폐기물 처리 시설내에서 처리하도록 되어 있다.

이러한 시설의 일례로서, 피트(PIT)식 공간을 제작하여 그 저부는 요철부로 하고 외각은 시멘트나 특수 재질의 옹벽을 설치해서 그 상단에 폐기물을 적재한후, 흙으로 덮고 묘목을 심어서 주변환경을 개선시키면서, 저부의 용폐물을 재펌핑하여 처리하거나, 적격성을 검토하여 일정한 외각에 매립하여 처리하는 방법들이 과거 시행되어 왔다.

그러나, 이러한 경우 시간이 경과함에 따라 폐기물내 중금속이 점차적으로 용출되어 주변 해수 또는 하수가 오염되고, 종국에는 어패류나 그 외 생물체의 생존이 불가능하게 된다. 심한 경우, 이들을 수거 채취해 보면 오랜 기간 중금속 오염으로 인해 어패류가 생존치 못하고 어류의 뼈가 변형된 상태로 죽어 있는 것을 볼 수 있다.

따라서, 본 발명은 중금속 폐기물, 특히 철강 산업중에 발생되는 폐기물중에 함유되어 있는 유해 중금속의 용출을 억제시켜 이로인한 환경 오염을 방지하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유해 중금속이 포함되어 있는 폐기물에 고화제와 결합제를 함께 첨가하여 처리함으로써, 이를 고형화시켜 금속의 용출을 억제시키는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 방법에서는 고화제로서 포트랜드 시멘트 그리고 결합제로서는 수경성 결합제를 사용하는 것이 바람직하며, 그 배합 비율은 폐기물:고화제:수경성 결합제를 100:20:4-6의 중량비로 혼합하는 것이 유리하다.

이때, 사용되는 수경성 결합제는 CaO 59.5-63.0중량%, SiO₂19.5-22.5중량%, Al₂O₃6.0-8.0중량%, MgO 2.5-2.9중량%, Fe₂O₃2.5-2.9중량%, SO₃2.3-3.0중량% 및 기타 잔류분 0.1-0.5중량%로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 중금속 폐기물을 고형화시키는데 있어, 폐기물 자체 처리 또는 이에 강도를 부여하기 위해 시멘트 같은 고화제만을 첨가하여 처리하는 경우에 비해, 경화시간이 훨씬 단축되고, 압축 강도를 높여, 불순물의 용출을 방지하고, 따라서 유해 중금속으로부터 바다의 생태계를 보호할 수 있는 효과가 제공된다.

본 발명의 방법을 보다 상세히 설명하면, 제철 공정중에 발생되는 건 더스트와 무기성 오니류 슬러지를 수거 이송하여 저장한후, 이 폐기물에 포트랜드 시멘트와 수경성 결합제를 약 100:20:4-6의 중량비로 믹서에서 혼합하여, 23-25%의 함수율이 되도록 하고 이를 혼련한후, 성형기에 넣어 일정 크기의 모양으로 성형하고 소성로에서 6-8시간에 걸쳐 40-80℃로 승온시킨 다음, 24시간에 걸쳐 서서히 상온으로 냉각시켜 고형화된 제품을 제조한다. 이후, 폐기물로부터 유해 성분들이 용출되지 않도록 수주일간의 양생 기간을 거쳐 강도를 변형시킨후, 매립장에 매립한다.

이때 고형화 형태는 매립 지형이나 운반, 보관 편의에 따라 여러 형태를 취할 수 있으나, 직육면체의 벽돌형으로 하는 것이 매립시 적재하기에 편리하여 바람직하다.

압축강도에 따른 중금속 용출 정도를 시험하기 위해, 함수율 65%, 강열감량 35%인 시료에 시멘트를 0.2-0.5의 C/S(시멘트/슬러지) 비율로 첨가하여 제조한 공시체를 7일, 14일 및 28일간 양생시켜 압축강도별 유해 중금속 Fe, Zn, Mn, Cu, Pb, Cr 및 Cd의 용출량을 조사한 결과, C/S비가 높고 양생기간이 길수록, 그리고 압축강도가 높을수록, 유해 중금속의 용출량은 감소되는 것으로 확인되었다. 압축강도별로 그 용출량을 살펴보면, 압축강도 4.0㎏/㎠에서 중금속 용출량이 감소하기 시작하여 7.0㎏/㎠에서는 대단히 적게 나타났으며, 12.0㎏/㎠인 경우, 거의 용출되지 않았다.

따라서, 폐기물의 압축강도가 10.0㎏/㎠ 이상만 되어도 중금속은 거의 용출되지 않는 것으로 보이지만, 폐기물 고형화후, 운반 보관시 변형을 방지하기 위한 작업성면을 함께 고려할 때, 그 압축 강도는 20-30㎏/㎠이상이 요구된다. 일반적으로 시멘트를 사용하여 폐기물을 고형화시키는 경우, 시멘트를 폐기물 대비 40중량% 이상으로 첨가하여도 목적하는 압축 강도를 얻을 수 없고, 이를 위해서는 다량의 시멘트를 필요로 하므로, 폐기물 폐기 비용으로 과다한 비용이 지출되는 등, 여러 가지 면에서 어려움이 있었다.

그러나, 본 발명의 방법에 의하면, 폐기물에 시멘트와 함께 수경성 결합제를 첨가함으로써, 폐기물 대비 20 중량%만의 시멘트를 사용하여서도 40㎏/㎠ 이상 80㎏/㎠까지의 높은 압축 강도를 얻을 수 있어, 중금속 등의 불순물이 폐기물로부터 용출되는 것을 완벽하게 방지할 수 있고, 동시에 경제적인 면에서 그 유용성이 크다고 할 수 있다.

본 발명의 방법으로 철강 산업 폐기물을 처리하여 압축강도 45㎏/㎠이상의 공시체를 제조하고, 이를 바다밑에 넣어서 잠재시킨 결과, 45일 경과후 해초류의 생성, 발육이 관찰되었고, 60일이 경과한 시점에서는 어패류의 발육, 성장을 확인할 수 있었으며, 주변의 맑고 푸른 물속에 어류가 모여드는 현상을 직접 볼 수 있었다.

<실시예 1-7>

본 발명의 효과를 확인하기 위해, 본 발명에 따른 방법에 따라 유해 중금속 폐기물을 처리하여 이로부터 용출되는 중금속 함량과 압축 강도를 측정하였다.

고형화 대상 폐기물로서 총 8종의 시료 즉, 제철 전공정중에 발생된 연주 슬러지 15.0%, 급배수 슬러지 9.0%, 석회 슬러지 6.0%, 냉연 슬러지 6.0%, 열연 슬러지 37.0%, 후배제 슬러지 8.0%, 예비처리 더스트 12.0% 및 소각회 7.0%를 충분히 혼합하여 균질한 상태의 원료 믹싱분을 제조하고, 이를 수거 이송하여 저장후, 믹서에서 바인더로서, 포트랜드 시멘트와 수경성 결합제를 하기 표 1에서와 같은 비율로 원료 믹싱분에 첨가하여 혼합하고, 함수율 약 25%가 되도록 하여 혼련한후, 이를 성형기에 의해 벽돌형태로 성형하여, 40-80℃에서 6-8시간 소성시키고 24시간에 걸쳐 상온으로 냉각시켜 큐빙(조적)하고, 7일(실시예 1) 또는 14일(실시예 2-7)간 양생하여 50㎜(가로)×50㎜(세로)×50㎜(높이), 중량 270-320g 및 비중 2.1-2.5g/㎤의 시편 실시예 1-7을 제조하였다. 그 자세한 사항은 콘크리트용 공시체 제작 기준인 KSF 2403을 참조하였다.

시편	원료 믹싱분	바인더	양생기간
실시예 1	80%	20%	7일
실시예 2	90%	10%	14일
실시예 3	85%	15%	14일
실시예 4	80%	20%	14일
실시예 5	75%	25%	14일
실시예 6	70%	30%	14일
실시예 7	65%	35%	14일

양생기간 경과후, 폐기물 공정 시험 방법에 의해 Pb, Cu, As, Hg, Cd, Cr, CN, 유기인, TCE, PCE의 용출량을 측정하였다. 또한, 종류별 시편을 수중에서 꺼내표면수를 닦은후, UTM(Torsee's Universal Testing Machine)을 이용하여 하중을 3회 이상 측정하고, 그 평균치를 시편의 단면적으로 나누어 압축강도(㎏/㎠)를 계산하였다. 시편 실시예 1-7의 종류별 중금속 용출 및 압축강도 결과를 하기 표 2에 제시하였다.

시편	평균강도	항 목 별 용 출 결 과
시편	평균강도	Pb	Cu	As	Hg	Cd	Cr	CN	유기인	TCE	PCE
실시예 1	8.93	0.29	0.08	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND
실시예 2	14.40	0.28	0.08	ND	ND	ND	0.02	ND	ND	ND	ND
실시예 3	47.36	0.23	0.09	ND	0.0004	ND	ND	ND	ND	ND	ND
실시예 4	75.72	0.25	0.09	ND	ND	ND	0.0033	ND	ND	ND	ND
실시예 5	92.98	0.24	0.10	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND	ND
실시예 6	137.74	0.20	0.10	ND	ND	ND	0.0067	ND	ND	ND	ND
실시예 7	192.53	0.19	0.09	ND	ND	ND	0.0067	ND	ND	ND	ND
용출기준	3.0	3.0	1.5	0.005	0.3	1.5	1.0	1.0	0.3	0.1

본 발명의 방법에 의해 처리하여 제조된 폐기물의 수질 오염 방지 효과를 확인하기 위해, 제조된 제품을 바다 연변 1,500㎜의 깊이에 2,000㎜ 간격으로 침적시켜 관찰한 결과, 본 발명의 제품에서는 20일 경과후 이끼가 끼면서 파래류가 성장하게 되었으며, 어초류가 생성된 지 7일부터는 어패류와 어류가 서식하면서 사는 것을 직접 볼 수 있었다.

본 발명은 철강 산업에서 발생되는 유해 중금속 폐기물을 처리하는데 있어, 고화제로서 포트랜드 시멘트와 수경성 결합제를 함께 첨가함으로써, 폐기물의 경화시간을 단축시키고 압축강도를 높여 불순물의 용출을 방지하고, 따라서 바다의 생태계를 보존하는 환경적 효과를 제공한다.

Claims

중금속이 함유된 폐기물에 고화제와 결합제를 첨가함으로써, 폐기물의 고화를 촉진시키고 압축강도를 증가시켜 중금속 용출을 억제하는 것을 특징으로 하는 중금속 폐기물 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 고화제가 포트랜드 시멘트이고, 상기 결합제가 수경성 결합제인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

폐기물:고화제:결합제의 배합 비율이 100:20:4-6의 중량비인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

중금속 폐기물에 포트랜드 시멘트와 수경성 결합제를 첨가하고, 성형기에 의해 일정 크기의 형태로 성형한후, 소성시키고, 큐빙하여, 양생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서,

폐기물을 벽돌 형태로 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 압축 강도가 30 내지 80㎏/㎠인 것을 특징으로 하는 방법.