KR100568930B1 - 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토 및 그 제조방법에 관한 것으로, 정수 슬러지 케익, 고온에서 열처리된 슬러지, 소각 비산재, 점토, 수산화나트륨, 산화철 및 탄산나트륨의 조성물을 교반 혼합한 다음 건조한 상태에서 단시간 소성, 발포하여 제조하는 것이다.

상기 본 발명은 폐기물을 활용한 경량 인공토양으로서, 흡수력이나 양이온 치환능력 등 녹화용 성능이 우수하여, 전량 수입에 의존하는 펄라이트 등의 옥상 녹화용 경량소재의 수입 대체효과와 함께, 국제협약 등에 의한 매립이나 해양 투기금지, 매립지 부족, 환경오염의 문제를 획기적으로 해결할 수 있고 폐기물을 이용한 자원의 효율적인 재활용이 가능하다.

폐기물, 이용, 녹화, 경량, 인공토, 제조방법, 정수, 슬러지, 케익, 재활용

Description

폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토 및 그 제조방법{Lightweight Artificial Soil And Its Manufacturing Method By Using Waste}

도1은 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 제조 과정 설명도

도2는 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 XRD 패턴을 나타낸 도면

도3은 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 주사전자현미경 사진

본 발명은 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 정수 슬러지 케익, 고온에서 열처리된 슬러지, 소각 비산재, 점토, 수산화나트륨, 산화철 및 탄산나트륨의 조성물을 교반 혼합한 다음 건조한 상태에서 단시간 소성, 발포하여 제조하는 것이다.

상기 본 발명은 폐기물을 활용한 경량 인공토양으로서, 흡수력이나 양이온 치환능력 등 녹화용 성능이 우수하여, 전량 수입에 의존하는 펄라이트 등의 옥상 녹화용 경량소재의 수입 대체효과와 함께, 국제협약 등에 의한 매립이나 해양 투기금지, 매립지 부족, 환경오염의 문제를 획기적으로 해결할 수 있고 폐기물을 이용한 자원의 효율적인 재활용이 가능하다.

산업이 발달하면서 이와 더불어 가정이나 산업현장 각 분야에서 폐기물이나 슬러지가 다량 배출되고 있다.

이와 같이 불가피하게 배출되고 있는 폐기물이나 슬러지 들은 극히 일부만 처리, 재활용되고 있을 뿐 상당한 량이 그대로 방치 혹은 무단 폐기되거나 적절한 처리방법을 찾지 못하고 시간이 지나면서 계속 누적이 되어 심각한 사회적, 환경적 문제로 되고 있다.

예컨대, 하수슬러지의 경우 최근(2004년 7월) 전면 매립이 금지된 상태이고, 국제협약에 의한 해양투기도 머지 않아 금지될 상황이어서, 슬러지류를 처리하는 문제는 국가적 문제가 아닐 수 없다.

또한, 소각장 비산재의 경우도 특정폐기물로서 고가에 처리, 매립되고 있어 최근에는 고온 소성, 용융 등의 방법이 검토되고 있는 실정이다.

국내에서 이러한 폐기물이나 슬러지 등을 이용하여 제올라이트를 제조하는 기술이 일부 공개되고 있으나, 화산석(펄라이트)과 같은 수입원료가 첨가되거나 혹은 본래의 개발품외에 다른 보완재의 의존도가 높은 경우가 다수이다.

또한, 슬러지 하소분을 그대로 농업용 인공토로 혼합하는 방법들도 있으나, 무게가 경량이라 할 수 없고, 다공성 정도 및 강도가 부족하며, 중금속 등 장기안정성 면에서 좀더 검토가 필요하다.

더욱이, 폐기물인 슬러지와 소각 비산재를 주원료로 하고, 소성 발포과정에서 내부에 제올라이트상과 미연탄소분을 인위적으로 생성시키되, 물리화학적으로 강하게 결속되어있어 이탈, 분리 등에 의한 성능저하가 없는 고성능의 녹화용 경량 인공토를 제조한 예는 전무한 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 종래의 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 흡수력이나 양이온 치환능력 등 녹화용 성능이 우수하여, 전량 수입에 의존하는 펄라이트 등의 옥상 녹화용 경량소재의 수입 대체효과와 함께, 국제협약 등에 의한 매립이나 해양 투기금지, 매립지 부족, 환경오염의 문제를 획기적으로 해결할 수 있고 폐기물을 이용한 자원의 효율적인 재활용이 가능한 새로운 형태의 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 설명한다.

본 발명은 정수 슬러지 케익, 고온에서 열처리된 슬러지, 소각 비산재, 점토, 수산화나트륨, 산화철 및 탄산나트륨의 조성물을 교반 혼합한 다음 건조한 상태에서 단시간 소성, 발포하여 제조하는 것이 특징이다.

좀더 구체적으로는 정수 슬러지 케익 45-60중량%, 600-700℃에서 열처리된 슬러지 10-15중량%, 소각 비산재 10-25중량%, 점토 10-25중량%, 수산화나트륨 0.5-5중량%, 산화철 0.5-3중량% 및 탄산나트륨 0.5-3중량%의 조성물을 교반 혼합한 다음 건조한 상태에서 900-1,200℃에서 5-20분간 단시간 소성, 발포하여 제조하는 것이다.

상기와 같이 본 발명의 녹화용 경량 인공토 및 그 제조방법에 있어서는, 정수 슬러지, 쓰레기 소각재 등의 폐기물이 주성분이며, 첨가제로 점토, 수산화나트 륨, 탄산나트륨 등이 소량 첨가된다.

이 혼합물을 혼합·성형·건조한 후 900~1200℃의 소성온도에서 발포과정을 거친다. 이 과정에서 소성체 내부에 제올라이트 및 미연 탄소분을 인위적으로 형성시켜 그 자체로도 흡수율, 양이온 치환능, 토압 강도 등의 특성이 우수한 고기능 경량 인공토의 제조가 가능하다.

폐기물로 배출되어 문제가 되고 있는 슬러지류와 쓰레기 소각재 등을 부가가치가 높은 녹화용 경량 인공토로 재활용하는데 효과적인 방법인 것이다.

여기서, 쓰레기 소각시 배출되는 비산재는 CaO인 석회질 원료 기능을 하며, 수산화나트륨, 탄산나트륨 등과 함께 제올라이트를 형성하는데 도움을 준다.

도1는 상기한 바의 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 제조 과정을 설명하는 제조과정 설명도를 나타내고 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 좀더 상세히 설명한다.

실시예

정수 슬러지 케익 50Kg, 650℃에서 열처리된 슬러지 10Kg, 소각 비산재 17Kg, 점토 16Kg, 수산화나트륨 3kg, 산화철 2Kg 및 탄산나트륨 2Kg를 혼합기에 넣고 교반 혼합하였다.

적당하게 표면이 건조된 상태에서 1000℃의 온도에서 10분간 단시간 소성, 발포하였다.

도2는 이렇게 하여 얻어진 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 XRD 패턴을 나타 낸 도면으로서, X선 회절분석결과, 인공 제올라이트가 잔존하고 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 도3은 이렇게 하여 얻어진 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 주사전자현미경 사진으로서, 제올라이트 및 미연 탄소가 혼재되어 있음을 알 수 있는데, 이는 양이온 치환능, 흡수율 등을 향상시키는 기능을 한다.

상기 실시예에서 얻어진 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 물리적 성능을 하기 표1에 나타낸다.

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 녹화용 경량 인공토는 모든 항목에서 중금속 용출에 대하여 안정하다는 결과를 나타낸다.

또한, 상기 실시예에서 얻어진 본 발명의 녹화용 경량 인공토의 물리적 성능을 하기 표2에 나타낸다.

평가 항목	단 위	성능 수준	평가 항목
대공극률(용량)	%	50-55	토양물리분석법
투수계수	mm/hour	1,000-1,500	KS F 2322
유효 수분율(용량)	%	35-39	토양물리분석법
포화흡수시 용량	Kg/㎥	400±20	KS F 2306 토양물리분석법
열전도율	kcal/mh℃	-0.05	KS L 9016
유기물 함량 밀도	wt% g/㎤	-0.02 0.2-0.5	KS F 2104 아르키메데스법
CEC	Cmol/Kg	3-10	토양화학분석법

이와 같이 제조된 본 발명의 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토는 다음과 같은 특징이 있다.

1. 폐기물인 슬러지와 소각 비산재를 주원료로 하고, 소성 발포과정에서 내부에 제올라이트상과 미연 탄소분을 인위적으로 생성시키되, 물리화학적으로 강하게 결속되어 있어 이탈, 분리 등에 의한 성능저하가 없는 고성능의 녹화용 경량 인공토이다.

2. 소성 발포과정으로 제조되는 경량 인공토는 자체에 기공이 상당히 많은 구조(밀도 0.3~0.5)를 가지고 있어, 물리적 강도, 흡수능, 경량도가 우수하며, 동시에 내부에 제올라이트 및 미연 탄소분(활성탄 기능 부가)의 기능이 추가되어 양이온 치환능이 향상된 우수한 경량 인공토로 사용될 수 있다.

3. 전량 수입에 의존하는 녹화용 경량 소재의 수입을 대체하는 기술이다.

4. 정·하수 처리장에서 배출되는 슬러지를 1/5~1/10 정도로 크게 감량화가 가능하다.

5. 고온 열처리 단계에서 중금속 등이 고용체화 되어 환경적으로 상당히 안 정해 진다.

6. 폐기물 처리비 지출을 생산원가 절감에 활용할 수 있는 폐자원을 이용하는 경제적인 기술이다.

7. 첨가제 및 소성 조건에 따른 인공토 성능 조절이 가능하며, 간단한 분쇄공정에 의한 입도 조절이 용이하여, 용도에 따른 다양한 인공 토양을 제조할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 정수 슬러지 케익, 고온에서 열처리된 슬러지, 소각 비산재, 점토, 수산화나트륨, 산화철 및 탄산나트륨의 조성물을 교반 혼합한 다음 건조한 상태에서 단시간 소성, 발포하여 제조함으로써, 흡수력이나 양이온 치환능력 등 녹화용 성능이 우수하여, 전량 수입에 의존하는 펄라이트 등의 옥상 녹화용 경량소재의 수입 대체효과와 함께, 국제협약 등에 의한 매립이나 해양 투기금지, 매립지 부족, 환경오염의 문제를 획기적으로 해결할 수 있고 폐기물을 이용한 자원의 효율적인 재활용이 가능하여, 관련 분야에의 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.

Claims (2)

1. 정수 슬러지 케익 45-60중량%, 600-700℃에서 열처리된 슬러지 10-15중량%, 소각 비산재 10-25중량%, 점토 10-25중량%, 수산화나트륨 0.5-5중량%, 산화철 0.5-3중량% 및 탄산나트륨 0.5-3중량%의 조성물을 교반 혼합한 다음, 건조한 상태에서 900-1,200℃에서 5-20분간 단시간 소성, 발포하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토의 제조방법
2. 제1항의 제조방법으로 얻어진 폐기물을 이용한 녹화용 경량 인공토

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