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건축공학 06학번 정연웅 건설기술신문 기사

정연웅 | 2020.02.26 14:36 | 조회 1733
 http://www.ctman.kr/news/18354
발행일: 2019/11/28  오성덕 기자
현장에서 즉시 적용 가능 ‘콘크리트용 잔골재’ 만든다
물리·화학적 준설토 현장처리·재활용 실증기술 개발

하수관 지천 ‘오염퇴적물’ 중금속 등 유해물질 제거
현장에서 즉시 적용 가능 ‘콘크리트용 잔골재’ 만든다

 

최근 콘크리트용 골재 수급 상황이 어려워지고 있는 가운데 하수관과 지천의 오염퇴적물에 포함돼 있는 중금속 등의 유해물질과 이물질을 제거해 콘크리트용 잔골재로 활용할 수 있는 기술이 개발되고 있어 화제다.


하수관과 지천의 오염퇴적물 중 약 50%는 콘크리트용 잔골재로 활용할 수 있는 모래로 구성돼 있다.


하지만, 오염퇴적물에 포함돼 있는 중금속 등의 유해물질과 유기 이물질로 인해 이를 곧바로 콘크리트용 골재로의 사용은 불가능한 실정이다.


이에 한국환경산업기술원의 환경산업선진화기술개발 연구사업 일환으로 하수와 지천 오염퇴적물 준설토를 현장에서 즉시 처리할 수 있는 현장원 처리시스템을 구축, 현장 실증을 목표로 ‘Ejector를 이용한 물리·화학적 준설토 현장처리·재활용 실증기술 개발’ 연구가 진행되고 있다.

 

물리적 분쇄 과정 거치지 않아 천연골재와 성능 맞먹어
높은 강도 요구하는 건설 목적용 모르타르로 활용 기대

 

연구내용
이 연구에서는 ‘오염 준설토 현장원 처리시스템과 재활용 기술개발’을 목표로 ‘준설토 통합처리시스템 구축’과 ‘회수 잔골재의 현행 골재 규격 만족’, ‘처리 찌꺼기의 유효 자원화’ 등의 핵심기술을 개발하고 있다.


이를 위해 오염퇴적물의 유해물질 저감과 재활용을 위한 선별세척, 입도분리, 슬러지 탈수 설비 등의 현장 적용성 검증 연구를 진행하고 있다.


이와 함께 현장처리 시스템에서 발생되는 폐액처리를 위한 일체형 폐수처리와 재활용 기술, 준설토 현장 처리에 따른 악취저감 기술 개발 연구도 병행되고 있다.


이를 위해 버블젯 이젝터 내부에서 발생하는 전단력과 공동기포를 활용, 오염퇴적물 준설토를 물리적으로 세척하고, 잔골재를 회수하기 위한 잔골재 선별·세척시스템으로, 하이드로 사이클론 설계와 최적화를 통한 오염 준설토의 성분별 분리 전처리시스템, 용존공기부상시스템과 필터 프레스를 적용한 준설토 폐액과 찌꺼기 처리기술 등을 개발하고 있다.


또한, 비소성 친환경 고화재 개발을 통한 유효자원 재활용 기술을 비롯해 90% 이상의 순환자원을 활용한 준설토 찌꺼기 안정화와 재활용 현장적용 기술, 하수관거와 지천 등 오염퇴적물 종류별 오염원과 오염도 차이에 따른 개발대상시스템의 설계변경과 확장성 검토 연구도 이뤄지고 있다.


특히, 오염퇴적물 준설토 현장원 처리 설비를 통해 생산된 세척 모래가 콘크리트용 잔골재로의 활용 가능성 검증을 위해 생산된 잔골재를 ‘KS F 2527 콘크리트용 골재’ 규격과의 적합성 검토 연구도 진행하고 있다. 

 


이러한 연구를 통해 선보일 기술은 골재 분리선별을 위한 물리적 공정으로 암롤 박스를 비롯한 이송 컨베이어, 하이드로 사이클론, 버블젯 이젝터, 골재선별기 등으로 구성된다.


폐액처리와 찌꺼기 재활용을 위한 단위공정은 용존공기부상분리, 탈수기로 구성하고 함수율 70% 이하로 발생된 준설 찌꺼기는 순환자원을 90% 이상 활용해 고형화와 재활용할 계획이다.


또한, 오염퇴적물 준설토를 처리하는 과정에서 발생할 수 있는 악취 제어를 위해 Fe-계열 촉매와 활성탄으로 이뤄진 탈취 제어설비를 제작하고, 이 설비를 이용, 전체 공정을 공간포집하는 방법으로 탈취제어 설비를 구축할 예정이다.


악취가 발생되지 않는 지역의 준설토 처리 시 탈취설비의 도입 없이 오염퇴적물 준설토를 처리하기 위해 처리 설비의 주요 공정과 별로의 컨테이너를 구성, 탈취 시설을 결합시킬 예정이다.


한편, ‘버블젯 이젝터’(bubble-jet ejector)를 활용, 오염퇴적물 준설토를 세척한 결과 오염퇴적물에 포함된 유해물질인 아연, 비소, 수은 등의 농도를 61%~100% 제거되는 것으로 나타났다.


‘버블젯 이젝터’는 오염물질의 종류에 영향을 받지 않고, 화학용제로 인한 2차 오염이나 중화를 위한 과도한 수처리 설비 등이 필요 없다.


또한, ‘하이드로 싸이클론’(hydrocyclone)을 활용, 유입 유량과 하부 유량비를 변수에 따른 오염퇴적물 준설토의 분리분급 능력에 대한 해석 결과 유입유량 5㎥/hr, 하부 유량비 3%의 조건에서 하이드로 싸이클론의 오염퇴적물 준설토의 분리선별 능력이 가장 좋은 것으로 나타났다.


이 같은 해석결과를 바탕으로 하이드로 싸이클론 제작과 시운전, 최적화 연구를 진행할 예정이다.


특히, 최종 폐기물인 오염퇴적물 준설토 처리 찌꺼기는 철강산업부산물인 고로슬래그미분말과 순환유동층보일러 부산물인 플라이애시를 100% 활용, 연약지반 개량용 고화재로 활용할 예정이다.

 

기대효과
이 기술은 준설토를 물리·화학적 방법으로 현장에서 처리, 재활용할 수 있는 기술로 현장에 즉시 적용이 가능하다. 특히, 물리적인 분쇄 분급 과정을 거치지 않아 천연골재와 동등한 성능발현이 가능해 높은 강도가 요구되는 건설목적용 모르타르로 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.


또한, 잔골재 재활용은 물론 발생 부산물이 거의 없는 오염준설토 처리시장에 최적의 솔루션으로 각광받을 것으로 전망된다. 이외에도 천연골재 고갈과 순환골재의 지속적인 가격 상승 여건 속에서 고부가가치 창출 효과는 물론 자원순환사회 구축에도 기여할 것으로 예상된다.

 

 

 

 

 

인 / 터 / 뷰

 

4개월 연구 불구 최적화 처리공정 개발


정연웅 박사

한국건설생활환경시험연구원 정연웅 주임연구원은 “이 연구에서는 하수와 지천의 오염퇴적물에 포함돼 있는 유해 이물질을 효과적으로 처리하고, 콘크리트용 잔골재로 활용할 수 있는 모래를 분리, 선별할 수 있는 기술을 개발하고 있다”며, “이 기술은 현재 사회에 직면한 환경 부담과 건설재료의 새로운 대체자원을 확보할 수 있는 기술로 특히, 오염퇴적물의 처리와 보관하는 과정에서 발생되는 민원 저감에도 기여할 수 있다”고 밝혔다.


지난 7월부터 시작된 이 연구에서는 약 4개월의 짧은 연구기간에도 불구하고, 포항시 구무천의 오염퇴적물의 발생특성 분석과 함께 퇴적물의 발생특성에 최적화된 처리 공정을 개발하는데 성공하고, 현재 일부 단위공정의 설계, 제작에 착수하는 성과를 거뒀다.


정 박사는 “현재 오염퇴적물 준설토에서 골재를 분리, 선별할 수 있는 전체공정에 대한 특허와 준설토 처리찌꺼기와 기타 산업부산물을 100% 사용해 연약지반의 토질개량재로 사용할 수 있는 고화재에 대한 특허를 출원했다”며, “내년부터 시작되는 2차년도 연구에서는 오염퇴적물 준설토를 현장에서 처리, 분리, 선별이 가능한 현장원 처리시설을 구축할 예정”이라고 밝혔다.


이 연구에서는 현장 설치 후 오염퇴적물 준설토에서 유효자원인 콘크리트용 잔골재 품질 규격을 만족하는 골재를 선별할 수 있는 시스템을 구축하고 현장 실증을 수행할 계획이다.

 

연약지반 토질개량재 사용 ‘고화재’ 특허 출원


정 박사는 “연구 과정 중 주변 하천들의 오염도가 생각보다 매우 높다는 점에 놀랐으며, 특히, 연구에 필요한 샘플을 채취한 포항시 구무천의 경우 수은에 의한 오염도가 매우 높은 것으로 나타났다”며, “이번 연구에서 제안하고 있는 Ejector를 이용해 오염물질을 인체에 영향을 줄 수 있는 수준 이하로 저감할 수 있다는 것이 증명됐을 때 보람과 자부심을 느꼈다”고 밝혔다.


하지만, 이처럼 효과가 입증된 기술의 완성을 위해서는 특정 지역의 오염퇴적물은 물론 다양한 지역에서 발생하는 다양한 종류의 오염퇴적물의 세척을 통해 보다 일반화할 수 있는 결과 도출이 필요한 것으로 알려지고 있다.


정 박사는 “하수와 지천 오염퇴적물을 샘플링하기 위해서는 준설업체를 비롯해 폐기물처리업체, 준설토 적치장 관계기관과 지방자치단체 등 다양한 기관과의 협조가 필수적”이라며, “하지만, 연구 수행 과정 중 이러한 협조가 제대로 이뤄지지 않아 다양한 종류의 오염퇴적물을 대상으로 한 광범위한 연구가 수행되지 못하고 있는 점은 아쉬움으로 남는다”고 말했다.


끝으로 정 박사는 “콘크리트 원재료와 관련한 이슈들은 환경적 측면에서도 매우 중요하지만, 경제적인 측면에서도 건설시장의 지출확대를 일으키는 주요한 이슈”라며 “따라서 콘크리트 원재료들이 직면하고 있는 다양한 이슈를 해결할 수 있는 연구를 수행해 건설과 환경적 측면에서의 사회 건전성을 개선하고 싶다”고 밝혔다.


이어 “이를 위해 시멘트 산업에서 발생하는 이산화탄소 저감을 위한 연구와 함께 국내 매립회와 준설토에서 추출한 점토를 재활용해 시멘트와 콘크리트 산업에서 사용되는 일본산 플라이애시를 국내 자원으로 대체할 수 있는 연구에 참여하고 싶다”며, “향후 기존 콘크리트 구조물의 철거과정에서 발생하는 콘크리트 폐기물을 재활용해 순환골재를 생산을 고도화하는 기술개발 연구 등을 수행할 계획”이라고 덧붙였다.