하수 슬럿지를 원료로한 다기능성 경량토양 개발

Abstract

국문요지

본 연구에서는 국내에서 연간 약 282만톤이 발생하는 하수슬러지의 재활용 방안 중 슬러지의 고유 성분을 활용한 실험을 진행하였다. 하수슬러지와 기타 첨가재료를 혼합하여 소성과정 중 제올라이트와 탄화를 동시에 반응토록하여 인공지반, 옥상녹화용 인공경량토양, 비점오염원 제거용 소재 등 환경친화적으로 다양하게 적용할 수 있는 소재를 개발 하고, 전량 수입에 의존하고 있는 인공경량토양 소재를 대체하고 폐기물의 자원화 및 재활용 방안을 제시하고자 한다. 본 실험에 사용한 실험재료는 용인지역 하수슬러지를 대상으로 하였으며, 성분분석결과 소결조제로서의 기능을 가질 수 있는 CaO, P2O5 등과 K, Mg, Na, Ca, Ti 등의 산화물이 검출되었다. 또한 열분석결과 약 100∼180℃ 부근에서 슬러지내 수분의 증발에 의한 흡열반응, 690℃∼720℃ 영역에서 유기물 연소와 결정수 탈수에 의한 발열반응이 관찰되고, 상온∼500℃ 영역에서 전체 중량감소의 50%를 차지하고 있으며 이러한 큰 강열감량은 슬러지 내의 유기물에 의한 영향으로 판단되며, 기타 간극사이의 수분, 결정수, 유기물, 탄소 등의 성분이 연소되는 영향이라고 사료된다. 1050℃ 부근에서 용융이 시작되는 것으로 분석되었다. 상기재료를 사용하여, 입자화로 가능한 제올라이트로 합성하기 위해 일반적인 수열합성이 아닌 고온에서 합성하였으며, 합성된 제올라이트는 1050℃/9hr에서 최적합성조건을 도출하였고, BET 46.35 m2/g, 중금속 흡착실험 등의 결과를 도출하였다. 탄화실험 및 입자화 실험결과 550℃/0.5hr 이상에서는 하수슬러지의 유기물이 모두 탄화되며, 세공용적은 0.02∼0.13cm3/g, 세공분포는 대부분 30∼100Å의 중간세공(Mesopore) 크기로 구성되어 있고, 소성온도가 증가할수록 비표면적과 세공용적은 증가하지만 평균 세공경은 약 39Å로 일정하게 나타나고 있다. 고농도의 납이 존재하는 경우에는 원예용 유기성 비료, 피트모스와 비슷한 흡착능을 나타내었지만, 저농도에서는 피트모스에 비해 다소 낮은 흡착력을 가지는 것으로 실험결과 나타났다. 토양으로의 적용성 분석결과 일반토양입자의 용적비중은 1.23g/cm3 에 비해 본 인공경량토양 용적비중은 0.75, 0.61, 0.55 g/cm3으로 상당히 경량이며, 일반토양 pH 3∼9정도에 비해 약 8∼9 범위로 약알칼리성을 띠고 있다. 식물적용에 적합한 약산성(pH 5∼6)정도로 약간의 산도를 높이는 것이 필요할 것으로 판단된다. 인공경량토양내 유기물이 함유될 경우 유기산작용에 의한 산도 증가의 효과가 있을 것이므로, 식생에 문제성은 없다고 판단된다. 유해중금속 Pb 등은 상대적으로 적고, 식생 영양이온인 Ca, Mn, Mg 등의 이온등은 일반토양 수치와 비슷한 정도를 나타내고 있다. 식물체 적용성평가 결과 대조구와 비교구의 생장속도는 거의 동일한 패턴을 나타내고 있으며, 화분의 형태 및 지질 등의 형성 등 표면구조의 상호비교에서도 동일한 성장 형태를 나타내고 있다.

현재 인공경량토양의 대부분은 외국에서 수입하여 사용하고 있으며, 가격도 비싼 편이다. 정부의 생태네트워크 구축사업과 국민들의 휴식공간 확충 욕구로 인하여 인공녹화사업의 수요가 상당히 커질 전망인데, 본 기술개발로 인하여 수입인공경량토양을 충분히 대체하여 외화유출을 방지할 수 있으며, 본 연구의 결과 및 경험을 바탕으로 하수슬러지의 재활용방안에 대한 다양한 적용처를 제시할 수 있으며, 다 방면으로 연구를 확대하여 수행할 수 있다고 판단된다.