※ 폐기물처리 세미나

콘크리트와 유기성폐기물을 원료로 한 대체농토의 생산과 그 이용

과 목 명	:	고형폐기물처리공학

학    과	:	환경공학과(야)

학    번	:	99006222, 99006198

이    름	:	이 원진, 강 민정

담당교수	:	장 정국님

- 목 차 -

1. 폐콘크리트 재활용의 필요성

2. 폐콘크리트 발생 원인

3. 발생량 예측

4. 폐콘크리트의 재활용

1)재생골재를 사용한 콘크리트

2) 콘크리트와 유기성 폐기물을 원료로 한

대체농토의 생산과 그 이용

I   서 론

Ⅱ  실험방법

Ⅲ  결론

5. 미국의 건설 폐기물 재활용

1. 폐콘크리트 재활용의 필요성

건설분야에서 기초재료로 사용되고 있는 골재 자원은 하천, 산림, 공유수면, 기타 지상과 지하에 부존되어 있으며, 연 매출액이 약 3조원에 이르고 건설산업 중 콘크리트 산업계에 원자재로서 미치는 영향이 매우 크다.

골재산업은 자연에서 원료를 채취하고 가공하는 산업으로 이동성, 지역성, 자연훼손 등의 특성을 가지고 있다. 최근 대형 건설공사와 주택건설에 공급하기 위하여 계속된 하천골재의 채취로 그 부존량이 감소되었고 상대적으로 바다나 산림에서 채취되는 골재의 의존비율이 높아가고 있다. 현재 사용되는 골재만큼 질적으로 우수하고 경제적인 대체재료가 없으므로 자연훼손에도 불구하고 현행 골재채취방식을 고수할 수밖에 없는 현실정이다. 다만 골재공급의 부족난을 일시적이나마 해소시킬 수 있는 방안으로 건설 폐콘크리트를 재활용하는 방안이 검토 되고 있다.

1990년대 이후 재개발, 재건축과정에서 발생되는 방대한 량의 건설폐기물 중 특히 폐콘크리트는 매립지의 용량한계로 인하여 처리문제는 또 다른 환경문제로 인식되고 있다.

국내의 경우 재활용 가능한 폐콘크리트는 주로 도로공사의 성토재료나 매립지의 복토재료로만 활용하고 있으며, 구조용 재료로서 활용된 사례는 없다. 따라서 폐콘크리트의 단순 재활용보다는 고부가가치를 지닌 재료로 개발하여 구조용 재료로 사용하는 사안은 매년 급증하고있는 골재의 수요문제와 노후 건설물의 처리 측면에서 볼 때 시급하다고 할 수가 있다.

2. 폐콘크리트 발생 원인

폐콘크리트는 주로 아파트나 도심 빌딩 등의 재개발 사업으로 인한 해체 공사에서 건설부산물에 포함되어 발생하지만 그 외에도 교량과 같은 콘크리트 구조물의 해체와 보도블럭 교체, 전신주 교체, 콘크리트재포장, 도로개보수 사업장에서도 발생한다. 폐콘크리트 발생의 주요원은 다음과 같다(페콘크리트의 재활용기술 개발방안에 관한 연구, 1996).

● 노후 건축 구조물 : 건축적, 구조적 수명이 다한 빌딩 및 공동주택(아파트)의 재건축시에 기존 건물의 해체로부터 폐콘크리트가 다량으로 발생

● 노후 토목 구조물 : 구조물로서 수명을 다하여 해체시 다량의 폐콘크리트가 발생

● 보도 블록 : 파손 또는 새로운 블록으로 교체시 발생

● 전신주 : 노후된 전신주의 교체 또는 전선의 지중화 공사로 인해 발생

● 불량도로 : 고속도로 및 일반도로 재포장시 발생

● 불량제품 : 콘크리트관, 블록, 판넬 등 제작시 하자가 있는 제품으로부터 발생

3. 발생량 예측

건설폐기물의 발생량을 예측하는 것은 정부, 건설업체 등에 있어서 폐기물관리를 위한 중요한 문제라고 생각된다. 그러나 건설폐기물은 다른 사업장 폐기물과는 달리 그 인식도가 매우 낮고 유해물질이나 본질적 환경오염을 일으킬 위험성이 상대적으로 낮아 공사현장에서의 적체 또는 불법투기가 빈번히 일어나고 있다. 건축촵토목공사가 활발한 봄촵가을철에 혼재된 상태로 다량 배출되고, 공사단계에 따라 종류가 다종다양하며, 폐기물의 발생장소가 일정치 않은 특성을 가지고 있어 타 사업활동에서 배출되는 폐기물에 비하여 아직까지 적정처리 및 재생 이용되는 비율이 낮은 것이 현재의 실정이라 할 수 있다. 또한, 폐기물은 매립 처분하는 비율이 높은 점 등 여러 가지 특성을 지니고 있어, 정확한 발생량 예측을 통하여 처리 및 재활용 계획을 설정하는 데는 큰 어려움이 있다(건설폐기물의 처리 및 재활용방안 연구(1), 1997).

서성원(1995)의 논문에 의하면 건설부산물의 발생량 예측방법은 부산물의 건설공사별 발생량 또는 건설부산물의 종류별 발생량 원단위를 기초로 하여 산정하게 된다. 원단위는 기존의 조사결과를 기초로 하여, 건설부산물을 토목공사, 건축공사 및 해체공사로 분류하여 산정하며, 각각의 활동량 지표로는, 토목공사는 완성공사비, 건축공사와 해체공사는 건축연면적을 사용 한다.

1)해체공사시 발생량 예측방법 건축물의 구조별 발생 원단위에 해체면적을 곱하여 예측하는 방법과 과거 신축시 투입된 자재의 원단위량을 기초로 하여 현재의 해체면적으로부터 추정하는 방법

2)건축공사시 건설부산물 발생량 예측방법 건축공사에 의해 배출된 혼합폐기물은 건축물의 용도별, 규모별의 원단위에 연면적을 곱하여 예측한다.

일본의 경우 건설부산물의 발생량 예측은 건축활동의 추이와 건설부산물의 원단위로부터 각 년차별 배출량이 예측되며, 그 예측 절차는 다음과 같다(서성원, 1995).

년차별 배출량 예측 = 건설활동의 추이예측 * 건설부산물의 원단위 결정

여기에서 건설활동의 추이를 보면 활동량 지표의 장래 예측을 실시하는 것은 여러가지 인자로 인하여 곤란하므로, 과거의 활동량 지표의 실적을 단순 trend로 예측하고 있다. 즉, 연도와 공사완료액을 각각 독립변수와 종속변수로 놓고 회귀분석하여 각 지역의 건설활동경향을 추정하는 것이다(서성원, 1995).

건설폐기물의 원단위란 건축단위 면적당 폐기물 발생량으로 정의되는데, 이것은 다년간 신축공사시 또는 해체공사시 건축물의 구조별, 종류별 폐기물 발생량의 자료로부터 산출된다. 그러나 원단위는 폐기물 발생량을 간접적으로 예측할 수 있는 자료일 뿐, 그 신뢰도에 대한 문제를 안고 있다. 따라서, 원단위의 신뢰도를 높이기 위해서는 폐기물의 전국적인 발생현황을 파악할 수 있도록 폐기물의 수집운반 및 중간처리, 재활용 등의 일련의 처리체계의 구축은 물론, 각 현장별로 공사규모, 공사기간, 공사금액 및 주요 사용자재 등 관련 자료의 충분한 축적이 요구된다(김현성, 1996).

우리나라의 건설부산물의 원단위를 보면 신축공사현장에서의 혼합폐기물 배출 원단위는, 도급내역에서의 0.018 ton/m2 에 비하여(투입자재물량*할증률로 환산함) 현장 조사한 폐기물처리 반출송장을 기준으로 산출한 값(0.031 ton/m2 )과는 약 1.7배의 차이가 있었다. 재건축현장조사결과 배출 원단위는 일반폐기물 0.0636 ton/m2, 금속류 0.0178 ton/m2, 재활용 목재 0.0082 ton/m2, 아스콘 0.0149 ton/m2, 특정폐기물 0.0123 ton/m2, 재활용 골재 0.7333 ton/m2 등이다(건설폐기물의 처리 및 재활용방안 연구(1), 1997).

서성원(1995)의 연구에서 전체 건축폐기물 발생량 중 가장 많은 양을 차지하고 있는 콘크리트와 벽돌블럭은 매년 발생되는 건축폐기물의 대부분인 약 93%를 차지하고 있으며 목재나 플라스틱, 기타 발생폐기물량은 그 양이 미미한 것으로 나타났고, 대한주택공사 주택연구소(1997) 자료에 의하면 국내 건설폐기물 발생량 중 폐콘크리트 연평균 예상량을 보면 다음과 같다.

- 2001-2005 : 4,674 만톤

- 2006-2010 : 5,674 만톤

이러한 예측은 다른 연구자들의 자료와 유사하다. 이진용(1998)은 국내에서는 매년(1998년 기준) 약 2천만톤의 건설폐기물이 발생하고 있는 것으로 추정되며, 2000년대에는 1998년 2배 이상의 건설폐기물이 발생할 것으로 예상했다. 이외에 김무한 등(1997)이 폐콘크리트의 발생량을 예측한 결과에 의하면 2000년 3,130,000 m3, 2005년 5,333,000 m3 으로 나타났다.

4. 폐콘크리트의 재활용

기술 도시 개발이 가속화되고 건축재개발의 활성화, 지하공간 이용 증대 등으로 한국에도 건설 부산물이 해마다 증가하고 있으며(년간 전체 산업폐기물량의 40 % 이상을 차지), 이에 따른 매립지 확보가 어려워지는 상황 하에서 건설폐기물의 적정처리 및 재활용은 당면 과제중의 하나로 대두되고 있다(신희덕, 1993; 이진용 등, 1998). 건설폐기물의 처리현황을 살펴보면 건설폐기물을 재생처리 하여 성토재, 도로기층재, 보조기층재 등으로 재활용 하는 방식이 주종(58.3%)을 이루고 있으며 나머지는 매립하거나(38.7%), 소각(3.0%) 처리하고 있다. 폐기물의 성상별로 볼 때 재활용률은 금속(81.2%), 콘크리트(71.4%), 토사(62.6%), 아스팔트(55.3%)의 순이다(건설사업장의 폐기물의 관리요령, 1999).

국내 건설폐기물의 자원화는 가정에서 나오는 일반 폐기물이나 다른 사업장에서 발생되는 산업폐기물에 비하여 아직까지는 사회적인 관심이 부족하며, 선별 처리 및 재활용기술의 개발, 보급이 잘 되지 않는 등 폐기물 처리체계가 전반적으로 미흡한 상태이다(정명채, 2000). 한편, 폐콘크리트는 토사, 아스팔트 및 벽돌 등과 같이 건설폐기물에 속하며, 이것은 지자체에서 지정한 건설폐기물 전문 수집촵운반업체 또는 중간처리업체의 적환장으로 반입되어 파쇄촵선별과정을 통해 재생골재, 토사, 미분, 철근, 폐목재 그리고 잡쓰레기로 구분된 후 재생골재와 토사는 유촵무상으로 판매되어 건설현장에서 성토용, 복구용 등으로 처리되고 철근과 목재는 제철회사 또는 제지회사에 판매되어 가공촵재생된다. 그리고 잡쓰레기는 매립장에 반입되어 처분되거나 소각되고 있다(이진용, 1998).

건설폐기물의 재활용 용도는 다음과 같다(정명채, 2000).

● 건축, 토목공사 등 건설공사의 성토재

● 보수공사용

● 도로기층재, 보조기층재

● 포장타르, 아스팔트 혼합용, 도로포장용 아스팔트

● 유화아스팔트

● 파쇄 골재이용

● 건축, 토목공사 자재이용 등

1)재생골재를 사용한 콘크리트

최근에 건설분야의 산업폐기물 처분이 환경보호 및 자원절약 차원에서 새로운 문제로 부각되고 있다. 특히, 건축적·구조적 수명이 다한 콘크리트 구조물의 해체시 발생하는 막대한 양의 폐콘크리트 처분은 처분장 부족 및 처분비의 증가로 애로사항이 많다.

기존의 폐콘크리트 처리는 단순히 대지조성재, 기초 매립재, 노반재, 아스팔트 혼합재로 이용하는 것이 대부분이 었으나 최근에는 폐콘크리트에서 분리 수거한 조골재, 세골재, 콘크리트 가루를 다시 콘크리트 구조물에 사용하는 방안이 연구되고 있다. 본 고에서는 이러한 폐콘크리트의 처리 및 골재 재활용 방안에 대한 일본의 연구동향을 소개한다.

일본에서는 건축업협회에서 1978년 제시한 [재생골재 및 재생콘크리트 사용기준(안)]을 필두로 건설성 건축연구소가 [재생골재의 품질기준(안)], {재생골재를 사용한 콘크리트 사용기준(안)], [공동 콘크리트 블록용 재생골재의 품질기준(안)]을 작성하여 재생골재의 활용 지침서로 제시하고 있다.

재생골재는 시멘트 수화물 가루가 다량 포함되어 있어 흡수율이 높다. 따라서 재생 콘크리트는 보통 콘크리트에 비해 ①필요수첷이 많고, ②굳을 때 건조수축이 크며, ③굳은후의 강도 및 탄성율이 낮고, ④동결융해가 반복되면 강도가 낮아지기 쉽다는 단점이 있다. 그러나  재생골재를 보통골재에 소량만을 혼합하거나 보통골재와 동등의 품질로 개선하면 일반구조용 콘크리트에 이용할 수 있다.

*재생골재를 사용한 재생골재는 품질상의 제약으로 구조용 재료로 이용하는데 어려움이 많이 따른다.

우선 폐콘크리트로 만든 재생골재는 원골재에 시매??트 페이스트나 모르터가 부착되어 있어 천연골재에 비하여 흡수율이 5배 이상 높기 때문에 콘크리트 배합시 수분 조절이 어려우며, 동해에 취약한 환경에 노출되어 있을 경우 내구성이 나쁘므로 구조물의 수명을 단축시킬 수 있는 요인이 될 수 있다. 또한 재생골재의 표면은 거칠기 때문에 배합시 워커빌리티가 떨어지는 등 시공성 측면에서 불리할 수가 있다.

기존의 연구에서는 플라이애쉬나 고유동화제를 혼합하여 공극률을 줄일 뿐만 아니라 플라이애쉬의 볼베어링 작용과 혼화제의 유동성을 이용하여 시공성을 개선하고 있으나 국내에서 생산되는 플라이애쉬의 품질이 지역마다 일정하지 않으므로 배합할 때마다 전문가의 검토가 필요하며 시공 후에도 엄격한 품질관리가 이루어져야하는 번거로움이 따른다.

이러한 문제는 원골재에 붙어 있는 페이스트나 모르터를 파쇄작업 과정을 추가하여 부착물이 적은 재생골재를 생산하거나 코팅처리를 하여 흡수율을 줄여 고품질을 꾀할 수 있으며, 혼화제 중 AE감수제를 사용하면 워커빌리티뿐만 아니라 성형성을 좋게 하므로 시공성과 내구성을 동시에 좋게 할 수가 있다.

국내에서 재생골재를 이용한 실험 보고서는 몇차례 제출 되었으나, 구조용 재료로 사용하기 위한 체계적인 실험을 실행한 경우는 거의 없다. 따라서 본 실험의 연구에서는 아애의 1,2단계를 통하여 재생골재를 구조용 재료로 사용 가능한 콘크리트 배합 및 물성에 관한 기초자료를 정립하고 3단계에서는 재생고재를 사용하여 구조물을 제작하고 거동해석 실험을 실시하여 실제 현장에서 적용 가능한 콘크리트를 제좋기 위한 기술을 개발한다.

2)콘크리트와 유기성 폐기물을 원료로 한       대체농토의 생산과 그 이용

초록

매립지의 재자연화와 조경을 위한 토양을 폐기물을 원료로 하여 생산하기 위해서 폐 콘크리트에 여러 가지 유기성 폐기물을 혼합하였다.  이 혼합물이 식물의 성장토로 사용될 수 있는 지의 여부를 알기 위해서 혼합물의 고형물과 침출수에 함유된 물질을 폐기물학회에서 규정한 항목에 따라서 분석, 평가하였고, 이 혼합물에 식물실험을 하여서 수확량을 측정하였다.  실험의 결과 이 혼합물은 매립지의 재자연화를 위한 최종복토 용으로, 경우에 따라서는 공원이나 정원의 조경용으로 사용될 수 있고, 폐 콘크리트 85 %, 하수슬러지 10 % 그리고 제지슬러지 5 %의 혼합물이 가장 효과적이었다.

I  서 론

1994년도부터 폐기물순환관리법이 시행됨에 따라 폐기물의 재활용이 의무화되었고, 2005년부터는 유기성 폐기물의 매립이 금지되기 때문에 이들의 다른 처리　방법이 강구되어져야 한다２또한, 폐기물관리법에서는 매립이 완료된 후 매립지표면을 1 m 층의 경작토로 덮고 여기에 식물 층을 형성해야 하도록 정했기 때문에 이를 위하여 많은 양의 농토가 필요하지만  농토의 양이 부족할 뿐 더러, 가격도 무척 높아서 어려움이 뒤따른다.  이렇게 폐기물의 재활용과 농토의 부족이라는 두 가지 문제를 동시에 해결하기 위하여 최근　그　발생량이　급격히　증가하고　있는　폐 콘크리트에 유기성　폐기물을　혼합하여　농토로　사용하려는　방안이 대두 되었고０따라서 이 가능성의 여부를 알아　보기　위한 연구가 필요하게 되었다.

재자연화에 사용되는 농토는 가능한 한　빨리 식물이　싹이　터서　성장하고, 풍부한 뿌리를 형성할　수　있을 있도록 충분한 영양분과 수분을 공급해야 한다.  그리고,  식물의 뿌리 층과　토양이　많은 수분을　보유하기 위해서는 토양의　구조가　견실하고　함수성０투수성０통풍성이　좋아야　한다２　이것은 매립지의　재자연화를　위한　최종복토층의 경우,　 토양이　빗물에　침식되지　않을 뿐더러, 강수로 인한 침출수의 발생을 억제 시키는　효과도　있다 (1).  그리고, 재자연화에 사용되는 토양이  폐기물을 원료로 하여 생산되었을 경우에는 유해물질이 생태계에　해를 끼칠 만큼의 양 이상으로 포함되어 있지 않아야 한다２ 폐기물을 원료로 하여 생산된 토양이 농토로 사용되기에는 여러 가지 조건이 있다.  그러나, 폐 콘크리트가 단일로서는 이러한 조건에  부합되기  어렵고,  여기에 유기성 폐기물이 첨가되었을 때,  이들이 서로 반응하여 무기１유기 복합체를 형성하면서 새로운 특성을 나타내게 된다. 　본 연구에서는 건설폐기물과  유기성 폐기물의 복합체가 형성한 새로운 특성이  농토로　적합한가의　여부를 폐기물학회(Laenderarbeitsgemeinschaft Abfall) 의 규정에 의하여 알아보았다.  폐기물학회에서는 무기, 유기성 폐기물을 원료로 하여 생산된 토양을 평가하기 위한 검사항목과 이의 결과에 따른 등급을 정하였다.  검사항목은 고형물과 침출수로 구분되어 있고, 이들의 평가를 위한 6 개의 등급 (Z0, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 ) 중, Z0은 자연의 토양과 같은 용도로, Z1는 공원이나 정원 등의 조경용으로, Z2는 지하수보호층이 설치된 시설, 즉, 폐기물매립지의 최종복토용으로 사용될 수 있다. 그 이하의 등급에 해당되면 매립을 해야 한다. 다음의 표 1에 폐기물학회에서 규정한 검사항목과 기준치가 나타나 있다

[Table 1] A kind and limited of hazardous material determined in waste society of Germany.

Items	Solid experiment					Leachated experiment
	단위	Z 0	Z 1.1	Z 1.2	Z 2	단위	Z 0	Z 1.1	Z 1.2	Z 2
pH		5.5	5.5-8	5-9			6.5-9	6.5-9	6-12	5.5-12
EC						mS/cm	0.5	0.5	1	1.5
As	mg/kg	20	30	50	150	mg/l	0.01	0.01	0.01	0.06
Cd	mg/kg	0.6	1	3	10	mg/l	0.002	0.002	0.005	0.01
Cr	mg/kg	50	100	200	600	mg/l	0.015	0.03	0.075	0.15
Cu	mg/kg	40	100	200	600	mg/l	0.05	0.05	0.15	0.3
Hg	mg/kg	0.3	1	3	10	mg/l	0.0002	0.0002	0.001	0.002
Ni	mg/kg	40	100	200	600	mg/l	0.04	0.05	0.1	0.2
Pb	mg/kg	100	200	300	1,000	mg/l	0.02	0.04	0.1	0.2
TI	mg/kg	0.5	1	3	10	mg/l	0.001	0.001	0.003	0.005
Zn	mg/kg	120	300	500	1,000	mg/l	0.1	0.1	0.3	0.6
CN	mg/kg	1	10	30	100	mg/l	0.01	0.01	0.05	0.1
EOX	mg/kg	1	3	10	15
IR-KW	mg/kg	100	300	500	1,000
LH-KW	mg/kg		1	3	5
BTEX	mg/kg		1	3	5
PAＬ	mg/kg	1	5	15	20
PCB	mg/kg	0.02	0.1	0.5	1
Phenol						mg/l	0.01	0.01	0.05	0.1
Chloride						mg/l	10	10	20	30
Sulfide						mg/l	50	50	100	150

EOX    : extractable organic halogens )

IR-KW  : Infrared Hydrocarbon ( 총탄화수소 )

LH-KW : lightly volatile halogenated hydrocargons

BTEX  ( Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol)

2.  실험

2.1  사용된 폐기물

실험에 사용된 유기성 폐기물은 발생량은 많지만 재활용률이 낮아서 많은 양이 매립되는 점을 고려하여서  연간 60 Mio. m3 발생되지만 약 6분의 1만이 재활용되고 있는 도시하수슬러지와 (3) 제지공장슬러지, 그리고,  토양구조를 견고히 하기 위해서 목재소의  부산물인 톱밥과 대패밥이 사용되었다.

폐콘크리트의 주요 구성 물질은  모래０자갈, 석회이다.  폐콘크리트의 크기와 모양은 무척이나 다양하지만, 농토로 사용되기　위하여　크기나 성질 등에 관하여 특별히 규정된 것은 없다.  따라서, 도로의 지반재로 사용하기 위해서  분리된  건설폐기물을 사용하는데０이를　공급하는　건설폐기물 리사이클링회사로부터　환경에　무해하다는　증명서를　발급받아야　한다２영양물질로서 폐콘크리트에는  칼슘의 함량이 현저하게 많고 (4,96 % 건조중량), 칼륨의 함량 (32,4 mg/100g) 도 매우 높다 ( 4 ).

도시하수슬러지는 95% 이상의 유기물질과 약간의 모래를 비롯한 미네랄 성분을 포함하고 있다. 하수슬러지에도 상당량의 영양분이 포함되어 있는 데,  CaO (369 kg/5t 건조중량) 과 N (192 kg/5t 건조중량) ０ P2O5 (182kg/5T건조중량) 의 함량이 주목할 만하다 ( 5 ).  폐지는 90% 정도의 유기물을 함유하고, 포장용 목재와 전선용 드럼 등 폐목재의 경우에는  99 % 가 유기물이며,  제지슬러지는 폐지에,  목재소의 부산물은 폐목재에 유기물의 함량을 준할 수 있다 ( 6 ).

2.2　혼합물의　조제

폐콘크리트과 유기성 폐기물의 종류와 양을 달리 하여서, 10 종류의 혼합물을 만들어 각각　９개의　화분，4,5 리터－에 채우고, 지붕과 벽이 쇠격자로 된 실험장에서　식물 (겨자와 Rotschwingel : 풀의 한 종류) 을 재배하였다２ 강수가 스며들었고, 혼합물의 수분상태에 따라 수도물을 첨가하였다２ 혼합물의 구성물질과 성분비는 표　2와 같다.

[Table 2]  The mixture and component used in experiment

(혼합물과 구성물질을 실험에세 사용하였다)

	Concrete Waste	Sewage Sludge	Paper Sludge	Wood Waste
Soil 1	70	30
Soil 2	70		30
Soil 3	70			30
Soil 4	70	20		10
Soil 5	70	20	10
Soil 6	85	15
Soil 7	85		15
Soil 8	85			15
Soil 9	85	10		5
Soil 10	85	10	5

2.3  실험방법

각 폐기물의 함유물질의 농도를 고형물과 침출수로 구분하여 개별적으로 조사하였다. 혼합물에 있어서도  고형물의 함유물질의 분석을 위하여, 혼합초기와　약　＝개월 후에 각각 1 kg 씩의 토양체시료가 채취되었고,  침출수 실험을 위하여는 혼합하고 약 2개월후와 11개월 후에 각각 1 liter 의 침출수가 채취되었다.  이 시료들로부터 폐기물학회의 규정에 따라　유해물질의　함유량이　조사되었다.  식물실험을 위해서는 겨자가 2개월간 재배되었고, 겨자를 수확한 후에는 Rotschwingel 을 약 4개월간 재배하였다.  이 수확량으로부터 생물량과 건물량이 측정되었다.

3.  실험 결과  및 고찰

3.1　폐기물

3.1.1  pH 값과 전기전도도

고형물의 pH 는 4.6 에서 10.6 사이의 분포이고 예상했던 대로 폐콘크리트의 pH 가  가장 높았고, 최저치는 제지슬러지에서 나타났다.  침출수의 pH 의 범위는 6.3 에서 8.1 로 고형물의 범위보다 좁았다. 제지슬러지의 경우, 침출수의 pH 가 고형물의 pH 보다 월등히 높았다 (그림 1).

목재소부산물을 제외하고는 전기전도도가 무척 높은 데, 하수슬러지의 경우, 11.330 mS/cm 로 사용된 폐기물 중에서 가장 높았다.  폐기물의 pH 값은 그림 1, 전기전도도의 값은 그림 2와 같다.

[그림1]폐기물의고형물과침출수의pH값

[그림 2]  폐기물의 전기전도도

3.1.2  영양물질

식물의 성장에 필요한 영양물질은 고형물과 침출수에 따라서 차이가 있는 데, 고형물의 경우 폐콘트리트에는 칼륨, 마그네슘과 칼슘이 다른 폐기물에 비해서 많이 포함되어 있고, 하수슬러지에는 인과 칼슘의 함유량이 많다. 침출수의 경우에는 폐콘크리트에 질소와 칼륨이, 하수슬러지에는 질소와 인이 많이 포함되어 있다.  그러나, 목재소부산물에는 아주 소량의 영양물질이 포함되어 있다. 다음의 표 3은  폐기물의 고형물에 함유된 영양물질을, 표 4 는 폐기물침출수에 함유된 영양물질의 종류와 양을 나타내 준다.

[Table 3]  Nutrious substance contained in solid waste(mg/kg)

	Concrete Waste	Sewage Sludge	Paper Sludge	Wood Waste
P	424.5	4,972	3,354	309.4
K	1,921	180	117	346
Mg	4,150	796	446	182
Ca	56,400	81,400	1,230	949

[Table 4]  Nutrious substance contained in Leachate waste(mg/l)

	Concrete Waste	Sewage Sludge	Paper Sludge	Wood Waste
P	424.5	4,972	3,354	309.4
K	1,921	180	117	346
Mg	4,150	796	446	182
Ca	56,400	81,400	1,230	949

3.1.3  유해물질

폐기물의 고형물에 포함되어 있는 유해물질로서는 하수슬러지의 경우,　구리와　아연의　함량이 약간　높은 편이고０탄화수소도　11,000 mg/kg으로　많이　함유되어 있다.　제지슬러지의　경우 EOX와　탄화수소의　함량이　높게　측정되었다. 표 5 는 폐기물 고형물의 실험결과를 보여준다２

[Table 5] Toxic Substance in soil waste (mg/kg)

Item	Concrete Waste	Sewage Sludge	Paper Sludge	Wood Waste
As	4	1.7	0.74	0.11
Cd	0.113	0.932	0.333	0.085
Cr	13.9	11.6	47	0.85
Cu	10.4	257	5.2
Hg	0.05	1.08	0.11	0.1
Ni	8.26	19.1	6.29	0.85
Pb	18.2	33.3	6.23	1.4
Tl	0.5	0.5	0.5	0.5
Zn	62.3	609	31	13.6
CN	0.10	0.10	0.54	0.10
EOX	1.0	1.3	10.9	1.0
BTEX	0.06	0.06	0.06	0.13
LHKW	0.02	0.02	0.02	0.04
PAＬ	4.3	0.5	0.5	0.5
PCB	0.01	0.02	0.01	0.01
HC	120	11,000	430	52

폐기물침출수의 분석 결과에 의하면, 폐콘크리트의 경우 염화물０황산염이 많이 함유되어 있고, 크롬０구리０니켈０시안화물의　함량도　약간　높은　편이다.　도시하수슬러지의　경우에는 황산염, 니켈과　아연０　시안화물０페놀의　함량이　약간　높다２ 제지슬러지에 있어서는　하수슬러지와　마찬가지로　니켈０　아연０　페놀의　농도와  산화칼륨의　함량이　약간　높은　편이다２목재소부산물의　경우０아연과　페놀의　함량이　조금　높게 나타났다 (표 6)２

[Table 6] Toxic Substance in Leachate waste

Item	Concrete Waste	Sewage Sludge	Paper Sludge	Wood Waste
Chloride compound	482	7	12	60
Sulfide compound	814	366	158	129
As	0.0054	0.0027	0.0025	0.0025
Cd	0.0020	0.0020	0.0020	0.0020
Cr	0.143	0.025	0.025	0.025
Cu	0.276	0.089	0.041	0.009
Hg	0.001	0.001	0.001	0.001
Ni	0.324	0.427	0.337	0.065
Pb	0.040	0.040	0.040	0.042
Tl	0.003	0.003	0.003	0.003
Zn	0.054	0.109	0.175	0.551
cyan compound	0.67	0.12	0.01	0.010
Phenol	0.03	22	0.18	0.15

3.2.  혼합물

3.2.1  pH 값과 전기전도도

혼합초기의 고형물의pH  값의 범위는 8에서 10 까지로 강산성을 띠었으나, 9 개월 후의 pH 값은 7.4 에서 7.9 사이로 내려갔다. 침출수에 있어서는 2차 분석에서 대부분의 토양의 pH 값이 상승되었는 데, 이것은 그 동안에 토양내의 염기성 이온이 용해되어 침출수로 빠져나갔음을 보여 준다.  모든 토양의 고형물과 침출수의 pH 값이 폐기물학회에서 규정한 등급Z0 에 해당한다. 다음 그림 3은 토양고형물의 pH  값의 변화를, 그림 4는 토양침출수의 pH 값의 변화를 보여 준다.

전기전도도에 있어서는 모든 토양이 폐기물학회 규정의 등급Z1 에서 Z 2 의 범위에 드는 데, 1차때의 높은 농도에 비교해서 많이 감소되었고, 앞으로도 계속 감소될 전망이다 (그림 5).

[그림 3] 토양고형물의 pH값

[그림 4]  토양침출수의 pH 값

[그림 5]  토양침출수의 전기전도도

3.2.2 영양물질

고형물의 영양물질에 있어서는 칼슘의 함량이 전토양에 걸쳐서 전반적으로 높게 측정되었다.  인의 함량은 하수슬러지가 포함되지 않은 토양 2 와 3, 토양 7 과 8 에서 매우 낮았으나, 토양 1에서는 많은 양이 나타났다 (표 7) .  침출수에 있어서는 토양 4, 6, 9 에서 질소가 많이 용해되었음을 볼 수가 있다 (표 8).

[표 7]  토양고형물내의 영양물질 (단위 mg/kg)

	P	K	Mg	Ca
토양1	2,650	1,050	3,690	73,300
토양2	537.4	1,040	3,460	41,100
토양3	362.4	1,010	3,370	43,000
토양4	1,536	1,280	3,980	78,400
토양5	1,736	1,290	3,780	48,400
토양6	1,380	1,250	4,410	63,900
토양7	423.3	1,170	3,650	48,800
토양8	364.2	1,106	3,130	47,200
토양9	1,182	1,230	4,080	65,300
토양10	1,100	1,700	3,880	53,600

[표 8] 토양침출수내의 영양물질 (단위 mg/kg)

	NO3-H	NH4-H	P2O5	K2O
토양 1	44.5	0.27	2.59	59.2
토양 2	0.01	0.02	3.3	69.3
토양 3	0.12	0.26	2.98	119
토양 4	8.72	101.3	9.94	147
토양 5	1.08	29.2	9.12	109
토양 6	221.7	19.9	5.13	149
토양 7	0.26	0.03	3.39	105
토양 8	46.9	0.57	0.53	164
토양 9	147.7	37.3	4.14	207
토양 10	221	10.8	4.7	110

3.2.3 중금속

토양고형물의 실험결과 토양 1, 2, 3, 7 과 10은 폐기물학회 규정의 Z1 에 해당하고, 토양 4, 5, 6, 8과 9는 Z2에 해당한다.  침출수 분석에 있어서는 염분의 함량과 관련있는 전기전도도와 황화물의 값이 높은 데, 실험결과 이들의 함량은 급격히 감소했다.  따라서, 이 함량이 단기간내에 줄어들 것으로 예상하여서, 이들을 제외하고 평가한다면, 토양 4, 6 과 7 이 폐기물학회의 등급 Z0 에 해당하고, 토양 3, 5, 8, 9 그리고 10은 등급 Z1 에 해당한다. 토양실험의 결과는 표 9 와 10에 나타나 있다.

[Table 9] Toxic compound contain in Solid soil (mg/kg)

Item	soil 1	soil 2	soil 3	soil 4	soil 5	soil 6	soil 7	soil 8	soil 9	soil 10
As	5.7	3.1	1.7	3	2.4	3.3	2.9	52.6	3.1	3.1
Cd	0.271	0.135	0.101	0.238	0.203	0.135	0.102	0.101	0.135	0.135
Cr	17.2	17.5	14.2	15.8	16.4	15.6	16	159	14.8	13.3
Cu	61.4	10.6	8.27	37.7	39.3	29.2	9.4	9.48	20.8	20.9
Ni	12.3	11.4	8.87	11	11	10.2	10.2	10.2	10.4	8.56
Hg	0.23	0.05	0.07	0.17	0.16	0.14	0.04	0.05	0.09	0.08
Pb	24.4	16.3	13.9	19.1	21.1	17.9	17.1	14.6	17.5	15
Zn	169	57.5	57	126	118	116	54.4	2.3	95	75.2
CN	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10
HC	260	120	81	240	210	210	79	38	130	100
PAH	2.5	2.3	2.3	3	2.4	2.6	2.1	4.7	3.8	3.4
EOX	1.0	1.0	1.43	4.23	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
BTEX	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
LHKW	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02
PCB	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.03	0.02	0.02	0.05	0.03

[Table 10] Toxic compound contain in Leachate soil (mg/l)

Item	soil 1	soil 2	soil 3	soil 4	soil 5	soil 6	soil 7	soil 8	soil 9	soil 10
As	0.0083	0.004	0.0042	0.0078	0.0075	0.0077	0.0025	0.0028	0.0134	0.0078
Cd	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002
Cr	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025
Cu	0.046	0.0075	0.0075	0.017	0.046	0.017	0.008	0.0075	0.016	0.013
Ni	0.057	0.044	0.025	0.033	0.066	0.029	0.025	0.025	0.028	0.032
Hg	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001
Tl	0.057	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001
Zn	0.025	0.025	0.025	0.025	0.03	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025
CN	0.010	0.010	0.010	0.010	0.010	0.010	0.010	0.010	0.010	0.010
Phenol	0.010	0.010	0.010	0.010	0.02	0.010	0.010	0.02	0.02	0.02
Chloride	7	22	18	7	7	7	7	10	7	7
Sulfide	1,046	995	340	302	688	838	482	198	642	786

3.3   식물 실험

식물 실험에서는 생물량과 건조량이 측정되었다.  두 가지 식물 모두에 있어서 하수슬럿지가 혼합되지 않은 토양 2 , 3 과 7, 8 에서는 거의 자라지 않았다.  이들의 수확량을 상, 중, 하의 3등급으로 구분하여 나타낸 표 11에서 보다시피 하위권에 속하지 않는 토양은 1, 5, 6 과 10 이었다.

[Table 11] Harvest weight of Mustard and Rotschwingel

	Biomass			Dry weight
	Weight	Mustard	Rotschwingel	Weight	Mustard	Rotschwingel
up	70g 이상	6, 9	1, 5	10 g 이상	1, 6, 9	1, 5, 10
middle	40 g- 70 g	1, 4, 5, 10	6, 10	5 g -10 g	4, 5, 10	4, 6, 9
under	40 g 미만	2, 3, 7, 8	2, 3, 4,7,8,9	5 g 미만	2, 3, 7, 8	2, 3, 7, 8

*겨자와 Rotschwingel 아래칸의 숫자는 토양번호임

4.  결론

본 연구는 폐콘크리트와 유기성폐기물을 혼합하여서, 이 혼합물이 농토로 사용될 수 있는 지의 여부를 평가하였다.  이 혼합물은 폐기물학회에서 규정한 검사항목과 등급에 따라서  평가되는 데, 폐기물학회의 설명에 의하면, 폐기물을 원료로 한 농토의 평가는 실험 결과를 토대로 하여 여러 가지로 할 수가 있다.  즉, 해당지역의 수문학적인 관계와 용도에 따라서 달리 평가할 수가 있고,  각각의 검사항목이 학회가 규정한 기준치를 초과할 지라도 공공복지에 해를 끼치지 않는다는 증명이 있을 때, 예외가 될 수 있다.  고형물실험, 침출수실험, 식물 실험의 결과에 이러한 해석을 고려하여 평가했을 때 다음과 같은 결론을 얻을 수가 있었다.

1. 고형물의 실험결과 폐기물을 원료로 하여 생산된 토양은 매립지의 재자연화를 위한 최종복토용으로 사용할 수 있다.

2. 침출수의 실험결과, 시간이 지남에 따라서 전기전도도의 값이 급격히 감소했다.  그러므로, 일정 기간이 지나서   전기전도도의 값이 폐기물학회의 기준치 이하로 저하될 경우, 매립지의 최종복토층은 물론 공원과 정원등의 조경용으로 사용할 수 있다.

3. 양의 고형물, 침출수 실험 그리고 식물실험을 종합적으로 평가 했을 때, 85 % 폐콘크리트, 10% 하수슬러지,  5 % 제지슬러지로 혼합된 토양 10이 가장 좋은 효과를 가져왔다.

실험의 결과에서, 각각의 폐기물로는 농토로 부적당했으나, 혼합됨으로서  식물의 성장토로 적합하게 변화하였음을 알 수가 있다.  대체 농토를 생산할 때, 자연의 토양을 여기에 무기물의 일부로서 혼합한다면, 더 양질의 농토를 얻을 수 있고,  초식동물이 섭취할 수 있는 식물을 재배할 수도 있다.  이렇게  폐기물을 원료로 하여 생산된 대체농토는 도시계획이나 매립지 등을 재자연화 할 때, 저렴한 값으로 공급되고, 한편으로는 폐기물의 발생 저감에 이바지 한다.

5. 미국의 건설 폐기물 재활용

Buck(미 육군 공병단 미시시피 연구소)는 콘크리트 재활용 가능성에 과한 실험 논문을 1973년 Highway Research Record에 발표하였다. 그는 불순물이 섞이지 않은 폐콘크리트를 골재 크기로 파쇄 하여 콘크리트용 골재로 사용하였으며, 이 재활용된 콘크리트의 성질을 일반 콘크리트와 비교하였다. Buck는 계속된 그의 연구(1977)에서 재생 콘크리트가 일반 콘크리트보다 같은 물-시멘트 비와 슬럼프에서 낮은 항복 강도와 높은 흡수율을 가지며, 반면에 더 높은 동결 저항성을 보인다는 것을 발표하였다. 그는 이 연구에서 러시아의 Gluzhge의 보고서의 내용을 소개하였는데 그 중 중요한 일부를 보면 다음과 같다.

(1)재생 잔골재의 사용은 시멘트 사용 비율을 크게 증가시킨다.

(2)재생 콘크리트의 압축강도는 일반 콘크리트보다 낮다.

(3)파쇄 콘크리트를 포화되지 않을 정도 적셔서 사용하면 시멘트 비율을 줄일 수 있다.

(4)같은 압축강도에서 재생 콘크리트의 휨 강도가 더 높다.

같은 해 MIT의 Frondistou-Yannas(1977)는 폐콘크리트 재활용의 경제성에 관한 연구를 Itoh와 함께 발표하였다. 여기서 그들은 대부분 대도시 지역에서 15마일 이내의 천연 골재 자원은 고갈되어 가고 있으며 폐콘크리트의 재활용에 의한 재생골재 생산비는 $2/ton 임에 비하여 천연골재의 구입 비는 $3.3/ton 으로 더 높다고 하였다. 또한 그는 굵은골재를 콘크리트 파쇄석으로 대치한 재생 콘크리트의 역학적 성질을 규명한 연구에서 몰탈과 재생골재의 부착력이 일반 콘크리트보다 55-88 % 감소되며, 압축강도는 일반 콘크리트 강도의 76 % 내지 그 이상 그리고 탄성계수는 일반 콘크리트의 60-100 % 정도임을 보여 주었다.

Ray(1978)는 국제 공군 pavement 학회에서 Portland 시멘트 콘크리트 재활용에 관한 각종 사례들을 기술하고 있다. 그 중 한가지는 Washinton D.C. 에서는 2군데의 재활용 플랜트가 설립되었으며 지하철 공사에서 나오는 폐콘크리트를 장거리 운송하여 폐기하는 것보다 이곳에서 재활용 할 수 있도록 덤프하는 것이 경제적이었다는 사례 등을 소개하고 있다. D-균열이 많이 나타난 콘크리트 포장을 재활용한 사업이 1980년 Minesota 주 교통국에 의해서 최초로 시행되었다. 대상은 1955년 건설된 이 주 남부 US-25 도로 16 마일 이었으며, 이 도로는 D-균열에 취약한 석회석 골재를 주로 사용하여 건설되어 많은 D-균열이 나타나 있었다. 그들은 이 포장 콘크리트를 파쇄 하여 재생 굵은골재는 새로 건설되는 포장의 굵은골재로, 그리고 #4번 체 통과 분은 기존 기층의 안정 처리 재료로 사용하였다. 그들은 Fly Ash를 유동하제로 사용하여 수분의 소요량을 줄였다.

미국의 연방도로국은 1980년대 초 중반 포틀랜드 시멘트 콘크리트 포장의 재활용 시범사업(Demonstration Project Program : DP # 47)을 시행하였다. 이 프로젝트는 미국의 Wyoming 주 등 10여개 주가 참여하여 1980년대 중반 성공적으로 끝났다. 연방도로국 소속의 Forster(1986)는 논문을 통하여 비록 재생 콘크리트가 일반 콘크리트보다 성질상 다소 다르기는 하지만 충분한 실험을 통하여 내구성 있고 강한 콘크리트를 제조할 수 있음을 시사하였다.

미국 콘크리트 포장 협회의 Yrajanson(1989)은 그의 보고서에서 콘크리트 포장이 재건설될 때는 언제나 기존 콘크리트의 재활용을 고려해야 하며 이것이 폐기물 처리에 따른 환경적 문제와 골재 구입비를 줄이는 경제적 문제의 해답이 될 수 있다고 하였다. 그는 또한 파쇄 콘크리트를 재생 굵은골재로 사용할 때는 배합에나 Workability에 큰 문제가 없으나 재생 잔골재를 사용 비율이 30 % 가 넘지 않도록 제한할 것을 제시했다. 따라서 잔골재를 모두 천연 잔골재로 사용하거나 제한된 양의 잔골재를 사용할 경우 재생 콘크리트의 강도는 일반 콘크리트의 강도와 유사하다고 하였다.

미국에서는 Pollution Prevention Act(1990)와 폐기물행동지침(Agenda for Action)을 통하여 발생억제와 재활용을 추진 중에 있고, 모든 50개 주에서 재활용법을 제정함과 동시에 처리장에서 처리 및 처분을 금하는 종목을 확대해 가고 있다(신희덕, 1993). Florida 대학의 Kibert(1994)는 미국에서의 콘크리트/벽돌 재활용 과정을 소개하는 논문에서 미국의 재활용 사업은 아직 어떤 국가적인 규정이 정해져 있지 않은 상태이며 주로 환경 영향적으로 타당할 때 행하여진다고 하였다.

참고문헌

1. www.yahoo.co.kr

2. www. empas.co.kr

3. 한국유기성폐자원학회