This research evaluated the feasibility of three different disposal options such as landfill, constructive reuse, and ocean disposal for the solidified materials containing synthetic heavy metal sludges - Cu and Cr. Three factors of binder/sludge (B/S) ratio, fly ash/binder (F/B) ratio, and sodium silicate/sludge (Si/S) ratio, were investigated in terms of physical and leaching properties. Considering the actual disposal environment, three different leachants, namely, acidic water, distilled water, and sea water were used in 24-hr extraction and dynamic leach test.
Due to the cement hydration inhibition of Cu sludge, the physical properties of solidified materials were significantly affected while negligible effect was observed in Cr sludge. Leaching characteristics depended mainly on the type of leachant, and heavy metal concentrations leached in 24-hr extraction were well matched with their solubility. Fly ash addition was to deteriorate the overall properties of solidified materials, but use of sodium silicate solution had no significant effect. A leachability comparison indicated that acidic water is the most aggressive toward leaching the solidified matrices and distilled water is slightly more aggressive than sea water.
During dynamic leaching periods, almost matrix constituents of solidified materials leached out under acidic water indicating that leaching mechanisms were controlled by matrix decompositions rather than by bulk diffusions. Under distilled water and seawater, dynamic leaching of solidified haevy metal sludges seemed to be controlled by bulk diffusions. Leachate alkalinity under seawater decreased less than leachant alkalinity, which would be caused due to carbonate influx and magnesium hydroxide formation onto solidified matrices.
Results of triplicate tests and statistical analysis indicated that B/S ratio had he greatest effect on physical properties while the type of leachant on leaching properties. Multiple linear regression was performed to estimate the value of several properties in the linearized form. Mixture design optimization using linear programming was attempted for the economic comparison of ultimate disposal options. As a result, the ocean disposal as well as constructive reuse were estimated as the challengeable disposal alternatives for the solidified heavy metal sludge.
본 연구에서는 유해한 중금속를 안전하게 처분하기 위한 시멘트 고형화 공정과 고화체의 최종처분방안에 대하여 실험적으로 연구하였다. 시멘트, 플라이애쉬, 용해성 실리케이트를 고화재료로 사용하여 구리 및 크롬을 함유한 슬러지를 고화시키기 위해 배합비를 3수준으로 변화시킨 요인실험법을 이용하였으며 14일간 양생된 고화체의 물리적 특성, 회분식 용출특성, 그리고 동적용출특성을 시험분석하였다. 또한 고화체의 최종처분방안으로 매립, 건설자재로의 재활용, 그리고 해양처분을 선정하여 용출시험시 약산성 용액, 증류수, 해수를 용출액으로 각각 사용하였다.
실험결과 시멘트 수화반응에 대한 구리슬러지의 방해작용이 관찰되었으며, 또한 고화재료로서 플라이애쉬의 첨가는 고화체 특성의 악화를 초래하였다. 고화체의 용출특성은 사용한 용출액에 크게 좌우되었으며, 용출액의 고화체에 대한 침식강도는 약산성 용액, 증류수, 해수의 순으로 작게 나타났다. 특히 회분식 용출시험에서 용출된 중금속 농도는 이론적인 용해도와 밀접한 관계가 있었다. 또한 동적용출시험을 통해 약산성 용액에서는 고화체 침식반응, 증류수에서는 확산반응, 그리고 해수상태에서는 확산반응 및 침전물 형성반응이 주요한 용출작용임을 알 수 있었다.
중금속 슬러지를 함유한 고화체 특성에 영향을 미치는 인자들을 분산 분석 및 상관분석을 이용하여 평가하였으며, 다중선형회귀분석을 이용하여 영향인자와 고화체의 물리화학적 특성과의 관계를 정량화 하였다. 또한 선형화된 회귀분석식을 선형계획기법에 적용하여 고화체 처분방식에 따른 최적 배합비를 결정하여 비교하였다. 그 결과 해양처분 및 건설자재로의 재활용 방안이 가능성 있는 대안임을 알 수 있었다.
