생콘크리이트 등의 세정잔사 재이용법 및 그 장치

생콘크리이트 등의 세정잔사 재이용법 및 그 장치

제1도는 본 발명 생콘크리이트 등의 세정잔사재이용법을 설명하기 위한 블록도.

제2도는 그 재이용장치의 개략도.

제3도는 본 발명 실시예의 생콘크리이트 등의 세정잔사재이용장치의 구성도.

제4도는 그 농축기의 주요부 확대단면도.

제5도는 시멘트의 미수화율측정방법을 설명하기 위한 블록도.

제6도는 시멘트의 미수화율측정 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 농축기 12 : 농축전의 시멘트슬러지

20 : 농축슬러지저장탱크 30 : 시멘트미수화율측정기

40 : 슬러지계량기 49 : 농축슬러지

60 : 미분쇄기 67 : 분쇄슬러지

70 : 분쇄슬러지저장탱크 76 : 시험관

77 : 기대 82 : 광센서

82a : 발광기 82b : 수광기

86 : 스테핑모우터(센서구동장치) 91 : 마이크로컴퓨터(제어장치)

94 : 메모리 96 : 액정표지패널(기록표지기)

97 : 프린터(기록표시기)

본 발명은, 콘크리이트혼합공장에서 운반차나 플랜트믹서(plant mixer) 등을 세척할 때에 발생하는 생콘크리이트(ready mixed concrete) 또는 모르타르(이하, 생콘크리이트 등이라 한다)의 세정잔사(wash residue)를 재이용하는 기술에 관한 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 생콘크리이트 등의 세정잔사로부터 얻어진 농축슬러지(condensed sludge)에 함유되는 슬러지의 미수화율(unhydration ratio)을 측정한 다음에, 이 농축슬러지를 신규한 생콘크리이트에 소정량 가하여 생콘크리이트 등을 제조하는 기술에 관한 것이다.

생콘크리이트공장 등에서 발생하는 생콘크리이트의 세정잔사는 알칼리도가 높아서 6가크롬 등의 유해물질을 함유하므로, 주로 벽지에 투기하여 파묻고 있다.

종래, 이 세정잔사를 굳이 투기하는 것은, 세정잔사를 그대로 신규한 생콘크리이트중에 혼합사용하여도, 콘크리이트의 강도가 저하하여 그 건조수축율이 증대하는 등의 품질상의 문제가 발생하기 때문이다.

본 출원인은, 이 문제를 해결하여 자원의 유효이용을 도모하기 위해서, 생콘크리이트의 세정잔사로부터 시멘트미수화물(unhydrate)을 건조하지 않고 취출(取出)하고, 이것을 신규한 생콘크리이트와 혼합시키는 것에 의해 고품질의 콘크리이트를 제조할 수 있는 생콘크리이트의 세정잔사의 재생방법 및 그 장치에 관하여 제안하였다(일본특개소 62-204867호).

이 재생방법에서는, 최초에 분급기(classifier)에 의해 생콘크리이트의 세정잔사를 습식분급하고, 자갈, 모래 등의 골재를 제거하여 시멘트슬러지를 취출한다.

다음에 농축기에 의해 시멘트슬러지를 농축한 후, 농축조정탱크에 의해 이 농축슬러지의 농도를 더욱 높여서 소정농도로 조정한 시멘트슬러지를 얻는다.

그리고, 최후로 이 시멘트슬러지를 진동보올밀에 의해 진동미분쇄하여 시멘트미수화물이 표면에 출현한 슬러지미립자를 분산상(disperse phase)으로 하는 슬러지를 얻는 것이다.

사용완료한 생콘크리이트 등의 세정잔사는 재령(材令)에 따라서 시멘트의 미수화율이 감소한다.

이 때문에, 상기한 방법으로 미분쇄한 슬러지에 함유되는 시멘트의 미수화율을 일정한 것으로 가정하여 그 첨가량을 획일적으로 정해서, 이 슬러지를 신규한 생콘크리이트 등에 혼합한 경우에는, 신규한 생콘크리이트 등이 경화했을때의 강도나 건조수축율에 변동이 여전히 발생하는 불편이 있었다.

본 발명의 목적은, 공해발생원으로 되는 생콘크리이트 등의 세정잔사를 유효하게 재이용할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 생콘크리이트 등의 세정잔사로부터 얻은 농축슬러지를 첨가하여 제조된 신규한 생콘크리이트 등의 경화강도, 건조수축율 등의 품질을 더욱 향상할 수 있는 생콘크리이트 등의 세정잔사재이용법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 시멘트슬러지의 미수화율을 간편하게 측정하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 생콘크리이트 등의 세정잔사재이용법은, 제1도에 표시하는 바와 같이 사용완료한 시멘트슬러지를 소정농도의 슬러지로 농축하는 공정 1과, 이 농축한 슬러지를 저장하는 공정 2와, 이 저장한 슬러지를 샘플링하여 그 슬러지에 함유되는 시멘트의 미수화율을 측정하는 공정 3과, 신규한 생콘크리이트 등을 제조하기 위하여 이 미수화율에 따라서 농축한 슬러지를 개량하는 공정 4를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 개량공정 4의 다음에는 생콘크리이트 등의 제조공정 5가 계속된다.

또, 상기한 방법에서는 슬러지농축공정 1의 다음에 농축한 슬러지를 미분쇄하는 미분쇄공정 6을 삽입해서, 미분쇄한 슬러지에 대하여 시멘트미수화율 측정을 행하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 생콘크리이트 등의 세정잔사재이용장치는, 제2도에 표시하는 바와 같이 사용완료한 시멘트슬러지(12)를 소정농도의 슬러지(49)로 농축하는 농축기(10)와, 농축한 슬러지(49)를 저장하는 농축슬러지저장탱크(20)와, 이 저장탱크(20)에 저장한 슬러지(49)를 샘플링하여 그 슬러지에 함유되는 시멘트의 미수화율을 측정하는 미수화율측정기(30)와, 신규한 생콘크리이트 등을 제조하기 위하여 이 미수화율에 따라 저장탱크(20)에 저장한 슬러지(49)를 계량하는 슬러지계량기(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기한 장치는 저장탱크(20)에 저장한 술러지를 미분쇄하는 미분쇄기(60)와, 이 미분쇄한 슬러지(67)를 저장하는 분쇄슬러지저장탱크(70)와, 이 저장탱크(70)에 저장한 슬러지를 샘플링하여 그 슬러지에 함유되는 시멘트의 미수화율을 측정하는 미수화율측정기(30)와, 신규한 생콘크리이트 등을 제조하기 위하여 이 미수화율에 따라서 저장탱크(70)에 저장한 슬러지(67)를 계량하는 슬러지계량기(40)를 포함하는 것이 바람직하다.

소정농도로 농축한 슬러지(49) 또는 슬러지(67)에 함유되는 시멘트의 미수화율을 측정하는 것에 의해서, 신규한 생콘크리이트 등에 혼합했을때의 슬러지(49) 또는 슬러지(67)가 시멘트로서 기여하는 비율 및 골재로서 기여하는 비율을 각각 정확하게 파악할 수 있게 되므로, 이 미수화율의 측정치에 기초하여 슬러지(49) 또는 (67)를 계량하여 공급하는 것에 의해 신규한 생콘크리이트를 제조할 수 있다.

이렇게하여 제조된 생콘크리이트는 소망하는 경화강도, 건조수출율 등을 보유하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

제2도 및 제3도에 표시하는 바와 같이, 생콘크리이트믹서차(11)를 세척할 때에 발생하는 생콘크리이트의 세정잔사, 즉 시멘트슬러지(12)가 회수탱크(13)에 회수되고, 이 회수탱크(13)의 바닥부에 설치된 펌프(13a)에 의해 관로(管路)(14)를 통해 웨지필터(wedge filter)(15)에 공급된다. 필터(15)에 의해 자갈(16)이 제거되어서, 실(室)(15a)에 저장된다.

자갈(16)을 제거한 슬러지(12)는 나선형분급기(17)에 공급된다. 나선형분급기(17)에 의해 모래(23)가 제거되어서, 실(17a)에 저장된다. 필터(15)와 나선형분급기(17)는 분급장치(18)를 구성한다.

나선형분급기(17)에 남아 있는 슬러지(12)는 관로(19)를 통해 회수탱크(13)로 복귀된다.

회수탱크(13)내의 슬러지(12)가 소정레벨에 달하면, 액면스위치(13c)가 폐쇄되어 펌프(13b)를 작동한다.

펌프(13b)에 의해 슬러지(12)가 관로(21) 및 사이클론(cyclone)(22)를 통해 슬러지저장탱크(24)로 이송된다.

사이클론(22)에서 슬러지에 잔존하고 있었던 모래가 분리되어 분급기(17)로 복귀된다.

슬러지저장탱크(24)의 슬러지(12)는 물을 분산매(dispersion medium)로 하여 시멘트수화물 및 시멘트미수화물을 분산상(disperse phase)으로 하는 현탁액이다.

이 슬러지(12)는 농도가 5% 정도이고, 경화를 방지하기 위해 교반기(24a)로 서서히 교반된다.

슬러지(12)가 소정레벨에 달하면, 액면스위치(24b)가 폐쇄되어 펌프(25)를 작동한다.

펌프(25)에 의해 슬러지(12)가 관로(26)를 통해 농축기(10)로 이송된다.

농축기(10)는, 외통보울(outer drum bowl)(31), 내통스크로우(inner drum screw)(34), 공급관(37), 기어박스(38), 및 케이싱(39)을 구비한 원심분리기로 구성된다.

외통보울(31)은 원통부(32) 및 원추부(33)가 일체적으로 형성되고, 그 양끝이 베어링(41), (42)에 의해 회전가능하게 지지되며, 또 대경(大徑)측에 배출구(43)과 소경(小徑)측에 배출구(44)가 각각 설치된다.

내통스크루우(34)는 스크루우날개(35)와 토출구(36)를 구비하여서, 원통부(32)와 원추부(33)의 내부에 회전가능하게 지지된다.

또, 공급관(37)은 이 스크루우(34)내에 배치되어서, 관로(26)로부터 이송되어 온 슬러지를 내통스크루우(34)내로 도입한다.

케이싱(39)은 외통보울(31)을 둘러싸고 있으며, 배출구(43)측에 분리액출구(46)와 배출구(44)축에 농축슬러지출구(47)가 각각 설치된다.

기어박스(38)는 풀리(48)에 의해 구동되는 유성치차장치로 이루어진다.

이 기어박스(38)는 외통보울(31)과 내통스크루우(34)를 내통스크루우(34)의 회전속도가 외통보울(31)의 회전속도보다 약간 작게 되도록 회전차를 주면서 동일한 회전방향으로 구동한다.

여기서 외통보울(31)과 내통스크루우(34)의 회전에 의해 발생하는 원심력은 100-4000G의 범위에 있는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는 800-1500G이다.

100G 미만이면, 슬러지(12)를 농축슬러지(49)와 후술하는 분리액(51)으로 분리하는 것이 곤란하게 된다.

4000G을 초과하면 농축슬러지(49)가 원통부(32) 또는 원추부(33)의 각 내측에 부착하여 용이하게 배출되지 않게 된다.

제4도에 상세하게 표시하는 바와 같이, 기어박스(38)의 구동중에 펌프(25)에 의해 이송된 슬러지를 농축기(10)의 공급관(37)으로부터 내통스크루우(34)내로 도입하면, 슬러지중의 비중이 큰 시멘트미수화물을 주성분으로 하는 농축슬러지(49)는 원심력에 의해 외통보울(31)의 원통부(32)의 내벽면에 퇴적한다.

이 농축슬러지(49)는 내통스크루우(34)의 스크루우날개(36)의 회전에 의해 화살표로 표시하는 바와 같이 원추부(33)로 이행해서, 배출구(44)를 통해 출구(47)로부터 배출된다.

배출되는 농축슬러지(49)는 농도가 60-70%이다.

한편, 내통스크루우(34)내의 슬러지중에서 비중이 작은 분리액(51)은 배출구(43)를 통해 출구(46)로부터 토출되어서, 관로(52)를 통해 분리액저장탱크(53)로 이송된다.

이 분리액(51)은 시멘트의 수화성분 및 수화하지 않는다고 생각되는 성분을 현탁물질(suspended solid)로서 5-15%정도 함유한다.

저장탱크(53)의 분리액(51)은 펌프(54)에 의해 관로(55)를 통해 생콘크리이트 믹서차(11)의 생콘크리이트 부착물의 세정에 사용된다.

여기서, 분리액(51)에 함유되는 시멘트의 수화성분 및 수화하지 않는다고 생각되는 성분은 자갈, 모래에 흡착하여 각각 실(15a), (17a)내에 저장된다.

출구(47)로부터 배출된 농축슬러지(49)는 도관(56)에 의해 안내되어서, 출구(47)의 바로 아래에 배치된 농축슬러지저장탱크(20)에 저장된다.

분리액저장탱크(53)의 분리액(51)이 펌프(57)에 의해 관로(58)를 통해 저장탱크(20)로 공급된다.

분리액(51)의 공급과 교반기(20a)의 교반에 의해 농축슬러지(49)가 소정농도로 되도록 희석된다.

이 예에서는, 슬러지농도가 30-40%의 범위내로 조정된다.

저장탱크(20)에는 샘플링관(20b)가 접속되고, 관(20b)의 도중에는 밸브(20c)가 설치된다.

부호(30a)는 샘플링한 슬러지를 받아들이는 용기이다.

소정농도의 농축슬러지(49)는 펌프(59)에 의해 절환밸브(61)를 통해 관로(62), (63)로 송출된다.

관로(62)로 송출된 농축슬러지는 절환밸브(64)를 통해 관로(65), (66)로 송출된다.

관로(63)로 송출된 농축슬러지는 슬러지계량기(40)의 탱크(40a)로 이송된다.

탱크(40a)의 하단에는 배출밸브(40b)가 설치된다.

배출밸브(40b)의 아래쪽에는 도시하지는 않지만 플랜트믹서(plant mixer)가 배치되어서, 배출밸브(40)를 개방하면 슬러지가 자중에 의해 플랜트믹서로 공급되도록 되어 있다.

저장탱크(20)의 농축슬러지(49)를 후술하는 미분쇄기(60)를 통하지 않고 슬러지계량기(40)로 공급할 때에는, 절환밸브(61)가 관로(63)측으로 절환되어서 농축슬러지(49)를 소정량 공급하면, 관로(62)축으로 절환되고, 또 절환밸브(64)가 관로(65)측으로 절환되어 잉여의 농축슬러지를 저장탱크(20)로 복귀시킨다.

저장탱크(20)의 농축슬러지(49)를 미분쇄기(60)를 통과시킬 때에는, 절환밸브(61)가 관로(62)측으로, 절환밸브(64)가 관로(66)측으로 각각 절환된다.

관로(66)를 통과하여 미분쇄기(60)로 이송된 농축슬러지(49)는 여기에서 미분쇄된다.

이 예에서는 미분쇄기(60)는 진동보울밀로 구성되어서, 제1단밀(60a)과 제2단밀(60b)을 구비한다.

진동에 의해 미분쇄된 분쇄슬러지(67)는 분쇄슬러지저장탱크(70)로 이송되어서, 교반기(70a)로 경화는 방지하면서 저장된다.

이 분쇄슬러지(67)의 분산상은 시멘트미수화물의 함유율이 보다 높은 슬러지미립자로 된다.

저장탱크(70)에는 샘플링관(70b)이 접속되고, 관(70b)의 도중에는 밸브(70c)가 설치된다.

부호(30a)는 샘플링한 슬러지를 받아들이는 용기이다.

저장탱크(70)의 분쇄슬러지(67)는 펌프(71)에 의해 절환밸브(72)를 통해 관로(73) 또는 관로(74)로 송출된다.

저장탱크(70)의 분쇄슬러지(67)를 슬러지계량기(40)로 공급할때에는, 절환밸브(72)가 관로(74)측으로 절환되어 분쇄슬러지(67)를 소정량 공급하면, 관로(73)측으로 절환되어서 잉여의 분쇄슬러지를 저장탱크(70)로 복귀시킨다.

믹서차(11)의 세정잔사의 재령이 적을 때에는 시멘트의 미수화성분이 많으므로, 미분쇄기(60)를 통과하지 않고 관로(63)에 의해 농축슬러지(49)를 계량기(40)의 탱크(40a)로 공급한다.

반대로 믹서차(11)의 세정잔사의 재령이 적지 않을때에는 시멘트의 수화성분이 많으므로, 미분쇄기(60)를 통과해서, 여기서 농축슬러지를 미분쇄하여 시멘트미수화물이 표면에 나타난 슬러지미립자를 분산상으로 한 분쇄슬러지(67)를 관로(74)에 의해 계량기(40)의 탱크(40a)로 공급한다.

다음에 상기한 슬러지(49) 또는 슬러지(67)의 공급량을 정하기 위하여 슬러지(49) 또는 (67)에 함유되는 시멘트미수화율의 측정방법에 대하여 제5도에 기초해서 설명한다.

우선, 부호(100)로 표시하는 바와 같이 용기(30a)에 넣은 슬러지(49) 또는 (67)를 시험관에 소정용적(A), 예를 들어 22㎖ 채취한다.

이 시험관은 소정의 용적 및 형상의 것을 사용한다.

부호(110)로 표시하는 바와 같이 이 시험관내의 슬러지의 중량 W(g)을 측정한다.

이 때문에 각각의 시험관의 중량을 미리 측정하여 둔다.

부호(120)로 표시하는 바와 같이 이 시험관의 슬러지를 소정의 원심력, 예를 들어 3000G에서 소정시간, 예를 들어 5분간 원심분리하여 함수슬러지고형분(固形分)과 물로 분리한다.

이 분리에 의해 시험관내에 수상(water phase)과 고체상(solid phase)이 형성된다.

부호(130)로 표시하는 바와 같이 이 시험관내의 원심분리후의 슬러지를 광학분석하여 이 시험관중의 고체상의 함수슬러지고형분 용적 B(㎤)를 계측한다.

부호(140)으로 표시하는 바와 같이 하기의 식(1)에 의해 이 함수슬러지고형분의 비중 ρ를 산출한다.

마지막으로, 부호(150)로 표시하는 바와 같이 미리 이 비중과 미수화율과의 관계를 구하여 둔 표, 예를 들어 표 1에 기초하여 이 비중치에 따라서 슬러지(49) 또는 (67)의 미수화율을 구한다.

[표 1]

표 1는, 수화이력이 판명되어 있는 슬러지의 비중을 반복하여 계측해서, 그 평균치로부터 재령 2시간을 미수화율 100%로 하고, 재령 28일을 미수화율 0%로 해서, 이들의 수치를 비례배분하여 그 사이의 미수화율을 정한 표의 한가지 예이다.

제6도는 미수화율측정기(30)의 구성도이다.

측정기(30)의 하우징(75)내에는 시험관(76)을 고정하는 기대(基台)(77)가 설치된다.

시험관(76)내에는 미리 22㎖의 시멘트슬러지가 원심력에 의해 함수슬러지고형분(76a)과 수분(76b)으로 분리되어 있다.

기대(77)가 양쪽 측벽(78), (79)에는 나사축(80)이 회전가능하게 가설(架設)되고, 이 축(80)에 평행하게 안내로드(81)가 고정 부착된다.

축(80)에는 광센서(82)가 나사결합되고, 로드(81)에는 슬라이더(83)가 미끄럼운동 가능하게 설치된다.

광센서(82)는 시험관(76)의 측면에 적외선을 발하는 발광기(82a)와, 이 측면으로부터 반사한 광을 받아들이는 수광기(82b)를 보유한다.

축(80)의 하단에는 피동기어(84)가 고정부착되고, 이 기어(84)에 이맞물림하는 구동기어(85)는 스테핑모우터(stepping motor)(86)의 축(87)에 고정부착된다.

모우터(86)는 베이스(88)에 고정된다.

광센서(82)는 모우터(86)가 회전하면 로드(81)에 의해 안내되어 시험관(76)의 하단으로부터 상단에 걸쳐서 이동하도록 구성된다.

하우징(75)의 상부에는 시험관(76)을 출납하는 덮개(89)가 회동가능하게 부착된다.

광센서(82)의 검출출력 및 입력부(90)의 출력은 마이크로컴퓨터(91)의 입력인터페이스(92)를 통해 CPU(93)에 접속된다.

CPU(93)에는 메모리(94)가 접속되고, 메모리(94)에는 슬러지의 소정용적 A(예를 들어 22㎖)와 광센서(82)의 이동량에 따른 함수슬러지고형분의 용적 B(㎠)와 전술한 비중을 구하는 식(1)이 기억되어 있다.

CPU(93)의 출력은 출력인터페이스(95)를 통해 스테핑모우터(86)와 액정표시패널(96)과 프린터(97)에 접속된다.

입력부(90)로부터 시험관(76)에 넣은 슬러지의 중량 W(g)를 입력한 후, 모우터(86)를 기동하면, 광센서(82)가 시험관(76)의 하단을 기점으로 하여 그 상단을 향해 이동한다.

광센서(82)의 주사(走査)에 의해 검출되는 고체상 또는 수상의 적외선반사율의 차로부터 고체상, 즉 함수슬러지고형분의 길이 L(㎜)이 마이크로컴퓨터(91)에 입력된다.

컴퓨터(91)는 이 길이 L(㎜)로부터 함수슬러지고형분(76a)의 용적 B(㎤)를 메모리(94)로부터 독출(read out)해서, 이 용적 B와 최초에 입력한 슬러지의 중량 W와 전기한 식(1)에 기초하여 함수슬러지고형분(76a)의 비중 ρ를 산출한다.

이들 수치는 액정표시패널(96)에 표시되고, 동시에 프린터(97)에 의해 기록지에 인자(印字)된다.

이 비중치에 기초하여 예를 들어 전기한 표 1를 참조하는 것에 의해 시험관(76)에 넣은 슬러지, 환언하면 샘플링한 슬러지(49) 또는 (67)의 미수화율을 추정할 수 있다.

또, 컴퓨터(91)의 메모리(94)에 표 1를 기억시켜서, 자동적으로 미수화율을 액정표시패널(96)에 표시하고, 또 프린터(97)에 의해 인자하도록 하여도 좋다.

반대로, 컴퓨터(91)에는 함수슬러지고형분(76a)의 용적 B 또는 슬러지에 대한 함수슬러지고형분(76a)의 용적비 b만을 연산시키고, 이 값을 전기한 식(1) 또는 다음 식(2)에 대입해서, 손계산으로 구해도 좋다.

상기한 미수화율측정기(30)의 측정결과에 기초하여 슬러지(49) 또는 (67)의 신규한 시멘트의 혼합량을 정한다.

이 양을 제3도에 표시한 탱크(40a)에 공급하도록 절환밸브(61) 또는 (72)를 절환한다.

이 절환은 계량기(40)의 계량치에 의해 제어된다.

계량후 탱크(40a)의 배출밸브(40b)를 개방하면, 자중에 의해 슬러지(49) 또는 (67)가 플랜트믹서에 공급되고, 여기에서 슬러지(49) 또는 (67)는 신규한 생콘크리이트와 혼합된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 시멘트입자가 수화에 의해 비중이 작게되는 사실을 이용해서, 수화이력이 불명한 생콘크리이트 등의 세정잔사이어도, 이 세정잔사에 미수화율을 용이하게 알 수 있어서, 이것에 의해 이 세정잔사로부터 얻은 농축슬러지가 신규한 생콘크리이트 등에 혼합하였을때에 시멘트로서 기여하는 비율 및 골재로서 기여하는 비율을 각각 정확하게 파악할 수 있다.

그 결과, 신규한 생콘크리이트 등을 제조할 때에 농축슬러지의 미수화율에 기초하여 농축슬러지를 계량하여 공급하면, 정도 좋게 소망의 콘크리이트 등의 경화강도, 건조수축율 등이 얻어져서, 공해발생원으로 되는 생콘크리이트 등의 세정잔사를 유효하게 이용할 수 있다.

또, 본 발명의 시멘트수화율의 측정은, 간편한 방법으로 단시간에 정확한 측정치가 얻어지는 이점이 있다.