| 2차년도 |
성토재로써의 강도와 오염물질에 대한 흡착능을 동시에 갖는 하이브리드 성토재료 개발 및 실험실 수준에서의 검증 [재료 도출 및 기본 특성 평가]
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1차년도 성토재 및 흡착제 조사 및 기본 특성 확보 - 성토재로 연구된 흙, 산업부산물, 또는 재활용 자원 등 강도 발현에 기초가 될 수 있는 물질에 대한 문헌 조사 및 기초 자료 확보 - 중금속 또는 유류 오염물질을 대상으로 연구된 여러 종류의 흡착제에 대한 문헌 조사 및 기초 자료 확보 - 문헌 조사 결과를 바탕으로 성토재 및 흡착제에 대한 기초 데이터베이스 확보 - 성능, 활용가능성 등을 고려한 성토재 및 흡착제 후보군 도출; 연구 대상 오염물질 종류 선정 - 문헌 조사를 바탕으로 연구 대상 지역의 오염 현황 확인 - 산업단지, 철도부지에 대한 사례 조사를 중심으로 빈도수, 오염량을 기준으로 오염물질 종류 선정 - 조사된 중금속, 유류 오염농도 데이터를 바탕으로 여러 종류의 오염 누출 시나리오 작성 - 흡착능 평가를 위한 오염조건 설정 오염물질에 대한 흡착 성능 실험적 평가 - 실험실 회분식 실험을 통한 흡착능 연구 - 흡착제 후보군을 대상으로 다양한 흡착제들 간의 조합 중 흡착능이 가장 높은 조합 도출 - 흡착제 후보군을 대상으로 중금속 및 유류 오염물질에 동시 대응할 수 있는 새로운 흡착제 도출 - 중금속, 유류 오염물질의 흡착경쟁력 평가 - 표면 분석, 성분 분석을 통해 각 오염물질 흡착에 대한 메커니즘 규명 - 흡착제 입도별 흡착능 평가 - 산도(pH)에 의한 영향 평가 실험을 통한 성토재 및 흡착제 배합 연구 - 흡착제가 입자의 성질을 강하게 나타내는 경우 성토재와 흡착제를 ‘배합’하는 연구 수행 - 다양한 성토재-흡착제 조합에 대하여 배합비에 따른 강도 및 흡착능 변화 특성 관찰 - 배합의 장점을 극대화하기 위하여 ‘부분 치환’ 시도 - 최적의 성토재-흡착제 조합 및 그 배합비 도출: 각 조합에 따라 강도 또는 흡착능의 변화가 다양하게 나타날 수 있으며, 효율성, 경제성 등을 고려하여 최적의 조합을 도출 - 다양한 배합재료에 대한 실험 결과 DB화 및 장단점 평가 실험을 통한 성토재 표면 흡착제 개질(코팅) 연구 - 흡착제가 수용액 상에서 이온의 성질을 강하게 나타내는 경우 흡착제를 성토재 표면에 ‘코팅’하는 연구 수행 - 코팅 방법(물질 농도, 교반 시간 등)에 따른 강도 및 흡착능 변화 특성 관찰 - 최적의 성토재-흡착제 조합 및 코팅 방법 도출: 각 조합에 따라 강도 또는 흡착능의 변화가 다양하게 나타날 수 있으며, 효율성, 경제성 등을 고려하여 최적의 조합을 도출 - 다양한 코팅 물질에 대한 실험 결과 DB화 및 장단점 평가 최종 하이브리드 성토재료 선정 및 특성 분석 - 연구 결과를 바탕으로 각 성토재료 조합의 장단점을 평가하여 최종 하이브리드 성토재료 선정
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 건설 분야의 환경적 관점은 친환경적 재료의 이용에 초점을 많이 맞추는 경향이 있었음 - 본 연구를 통해서 환경 정화의 기술들을 다양한 건설 재료들에 적용할 수 있다는 것을 보여 줄 수 있을 것이며, 이를 통해 건설 분야와 환경 분야의 융합이라는 국내외적으로 새로운 시도를 할 수 있는 계기가 될 것임 - 주거 지역 인근에서 발생하는 토양 유류 오염의 경우, 노후 주유소의 포장재 하부나 송유관 파손 등에 의해서도 많이 발생함 - 주유소는 주거 밀집 지역에 접한 경우가 많고 지하 매설물에 의해서 정화가 쉽지 않으며, 도심지 개발 계획 시 토양 오염에 의해 문제될 가능성이 높은 지역임 - 본 연구 성과는 주유소의 포장재 하부 지반 조성에도 충분히 활용하여, 도심지 오염 방지에 활용할 수 있음 - 국내외에서 2000년대 후반부터 아스팔트 포장재 노면의 투수성을 확보하는 연구가 진행되고 있으며, 현재 일본, 미국 등의 선진국에서 많은 시험 사업들이 수행되었음 - 이러한 투수성 포장이나 투수성 아스팔트가 설치될 경우 발생할 수 있는 문제 중에서 가장 치명적인 문제가 바로 비점오염원의 침투 문제임 - 현재 개발하려는 고흡착성 토양 건설 재료는 결국 이러한 비점오염원 침투 문제를 도로 기층에서 해결할 수 있는 대책이 될 것이며, 기층에 건설되는 흡착층을 형성하는 주재료로 활용 가치가 높음
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| 사회 경제적 파급효과 |
- 성토재와 흡착제는 각각 효율을 발휘하기 위한 적절한 물리적 특성이 다른 것으로 알려져 있으며, 그 특징은 상충되는 부분이 일부 존재함 - 성토재의 경우, 입도가 큰 토양에서 강도를 높게 유지할 수 있으며 화학적으로 안정적인 구조를 가지는 것으로 알려져 있음 - 흡착제의 경우, 비표면적이 큰 토양에서 화학적으로 변화가 많은 구조를 가지는 것으로 알려져 있음 - 두 상충되는 특징을 적절하게 융합시키기 위해서 구체적인 이론과 배합 혹은 개질을 하는 과정에서 나타나는 새로운 학문적 접근들이 필요하며, 이를 통해 건설 분야와 환경 분야에 관련 기술들을 한 단계 향상시키는데 큰 영향을 미칠 것으로 예상됨 - 뿐만 아니라 흡착제의 경우에는 지반 공학적 특성을 파악한 연구가 거의 없으며 그 가능성에 대해서도 알려진 바가 없음 - 흡착제에 대한 지반 공학적 접근은 다른 분야의 연구에서도 흡착 환경 매질의 강도나 내구성을 확인하고 적용하는 것에 충분히 활용될 것으로 보임 - 산업단지나 철도부지의 경우 대부분 중금속, 유류에 복합적으로 오염된 토양임 - 한가지의 오염 물질에 의한 토양 오염 문제보다 복합오염 토양의 정화는 더욱 어려운 문제로 현재 국내외에서 집중적으로 연구되고 있는 실정임 - 본 연구는 이러한 유류와 중금속의 복합오염에 대한 흡착 능력을 평가하고 복합오염에 적합한 재료 파악을 통해 보다 복합오염 토양 정화에 효과가 있는 재료를 제시할 수 있을 것이며, 이를 현재 토양 오염 정화 기술에도 적용 가능 할 것으로 보고있음 - 현장 실증을 위한 현장 실험과 이를 비교하기 위한 수치 해석적 연구를 통해서 기존 연구보다 현장 조건에 맞춘 불포화대에서의 문제 대해서도 연구가 될 것이며, 이러한 연구를 바탕으로 국내외적으로 부족한 불포화대에서의 오염물질 거동 및 지반 강도에 대한 이론을 정립 하는 것이 가능할 것임 - 상대적으로 복잡한 불포화대에서의 흡착특성과 강도를 복합적으로 파악하는 것은 현재 불포화대에서의 지반의 문제에 대한 다양한 연구들을 선도해 나갈 수 있을 것임
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| 활용방안 |
기술 수요처 및 현장 적용 방안(계획) - 실험실 수준에서의 성능 평가를 마친 성토재료의 기술은 다양한 국내 산업단지 개발 지역에서 실 스케일로 실험 및 적용이 가능 할 것으로 판단됨. - 현재 국내에서는 1201곳의 산업단지가 조성 및 개발되었으며, 그중 약 380여개의 단지를 현재 조성중이거나 개발 계획상에 있는 것으로 조사되었음 (2015년4분기 전국산업단지 현황 조사, 한국산업단지공단). 본 연구 성과물을 다양한 용도의 산업단지 조성 사업과 연계하여 진행할 수 있을 것으로 기대됨. - 이를 통해 현재 개발되고 있는 산업단지의 성토재에 현장 실험 형태로 적용하여 추가적인 정보 획득이 가능할 것이며, 다양한 적용성 평가를 이용한 성과물의 추가적인 계량을 시도할 수도 있을 것으로 기대됨. 특히 국가 산업단지 조성 지역이 상대적으로 넓은 지역을 차지하고 있는 것에 따라서 국가차원에서 도움이 될 기술로 인정받을 가능도 높을 것임. 실용화.제품화 방안 - 산업단지 성토재로 적용성 평가를 마친 제품의 특허 등록을 통해서 기술을 인정받을 수 있을 것이며, 국가산업단지 만이 아닌 다양한 농공, 첨단, 일반 산업 단지에 다양하게 사용할 수 있을 것임. - 특허 등록의 경우, 성토재료로 사용된 물질의 특성보다는 그 혼합과 특수성 등을 강조하여 물질의 혼합에서 그 방법적인 부분을 강조하여 원천 기술로서의 성토재 개발을 추진할 수 있음. - 특히 국가 차원에서 필요성을 인정받을 경우, 산업단지 조성 사업의 기간이 길며 조성 사업이 많은 지역에서 동시 다발적으로 발생하기 때문에 제품의 필요성이 높아질 것임. - 하나의 단체에서 담당하기에는 그 범위가 넓고 대상도 다양하기 때문에 다양한 사업체 형성이 불가피 할 것이며, 이에 따른 새로운 형태의 사업이 나타날 것으로 기대됨.
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