KR100442924B1 - 중금속 안정화제 및 이를 이용하여 중금속 함유 폐기물을안정화하는 방법 - Google Patents

중금속 안정화제 및 이를 이용하여 중금속 함유 폐기물을안정화하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소각재, 분진 등 중금속이 함유되어 있는 폐기물을 안정화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 중금속을 함유 폐기물을 효과적으로 안정화시키면서도 값이 싼 중금속 안정화제를 제공하고, 폐기물인 인산염 슬러지의 효과적인 처리 및 재이용 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 중금속 함유 폐기물을 중금속 안정화제를 사용하여 고화시키는 안정화 처리방법에 있어서, 상기 중금속 안정화제가 인산염 슬러지를 산성 용액을 사용하여 이온상태로 해리시킨 안정화제인 것을 특징으로 한다. 산성용액으로는 무기산 또는 유기산을 단독 혹은 2종 이상 혼합된 혼합산을 물에 희석시켜 사용한다. 폐기물이 자체고화가 되지 않을 경우에는 고화제를 투입하고, 폐기물의 화학성분 및 pH에 따라 pH조절제를 첨가한다. 본 발명은 지금까지 매립 처분되어 왔던 인산염 슬러지를 중금속 함유재의 중금속 안정화에 안정화제로서 재활용함으로서 유용한 처리방법을 제공할 수 있다. 또한 중금속 함유 폐기물의 고화 처리시 본 발명에 의한 중금속 안정화제을 사용함으로서 고화 처리 비용이 저렴하면서도 중금속을 안정화시키는 효과가 있다.

Description

중금속 안정화제 및 이를 이용하여 중금속 함유 폐기물을 안정화하는 방법{A heavy metal stabilizing agent and a method to stabilize wastes containing heavy metals to use one}
본 발명은 일반 생활폐기물, 산업폐기물 등의 소각장에서 배출되는 소각재와 발전소보일러 등에서 배출되는 연소재 그리고 광재, 분진, 재강슬래그, 폐수처리 슬러지 등 중금속이 함유되어 있는 폐기물에 대하여, 폐기물 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화하는 안정화제 및 이를 이용하여 중금속 함유 폐기물을 안정화하는 방법에 관한 것이다.
중금속 함유 폐기물로서는 대표적인 폐기물 소각재를 비롯하여 광재, 분진, 폐수처리 슬러지, 도금슬러지 등을 들 수 있다. 이들 폐기물 속에는 여러 중금속들이 함유되어 있는데, 안정화처리를 하지 않고 옥외에 방치하면, 빗물 등에 중금속이 용출되고 환경을 오염시킨다. 따라서 폐기물처리법에는 이들 폐기물을 지정폐기물로 지정하여 관리형 지정폐기물 매립장에 매립하거나 혹은 안정화처리 후에 매립장에 매립하도록 하고 있다. 아직까지 우리나라에서는 소각재를 안정화처리를 행하는 소각장은 대구 성서 소각장 한 곳 밖에 안되는 실정이나, 일본에서는 1995년부터 이들 폐기물을 필수적으로 안정화처리 후 매립하도록 관련법을 개정하고 시행하고 있다.
안정화 처리(무해화 처리라고도 함)방법으로는 주로 고형화처리(고화처리)가 사용된다. 고형화처리 방법으로는 시멘트 고형화, 아스팔트 고형화, 플라스틱 고형화, 석회 고형화, 물유리 고형화 등이 있는데 상기의 고화제만으로 고화처리하는 방법은 고화체의 pH(9 ∼ 12)영역에서 중금속이 재용출이 일어나기 때문에 중금속을 완전하게 안정화 할 수 없다. 따라서 도 2에 나타나 있는 바와 같이 중금속 안정화제를 사용하여 중금속 함유 폐기물을 고형화시키게 된다. 폐기물이 자체고화가 되는 경우에는 고화제가 필요하지 않으며(self-cementing), 폐기물의 화학성분 및 pH에 따라 석회석 등의 pH조절제가 첨가되기도 한다. 중금속 안정화제로서는 킬레이트제를 사용하는 방법(공개특허공보 평2-6889)과, 인산계 중금속 안정화제를 사용한 방법(일본 공개특허공보 평1-262978)이 알려져 있다. 이들 안정화제는 폐기물 속에 함유된 중금속의 농도에 따라 0.5∼10%정도 첨가된다. 하지만 이들은 일반적으로 고가이므로 안정화제를 첨가하여 폐기물을 처리하는 비용이 과다하게 드는 문제점이 있다.
한편, 일반적으로 실리콘 웨이퍼의 제조공장 내지 실리콘 웨이퍼 처리공장, 액정표시장치 제조공장, 인산염 피막 도장공장 등에서는 대량의 인산염 슬러지가 발생된다. 이들 인산염 슬러지의 처리방법으로는 인산이나 인산염의 회수, 인회석제조, 요업원료화, 안료화등 다양한 재자원화 방법이 제안되고 있다. 그러나 어느 재자원화 방법에도 품질이나 경제성 면에서 본격적인 실용화에는 이르지 못하고 있는 실정이다. 그 결과 인산염 슬러지는 폐기물로서 매립되고 있는 것이 현재의 상태이다. 한편, 일본 공개특허 공보 2000-325916호에는 인산염 슬러지를 중금속함유재에 혼합하여 중금속을 안정화 처리에 이용하는 방법이 제시되어 있다. 상기 특허는 버려지고 있는 인산염 슬러지를 중금속 함유재의 안정화에 재이용 할 수 있는 방법을 제시하였지만, 규제치 이하의 중금속 용출을 보이기 위해서는 인산염슬러지와 중금속 함유재와의 혼합비가 거의 50:50이어야 하므로 효율적이지 못한 단점이 있다.
현재까지는 상술한 바와 같은 문제점으로 인하여, 중금속 함유 폐기물의 중금속을 효과적으로 안정화시키면서도 값이 싼 안정화제의 개발과, 유한한 자원을 재활용하고 폐기물의 처리란 관점에서 인산염 슬러지의 효과적인 처리 및 재이용에 대한 요구가 크게 대두되고 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 중금속을 함유한 폐기물에 대하여 중금속을 효과적으로 안정화시키면서도 가격경쟁력이 있는 값이 싼 중금속 안정화제를 제공하고, 폐기물인 인산염 슬러지 속에 함유된 인산 성분의 효과적인 처리 및 재이용 방법을 제공하는 것이다. 이렇게 하여 폐기물로서 폐기물을 처리하여 중금속을 안정화 시키고 따라서 처리비용도 적게 드는 일석이조의 효과를 제공하는 것이다. 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로서는 인산염 슬러지 중에 함유된 인산기(PO4 3-)를 폐기물의 중금속 안정화에 사용할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 인산기는 30여가지 이상의 원소와 결합하여 약 300가지의 안정된 화합물을 형성할 수 있다. 따라서 토양 속에 함유된 중금속의 정화나 폐수처리 및 중금속 함유 폐기물의 중금속 안정화에 널리 이용되고 있다. 인산염 슬러지는 실리콘 웨이퍼 제조공장 내지 실리콘 웨이퍼 처리공장, 액정표시장치 제조공장, 인산염 피막 도장공장 등에서 배출되는 폐수를 처리하는 과정에서 발생된다. 실리콘웨이퍼 제조공장, 반도체 및 액정표시장치 제조공장 등에서는 실리콘(Si)으로 구성된 기판의 표면을 식각시켜 표면을 유지하기 위하여, 인산과 초산 내지 질산(또는 불산)의 혼합산을 사용하는데, 이 경우 인산이 대부분의 농도를 차지하게 된다. 상기 혼합산을 수회 식각공정에 사용한 다음, 혼합산의 농도가 묽어지면 이를 폐수처리장으로 보내 폐기하고 있다. 한편 인산염 피막슬러지는 인산알루미늄, 인산철, 인산아연 등의 현탁액을 철판에 침지, 혹은 스프레이 방법으로 철판에 피막을 입히고 수세과정에서 발생된 폐수의 처리과정에서 발생된다. 상기 폐기되는 혼합산 및 현탁액에 포함된 인산을 처리하기 위하여 소석회, 알루미늄염, 철염, 유기응집제 등이 첨가된다. 따라서 인산염 슬러지 내에 함유된 인산염의 발생 가능한 형태로는 Ca3(PO4)2, Zn3(PO4)2, Fe3(PO4)2, Al3(PO4)2와 Cu2(PO4)OH, Pb(PO4)3OH 등의 수화물 형태를 들 수 있다. 표 1은 인산염 슬러지의 화학성분별 함량의 일 예를 나타내는데, 인산기(PO4 3-)가 대략 20 ∼ 50% 함유되어 있다.
(표 1)인산염 슬러지의 화학 성분 함량(단위 : 몰%)
성분 실리콘웨이퍼제조공장 실리콘웨이퍼가공공장 인산염피막도장공장 액정표시장치제조공장
Si 2.91 8.01 4.67 0.85
Al 1.47 14.82 27.84 11.95
P 35.97 26.70 42.65 37.34
Ca 54.96 28.34 15.37 47.14
Cu - - 0.89 -
Mg 3.61 6.80 - -
Fe - 1.43 2.18 -
Na - 1.12 - -
Ce - - - 2.57
(출처 : 한국 공개특허, 공개번호 특2000-0045712)
인산염 슬러지 내에 함유된 인산기를 재활용하기 위한 방법으로는 인산이나 인산염으로 회수, 인회석 제조, 요업원료화, 안료화 등 다양한 재자원화 방법이 있으나 인산염 속에 함유된 불순물들에 의하여 정제비용 및 품질 저하 등의 문제점을 내포하고 있다. 한편, 인산염 슬러지에는 인산기가 다량 함유되어 있으므로 중금속 함유 폐기물의 중금속안정화에 적용될 수 있다(일본 공개특허 공보 2000-325916호). 하지만 중금속함유 폐기물의 안정화에 인산염 슬러지를 그대로 사용할 경우에는 고화처리조건(pH 5 이상)에서 인산염 슬러지 내에 포함된 인산기가 안정된 염의 형태로 존재하며, pH 10이상의 알카리조건에서 인산기가 일부 해리되지만, 그 용해도는 매우 작으며 중금속 함유 폐기물의 중금속과 반응하기 힘들다. 또한 고화과정에서 치환에 의한 안정화 효과가 기대되긴 하지만 효율적이지 못하다. 반응식 1은 치환반응의 일 예를 나타낸다.
따라서 본 발명에 의한 중금속 안정화제 및 이를 이용하여 중금속함유 폐기물를 안정화하는 방법은 인산염 슬러지 속에 함유된 인산기를 염 상태가 아닌 이온 상태로 해리시켜고, 이 해리된 용액을 중금속 안정화제로 하여 중금속 함유 폐기물의 안정화에 적용하는 것이다. 또한 폐기물이 자체 고화가 되지 않을 경우에는 고화제를 사용하며, 폐기물의 pH가 낮거나, 본 발명에 의한 중금속 안정화제의 첨가에 의하여 고화물의 pH가 낮아질 경우에 중금속이 재용출되는 것을 방지하기 위하여 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 석회석, 탄산나트륨, 폐아스콘, 폐콘크리트, 연소재 등의 알칼리 물질을 pH조절제로서 첨가한다. 폐아스콘, 폐콘크리트, 연소재는 중금속 함유량이 극히 적으며 알카리성이므로 pH조절제로서 사용이 가능하며, 폐자원을 이용하는 측면에서 보다 효과적이다.
한편, 인산염 슬러지가 해리된 용액 속에는 중금속 안정에 효과적인 인산기를 다량 포함하고 있지만, 한편으로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn)등 중금속 이온이 함유되어 있기도 하다. 따라서 이 용액으로부터 인산성분을 정제하거나 특정 중금속을 정제해 내는데 비용이 많이 드는 것이며, 안료나 요업원료화에 적용하는데 품질저하의 원인이 되는 것이다. 하지만 이 용액을 중금속 함유 폐기물의 고화에 중금속 안정화에 적용하면, 폐기물이나 고화제, 첨가제 속에 함유되어 있는 실리카(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca)성분들이 고화 과정을 거치면서 수화반응, 포조란반응 등이 일어나고, 용액 속에 함유된 중금속을 고정화, 안정화시키고 중금속 안정화 용액 속의 인산기는 폐기물 속에 함유된 납(Pb) 등의 중금속과 반응하여 안정된 염을 형성하여 안정화시키게 되는 것이다.
1도는 본 발명에 의한 고화처리 시스템의 흐름도
2도는 중금속 함유 폐기물의 일반적인 고화처리 시스템의 흐름도
상기한 바와 같이 1) 중금속을 함유한 폐기물에 대하여 폐기물 속에 함유되어 있는 중금속을 효과적으로 안정화시키면서도 가격경쟁력이 있는 값이 싼 중금속 안정화제의 제공. 2) 폐기물인 인산염 슬러지 속에 함유된 인산 성분을 효과적인 재이용 하기 위한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 구성 및 작용을 설명하고자 한다.
본 발명에 의한 중금속 함유 폐기물의 안정화 처리방법에 대한 처리도가 도 1에 나타나 있다. 본 발명에 의한 중금속 함유 폐기물의 안정화 처리방법은 중금속 함유 폐기물을 중금속 안정화제를 사용하여 고화시키는 안정화 처리방법에 있어서, 상기 중금속 안정화제가 인산염 슬러지를 산성 용액을 사용하여 이온상태로 해리시킨 안정화제를 사용하는 것을 특징으로 한다.본 발명에 있어서 소각재와 같이 CaO, MgO가 자체로 많이 함유되어 있는 폐기물은 자체고화가 가능하므로 시멘트와 같은 고화제는 필요하지 않지만(self-cementing), 자체고화가 되지 않을 경우에는 고화제로서 시멘트, 생석회, 물유리(sodium silicate), 소디움 알루미네이트(sodium aluminate), 소디움 알루미노실리케이트(sodium aluminosilicate), 아스팔트(asphalt), 파라핀(paraffin), 폴리에틸렌(polyethylene) 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 사용한다. 고화제의 첨가량은 제한되지는 않지만, 고화제를 많이 첨가하는 것은 안정화 처리 비용을 증가시키므로 예비테스트를 통하여 고화물의 중금속 용출량이 규제치 이하가 되는 양으로 결정하는 것이 바람직하다. 폐기물에 따라 다르겠지만 대략 폐기물 100g에 대하여 고화제 30g이내가 된다.또한, 산성슬러지와 같이 pH가 높은 폐기물을 고화시켰을 경우에 고화물의 pH가 낮으면 중금속의 재용출이 일어날 가능성이 있으므로 pH를 높이기 위하여 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 석회석, 탄산나트륨, 폐아스콘, 폐콘크리트, 연소재 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합된 pH조절제를 첨가한다. pH조절제 또한 첨가량이 제한 되지는 않으나 경제적인 면과 고화물의 pH를 고려하여 결정한다. pH첨가제의 첨가량은 예비테스트를 통하여 고화물의 pH가 6이상이 되는 양으로 결정하는 것이 바람직한데 대략 폐기물 100g에 대하여 pH조절제 30g이내가 된다.인산염 슬러지를 산성 용액을 사용하여 이온상태로 해리시킨 안정화제의 첨가량은 폐기물에 따라 다르지만 대부분의 경우 폐기물 100g에 대하여 본 발명에 의한 안정화제 30 ∼ 100g범위가 된다(본 발명의 실시예에서는 폐기물 100g에 대하여 각각 중금속안정화제A 80g과 83g, 인산폐수 58g, 중금속 안정화제 B 80g이 사용됨).결과적으로, 본 발명에 의한 중금속 함유 폐기물의 안정화처리에 사용되는 고화제, pH조절제, 인산염 슬러지를 산성 용액을 사용하여 이온상태로 해리시킨 안정화제의 바람직한 사용범위는 중금속 함유 폐기물 100g에 대하여, 고화제 0 ∼ 30g, 첨가제 0 ∼ 30g, 인산염 슬러지를 산성 용액을 사용하여 이온 상태로 해리 시킨 안정화제 30 ∼ 100g이내가 된다.
산성 용액으로는 무기산 또는 유기산을 단독 혹은 무기산 혹은 유기산이 2종 이상 혼합된 혼합산을 물에 희석시켜 사용한다. 무기산으로 황산(sulfuric acid), 발연황산(fuming sulfuric acid), 염산(hydrochloric acid), 질산(nitric acid), 과염소산(perchloric acid), 붕산(boric acid), 차아인산(hypophosphorous), 인산(phosphoric acid), 차아인산나트륨(sodium hypophosphate), 인산 1나트륨(monobasic sodium phosphate), 인산 2나트륨(dibasic sodium phosphate), 인산 3나트륨(tribasic sodium phosphate), 트리폴리인산나트륨(sodium tripolyphosphate),피로인산나트륨(sodium pyrophosphate),피로인산칼륨(potassium pyrophosphate), 산성메타인산소오다(acid sodium metaphosphate), 산성피로인산나트륨(acid dihydrogen pyrophosphate), 차아인산칼륨(potassium hypophosphate), 메타인산나트륨(sodium metaphosphate), 메타인산칼륨(potassium metaphosphate), 폴리인산나트륨(sodium polyphosphate), 폴리인산칼륨(potassium polyphosphate), 차아인산칼슘(calcium hypophosphate), 인산 1칼슘(calcium phosphate monobasic), 인산 2칼슘(calcium phosphate dibasic), 인산 1칼륨(potassium phosphate monobasic), 인산 2칼륨(potassium phosphate dibasic), 인산 3칼륨(potassium phosphate tribasic), 인산 1마그네슘, 인산 1알루미늄, 인산암모늄(ammonium phosphate), 과린산석회(calcium superphosphate), 중과린산석회(double superphosphate or triple superphosphate), 황산제1철, 황산제2철, 염화제1철, 염화제2철, 폐황산, 폐질산, 폐염산, 인산 폐수 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합된 혼합산을 사용한다.
유기산으로 초산(acetic acid), 구연산(citric acid), 사과산(malic acid), 글루콘산(gluconic acid), 유산(lactic acid), 푸마르산(fumaric acid), 호민산(succinic acid), 엽산(folic acid), 브롬화초산(bromoacetic acid), 이소부틸산(isobutyric acid), 키토산(chitosan), 휴믹산(humic acid), 아디핀산(adipic acid), 이염기산(dibasic acid, DBA), 포름산(formic acid) 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합된 혼합산을 사용한다. 이와 같이 인산염 슬러지를 이온으로 해리시킬 수 있는 어떠한 산이라도 좋다. 인산 폐수 또한 산성 용액이므로 이를 사용하여도 좋고, 인산 폐수에는 인산기가 약 8000ppm정도 함유되어 있으므로, 그 자체로 중금속 안정화제 역할을 수행 할 수 있다. 고화제로는 시멘트, 석회(lime), 물유리(sodium silicate), sodium aluminate, sodium aluminosilicate, 아스팔트(asphalt), 파라핀(paraffin), 폴리에틸렌(polyehtylene) 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합 사용한다.
pH조절제로는 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 석회석, 탄산나트륨, 폐아스콘, 폐콘크리트, 연소재 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 첨가한다. 인산염 슬러지로서는 실리콘 웨이퍼 제조공장, 반도체 제조공장, 액정표시장치 제조공장 및 인산염 화성피막 도장공장에서 배출되는 슬러지로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용한다.
인산염 슬러지에는 슬러지 종류에 따라 다르지만 인산기가 대략 20 ∼ 50% 함유되어 있다. 인산염 슬러지를 해리시키기 위한 산성 용액은 상기한 바와 같이 개별 혹은 혼합산의 사용이 가능하다. 인산염 슬러지 및 산성 용액의 비는 400g/l 정도가 적당하며 pH는 4 이하로 하는 것이 좋다. 이는 용액 속의 인산기의 농도를 3% ∼ 10%범위내로 하기 위함인데, 400g/l이하가 되면 인산기의 농도가 너무 낮고 600g/l이상이면 인산염 슬러지가 완전히 해리되지 못하기 때문이다. 또한 pH가 4 이상이 되면 용액이 인산염으로 재침전이 일어나기 때문에 이 이하로 유지해야 용액으로 존재하게 된다. 경제적인 면에서는 황산이 가장 저렴하고, SO4 2-기가 고화과정에서 반응식 2의 반응에 의하여 중금속 고정 및 고화체의 강도를 높이는 효과가 있는 것으로 알려진 에트링가이트(ettringite)를 형성하므로 중금속 고정에 효과적이다.
또한, 수용성 인산화합물은 자체 내에 인산기를 함유하고 있으므로 인산기의 보충 및 pH조절에도 효과적이다. 폐염산, 폐황산 등 산세 폐액에는 염산 혹은 황산성분이 5∼10정도 함유되어 있으므로 인산염 슬러지의 해리 시키기에 충분하며, 산세 폐액의 재활용이란 측면과 경제적인 면에서도 유효한 방법이다. 이렇게 제조한 중금속 안정화제는 산성 용액 및 수용성 인산의 첨가량에 따라 인산기가 0.5 % ∼ 50% 등 자유로이 제조가 가능하다. 인산기가 고농도로 함유하도록 제조하여 물로 희석하여 사용할 수도 있다. 이렇게 제조한 중금속 안정화제를 중금속 함유 폐기물의 고화에 안정화제로 사용하면 되는 것이다.
이하 본 발명에 의한 중금속 함유폐기물의 안정화 메카니즘을 상세하게 설명하겠다. 인산염 슬러지로부터 제조된 중금속 안정화제는 산성이므로 중금속 함유폐기물의 표면에 적셔질 때, 폐기물 속에 물리적, 화학적 결합 형태로 존재하는 중금속을 녹여 해리시키고, 해리된 중금속과 중금속안정화제 속에 함유된 인산기가 중금속과 반응하여 안정한 인산염을 형성한다. 인산기는 칼슘, 알루미늄 등의 이온화 경향이 큰 금속들 과도 반응하지만 칼슘, 알루미늄 등은 이온화경향이 대다수의 중금속(Pb, Ni, Zn, Hg, Cr, Cd)보다 크므로 이온화경향이 작은 중금속들로 치환되고 이온상태로 용해된다. 금속의반응성(이온화경향)은 K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Au>Pt>Ag 순이다.
산성인 본 발명에 의한 중금속안정화제는 알카리성의 폐기물과 반응하여 중성 혹은 알카리성으로 중화되고, 중금속들은 수화반응이나 포조란 반응시 중금속들을 고용체로서 혹은 고화체 내부에 물리적 고립 등에 의하여 안정화되게 되는 것이다. 중금속 함유폐기물이 자체고화가 된다면 고화제는 필요하지 않다. pH조절제는 폐기물의 pH가 낮거나, 본 발명에 의한 중금속 안정화제의 첨가에 따라, 고화물의 pH가 낮아질 경우에 중금속이 재용출되는 것을 방지하기 위하여 첨가한다. 고화처리물의 최종 pH는 6이상으로 하는 것이 바람직하다. pH가 너무 낮을 경우에는 중금속의 재용출이 우려되기 때문이다.
이하 본 발명에 의한 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다.
(실시예1)
H 자동차 제조공장에서 배출되는 인산염 화성피막 슬러지 200g을 2 N(노르말) 황산용액 500g에 넣은 후 황산용액에 인산염 화성피막 슬러지가 전부 녹아 이온상태로 완전히 해리될 때까지 교반하였다. 이 인산염 화성피막 슬러지를 황산으로 녹인 용액을 "중금속 안정화제 A"라 하고 소각재 안정화에 사용하였다. 중금속 안정화제의 비중 비중은 1.2이며, 인산기의 함유량은 5.5%이다. 인산염 화성피막 슬러지의 성분분석 결과는 표 2와 같다. "중금속 안정화제 A"와 철강산세 폐액을 1:1의 비율로 혼합하고 이를 "중금속 안정화제 B"라 하였다. 또한 인산염 화성피막 폐수를 중금속 고화에 사용하였다. 인산염 화성피막 폐수에 함유된 인산기는 7800ppm이었으며 pH는 4.3이었다.
(표 2)인산염 화성처리 슬러지 성분분석
성분(wt%) Zn Ni Cr Cd Pb Cu Mg Fe Ca Na P 수분
인산염 화성피막슬러지 5.62 1.07 0.14 N.D 0.01 0.07 0.03 38.5 0.07 0.03 39.2 50
표 3에는 A 소각장 에서 배출되는 비산재 A 에 대하여 인산염 화성피막 슬러지를 이용하여 제조한 중금속 안정화제 A, B와 인산 폐수를 안정화제로 사용하여 고화처리 하였을 경우에 각 처리조건별로 용출된 중금속 함유량과 소각재 원시료의 중금속 용출결과를 비교하여 나타낸다. 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 중금속용출 시험결과 소각장 비산재 A에서는 납이 49ppm으로 용출시험기준을 초과하는 것으로 나타났지만 본 발명에 의한 중금속안정화제를 사용하여 고화시킨 고화물에서는 용출시험기준 값 보다 훨씬 낮은 용출을 보였다. 특히 철강산세 폐액을 사용한 중금속 안정화제 B는 중금속이 전혀 용출되지 않았으며 철강산세 폐액의 효과적인 이용이 가능하였다.
(표 3)중금속 용출시험 결과(소각재 A)
번호 처리 조건 pH Zn(mg/l) Pb(mg/l) Cd(mg/l) Cu(mg/l) Cr(mg/l)
용출시험기준 - 3 0.3 3 1.5
1 비산재 A (100g) 11.7 2.58 49.0 N.D 0.03 N.D
2 소각재 A+중금속안정화제 A(100g:80g) 8.0 0.03 0.18 N.D N.D N.D
3 소각재 A+중금속안정화제 A+시멘트(100g:83g:10g) 10.6 - 0.007 N.D N.D N.D
4 소각재 A+중금속안정화제 B(100g:80g) 10.3 - N.D N.D N.D N.D
5 소각재 A+인산 폐수(100g:58g) 12.3 - 1.43 N.D N.D N.D
(실시 예 2)
실시예 1에서 제조한 중금속 안정화제 A를 실시 예 1에서 사용한 비산재 A와는 다른 비산재 B에 대하여 안정화 실험을 행하였다. 비산재 B는 자체 고화가 되지 않았으므로 생석회(CaO)를 고화제로 사용하였다. 또한 pH조절제로서 석회석을 10% 첨가하였을 경우에 대해서도 비교하였다. 폐기물 공정시험법에 의한 비산재의 중금속 용출량과 중금속안정화제를 사용하였을 경우에 용출시험결과를 표 4에 나타내었다. 비산재 B에는 아연, 납, 카드뮴, 구리의 용출량이 많았으나 소각재+중금속안정화제 A+생석회+물을 (100g:80g:10:g:10g)의 비율로 고화처리한 고화체에서는 아연, 납, 카드뮴, 구리이온의 용출이 용출시험기준 이내로 용출되어 안정화됨을 확인 할 수 있었다. 또한 pH조절제로서 석회석을 첨가한 경우에는 고화체의 pH가 높아지고 납의 용출이 현저하게 감소됨이 확인되었다.
(표 4)중금속 용출시험 결과(소각재 B)
번호 처리 조건 pH Zn(mg/l) Pb(mg/l) Cd(mg/l) Cu(mg/l) Cr(mg/l)
용출시험기준 - 3 0.3 3 1.5
1 비산재 B+물 (100g:30g) 6.8 5521 17.5 33.5 27.4 N.D
2 소각재 B+중금속안정화제 A+생석회+물(100g:80g:10g:10g) 6.0 0.24 1.37 N.D N.D N.D
3 소각재+중금속안정화제 A+석회+석회석 +물(100g:80g:10g:10g:10g) 9.1 0.05 0.02 N.D N.D N.D
이상 상술 했던 것처럼 본 발명의 중금속 안정화제 및 이를 이용하여 중금속 함유재의 고화처리 방법에 의하면, 지금까지 매립처분되어 왔던 인산기를 다량 함유한 인산염 슬러지를 중금속 함유재의 중금속 안정화에 안정화제로서 재활용함으로서 경제적으로 값 싼 중금속 안정화제를 제공할 수 있다. 또한 중금속 함유 폐기물의 고화처리시 본 발명에 의한 중금속 안정화제을 사용함으로서 고화처리 비용이 저렴하면서도 중금속을 안정화시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 중금속 함유 폐기물을 중금속 안정화제를 사용하여 고화시키는 안정화 처리 방법에 있어서, 상기 중금속 안정화제가 인산염 슬러지를 산성 용액을 사용하여 이온상태로 해리시킨 안정화제인 것을 특징으로 하는 중금속 함유 폐기물의 안정화 처리 방법.
  2. 청구항 1에서 산성 용액으로는 무기산 또는 유기산을 단독 혹은 2종 이상 혼합된 혼합산을 물에 희석시키는 방법.
  3. 청구항 2에서 무기산으로 황산(sulfuric acid), 발연황산(fuming sulfuric acid), 염산(hydrochloric acid), 질산(nitric acid), 과염소산(perchloric acid), 붕산(boric acid), 차아인산(hypophosphorous), 인산(phosphoric acid), 차아인산나트륨(sodium hypophosphate), 인산 1나트륨(monobasic sodium phosphate), 인산 2나트륨(dibasic sodium phosphate), 인산 3나트륨(tribasic sodium phosphate), 트리폴리인산나트륨(sodium tripolyphosphate), 피로인산나트륨(sodium pyrophosphate),피로인산칼륨(potassium pyrophosphate), 산성메타인산소오다(acid sodium metaphosphate), 산성피로인산나트륨(acid dihydrogen pyrophosphate), 차아인산칼륨(potassium hypophosphate), 메타인산나트륨(sodium metaphosphate), 메타인산칼륨(potassium metaphosphate), 폴리인산나트륨(sodium polyphosphate), 폴리인산칼륨(potassium polyphosphate), 차아인산칼슘(calcium hypophosphate), 인산 1칼슘(calcium phosphate monobasic), 인산 2칼슘(calcium phosphate dibasic, 인산 1칼륨(potassium phosphate monobasic), 인산 2칼륨(potassium phosphate dibasic), 인산 3칼륨(potassium phosphate tribasic), 인산 1마그네슘, 인산 1알루미늄, 인산암모늄(ammonium phosphate), 과린산석회(calcium superphosphate), 중과린산석회(double superphosphate or triple superphosphate), 폐황산, 폐질산, 폐염산, 인산 폐수 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합된 혼합산을 사용하는 방법.
  4. 청구항 2에서 유기산으로 초산(acetic acid), 구연산(citric acid), 사과산(malic acid), 글루콘산(gluconic acid), 유산(lactic acid), 푸마르산(fumaric acid), 호민산(succinic acid), 엽산(folic acid), 브롬화초산(bromoacetic acid), 이소부틸산(isobutyric acid), 키토산(chitosan), 휴믹산(humic acid), 아디핀산(adipic acid), 이염기산(dibasic acid, DBA), 포름산(formic acid)중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합된 혼합산을 사용하는 방법.
  5. 청구항 1에서 중금속 안정화제가 인산 폐수인 방법.
  6. 청구항 1에 의한 중금속 함유 폐기물의 안정화 처리 방법에 있어서, 중금속 함유 폐기물이 자체고화되지 않을 경우에 시멘트, 생석회, 물유리(sodium silicate), 소디움 알루미네이트(sodium aluminate), 소디움 알루미노실리케이트(sodium aluminosilicate), 아스팔트(asphalt), 파라핀(paraffin), 폴리에틸렌(polyehtylene) 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합한 고화제를 첨가하여 중금속 함유 폐기물을 안정화 하는 방법.
  7. 청구항 1에 의한 중금속 함유 폐기물의 안정화 처리 방법에 있어서, 안정화처리물의 pH가 6이하 일 경우에 pH조절제로서 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 석회석, 탄산나트륨, 폐아스콘, 폐콘크리트, 연소재 중 최소한 1종 혹은 2종 이상 혼합한 pH조절제를 첨가하여 중금속 함유 폐기물을 안정화 하는 방법.
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