KR100779528B1 - A practical method and apparatus for disposing pcbs in oil - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리장치에 있어서, 반응조유니트의 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a reactor unit in the PCBs contaminated oil treatment apparatus according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리장치에 있어서, 연소기유니트의 개략적 구성도.Figure 2 is a schematic configuration diagram of a combustor unit in the PCBs contaminated oil treatment apparatus according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
100 ... 반응조유니트 110 ... 반응조100
111 ... 제1라인 112 ... 제2라인111 ...
115 ... 교반기 120 ... 여과기115 ...
130 ... 펌프 140 ... 반응조가열부130
150 ... 질소주입라인 200 ... 연소기유니트150 ...
210 ... 튜브본체 220 ... 제1연결부210
221 ... 산소주입라인 230 ... 제2연결부221 ...
231 ... 배출가스라인 240 ... 탄소섬유231 ...
본 발명은 실용적인 폴리염화바이페닐류(PCBs : Polychlorinated biphenyls) 오염유 처리방법 및 그에 사용되는 PCBs 오염유 처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a practical method for treating contaminated oil of polychlorinated biphenyls (PCBs) and PCBs contaminated oil treatment apparatus used therefor.
폴리염화바이페닐류(PCBs : Polychlorinated biphenyls, 이하 PCBs 라 한다)는 소위 유사체라고 하는 209 가지의 개별적인 화합물들을 통칭하는 용어이며, 이 화합물들에는 2 개의 페닐 고리에 1 개에서 10 개까지의 염소 원자가 결합되어 있다. 이러한 PCBs(polychlorinated biphenyls)는, 1930년에서 1977년까지 40 여 년간 상용화되어 생산된 바 있고, 전세계적으로 총 생산량은 1.1x109kg이었던 것으로 추정되며 그 중 93%는 미국 Monsanto사에서 생산되었다. Monsanto사가 제조한 PCBs의 복합적인 화합물들은 Aroclor라는 상품명으로 판매되었다. Polychlorinated biphenyls (PCBs) are generic terms for 209 individual compounds, called analogues, which include from 1 to 10 chlorine atoms in two phenyl rings. Are combined. These polychlorinated biphenyls (PCBs) have been commercialized for over 40 years from 1930 to 1977, and are estimated to have produced 1.1x10 9 kg worldwide, 93% of which were produced by Monsanto, USA. Complex compounds of PCBs manufactured by Monsanto were sold under the trade name Aroclor.
PCBs는 화학적, 열역학적으로 안정적일 뿐 아니라 유전성(誘電性: dielectric property)이 강하여 변압기나 축전기와 같은 전기기구 내의 절연유로 주로 사용되었다. 그러나 엄청난 사용량과 분별없는 폐기 형태, 거기다 끈질긴 내환경성 때문에 PCBs는 대표적인 환경오염 물질로 대두되게 되었다. 이러한 PCBs는 해양생물, 어류, 조류, 육상동물 및 말할 것도 없이 사람에게서도 체내 축적물로 발견되고 있으며, 최근에는 생물체 내에서 자연 호르몬의 변환 과정을 방해하여 수컷의 정자의 양을 줄게 하거나 수컷을 암컷으로 바꾸어 놓는 유사호르몬(pseudo- hormone)과 같이 작용한다고 알려져 있다.PCBs are not only chemically and thermodynamically stable, but also have high dielectric properties, making them mostly used as insulating oils in electrical appliances such as transformers and capacitors. However, PCBs have emerged as a representative environmental pollutant due to their enormous usage, indiscriminate form of disposal and their persistent environmental resistance. These PCBs are found in body organisms in marine life, fish, algae, terrestrial animals and, of course, humans, and in recent years have disrupted the transformation of natural hormones in living organisms, reducing the amount of sperm in males or males in females. It is known to act like a pseudo-hormone, which is replaced with.
이처럼 환경파괴가 명백해짐에 따라, 미국연방법인 독극물 관리법(TSCA: Toxic Substance Control Act)이 1976년에 제정됨으로써 PCBs의 규제가 시작되었고, 유럽공동체(EU)에서도 그와 유사한 법령이 제정되었다. 이와 같은 법규들은 PCBs의 생산, 처리, 상업적인 판매 또는 개방 시스템에서의 사용 등을 금지하였다.As this environmental manifestation became evident, the US Federal Code of Toxic Substance Control Act (TSCA) was enacted in 1976 to regulate the PCBs, and similar legislation was enacted in the European Union. These laws prohibit the production, processing, commercial sale, or use of open systems in PCBs.
그러나 아직도 PCBs를 사용하는 장비들이 많이 있는데, 미국과 유럽공동체에는 아스카렐(askarel: PCB/삼염화벤젠이 함유된 국제전기화학위원회 지정 유전액)이 들어 있는 변압기가 약 50만 개 있다고 보고되어 있다. 또한 함량제한(25-50 ppm)을 초과하는 PCBs 농축액이 함유된 광유(鑛油) 또는 유전액이 들어 있는 변압기가 2백만 개가 넘는 것으로 추측되며, 이 수치는 전세계에 있는 것을 모두 합하면 훨씬 많아질 것이다. However, there are still many equipments that use PCBs, and it is reported that the United States and the European Community have about half a million transformers containing askarel (a dielectric fluid designated by the International Electrochemical Committee containing PCBs / Thenyl Trichloride). It is also estimated that more than 2 million transformers contain mineral oil or dielectric fluid containing PCBs concentrations above the content limits (25-50 ppm), which would be much higher if all of them were combined worldwide. will be.
PCBs 에 오염되는 물질은 특정 장비 제작시 상호 오염되고, 유전액의 처리, 충전 서비스, 유지관리 작업, 폐기 및 수거 과정에 의하여 발생된다. 그리고 PCBs 에 오염된 광유의 거의 대부분(99%)은 오염도가 50-2,000ppm 이어서 규제기관이 제한한 25-50ppm을 상당히 초과하고 있다. 따라서 PCBs에 오염된 오염유는 심각한 환경문제가 되고 있다. 이러한 PCBs를 제거하기 위하여 가장 흔한 방법은 고온 소각법(high temperature incineration)인데, PCBs에 오염된 변압기 오일(오염유)을 회전로에 붓고 고온으로 소각하는 것이다. Substances contaminated with PCBs are cross-contaminated in the manufacture of specific equipment and are generated by the process of treating, filling services, maintenance work, disposal and collection of dielectric fluids. And almost all (99%) of mineral oil contaminated with PCBs is 50-2,000 ppm, significantly exceeding the 25-50 ppm limit imposed by regulatory bodies. Therefore, contaminated oil on PCBs is a serious environmental problem. The most common method for removing these PCBs is high temperature incineration, in which transformer oil (polluted oil) contaminated with PCBs is poured into a rotary furnace and incinerated at high temperatures.
그러나 상기한 고온 소각법은 단순한 방법이기는 하나 처리 비용이 비싸고, 또 오염물질의 운송면에서 그리고 재생 가능 물질(광유등)까지도 파괴하므로 재활 용의 가능성이 있는 자원의 손실을 가져와 비경제적이었다. 더 나아가 소각 과정에서 다이옥신(dioxin)이나 퓨란(furan)과 같은 독성물질들이 부산물로 생성되는 문제점이 있었다. However, the above-mentioned high temperature incineration method is a simple method, but the processing cost is expensive, and because it destroys pollutants and even renewable materials (mineral oil, etc.), it is uneconomical due to the loss of resources that can be recycled. Furthermore, there was a problem that toxic substances such as dioxin or furan were generated as by-products during incineration.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, PCBs에 오염된 오염유로부터 PCBs를 효과적으로 분리하여 처리(파괴 및 제거)할 수 있으며, 광유와 같은 재생가능한 유용물질을 회수할 수 있는 PCBs 오염유 처리방법 및 그에 사용되는 PCBs 오염유 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, PCBs that can effectively separate (process and destroy) the PCBs from contaminated oil contaminated with the PCBs, PCBs that can recover renewable useful materials such as mineral oil It is an object of the present invention to provide a contaminated oil treatment method and a PCBs contaminated oil treatment apparatus used therefor.
본 발명의 다른 목적은, PCBs 의 처리 중 다이옥신이나 퓨란과 같은 독성물질등이 발생되지 않도록 할 수 있는 PCBs 오염유 처리방법 및 그에 사용되는 PCBs 오염유 처리장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a PCBs contaminated oil treatment method and a PCBs contaminated oil treatment apparatus used therein, which can prevent toxic substances such as dioxins and furans from occurring during the processing of PCBs.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리방법은,In order to achieve the above object, the PCBs contaminated oil treatment method according to the present invention,
PCBs 로 오염된 오염유에 알칼리성 시약, 알칼리 물질 및 알루미늄을 첨가하여 반응혼합물을 마련하는 단계(S11); 상기 반응혼합물을 소정의 온도로 가열한 상태에서 교반하는 단계(S12); 및 교반이 진행되는 상기 반응혼합물을 여과제를 통과시켜 PCBs 를 여과제에 흡착시키는 단계(S13);를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preparing an reaction mixture by adding an alkaline reagent, an alkaline substance, and aluminum to the contaminated oil contaminated with PCBs (S11); Stirring the reaction mixture in a state where it is heated to a predetermined temperature (S12); And adsorbing PCBs to the filter medium by passing the reaction mixture through which the stirring is performed (S13).
본 발명에 있어서, 상기 알칼리성 시약은, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 글리콜의 저급 알킬에테르, 트리메틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 부틸렌 글리 콜의 저급 알킬 에테르, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어지고; 상기 알칼리 물질은, 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨과, 나트륨 알코올레이트, 칼륨 알코올레이트 및 수산화칼슘으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.In the present invention, the alkaline reagent is polyethylene glycol (PEG), lower alkyl ether of polyethylene glycol, trimethylene glycol, butylene glycol, lower alkyl ether of butylene glycol, 1,3-dimethyl-2-imide At least one selected from the group consisting of zolidinone, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol; The alkaline substance is at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide and sodium alcoholate, potassium alcoholate and calcium hydroxide.
본 발명에 있어서, 상기 알칼리성 시약의 함량은 상기 오염유에 대하여 5~25 w/w % 이고; 상기 알칼리 물질의 함량은 상기 오염유에 대하여 2~5 w/w% 이며; 상기 알루미늄의 함량은 상기 오염유에 대하여 0.1~0.3 w/w % 이다.In the present invention, the content of the alkaline reagent is 5 to 25 w / w% with respect to the contaminated oil; The content of the alkaline substance is 2 to 5 w / w% based on the contaminated oil; The content of aluminum is 0.1 to 0.3 w / w% with respect to the contaminated oil.
본 발명에 있어서, 상기 교반은 상기 반응혼합물이 50℃ ~ 150℃ 의 범위내로 가열된 상태에서 진행된다.In the present invention, the agitation is performed while the reaction mixture is heated in a range of 50 ° C to 150 ° C.
본 발명에 있어서, 상기 화학적 PCBs 분리단계(S10)는, 상기 반응혼합물이 공기중의 산소에 의하여 산화분해되는 것을 방지하기 위하여 질소분위기에서 진행된다.In the present invention, the chemical PCBs separation step (S10) is carried out in a nitrogen atmosphere in order to prevent the reaction mixture from being oxidatively decomposed by oxygen in the air.
본 발명에 있어서, PCBs가 흡착된 여과제로부터 산소를 이용하여 PCBs 를 파괴 및 제거하는 단계로서, 산소를 상부측으로부터 하부측으로 상기 여과제를 경유하여 흐르게 하고, 이 상태에서 상기 여과제의 하부측을 점화하는 역류산화단계(S20)를 더 포함한다.In the present invention, the step of destroying and removing PCBs by using oxygen from the filter medium adsorbed PCBs, the oxygen flows through the filter medium from the upper side to the lower side, in this state the lower side of the filter medium Further comprising a countercurrent oxidation step (S20) for igniting.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리장치는, In order to achieve the above object, the PCBs contaminated oil processing apparatus according to the present invention,
교반기(115)가 설치되는 것으로서 반응혼합물이 수용되는 반응조(110); 상기 반응조(110)로부터 유입되는 반응혼합물을 여과하기 위한 여과제가 채워진 여과기(120); 상기 여과기(120)를 경유한 반응혼합물을 상기 반응조(110)로 순환시키는 펌프(130); 상기 반응조(110)에 설치되어 상기 반응혼합물을 가열시키기 위한 반응조가열부(140); 및 상기 반응조(110) 내로 질소를 주입하기 위한 질소주입라인(150);을 포함한다.A
본 발명에 있어서, 상기 여과제는, 용기에 활성탄, 나노 탄소튜브, 제올라이트중 선택된 적어도 어느 하나가 채워져 구현된다.In the present invention, the filter is implemented by filling the container with at least one selected from activated carbon, nano carbon tube, zeolite.
본 발명에 있어서, 상기 여과기(120)에서 꺼내어진 여과제로부터, 그 여과제에 흡착된 PCBs 를 연소하여 파괴 및 제거하기 위한 것으로서, 상기 PCBs 가 흡착된 여과제가 수용되는 튜브본체(210)와, 상기 튜브본체(210)의 상부에 설치되는 것으로서 산소가 주입되는 산소주입라인(221)이 연결되는 제1연결부(220)와, 상기 튜브본체(210)의 하부에 설치되는 것으로서 배출가스가 배출되는 배출가스라인(231)이 연결되는 제2연결부(230)를 포함한다.In the present invention, from the filter medium taken out from the
이하, 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리방법 및 그에 사용되는 PCBs 오염유 처리장치를 상세히 설명한다. Hereinafter, a PCBs contaminated oil processing method and a PCBs contaminated oil processing apparatus used therein according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리장치에 있어서, 반응조유니트의 개략적 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리장치에 있어서, 연소기유니트의 개략적 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a reaction tank unit in the PCBs contaminated oil treatment apparatus according to the present invention, Figure 2 is a schematic configuration diagram of a combustor unit in the PCBs contaminated oil treatment apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리장치는, 반응조유니트(100)와, 연소기유니트(200)를 포함한다. PCBs contaminated oil treatment apparatus according to the present invention, the reaction tank unit 100, and a
반응조유니트(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 교반기(115)가 설치되는 것으로서 반응혼합물이 수용되는 반응조(110)와; 반응조(110)로부터 연장되는 제1라인(111)에 설치되어 유입되는 반응혼합물을 여과하기 위한 여과제가 채워진 여과기(120)와; 여과기(120)와 반응조(110) 사이의 제2라인(112)에 설치되어 여과기(120)를 경유한 반응혼합물을 반응조(110)로 순환시키는 펌프(130)와; 반응조(110)에 설치되어 반응혼합물을 가열시키기 위한 반응조가열부(140)와; 반응조(110) 내로 질소를 주입하기 위한 질소주입라인(150);을 포함한다. The reactor unit 100, as shown in Figure 1, the
반응조(110)의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 파이렉스(pyrex)와 같은 유리, 스테인레스 스틸 등이 바람직하다. The material of the
교반기(115)는 반응조(110)내의 수용되는 반응혼합물을 균일하게 혼합하는 역할을 한다. 여기서, 교반기(115)는 마그네틱 교반기나 모터(M)에 구동되는 교반기등 다양하게 구현될 수 있다. The
여과기(120)는, 통형상의 용기에 다공성 여과제, 예를 들면 고온에서도 견딜 수 있는 활성탄, 나노 탄소튜브, 제올라이트중 선택된 적어도 어느 하나가 채워지는 것으로서, 그 여과제를 채워넣거나 꺼낼 수 있도록 뚜껑을 가진다. 이러한 여과기(120)에 채워진 여과제는, 오염유를 포함하는 반응혼합물부터 PCBs 를 흡착한다. The
반응조가열부(140)는 반응조(110) 내의 반응혼합물을 가열하기 위한 것이다. 이러한 반응조가열부(140)는 다양하게 구현할 수 있으며, 예를 들면 반응조(110)의 주위를 열수가 흐르는 구조로 할 수도 있고, 반응조(110) 외부에 열선을 감아서 구현할 수 있다. 이러한 반응조가열부(140)는 온도조절기에 의하여 제어됨으로써 반응조(110) 내부의 온도를 조절할 수 있도록 된다. The
질소주입라인(150)은, 반응혼합물, 엄밀하게는 오염유의 산화분해를 방지하기 위하여 반응조(110) 내로 질소를 주입한다. 반응조(110)로 주입되는 질소는, 반응이 진행되는 동안에 반응조(110)를 질소분위기로 유지함으로써 반응혼합물이 공기중의 산소와 접촉하여 산화되는 것을 방지한다. The
연소기유니트(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응조유니트(100)의 여과기(120)에서 꺼내어진 여과제로부터, 그 여과제에 흡착된 PCBs 를 연소하여 처리(파괴 및 제거)하기 위한 것이다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 연소기유니트(200)는, PCBs 가 흡착된 여과제가 수용되는 튜브본체(210)와, 튜브본체(210)의 상부에 설치되는 것으로서 산소가 주입되는 산소주입라인(221)이 연결되는 제1연결부(220)와, 튜브본체(210)의 하부에 설치되는 것으로서 배출가스가 배출되는 배출가스라인(231)이 연결되는 제2연결부(230)와, 튜브본체(210) 내부에서 하부측에 설치되는 것으로서 활성탄을 지지하기 위한 탄소섬유(240)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the
여기서, 튜브본체(210)는 석영으로 된 기다란 튜브형태를 가지며, 튜브본체(210)의 상,하부에 연결되는 제1,2연결부(220)(230)는 스테인레스 스틸로 이루어진다. Here, the
산소주입라인(221)에는 튜브본체(210)로 주입되는 산소량을 제어할 수 있도록 니들밸브를 가지는 압력조절기(221a)가 설치되고, 산소가 일정하게 주입될 수 있도록 회전유량계(미도시)가 설치되어 있다. 이때 주입되는 산소의 유량은 60~600mL/분 범위 정도가 바람직하다. 이러한 구조에 의하여 산소주입라인(221)으로 주입되는 산소는 튜브본체(210)의 상부로부터 하부측으로 흐르게 된다.In the
다음, 본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리방법을 설명한다. Next, the PCBs contaminated oil treatment method according to the present invention.
본 발명에 따른 PCBs 오염유 처리방법은, 오염유에서 PCBs를 화학적으로 분리하는 화학적 PCBs 분리단계(S10)와, 화학적으로 분리된 PCBs 를 제거 및 파괴하기 위한 역류산화단계(S20)(COP - Counterflow Oxidation Process)를 포함한다.PCBs contaminated oil treatment method according to the present invention, chemical PCBs separation step (S10) for chemically separating the PCBs from the contaminated oil, and countercurrent oxidation step (S20) (COP-Counterflow to remove and destroy the chemically separated PCBs) Oxidation Process).
화학적 PCBs 분리단계(S10)는, PCBs 로 오염된 오염유에 알칼리성 시약, 알칼리 물질 및 알루미늄을 첨가하여 반응혼합물을 마련하는 단계(S11)와; 반응혼합물을 소정의 온도로 가열한 상태에서 교반하는 단계(S12)와; 교반이 진행되는 반응혼합물을 여과제를 통과시켜 PCBs를 여과제에 흡착시키는 단계(S13);를 포함한다. 이러한 화학적 PCBs 분리단계(S10)는, 반응혼합물, 엄밀하게는 오염유가 공기중의 산소에 의하여 산화분해되는 것을 방지하기 위하여 질소분위기에서 진행된다. Chemical PCBs separation step (S10), the step of adding an alkaline reagent, an alkaline substance and aluminum to the contaminated oil contaminated with PCBs to prepare a reaction mixture (S11); Stirring the heated reaction mixture to a predetermined temperature (S12); It includes a step (S13) to adsorb the PCBs to the filter medium by passing the reaction mixture is agitated through the filter medium. This chemical PCBs separation step (S10) is carried out in a nitrogen atmosphere to prevent the reaction mixture, strictly contaminated oil, from being oxidized by oxygen in the air.
반응혼합물을 마련하는 단계(S12)는, PCBs 오염유에 알칼리성 시약, 알칼리 물질 및 알루미늄을 혼합시키는 단계이다. Preparing the reaction mixture (S12) is a step of mixing the alkaline reagent, the alkaline substance and aluminum to the PCBs contaminated oil.
이때 알칼리성 시약은, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 글리콜의 저급 알킬에테르, 트리메틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜의 저급 알킬 에테르, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.The alkaline reagent may be polyethylene glycol (PEG), lower alkyl ether of polyethylene glycol, trimethylene glycol, butylene glycol, lower alkyl ether of butylene glycol, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, ethylene glycol, At least one selected from the group consisting of diethylene glycol, triethylene glycol.
알칼리 물질은, 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨과, 나트륨 알코올레이트, 칼 륨 알코올레이트, 및 수산화칼슘으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다. The alkaline substance consists of at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide, sodium alcoholate, calcium alcoholate, and calcium hydroxide.
알루미늄은 분말 형태로 사용되며, 그 형태는 구형 또는 판형등이 가능하다. 구형의 알루미늄 분말의 평균 입자크기는 수 마이크론~수백 마이크론 사이이고, 판형 알루미늄 분말의 크기는 평균 길이, 폭, 및 두께가 각각 수 마이크론~수백 마이크론 사이이다. 이러한 알루미늄은 수분, 알코올과 같은 활성수소를 함유하고 있는 물질에 대하여 화학적으로 안정하므로 취급이 용이하고, 폐변압기 오일과 같이 PCBs를 포함하는 오염유의 화학적 처리시 운전비용을 낮출 수 있다.Aluminum is used in the form of a powder, which can be spherical or plate-like. The average particle size of the spherical aluminum powder is between several microns and several hundred microns, and the size of the plate-shaped aluminum powder has an average length, width, and thickness of between several microns and several hundred microns, respectively. Since aluminum is chemically stable against substances containing active hydrogen such as water and alcohol, it is easy to handle and lowers operating costs during chemical treatment of contaminated oils including PCBs such as waste transformer oil.
여기서, 알칼리성 시약의 함량은 PCBs 오염유의 오염정도에 따라서 달라지는데 PCBs 가 1000 PPM 미만일 경우에 5~25 w/w % 이다. 또한 알칼리 물질의 함량은 오염유에 대하여 2~5 w/w% 이고, 알루미늄의 함량은 오염유에 대하여 0.1~0.3 w/w % 이다. Here, the alkaline reagent content depends on the degree of contamination of the PCBs contaminated oil, which is 5-25 w / w% when the PCBs are less than 1000 PPM. In addition, the content of alkaline substances is 2 to 5 w / w% with respect to the contaminated oil, and the content of aluminum is 0.1 to 0.3 w / w% with respect to the contaminated oil.
상기한 알칼리성 시약는, PCBs 오염유에 있어서 벤젠의 부분적 양전하를 띈 탄소를 공격하여 염소를 분리하는 친핵기(親核基)의 역할을 한다. 알칼리 물질은 화학반응 조건을 염기성으로 만들기 위하여 사용된다. 알루미늄(Al)은 PCBs 오염유의 반응속도를 증가시키기 위한 탈염소 반응 촉진제(dechlorination accelerator)로 사용되며 분말 형태인 것이 바람직하다. 알루미늄은 수분, 알코올과 같은 활성수소를 함유하고 있는 물질에 대하여 화학적으로 안정하므로 취급이 용이하고, 이에 따라 폐변압기 오일과 같이 PCBs를 포함하는 오염유의 화학적 처리시 운전비용을 낮출 수 있다.The alkaline reagent serves as a nucleophilic group that separates chlorine by attacking partially charged carbon of benzene in PCBs contaminated oil. Alkaline substances are used to make chemical reaction conditions basic. Aluminum (Al) is used as a dechlorination accelerator to increase the reaction rate of PCBs contaminated oil and is preferably in powder form. Aluminum is chemically stable with respect to substances containing active hydrogen such as water and alcohol, and thus is easy to handle, thereby lowering operating costs when chemically treating contaminated oils including PCBs such as waste transformer oil.
상기한 화학적 PCBs 분리단계(S10)에 있어 교반은 반응혼합물이 50℃ ~ 150℃ 의 범위내에서 가열된 상태에서 진행된다. 이때 반응혼합물의 가열온도가 50℃ 미만이면 탈염소 반응이 거의 일어나지 않아서 바람직하지 않고, 150℃를 초과하면 오염유 자체가 가열 변성되어서 바람직하지 않다. 구체적으로, 상기 가열온도는 80 내지 150℃ 사이인 것이 가장 바람직하다.In the chemical PCBs separation step (S10), the stirring is performed while the reaction mixture is heated in a range of 50 ° C to 150 ° C. At this time, if the heating temperature of the reaction mixture is less than 50 ° C., the dechlorination reaction hardly occurs, and if it is above 150 ° C., the contaminated oil itself is heat-modified, which is not preferable. Specifically, the heating temperature is most preferably between 80 and 150 ℃.
역류산화단계(S20)는, PCBs가 흡착된 여과제로부터 산소를 이용하여 PCBs를 파괴 및 제거하는 단계로서, 산소를 상부측으로부터 하부측으로 여과제를 경유하여 흐르게 하고, 이 상태에서 여과제의 하부측을 점화하는 단계이다. 이 경우, 산소의 흐름과 반대되는 방향으로 불꽃이 자가 진행되고, 이 과정을 통하여 여과제에 흡착된 PCBs 가 파괴 및 제거된다. The countercurrent oxidation step (S20) is a step of destroying and removing PCBs by using oxygen from the filter medium to which the PCBs are adsorbed. The oxygen flows through the filter medium from the upper side to the lower side, and the lower portion of the filter medium in this state. It is a step to light the side. In this case, the flame propagates in a direction opposite to the flow of oxygen, and the process destroys and removes PCBs adsorbed on the filter medium.
PCBs는 열에 대해 안정적이기 때문에 제거를 위하여 높은 온도를 필요로 한다. 몇몇 학자들의 연구에 의하면 PCBs는 실험적으로나 이론적으로 800℃ 이상에서 열역학적으로 불안정해진다고 한다. 따라서 PCBs를 파괴하려면 적어도 800℃ 이상의 온도를 유지하여야 하는데, 역류산화단계(S20)에 의하여 800℃ 이상의 높은 온도의 구현이 가능하며, 이에 따라 PCBs의 완벽한 제거가 가능한 것이다. PCBs are thermally stable and require high temperatures for removal. Some researchers have found that PCBs are thermodynamically unstable above 800 ° C, both experimentally and theoretically. Therefore, to destroy the PCBs should be maintained at a temperature of at least 800 ℃, by the countercurrent oxidation step (S20) it is possible to implement a high temperature of 800 ℃ or more, thereby enabling the complete removal of the PCBs.
한편, 오염물질이 흡착된 탄소를 재생하는 대표적인 방법으로 습기산화(WAO: wet air oxidation) 방법이 있다. 습기산화 방법은 주로 150℃ 이하에서 증발하는 오염물질이 탄소에 섞여 있을때 이용되고 있다. 그러나 이러한 습기산화방법은, 탄소에 흡착력이 매우 강하거나 독성이 강한 오염물질이 흡착되었을 경우 많은 에너지가 소모되고 실용적이지 못한 방법이다. Meanwhile, a representative method of regenerating carbon adsorbed by pollutants is wet air oxidation (WAO). Moisture oxidation is mainly used when carbon contaminants evaporate below 150 ° C. However, this method of moisture oxidation is a method that consumes a lot of energy and is not practical when carbon has a very strong adsorption force or a toxic pollutant is adsorbed.
이와 같이 열에 대해 매우 안정적이고 독성이 강한 PCBs를 제거하는데 있어 습기산화방법은 적합하지 않다. 이에 출원인은 PCBs를 효과적으로 제거하기 위한 역류산화단계(20)(COP)를 발명하게 된 것이다. As such, moisture oxidation is not suitable for removing PCBs that are highly stable and toxic to heat. Applicant has invented the countercurrent oxidation step 20 (COP) to effectively remove the PCBs.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 예로 들어 설명하며, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되지 않음은 물론이다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
[실시예]EXAMPLE
사용한 PCBs 오염유, 알칼리성 시약, 알칼리 물질 및 알루미늄Used PCBs Contaminated Oil, Alkaline Reagents, Alkaline Materials And Aluminum
본 실시에에서 PCBs 오염유는, 폐변압기에서 추출된 것으로서, Aroclor 1260(바이페닐 프레임에 주로 5 개 또는 6 개의 염소가 결합된 PCBs)란 이름을 가지는 것을 사용하였다. 여기서, 사용한 오염유의 PCBs 농도는 700ppm 이다. In this embodiment, PCBs contaminated oil was extracted from a lung transformer and used the name Aroclor 1260 (PCBs mainly having 5 or 6 chlorine bound to a biphenyl frame). Here, the PCBs concentration of the used contaminated oil is 700 ppm.
또 알칼리성 시약으로서 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 선택하고, 알칼리 물질로서 수산화칼륨을 선택하였다. 이때, 사용된 폴리에틸렌 글리콜은 오염유에 대하여 10 w/w % 이고, 수산화칼륨은 3 w/w 이며, 알루미늄은 0.2 w/w % 이다. Polyethylene glycol (PEG) was selected as the alkaline reagent, and potassium hydroxide was selected as the alkaline substance. In this case, the polyethylene glycol used is 10 w / w% with respect to the contaminated oil, potassium hydroxide is 3 w / w, aluminum is 0.2 w / w%.
화학적 PCBs 분리단계(S10)의 수행Performing chemical PCBs separation step (S10)
화학적 PCBs 분리단계를 수행하기 위하여, PCB 오염유와 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과, 수산화칼륨과, 알루미늄을 혼합하여 반응혼합물을 만들었다. 이러한 반응혼합물을 반응조(110)에 넣은 후, 반응조가열부(140)를 작동시켜 반응혼합물을 80℃~150℃ 로 가열한 상태에서, 반응조(110)로 질소를 주입하여 질소분위기로 만들었다. 이후, 교반기(115)로 반응혼합물을 교반시키고 한편으로 펌프(130)를 작동하여 교반되는 반응혼합물을 여과제로서 활성탄이 채워진 여과기(120)를 경유하여 다시 반응조(110)로 순환하게 하였다.In order to perform the chemical PCBs separation step, a reaction mixture was prepared by mixing PCB contaminated oil, polyethylene glycol (PEG), potassium hydroxide, and aluminum. After the reaction mixture was placed in the
상기한 상태에서 반응혼합물의 교반이 진행되는데, 교반이 진행됨에 따라 반응혼합물은 점차 균질하게 혼합 반응되면서 검은찌꺼기 형태로 변해갔다. 이러한 교반과정이 진행되는 동안에, 펌프(130)는 반응혼합물을 시간당 25 회 순환시켜 여과기(120)를 경유하게 하였다. 이때 오염유를 구성하는 광유는 용해되지 않았기 때문에, 반응혼합물로부터 대부분(= 95%) 회수된다. 이러한 일련의 과정을 통하여, 여과기(120)에 채워진 여과제(활성탄)에는 PCBs가 흡착된다. In the above state, stirring of the reaction mixture proceeds, and as the stirring proceeds, the reaction mixture gradually changes into a homogeneous mixture while homogeneously reacting. During this stirring process, the
역류산화단계(S20)의 수행Perform of countercurrent oxidation step (S20)
역류산화단계(S20)를 수행하는 연소기유니트(200)는 내경 5cm 이고, 길이가 45cm 인 석영 튜브를 가지며, 산소주입라인(221)으로 주입되는 산소량은 60-600 mL/분 범위로 하였으나, 본 실시예에서는 100mL/분으로 하였다. The
역류산화단계(S20)를 수행하기 위하여, 여과기(120)로부터 PCBs가 흡착된 활성탄을 꺼내어 튜브본체(210)에 채워넣고, 산소주입라인(221)으로부터 산소를 주입하면서 열점화기구로 튜브본체(210)의 하부측을 점화시킨다. 그러면 튜브본체(210)의 하부측으로부터 연소되는 불꽃은 산소의 흐름방향과 반대 방향이 타고 올라오면서 여과제에 흡착된 PCBs를 파괴 및 제거한다. In order to perform the countercurrent oxidation step (S20), take out the activated carbon adsorbed by the PCBs from the
반응조유니트 내의 PCBs 의 분석Analysis of PCBs in Reactor Units
화학적 PCBs 분리단계(S10)를 수행함에 있어서, 반응혼합물을 여과기(120)를 경유하여 1회 순환하였을 때 과정마다 반응조(110)로부터 오염유를 추출하고, 여과기(120)로부터 활성탄을 추출하여 PCBs의 분석을 실시하였다. 그 결과, 활성탄에서 검출된 PCBs 양과, 반응조(110)로부터 오염유를 순환시키기 전에 그 오염유에 함유되었던 PCBs의 양은 거의 일치하였다. 이는 반응혼합물 내의 오염유로부터 PCBs를 흡착하는데 활성탄이 매우 효과적이라는 것을 시사한다.In performing the chemical PCBs separation step (S10), when the reaction mixture is circulated once through the
연소기유니트 내의 PCBs 의 분석Analysis of PCBs in Combustor Units
역류산화단계(S20)를 처음 수행할 경우, 활성탄에 흡착된 PCBs중 95.56%가 제거(파괴)되었다. 이는, 활성탄에 흡착된 PCBs의 함량이 많아서 불꽃이 일정하게 타 들어가지 않았던 것에 어느 정도 기인한다. 이후, 역류산화단계(S20)를 다시 수행할 때, PCBs의 제거(파괴) 효율이 97.59% 로 되고, 또 다시 역류산화단계(S20)를 수행하면 PCBs의 제거(파괴)효율은 상당히 높아져 99.99%로 나타났다. 이러한 결과에 의하면, 세번의 역류산화단계(S20)의 반복할 때 PCBs를 완전히 제거(파괴)할 수 있음이 확인되었으며, 이러한 역류산화단계(S20)는 PCBs의 처리에 매우 효과적인 열처리 방법임을 입증되었다. When the countercurrent oxidation step (S20) was performed for the first time, 95.56% of PCBs adsorbed on activated carbon were removed (destroyed). This is due to the fact that the amount of PCBs adsorbed on the activated carbon did not burn in a constant manner. Subsequently, when the reverse flow oxidation step (S20) is performed again, the removal (destruction) efficiency of the PCBs becomes 97.59%, and when the reverse flow oxidation step (S20) is performed again, the removal (destruction) efficiency of the PCBs is considerably high, which is 99.99%. Appeared. According to these results, it was confirmed that PCBs can be completely removed (destroyed) in three repeated countercurrent oxidation steps (S20), and this countercurrent oxidation step (S20) proved to be a very effective heat treatment method for processing PCBs. .
한편, 공기가 존재하는 환경에서 PCBs 소각시킬 때 다이옥신/퓨란이 생성되었다는 보고들이 있는데, 본 발명에서의 역류산화단계(S20)는 800℃ 이상에서 연소가 진행되기 때문에, 배출가스에서 다이옥신/퓨란과 같은 기타의 독성 물질들이 검출 한계인 5ppb 이상에서는 검출되지 않았다. 이는 매우 높은 불꽃 온도와 생성된 염소와 결합하는 웬만한 양의 수소의 존재 때문인 것이다.On the other hand, there are reports that dioxins / furans were generated when incineration of PCBs in the presence of air. In the present invention, since the reverse flow oxidation step (S20) is combusted at 800 ° C. or higher, the dioxins / furans are separated from the exhaust gas. The same other toxic substances were not detected above the detection limit of 5 ppb. This is due to the very high flame temperatures and the presence of some amount of hydrogen that binds to the produced chlorine.
또한, 역류산화단계(S20)의 효율은, PCBs의 흡착과정을 반복하면서 활성탄의 흡착능력이 얼마만큼 복구되느냐에 따라 달라질 수 있을 것이다. 따라서 활성탄의 흡착성 변화를 비교하기 위하여 새 활성탄을 사용했을 때와, 역류산화단계(S20)에 의하여 재생된 활성탄을 사용할 때의 PCBs의 흡착효율을 비교 관찰하였다. 관찰결과, 새 활성탄과 재생된 활성탄의 흡착효율이 95%로 나타났다. 이는 재생된 활성탄의 흡착효율이 새 활성탄에 비해 크게 달라지지 않았다는 것을 나타내고, 또한 활성탄의 표면적 측정에서 세번의 연속된 사이클을 수행하고 난 후의 재생 활성탄에서 측정된 표면적에 큰 변화가 없었다는 사실이 더욱 뒷받침해 주고 있다.In addition, the efficiency of the countercurrent oxidation step (S20) may vary depending on how much the adsorption capacity of the activated carbon is restored while repeating the adsorption process of the PCBs. Therefore, we compared and observed the adsorption efficiency of PCBs when using new activated carbon to compare the adsorptive change of activated carbon and when using activated carbon regenerated by countercurrent oxidation (S20). As a result, the adsorption efficiency of fresh activated carbon and regenerated activated carbon was 95%. This indicates that the adsorption efficiency of the regenerated activated carbon was not significantly different compared to that of the new activated carbon, and further supported by the fact that there was no significant change in the surface area measured in the regenerated activated carbon after three consecutive cycles in the measurement of the surface area of the activated carbon. I'm doing it.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.
상술한 바와 같이, 화학적 PCBs 분리단계(S10)를 통하여 오염유로부터 PCBs 효과적으로 분리할 수 있고, 이후 역류산화단계(S20)에 의하여 분리된 PCBs 가 흡착된 여과제로부터 PCBs를 완벽하게 제거 및 파괴할 수 있었다. 이 과정에서 다이옥신/퓨란과 같은 독성물질들은 검출한계 이하로 검출됨으로써 매우 안전함이 증명되었다. 또한 오염유로부터 PCBs가 효과적으로 분리됨으로써, 광유와 같은 유용물질등이 회수될 수 있다. As described above, the PCBs can be effectively separated from the contaminated oil through the chemical PCBs separation step (S10), and then the PCBs separated by the countercurrent oxidation step (S20) will completely remove and destroy the PCBs from the adsorbed filter medium. Could. In this process, toxic substances such as dioxin / furan have been proved to be very safe by detecting below the detection limit. In addition, by effectively separating the PCBs from contaminated oil, useful materials such as mineral oil can be recovered.
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