KR101367824B1 - 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소기의 액상의 폐기물을 탄소분말과 혼합하여 액상의 폐기물에 의한 탄소분말 반죽을 제조하는 단계; 상기 탄소분말 반죽을 열처리하는 단계;를 포함하여 구성하되, 탄소분말 반죽이 이루어질 수 있도록 액상 폐기물의 액상량을 조절하거나 탄소분말의 혼합량을 조절하며, 열처리시 액상 폐기물의 구성원소인 탄소가 산소와 결합하여 일산화탄소 또는 이산화탄소화 하지 않고 구성원소인 탄소가 탄소분말의 탄소에 흡수될 수 있도록 저온에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 독성을 갖는 액상의 폐기물을 폐기하기 위하여 이를 고온 열처리하는 과정에서, 액상 폐기물의 구성원소인 탄소가 공기중의 산소와 반응함으로써 이산화탄소 등 유해환경물질이 배출되는 폐단을 미연에 방지할 수 있고, 액상 폐기물이 포함하고 있는 탄소성분을 자원으로써 재활용할 수 있는 기회가 마련될 수 있다.

Description

탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법{Treating method of liquid waste consists of carbon}

본 발명은 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소기의 액상의 폐기물을 탄소분말과 혼합하여 액상의 폐기물에 의한 탄소분말 반죽을 제조하는 단계; 상기 탄소분말 반죽을 열처리하는 단계;를 포함하여 구성하되, 탄소분말 반죽이 이루어질 수 있도록 액상 폐기물의 액상량을 조절하거나 탄소분말의 혼합량을 조절하며, 열처리시 액상 폐기물의 구성원소인 탄소가 산소와 결합하여 일산화탄소 또는 이산화탄소화 하지 않고 구성원소인 탄소가 탄소분말의 탄소에 흡수될 수 있도록 저온에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법을 제공한다.

액상의 폐기물을 그대로 하천, 강, 바다 등에 방류하여 수질을 오염시키는 사례가 빈발하고 있다. 이러한 액상의 폐기물은 그 자체가 독성을 갖는 경우가 많고, 또한 pH가 매우 높거나 매우 낮아서 수질을 심각하게 오염시키고, 또한 수생 생태계를 파괴하는 등 사회적 문제점으로 대두되고 있다.

이를 위하여 액상의 폐기물을 수거하여 이를 별도로 저장함과 동시에, 이를 재생하거나 영구폐기하는 방안이 강구되고 있다. 그러나, 이와 같은 수거과정을 거치기 위해서는 인적 물적 수거 시스템이 별도로 구축되어야 하고, 폐수의 보관, 처리 등을 위하여 국가 또는 지자체 단위에서 예산을 확보하여야 하여, 간단하지 않은 문제점이 있었다.

또한, 휴대폰 등으로부터 귀금속을 채취하는 등 폐자원의 재활용기술에 대한 개발이 활성화되고 있는 지금, 상당량의 액상 폐기물이 재활용에 대한 기술개발은 이에 비하여 상대적으로 열악하고, 위험성이 높아 주의를 요구하며, 따라서, 처리가 어려운 폐기물은 그냥 방치되고 있는 실정이다.

이 중 탄소를 포함하는 액상의 폐기물은 그 자체로 재활용의 여지가 있으며, 이러한 폐기물의 재활용 측면에서 기술개발이 요구됨에도 불구하고, 이에 대한 연구가 그리 활성화되지 못하고 있다. 특히 폴리염화 바이페닐(polychlorinated biphenyl, PCB)은 두개의 벤젠고리가 연결된 바이페닐의 10개 수소 원자 중 2~10개가 염소원자로 치환된 화합물이다. 물에 불용성이고, 유기용매에 용해도가 좋으며 산과 알칼리에도 안정적이지만 토양과 해수에 오래 잔류하며, 인체에 들어갔을 때 간과 피부에 상해를 주어 사용 및 제조가 금지되었다.

이론적으로 242종의 이성질체가 있을 수 있으며, 실제 사용되는 것은 약 100여 종이다. 바이페닐(C6H5-C6H5)을 염화철 등의 촉매하에 염소와 반응시켜 얻으며, 염소 한 원자만이 치환된 모노클로로바이페닐을 포함하여 여러 종류의 이성질체가 형성된다. 공업적으로는 이들을 분리하지 않고 혼합물 상태로 사용하며, 염소화 정도에 따라 비중 1.18~1.74, 끓는점 275~360℃의 여러 종류의 제품이 나오고 있다. 무색의 기름상태, 노란색 점성유, 갈색 수지 상태의 것이 있으며, 모두 물에 불용성이고 유기용매에 용해도가 좋다. 산과 알칼리에 안정하고 열에도 안정한 불연성 화합물로 구리 이외의 보통 금속을 침해하지 않는다.

예전에는 공업용 열매체, 카본리스 복사지의 색소용제, 콘덴서의 절연유, 전력 케이블 피복용 고무의 가소제 등으로 많이 사용되었다. 그러나, 토양과 해수 중에서 오랫동안 잔류하고 인체에 들어가면 간 및 피부 등에 심한 상해를 일으킨다는 것이 판명됨에 따라 현재는 사용 및 제조가 금지되었다.

변압기오일에 사용하던 폴리염화 바이페닐의 무해화처리의 방법에 대하여는 종래부터 연구가 계속되고 있다. 폴리염화바이페닐은 비점이 278∼451℃이며, 상온에서는 휘발성이 없기 때문에 실용적인 처리방법으로서는 고온(1400℃이상)으로 소각처리하는 방법이 알려져 있다.

이와 같이, 폴리염화바이페닐을 고온으로 소각하면, 소각 도중에 온도상승중의 600℃이하 저온시의 포스겐, 다이옥신, 다이옥시레인과 같은 독성이 강한 물질로 변화하여 공기중으로 배출되기 때문에 강열처리가 어렵다. 따라서 이러한 유기염소계의 화합물만을 별도로 처리하는 특별한 소각로가 개발되고 있으나, 이러한 소각로에 의하는 경우에도 상당한 양의 다이옥신의 발생은 결코 피할 수 없는 것이 현실이다.

이를 위하여 대한민국 공개특허 제1998-031945호에서는 폴리염화 바이페닐 함유유 처리재에 관하여 제안하고 있는 바, 상기 처리재는 기름이 첨착되고 소수성이 부여되어 기름이 분해되어 흡수발열 반응할 수 있는 산화칼슘과 적어도 이산화규소, 마그네슘을 함유하여 폴리염화바이페닐 함유유 및 소수성 산화칼슘을 흡착하여 기름을 분해할수 있으며, 이온 교환성을 가진 다공체인 시피얼라이트(SEPIOLITE), 버머큐라이트(VERMICULITE) 또는 제오라이트(ZEOLITE)와, 폴리염화바이페닐을 함유하는 기름 및 산화칼슘에 첨착한 기름을 분해하는 기름 분해제인 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중성세제로 이루어지는 바, 상기 처리재를 폴리염화바이페닐 함유유에 혼합하는 것에 의해 저온으로 유분을 분해하여 분말화함과 동시에 이온 교환성에 의해 폴리염화바이페닐의 염소를 유리시켜 염화칼슘, 염화마그네슘 등의 무해한 염소화합물로 변화시키는 방법에 대하여 소개하고 있다.

그러나, 이와 같은 방법은 폴리염화 바이페닐을 처리하기 위하여 다양한 물질이 사용되어야 하므로 처리과정이 복잡하고, 처리단가가 높아지며, 폴리염화 바이페닐의 무해화 처리에만 주안점을 두었다는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 공개특허 제2009-0046177호에서는 폴리염화바이페닐이 함유된 오염물질의 정화방법 및 그 장치를 소개하고 있으며, 제2008-0016767호에서는 폴리염화바이페닐의 분해방법을 소개하고 있고, 제2006-0013444호에서는 폴리염화바이페닐이 함유된 폐수의 정화처리 장치를 소개하고 있으나, 공히 그 처리방법이 복잡하고 여전히 폴리염화 바이페닐의 처리에 따른 재활용의 측면은 전혀 고려하지 않고 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물의 폐기시 친환경적인 처리방안을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물을 열분해하여 이로부터 탄소를 수득함으로써, 액상의 폐기물 구성성분의 상당부분을 자원으로서 재활용할 수 있는 방안을 도출하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물의 처리방법에 있어서 액상의 폐기물의 분해가 가능한 반면 분해되는 탄소가 산소와 결합하여 이산화탄소 등 유해가스를 생성시키지 않도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액상 폐기물을 저온에서 처리함으로써 액상 폐기물의 처리 및 재활용 단가를 낮출 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 국가 또는 지자체 단위에서 액상 폐기물을 별도로 수거하여야 하는 인적 물적 시스템을 구축할 필요없이, 개별기업 단위에서 저온처리할 수 있는 간단한 설비를 설치함에 의해 액상의 폐기물을 직접 처리할 수 있도록 함으로써 재정지출 억제 및 산업상 경제성을 극대화하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물을 탄소분말과 혼합하여 액상의 폐기물에 의한 탄소분말 반죽을 제조하는 단계; 상기 탄소분말 반죽을 열처리하는 단계;를 포함하여 구성되는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법을 제공한다.

상기 탄소분말 반죽의 점도를 조절하기 위하여 건조하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 탄소분말 반죽을 열처리하는 단계는 액상의 폐기물을 열분해하여 탄소가 액상의 폐기물로부터 분해되되, 상기 분해된 탄소가 산소와 결합하기 이전의 온도인 200 ~ 300℃의 온도범위에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 탄소분말은 탄소분말 반죽의 형성이 가능하도록 0.1 ~ 150㎛의 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 액상의 폐기물은 폴리염화 바이페닐 또는 유류 폐기물인 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리 및 재활용시 저온처리를 통해 처리 및 재활용 비용을 절감하고, 이러한 액상 폐기물을 저온처리에 의하여 열분해 함으로써 액상 폐기물의 구성요소인 탄소기가 혼합성분인 탄소분말에 흡수되고, 나머지 성분을 별도로 포집 또는 수거되도록 함으로써 종래 액상의 폐기물의 구성요소인 탄소가 고온 소각과정을 통해 산소와 결합함으로써 대기오염을 유발하는 이산화탄소 등 유해가스를 발생시키는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 작용효과가 기대된다.

또한, 탄소기를 포함하는 액상 폐기물로부터 탄소를 열분해에 의해 수득되도록 함으로써 액상 폐기물을 폐자원이라는 관점에서 보다 폭넓게 평가할 수 있는 작용효과가 기대된다.

또한, 국가 또는 지자체 단위에서 액상 폐기물을 별도로 수거하여야 하는 인적 물적 시스템을 구축할 필요없이, 개별기업 단위에서 저온처리할 수 있는 간단한 설비를 설치함에 의해 액상의 폐기물을 직접 처리할 수 있도록 함으로써 세금 등으로 마련되는 재정지출 억제 및 산업상 경제성을 극대화할 수 있는 작용효과가 기대된다.

이상과 같은 본 발명을 첨부되는 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 유독성을 갖는 경우가 많은 탄소기를 포함하는 액상폐기물을 무조건적으로 고온에서 소각하는 종래의 방법을 배제하고, 친환경적이고 효율적인 처리, 분해폐기 및 재활용 방법을 제안함과 동시에 저온에서 처리함으로써 비교적 간단한 처리설비를 이용하여도 탄소기를 포함하는 액상폐기물을 저렴하고도 효과적으로 처리하도록 하는 방법을 제안하였다는데 그 의의가 있다.

본 발명에서는 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물을 처리하는 방법에 대해서 기술하고 있으며, "탄소기를 포함한다"함은 액상의 폐기물이 유기성 폐기물임을 의미하는 것이다.

여기서, 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물은 기계장치, 선박 등에서 사용되었던 공업용 폐유, 생활 폐기물로 발생되는 폐유 등이 있으며, 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물은 모두 본 발명에 적용될 수 있다.

여기서는 여러 액상의 폐기물 중에서도 폴리염화 바이페닐에 대하여 설명하도록 하며, 그 밖의 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법은 폴리염화 바이페닐의 처리방법에 준하므로 폴리염화 바이페닐의 처리방법으로 갈음하기로 한다.

<실시예>

액상의 폴리염화 바이페닐에 약 0.1 ~ 150㎛ 범위의 입자크기를 갖는 고순도의 탄소분말을 폴리염화 바이페닐의 액상이 잔량없이 충분히 흡착될 때까지 가하여 케이크 형태의 제조가 가능한 반죽의 상태로 제조하였다.

탄소분말이 위 입자크기의 범위를 가져야 하는 것은 탄소분말이 위 입자범위보다 조대한 경우에는 반죽 자체가 불가능하며, 비표면적이 작아서 탄소의 흡착률이 떨어지므로 위 범위의 입자크기를 갖는 탄소분말을 선정함이 바람직하나, 위 범위 중 그 하한은 그 보다 더 작은 크기의 탄소분말의 경우에도 사용이 가능함은 자명하다.

이 때, 탄소분말은 고순도의 것을 사용하는 것이 좋으며, 이는 폴리염화 바이페닐로부터 유리되는 탄소의 흡착은 동종의 탄소에 의하는 경우 가장 효과가 좋기 때문에 상기 유리탄소를 광범위하게 흡착하기 위한 것이다.

한편, 본 발명에서 탄소분말을 수득하는 경우에는 몰디드 그라파이트(molded graphite)의 가공과정중에서 발생되는 폐탄소 분말을 수득하여 사용하였으므로, 탄소분말의 재생이라는 관점에서도 바람직하다.

여기서, 폴리염화 바이페닐 중 무색의 기름상태, 노란색 점성유 등 액상의 물질인 것은 그대로 사용하며, 갈색 수지의 것은 유기용매에 대한 용해성을 이용하여 용해시킴으로써 액상의 형태로 사용할 수 있다.

이와 같이 제조되는 탄소분말 반죽을 통상의 전기로에서 열처리하였는데, 폴리염화 바이페닐의 분해온도는 그 하한점이 278℃로서, 이 온도 근처에서 저온열처리하는 경우, 분해되는 탄소는 이산화탄소 등 공기중의 산소와 결합함으로써 발생되는 가스산물로 변화하기 이전에 탄소분말에 포섭된다. 이 때, 본 발명에 의한 열처리 온도는 200 ~ 300℃로 하였다.

300℃가 넘는 경우에는 폴리염화 바이페닐로부터 유리되는 탄소가 공기중의 산소와 결합할 수 있어 본 발명의 취지에 반하며, 200℃ 이하인 경우에는 폴리염화 바이페닐이 열분해되지 않으므로, 위 온도범위는 그 임계적 의의가 있다.

한편, 대체로 위 온도범위에서 탄소의 열분해가 일어나며, 이는 액상 폐기물의 종류에 따라 상이할 수 있다.

특히 위 온도는 종래의 고온소각(1400℃)에 비하여 크게 낮은 온도로서 그 온도범위가 또 다른 의의를 갖음을 주지하여야 한다.

상기 열처리시 분위기는 특별히 한정되지는 않으며, 자유롭게 선택가능하다.

본 발명에 의하여 투입되는 탄소분말의 중량과 열처리 후, 폴리염화 바이페닐을 제거한 상태에서의 탄소분말의 중량을 반복하여 측정한 후 이를 비교하여 다음의 표 1과 같이 나타내었다.

	열처리 전의 탄소분말 중량	열처리 후의 탄소분말 중량
실시예 1	100g	101.4g
실시예 2	100g	100.9g
실시예 3	100g	100.9g
실시예 4	100g	101.2g
실시예 5	100g	101.8g

위 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄소의 중량이 약간 상승한 것을 알 수 있으며, 그 증가량의 범위는 열처리 전의 탄소분말 중량 대비 약 0.9 ~ 1.8%의 범위가 된다.

한편, 본 발명에 의한 폴리염화 바이페닐의 열분해 과정에서 발생되는 염소가스의 양을 측정하여 다음의 표 2와 같이 나타내었다.

	탄소반죽의 중량	발생되는 염소가스의 양
실시예 1	150g	10.4ppb
실시예 2	150g	11.8ppb
실시예 3	150g	11.9ppb
실시예 4	150g	10.9ppb
실시예 5	150g	11.1ppb

이와 같이 발생되는 염소가스는 별도의 설비를 이용해서 포집하여 제거하거나 재활용할 수 있을 것이며, 이는 본 발명의 범위를 벗어나는 것이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

한편, 폴리염화 바이페닐 이외에 탄소기를 포함하는 다른 액상 폐기물의 경우, 폴리염화 바이페닐의 열분해시 발생되는 염소가 아닌 다른 조성의 가스가 발생될 수 있으나, 적어도 탄소가 공기중의 산소와 결합함으로써 발생될 수 있는 가스의 양은 매우 미미하거나 존재하지 아니할 것이다.

따라서, 일산화탄소, 이산화탄소 등 유해가스의 발생을 방지하고, 열분해에 의해 수득되는 탄소를 자원으로 재활용할 수 있는 본 발명은 그 자체로 의의가 있다고 할 것이다.

이상으로부터 볼 때, 본 발명에 의하면 탄소의 회수에 의하여 폴리염화 바이페닐이 폐자원으로서 활용될 수 있음은 물론, 이로부터 폴리염화 바이페닐의 재처리가 더 이상 불필요하다는 파생적인 특징까지 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 탄소기를 포함하는 액상의 폐기물을 탄소분말과 혼합하여 케이크 형태의 제조가 가능한 액상의 폐기물에 의한 탄소분말 반죽을 제조하는 단계;
   상기 탄소분말 반죽을 열처리하는 단계;를 포함하여 구성되되,
   상기 탄소분말 반죽을 열처리하는 단계는 액상의 폐기물을 열분해하여 탄소가 액상의 폐기물로부터 분해되되, 상기 분해된 탄소가 산소와 결합하기 이전의 온도인 200 ~ 300℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로하는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄소분말 반죽의 점도를 조절하기 위하여 건조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄소분말은 탄소분말 반죽의 형성이 가능하도록 0.1 ~ 150㎛의 범위의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 액상의 폐기물은 폴리염화 바이페닐 또는 유류 폐기물인 것을 특징으로 하는 탄소기를 포함하는 액상 폐기물의 처리방법.