KR101458568B1 - 소각재의 유해 물질 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반 폐기물이 소각되어 발생되는 소각재에 세라믹 중합체를 혼합하여 교반하여 혼합 소각재를 형성하는 혼합 단계와, 상기 혼합 소각재를 200∼400℃의 건조 온도에서 30∼60분의 건조 시간동안 건조하는 건조 단계와, 상기 건조된 혼합 소각재를 150∼200메쉬의 크기의 미립 소각재로 분쇄하는 분쇄 단계와, 상기 미립 소각재에 세라믹 첨가제를 혼합하고 탈산소 분위기와 400∼600℃의 안정화 온도에서 열처리하여 유해 물질이 안정화된 안정 소각재를 형성하는 안정화 단계 및 상기 안정 소각재를 탈산소 분위기에서 30∼80℃의 온도로 저온 냉각시키는 냉각 단계를 포함하는 소각재의 유해 물질 처리 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 일반 폐기물의 소각시 발생되는 소각재의 유해 물질 처리 방법에 관한 것이다.
가정 쓰레기를 포함하는 일반 폐기물은 소각장에서 1200℃ 이상의 온도에서 소각되어 처리되고 있다. 그러나, 일반 폐기물의 고온 소각시 발생되는 소각재도 다이옥신 또는 중금속과 같은 유해 물질이 잔류하게 되므로, 다시 고온에서 용융처리되어 매립되고 있다.
그러나, 상기 소각재는 고온 처리되어도 여전히 유해 물질이 잔존하게 되며, 빗물 또는 해수에 의하여 침식되는 과정에서 유해 물질이 침출수와 함께 용출되어 환경 오염의 문제를 일으키고 있다.
또한, 상기 소각재를 고온에서 처리하는 경우에 장비 유지 보수비, 연료비 과다등으로 처리 비용이 높게 된다. 또한, 상기 소각재를 고온 처리하는 과정에서 이산화탄소가 다량 배출되고, 소각재의 냉각시 다이옥신과 같은 유해 물질이 된다.
한편, 소각재는 자원으로 이용할 수 있으나, 자원으로 이용하기 위해서는 유해 물질을 무해화시켜 안전하고 안정된 물질로 처리하는 것이 필요하다.
본 발명은 상대적으로 낮은 온도에서 소각재를 처리하면서도 유해 물질이 유출되지 않도록 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 소각재의 유해 물질 처리 방법은 일반 폐기물이 소각되어 발생되는 소각재에 세라믹 중합체를 혼합하여 교반하여 혼합 소각재를 형성하는 혼합 단계와, 상기 혼합 소각재를 200∼400℃의 건조 온도에서 30∼60분의 건조 시간동안 건조하는 건조 단계와, 상기 건조된 혼합 소각재를 150∼200메쉬의 크기의 미립 소각재로 분쇄하는 분쇄 단계와, 상기 미립 소각재에 세라믹 첨가제를 혼합하고 탈산소 분위기와 400∼600℃의 안정화 온도에서 열처리하여 유해 물질이 안정화된 안정 소각재를 형성하는 안정화 단계 및 상기 안정 소각재를 탈산소 분위기에서 30∼80℃의 온도로 저온 냉각시키는 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합 단계 전에 상기 소각재를 상온에서 30∼60분 동안 상온 건조시키는 상온 건조 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 세라믹 중합체는 소각재의 중량 대비 5.0∼15.0중량%로 포함될 수 있다. 또한, 상기 안정화 단계에서 상기 다이옥신은 탈염소화 및 수소화처리에 의하여 안정화되며, 상기 중금속은 황화반응에 의하여 안정화될 수 있다.
또한, 상기 안정화 단계는 환원분위기 또는 탈산소분위기에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 세라믹 첨가제는 유황과 백금 및 티타늄을 포함하며, 상기 미립 소각재의 총 중량 대비 1.5∼5.0중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 소각재의 유해 물질 처리 방법에 의하면 소각재를 상대적으로 저온에서 처리하여 연료비를 절감하고, 고온 처리시 보다 유해 물질과 이산화탄소의 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 소각재의 유해 물질 처리 방법에 의하면, 소각재의 유해 물질을 무해화시켜 자원으로 이용하도록 하며, 매립에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각재의 유해 물질 처리 방법의 공정도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 소각재의 유해 물질 처리 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소각재의 유해 물질 처리 방법의 공정도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소각재의 유해 물질 처리 방법은 도 1을 참조하면, 혼합 단계(S20)와 건조 단계(S30)와 분쇄 단계(S40)와 안정화 단계(S50) 및 냉각 단계(S60)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 소각재의 유해 물질 처리 방법은 상온 건조 단계(S10)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소각재의 유해 물질 처리 방법에 의하면, 소각재에 포함되어 있는 중금속과 같은 유해 물질을 안정화시켜 소각재를 무해한 물질로 형성하게 되어, 소각재가 자원으로 이용될 수 있도록 한다.
상기 상온 건조 단계(S10)는 일반 폐기물이 소각되어 발생되는 소각재를 상온에서 30∼60분 동안 상온 건조시키는 단계이다. 상기 소각재는 일반 폐기물이 적어도 1200℃의 온도에서 소각되어 형성된다. 따라서, 상기 소각재는 소각 후에 전체적으로 균일한 온도를 유지하는 것이 필요하게 된다. 상기 소각재는 소각 처리 후에 30∼60분 동안 상온으로 유지하여 건조시키게 된다.
상기 일반 폐기물은 일반 가정 쓰레기, 폐유, 산업 오니 또는, 일반 하수 오니(활성 오니)를 포함하는 폐기물이 포함된다. 또한, 상기 일반 폐기물은 석탄재를 포함할 수 있다.
상기 혼합 단계(S20)는 일반 폐기물이 소각되어 발생되는 소각재에 세라믹 중합체를 혼합하여 교반하여 혼합 소각재를 형성하는 단계이다.
상기 세라믹 중합체는 소각재의 중량 대비 5.0∼15.0중량%로 포함된다. 상기 세라믹 중합체는 실리콘 산화물(SiO2)와 알루미늄 산화물(Al2O3) 및 칼슘 산화물(CaO)를 주성분으로 하며 추가로 소량의 다른 종류의 세라믹이 혼합되는 세라믹 혼합물로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 세라믹 중합체는 실리콘 산화물 25 ∼ 35중량%, 알루미늄 산화물 10 ∼ 20중량%, 칼슘 산화물(CaO) 15 ∼ 25중량%외에 탄소(C), 산화철(Fe2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 칼륨 산화물(K2O), 나트륨 산화물(Na2O), 황 산화물(SO3)을 잔량으로 포함하여 형성될 수 있다. 상기 세라믹 중합체는 실리콘 산화물 29.2중량%, 알루미늄 산화물 14.80중량%, 칼슘 산화물(CaO) 21중량%외에 탄소(C) 1.5중량%, 산화철(Fe2O3) 4.32중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 3.64중량%, 칼륨 산화물(K2O) 2.07중량%, 나트륨 산화물(Na2O) 4.46중량%, 황 산화물(SO3) 1.19중량%를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 세라믹 중합체는 소각재에 포함되어 있는 수분의 함유량이 증가함에 따라 혼합되는 함량이 증가될 수 있다. 상기 세라믹 중합체는 흡착력과 탈취제로서의 작용을 하게 된다. 상기 세라믹 중합체는 혼합 소각재의 건조 과정에서 촉매 역할을 하게 되어 원자의 분열을 촉진시켜 분자 구조를 조합하는 작용을 하게 된다. 상기 세라믹 중합체는 건조 과정에서 혼합 소각재에 포함되어 있는 냄새를 흡착하는 역할도 하게 된다.
상기 건조 단계(S30)는 혼합 소각재를 200∼400℃의 건조 온도에서 30∼60분의 건조 시간동안 건조하는 단계이다. 상기 건조 단계(S30)는 일반적인 건조로에서 진행될 수 있다. 상기 건조 단계(S30)는 혼합 소각재를 열 건조하여 혼합 소각재에 포함되어 있는 수분을 제거하게 된다. 상기 건조 온도가 너무 낮게 되면 혼합 소각재가 충분히 건조되지 않을 수 있다. 또한, 상기 건조 온도가 너무 높게 되면 불필요하게 처리 비용이 증가될 수 있다. 또한, 상기 건조 시간이 너무 짧게 되면 혼합 소각재가 충분히 건조되지 않을 수 있다. 또한, 상기 건조 시간이 길게 되면 불필요하게 처리 비용이 증가될 수 있다.
상기 분쇄 단계(S40)는 건조된 혼합 소각재를 미립 소각재로 분쇄하는 단계이다. 상기 혼합 소각재는 미립자로 분쇄되어 이어서 진행되는 안정화 단계에서의 안정화 과정이 신속하게 진행될 수 있도록 한다. 상기 혼합 소각재는 바람직하게는 150∼200메쉬의 크기로 분쇄된다. 상기 혼합 소각재는 나노 크기의 미립자로 분쇄됨에 따라 안정화 단계에서 첨가되는 세라믹 첨가제와 신속하게 반응하게 된다.
상기 안정화 단계(S50)는 미립 소각재에 세라믹 첨가제를 혼합하고 탈산소 분위기와 400∼600℃의 안정화 온도에서 열처리하여 유해 물질이 안정화된 안정 소각재를 형성하는 단계이다. 상기 안정화 단계(S50)는 질소 분위기에 의한 환원분위기, 탈산소분위기 또는 저산소 분위기에서 진행될 수 있다.
상기 세라믹 첨가제는 황과 망간과 알루미늄 및 니켈을 포함하는 물질로 형성된다. 또한, 상기 세라믹 첨가제는 희토류 금속을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 첨가제는 미립 소각재에 포함되어 있는 중금속과 반응하여 중금속이 침출되지 않도록 안정화시키는 반응에서 촉매 역할을 하게 된다. 상기 중금속은 세라믹 첨가제에 의하여 황화 반응에 의한 황화물 생성과 같은 난용성 화합물 생성 반응이 진행되어 안정화된다. 예를 들면, 상기 소각재 내에 존재하는 Cr과 같은 금속류들은 황에 대한 친화력이 크게 되므로 유황과 반응하여 황화물로 생성된다. 또한, 상기 다이옥신은 환원분위기, 탈산소분위기 또는 저산소 분위기에서 분해되며, 구체적으로는 탈염산 반응 후에 환원되고 탈염소화 및 수소화처리되어 암모니아가 배출되며, 환원력에 의하여 NOx 의 발생이 억제되어 안정화된다.
또한, 상기 세라믹 첨가제는 NiO, ZnO, MnO2, Cr2O3, V2O5, TiO2, Al2O3, SiO2, MgO와 같은 산화물을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 첨가제는 미립 소각재의 총 중량 대비 1.0∼5.0중량%로 포함될 수 있다. 상기 세라믹 첨가제는 소각재를 형성하는 폐기물의 종류에 따라 첨가되는 함량이 조절될 수 있다. 상기 소각재가 일반 하수 오니의 폐기물로부터 생성된 경우에, 세라믹 첨가제는 1.5중량%로 포함될 수 있다. 또한, 상기 소각재가 일반 가정 쓰레기로부터 생성된 경우에, 세라믹 첨가제는 3.0중량%로 포함될 수 있다. 또한, 상기 소각재가 폐유 또는 산업 오니로부터 생성된 경우에, 세라믹 첨가제는 5.0중량%로 포함될 수 있다.
상기 냉각 단계(S60)는 안정 소각재를 탈산소 분위기에서 30∼80℃의 냉각 온도로 저온 냉각시키는 단계이다. 상기 냉각 단계(S60)는 400∼600℃의 안정화 온도에서 안정화처리된 안정 소각재를 상대적으로 낮은 온도로 급속 냉각시키게 된다. 따라서, 상기 안정 소각재는 안정화된 상태를 유지하게 되며, 냉각 과정에서 다른 반응에 의하여 추가적인 유해 물질이 생성되지 않도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 소각재의 유해 물질 처리 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (7)
- 일반 폐기물이 소각되어 발생되는 소각재에 세라믹 중합체를 혼합하여 교반하여 혼합 소각재를 형성하는 혼합 단계;
상기 혼합 소각재를 200∼400℃의 건조 온도에서 30∼60분의 건조 시간동안 건조하여 상기 혼합 소각재에 포함되어 있는 수분을 제거하는 건조 단계;
상기 건조된 혼합 소각재를 150∼200메쉬의 크기의 미립 소각재로 분쇄하는 분쇄 단계;
상기 미립 소각재에 세라믹 첨가제를 혼합하고 탈산소 분위기와 400∼600℃의 안정화 온도에서 열처리하여, 다이옥신과 중금속을 포함하는 유해 물질이 안정화된 안정 소각재를 형성하는 안정화 단계 및
상기 안정 소각재를 탈산소 분위기에서 30∼80℃의 온도로 저온 냉각시키는 냉각 단계를 포함하며,
상기 세라믹 중합체는 상기 소각재의 중량 대비 5.0∼15.0중량%로 포함되고, 상기 소각재에 포함되어 있는 수분의 함량에 따라 혼합되는 함량이 증가되며,
상기 세라믹 중합체는 실리콘 산화물 25 ∼ 35중량%, 알루미늄 산화물 10 ∼ 20중량%, 칼슘 산화물(CaO) 15 ∼ 25중량%를 포함하며, 상기 혼합 소각재의 건조 과정에서 흡착제와 탈취제로 작용하는 것을 특징으로 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 혼합 단계 전에 상기 소각재를 상온에서 30∼60분 동안 상온 건조시키는 상온 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 안정화 단계에서 상기 다이옥신은 탈염소화 및 수소화처리에 의하여 안정화되며, 상기 중금속은 황화반응에 의하여 안정되는 것을 특징으로 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 안정화 단계는 환원분위기 또는 탈산소분위기에서 진행되는 것을 특징으로 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 세라믹 첨가제는 유황과 백금 및 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 세라믹 첨가제는 상기 미립 소각재의 총 중량 대비 1.5∼5.0중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 소각재의 유해 물질 처리 방법.
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