KR19990029549A - 중금속의 용리도를 감소시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습식 회분 제거기 또는 습식 슬래그 제거기의 액체 욕 중에서 냉각된 회분이나 슬래그 또는 열에 의한 폐기물 처리 설비의 회분 제거기 또는 슬래그 제거기에서 나오는 회분 또는 슬래그로부터의 중금속의 용리도를 감소시키는 역할을 하는 방법을 개시하고 있다. 그러한 방법에서는, 회분 또는 슬래그를 수분을 함유한 상 및/또는 수증기의 존재하에서 고압 중에 방치시킨다. 본 발명에 따라 처리하면, 중금속 화합물이 저 용해도의 고체 상으로 전환되고 또는 덜 빠르게 유동될 수 있는 광물질 매트릭스에 결합됨으로써 그 중금속 화합물의 유동성이 현저히 감소된다. 용해도 감소의 크기는 사용되는 압력 및 압력 처리의 시간에 따라 증가된다.

Description

중금속의 용리도를 감소시키는 방법

본 발명은 습식 회분 제거기 또는 습식 슬래그 제거기의 액체 욕 중에서 냉각된 회분이나 슬래그 또는 열에 의한 폐기물 처리 설비의 회분 제거기 또는 슬래그 제거기에서 나오는 회분 또는 슬래그로부터의 중금속의 용리도를 감소시키는 방법에 관한 것이다.

지방 자치 단체의 쓰레기 또는 산업 폐기물 중에 함유된 유기 화합물을 분해시키려는 목적으로 열에 의한 폐기물 처리 설비에서 그 폐기물을 처리할 경우, 가스 형태의 생성물 및 여과 분진 이외에도 고형의 회분 또는 슬래그가 폐기물 톤당 250 내지 350㎏의 양으로 생성된다. 회분 또는 슬래그 형태의 연소 잔류물 및 열분해 잔류물은 환경에 중대한 영향을 미치는 원소들을 여러 농도로 함유하고 있는데, 그 원소들의 대부분은 열에 의한 폐기물 처리시의 불충분한 온도나 매우 짧은 체류 시간으로 인해 또는 물에 대한 높은 용해도로 인해 단지 부분적으로만 회분 매트릭스 또는 슬래그 매트릭스에 결합된다. 그러한 원소들에는 무엇보다도 금속, 특히 중금속과 그 화합물, 각종 유기 물질의 잔여분, 무기 염화물, 황산염 및 질소 화합물이 속한다.

그러한 회분 또는 슬래그를 예컨대 건자재 산업 또는 도로 공사에 후속적으로 사용하거나 관련 규정에 적합하게 환경 친화적으로 폐기 처분하기 위해서는, 회분 또는 슬래그가 지표, 물 및/또는 대기 성분과 장시간 접촉할 경우에도 경험치를 통해 결정된 기준 및 법규상의 지침에 따른 양보다 더 적게 유지될 만큼 미세한 양의 유해 물질만을 방출하는 것이 결정적으로 중요하다. 그 경우, 열에 의한 폐기물 처리 시에 잔류물의 회분 또는 슬래그 중에 농축되었다가 주변 매체의 pH 변동 시에 예컨대 지표수 또는 빗물과의 접촉을 통해 상당한 양으로 방출되는 납, 아연, 카드뮴, 구리 및 기타 중금속의 화합물과 같은 독성의 중금속 화합물이 특히 문제가 된다.

열에 의한 폐기물 처리 설비의 잔류물로부터 중금속이 유동되는 것을 방지하기 위한 방법으로서는 기본적으로 2가지의 상이한 방법이 있다. 그 하나로서 시도된 방법은 중금속 또는 중금속 화합물의 최대한의 많은 부분을 열에 의한 폐기물 처리에 후속되는 각종 단계, 예컨대 습식 회분 제거 또는 추가의 알칼리액 처리 단계에서 적절한 추출제에 의해 용해시킨 후에 고체 매트릭스로부터 분리시키는 것이다.

즉, DE 44 27 899 A1에는 회분 또는 그로부터 원심 분리에 의해 분리된 중금속 농축 부분을 희석 염산으로 세척하고 그때에 생기는 중금속 함유 용액을 고체 잔류물로부터 분리하여 적절히 후속 처리하는 방법이 개시되어 있다. 염기성 반응을 일으키는 슬래그에 산을 첨가함으로써 pH 값이 ＜5로 설정될 경우, 예컨대 베를린 건강 및 환경 보호 센터에서 발행한 폐기물 연소 설비 잔류물에 관한 세미나 논문집 31(1992) 제43-61면에 수록되어 있는 엠. 글라이스(M. Gleis) 및 게. 호프만(G. Hoffmann)의 가정 쓰레기의 연소 잔류물의 환경 친화도를 개선하기 위한 처리 방법에 개시된 바와 같이 대부분의 중금속 용해도가 현저히 상승된다.

그 반면에, EP 0 730 884 A1에는 중금속 함유 잔류물을 2개 이상의 금속과의 배위 결합기를 구비한 글루콘산, 당밀 등의 화합물과 같은 킬레이트 착체 생성제의 수용액으로 추출하여 그 추출물을 원심 분리에 의해 처리하는 방법이 개시되어 있다.

연소 회분으로부터 유해 물질의 용리 성향을 감소시키기 위한 두 부류의 공지된 방법은 중금속 화합물의 용해도를 감소시키거나 고체 잔류물로부터 중금속이 유동되는 속도를 늦추는 화학 첨가제에 의해 회분 또는 슬래그를 처리하는 방법을 제안하고 있다.

공지되어 있는 바와 같이, 산과 염기의 양성의 중금속 수산화물은 특히 8 내지 11의 pH 범위에서 용해된다. 쓰레기 연소 회분은 그 중에 함유된 산화칼슘 또는 수산화칼슘으로 인해 물과의 접촉 시에 강렬한 염기성 반응을 일으키기 때문에(포화 용액의 pH 값은 10 내지 13임), EP 0 538 598 B1은 회분 제거기의 액체 욕 중에서 냉각된 슬래그에 화학 완충제로서 작용하여 액체 상태에서의 pH 값을 10.5 내지 7로 조절하는 첨가제를 공급하는 방법을 개시하고 있다. 그에 의해, 양성의 중금속 수산화물 또는 중금속 산화물이 적어도 부분적으로 난용성의 탄산염으로 전환되는데, 그 탄산염은 적합하게는 침전물로서 분리된다. 완충 첨가제로서는 예컨대 황산, 특히 폐기물로부터 회수된 황산, 탄산수소, 이산화탄소, 이산화탄소 함유 가스, 5 내지 15 체적%의 CO₂를 함유한 정화된 연소 가스 등의 첨가제가 사용된다.

JP-A-56 067 572에도 유사한 방법이 개시되어 있다.

또한, DE 44 16 659에는 슬래그의 건자재로서의 특성에 악영향을 미치는 염화물 및 황산염의 용리도를 0.5 중량%의 수산화알루미늄과 산화칼슘 및/또는 수산화칼슘의 첨가에 의해 감소시키는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 중금속의 용리를 감소시키기 위한 공지의 방법에는 중대한 단점이 있다. 즉, 경우에 따라서는 pH＜4에서의 산 세척 자체에 의해 중금속의 부분적인 추출이 일어나는 반면에, 슬래그의 기계적 특성이 현저히 악화되는 것으로 판명되었다. 킬레이트 착체 생성제에 의한 추출은 추출물의 처리 및 킬레이트 리간드의 회수를 위한 추가의 비용 소모를 유발한다. 또한, 추가의 세척 단계를 필요로 하는데, 그 이유는 그러한 세척을 하지 않을 경우에 슬래그의 탄소 함량(TOC) 및 열 감량이 허용할 수 없을 정도로 높아지기 때문이다. 최소의 용해도에 상응하는 최적의 pH 값을 설정하기 위한 pH 값 제어는 제어 기술적으로 복잡하고, 회분 또는 슬래그의 강력한 비균질적 특성으로 인해 불완전하게 수차례 진행되며, 그 작용이 미치는 범위도 표면에 가까운 층으로 한정된다.

본 발명의 목적은 회분 또는 슬래그 중에 용리성 중금속 화합물의 함량을 현저히 감소시키는 동시에 그 방법의 효율을 실질적으로 개선시키는 간단하고 저렴한 방법을 개발하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 회분 또는 슬래그를 수분을 함유한 상 및/또는 수증기의 존재하에서 고압 중에 방치함으로써 달성된다. 본 발명의 다른 장점 및 세부 구성은 청구 범위의 종속항에 개시되어 있다.

본 발명의 방법에 따라 처리하면, 조사를 통해 나타난 바와 같이 중금속 화합물이 저 용해도의 고체 상으로 전환되고 또는 보다 덜 빠르게 유동될 수 있는 광물질 매트릭스에 결합됨으로써 그 중금속 화합물의 유동성이 결정적으로 감소된다. 용해도 감소의 크기는 사용되는 압력 및 압력 처리의 시간에 따라 증가된다. 표준 방법 DEV S4에 따라 얻어지는 중금속의 용리도 값은 압력 등급이 ＞2바(bar)이고 체류 시간이 10 내지 15 분일 때에 이미 현저히 개선되는 것으로 관찰되었다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예에 있어서, 5 내지 15바의 압력 및 15 내지 60분의 체류 시간이 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 방법의 특징은 압력 처리 중에 처리하려는 고체 혼합물의 상부에 있는 분위기가 수증기로 이루어진다는 것이다. 이외에도, 본 발명에 따른 방법을 사용할 경우에 칼슘염 및 황산염의 용리도 값이 크게 감소된다. 그로부터, 처리 과정 중에 고체 상으로서 회분 중에 존재하는 산화칼슘 또는 수산화칼슘의 적어도 일부분이 중금속 부분을 에워싸서 상 조성을 자연적인 암석에 근사시키는 규산칼슘, 안정된 CaO-Al₂O₃-SiO₂상 또는 에트링기트(ettringit) 형태의 고체 상으로 전환된다는 것을 추정할 수 있다. 조사를 통해 나타난 바와 같이, 회분 또는 슬래그의 기계적 특성은 압력을 가함으로써 악영향을 받지 않는다. 오히려, 본 발명에 따른 방법에서는 응집 과정의 결과로서 처리되는 재료의 입자 조대화 또는 경화가 일어나는 바람직한 부수 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

입자 크기가 ＜9.5㎜인 회분 약 1㎏을 오토클레이브에 넣고, 회분의 표면이 알맞게 잠길 정도로 회분 위에 물을 부었다(물의 체적은 약 300ml임). 이어서, 오토클레이브를 닫고, 반응기의 외판을 가열하여 5, 10 또는 13바의 압력을 가하였다. 일정 압력에서의 체류 시간은 모든 시험에 대해 120분이었다. 압력 처리 직후에 DEV S4에 따라 회분을 용리시켜서 그 용출물을 분석하였다.

그 결과는 아래의 표 1과 같다.

압력 [바]	pH [-]	용리도 값
		Ca [㎎/㎏ TS]	Pb [㎎/㎏ TS]	Zn [㎎/㎏ TS]
미처리	12.4	7.939	4.81	6.75
5	11.2	1.810	0.86	0.21
10	10.9	1.405	0.79	0.16
15	11.4	2.258	0.93	0.09

실시한 시험 결과, 일정한 중금속의 용리도가 현저히 감소됨이 입증되었다. 미처리 회분을 조사한 결과, 용출물 중의 납의 농도는 건조물을 기준으로 4.81㎎/㎏인 것으로 나타났다. 처리된 회분의 경우, 용출물 중의 납의 함량은 건조물을 기준으로 1㎎/㎏ 미만의 값이었다. 마찬가지로, 양성의 중금속인 아연의 경우에도 역시 그 함량이 현저히 감소되었다. 즉, 건조물을 기준으로 6.75㎎/㎏이었던 용출물 중의 농도가 0.2㎎ 정도의 값으로 감소되었다. 그것은 평균적으로 93% 정도 감소된 것에 해당된다.

보충적으로, 압력 처리의 강도, 용출물의 pH 설정치 및 칼슘 농도를 시험 결과표에 수록하였다. 아연의 경우, 압력 강도의 증가에 따라 용출물 중의 농도 감소도 역시 증가하였다.

용출물 중의 납 농도의 감소는 처리 시간에 따라서도 달라지는데, 그 경우에는 용출물의 pH 값 및 용출물 중의 칼슘 농도에도 작용을 미치는 눈에 뜨일 정도의 간섭 영향을 받는다. 그러한 간섭 영향은 연소 회분의 조성이 자연적으로 변동하는 것에 기인한다. 시험 결과, 용출물 중의 납 농도는 평균 82% 정도 감소되는 것으로 나타났다.

시험 결과의 표시는 양성의 금속의 물질 군을 대표하여 납과 아연의 2개의 중금속으로 한정하였다. 연소 잔류물을 유사하게 처리하면, 다른 양성의 금속 및 화합물의 용출물 중의 농도도 역시 뚜렷하게 감소된다.

본 발명에 따른 중금속의 용리도를 감소시키는 방법에서는, 회분 또는 슬래그를 수분을 함유한 상 및/또는 수증기의 존재하에서 고압 중에 방치함으로써 중금속 화합물이 저 용해도의 고체 상으로 전환되거나 덜 빠르게 유동될 수 있는 광물질 매트릭스에 결합되기 때문에, 그 중금속 화합물의 용출물 중의 농도가 현저히 감소된다.

Claims (4)

1. 습식 회분 제거기 또는 습식 슬래그 제거기의 액체 욕 중에서 냉각된 회분이나 슬래그 또는 열에 의한 폐기물 처리 설비의 회분 제거기 또는 슬래그 제거기에서 나오는 회분 또는 슬래그로부터의 중금속의 용리도를 감소시키는 방법에 있어서,

   회분 또는 슬래그를 수분을 함유한 상 및/또는 수증기의 존재하에서 고압 중에 방치하는 것을 특징으로 하는 중금속의 용리도를 감소시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 회분 또는 슬래그를 2 내지 20바, 바람직하게는 5 내지 15바의 압력에서 5 내지 240분, 바람직하게는 15 내지 60분의 시간 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 중금속의 용리도를 감소시키는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 압력 처리 중에 회분 또는 슬래그 상부의 가스 상을 수증기로 포화시켜 유지하는 것을 특징으로 하는 중금속의 용리도를 감소시키는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 처리를 실온 또는 최고 200℃까지의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 중금속의 용리도를 감소시키는 방법.