KR19990045448A - 쓰레기 소각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 소각로 및 배기 가스 중의 비회(飛灰)를 제거하는 집진기를 갖춘 소각 설비에 있어서, 쓰레기 등의 가연성 물질의 소각시 연통 및/또는 집진기 내에 BET 비표면적이 30m2/g 이상인 활성 알루미나를 존재시키는 쓰레기의 소각방법에 관한 것이다.

Description

쓰레기 소각 방법
본 발명은 소각로 및 배기 가스 중의 비회를 제거하는 집진기를 갖춘 소각 설비에 있어서, 쓰레기 소각시에 발생하는 다이옥신 등과 같은 유해 배기 가스의 발생을 억제하며 또한 소각 비회(집진 더스터)중의 중금속 이온 등을 흡착 고정시켜 매립 후에 당해 소각 비회중에서 중금속 이온 등이 유출되는 것을 방지하는, 환경 보호에 우수한 쓰레기 소각 방법에 관한 것이다.
현재, 생활 양식의 변화와 소득 수준의 향상에 따라 가정 쓰레기나 상업용 쓰레기의 양이 증가하고 있다. 더욱이, 쓰레기의 종류에도 변화를 보여 석유 관련 상품의 증가에 따라 가연성 수지 제품의 쓰레기가 증가하고 있다. 통상, 이러한 쓰레기는 자원 절약화, 자원의 재활용화, 환경 보호의 관점에서 각종 유가 성분을 회수한 후, 불연성 쓰레기와 가연성 쓰레기로 분류하여 매립 처리나 소각 처리되고 있다.
그런데, 일반가정에서 배출되는 가연성 쓰레기에는 대량의 가연성 수지가 포함되어 있어 현재, 쓰레기의 소각처리에 있어서 아래와 같은 문제를 일으키고 있다.
즉, ① 염화 비닐, 염화비닐리덴(식품 포장용 랩) 등과 같은 염소 함유 수지를 연소하는 경우에는 유해한 염화수소 기체 및 그로 인한 다이옥신 등이 발생하여 대기 중에 방출될 가능성을 갖는 것과, ② 가연성 쓰레기에 중금속 이온 등이 잔존하는 경우에는 당해 소각 잔회(殘灰)(소각 비회를 포함함)를 매립 처리하는 경우에, 중금속 이온 등이) 빗물 등에 용해되어 누설될 가능성이 있는 것 등을 들 수 있다.
이러한 문제점에 대처하는 방법으로서는 예를 들면, 대기중으로 다이옥신이 배출되는데 대해서는 다이옥신의 발생 그 자체를 저감시키는 방법 및 다이옥신을 흡착시켜 회수하는 방법과 같은 대책 방법이 있고, 전자의 발생 방지 방법으로서는 예를 들면, 일본국 환경청이 정한 소각로 운전의 가이드라인에 기재된 노의 운전 관리나 신형 노의 도입 등에 의해 연소 물질을 완전 연소시켜 다이옥신의 전구체 발생을 억제시키는 방법을 들 수 있다.
또한 후자의 흡착 회수 방법으로서는 예를 들면, 집진기의 백필터부에 활성탄 등을 투입하여 대응하게 하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면, 일본 특허공개공보 제(평)5-203127호(Japanese Patent Application Laid-Open No. JP-A-5-203127)에는 도시 쓰레기 또는 산업 폐기물을 소각할 때 석탄을 폐기물에 대하여 5중량% 이상 첨가하여 대응하는 방법, 또한 연소 기체에 미연소 카본(숯; char)을 포함하는 미립자를 취입하여 생성되는 다이옥신류를 흡착하여 대기중으로 방출되는 것을 억제하는 방법이 기재되어 있다.
매립시의 중금속 이온 등과 같은 유해 물질의 누설을 방지하는 방법으로서는 예를 들면, 함유된 유해 물질을 불용화 처리한 후에, 그것을 시멘트 등으로 고체화시켜 매립 처분하는 방법 등을 들 수 있다.
그렇지만, 이러한 방법은 모두 설비 신설·개조에 의한 다이옥신의 비산방지, 소각 잔회로부터의 중금속 이온의 누설 방지 등의 각각의 목적에 따라서 개별 처리를 실시하는 것으로, 양방향의 대책을 동시에 수행하는 데에는 방대한 처리 비용이 필요하기 때문에, 염가이면서 또한 모든 문제를 동시에 해결할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 다이옥신 등과 같은 유해 배기 가스의 배출을 억제하고, 또한 소각 비회(집진 더스터)중에 함유된 중금속 이온 등과 같은 유해 물질이 매립지로부터 누설되는 것을 방지할 수 있는 쓰레기의 소각 방법을 제공하는 것에 있다.
이러한 사정을 감안하여, 본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 소각로 및 배기 가스 중의 비회를 제거하는 집진기를 갖춘 소각 설비로 쓰레기를 소각할때, 연통 또는 집진기 내에 활성 알루미나를 존재시키는 매우 간단한 방법으로 상기의 문제점을 동시에 해결할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 소각로 및 배기 가스 중의 비회를 제거하는 집진기를 갖춘 소각 설비로 쓰레기를 소각할때, 연통 및/또는 집진기 내에 BET 비표면적이 30m2/g 이상인 활성 알루미나를 존재시키는 것을 특징으로 하는 쓰레기의 소각방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 최대의 특징은, 소각로 및 배기 가스중의 비회를 제거하는 집진기를 갖춘 소각 설비로 쓰레기를 소각할 때, 연통(즉, 소각로로부터 집진기까지의 연소 배기 가스 등이 통과하는 도관) 및/또는 집진기내에 활성 알루미나를 존재시키는 것에 있다. 활성 알루미나(전이 알루미나)는 BET 비표면적이 크고 기체 흡착 능력이나 중금속 이온의 흡착 능력이 대단히 높기 때문에, 연통이나 집진기중에 존재시키는, 예를 들면, 부유시킴으로써 배기 가스 중의 염화수소 기체나 그것으로부터 생성되는 다이옥신 등을 흡착하여 그들이 배출되는 것을 감소시키는 효과를 갖는다. 또한, 잔회의 매립시에 잔회내에 함유된 중금속 이온을 흡착하여 그것이 누설되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.
본 발명에 있어서의 활성 알루미나(전이 알루미나)는 공지된 것도 가능하며, 일반식 Al2O3으로 나타내는 산화 알루미나의 일종이다. γ, δ, κ, η, θ, σ , χ , ι , ρ , 부정형 알루미나 등, 제조 방법에 따라 여러가지의 결정형을 나타낸다. 바람직하게는 결정형이 θ, γ, χ, η, ρ 등인 활성 알루미나(전이 알루미나)이다.
본 발명에 있어서의 BET 비표면적은 흡착법(Braunauer-Emmerit-Teller 법)에 의한 비표면적이고, 유동식 비표면적 측정에 의해 측정하는 것이다. 본 발명에 있어서의 활성 알루미나(전이 알루미나)는 통상 30m2/g 이상, 바람직하게는 약 30m2/g 내지 약 500m2/g의 BET 비표면적을 갖는 것이며, 보다 바람직하게는 약 30m2/g 내지 약 300m2/g의 BET 비표면적을 갖는 것이다.
본 발명을 실시함에 있어서, 활성 알루미나를 존재시키는 방법으로서는, 연통 및/또는 집진기 내에 활성 알루미나를 직접 공급하여 존재시키는 방법 외에도, 수산화알루미늄을 연통 또는 집진기내에 투입하였을 때에 당해 수산화알루미늄이 그 온도 대기하에서 결정수를 방출하여 BET 비표면적이 30m2/g 이상인 활성 알루미나(전이 알루미나)에 결정 전이하는 경우에는, 활성 알루미나를 대신하거나 혹은 활성 알루미나와 병용하여 수산화알루미늄을 연통 또는 집진기내에 공급하는 방법을 사용할 수 있다.
이러한 수산화알루미늄으로서는, 일반적으로는 깁사이트, 바이어라이트, 베마이트, 놀트스트란다이트 등과 같은 결정수를 함유하고 있는 것을 들 수 있다. 이중에서도 깁사이트는 바이어법에 의해 알루미나, 알루미늄의 원료로서 대량으로 생산되고 있기 때문에, 용이하게 염가로 입수가능하므로 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 사용할 수 있는 수산화알루미늄은 배수 처리에 사용되는 수산화알루미늄을 포함한 오염된 흙(당해 오염된 흙중의 수산화알루미늄), 알루미늄 샷시 등의 알루미늄 표면 처리에 사용되는 알칼리 용액으로부터 회수한 수산화알루미늄 등도 가능하다.
또한 본 발명에 있어서, 연통 또는 집진기내에 활성 알루미나 및/또는 수산화알루미늄을 존재시키는 방법은 특별한 제한은 없고, 공급 방법도 특별히 제한되지 않지만, 통상적으로 아래의 방법이 사용된다. 예를 들면, 활성 알루미나 및/또는 수산화알루미늄을 연통 및/또는 집진기에 설치된 압력 용기내에 수납하여 당해 용기내에 압축 기체를 분사함으로써 공급하는 방법, 활성 알루미나 또는 수산화알루미늄을 물 슬러리로서 공급하는 방법 등이 있다. 본 발명에 있어서는 활성 알루미나가 연통 또는 집진기내에서 부유하여 존재하는 것이 바람직하고, 이러한 방법에 의하면 연통 또는 집진기내에 활성 알루미나를 부유시켜 존재시킬 수 있다. 또한, 연통 또는 집진기내에 활성 알루미나 및/또는 수산화알루미늄을 존재시키는 방법으로서는 활성 알루미나 및/또는 수산화알루미늄을 분말체로 용기에 수납된 것이나 허니컴 형상으로 성형된 것을 연통 및/또는 집진기에 설치하는 방법 등이 있다.
본 발명에 있어서, 연통 및/또는 집진기내에 존재시키는 활성 알루미나가 분말체인 경우, 당해 활성 알루미나의 중심 입자 직경(평균 입자 직경)은 특별히 제한되지 않는다. 당해 중심 입자 직경(평균 입자 직경)은 통상, 200μ 이하, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 100μm, 보다 바람직하게는 0.1 내지 50μm이다. 당해 활성 알루미나가 분말체인 경우는 연통 또는 집진기내에 활성 알루미나를 부유시켜 존재시키는 것이 바람직하고, 중심 입자 직경(평균 입자 직경)이 200μ를 초과하는 활성 알루미나를 존재시키는 경우, 활성 알루미나의 입자 1개당의 중량이 무겁게 되어 연통 및/또는 집진기내에서 부유하기 어렵게 된다. 한편, 0.01μm 미만의 활성 알루미나를 존재시키는 경우, 활성 알루미나의 분말체가 부피가 커서 퍼내기가 곤란하며, 사이클론 등의 집진 장치에서의 보집이 곤란하게 되는 경향이 있는 등의 문제점이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
연통 및/또는 집진기내에 존재시키는 활성 알루미나의 양은 특별히 제한되지 않지만, 배기 가스 체적에 대하여, 통상, 약 0.01 내지 약 1000g/m3N, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 500g/m3N, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 약 100g/m3N이다. 활성 알루미나(전이 알루미나)의 존재량이 적은 경우에는 다이옥신과 같은 배기 가스 중의 유독 물질이 흡착되어 그 배출을 억제하는 효과, 중금속 이온을 흡착하는 효과 등이 충분치가 않고, 또 한편, 존재량이 많은 경우에는 다이옥신 등의 배출을 억제하는 효과, 중금속 이온을 흡착하는 효과는 커지지만, 그 때, 연통 또는 집진기 내에 존재시킨 활성 알루미나는 연소 배기 가스와 함께 소각 비회로서 회수되기 때문에, 결과적으로 소각 잔회(비회)가 증가하므로 바람직하지 않으며, 적당한 존재량은 소각 잔회의 증가량과 효과 정도의 균형에 따라 결정된다.
본 발명에 사용되는 소각로의 종류에 관해서는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 일반적으로 사용되고 있는 스토커식 소각로, 유동층식 소각로, 회전식 킬른 등을 들 수 있다.
집진 장치도 특별히 제한되지 않지만, 백필터를 구비한 집진기, 루버 집진기, 사이클론, 멀티사이클론, 전기 집진기, 또는 이들을 조합한 것이 적합하게 사용된다.
본 발명의 실시에 있어서, 소각 조건은 사용하는 소각로, 소각 온도, 소각 시간, 소각로에 투입되는 쓰레기의 양, 쓰레기의 종류 등에 따라 일의적이지 않지만, 소각로의 온도는 바람직하게는 약 500 내지 약 1100℃, 보다 바람직하게는 약500 내지 약 1000oC, 더욱 바람직하게는 약 600 내지 약 900oC이다. 소각로내 온도가 약 500oC보다 낮으면 노내에서의 연소 속도가 느리게 되어, 쓰레기의 소각에 통상 운전시보다도 더욱 시간을 요하므로 실용적이지 못하다. 또한 약 1100oC를 넘으면 노를 상하게 할 위험성이 있다.
이상 상술된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 쓰레기 소각시에 BET 비표면적이 30m2/g 이상의 활성 알루미나(전이 알루미나)를 연통 및/또는 집진기내에 존재시키게 하는 매우 간편한 방법으로, 염화수소 기체 등에 기인하는 다이옥신 등의 유해 배기 가스를 흡착하여 그 배출을 억제하며 또한 소각 비회중에 함유되는 중금속 이온 등과 같은 유해 물질을 흡착하여, 매립지에서 누설되는 것을 방지하는 것도 가능하므로, 환경 위생면은 원래보다 그 산업상의 이용가치는 현저하게 크다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다. 한편, 본 발명에 있어서의 중심 입자 직경이란, 레이저 회절법 입도 분포 측정에 의해 수득되는 평균 2차 입자 직경을 의미한다.
실시예 1
기체 크로마토그래피용 유리제 기둥(외부 직경 5mm, 내부 직경 3mm, 길이 50cm)에 BET 비표면적이 170m2/g인 시판 중인 활성 알루미나 0.5g을 충전한다. 계속해서 당해 유리제 기둥을 기체 크로마토그래피에 세팅하고, 200oC에서 유지하면서, 캐리어 가스(질소)를 유동시키고, 농도 4.8μg/㎖의 다이옥신/n-헥산 용액 0.2㎖를, 50㎕의 주사기로 4회로 나누어 2분간 주입한다. 사용한 다이옥신/n-헥산 용액은 1, 3, 6, 8-테트라클로로디벤조디옥신, 1, 2, 4, 7, 8-펜타클로로디벤조디옥신, 1, 2, 6, 7-테트라클로로디벤조프란, 1, 3, 4, 7, 8-펜타클로로디벤조프란을, 각각 1.2μg/㎖ 함유하는 n-헥산 용액이다. 다이옥신/n-헥산 용액을 주입한 후, 5분간 캐리어 가스를 계속해서 유동시키고, 그 후 히터, 캐리어 가스를 정지시키고, 장치를 급냉한다. 냉각 후, 기둥내의 활성 알루미나를 추출하여, 당해 활성 알루미나내에 포함된 다이옥신을 분석한다.
분석은 일본국 후생성 생활 위생국 수도 환경부 환경 정비과에 의해 작성된 「폐기물 처리에 있어서의 다이옥신류 표준 측정 분석 매뉴얼[평성 9년(l997) 2월]」에 준한 방법을 사용한다. 결과를 표 1에 나타낸다.
비교 실시예 1
실시예 1에 있어서, BET 비표면적이 170m2/g의 활성 알루미나를 사용하는 대신에, 이하의 순서로 조제한 소각 잔회를 사용한 이외는 실시예 1에 준하여 다이옥신의 흡착 시험을 수행한다.
탄산칼슘 30중량%를 함유하는 고밀도 폴리에틸렌필름을 목재 조각, 골판지와 함께 전기로 내에서 연소시켜, 소각 잔회를 수득한다. 이 소각 잔회의 주성분은 탄산칼슘이고, BET 비표면적은 4m2/g이다. 결과를 표 l에 나타낸다.
비교 실시예 2
실시예 1에 있어서, BET 비표면적이 170m2/g의 활성 알루미나를 사용하는 대신에, BET 비표면적 1200m2/g의 활성탄을 사용하는 것 이외에는, 실시예 1에 준하여 다이옥신의 흡착시험을 수행한다. 결과를 표 1에 나타낸다.
충전 샘플에 흡착된 다이옥신 양(ng) 흡착율(%)
실시예 1 567 59.1
비교 실시예 1 4 0.4
비교 실시예 2 293 30.5
표 1의 결과로부터, BET 비표면적이 30m2/g 이상인 활성 알루미나의 존재하에서 소각 처리를 하면, 다이옥신을 흡착하여, 배출을 억제하는 효과를 발휘할 수 있다. 또, 그 효과는 탄산칼슘이나 활성탄보다도 우수한 것임을 알 수 있다.
실시예 2 및 비교 실시예 3
소각 능력 100t/일 표준 연속 스토커식 노(제조원: 구보타 데꼬우 가부시끼 가이샤; 피크 로스톨식 소각로), 멀티사이클론, 전기 집진기를 구비한 소각 설비를 이용하여, 가정 쓰레기를 42kg/Hr로 소각 처리함에 있어서, 50중량% 수산화알루미늄/물의 슬러리액을 건조 분말 환산 420kg/Hr로 소각로에 분무하여, 그 조작을 24Hr 연속하여 실시한다. 그 동안, 배기 가스, 비회를 포집하여, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO) 농도, 다이옥신 농도, 매연먼지 농도, 및 비회중의 다이옥신 농도, 비회의 BET 비표면적, 비회중의 Al2O3농도를 측정함과 동시에, 재로부터의 중금속류 용출 시험을 수행한다. 각 성분의 농도 측정에 관해서는 다이옥신 농도는 일본국 후생성 생활 위생국 수도 환경부 환경 정비과에 의해 작성된 「폐기물 처리에 있어서의 다이옥신류 표준 측정분석 매뉴얼(평성 9년 2월)」, 매연 먼지 농도는 JIS Z 8808, CO 농도는 JIS K 0098에 각각 준한 방법을 사용하여 실시하였다. 중금속류 농도에 관한 재의 성분 분석은 형광 X선 회절법(제조원: 리가꾸덴끼 가부시끼가이샤; Rigaku System 3080E3)으로 측정한다. 또한 재로부터의 중금속류 용출 시험은 일본국 환경청 고시 13호에 의한 「산업 폐기물에 포함되는 금속류의 검정 방법」에 준하여 처리하는 방법으로 실시한다.
또한 비교 실시예 3으로서, 수산화알루미늄을 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예와 같은 방법으로 소각 설비를 운전하여 마찬가지로 측정, 분석한다.
회수된 비회의 BET 비표면적은 실시예 2에서는 21.6m2/g, 비교 실시예 3에서는 5.9m2/g, Al2O3의 농도는 20%, 4%이다. 이 결과로부터 실시예에서 생성된 활성 알루미나의 비표면적은 40.0m2/g으로 산출된다. 회수된 비회에 대하여 SEM 관찰 및 원소분석을 함으로써, 첨가된 수산화알루미늄이 노내의 연소에 의해서 비표면적이 큰 활성 알루미나로 변화하여 집진기내에 존재하고 있는 것을 확인하였다.
배기 가스중의 CO 농도, 다이옥신 농도, 매연 먼지 농도 및 비회중의 다이옥신 농도의) 측정 결과를 표 2에 나타낸다. 실시예 2에서는 비교 실시예 3과 비교하여, 각각의 농도가 감소한 것을 알 수 있다. 또한 중금속 이온 용출 시험 결과를 표 3에 나타낸다. 실시예 2에서는 비교 실시예 3과 비교하여 추출용액중, 각 이온의 농도가 저하된 것을 알 수 있다.
실시예 2 비교 실시예 3
배기 가스 분석 결과 CO 농도 ppm 38 57
다이옥신 농도 ng- TEQ/m3N 5.2 7.1
매연 먼지 농도 mg/m3N 0.08 0.11
비회 분석결과 다이옥신 농도 ng-TEQ/g 19 54
(단위; ㎎/ℓ)
Cu Hg Zn Cd V As Ni Be Pb
실시예 2 0.3 <0.0005 <0.1 0.005 <0.1 <0.002 <0.1 <0.1 <0.01
비교실시예 3 3.6 0.0008 4.8 0.020 <0.1 0.003 <0.1 <0.1 71

Claims (3)

  1. 소각로 및 배기 가스 중의 비회(飛灰)를 제거하는 집진기를 갖춘 소각 설비에 있어서, 쓰레기 등의 가연성 물질의 소각시 연통 및/또는 집진기 내에 BET 비표면적이 30m2/g 이상인 활성 알루미나를 존재시키는 쓰레기의 소각방법.
  2. 제1항에 있어서, 연통 및/또는 집진기내에 활성 알루미나를 공급함으로써 활성 알루미나를 존재시키는 쓰레기의 소각방법.
  3. 제1항에 있어서, 연통 및/또는 집진기내에 수산화알루미늄을 공급함으로써 활성 알루미나를 존재시키는 쓰레기의 소각방법.
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