KR20000018258A

KR20000018258A - 소각재 열처리방법

Info

Publication number: KR20000018258A
Application number: KR1020000003878A
Authority: KR
Inventors: 김진범
Original assignee: 김진범
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2000-04-06
Also published as: KR200210482Y1

Abstract

본 발명은 소각재를 안정화 처리하기 위한 방법에 관한 것으로 종래의 소각재 처리방법의 단점인 고가의 설치 및 운전비, 적용의 어려움 등을 해결하여 용이하게 적용할 수 있고 저온 열처리에 의해 설치 및 운전비가 저렴한 소각재 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 열처리방법은 열처리조건에 따른 중금속의 용해도 변화를 이용한 것으로서, 소각재의 안정화 처리를 위한 열처리조건은 소각재의 pH에 의해 결정된다. 소각재의 pH가 8 미만인 경우는 소석회와 소각재를 1:20의 비율로 섞은 후 500 내지 600 ℃의 환원조건으로 유지되는 반응관에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리하고, pH 8 이상인 소각재는 소석회를 첨가하지 않고 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리함으로써 소각재에 함유된 중금속화합물의 형태변화 및 소각재의 pH 변화를 통해 중금속이 용출되지 않도록 하는 방법을 제시한다.

본 발명의 열처리방법에 의한 소각재의 안정화 처리는 종래의 소각재 처리방법에 비해 저온에서 운전되고 고가의 약품을 사용하지 않기 때문에 소각재 처리비용을 크게 절감시킬 수 있으며, 소각재의 pH를 열처리조건의 지표로 이용하기 때문에 소각재의 특성이 다른 소각장에도 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

소각재 열처리방법{Thermal treatment method of incinerator ash}

본 발명은 소각재의 안정화 처리에 관한 것으로서, 특히 저온 열처리에 의해 소각재 처리비용을 절감시킬 수 있는 열처리방법에 관한 것이다.

최근, 정부에서는 도시폐기물 매립장 부지확보의 어려움으로 인해 폐기물을 소각처리한 후 소각재만을 매립하는 방안을 제시하였으며, 서울시를 비롯한 대도시에서는 도시폐기물의 일부를 소각처리하고 있다. 폐기물을 소각처리하면 부피감용 효과가 매우 크지만, 소각후 발생되는 소각재 중에는 유해 중금속과 미량의 다이옥신이 함유되어 있어서 적정처리의 필요성이 대두되었다. 최근 발표된 김진범 등의 논문 대한환경공학회지, Vol.19, No.4, 1997, pp.481-490과 대한환경공학회지, Vol.21, No.9, 1999, pp.1655-1662에서도 소각재 중의 카드뮴과 납이 법적인 허용기준치를 크게 초과하여 지정폐기물로 간주되었으며, 현재 대형소각장은 집진장치에 포집되는 소각재를 지정폐기물 매립장에 위탁매립하고 있다. 이 경우 소각재 처리비용이 많이 소요되고 지정폐기물 매립장의 추가적인 건설 등의 문제가 있다.

소각재를 안정화 처리하는 종래의 방법은 용융고형화법, 시멘트고형화법, 약품첨가법, 산추출법 등이 있다. 용융고형화법은 연료 또는 전기를 열원으로 하여 소각재를 용융·유동하는 1200 내지 1500 ℃의 고온까지 가열하여 중금속을 용융슬래그의 망사조직 내에 고용체로 만들어 안정화시키는 방법이다. 이 방법은 감용화 및 처리성능면에서는 우수하지만, 소각재가 용융될때 발생하는 배기가스 중에는 카드뮴, 납 등의 저비점 중금속이 함유되어 있어서 이들을 처리할 수 있는 장치가 필요하며, 배기가스 중에 함유된 염화수소는 대부분 가스상으로 배출되기 때문에 세정탑 등에서 재처리해야 하는 점, 고온을 유지하기 위해 많은 에너지가 소요되는 단점이 있다. 시멘트고형화법은 소각재의 안정화 처리에 널리 이용되는 방법으로 시멘트, 소각재 및 물을 혼합성형기에 넣고 혼합한 후 성형기로 플라스틱 입상체의 형태로 성형하는 방법이다. 이 방법은 다른 고화제에 비해 가격이 저렴하고 구입이 용이하며, 설비가 간단하고 중금속의 안정화 능력이 뛰어난 장점이 있지만 성형 직후 강도가 약하기 때문에 양생설비가 필요하고 성형품은 산에 약하며, 높은 pH로 인해 양쪽성 중금속인 납의 용출 가능성이 큰 단점이 있다. 산세척법은 산 또는 그 외의 용매를 이용하여 소각재 중의 중금속을 용출시킨 후 탈수처리함과 동시에 용출된 중금속을 화학적으로 안정화시키는 방법으로, 중금속이 용출되지 않는 안정한 슬러지를 얻을 수 있지만 설비가 복잡하고 산처리로 인한 탈수기의 마모, 반응하지 않은 소석회를 다량 함유하고 있는 경우에는 pH 조절을 위해 많은 양의 산(酸)을 사용해야 하는 문제가 있다. 약품첨가법은 소각재에 중금속 고화제를 첨가한 후 균일하게 혼합하여 중금속을 화학적으로 안정화시킨 슬러지를 만드는 방법으로 설비가 복잡하고 사용되는 약품이 고가이기 때문에 처리비용이 많이 드는 단점이 있다.

이러한 종래의 소각재 처리기술은 외국에서 발생된 소각재를 대상으로 개발된 것으로서, 고온을 유지하거나 고가의 약품을 사용해야 하므로 소각재 처리비용이 많이 소요되고, 국내에서 발생되는 소각재의 특성이 외국과 다르기 때문에 현장에 적용하는데 한계가 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 하는 목적으로 창출되었으며, 국내의 소각장에 용이하게 적용할 수 있고 저비용으로 소각재를 효과적으로 처리할 수 있는 열처리방법을 제공하는데 있다.

도 1은 pH에 따른 중금속 수산화물의 용해도 곡선을 나타내는 도면

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열처리방법은 열처리조건에 따른 중금속의 용해도 변화를 이용한 것으로서, 최적의 열처리조건에서 소각재를 처리할 경우 소각재에 함유된 중금속은 불용성화합물을 생성하거나 소각재의 pH변화로 인해 용해도가 작은 조건을 제공함으로써 중금속이 용출되지 않도록 하는 방법이다.

본 발명의 최적 열처리조건은 표 1에서 보는 바와 같이 소각재의 pH를 지표로 결정하며, 소석회를 첨가하지 않고 열처리하는 방법과 소석회와 소각재를 1:20의 비율로 혼합한 후 열처리하는 방법이 있다.

소각재의 pH에 따른 최적 열처리조건 결정

소각재의 pH	소석회첨가여부	열처리온도	열처리시가	산소농도
pH 8 이상	소석회첨가	500∼600 ℃	1∼2시간	환원조건
pH 8 미만	소석회 첨가안함	500∼600 ℃	1∼2시간	환원조건

도 1은 pH에 따른 중금속 수산화물의 용해도를 나타낸 것으로 대부분의 중금속은 pH 9 내지 11 사이에서 용해도가 가장 작은데, 열처리방법에 의한 소각재의 pH 변화는 중금속의 용출량을 저감시키는 역할을 한다. 중금속의 용해도는 소각재의 pH와 중금속 화합물의 존재형태에 의해 제한되는데, 소각재를 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 열처리할 경우 pH가 낮은 소각재는 열처리 후의 pH가 증가하고 강알칼리성 소각재는 열처리 후의 pH가 낮아져 중금속의 용해도가 작은 조건을 제공함으로써 용출량을 저감시킨다. 그러나 pH 8 미만인 소각재는 열처리 후에도 중금속의 용해도가 크기 때문에 소석회를 첨가하여 pH를 높인 후 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리하여 안정화시킨다.

표 2는 중금속의 용해도가 존재형태에 따라 큰 차이를 나타내고 있음을 보여준 것으로서, 본 발명의 열처리방법은 소각재의 pH 이외에도 쉽게 용출될 수 있는 중금속 화합물을 용출되기 어려운 불용성 화합물의 형태로 전환시킴으로써 용출량을 저감시킬 수 있다는 것을 원리로 하고 있다. 폐기물 중의 중금속은 비닐, 플라스틱 등의 분해로 생성된 가스상 염소와 반응하여 용해도가 큰 중금속 염화물을 생성하는데, 이러한 형태의 중금속을 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 열처리하면 용해도가 작은 불용성 화합물의 형태로 전환된다.

25 ℃에서 중금속 화합물의 용해도적

화합물 K_sp	화합물 K_sp	화합물 K_sp
Cd(OH)₂2.0×10^-14	CdCO₃5.2×10^-12	CdS 1.0×10^-28
Pb(OH)₂4.2×10^-15	PbCO₃1.5×10^-13	PbS 7.0×10^-29
Ni(OH)₂1.6×10^-16	NiCO₃1.4×10^-7	NiS 3.0×10^-21
Zn(OH)₂4.5×10^-17	ZnCO₃3.0×10^-11	ZnS 1.6×10^-23
Cu(OH)₂1.6×10^-19	CuCO₃2.5×10^-10	CuS 8.0×10^-37
Mn(OH)₂2.0×10^-13	MnCO₃4.0×10^-10	MnS 7.0×10^-16

〈실시예 1〉

국내에서 운영중인 소·중·대형 소각장의 집진장치에 포집된 소각재 중에서 pH 8 이상인 소각재를 500 내지 600 ℃의 환원조건이 유지되는 반응관에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리한 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다. 지정폐기물로 간주되었던 5곳의 소각장에서 배출된 소각재 모두 본 발명의 열처리방법으로 안정화 처리를 하였을 때 중금속의 용출량은 폐기물공정시험법에 의한 용출 허용기준치 미만으로 감소하여 일반폐기물로 전환되었다.

폐기물 용출시험법에 의한 중금속 용출량

소각장	열처리 전	열처리 후
	pH	중금속 용출량 (㎎/ℓ)	pH	중금속 용출량 (㎎/ℓ)
	pH	카드뮴	pH	구 리	총크롬	납	아 연	카드뮴	구 리	총크롬	납	아 연
성남평촌일산홍천동해	12.412.213.18.48.9	0.370.290.122.281.95	0.301.540.130.270.25	0.661.161.160.930.91	24.674.2155.040.960.65	8.455.065.510.531.07	10.912.012.18.79.2	0.050.070.080.080.07	0.080.270.020.220.12	0.910.841.160.910.87	0.650.130.670.620.55	0.111.710.280.320.19
폐기물공정시험법에 의한 용출 허용기준치	0.30	3.00	1.50	3.00	없음

〈실시예 2〉국내에서 운영중인 소·중·대형 소각장의 집진장치에 포집되는 소각재 중에서 pH 8 미만인 소각재를 대상으로 본 발명의 열처리방법에 의해 안정화 처리를 하였으며, 소석회와 소각재를 1:20(무게/무게)의 비율로 섞은 후 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리한 결과는 표 4에 나타난 바와 같다.

소석회 첨가후 열처리방법에 의한 소각재 중의 중금속 용출량

소각장	열처리 전	열처리 후
	pH	중금속 용출량 (㎎/ℓ)	pH	중금속 용출량 (㎎/ℓ)
	pH	카드뮴	pH	구 리	총크롬	납	아 연	카드뮴	구 리	총크롬	납	아 연
중동춘천원주	6.86.37.2	8.189.115.83	1.040.420.19	0.950.540.67	6.741.860.34	6.591.170.18	11.410.210.9	0.100.020.14	0.060.230.03	1.010.420.24	0.400.120.11	0.150.230.14
폐기물공정시험법에 의한 용출 허용기준치	0.30	3.00	1.50	3.00	없음

본 발명의 열처리방법으로 소각재를 처리하게 되면 종래의 방법에 비해 다음과 같은 이점이 있다. ⑴ 측정이 쉬운 소각재의 pH를 열처리조건의 지표로 이용하기 때문에 소각장 규모, 소각시설의 형태에 관계없이 현장에 즉시 적용 가능하고, 외국의 기술을 도입할 때 발생될 수 있는 문제점을 해결할 수 있다. ⑵ 소각재의 안정화 처리는 500 내지 600 ℃의 온도범위에서 이루어지며, 고가의 약품을 사용하지 않으므로 소각재 처리비용을 크게 절감시키는 효과가 있다.

Claims

소각재의 열처리방법에 있어서,

㈎ 소각재의 pH를 지표로 열처리조건을 결정하는 방법.

㈏ pH 8 이상인 소각재를 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리하여 안정화시키는 방법.

㈐ pH 8 미만인 소각재를 소석회와 섞은 후 500 내지 600 ℃의 환원조건에서 1시간 내지 2시간 동안 열처리하여 안정화시키는 방법.