KR20030043309A

KR20030043309A - 소각 비산재 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화하는 방법

Info

Publication number: KR20030043309A
Application number: KR1020010074392A
Authority: KR
Inventors: 장영옥
Original assignee: 장영옥
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-02

Abstract

본 발명은 일반 생활폐기물, 산업폐기물 등의 소각장에서 배출되는 소각 비산재에 대하여 재 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 인산이나 킬레이트제와 같은 중금속 안정화제보다 경제적이면서도 소각비산재를 안정화 처리 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 중금속 함유 소각 비산재 100g에 대하여 고화제 0 - 30g, 중금속 안정화제 0.5 - 10g, pH조절제 0 - 10g 그리고 물을 혼합하여 중금속 함유 폐기물을 안정화 처리하는 방법에 있어, 상기 중금속 안정화제로는 과린산석회 또는 중과린산석회를 사용하는 것이다.

본 발명에 의하면 중금속 용출에 의한 토양오염 및 수질오염이 방지되어 매립이 안전해지는 것이다. 킬레이트나 인산을 중금속안정화제로 하여 고화 할 경우보다 고화처리비용이 적게드는 이점이 있고 과린산석회, 중과린산석회는 과립상이므로 취급 및 보관이 간편하다.

Description

소각 비산재 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화하는 방법{A mathod to stabilize heavy metals in incineration fly ash}

본 발명은 일반 생활폐기물, 산업폐기물 등의 소각장에서 배출되는 소각 비산재(incineration fly ash)에 대하여 재 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화하는 방법에 관한 것이다. 비산재에는 납, 크롬, 카드뮴, 아연, 구리 등의 중금속이 환경규제치보다 대체로 많이 함유되어 있어 지정폐기물로 대부분 지정폐기물 매립장에 매립되고 있다. 그러나 여러 연구보고서에서 소각재의 유해성을 심각하게 지적해 왔고, 소각장이 속해 있는 지역의 지방자치단체의 매립 반대에 따라 소각재 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화 한 후 매립시키는 방법이 검토되고 있다. 비산재의 고화 처리하는 방법에는 시멘트, 석회, 물유리, 아스팔트, 열가소성프라스틱 고화법이 있는데 이중에서 시멘트 고화가 주로 사용된다. 이는 고화제로서 시멘트를 사용하여 소각 비산재와 잘 혼합한 후, 물을 첨가하여 교반, 양생하는 것이다. 그러나 시멘트 고화시 고화체의 pH는 9에서 12정도가 되고, 이 pH 영역에서 중금속이 재용출되기 때문에 시멘트 만으로는 중금속을 완전하게 고정할 수 없다. 따라서 중금속 안정화제를 0.5∼10% 첨가하는 방법이 적용된다. 중금속 안정화제로서는 인산(H₃PO₄) 및 인산계 중금속 안정화제와 킬레이트제가 있으나 이들은 고가이므로 중금속 안정화제를 첨가하여 고화하는 방법은 적용이 드물다. 2001년 11월 현재까지 킬레이트제를 중금속 안정화제로 사용하여 안정화처리를 행하는 소각장은 대구 성서 소각장 1곳 뿐이나, 일본에서는 1995년부터 관련법을 재정하여 소각재 전체에 대하여 중금속 안정화를 한 후에 매립하도록 하도록 하고 있다.

소각재에는 수은, 카드뮴, 및 아연, 납, 크롬, 구리 같은 중금속이 다량을 함유되어 있다. 이와 같이 중금속이 함유된 재를 땅속에 그대로 매립시킬 경우에는 재 속의 중금속이 용출되면서 토양 및 수질을 오염시켜 환경 문제를 야기 시키게 된다. 고화제로는 시멘트, 소석회, 생석회, 물유리, 아스팔트, 열가소성프라스틱 중 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용하여도 되지만 고화제만으로 고화 처리하는 방법은 중금속의 완전한 봉입을 할 수 없고(특히 납), 중금속 안정화제로서 인산이나 킬레이트제를 첨가하는 것은 안정화제의 가격이 비싸 경제적이지 못하다. 도 2는 킬레이트제를 중금속안정화제로 사용하여 안정화처리를 행하는 대구 성서 소각장의 고화처리 방법을 나타낸다.

소각 비산재 자체에 CaO 성분을 함유하고 있는 경우에는 자체 고화가 되기 때문에, 시멘트와 같은 고화제가 필요하지 않다. pH조절제로는 석회석, 석고, 폐석고, 폐콘크리트 등이 사용되는데, 비산재의 pH가 낮을 경우에 첨가된다. 킬레이트제는 유기계와 무기계로 나눌 수 있다. 유기계로서는 피리딘계, 아민계, 칼바민계 등 저분자량인 것에서부터 고분자량인 것까지 여러 가지가 있고, 중금속과 결합력 또한 우수하지만 가격이 비싼 단점이 있다.

한편 수처리에서 적용되는 인산(H₃PO₄), 인산제1나트륨(NaH₂PO₄), 인산제2나트륨(Na₂HPO₄), 인산나트륨(Na₃PO₄), 인산제1칼륨(KH₂PO₄), 인산제2칼륨(K₂HPO₄), 인산칼륨(K₃PO₄)등이 중금속 함유 재의 고화시 중금속 안정화제로 사용되고 있다. 이러한 인산염에 함유되어 있는 인산기(PO₄ ^3-)는 특히 납의 안정화에 효과적인 것으로 알려져 있고, 인산 및 수용성인산을 중금속 함유 소각재에 중금속 안정화제로 하여 고정화하는 방법이 일본특허공보 평1-262978에 나타나 있다. 하지만 이러한 인산기가 함유된 중금속 안정화제는 정제된 순수한 것이라 가격면에서 킬레이트제와 다를게 없다. 따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적과제는 소각 비산재에 함유된 중금속을 효과적으로 안정화하면서도 가격면에서 기존의 중금속 안정화제보다 적게 드는 중금속 안정화제를 사용하여 고화처리 하는 방법을 제시하는 것이다.

본 발명자는 킬레이트제나 인산(H₃PO₄)과 같이 고순도의 중금속안정화제가 소각 비산재의 중금속 안정화에 필요하지 않음을 착안하였다. 중금속의 안정화에 효과가 있는 인산기(PO₄ ^3-)를 함유하고 있고, 대량으로 생산되고 있으며, 제조공정이 비교적 단순하면서도 보관 및 취급이 용이한 물질을 찾은 결과, 인산질 비료가 인산기를 함유하고 있음에 착안하여 이를 소각재 고화시 중금속안정화제로서 적용이 가능한지 검토하였다. 인산질 비료에는 과린산석회(calcium superphosphate), 중과린산석회(double superphosphate or triple superphosphate), 암모니아화 과린산석회(ammoniated calcium superphosphate), 인산암모늄(ammonium phosphate), 인질안, 토마스인비(Thomas phosphate), 소성인비(calcined phosphate, defluorinated phosphate), 용성인비(fused phosphate), 용성고토인비(fused magnesium calcium phosphate, phosphate rock-magnesium silicate glass, thermophos) 등이 있는데 이 중에서도 과린산석회와 중과린산석회가, 비록 정제과정이 없으므로 불순물을 함유하고 있고, 인산 성분의 함량이 정제 인산에 비하여 낮지만, 수용성 인산을 과린산석회는 17%, 중과린산석회는 38% 정도 함유하고 있으므로 중금속과 반응하여 안정화시키기에는 충분한 함량과 가격 경쟁력 또한 우수하다는 것을 실험결과 확인하고, 비로소 본 발명을 완성할 수 있게 된 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 중금속 안정화 방법을 나타낸 공정도

도 2는 기존의 중금속 안정화 방법을 나타낸 공정도

이하 본 발명에 의한 중금속 안정화 방법 및 작용에 대하여 상세히 설명하겠다. 본 발명은 중금속 함유 소각 비산재 100g에 대하여 고화제 0 - 30g, 중금속 안정화제 0.5 - 10g, pH조절제 0 - 10g 그리고 물을 혼합하여 중금속 함유 폐기물을 안정화 처리하는 방법에 있어, 상기 중금속 안정화제로는 과린산석회 또는 중과린산석회를 사용하는 것이다.

고화제로는 시멘트, 소석회, 생석회, 물유리, 아스팔트, 열가소성프라스틱 중에서 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용하여도 되지만 비산재가 자체고화되는 경우에는 고화제가 필요하지 않다. 비산재의 pH가 낮을 경우에 pH조절제로는 석회석, 석고, 폐석고, 폐콘크리트 중에서 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용한다.

인산질 비료 중 과린산석회는 화학식 1에 나타낸 것처럼 인광석을 황산으로 분해한 것이다. 수용성인산(17%)과 구용성인산(3%) 인산성분이 20% 정도 함유되어 있으며, 유황(14%)과 석회(29%)가 함유되어 있다. 여기서 구용성인산이란 2% 구연산에 녹는 인산의 양을 말한다. 중과린산석회는 인광석을 인산으로 분해한 것이며 화학식 2와 같다. 중과린산석회의 주성분은 인산1칼슘이나 실제는 인광석 중의 불순물을 그대로 함유한다. 수용성인산 45.58%, 구용성인산 0.67%, 유리인산 0.89%, 수분 7.14%로 전체 인산이 47.27%, 유효인산이 46.35%로 과린산석회의 2배이상 함유되어 있다.

본 발명에 의한 중금속 함유 재에 대한 중금속 안정화 방법에 사용되는 상기의 중금속 안정화제는 과립형태의 분말 고체입자로서 고체상태로 적용하든지 물에 녹여 희석하여 적용할 수 있다. 정제인산과 같이 고순도는 아니지만 인산기를 함유하고 있고 제조 공정이 단순하므로 제조원가가 정제인산의 제조가격보다 저렴하다. 과린산석회, 중과린산석회가 불순물을 함유하고 있지만 중금속류가 아니고 소각비산재와 고화할 때 같이 고화되므로 환경유해요인은 없다.

본 발명에 의한 고화방법을 도 1에 나타내었다. 비산재에 과린산석회 또은 중과린산석회를 물에 미리 용해시킨 액 혹은 과립상태로 혼연기에 넣고 교반, 양생하면 되는 것이다. 비산재는 Si, Ca, Al이 주성분으로 수화반응과 포조란 반응에 의하여 고화하게 된다.

이 고화 과정에서 중금속을 고정화, 안정화시키고 중금속 안정화제가 녹아 있는 용액 속의 인산기는 비산재 속에 함유된 납(Pb) 등의 중금속과 반응하여 안정된 염을 형성하여 안정화시키게 되는 것이다. 또한 과린산석회, 중과린산석회에 함유된 칼슘은 수화반응 및 포조란반응에 필요한 Ca를 보충해 주며, 과린산석회는 식 3과 같이 중금속 고정 작용을 하는 것으로 알려진 에트링가이트의 생성에 필요한 석고를 보충해 준다.

이하 본 발명에 의한 실시 예를 통하여 중금속안정화 효과를 예시 하지만, 하기 실시 예는 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다. 또한 소각비산재 뿐만 아니라 광재, 분진, 도금슬러지 등 중금속이 함유된 폐기물에 대해서도 본 발명에 의한 중금속 안정화 방법을 적용 할 수 있다.

(실시예)

표 1 은 대구 성서 소각장에서 발생한 비산재 중에 함유된 유해 중금속을 폐기물 공정시험법의 용출 테스트에 의해 분석한 결과와 중과린산석회를 중금속안정화제로 하여 고화시킨 비산재의 용출시험결과를 비교하여 나타낸다. 표 1에서 알수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 안정화제를 고화에 사용하여 비산재 속에 함유된 중금속을 효과적으로 기준치 이하로 안정화시킬 수 있었다.

(표 1) 중금속 용출시험 결과

항목	법적기준	소각비산재	소각비산재+물+중과린산석회(100g+30g+3g)
Pb (mg/l)	3	32.6	0.08
Cu (mg/l)	3	0.01	-
Cd (mg/l)	0.3	0.002	-
Cr⁶⁺(mg/l)	1.5	0.02	-

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 소각재 속에 함유되어 있는 중금속을 안정화하는 방법에 의하면 비산재, 고화제, 중금속안정화제 그리고 물을 혼합하여 고화시킬 때, 중금속안정화제로서 과린산석회 혹은 중과린산석회를 사용함으로서 중금속 용출에 의한 토양오염 및 수질오염이 방지되어 매립이 안전해지는 것이다. 또한 킬레이트나 인산을 중금속안정화제로 하여 고화 할 경우보다 고화처리비용이 적게드는 이점이 있는 것이다. 또한 과린산석회, 중과린산석회는 과립상이므로 취급 및 보관이 간편하다.

Claims

중금속 함유 소각 비산재 100g에 대하여 고화제 0 - 30g, 중금속 안정화제 0.5 - 5g, pH조절제 0 - 10g 그리고 물을 혼합하여 중금속 함유 폐기물을 안정화 처리하는 방법에 있어, 상기 중금속 안정화제로는 과린산석회 또는 중과린산석회인 것을 특징으로 하는 중금속 함유 소각재의 안정화 처리 방법.
청구항 1에서 고화제로는 시멘트, 소석회, 생석회, 물유리, 아스팔트, 열가소성프라스틱 중에서 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용하는 방법.
pH조절제로는 석회석, 석고, 폐석고, 폐콘크리트 중에서 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용하는 방법.