KR20080045363A - 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치 - Google Patents

유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명은 정수슬러지, 하수슬러지, 음식물 쓰레기, 폐 페인트, PCBs 함유 절연유, 유류오염토양과 같이 대량으로 발생하는 오염물질(폐기물)을 물리,화학적으로 처리함으로써 유해물질의 용출을 방지하고 이를 효율적으로 재활용하기 위한 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다. 본 처리방법은 인체에 전혀 해를 주지 않는 환경친화적인 방법이며, 생석회(CaO), 계면활성제와 지방산으로 코팅된 생석회(코팅 생석회), 물유리, 황산제일철 등의 용출방지제를 재료공급장치를 통해 킬른 혼합기에 일정비율로 투입하고, 킬른 혼합기 안에서 폐기물과 용출방지제의 재료들이 균일하게 혼합 교반되어 내부에 함유되어 있는 수분 또는 첨가되는 수분과 반응하여 1차 발열반응이 일어나서 수분을 증발시킨다. 이어서 코팅 생석회에 코팅된 지방산과 계면활성제가 1차 발열반응열로 분리되어 유분 등의 유해물질과 반응하고 계면활성제와 지방산이 분리된 생석회는 잔류수분과 반응하여 2차 발열반응이 일어나서 폐기물을 완전하게 건조시키게 된다. 이러한 방법에 의해, 폐기물을 대량으로 신속하게 처리하고 물리,화학적으로 안전하게 처리할 수 있을 뿐만 아니라 최종 생산물을 다양하게 재활용할 수 있다.

Description

유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치 및 처리방법 {WASTE DISPOSAL APPARATUS USING CHEMICAL AGENTS FOR PREVENTING ERUPTION OF A TOXIC SUBSTANCE AND METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.
도 1은 본 발명에 따른 폐기물 처리장치의 전체적인 구성도이고,
도 2는 도 1에서 분쇄기의 구조를 상세하게 나타낸 내부 구성도이고,
도 3은 도 2의 A-A선에서 보아 나타낸 단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 킬른 혼합기를 B방향에서 보아 나타낸 좌측면도이고,
도 5는 도 1에 도시된 킬른 혼합기를 C방향에서 보아 나타낸 우측면도이고,
도 6은 도 1의 D-D선에서 보아 나타낸 단면도이고,
도 7은 도 6에 도시된 삼각 스크류의 구조를 상세하게 나타낸 사시도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 재료공급장치부 110,120,130,132,134 : 사이로(silo)
140 : 공급스크류 컨베이어 150 : 지지대
160 : 분쇄기 170 : 투입스크류 컨베이어
200 : 혼합처리장치부 210 : 킬른 몸체
220 : 지지대 230 : 킬른구동수단
240 : 제어패널 250 : 삼각형 혼합스크류
260 : 스크류구동수단
본 발명은 폐기물을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음식물 쓰레기, 페인트 부산물, PCBs가 함유된 절연유나 유류로 오염된 토양, 정수장슬러지 및 하수처리슬러지 등을 용출방지제를 첨가하여 유해물질의 용출을 방지하면서 물리, 화학적으로 건조시켜 재활용이 가능한 부산물로 처리하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.
최근 슬러지 및 폐기물의 처리에 관한 법이 강화됨에 따라서 처리장 및 해양에 이들 물질을 폐기하는 것이 엄격히 규제되고 있는 실정이다. 특히, 이 물질들은 수분을 약 80% 이상 함유하고 있으므로 매립장에 매립할 경우 이 물질들로부터 수분이 침출하여 2차적인 공해를 유발할 수가 있고, 해양에 투기할 경우에는 해양에 서식하는 해양생물을 고사시켜 생태계를 교란시킬 우려가 있다.
이러한 폐해를 최소화하기 위하여 매립할 경우에는 슬러지에 함유되어 있는 수분의 함량과 유해물질의 용출을 엄격히 제한하고 있다. 그리고, 해양투기의 경우에는 오염물질 중 정수슬러지는 2007년부터, 하수슬러지는 2008년부터 단계적으로 해양투기를 금지하는 법안이 통과되었다. 따라서, 이제 더 이상 폐기물을 땅에 매립하거나 해양에 투기하는 방법이 폐기물 처리의 방법이 될 수 없으며, 보다 환경적인 대안을 찾아야 할 때이다. 그런데, 음식물 쓰레기의 양은 점차 늘어나고 있고, 그럼에도 이를 해소할 적절한 처리 방법이 개발되지 못하고 있다.
한편, 기존에 정수슬러지, 하수슬러지, 음식물 쓰레기, 폐 페인트, PCBs 함유 절연유, 유류 오염토양과 같이 많은 양의 폐기물을 처리하는 장치는 크게 수동식(배치식)과 자동식으로 나눌 수 있다. 수동식은 슬러지와 처리약품을 반응조에 넣고 약 30분간 교반시킨 후에 반응이 완전히 종료되면 반응조의 부산물을 다른 용기로 옮기는 방법을 사용하는데, 이 방법은 슬러지와 처리제의 반응성은 우수하나 많은 양의 폐기물 처리에는 부적합하다. 반면에, 자동식은 반응조 내부에 이송스크류를 설치하여 2종류 이상의 물질을 혼합시키면서 다른 반응조로 이송시키는 것으로서, 반응성은 좋지 않지만 대량으로 처리가 가능하므로 슬러지의 처리에 적합하다. 즉, 슬러지와 같은 폐기물에는 유, 무기 응집제와 같은 약품이 함유되어 있어 다른 약품과 쉽게 혼합이 일어나지 않으므로 많은 양의 슬러지를 균일하게 처리하기 위해서는 보다 효율적인 혼합 방법 및 그러한 장치를 설계할 필요성이 크게 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 정수슬러지, 하수슬러지, 음식 쓰레기 등의 폐기물에 생석회(CaO), 코팅 생석회, 황산제일철, 물유리 등을 일정량을 투입한 후 균일하게 혼합하여 단시간에 유해물질이 용출되지 않으면서 수분을 20% 이하로 건조시켜 폐기물을 쓰레기 매립장의 복토재, 시멘트 원료, 석회질 비료 등으로 사용될 수 있는 수분이 20% 이하로 함유된 분체로 처리하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치를 제공하는 데 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 상기 폐기물 처리장치에 의해 폐기물을 신속하고 효과적으로 처리할 수 있는 폐기물 처리방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치는 폐기물과 폐기물에서 유해물질의 용출을 방지하며 건조시키는 처리제를 사용자가 설정한 혼합비율로 공급하는 재료공급장치부; 및 상기 재료공급장치부로부터 공급된 혼합비의 폐기물과 처리제를 혼합교반하여 폐기물에 함유된 유해물질의 용출을 방지하면서 건조시켜 건조 분말로 배출하는 혼합처리장치부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치는 폐기물과 폐기물에서 유해물질의 용출을 방지하 며 건조시키는 처리제를 사용자가 설정한 혼합비율로 공급하는 재료공급장치부; 및 상기 재료공급장치부로부터 공급된 혼합비의 폐기물과 처리제를 혼합교반하여 폐기물에 함유된 유해물질의 용출을 방지하면서 건조시켜 건조 분말로 배출하는 혼합처리장치부를 포함하고, 상기 재료공급장치부는, 폐기물을 저장하고 사용자가 설정한 투입량에 따라 투입하는 피처리물 사이로와, 생석회(CaO), 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회, 물유리, 황산제일철, 물로 이뤄진 처리제 중에서 생석회와 생석회를 제외한 나머지 물질 중에서 선택된 하나이상을 사용자가 설정한 투입량에 따라 투입하는 처리제 사이로들과, 상기 피처리물 사이로와 상기 처리제 사이로들에 의해 특정 혼합비율로 투입되는 상기 폐기물과 처리제를 상기 혼합처리장치부로 이송하는 공급스크류 컨베이어를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법은 a) 폐기물에 생석회(CaO), 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회, 물유리, 황산제일철, 물로 이뤄진 처리제 중에서 생석회와 생석회를 제외한 나머지 물질 중에서 선택된 하나이상을 설정된 혼합비율로 혼합되도록 연속적으로 투입하는 단계; b) 상기 투입된 폐기물과 상기 처리제를 분쇄하는 단계; 및 c) 상기 분쇄된 폐기물과 처리제를 혼합교반하여 반응시켜 상기 폐기물에 포함된 오염물질의 용출을 방지하면서 건조시키는 단계를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법은 생석회, 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회 및 물유리의 처리제를 투입하면서 물을 분사하는 단계; 상기 물이 함유 된 처리제를 킬른 혼합기에 투입하면서 폐 페인트를 동시에 투입하고, 상기 킬른 혼합기 내에서 폐 페인트와 처리제를 혼합교반하면서 반응시켜 건조분말을 얻는 단계; 및 상기 킬른 혼합기 내에서 폐 페인트의 처리시 증발하는 유기용매와 물은 배출구에 관으로 외부의 응축기를 연결하여 물과 유기용매로 분리 수거하는 단계를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법은 생석회, 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회, 물유리 및 황산제일철의 처리제를 투입하면서 물을 분사하는 단계; 상기 물이 함유된 처리제를 킬른 혼합기에 투입하면서 PCBs 함유 절연유를 동시에 투입하고, 상기 킬른 혼합기 내에서 PCBs 함유 절연유와 처리제를 혼합교반하면서 반응시켜 건조분말을 얻는 단계; 및 상기 킬른 혼합기 내에서 절연유의 처리시 증발하는 유기용매와 물은 배출구에 관으로 외부의 응축기를 연결하여 물과 유기용매로 분리 수거하는 단계를 포함한다.
본 발명은 다양한 폐기물을 처리하며, 처리된 물질로부터 유해물질이 용출되지 않고 재활용할 수 있는 상태로 가공하기 위한 것이다.
위의 용출방지제로는 생석회(CaO), 계면활성제와 지방산으로 코팅된 생석회(이하, '코팅 생석회'라 함), 물유리, 황산제일철, 물 중에서 생석회를 기본으로 하고 그에 더하여 나머지 물질 중에서 하나 이상이 선택되어 혼합된다. 이 외에도 반응성을 좋게 하기 위해서 계면활성제가 첨가될 수도 있다. 이러한 용출방지제의 물질들을 다양한 폐기물들을 처리하기 위한 처리약품으로, 이하 '처리제'로 칭한다.
또한, 본 발명에서 처리되는 처리대상물(이하, '피처리물'이라 함)인 폐기물은 정수슬러지, 하수슬러지, 음식물 부산물, 폐 페인트, PCBs 함유 절연유 등이다.
이러한 본 발명의 핵심은 피처리물과 처리약제 등의 재료들을 사용자가 설정한 최적의 혼합비에 따라 연속적으로 공급하고, 피처리물에 처리약제가 효과적으로 반응할 수 있도록 공급된 재료들을 균일하게 혼합하기 위한 수단과 방법을 제공하는 데 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐기물 처리장치의 전체적인 구성도이다.
본 발명의 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치는 크게 슬러지 등의 폐기물(피처리물)과 이러한 폐기물을 처리하기 위한 처리약품(처리제)을 적정한 혼합비율로 공급하는 재료공급장치부(100)와, 이 재료공급장치부(100)로부터 폐기물과 처리제가 적정 혼합비로 공급되면 이를 혼합 교반하면서 재활용가능한 상태로 처리하여 배출하는 혼합처리장치부(200)로 구분할 수 있다. 이제, 각 장치부에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
1. 재료공급장치부(100)
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 도 1에 도시한 바와 같이 처리되는 대상인 슬러지 등의 폐기물을 저장하는 피처리물 사이로(silo; 110)와, 피처리물을 처리하기 위한 화학 약품(처리제), 이를테면 생석회(CaO), 코팅 생석회(CaO), 물유리, 황산제일철 등을 저장하는 처리제 사이로들(120,130,132,134)을 구비한다. 슬러지와 생석회(CaO)는 가장 많이 투입되는 재료이며, 특히 슬러지는 수분을 약 80% 정도 함유하고 있으므로 보관탱크 내에서 이송이 자유롭지 못하다는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 장치에서는 피처리물 사이로(110)의 탱크(112) 내에 이송스크류(114)를 설치하여 슬러지가 일정하고 원활하게 공급되도록 하고 있다. 한편, 생석회(CaO)는 외기의 수분과 반응부 쪽에서 유입되는 수분의 영향으로 인하여 굳어지는 경향이 일어나서 처리제 사이로(120)의 출구부분으로 자유 낙하하는 작용을 방해하여 정확한 양으로의 이송이 불가능할 수 있다. 따라서, 생석회(CaO)를 보관하는 처리제 사이로(120)도 슬러지를 보관하는 피처리물 사이로(110)와 마찬가지로 탱크(122) 내에 균일한 이송을 유도하는 이송스크류(124)를 장착함으로써 정량 공급이 원활하게 이루어지도록 한다. 위의 피처리물 사이로(110)와 처리제 사이로(120)의 탱크들(112,122)의 상부에 장착된 구성요소는 각각의 이송스크류(114,124)를 구동하기 위한 스크류구동모터(116,126)이다.
본 발명에서는 생석회 이외의 코팅 생석회, 황산철, 물유리 등의 기타 처리제를 공급하기 위한 사이로들(130,132,134)도 마련하고 있다. 이 기타 처리제 사 이로들(130,132,134)은 코팅 생석회(CaO), 황산철, 물유리가 공급되는 양이 소량이고 외기의 영향을 거의 받지 않으므로 이송스크류를 설치하지 않고 사이로에서 자유낙하시켜 정량을 공급하면 된다. 이러한 기타 처리제 사이로는 처리제의 수에 따라 그 수가 증감될 수 있다.
위의 사이로들(110,120,130,132,134)은 수직하게 세워져 설치되어 있으며, 그 하단에는 각각 출구가 형성되어 이 출구들에 공급스크류 컨베이어(140)가 연결되어 있다. 공급스크류 컨베이어(140)는 지지프레임(150)에 의해 수평으로 지지되며 사이로들(110,120,130,132,134)의 하단 출구와 연결되어 사이로들(110,120,130,132,134)로부터 낙하이송된 피처리물과 처리제가 유입되는 이송통(142)과, 이 이송통(142) 내에서 회전되면서 사이로들(110,120,130,132,134)로부터 이송된 피처리물과 처리제를 이송통(142) 내에서 이송시키는 공급스크류(144)와, 이 공급스크류(144)를 회전구동하는 구동모터(146)를 구비한다.
이 공급스크류 컨베이어(140)를 통해 정량적으로 이송되는 슬러지, 생석회(CaO), 코팅 생석회(CaO), 황산제일철, 물유리는 공급스크류 컨베이어(140)의 배출단 하방에 연결된 분쇄기(160)로 보내진다. 분쇄기(160)는 그 외통(162)이 공급스크류 컨베이어(140)의 이송통(142)의 하방으로 수직하게 연결되어 있으며, 그 내부에 설치된 임펠러들을 통해 공급스크류 컨베이어(140)에서 이송된 재료들을 잘게 분쇄하여 내보내게 된다. 특히, 재료들 중에서는 점성이 강한 슬러지와 수분에 의해 뭉쳐진 생석회 등이 있으므로, 분쇄기(160)는 이들을 잘게 분쇄하여 후공정에서의 혼합교반이 잘 이루어지게 한다. 이렇게 분쇄된 재료들은 투입스크류 컨베이 어(170)에 의해 혼합처리부(200)로 투입된다. 분쇄기(160)와 투입스크류 컨베이어(170) 사이에는 분쇄기(160)의 출구로부터 출력된 재료들을 투입스크류 컨베이어(170)의 유입구로 원활하게 유동하도록 안내하는 안내판(180)이 설치되어 있다.
도 2는 도 1에서 분쇄기의 구조를 상세하게 나타낸 내부 구성도이고, 도 3은 도 2의 A-A선에서 보아 나타낸 단면도이다. 이 도면들을 참조하여 분쇄기의 구조 및 작동에 대해 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.
분쇄기(160)는 앞서 설명한 바와 같이 그 외통(162)이 공급스크류 컨베이어(140)의 이송통(142)의 하방으로 수직하게 연결되어 있으며, 그 내부에는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 원주방향을 따라 등각으로 회전축들(164a~164c)이 수직하게 설치되어 이 회전축들(164a~164c) 각각에 상하로 등간격으로 임펠러들(166a~166c)이 고정되어 있다. 바람직하게는, 회전축들(164a~164c)은 원주방향으로 120도 간격으로 배치되어 있어 정삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치로 배치되어 있으며, 회전축들(164a~164c) 각각에 상하로 배치된 임펠러들(166a~166c)은 이웃하는 임펠러와 충돌하지 않도록 교차 배치되어 있다. 공급스크류 컨베이어로부터 분쇄기(160)로 투입되는 재료들(피처리물과 처리제)은 평면에서 볼 때 3개의 임펠러들(166a~166c)의 중심으로 공급되어 상하로 중첩배열된 임펠러들(166a~166c)을 통과하면서 분쇄되게 된다. 물론, 회전축(164a~164c)에는 구동모터(168a~168c)가 연결되어 동력을 전달받아 회전하게 된다. 본 실시예에 예시된 분쇄기(160)는 임펠러들이 장착된 회전축이 원주방향을 따라 등각(120도의 간격)으로 3개가 구성되 어 있지만, 임펠러들이 장착된 회전축을 등각으로 2개나 4개 이상 설치하여 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 장치는 각 재료가 후술할 혼합처리장치부의 킬른(kiln) 혼합기(200)에 들어가기 전에 분쇄기(160)를 거쳐 분쇄된 후 킬른 혼합기 (200)안으로 투입되도록 한다. 분쇄기(160)를 거치지 않고 바로 킬른 혼합기(200)로 들어가면 균일한 혼합이 일어나지 않음을 발견하고 수차례 시행착오를 거쳐서 분쇄기(160)를 설치함으로써 본 발명에서는 균일한 혼합물을 얻을 수가 있었다. 킬른형 혼합기(200)는 특성상 연속적인 혼합 능력은 우수하지만 불연속적인 배치식에 비해서 균일한 혼합물을 얻을 수가 없다는 단점이 있다. 예를 들어, 10초 간격으로 서로 다른 물질을 킬른 혼합기(200)에 이송시키면 서로 균일한 혼합이 일어나지만 20초가 경과한 시료는 서로 혼합되지 않은 채로 배출되는 현상이 발견되었다. 하지만, 본 발명에서는 덩어리로 되어 있거나 뭉쳐지는 특성이 있는 재료들은 분쇄기(160)를 거쳐 1차적으로 분쇄되어 혼합되기 때문에, 이렇게 혼합된 재료는 20초가 경과한 재료도 서로 균일하게 혼합됨을 알 수 있었다.
구체적으로, 교반 및 분쇄 능력을 향상시키기 위하여 원통형의 외통(반응기; 162)내에서 3개의 회전축들(164a~164c)에 장착된 임펠러들(166a~166c)을 200rpm 속도로 회전시키면, 3개의 회전축들(164a~164c) 사이로 유입되는 각 재료는 완전히 분쇄되어 아래로 떨어진다. 이때, 분쇄와 함께 어느 정도의 교반도 일어나게 된다. 약 20초 동안 분쇄 교반된 재료는 아래로 떨어져 원통형 적하공간에 적하되며, 그와 동시에 투입스크류 컨베이어(170)에 의해 킬른 혼합기(200)로 이송되어 투입되게 된다. 이렇게 분쇄기(160)를 거쳐 킬른 혼합기(200)로 투입되는 재료를 살펴보면 검은 슬러지의 각 부분에 흰색의 생석회(CaO)가 균일하게 분산되어 있음을 알 수 있다.
2. 혼합처리장치부(200)
도 4는 도 1에 도시된 킬른 혼합기를 B방향에서 보아 나타낸 좌측면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 킬른 혼합기를 C방향에서 보아 나타낸 우측면도이다. 또한, 도 6은 도 1의 D-D선에서 보아 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 삼각형 혼합스크류의 구조를 상세하게 나타낸 사시도이다. 이 도면들 및 도 1을 병행 참고하면서 혼합처리장치부인 킬른 혼합기에 대해 자세하게 설명하면 다음과 같다.
앞서 설명한 바와 같이, 분쇄기(160)를 거쳐 혼합이 잘 이루어질 수 있는 크기로 잘게 분쇄된 재료들은 투입스크류 컨베이어(170)를 통해 킬른 혼합기(200)로 공급된다. 이를 위해, 투입스크류 컨베이어(170)의 토출구는 킬른 혼합기(200)의 킬른 몸체(210)에 연결되어 있다. 이를 위해, 킬른 몸체(210)의 일측단에는 투입스크류 컨베이어(170)의 토출구와 연결되는 투입구(212)가 마련되어 있다.
킬른 혼합기(200)는 긴 원통형의 킬른 몸체(210)를 지지대(220)에 의해 회전가능하게 지지하여, 그 배출구(214) 측이 아래로 가도록 경사지게 설치된다. 이때, 킬른 몸체(210)의 회전은 시계방향 또는 반시계 방향이 될 수 있으며, 이러한 회전이 가능하도록 지지대(220)에는 킬른구동수단(230)이 장치된다. 킬른구동수단(230)은 지지대(220)에 고정된 모터(232)와, 이 모터(232)에 연결된 감속기(234) 와, 이 감속기(234)에 연결된 구동휠(236)과, 이 구동휠(236)에 밀착되어 회전되며 킬른 몸체(210)의 표면에 끼워져 고정된 종동휠(238)을 구비한다. 특히, 구동휠(236)과 종동휠(238)은 그들의 밀착력으로 동력을 전달할 수도 있고, 아니면 구동휠(236)과 종동휠(238)을 기어로 구성하여 맞물려 동력을 전달할 수도 있다. 나아가, 도 6에 도시한 바와 같이 외경이 큰 종동휠(238)의 양측에 구동휠(236)을 한쌍 구성할 수도 있으며, 한쌍의 구동휠(236)은 2개가 모두 동력이 전달되어 구동될 수도 있고 아니면 그 중에서 하나만이 모터(232)로부터 동력이 전달되고 나머지 하나는 아이들러(idler)로서 구성될 수도 있다.
이러한 킬른 몸체(210)는 예컨대, 길이가 10,000mm, 직경이 1,000mm를 갖는 원통형으로, 3.7Kw의 모터(232)에 의해 최대 6rpm 속도로 회전하도록 설계될 수 있다. 나아가, 킬른 몸체(210)의 재질은 스테인리스스틸(예를 들어, SUS 304)로 구성되며, 나아가 재료가 배출구(214) 방향으로 자연스럽게 연속적으로 이송될 수 있도록 배출구 쪽으로 하향 경사지게 약 5˚ 정도 기울기로 기울어져 지지대(220)에 의해 지지되어 있다. 또한, 교반 능력의 향상을 위하여 킬른 몸체(210)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 제어하는 제어패널(240)이 마련되어 있다.
원통형 킬른 몸체(210)의 내벽에는 원주방향을 따라 일정간격으로 수많은 칼날(216)들이 부착되어 있다. 킬른 몸체(210)의 내벽에 칼날(216)이 부착되지 않으면, 80% 이상의 수분을 함유하고 있는 슬러지들이 내부로 유입될 때 킬른 몸체(210)의 내벽에 부착되어 교반이 일어나지 않거나 원통 내벽을 따라서 돌면서 구형으로 성형되어 배출되는 현상이 발생하며, 또한 발열반응도 미약하여 슬러지의 건조가 이루어지지 않는 문제가 발생하게 된다. 킬른 몸체(210) 내벽에 부착된 칼날(216)들은 이러한 현상을 방지하는 작용을 하며, 본 출원인은 실험을 통해 예를 들어, 150mm 크기를 갖는 칼날(216)들을 킬른 몸체(210)의 내벽에 부착한 결과 그 내벽에 슬러지가 부착하거나 슬러지가 구형으로 배출되는 현상이 발생하지 않음을 확인하였다.
킬른 몸체(210) 내부에는 그 축심을 따라 혼합스크류(250)가 설치되어 있다. 이 혼합스크류(250)는 킬른 몸체(210)의 양단을 관통하여 양단에 지지대(220)와 연결된 좌우한쌍의 축받이들(222a,222b)에 의해 회전가능하게 지지되어 있으며, 그 일측단에는 스크류구동수단(260)이 연결되어 회전동력을 제공받는다. 스크류구동수단(260)은 모터(262)와, 이 모터(262)와 연결된 감속기(264)를 구비하고, 이 감속기(264)에서 직접 혼합스크류(250)로 회전동력을 전달할 수 있다. 다른 방법으로, 감속기(264)로 감속된 회전력을 매개부재(266)를 통해 혼합스크류(250)로 전달할 수도 있다. 매개부재(266)로는 감속기(264)의 출력단에 연결된 구동휠과, 혼합스크류(250)의 일단에 고정된 종동휠과, 이 구동휠과 종동휠을 연결하여 동력을 전달하는 벨트로 구성될 수 있다. 매개부재(266)의 다른 실시형태로는, 감속기(264)의 출력단에 구동기어를 고정하고, 혼합스크류(250)의 일단에 종동기어를 고정하여, 구동기어와 종동기어를 서로 맞물려 동력을 전달하는 방식이 될 수 있다.
이러한 혼합스크류(250)는 킬른 몸체(210)에 비해 상대적으로 빠른 속도로 회전하며, 그 회전방향은 킬른 몸체(210)와 서로 반대방향으로 회전하도록 하는 것이 혼합교반력을 상승시키는 면에서 바람직하다. 이러한 혼합스크류(250)가 없을 경우, 슬러지와 생석회(CaO)가 균일한 상태로 혼합되지 않고, 건조되지 않은 슬러지의 여러 부분에 백색(즉, 생석회(CaO))이 발견되었다. 이 현상은 생석회(CaO)가 슬러지의 내부에 함유되어 있는 수분과 반응하여 Ca(OH)2로 되면서 발열반응이 일어나서 슬러지를 건조시켜야 하지만, 생석회(CaO)가 슬러지와 완전한 혼합이 일어나지 않아서 미반응의 생석회(CaO)가 슬러지의 각 부분에 하얀 반점 형태로 소량 남아 있기 때문이다. 본 장치에서 혼합스크류(250)는 생석회(CaO)와 슬러지의 완전한 반응을 유도하여, 발열반응을 높여 건조성능을 향상시킨다.
이러한 혼합스크류(250)로는 원형의 스크류는 일반적으로 재료를 한쪽 방향으로 이송시키는 역할은 강한 반면에 시료의 혼합이나 분쇄 기능은 약하므로 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 발명에서는 삼각단면의 봉을 갖는 삼각형 스크류를 적용하였다. 이러한 삼각형 스크류(250)는 원통형 킬른 몸체(210)의 내벽에서 낙하하는 슬러지가 스크류(250)의 삼각봉부(252)의 삼각칼날(세 모서리)에 맞아서 슬러지를 분쇄시키는 기능을 갖고 있으므로 슬러지와 생석회(CaO), 코팅 생석회(CaO), 물유리, 황산철과 같은 재료를 균일하게 혼합시키는 작용이 강하다. 나아가, 삼각형 혼합스크류(250)는 그 삼각단면의 삼각봉부(252)의 표면에 반달날(254)들이 원주방향을 따라 원형을 이루면서 나선형태로 그 길이방향을 따라 형성되어 분쇄 및 혼합교반력을 배가시킨다.
예를 들어, 혼합스크류(250)는 그 길이가 10,000mm이며, 3.7 Kw의 모터(262)로서 최대 30rpm 속도로 회전되며, 나아가서 재료의 분산과 혼합을 향상시키기 위 하여 그 회전방향을 시계방향과 반시계방향이 교번하면서 회전하도록 제어패널(240)에 의해 제어된다. 더욱이, 혼합스크류(250)의 회전방향을 킬른 몸체(210)의 회전방향과 반대로 되도록 구동제어하므로 재료들의 혼합교반 효율을 더욱더 향상시킨다. 이때, 혼합스크류(250)의 회전속도는 반응이 신속하게 일어나는 반응의 경우는 30rpm으로 회전시키고 반응이 느리게 일어나는 반응의 경우는 15-20rpm으로 회전시킴으로써 킬른 몸체(210) 내부에서 완전한 건조가 일어나도록 한다.
이상 설명한 킬른 몸체(210) 내벽의 칼날(216) 구조와 삼각형 혼합스크류(250)의 구성에 의해, 킬른 몸체(210)에 투입된 재료들은 킬른 몸체(210)의 회전에 따라 그 내벽의 칼날(216)에 부딪히며 떨어지는데, 이렇게 떨어지는 재료는 삼각형 혼합스크류(250)에 다시 충돌하여 더 균일하게 혼합되면서 킬른 몸체(210)의 배출구(214) 방향으로 이송된다.
이제, 전술한 구성들을 참조하면서 본 발명의 동작에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
정수장과 하수처리장에서는 물위에 부유되어 있는 슬러지를 응집시키기 위하여 무기 응집제와 고분자 응집제를 사용한다. 슬러지가 응집되어 밑으로 침강하면 이 슬러지를 수집한 후 통상 탈수기를 거쳐서 수분을 어느 정도 제거한 상태로 배출한다. 이렇게 배출된 슬러지에는 응집제가 세포막과 같이 슬러지를 싸고 있으므로 110℃ 이상으로 가열하여도 슬러지에 함유되어 있는 수분의 증발은 거의 일어나지 않는다. 따라서, 생석회(CaO)의 수화열을 이용하여 슬러지를 건조시키기 위해 서는 슬러지와 생석회(CaO)의 접촉 단면적을 증가시켜야 한다. 케익(cake) 형태로 배출되는 슬러지와 생석회(CaO)의 접촉단면적을 증가시키는 방법으로는 슬러지를 작은 입자 형태로 분쇄시킨 후에 생석회(CaO)와 반응시키는 방법이 가장 좋은 방법이다. 그러나, 슬러지에는 수분이 80% 이상 존재하며 케익 형태로 되어 있으므로 작은 입자로 손쉽게 분쇄가 되지 않는다.
따라서, 본 장치에서는 사이로들(110,120,130,132,134)로부터 공급스크류 컨베이어(140)를 통해 슬러지, 생석회 및 기타 처리제들을 분쇄기(160)로 이송시킨다. 이렇게 투입된 슬러지는 특히 케익 형태로 분쇄기(160)의 회전축(164a~164c)에 장착된 임펠러들(166a~166c)의 예리한 칼날에 수없이 부딪히며 작은 입자로 분쇄되면서 낙하하여 생석회(CaO), 코팅 생석회(CaO) 등의 처리제와 균일하게 혼합이 이뤄진다. 이 혼합된 재료들은 투입스크류 컨베이어(170)에 의해 상승하여 킬른 혼합기(200)의 투입구(212)를 통해 킬른 몸체(210) 내부로 공급된다.
예컨대, 킬른 몸체(210)가 길이 10,000mm, 직경이 1,000mm를 갖는 원통형이고, 3.7Kw 모터(232)에 의해 최대 6rpm 속도로 회전한다고 할 때, 킬른 몸체(210)의 내부에 위치한 삼각형 혼합스크류(250)는 길이가 10,000mm이며, 3.7Kw 모터(262)에 의해 최대 30rpm 속도로 킬른 몸체(210)와 반대방향으로 회전하도록 구동된다. 그럼으로써, 킬른 몸체(210)의 내벽에 마련된 150mm 크기를 갖는 칼날(216)들에 의해 원통형 내벽에 슬러지가 부착하거나 슬러지가 구형으로 배출되는 현상이 발생하지 않고, 킬른 몸체(210) 내벽을 돌출한 칼날(216)들에 슬러지가 실려 위쪽으로 회전한 상태에서 높은 위치에서 낙하함으로써 분산성이 좋아 균일한 혼합이 가능하게 되고, 슬러지가 이렇게 위쪽으로 실려서 낙하되면서 삼각형 혼합스크류(250)의 모서리(칼날)에 부딪혀서 분산과 혼합성이 더욱더 배가되게 된다. 즉, 삼각형 혼합스크류(250)는 킬른 몸체(210)의 원통 내부에서 빠르게 회전하면서 원통 내벽에서 떨어지는 슬러지가 그 삼각칼날에 맞아서 분산되면서 슬러지와 생석회(CaO), 코팅 생석회(CaO), 물유리, 황산철과 같은 재료들을 더욱더 균일하게 혼합시킨다. 이때, 반응이 빠르게 일어나는 경우는 혼합스크류(250)를 30rpm 정도로 빠르게 회전시키고 반응이 느리게 일어나는 경우는 15-20rpm 정도로 느리게 회전시킴으로써 킬른 몸체(210) 내부에서 완전한 건조가 일어나도록 유도한다. 특히, 킬른 몸체(210)와 혼합스크류(250)의 회전방향을 수시로 주기적으로 바꾸어줌에 의해 재료들의 균일한 혼합이 향상되고, 혼합스크류(250)의 나선구조에 의해서 뿐만 아니라 킬른 몸체(210)의 배출구(214) 쪽으로 경사진 설치구조에 의해 킬른 몸체(210) 내부에서 슬러지와 생석회 등의 처리제가 혼합되면서 반응하여 건조되는 상태로 자연스럽게 배출구(214) 쪽으로 진행하게 된다. 이렇게 하여 배출구(214)쪽으로 진행하는 재료들은 건조처리가 완료될 때 즈음에 배출구(214)에 도달하게 되고, 재료들은 완전히 건조된 상태의 분체로서 배출된다. 이렇게 배출된 분체는 수분이 20% 이하로서 쓰레기 매립장의 복토재, 시멘트 원료, 석회질 비료 등으로 사용될 수 있는 상태이다.
한편, 슬러지가 건조되면서 수증기와 악취가 발생하는데, 수증기는 킬른 몸체(210)에 응축기(300)를 추가적으로 부착함으로써 간단하게 해결이 가능하다. 그 러나, 수증기와 함께 발생하는 악취는 쉽게 제거되지 않을 뿐더러 이러한 악취는 2차 공해의 원인이 되어 민원의 대상이 되기 때문에, 본 출원인은 이를 제거하기 위해 수차례 시행착오를 거친 후에 연소시키는 방법이 최선이라는 것을 알고, 수증기와 함께 배출되는 악취는 킬른 몸체(210)에 연소기(400)를 부착하여 연소시킴으로써 해결한다.
이상 설명한 본원발명의 폐기물 처리장치 및 처리방법에 대해 실시예들을 통해 그 작용효과에 대해 살펴보기로 한다.
<실시예 1 : 정수슬러지의 건조>
피처리물 사이로(110)에 정수장 슬러지를 5톤, 처리제 사이로(120)에 생석회(CaO)를 1톤, 그리고 기타 처리제 사이로(130)에 코팅 생석회(CaO)를 소량 넣고 장치를 가동시켰다.
시동초기 재료를 투입하지 않은 상태에서 킬른 몸체(210)를 시계방향으로 6rpm 속도로 회전시키고, 그 내부의 삼각형 혼합스크류(250)는 반시계방향으로 30rpm 속도로 회전시켰다. 모든 장치가 정상적으로 작동되고 있음을 확인한 후, 공급스크류 컨베이어(140)와 투입스크류 컨베이어(170)를 가동시킨 다음 분쇄기(160)를 200rpm 속도로 회전시켰다. 위의 모든 동력장치의 속도 등의 구동조건의 설정 및 조정은 사용자에 의해 제어패널(240)을 통해 이루어지게 된다.
정수슬러지를 처리하는데 적합한 혼합비로 중량%단위로 정수슬러지: 생석 회(CaO) : 코팅 생석회(CaO)를 100 : 20~30 : 5~10으로 하는 것이 바람직하며, 본 예비실험에서는 이 범위에서 100 : 30 : 5로 혼합하였다. 이하 피처리물과 처리제의 혼합비는 중량비로, 혼합비에 있어 숫자 뒤에 단위를 생략하거나 %로만 표기한 것은 중량비를 의미한다. 위의 재료들의 혼합 결과, 최고발열 온도 105℃ 까지 상승하는데 20분이 소요되었으며, 최종 반응물에 함유된 수분의 함량을 칼피샤 수분측정기로 분석한 결과 21%였다. 위의 혼합비에서 나머지 재료들은 동일하게 하고 생석회(CaO)의 투입량을 40%로 증가시키면 최고발열 온도는 110℃ 까지 상승하였으며, 최종 반응물에 함유된 수분의 함유량은 17%로 떨어졌다.
위의 조건을 참고하여 피처리물 사이로(110)의 이송스크류(114), 처리제 사이로(120)의 이송스크류(124)를 가동하여 사이로들(110,120,130)에 보관된 정수슬러지 : 생석회(CaO) : 코팅 생석회(CaO)의 혼합비가 100 : 30 : 5로 되도록 재료들을 공급스크류 컨베이어(140)에 공급하였다. 그에 따라, 공급스크류 콘베이어(140)는 공급된 3종류의 시료들(슬러지, 생석회, 코팅 생석회)을 분쇄기(160)로 이송하고, 분쇄기(160)에서는 이렇게 투입된 시료들을 분쇄하면서 어느 정도 혼합한 상태로 투입스크류 컨베이어(170)를 통해 킬른 혼합기(200)의 킬른 몸체(210) 내부로 투입하였다. 킬른 몸체(210) 내부로 들어간 시료들은 발열반응이 시작되면서 수증기가 발생하기 시작하였다.
위의 과정에서, 슬러지가 피처리물 사이로(110)로부터 공급스크류 컨베이어(140)에 투입되고 나서 투입스크류 컨베이어(170)를 통하여 킬른 혼합기(200)의 투입구(212)를 통하여 킬른 몸체(210) 내부로 들어가기까지 경과된 시간은 약 1분 정도 소요되었고, 분쇄기(160) 없이 공급스크류 컨베이어(140)로부터 직접 킬른 혼합기(200)로 재료를 투입한 경우에는 투입 후 곧바로 발열반응이 시작되지는 않았다. 반면에, 분쇄기(160)를 추가 구성하고부터 킬른 몸체(210)로 재료들이 투입되자마자 발열반응이 일어나기 시작하였다. 이를 통해, 분쇄기(160)를 부착하고 난 후에 킬른 몸체(210)에 재료를 투입하자 곧 발열반응이 일어났지만, 분쇄기(160)를 부착하기 전에는 그 과정에서 발열반응이 전혀 일어나지 않은 것으로 보아서 분쇄기(160)의 설치는 슬러지의 처리에 상당한 도움이 됨을 확인할 수 있었다.
킬른 혼합기(200)에 투입된 재료는 킬른 몸체(210)와 혼합스크류(250)의 상반되는 회전방향과 속도차에 의해 골고루 교반되고 혼합되는데, 킬른 몸체(200)에 들어가고 나서 약 5분 후부터 발열반응이 급격하게 일어나기 시작하면서 약 10분 후에는 처리물 배출구(214) 부분에 설치되어 있는 증기회수공(미도시)으로 증기의 발생량이 최고로 많이 발생하였으며, 20분이 경과한 후에는 증기의 발생량이 현저하게 감소하였음을 확인할 수 있었다.
위 실험결과를 통하여 정수슬러지의 처리시간은 25분 정도가 최적이라는 것을 알 수 있었으며, 이를 토대로 킬른 몸체(210)는 시계방향으로 6rpm 속도로, 그리고 킬른 몸체(210) 내부의 삼각형 혼합스크류(250)는 반시계방향으로 25rpm 속도로 회전시키면 피처리물 사이로(110)에서 슬러지가 투입되고 나서 약 20분 후에 킬른 혼합기(200)의 배출구(214)로 분체 형태의 처리된 슬러지가 배출되었다. 이러한 조건으로 운영하면 본 장치는 1시간에 약 5톤 정도의 슬러지의 처리가 가능하였다. 이렇게 처리된 슬러지를 복토제 혹은 시멘트 원료로 사용이 가능한지를 확인 하기 위하여 칼슘농도, 금속이온의 용출농도, 수분함유량을 기초과학지원 연구원에 의뢰하여 분석하여 아래 표 1과 같은 결과를 얻었다.
처리 전후의 정수슬러지의 시험 결과
시험 항목 처리 전의 농도 처리 후의 농도
생석회(CaO)(%) 0.12 45
알루미늄 용출농도(ppm) 42.50 0.54
수분 농도(%) 81 20
구리(ppm) 불검출 불검출
아연(ppm) 불검출 불검출
위 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 처리하기 전에는 알루미늄(Al)이 42.50ppm 용출되었지만 본 발명에 의해 처리한 후에는 0.54ppm이 용출됨을 확인할 수 있었다. 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn)의 농도 분석은 ICP 분석기를, 수분농도는 칼피샤 수분분석기를 사용하였으며, 칼슘농도는 XRF를 이용하여 분석하였다. 표 1의 결과를 보면, 처리된 최종물질에는 생석회(CaO)가 45% 함유되어 있으며, 시멘트 제조업체에 시멘트 원료로서 타당성이 있는지를 의뢰한 결과 양질의 원료라는 결과를 보고받았다.
<실시예 2 : 하수슬러지의 유해물질의 용출 억제 및 건조>
정수슬러지는 무기물로 구성되어 있지만, 하수슬러지는 대부분 구성성분이 유기물로 구성되어 있어 이를 연소시키면 잔류물인 회분만 소량 남기 때문에 지금까지 하수슬러지의 처리는 연소법을 많이 선호하여 왔다. 그러나, 연소법은 대기 공해와 주민의 민원 발생으로 인하여 더 이상 진전하지 못하고 답보 상태에 있는 실정이다. 이러한 실정을 감안하여, 본 발명에서는 유기물이 풍부한 하수슬러지를 본 장치를 이용하여 건조와 더불어 중금속, 유분 등의 유해물질의 용출을 억제시켜 석회질 비료, 토지 개량제, 복토제, 시멘트 원료 등으로 활용할 수 있는 길을 열고자 한다. 특히, 하수슬러지는 정수슬러지에 비해서 응집제의 피막이 슬러지의 표면을 강하게 둘러싸고 있으므로 수분의 탈기(脫氣)가 쉽게 일어나지 않는다. 따라서, 생석회(CaO)를 사용하여 하수슬러지의 건조 분말을 얻기 위해서는 생석회(CaO) 첨가량이 정수슬러지에 비해서 더 많이 소모되며, 하수슬러지에는 유분, 중금속과 같은 유해물질이 다량 함유되어 있으므로 이들의 용출을 차폐시키기 위하여 기름성분과 반응하는 코팅 생석회(CaO), 유해성분을 고정화시키는 물유리, 중금속을 고정화시키는 황산철 등을 첨가하여야 한다.
이러한 특성을 고려하여 도 1에 도시된 본 장치에서 하수슬러지, 생석회(CaO), 코팅 생석회를 각각의 사이로들(110,120,130)에 정수슬러지에서와 동일하게 넣되, 추가로 물유리, 황산제일철을 기타 처리제 사이로(132,134)에 넣고 킬른 혼합기(200)를 가동시켰다. 하수슬러지 : 생석회(CaO) : 코팅 생석회 : 물유리 : 황산제일철의 혼합비는 중량비로 100 : 20~30 : 5~10 : 2~3 : 1~2의 범위내에서 정하는 것이 바람직하며, 실험에서는 중량비로 하수슬러지 : 생석회(CaO) : 코팅 생석회 : 물유리 : 황산제일철 = 100 : 30 : 10 : 2 : 1의 조건으로 혼합하여 처리한 결과, 수분 함유량 20.2%, 최고온도 105℃까지 상승하는데 26분이 소요되었다.
위의 혼합 조건에서 킬른 혼합기(200)를 정수슬러지에서와 동일한 조건으로 가동시켰다. 이때, 분쇄기(160)의 회전속도는 200rpm으로 설정하였고, 삼각형 혼합스크류(250)는 반시계방향으로 20rpm 속도로 회전시켰다. 하수슬러지에는 유분과 중금속(아연, 구리성분)이 소량 함유되어 있어 물유리(중량비로 2%∼3%)와 황산철을 첨가하면 발열반응이 느리게 일어나지만, 본 장치에서와 같이 분쇄기(160)를 부착하고 난 후에는 혼합능력이 개선되어 발열반응이 물유리를 사용하지 않은 정수슬러지에서와 거의 같은 20분 후에 수증기와 악취가 가장 많이 발생하였다. 최종 배출된 건조분말의 성분을 분석한 결과는 표 2와 같다.
용출방지제로 처리된 하수슬러지의 성분분석
pH 수분함유량 탄소 유기물 질소 유기물/N 염분 알카리도 가용성칼슘
13.6 20.2 2.51 12.2 0.70 15.6 0.03 42.2 42.2
<실시예 3 : 음식 부산물의 처리>
음식 부산물에는 금속(수저, 젓가락), 비닐, 종이와 같은 불순물이 다량으로 함유되어 있으므로 자석에 부착되는 금속은 자석으로 분류하고, 자석에 부착되지 않는 스테인리스 스틸 종류의 금속과 비닐, 종이는 수작업으로 분류하였다. 다음으로, 음식물을 죽과 같이 잘게 분쇄시킨 후에 피처리물 사이로(110)에 넣고, 음식 부산물 : 생석회(CaO) : 코팅 생석회(CaO) : 물유리 : 황산철 = 100: 30 : 5 : 2 : 1의 조건으로 혼합하여 하수슬러지에서와 같은 조건으로 킬른 혼합기(200)를 가동시켜 건조분말을 얻었다. 음식 부산물 : 생석회(CaO) : 코팅 생석회(CaO) : 물유리 : 황산철의 혼합비는 100: 30~40 : 5~10 : 2~3 : 1~2의 범위내에서 거의 동일유사한 결과를 얻을 수 있으므로 이 범위내에서 정하는 것이 바람직하다. 음식 부산물에는 응집제 성분이 함유되어 있지 않으므로 하수슬러지에 비해서 비교적 쉽게 건조분말을 얻을 수가 있었다. 이러한 조건으로 얻은 분말을 비료로 재활용하기 위하여 얻은 분석결과는 표 3과 같다.
용출방지제로 처리된 음식부산물의 성분분석
pH 수분함유량 탄소 유기물 질소 유기물/N 염분 알카리도 가용성칼슘
13.5 19.8(%) 2.3(%) 13.2(%) 0.48(%) 30.2(%) 0.28(%) 42.0 39.8(%)
위 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 얻은 분말은 가용성 칼슘의 함량이 39.8%, 유기물의 함량이 13.2%, 염분 0.28%, 수분 19.8%로서 석회처리비료의 기준에 합당하다는 결과가 나왔다. 즉, 근거법상 석회처리비료의 기준치(02.11.8 신설)는 알칼리분 15% 이상, 유기물 10% 이상, 염분 1.0% 이하, 수분 50% 이하이면 되는 것으로 규정되어 있기 때문에, 본 장치로부터 얻는 처리 분말은 비료로서 적합하다는 것을 확인할 수 있다.
<실시예 4 : 폐 페인트의 처리>
자동차, 선박 등을 제조하는 산업체에서 금속을 도색한 후에 배출되는 도료는 대부분 유성이므로 쉽게 증발하며, 연소성이 강하며, 인체에 해를 주는 성분을 다량으로 함유하고 있다. 이러한 특성으로 인하여 대부분 소각법으로 처리하고 있는 실정이다. 이러한 소각법은 자원재활용 측면에서 보면 바람직하지 못한 방법으로, 본 발명에서는 용출방지제를 사용하여 유기용매는 포집하여 재활용하고 페인트의 고체성분은 생석회(CaO)와 함께 시멘트 원료로 사용하고자 한다. 폐 페인트에는 물이 함유되어 있지 않으므로 물을 첨가하여 발열반응을 유발시켜 코팅 생석회(CaO)에서 지방산과 계면활성제가 용해하여 2차 발열을 일으키게 하는 한편 지방산과 계면활성제가 유기용매의 일부와 반응하여 유기용매의 일부를 고정화시키고, 물과 나머지 유기용매는 외부로 증발하여 제거되게 함으로써 폐 페인트의 처리가 완료된다. 이때, 외부로 증발 제거되는 물과 유기용매는 외부에 포집장치를 설치하여 물과 유기용매를 분리하여 포집함으로써 유기용매를 재활용한다. 포집장치로는 이미 많은 제품들이 나와 있으므로 기존에 나와 있는 것을 용도에 맞게 선택하여 사용하면 된다.
위의 방법을 구현하기 위하여 폐 페인트 100g에 대해 처리제들을 아래와 같이 혼합하여 실험하였다.
페인트 : 생석회(CaO) : 물 : 코팅 생석회(CaO) : 물유리
= 100g : 80g : 60g : 20g : 5g
위의 혼합비는 100g : 60g~80g : 50g~60g : 15g~20g : 5g~6g 범위 내에서 변경 적용될 수 있다.
실험시 폐 페인트와 용출방지제(생석회, 코팅 생석회, 물유리)를 먼저 혼합한 후에 물을 첨가하면 발열반응이 일어나지 않으므로 용출방지제와 물을 먼저 첨가한 후 교반반응을 시켜 발열반응이 일어나기 시작할 때 페인트를 첨가하여야 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 본 출원인은 수차례 실험을 거친 후에 알게 되었다. 특히, 생석회(CaO), 물, 코팅 생석회(CaO), 물유리의 4 성분을 폐 페인트에 혼합하여 교반시키면 슬러지에 비해 비교적 빠르게, 약 10초 이내에 발열반응이 일어나서 15분 후에 발열반응이 완료되는 특성이 있으므로 폐 페인트의 투입 시기의 설정이 대단히 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 가열장치가 내장된 폐 페인트 저장용기를 별도로 설치하였다. 가열온도는 폐 페인트의 유동성이 좋도록 30℃로 유지하였으며, 콤퓨레셔(compressor)를 통하여 도 1에 도시된 킬른 몸체(200)의 투입구(212)에 분무상태로 폐 페인트를 직접 투입하였다. 폐 페인트를 처리할 때는 분쇄기는 적용하지 않고 재료공급장치부(100)의 처리제 사이로들(120,130,132,134)에서 위의 혼합비율로 생석회, 코팅 생석회, 물유리를 공급스크류 컨베이어(140)에 투입하면서 물을 분사하여 공급스크류 컨베이어(140)를 통해 킬른 혼합기(200)의 킬른 몸체(210)로 바로 투입하였다.
구체적으로, 처리제 사이로(120)에서 생석회(CaO)를, 기타 처리제 사이로들(130,132)에서 코팅 생석회(CaO), 물유리를 각각 일정량씩 공급스크류 컨베이어(140)에 투입한 후 물은 마지막 처리제 사이로(134)에서 공급스크류 컨베이어(140)를 지나가는 생석회, 코팅 생석회, 물유리 위로 분무시켜, 킬른 혼합기(200)의 투입구(212)로 투입하였다. 생석회(CaO)와 물이 만나면 10초 내에 발열이 일어나고, 공급스크류 컨베이어(140)에서 혼합되어 킬른 몸체(210)의 투입구(212)로 들어가는데 소요되는 시간이 약 10초 정도로서 생석회(CaO)의 발열시간과 일치하므로, 도 1의 장치에서 분쇄기를 제거하여 공급스크류 컨베이어(140)에서 분쇄기를 거치지 않고 바로 킬른 혼합기(200)의 투입구(212)로 들어가게 하였다. 이와 동시에, 폐 페인트를 킬른 혼합기(200)의 투입구(212)를 통해 킬른 몸체(210) 내로 투입하였다. 그 결과, 투입하자마자 킬른 혼합기(200) 내에서 발열반응이 일어나면서 최종적으로 건조분말이 얻어졌다.
본 실험에서 킬른 혼합기(200)의 가동 조건은 앞의 정수슬러지에서의 실험 조건과 동일하게 하였으며, 외부로 증기의 유출을 방지하기 위하여 킬른 혼합기(200)의 모든 부분을 밀폐 처리하였다. 또한, 킬른 몸체(210) 내에서 처리되면서 증발하는 유기용매와 물은 배출구(214)에 관으로 외부의 응축기(300)에 연결하여 물과 유기용매를 분리하였다.
위의 실험을 통해 얻은 건조 분말을 분석한 결과, 시멘트 제조업체에서 시멘트 원료로 사용하기에 적합하다는 결론을 얻었다.
<실시예 5 : PCBs를 함유한 절연유의 처리>
폐 페인트와 같이 PCBs가 함유된 절연유는 유성이므로 물을 첨가하여 생석회(CaO)의 발열을 유도하여, 코팅 생석회(CaO)에서 지방산과 계면활성제가 분리되면서 2차 발열이 일어나서 수분을 증발시키게 한다. 이때, 코팅 생석회(CaO)에서 분리된 계면활성제와 지방산은 PCBs와 반응하여 PCBs를 물유리의 다공성 겔에 갇히게 하여 PCBs의 용출을 차단한다. 이와 같은 원리를 본 장치에 접목하여 절연유에 함유된 PCBs를 처리하고자 한다.
위와 같은 방법을 적용하여 PCBs가 6.65μg/g 함유되어 있는 절연유를 처리제들과 아래 표 4와 같은 혼합조건으로 혼합하여, PCBs를 처리한 후 PCBs 분석센터에 의뢰한 결과에 의하면 PCBs의 용출이 전연 일어나지 않음을 확인하였다. 부연설명하면, 표 4의 혼합비로 처리한 후 한국 환경분석센터에 의뢰하여 분석한 결과 1-6번 시료들 중 어느 하나에서도 PCBs가 용출되지 않음을 확인할 수 있었다.
절연유에 대한 PCBs 처리제의 혼합비
시료 번호 절연유 CaO(g) : 코팅CaO(g) 물 황산철 물유리
1 20g 40g : 40g 80 5 4
2 20g 40g : 40g 80 5 3
3 20g 35g : 35g 70 5 4
4 20g 35g : 35g 70 5 3
5 20g 30g : 30g 60 5 4
6 20g 30g : 30g 60 5 3
위와 같은 결과에 근거하여 본 장치를 이용하여 표 4의 6번 혼합비에 해당하는 시료를 각 사이로에 넣고 폐 페인트에서와 동일한 시험조건으로 실험하였다. 즉, 폐 페인트를 처리하는 방법과 동일하게 각 사이로(110,120,130,132)에서 생석회(CaO), 코팅 생석회(CaO), 물유리, 황산철을 위의 표 4의 6번 시료의 혼합비로 공급스크류 컨베이어(140)에 투입한 후 물은 마지막 사이로(134)에서 공급스크류 컨베이어(140) 내를 이동하는 시료들에 분무하면서 킬른 혼합기(200)의 투입구(212)로 시료들을 바로 투입하였다. 이것은 생석회(CaO)와 물이 만나면 10초 내에 발열이 일어나고, 공급스크류 컨베이어(140)에서 혼합되어 킬른 몸체(210)의 투입구(212)로 들어가는데 걸리는 시간은 약 10초가 소요되어 생석회(CaO)의 발열시간과 일치하므로 분쇄기를 거치지 않고 바로 킬른 혼합기(200)로 투입하는 것이 효과적이기 때문이다. 킬른 혼합기(200)에 처리제들의 투입과 동시에 절연유를 투입구(212)로 투입하면 킬른 혼합기(200) 내에서 시료들이 혼합교반되어 이송되면서 발열반응이 일어나 건조분말로 배출구(214)를 통해 배출되어 최종적인 건조분말이 얻어졌다. 이때, 증발하는 유기용매와 물은 배출구(214)에 외부의 응축기(300)를 연결하여 물과 유기용매로 분리 수거하였다.
위에서 얻어진 건조분말을 한국 환경분석센터에 의뢰하여 성분을 분석한 결과, PCBs가 전연 용출되지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, 위의 본 발명에 의해 처리된 건조분말은 시멘트 원료로서 적합하다는 것이 입증되었다.
여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 정수슬러지, 하수슬러지, 음식부 산물, 폐 페인트, 유류 오염토양 등을 생석회, 코팅 생석회 등의 용출방지제를 사용하여 연속적이고 대량으로 효과적으로 처리할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 폐기물 처리장치는 각종 폐기물을 연속적이고 빠르게 처리할 수 있고, 그 결과 대량의 폐기물을 간편하고 신속하게 처리할 수 있는 효과가 있다. 이렇게 처리된 부산물은 유해물질이 전연 용출되지 않기 때문에, 쓰레기 매립장의 복토재, 시멘트 원료, 석회질 비료 등으로 재활용할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 폐기물 처리장치는 슬러지 및 부산물이 배출되는 현장에 설치하여 가동할 수 있고, 작동 방법이 간단하므로 적은 인원으로도 운영이 가능하다. 위의 부산물에는 음식 부산물, 폐 페인트, PCBs 함유 절연유, 중금속 오염토양 등이 포함된다.
더욱이, 본 발명은 유성 성분인 폐 페인트, PCBs 함유 절연유 등을 처리할 경우에 발생하는 유기 용매 등을 포집하여 재활용하고, 최종 반응물 또한 재활용할 수 있다.

Claims (19)

  1. 폐기물과 폐기물에서 유해물질의 용출을 방지하며 건조시키는 처리제를 사용자가 설정한 혼합비율로 공급하는 재료공급장치부; 및
    상기 재료공급장치부로부터 공급된 혼합비의 폐기물과 처리제를 혼합교반하여 폐기물에 함유된 유해물질의 용출을 방지하면서 건조시켜 건조 분말로 배출하는 혼합처리장치부를 포함하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  2. 폐기물과 폐기물에서 유해물질의 용출을 방지하며 건조시키는 처리제를 사용자가 설정한 혼합비율로 공급하는 재료공급장치부; 및
    상기 재료공급장치부로부터 공급된 혼합비의 폐기물과 처리제를 혼합교반하여 폐기물에 함유된 유해물질의 용출을 방지하면서 건조시켜 건조 분말로 배출하는 혼합처리장치부를 포함하고,
    상기 재료공급장치부는,
    폐기물을 저장하고 사용자가 설정한 투입량에 따라 투입하는 피처리물 사이로와,
    생석회(CaO), 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회, 물유리, 황산제일철, 물로 이뤄진 처리제 중에서 생석회와 생석회를 제외한 나머지 물질 중에서 선택된 하나이상을 사용자가 설정한 투입량에 따라 투입하는 처리제 사이로들과,
    상기 피처리물 사이로와 상기 처리제 사이로들에 의해 특정 혼합비율로 투입되는 상기 폐기물과 처리제를 상기 혼합처리장치부로 이송하는 공급스크류 컨베이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 혼합처리장치부는
    상기 재료공급장치부로부터 투입되는 재료들을 내부에 수용하여 혼합교반하면서 반응시켜 처리하고, 회전구동되며 배출구 쪽으로 갈수록 하향 경사지게 설치되는 킬른 몸체와,
    상기 킬른 몸체 내에 그 축선을 따라 회전가능하게 설치되고, 상기 킬른 몸체 내에서 회전하여 상기 킬른 몸체 내의 재료들을 교반하고 이송하는 혼합스크류를 구비하는 킬른 혼합기인 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 킬른 몸체의 내벽에는 원주방향을 따라 칼날들이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 혼합스크류는 삼각단면의 삼각봉부의 표면에 반달날들이 나선형태로 그 길이방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 킬른 몸체를 회전구동시키는 킬른구동수단과, 상기 혼합스크류를 회전구동시키는 스크류구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 킬른구동수단은 모터와, 이 모터의 구동력을 감속하는 감속기와, 이 감속기와 연결된 구동휠과, 상기 킬른 몸체의 외주면에 장착되고 상기 구동휠과 접촉되어 상기 구동휠의 회전에 따라 회전되는 종동휠을 구비하는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 킬른 몸체와 상기 혼합스크류는 서로 회전방향이 반대이고, 회전속도에 있어 상기 킬른 몸체 보다 상기 혼합스크류가 빠르게 회전하는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 피처리물 사이로와 상기 처리제 사이로들은 수평으로 설치된 상기 공급스크류 컨베이어의 위쪽에 수직하게 세워져 연결되어 그 내부에 저장된 내용물을 낙하시켜 상기 공급스크류 컨베이어에 투입하며,
    상기 피처리물 사이로와 상기 생석회가 저장된 상기 처리제 사이로에는 그 내용물의 공급을 원활하기 유도하는 이송스크류가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  10. 제 2항 또는 제 9항에 있어서, 상기 공급스크류 컨베이어와 상기 혼합처리장치부 사이에는 상기 공급스크류 컨베이어로부터 공급된 폐기물과 처리제의 재료를 분쇄하고 혼합하는 분쇄기를 더 포함하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 분쇄기는 상기 공급스크류 컨베이어와 연결된 외통과, 상기 외통에 수직하게 설치된 2개 이상의 회전축들과, 상기 회전축들에 장착된 임펠러들 및 상기 회전축들을 회전시키는 구동모터를 구비하고, 상기 임펠러들이 회전하면서 상기 임펠러들 사이로 투입되는 재료들을 분쇄하는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 분쇄기로부터 분쇄되어 나오는 재료를 상기 혼합처리장치부로 이송투입하는 투입스크류 컨베이어를 더 포함하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 폐기물은 정수슬러지, 하수슬러지, 음식 부산물, 폐 페인트, PCBs 함유 절연유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치.
  14. a) 폐기물에 생석회(CaO), 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회, 물유리, 황산제일철, 물로 이뤄진 처리제 중에서 생석회와 생석회를 제외한 나머지 물질 중에서 선택된 하나이상을 설정된 혼합비율로 혼합되도록 연속적으로 투입하는 단계;
    b) 상기 투입된 폐기물과 상기 처리제를 분쇄하는 단계; 및
    c) 상기 분쇄된 폐기물과 처리제를 혼합교반하여 반응시켜 상기 폐기물에 포함된 오염물질의 용출을 방지하면서 건조시키는 단계를 포함하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 폐기물은 정수슬러지, 하수슬러지, 음식 부산물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 a)단계에서 상기 폐기물이 정수슬러지인 경우, 상기 처리제로는 상기 생석회(CaO)와 상기 코팅 생석회(CaO)가 투입되는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 a)단계에서 상기 폐기물이 하수슬러지 또는 음식 부산물인 경우, 상기 처리제로는 생석회, 기름성분과 반응하는 코팅 생석회(CaO), 유해성분을 고정화시키는 물유리, 중금속을 고정화시키는 황산제일철이 투입되는 것을 특징으로 하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법.
  18. 생석회, 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회 및 물유리의 처리제를 투입하면서 물을 분사하는 단계;
    상기 물이 함유된 처리제를 킬른 혼합기에 투입하면서 폐 페인트를 동시에 투입하고, 상기 킬른 혼합기 내에서 폐 페인트와 처리제를 혼합교반하면서 반응시켜 건조분말을 얻는 단계; 및
    상기 킬른 혼합기 내에서 폐 페인트의 처리시 증발하는 유기용매와 물은 배출구에 관으로 외부의 응축기를 연결하여 물과 유기용매로 분리 수거하는 단계를 포함하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법.
  19. 생석회, 계면활성제와 지방산으로 코팅된 코팅 생석회, 물유리 및 황산제일철의 처리제를 투입하면서 물을 분사하는 단계;
    상기 물이 함유된 처리제를 킬른 혼합기에 투입하면서 PCBs 함유 절연유를 동시에 투입하고, 상기 킬른 혼합기 내에서 PCBs 함유 절연유와 처리제를 혼합교반하면서 반응시켜 건조분말을 얻는 단계; 및
    상기 킬른 혼합기 내에서 절연유의 처리시 증발하는 유기용매와 물은 배출구에 관으로 외부의 응축기를 연결하여 물과 유기용매로 분리 수거하는 단계를 포함하는 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리방법.
KR1020060114396A 2006-11-20 2006-11-20 유해물질 용출방지제를 이용한 폐기물 처리장치 KR100833350B1 (ko)

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