KR20230129113A - 폐기물 처리 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조하는 단계(S1); 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 단계(S2); 상기 S2 단계에서 선별된 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 분쇄하는 단계(S3); 및 상기 S2 단계에서 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 S3 단계에서 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하고, 상기 혼합된 폐기물 입자를 연속식 회전로 반응기로 투입하여 열분해하는 단계(S4)를 포함하는 폐기물 처리 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 폐기물을 처리하는 방법과 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
현대 사회가 고도화됨에 따라 다양한 종류의 제품들이 함께 개발 및 생산되고 있으며, 화학 공정과 같은 제품의 생산 과정에서는 제품뿐 아니라, 많은 양의 산업 폐기물이 생성된다. 또한, 생산되어 판매되는 제품 역시 수명을 다한 후 폐기물로 회수된다. 따라서, 수 많은 제품들이 생산되고 폐기되는 현대 사회에서 매년 발생하는 폐기물의 양은 어마어마하며, 특히 폐기물은 다이옥신과 같은 인체 에 유해한 화합물들을 포함하는 경우가 일반적이기 때문에, 이를 적절히 처리하여 배출하여야 한다.
폐기물 처리 방법으로 널리 알려진 방법으로는 소각, 매립, 플라즈 마 처리, 고온 염기 반응, 아임계수 처리 등이 있다. 소각의 경우 폐기물의 부피를 크게 낮출 수 있고, 사용된 에너지 일부를 회수할 수 있다는 점에서 일반적으로 선호되는 방법이기는 하나, 소각 단계에서 다이옥신과 같은 화합물들이 원활히 제거 되지 못하거나 이후 재합성될 수 있고, 특히 최근 대기 환경 보호에 대한 사회적 요구가 증가함에 따라 높아진 기준을 쉽게 충족하지 못한다는 문제점이 있다. 매립 의 경우 간단하다는 이유로 역시 일반적으로 많이 사용되는 방법이나, 다이옥신과 같은 화합물들은 열화학적으로 안정적이기 때문에 매립되는 경우 분해되지 못하고, 지방 등에 잘 녹아 생물체 안에 축적되어 최종적으로는 인체로 유입될 수 있다는 문제점이 있다.
나머지의 플라즈마 처리, 고온 염기 반응, 아임계수 처리 등 역시 고농도의 다이옥신을 처리할 수 없고, 설비 운용에 소모되는 비용이 높으며, 분해 된 다이옥신이 재합성되는 문제점이 있다. 또한 다이옥신을 제거하는 방법으로 말 단 공정에서 활성탄 흡착, 백필터, 스크러빙 등을 사용하는 방법 역시 있으나, 다 이옥신이 분해되는 것이 아닌, 물리적으로 다이옥신을 제거하는 것이기 때문에 다 이옥신의 총량에는 큰 변화가 없고, 제거의 효율 역시 낮다는 문제점이 있다.
나머지의 플라즈마 처리, 고온 염기 반응, 아임계수 처리 등 역시 고농도의 다이옥신을 처리할 수 없고, 설비 운용에 소모되는 비용이 높으며, 분해 된 다이옥신이 재합성되는 문제점이 있다. 또한 다이옥신을 제거하는 방법으로 말 단 공정에서 활성탄 흡착, 백필터, 스크러빙 등을 사용하는 방법 역시 있으나, 다 이옥신이 분해되는 것이 아닌, 물리적으로 다이옥신을 제거하는 것이기 때문에 다 이옥신의 총량에는 큰 변화가 없고, 제거의 효율 역시 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고농도의 독성 성분을 갖는 폐기물로부터 높은 독성 제거율을 달성할 수 있는 독성 폐기물의 처리 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조하는 단계(S1); 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 단계(S2); 상기 S2 단계에서 선별된 입경 4mm 초과의 상기 폐기물 입자를 분쇄하는 단계(S3); 및 상기 S2 단계에서 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 S3 단계에서 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하고, 상기 혼합된 폐기물 입자를 연속식 회전로 반응기로 투입하여 열분해하는 단계(S4)를 포함하는 폐기물 처리 방법을 제공한다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 S1 단계에서 제조된 입자 형태의 폐기물의 함수율은 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 또는 10% 이하일 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 S4 단계는 상기 혼합된 폐기물 입자를 무산소 분위기, 저산소(산소 5vol% 이하) 분위기 또는 공기(산소 약 24vol%) 분위기에서 열분해할 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기는 지면을 기준으로 0.01도 내지 3도의 각도로 설치된 것일 수 있다. 다시 말하면, 상기 연속식 회전로 반응기는 0.01도 내지 3도의 기울기로 설치된 것일 수 있다. 지면을 기준으로 상기 연속식 회전로 반응기의 설치각도는 0.01도 이상, 0.05도 이상, 0.1도 이상, 0.15도 이상, 0.2도 이상, 0.25도 이상, 0.3도 이상, 0.35도 이상, 0.4도 이상, 0.45도 이상, 0.5도 이상, 0.55도 이상, 0.6도 이상, 0.65도 이상, 0.7도 이상, 0.75도 이상, 0.8도 이상, 0.85도 이상, 0.9도 이상, 0.95도 이상 또는 1도 이상일 수 있으며, 3도 이하, 2.9도 이하, 2.8도 이하, 2.7도 이하, 2.6도 이하, 2.5도 이하, 2.4도 이하, 2.3도 이하, 2.2도 이하, 2.1도 이하 또는 2도일 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기로부터 시간당 배출되는 폐기물 입자의 배출속도는 1kg/h 이상 1,000kg/h 이하일 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 S1 단계는, 함수율 60% 이상인 슬러지 형태의 폐기물을 탈수하는 단계(S1-1); 및 함수율 60% 미만인 상기 탈수된 폐기물을 건조하는 단계(S1-2)를 포함할 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 S1 단계는, 함수율이 25% 이하인 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 단계(S1-3)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 방법에 있어서, 상기 S4 단계에서 열분해된 폐기물 입자를 냉각하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조하는 건조부; 필터가 구비되고, 상기 필터를 통해 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 상기 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 필터링부; 상기 선별된 4mm 초과의 폐기물 입자를 분쇄하는 분쇄부; 및 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합된 폐기물 입자를 열분해하는 연속식 회전로 반응기를 포함하는 폐기물 처리 시스템을 제공한다.
본 명세서의 폐기물 처리 시스템에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기는 지면을 기준으로 1도 내지 3도의 각도로 설치될 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 시스템에 있어서, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하는 혼합부를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 시스템에 있어서, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자가 상기 연속식 회전로 반응기로 이동할 수 있도록 구비된 주배관; 및 일단부가 상기 분쇄부와 연결되고 타단부가 상기 주배관의 측면에 연결된 보조배관을 더 포함할 수 있다. 상기 보조배관을 통해 상기 분쇄된 폐기물 입자가 주배관으로 유입되어, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합될 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 시스템에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기는 혼합된 상기 폐기물 입자를 열분해하여 열분해된 폐기물 입자(또는 열분해 (폐기물)입자) 및 열분해 가스로 분해하고, 상기 열분해된 폐기물 입자를 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 시스템에 있어서, 함수율 60% 이상인 슬러지 형태의 폐기물을 탈수하는 탈수부를 더 포함하고, 상기 건조부는 함수율 60% 미만인 상기 탈수된 폐기물을 건조할 수 있다.
본 명세서의 폐기물 처리 시스템에 있어서, 함수율이 25% 이하인 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 초기분쇄부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시상태들에 따른 폐기물 처리 방법 및 시스템에 따르면, 고농도의 독성을 포함하는 폐기물의 독성 제거 효율이 증가한다.
본 발명의 실시상태들에 따른 폐기물 처리 방법 및 시스템에 따르면, 좁은 입도 분포의 건조품을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시상태들에 따른 폐기물 처리 방법 및 시스템에 따르면, 연속식 회전로 반응기 내 폐기물이 체류하는 시간이 균일한 장점이 있다.
도 1 내지 도 5는 본 명세서의 폐기물 처리 시스템의 다양한 구비형태에 대한 개략도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 연속식 회전로 반응기의 측단면도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 필터를 도시한 평면도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 필터링부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 연속식 회전로 반응기의 측단면도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 필터를 도시한 평면도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 필터링부를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조하는 단계(S1); 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 단계(S2); 상기 S2 단계에서 선별된 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 분쇄하는 단계(S3); 및 상기 S2 단계에서 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 S3 단계에서 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하고, 상기 혼합된 폐기물 입자를 연속식 회전로 반응기로 투입하여 열분해하는 단계(S4)를 포함하는 폐기물 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 처리 방법은 연속식 회전로 반응기로 투입되기 전에, 일정 크기를 초과하는 폐기물 입자를 선별하여 분쇄함으로써, 입도분포가 좁은 입자를 연속식 회전로 반응기로 투입할 수 있다. 이 경우, 기준에 부합하는 입자, 즉 일정 크기 이하인 입자들도 분쇄 공정에 투입되어 그 크기가 더 작아지면 분쇄하더라도 분쇄된 입자들의 입도분포가 좁혀지지 않으며 오히려 더 넓어질 수 있다. 또한, 작은 입자를 더 분쇄하여 오히려 불필요한 미분을 많이 발생시켜 이후 공정에서 충분히 열분해가 되지 않고 공급가스에 의해 날려 부생가스 배출과 함께 미분이 배출될 수 있다. 부생가스 내 미분(미세분말)은 열분해 공정에 투입되는 투입 입자 내 미분 함량이 증가하면, 부생가스 내 미분 또한 증가한다.
이를 통해, 연속식 회전로 반응기에 의한 열처리 단계에서 분해되어야 할 독성 성분으로의 열전달에 유리하다. 또한, 동일 질량을 기준으로 할 때, 더 넓은 표면적을 가질 수 있고, 이러한 넓은 표면적은 열전달이 원활하게 할 수 있는 요소가 되어 열처리에 의한 분해 효율성을 더욱 높힐 수 있다. 나아가, 입자크기가 클수록 기울어진 연속식 회전로 반응기에서 배출되는 속도가 빨라져 열전달이 충분하지 않아 상당한 양의 독성 성분이 분해되지 않은 채로 배출된다. 반면, 입자크기가 균일하면 비슷한 속도로 배출되고, 즉 연속식 회전로 반응기 내 체류하는 시간이 비슷해져 고르게 열분해되어 배출된 폐기물 입자에서 독성 성분 함량이 적다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 처리 방법이 적용되는 폐기물은 함수율이 60 wt% 이상이고, 90 wt% 이하, 또는 80 wt% 이하일 수 있다. 상기 폐기물은 주로 폐기물을 연소한 후 소각재에 소량 잔류하는 독성 성분 또는 토양 대비 매우 높은 독성 성분의 농도를 가지고 있다. 상기 폐기물은 pH 5 내지 10이다. 본 발명의 실시상태들에 따른 처리 방법이 적용되는 폐기물은 독성 농도가 10,000-200,000 pg I-TEQ/g인 초고독성의 폐기물이다. 특히, 상기 폐기물은 독성물질의 분포(Dioxin’s Congener)가 일반적인 소각재 또는 토양과는 매우 다르며, 구체적으로 염소치환도가 8인 OCDF 및 OCDD의 비율이 매우 높다. 구체적으로, 상기 폐기물에 포함되어 있는 독성 PCDF(polychlorinated dibenzofuran) 및 PCDD(polychlorinated dibenzodioxin) 중 OCDF(octachlorinated dibenzofuran) 및 OCDD(octachlorinated dibenzodioxin)의 함량이 90 wt% 이상이다. 또한, 상기 폐기물은 함수율 1 wt% 이하의 건조 시료 기준 Cu의 함량이 0 ppm 내지 10,000 ppm일 수 있다. 또한, 상기 폐기물은 함수율 1 wt% 이하의 건조 시료 기준 Cl의 함량이 0 ppm 내지 100,000 ppm일 수 있다. 상기 폐기물은 석유화학공정 부산물로 발행되는 폐수슬러지일 수 있다.
예를 들어, 소각재에 주로 적용되는 열분해법을 상기와 같은 초고폐기물에 적용할 경우, 높은 함수량, 높은 독성 농도, OCDF/OCDD 비율 등으로 인하여 독성 제거 효율이 낮거나 오히려 더 증가할 가능성이 있다. 또한, 오염된 토양에 주로 적용되는 열탈착 및 고온소각법을 적용할 경우, 폐기물에 많이 포함된 OCDF 및 OCDD의 높은 끓는점으로 인하여, 기존 운전 온도에서 독성제거가 잘 되지 않거나, 고온 사용으로 인하여 에너지 소모가 증가될 수 있으며, 해당 기술은 1차 열처리 단계에서 독성 시료에 있는 고농도 독성 성분을 주로 증발시키고 고온소각로(2차 열처리)에서 파괴하게 함으로써, 소각로의 운영 부담 및 독성 성분의 배출 규제 준수가 어려울 수 있는 단점이 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 열처리 단계 후의 독성 제거율이 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다.
상기 독성 제거율은 하기와 같이 계산될 수 있다.
독성제거율(%)={(초기 시료[함수율 1wt% 기준] 독성 농도 x 시료 질량) - (부생가스 내 독성 총량)} / (초기 시료[함수율 1wt% 기준] 독성 농도 x 시료 질량) x 100
부생가스 내 독성 총량은 열처리 단계에서 발생하는 부생가스 전량을 톨루엔 또는 헥산과 같은 유기용매를 이용하여 포집한 후 독성 성분의 량을 분석한 것이다.
본 발명의 실시상태에 따른 처리 방법이 적용되는 폐기물은 석유화학공정 부산물로 발생되는 폐수슬러지일 수 있다. 석유화학공정으로부터 유래된 독성 성분은 반응 후반부의 응축공정에서 발생하는 응축수에 섞여 오염 폐수로 배출된다. 이 때 배출되는 폐수랑은 시간당 수십톤 수준이다. 상기 폐수는 합성 과정 및 정제 과정 중에 발생하는 염소계 중질류(Heavies) 물질을 소각후 배출하는 소각로 폐수와 혼합될 수 있다. 소각로 폐수에도 독성 성분이 포함될 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 승온 단계 전에 독성 폐수에 응집제를 투입하고, 부상조에서 고체와 액체를 분리하고 탈수 단계를 거쳐 독성 폐기물을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 단계를 수행하는 경우, 독성 성분은 물에 대한 용해도가 매우 낮기 때문에 주로 고상으로 모이게 된다. 따라서, 부상조를 통한 폐수의 처리는 대부분의 독성 성분을 독성 폐기물에 잔류시킬 수 있다. 독성 성분의 폐기물화를 용이하게 하기 위하여, 부상조에서 고체와 액체를 분리하기 전에 폭기 처리, 침전 처리 등을 수행할 수 있다. 또한, 1차 부상 처리 후 추가적인 2차 부상 처리를 할 수 있으며, 이에 의하여 폐수 내 독성 성분의 잔류량을 최소화할 수 있다.
전술한 바와 같이 부상조에서 분리된 고상은 함수율이 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 80% 이상, 또는 95% 이상이므로 추가적인 탈수 단계를 거칠 수 있다. 부상조 및 기타 폐수 처리를 통해 기존의 오염 폐수에 포함되어 있던 독성 성분은 대부분 고상 물질로 이동한 상태이다. 상기 탈수 단계는 폐기물 중의 함수율을 30 wt% 내지 80 wt%로 조절하도록 수행될 수 있다. 탈수 방법으로는 특별히 한정되지 않지만, 필터 프레스(Filter press), 스크류 프레스(Screw press), 원심분리 또는 디켄터(Decanter)를 이용하여 주로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시상태에 따른 처리 방법은 상기 탈수 단계에서 발생하는 탈수 여액을 상기 부상조 또는 독성 폐수 처리 방법의 앞단부에 재투입하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 의하여 부상조에서 재처리되도록 할 수 있다. 최종적으로는 미세 필터를 이용하여 고상 성분이 걸려지게 할 수 있다.
위와 같은 방법을 통하여 얻어진 폐기물은 함수율이 30-80 wt% 수준이며, 구체적으로 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 또는 30% 이하일 수 있다. 또한, 탈수된 폐기물의 함수율은 60% 미만일 수 있다. 탈수된 폐기물은 함수율이 30-80 wt% 수준이며, 독성 농도가 10,000-200,000 pg I-TEQ/g 범위로 매우 고농도이다. 또한, 독성 PCDF 및 PCDD 중 OCDF 및 OCDD가 90 wt% 이상을 차지한다. 상기 폐기물은 젖은 분말 형태로 배출되거나, 필터 프레스 기계를 이용해 압착된 케이크 형태로 배출될 수 있다.
상기 폐기물은, 수분을 제외하면 유기물/무기물의 비율은 중량 기준으로 3:7 내지 7:3, 구체적으로 4:6 내지 6:4, 예컨대 1:1로 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물/무기물의 비율은 전술한 부상조 처리 단계, 응집 단계 또는 부상 단계에서 투입되는 약품의 종류 또는 투입량에 따라 달라질 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 폐기물은 Cu, Ca, Mg 및 Al 중 적어도 하나의 원소를 포함한다.
일 실시상태에 따르면, 상기 폐기물은 Cu 함량이 500 ppm 이상, 바람직하게는 1,000 내지 5,000 ppm인 것이 바람직하다. 이와 같은 Cu 함량을 갖는 경우 후술하는 열처리 효율 및 안정성을 높일 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 폐기물은 Ca, Mg, Fe 및 Al 중 적어도 하나의 원소를 포함하며, 상기 원소들의 총 합이 10,000 ppm 이상, 바람직하게는 10,000 ppm 내지 500,000 ppm인 것이 바람직하다. 이와 같은 함량을 갖는 경우 후술하는 열처리 효율을 높일 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 처리 방법은 필요에 따라 폐기물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 건조하는 단계는 함수율 60% 미만인 상기 탈수된 폐기물을 건조하는 단계일 수 있다. 건조에 의해, 폐기물은 대부분의 수분이 제거되고 입자 형태를 띠게 된다. 구체적으로, 입자 형태의 폐기물의 함수율은 25% 이하이다. 이와 같은 처리에 의하여, 폐기물에 열전달을 더 효과적으로 할 수 있게 하여, 본 발명의 특징인 낮은 승온 속도에 의한 열처리와 맞물려 더 높은 독성 제거 효율을 보일 수 있다. 건조 방법으로는 특별히 한정되지 않지만, 스크류 (Screw) 건조기, 패들(Paddle) 건조기, 벨트(Belt) 건조기, 디스크(Disk) 건조기, 회전식(Rotary) 건조기, 입형다단식 건조기, Cyclone 건조기, 등이 적용될 수 있다.
상기 건조 단계에 의하여 폐기물 중의 함수율을 감소시킬 수 있으며, 이에 의하여 후술하는 열처리 단계에서 독성 성분의 제거 효율 및 에너지 효율을 높일 수 있다. 상기 건조 단계는 상기와 같은 함수율을 조절할 수 있도록 하는 방식, 조건 및 시간으로 수행될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상온 보다 높고 열처리 단계의 온도 보다 낮은 온도에서 폐기물을 방치함으로써 수행될 수 있다. 건조 온도의 조절 및 함수율의 조절은 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 건조에 사용되는 일반적인 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 함수율이 25% 이하인 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 단계(S1-3)를 더 포함할 수 있댜.
일 실시상태에 따른 폐기물 처리 방법은 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 필터를 통과하지 못한 일정 크기 이상의 폐기물 입자를 선별하는 단계(S2)를 포함한다. 구체적으로, 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 단계를 포함한다.
상기 필터는 ASTM #5 mesh (크기 4nm)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 필터는 예컨대, ASTM #2 mesh 내지 #20 mesh의 크기일 수 있다.
일 실시상태에 따른 폐기물 처리 방법은 상기 S2 단계에서 선별된 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 분쇄하는 단계(S3)를 포함한다. 예컨대, 상기 S3 단계의 분쇄는 일반적인 분쇄기를 이용하여 수행될 수 있으며, 구체적으로 핀 밀(Pin mill), 해머 밀(Hammer mill), 스크류 밀(Screw mill), 롤 밀(Roll mill), 디스크 밀(Disc mill) 또는 조그 밀(Jog mill) 등을 이용할 수 있으나, 상술한 예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이때, 분쇄기는 필터, 메쉬 등을 구비하여, 분쇄를 통해 일정 크기 이하로 작아진 폐기물 입자와 분쇄가 더 필요한 입자를 구분할 수 있다.
상기 분쇄하는 단계에 4mm 초과의 폐기물 입자, 또는 5mm 이상의 폐기물 입자가 분쇄기인 커터밀로 투입되고, 커터밀 하부에 구비된 메쉬보다 큰 입자는 메쉬를 통과하지 못하고 체류하면서 계속적으로 분쇄되고, 메쉬보다 작은 입자는 메쉬를 통과하여 다음 공정으로 이동할 수 있다.
일 실시상태에 따른 폐기물 처리 방법은 상기 S2 단계에서 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 S3 단계에서 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하고, 상기 혼합된 폐기물 입자를 연속식 회전로 반응기로 투입하여 열분해하는 단계(S4)를 포함한다.
일 실시상태에 따르면, 상기 S2 단계에서, 연속식 회전로 반응기로 투입하기 전에, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 S3 단계에서 분쇄된 폐기물 입자가 혼합된다면, 각 입자를 혼합하는 방법과 시점은 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 혼합된 폐기물 입자를 연속식 회전로 반응기에 넣고, 반응 온도 300℃ 이상, 반응 온도 300 ℃ 내지 600 ℃, 반응 시간 10시간 이하 수준의 열처리를 수행함으로써 독성 성분의 탈염소화 및 열파괴 기작으로 독성 성분을 제거할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 열처리 단계는 30분 이상 10시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 연속식 회전로 반응기로부터 시간당 배출되는 폐기물 입자의 배출속도는 1kg/h 이상 1,000kg/h 이하일 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 연속식 회전로 반응기로 투입된 상기 혼합된 폐기물 입자가 상기 연속식 회전로 반응기에 체류하는 시간은 100분 이상 500분 이하일 수 있다. 이때, 연속식 회전로 반응기에 체류하는 시간(T)은 하기 식 1로 계산할 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, L은 연속식 회전로 반응기의 길이(Tube length)이고, D는 연속식 회전로 반응기의 내경(Tube In-diameter)이며, B는 안식각(자연구배, 자연경사 또는 Material slope)이고, A는연속식 회전로 반응기의 기울기(Tube slope)이다.
상기 연속식 회전로 반응기는 지면을 기준으로 1도 내지 3도의 각도로 설치되는 것이 바람직하며, 이 경우 폐기물 입자가 연속식 회전로 반응기 내 충분한 체류시간을 확보하여, 열분해된 폐기물 입자의 잔류독성을 5,000 pg I-TEQ/g 이하로 얻을 수 있다.
상기 열처리 단계에서의 탈염소화 및 열파괴 기작은 폐기물 내에 전술한 바와 같은 무기물 성분들이 열처리시 촉매 작용을 하여 더 수월하게 일어날 수 있다. 상기 열처리 단계에 의하여, 독성제거율은 70% 이상 수준을 도달할 수 있다.
상기 열처리 단계에서의 열분해된 폐기물 입자의 잔류 독성이 3,000 pg I-TEQ/g 이하, 바람직하게는 1,500 pg I-TEQ/g 이하, 바람직하게는 1,000 pg I-TEQ/g 이하, 더욱 바람직하게는 100 pg I-TEQ/g 이하이다. 상기 열처리 단계 후에는 수분 및 유기물 감소로 인해 전체 질량이 70 wt% 이하 수준으로 감소될 수 있다. 또한, 상기 열처리 단계에 OCDF가 대부분 탈염소화 또는 열분해된다. 상기 열처리 단계에서 발생하는 부생가스에 포함된 독성 PCDF의 평균 염소 치환도가 4 내지 8, 바람직하게는 4 이상 8미만, 더욱 바람직하게는 5 이상 7.7 이하일 수 있다. 예컨대, 반응 조건이 질소 분위기일 때, 부생가스에 포함된 PCDF의 평균 염소치환도는 5 내지 6 수준일 수 있다. 이에 의하여, OCDF가 다량 포함되어 있는 경우에 비하여 부생 가스의 후처리 방법에서 보다 용이하게 잔류 독성 성분을 제거할 수 있다.
상기 열처리 단계는 산소가 있는 공기 환경에서도 구현될 수 있으며, 이는 독성 성분이, 탈염소화가 아닌, 열파괴 및 폐기물 내의 금속 성분에 의한 촉매산화에 의하여 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 처리 방법의 열처리 단계는 약 24 vol%의 산소가 있는 공기의 환경에서도 수행될 수 있으나, 다른 실시상태에 따른 열처리 단계는 무산소 또는 저산소 분위기에서 수행될 수 있다. 무산소 또는 저산소 분위기에서 열처리가 수행되는 경우 열파괴에 의한 독성 제거뿐만 아니라 탈염소화가 촉진되어 독성 제거를 더욱 효율적으로 수행할 수 있고, 산소로 인한 독성 성분의 재합성으로 인해 잔류 독성 수치를 일정 이하로 낮추기 어려운 단점을 극복할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 무산소 분위기란 분위기를 조성하는 기체 중 산소가 실질적으로 존재하지 않는 분위기를 의미한다. 상기 열처리 단계는 질소 분위기 또는 산소의 농도가 30 vol% 이하, 바람직하게는 21 vol% 이하인 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 산소가 전혀 존재하지 않는, 즉 산소 농도가 0 vol%인 분위기에서 수행될 수 있다.
상기 저산소 또는 무산소 분위기는 특정 기체에 제한을 두지 않으며, 예컨대 질소 분위기, 불활성 분위기 또는 진공 분위기일 수 있다. 상기 불활성 분위기는 아르곤 분위기 또는 헬륨 분위기가 사용될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 이 중 특히 저산소 또는 무산소 분위기로 질소 분위기를 적용할 경우, 상대적으로 저렴한 질소를 이용할 수 있어 경제적이며, 분위기 조성이 용이하다는 이점이 있다. 상기 저산소 또는 무산소 분위기는 캐리어 가스(carrier gas)를 열처리 단계에서 사용하는 열처리 장치에 투입함으로써 조절될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시상태에 따르면, 상기 처리 방법은 상기 열처리 단계에서의 발생하는 부생가스로부터 독성 성분을 제거하는 단계를 더 포함한다. 전술한 열처리 단계 중 탈염소화된 일부 독성 성분이 열처리시 발생하는 부생가스에 포함되어 시료 밖으로 배출될 수 있다. 따라서, 부생가스 중 잔류하는 독성 성분을 추가로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 부생가스로부터 독성 성분을 제거하는 단계는 고온 소각 단계, 액화 후 리턴하여 고온 소각하는 단계, 스크러빙 또는 액화 후 폐수처리장 재투입 단계, 집진하는 단계 및 촉매 분해하는 단계 중에서 선택되는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 단계를 통하여 잔존하는 독성 성분이 이산화탄소나 물과 같은 무해한 저분자 화합물로 전환될 수 있다. 이들 단계에서는 열처리 단계에서 발생한 부생 가스 이외에 공기 또는 산소를 함께 투입될 수 있다.
상기 부생가스로부터 독성 성분을 제거하는 단계는 온도 900℃ 내지 1,200℃, 바람직하게는 1,000℃ 내지 1,200℃에서 수행될 수 있다. 처리 시간은 필요에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 5분 내지 60분 수행될 수 있다.
선행하는 열처리 단계에서 OCDF의 대부분이 탈염소화, 열파괴 또는 촉매 산화에 의하여 제거된다. 예컨대, 반응 조건이 질소 분위기일 때, 부생가스 중의 PCDF의 평균 염소치환도가 6 이하일 수 있다. 이와 같은 부생가스는 OCDF를 다량 포함하는 부생가스 대비 낮은 끓는 점을 갖기 때문에, 이후 잔류 독성 성분 제거를 위한 고온 소각로로의 이송이 용이하다.
상기와 같은 후공정에서 독성 성분들을 최종 분해함으로써 최종 독성 제거율을 99% 이상으로 달성할 수 있다.
상기 부생가스로부터 독성 성분을 제거하는 단계 이후에, 필요에 따라 가스를 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 냉각에 의하여 열에너지를 제거함으로써, 독성 성분이 완전히 분해되지 못한 경우, 이들이 다시 독성 성분으로 재합성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 냉각은 일반적으로 사용되는 방법, 예컨대 냉각수를 이용하는 방법을 통해 수행될 수 있으며, 재합성을 최대한 억제하기 위해 급속 냉각인 것이 바람직하다.
일 실시상태에 따르면, 상기 처리 방법은 상기 부생가스를 스크러버에 통과시키는 스크러빙 단계 및/또는 상기 부생가스를 집진기에 통과시키는 집진 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 스크러빙 단계 및 상기 집진 단계는 어느 하나만 포함되거나, 둘 모두 포함될 수 있다.
상기 스크러빙 단계에서 사용되는 스크러버는 유기 가스를 제거하기 위한 유기 용매 스크러버와 산성 가스를 제거하기 위한 염기 용액 스크러버 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 부생가스는 유기 용매 스크러버를 통과한 뒤 염기 용액 스크러버를 통과하는 것일 수 있다. 상기 유기 용매 스크러버로는 톨루엔 스크러버를 사용할 수 있으며, 염기 용액 스크러버로는 수산화나트륨 스크러버를 사용할 수 있다.
상기 집진 단계에서 사용되는 집진기는 백필터 등을 포함하는 것일 수 있다.
상기 스크러빙 단계와 상기 집진 단계가 모두 포함되는 경우, 그 순서는 특별히 제한되지 않으며, 부생가스를 집진기에 통과시킨 후, 스크러버에 통과시키거나, 부생가스를 스크러버에 통과시킨 후 집진기에 통과시킬 수 있다. 유해 가스의 제거 관점에서 스크러버와 집진기 중 집진기에 먼저 통과시키는 것이 더 바람직할 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 S4 단계에서 열분해된 폐기물 입자를 냉각하는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다. 이때, 냉각하는 방법은 특별히 한정하지 않고, 온도가 낮은 냉각수, 냉각가스 등을 이용하여 간접적으로 접촉하여 열을 빼앗을 수 있다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5는 본 명세서의 폐기물 처리 시스템의 다양한 구비형태에 대한 개략도이다.
본 명세서의 또 다른 폐기물 처리시스템(100)은 건조부(10), 필터링부(20), 분쇄부(30) 및 연속식 회전로 반응기(40)를 포함한다.
상기 건조부(10)는 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조(건조부에 대해 좀 더 상세히 기재하는 것이 좋을 것 같습니다.)
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 필터를 도시한 평면도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 필터링부를 도시한 단면도이다.
도 7(b)와 같이, 상기 필터링부(20)는 필터(25)가 구비되고, 상기 필터(25)를 통해 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 상기 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별한다. 구체적인 필터 및 필터링 방법은 상술한 폐기물 처리 방법의 설명을 인용할 수 있다.
상기 분쇄부(30)는 상기 선별된 4mm 초과의 폐기물 입자를 분쇄한다. 구체적인 분쇄장치 및 분쇄 방법은 상술한 폐기물 처리 방법의 설명을 인용할 수 있다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 연속식 회전로 반응기(40)의 측단면도이다.
상기 연속식 회전로 반응기(40)는 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합된 폐기물 입자를 열분해한다.
상기 연속식 회전로 반응기(40)는 지면을 기준으로 1도 내지 3도의 각도로 설치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 연속식 회전로 반응기(40)는 1도 내지 3도의 기울기로 설치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 연속식 회전로 반응기(40)는 폐기물을 열분해하여 부생가스 및 열분해된 폐기물 입자를 생성하는 본체(41), 입자 형태의 폐기물을 본체(41) 내부로 공급하는 폐기물 공급부(42), 공급가스가 공급되는 가스 공급부(43), 폐기물이 열분해되어 생성된 부생가스를 배출하는 부생가스 배출부(44), 폐기물이 열분해되어 생성되는 열분해된 폐기물 입자를 배출하는 시료 배출부(45) 및 본체(41) 외주면에 복수개가 위치되어 본체(41)에 열을 가열부(46)를 포함할 수 있다.
폐기물 공급부(42)는 혼합된 폐기물 입자를 공급받아 본체(41) 내부로 공급하는 구성으로, 본체(41) 측면에 구비될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 폐기물 공급부(42)는 혼합된 폐기물 입자를 공급받는 호퍼(42a) 및 폐기물 입자를 본체(41) 내부로 이동시키는 이동부(42b)를 포함할 수 있다.
호퍼(42a)는 이동부(42b)의 일측과 결합되어 구비될 수 있다. 호퍼(42a)는 이동부(42b)와 접하는 방향으로 갈수록 접진적으로 좁아지는 형태를 포함할 수 있으나, 폐기물을 공급받을 수 있으면 형태는 한정하지 않는다.
따라서, 이동부(42b)는 이동부(42b)의 외형을 결정짓는 몸체 내부에 하나 이상의 스크류를 포함할 수 있다. 여기서, 스크류는 회전체 외주면에 날개가 구비된 형태를 포함할 수 있다. 또는, 이동부(42b)는 몸체 내부에 컨베이어 밸트가 포함될 수 있다. 그러나, 이동부(42b)는 폐기물을 회전축의 평행한 방향으로 이동시킬 수 있다면 그 형태는 한정하지 않는다.
폐기물 공급부(42)는 폐기물 공급량을 조절하는 조절부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 조절부는 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 여기서, 밸브는 게이트 밸브, 버터플라이 밸브, 로터리 밸브 등을 포함할 수 있다. 그러나, 조절부는 폐기물의 공급량을 조절할 수 있으면 그 형태는 한정하지 않는다.
가스 공급부(43)는 연속식 회전로 반응기(40) 내부로 공급가스를 공급하여 공기, 저산소 또는 무산소 분위기로 조절하는 구성이다. 여기서, 무산소 분위기는 산소 농도가 0 vol%인 분위기를 포함하고, 저산소 분위기는 산소 농도가 21 vol% 이하인 분위기를 포함한다. 예를 들어, 무산소 분위기 또는 저산소 분위기는 질소 분위기, 불활성 분위기 및 진공 분위기를 포함할 수 있다.
가스 공급부(43)는 본체(41)의 외주면에 위치될 수 있고, 아울러, 가스 공급부(43)는 가열부(46)가 형성되지 않은 본체(41) 외주면에 형성될 수 있다.
부생가스 배출부(44)는 폐기물의 열분해 시간을 증가시키기 위해 가스 공급부(43)와 대향되는 방향에 형성될 수 있다. 여기서, 대향되는 방향은 연속식 회전로 반응기(40)의 축방향과 수직되는 방향을 기준으로 대향되는 방향을 의미한다.
아울러, 부생가스 배출부(44)를 통해 부생가스가 배출될 때, 부생가스와 함께 공급 가스도 배출될 수 있다.
시료 배출부(45)는 가열부(46)가 형성되지 않은 본체(41)의 외주면에 형성될 수 있다. 폐기물 공급부(42)는 본체(41)의 일단부에 위치될 수 있고, 시료 배출부(45)는 본체(41)의 타단부에 위치될 수 있다. 또는, 연속식 회전로 반응기(40)의 길이 방향을 기준으로 폐기물 공급부(42)와 대향되는 방향에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 연속식 회전로 반응기(40)는 본체(41) 외면에 각각 가열부(46)가 위치되어, 동일한 열이 가해지거나, 각 온도 구간의 온도를 서로 상이하게 조절할 수 있다.
본체(41)는 직경(d)과 길이(L) 비율이 1:8 내지 1:20인 것을 특징으로 한다. 본체(41)의 직경 및 길이 비율이 1:8 미만일 경우, 본체(41)의 가용내적 공간 대비 길이가 짧아 공급되는 폐기물이 본체(41)의 폭의 방향으로 쌓이게 되어 열이 폐기물 입자 내부까지 침투되지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 입자 형태의 폐기물 내부까지 열이 전달되지 못하면 폐기물에 포함된 유해 화합물이 완전히 분해되지 못하게 된다. 아울러, 온도가 증가하는 구간이 짧아지고 폐기물의 열분해 시간 또한 감소되어 폐기물이 충분히 분해될 수 없다.
그리고, 본체(41)의 직경 및 길이 비율이 1:20을 초과하면, 열분해 온도까지 승온시켜야 하는 본체(41) 내부 넓이가 증가되어 투입되는 에너지에 비해 열분해 효율의 증가는 미미하여 경제적이지 않다.
여기서, 본체(41)의 길이는 본체(41)의 축방향으로 가장 긴 길이를 의미하고, 본체의(41)의 직경은 본체(41)의 축방향과 수직이 되는 방향으로 가장 긴 길이를 의미한다.
본체(41)는 회전가능하며, 본체(41)가 회전됨으로써 폐기물이 폐기물 공급부(42)에서 시료 배출부(45)로 연속적으로 이동할 수 있고, 폐기물 내부로 열전달율을 증가시키는 효과가 발생할 수 있다.
폐기물 입자는 연속식 회전로 반응기(40)에서 본체(41)의 회전에 의해 폐기물 공급부(42)에서 시료 배출부(45)로 연속적으로 이동할 수 있다.
이때, 연속식 회전로 반응기(40)는 폐기물이 폐기물 공급부(42)로부터 공급되어 시료 배출부(45)로 배출될 때까지 30분 이상 10시간 이하 동안의 시간이 걸릴 수 있다. 즉, 폐기물은 30분 이상 10시간 이하 동안 열분해될 수 있다. 폐기물이 상기 열분해 시간의 범위 안에서 열분해될 경우, 폐기물에 포함된 독성 화합물이 탈염소화 또는 열파괴에 의하여 효율적으로 제거될 수 있다.
상기 연속식 회전로 반응기(40)로 투입되는 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합된 폐기물 입자의 혼합방법과 이를 위한 장치는 특별히 한정하지 않는다.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 5와 같이, 본 명세서의 다른 실시상태의 폐기물 처리 시스템은 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자가 상기 연속식 회전로 반응기(40)로 이동할 수 있도록 구비된 주배관(미도시); 및 일단부가 상기 분쇄부와 연결되고 타단부가 상기 주배관의 측면에 연결된 보조배관(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 보조배관을 통해 상기 분쇄된 폐기물 입자가 주배관으로 유입되어, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합될 수 있다.
도 3과 같이, 본 명세서의 다른 실시상태의 폐기물 처리 시스템(100)은 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하는 혼합부(60)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태의 폐기물 처리 시스템(100)은, 도 2 내지 도 5와 같이, 열분해된 폐기물 입자를 냉각하거나, 부생가스를 급속 냉각하는 냉각부(70)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 냉각부(70)는 열분해된 폐기물 입자 또는 부생가스가 저장되는 용기에 냉각관이 감겨있는 형태로 구비될 수 있다. 냉각부(70)는 냉각관에 의해 내부 기온이 낮게 형성되고, 고온 연소로 인해 온도가 높은 열분해된 폐기물 입자 또는 배기가스가 급속 냉각되게 된다.
냉각부(70)는 온도가 상이하게 설정된 복수개의 용기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 냉각부(70)는 연속식 회전로 반응기(40)에서 열분해된 폐기물 입자 또는 부생가스가 배출되는 배관의 외면에 형성될 수 있다. 열분해된 폐기물 입자 또는 부생가스가 배출되는 배관 외면에 냉각관을 형성하여, 배출과 동시에 열분해된 폐기물 입자 또는 배기가스를 급속 냉각시킬 수 있다.
냉각관 내부에는 냉각수가 공급되거나, 이산화탄소, 헬륨 등의 가스가 공급될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태의 폐기물 처리 시스템(100)은 스크러버를 더 포함할 수 있다. 스크러버(미도시)는 냉각부(70)에서 냉각된 배기가스를 필터링하여 정화된 가스를 배출시키는 것이다. 본 발명에 따른 스크러버는 습식 스크러버로 유기 용매 스크러버 및 염기 용액 스크러버를 포함할 수 있다. 이때, 유기 용매 스크러버는 하나 이상 구비될 수 있다.
스크러버는 측정부(미도시)를 포함하는데, 측정부는 필터링 후 배출되는 폐액의 유기물 및 유해 염소화합물 농도를 측정할 수 있다.
측정부는 폐액의 유기물 및 유해 염소화합물의 농도가 일정 기준 이상으로 측정되면, 폐액을 슬러지 저장부로 회수시킬 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태의 폐기물 처리 시스템(100)은, 도 4 및 도 5와 같이, 함수율 60% 이상인 슬러지 형태의 폐기물을 탈수하는 탈수부(80)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 건조부(10)는 함수율 60% 미만인 상기 탈수된 폐기물을 건조할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태의 폐기물 처리 시스템(100)은, 도 5와 같이, 함수율이 25% 이하인 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 초기분쇄부(90)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[실시예]
폭기조 및 슬러지침전부를 통해 폐수를 슬러지화했다. 이때, 슬러지의 함수율은 95~98%이며, 이를 메쉬 #100인 필터에 거른 후 상온에서 1일 유지하여 함수율 50%인 폐고체를 얻었다.
습득된 폐고체 20kg을 OKADORA Cyclone Dryer(SD-500)에 투입하고, Cyclone 내부 축 회전속도 20Hz, 자켓 스팀 공급압 1.5kg/cm2, 내부 압력 -20mmH2O, 건조시간 180분의 조건으로 건조했다. 건조기에 의해 건조된 건조품의 잔류 독성은 30,000~100,000 pg I-TEQ/g이었다.
건조된 건조품을 #5인 메쉬에 넣어 해당 메쉬를 통과하지 못한 입자인 직경 4mm초과인 입자를 Cutter mill(제조사: Hosokawa)에 투입하고 분쇄한 후 하부 메쉬(#10~50)보다 큰 입자는 분쇄기 내부에 체류하면서 분쇄되고 상기 하부 메쉬보다 작은 입자는 해당 메쉬를 통과하여 다음 공정으로 이동시켰다.
이때, 상기 건조품의 입도는 표 1에 기재된 메쉬로 분포를 확인하였다.
| Mesh | #5 이상 | #5~#100 | #100 이하 |
| 함량(wt%) | 0 | 96 | 4 |
입도분포가 좁게 조절된 건조 폐고체를 반응온도 600℃의 연속식 회전로 반응기에 투입하여 열분해하여 무해화 처리를 진행하였다. 이때, 연속식 회전로 기울기에 따라 실험예 1과 2로 나누어 진행했다.표 3과 같이 연속식 회전로 반응기를 설치한 기울기에 따라, 실험예 1과 2로 구분했다.
도 8은 상기 실험예 1과 2의 연속식 회전로 반응기에 투입 후 시간에 따른 누적 배출율에 대한 그래프이다. 도 8 중 90분까지 배출된 시료의 양을 하기 표 3에 도시했다.
잔류독성(pg I-TEQ/g)는 독성을 가지고 있는 하기 표 2의 PCDD(polychlorinated dibenzodioxin)와 PCDF(polychlorinated dibenzofuran)의 동류물 17 종의 농도와 독성 펙터(I-TEF)의 곱의 합으로 도출한 값이다. 그 결과를 표 3에 나타냈다.
[식 2]
독성 농도(I-TEQ) = Σ(PCDDi X I-TEFi) + Σ(PCDFi X I-TEFi)
상기 식에서 i는 독성 화합물 중의 염소의 개수를 의미한다.
실험예 1과 2의 비교결과, 기울기가 2도인 실험예 1이 실험예 2보다 연속식 회전로 반응기 내 체류시간이 충분하여 잔류독성이 낮은 것을 확인하였다.
100: 폐기물 처리 시스템
10: 건조부
20: 필터링부 25: 필터
30: 분쇄부
40: 연속식 회전로 반응기
41: 본체 42: 폐기물 공급부
42a: 호퍼 42b: 이동부
43: 가스 공급부 44: 부생가스 배출부
45: 열분화된 폐기물 입자 배출부
46: 가열부
50: 배출부
60: 혼합부
70: 냉각부
80: 탈수부
90: 초기분쇄부
10: 건조부
20: 필터링부 25: 필터
30: 분쇄부
40: 연속식 회전로 반응기
41: 본체 42: 폐기물 공급부
42a: 호퍼 42b: 이동부
43: 가스 공급부 44: 부생가스 배출부
45: 열분화된 폐기물 입자 배출부
46: 가열부
50: 배출부
60: 혼합부
70: 냉각부
80: 탈수부
90: 초기분쇄부
Claims (15)
- 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조하는 단계(S1);
상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 단계(S2);
상기 S2 단계에서 선별된 입경 4mm 초과의 상기 폐기물 입자를 분쇄하는 단계(S3); 및
상기 S2 단계에서 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 S3 단계에서 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하고, 상기 혼합된 폐기물 입자를 연속식 회전로 반응기로 투입하여 열분해하는 단계(S4)를 포함하는 폐기물 처리 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 S1 단계에서 제조된 입자 형태의 폐기물의 함수율은 25% 이하인 것인 폐기물 처리 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 S4 단계는 상기 혼합된 폐기물 입자를 무산소 분위기, 저산소 분위기 또는 공기 분위기에서 열분해하는 것인 폐기물 처리 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기는 지면을 기준으로 1도 내지 3도의 각도로 설치된 것인 폐기물 처리 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기로부터 시간당 배출되는 폐기물 입자의 배출속도는 1kg/h 이상 1,000kg/h 이하인 것인 폐기물 처리 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 S1 단계는,
함수율 60% 이상인 슬러지 형태의 폐기물을 탈수하는 단계(S1-1); 및
함수율 60% 미만인 상기 탈수된 폐기물을 건조하는 단계(S1-2)를 포함하는 것인 폐기물 처리 방법. - 청구항 6에 있어서, 상기 S1 단계는,
함수율이 25% 이하인 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 단계(S1-3)를 더 포함하는 것인 폐기물 처리 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 S4 단계에서 열분해된 폐기물 입자를 냉각하는 단계(S5)를 더 포함하는 것인 폐기물 처리 방법.
- 슬러지 형태의 폐기물을 건조하여 입자 형태로 제조하는 건조부;
필터가 구비되고, 상기 필터를 통해 상기 입자 형태의 폐기물을 필터링하여 상기 필터를 통과하지 못한 입경 4mm 초과의 폐기물 입자를 선별하는 필터링부;
상기 선별된 4mm 초과의 폐기물 입자를 분쇄하는 분쇄부; 및
상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합된 폐기물 입자를 열분해하는 연속식 회전로 반응기를 포함하는 폐기물 처리 시스템. - 청구항 9에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기는 지면을 기준으로 0.01도 내지 3도의 각도로 설치된 것인 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 9에 있어서, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자를 혼합하는 혼합부를 더 포함하는 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 9에 있어서, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자가 상기 연속식 회전로 반응기로 이동할 수 있도록 구비된 주배관; 및 일단부가 상기 분쇄부와 연결되고 타단부가 상기 주배관의 측면에 연결된 보조배관을 더 포함하고,
상기 보조배관을 통해 상기 분쇄된 폐기물 입자가 주배관으로 유입되어, 상기 필터를 통과한 4mm 이하의 폐기물 입자와 상기 분쇄된 폐기물 입자가 혼합되는 것인 폐기물 처리 시스템. - 청구항 9에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기는 혼합된 상기 폐기물 입자를 열분해하여 열분해된 폐기물 입자(또는 열분해 (폐기물)입자) 및 열분해 가스로 분해하고, 상기 열분해된 폐기물 입자를 냉각하는 냉각부를 더 포함하는 폐기물 처리 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
함수율 60% 이상인 슬러지 형태의 폐기물을 탈수하는 탈수부를 더 포함하고,
상기 건조부는 함수율 60% 미만인 상기 탈수된 폐기물을 건조하는 것인 폐기물 처리 시스템. - 청구항 13에 있어서,
함수율이 25% 이하인 상기 건조된 폐기물을 분쇄하는 초기분쇄부를 더 포함하는 폐기물 처리 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220026185A KR20230129113A (ko) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 폐기물 처리 방법 및 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220026185A KR20230129113A (ko) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 폐기물 처리 방법 및 시스템 |
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| KR20230129113A true KR20230129113A (ko) | 2023-09-06 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20110129845A (ko) | 2011-11-15 | 2011-12-02 | 주식회사 세종플랜트 | 다이옥신 처리방법 및 그 처리 설비 구조 |
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2022
- 2022-02-28 KR KR1020220026185A patent/KR20230129113A/ko unknown
Patent Citations (1)
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