KR20240001504A

KR20240001504A - 소각재 처리 장치

Info

Publication number: KR20240001504A
Application number: KR1020220078254A
Authority: KR
Inventors: 이재원; 이형배
Original assignee: 지우이앤이(주); (주)이피에스엔지니어링
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-01-03

Abstract

본 발명은, 소각재가 투입되면 상기 소각재를 일정한 양으로 배분하여 배출시키는 투입부, 물에 나노버블을 생성하여 세척수를 생성하는 나노버블 생성부, 및 상기 세척수와 상기 소각재가 유입되고, 일정 방향으로 연장되며, 내부에 혼합스크류가 설치되어 상기 소각재와 상기 세척수를 일정 방향으로 이동시키면서 상기 소각재와 상기 세척수의 혼합 시간을 연장시키는 혼합부를 포함하며,
상기 혼합부에서 배출되는 상기 소각재가 주입되어 상기 소각재를 향해 고압수를 분사하고, 상기 소각재에 대한 오염 물질의 박리가 이루어지게 하는 세척부 및 상기 세척부로부터 배출된 세척된 상기 소각재와 오염물질이 포함된 폐수는 응집제를 이용하여 소각재를 침전시켜 농축조로 배출시키고, 농축시키는 침전부 및 수처리부를 더 포함하고,
상기 세척부는, 상기 혼합부에서 배출된 소각재에 대한 공동기포 발생을 위해 일측으로부터 직경이 급격히 축소되게 형성되며, 소각재로 공동기포의 발생 및 붕괴과정에서 발생되는 쇽에너지를 이용하여 소각재의 오염물질을 박리하며, 또한, 고속고압의 수류로 인하여 전단응력 및 수직응력을 발생시키고 오염 물질의 박리가 이루어지도록 하는 표면박리구간, 상기 표면박리구간의 단부에서 내부 직경이 확대되게 형성되고, 상기 표면박리구간을 통과하는 유체가 압력변화로 난류가 발생하여 입자간 충돌을 발생시키는 1차충돌구간 및 상기 1차충돌구간을 통과하여 충돌부재와 충돌에 의해 오염물질을 추가적으로 박리시키는 2차충돌구간을 구비하며,
상기 세척부는,
상기 1차충돌구간에 설치되고, 어쿠스틱 캐비테이션을 발생시켜, 기포 붕괴 시 발생하는 쇽에너지로 오염 물질을 추가 탈착시키는 초음파 진동자를 더 구비한다.

Description

소각재 처리 장치{Incineration ash processing unit}

본 발명은 소각재 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소각장에서 발생되는 바닥재(바텀애쉬)와 비산재(플라이애쉬)에 대해, 모듈화된 복수의 구성을 이용하여 선별, 이송, 세척, 분급, 건조 및 탈수 등의 과정이 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 효과적으로 소각재에 포함된 미세한 입자의 이물질이나 오염물질을 제거, 소각재의 무해화를 이루는 소각재 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 소각장에서 발생하는 바닥재는 주로 재로 구성되어 있고, 중금속 용출량이 규제치를 초과하지 않으나 수용성 염을 다량 함유하고 있다. 따라서, 일반폐기물로 처리는 가능하지만 재활용에는 한계가 있다. 비산재는 중금속과 수용성염을 다량 함유하여 지정폐기물로 처분되고 재활용에 한계가 있다.

중금속 함유 폐기물은 폐기물관리법 시행규칙 별표1 지정폐기물에 함유된 유해물질에 근거하여 고가의 지정폐기물 또는 상대적으로 저가의 일반폐기물로 처분되며, 수용성염은 재활용시 재활용 목적에 따라 별도의 염소이온 규제치를 통하여 규제 한다.

현재는 소각재중 바닥재는 별도처리없이 일반폐기물로 처분하고, 비산재는 안정화제 등을 투입하여 중금속의 용출을 억제하여 일반폐기물로 처분하는 것을 주로 적용하고 있다.

그러나, 고가의 안정화제를 혼합하는 경우 안정화제의 투입에 따른 전체 폐기물량이 증대되어 운반비 및 처리비 상승으로 이어지며, 또한, 수용성염은 제거할 수 없으므로 재활용은 불가능한 바, 비용절감 및 폐자원의 유효자원화 관점에서 개선이 필요하다.

본 개발은 소각재 처리, 특히 비산재 처리 위한 세척기술에 관한 것으로, 안정화제 혼합 등으로 인한 부피 및 중량 증가 없이 유해물질을 제거하여 일반폐기물로 처리하거나 재활용하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 세척기술은 물 또는 화학용제를 사용하여 오염물질 표면에 흡착된 오염물질을 용출 제거하는 방식이거나, 오염이 집적되어 있는 미세입자를 조대입자와 분리하여 세척하는 방식을 의미한다.

그러나, 바닥재와 비산재와 같이 입도가 균일한 범위에 존재하고, 수용성염과 중금속이 동시 오염된 물질에 대미세입자의 중금속 오염 등에 대하여서는 적용성이 떨어지므로, 사용이 제한적이다.

본 발명의 목적은, 호퍼로 투입된 소각재에 대해 모듈화된 복수의 구성을 이용하여 정량 공급, 이송, 세척, 분급, 수처리, 공정수 재활용, 탈수 및 건조 등의 과정이 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 오염물질 제거에 따른 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 비산재와 물의 비율을 1:1이상에서 1:4미만으로 적용하여 중화가 필요 없는 수준의 세척용제 또는 물 만을 세척액으로 사용, 약품 사용량, 폐액처리 및 수처리 용량을 감소화시키는 물리적 처리기술을 제공하는 소각재 처리 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 소각재 처리 장치는 소각재가 투입되면 상기 소각재를 일정한 양으로 배분하여 배출시키는 투입부, 물에 나노버블을 생성하여 세척수를 생성하는 나노버블 생성부 및 상기 세척수와 상기 소각재가 유입되고, 일정 방향으로 연장되며, 내부에 혼합스크류가 설치되어 상기 소각재와 상기 세척수를 일정 방향으로 이동시키면서 상기 소각재와 상기 세척수의 혼합 시간을 연장시키는 혼합부를 포함하며, 상기 혼합부에서 배출되는 상기 소각재가 주입되어 상기 소각재를 향해 고압수를 분사하고, 상기 소각재에 대한 오염 물질의 박리가 이루어지게 하는 세척부 및 상기 세척부로부터 배출된 세척된 상기 소각재와 오염물질이 포함된 폐수는 응집제를 이용하여 소각재를 침전시켜 농축조로 배출시키고, 농축시키는 침전부 및 수처리부를 더 포함하고,

상기 세척부는, 상기 혼합부에서 배출된 소각재에 대한 공동기포 발생을 위해 일측으로부터 직경이 급격히 축소되게 형성되며, 소각재로 공동기포의 발생 및 붕괴과정에서 발생되는 쇽에너지를 이용하여 소각재의 오염물질을 박리하며, 또한, 고속고압의 수류로 인하여 전단응력 및 수직응력을 발생시키고 오염 물질의 박리가 이루어지도록 하는 표면박리구간, 상기 표면박리구간의 단부에서 내부 직경이 확대되게 형성되고, 상기 표면박리구간을 통과하는 유체가 압력변화로 난류가 발생하여 입자간 충돌을 발생시키는 1차충돌구간 및 상기 1차충돌구간을 통과하여 충돌부재와 충돌에 의해 오염물질을 추가적으로 박리시키는 2차충돌구간;을 구비하며,

상기 세척부는,

상기 1차충돌구간에 설치되고, 어쿠스틱 캐비테이션을 발생시켜, 기포 붕괴 시 발생하는 쇽에너지로 오염 물질을 추가 탈착시키는 초음파 진동자를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 혼합부는, 이동 경로에 구비된 상기 나노버블 생성부 및 혼합스크류의 동작에 의해 상기 세척부를 향하는 소각재의 오염물질을 사전 박리하며 이송시킬 수 있다.

또한, 상기 세척부는 일정 길이를 가지는 세관을 포함하여, 상기 세관은 벤추리관(?)이 가지는 전단력을 이용하여 입자간 뭉침을 해소하고, 오염물질이 다량함유된 미세립자를 분급하며, 공동기포를 발생시키도록 투입구 대비 길이방향을 따라, 일정지름차이를 가지도록 형성되고, 상기 투입구에서 고속고압의 수류가 유입됨에 따라 상기 세관의 내부에 대기압이 낮아져, 용존산소가 기포화되었다가 평행에 이르기 위하여 공동기포가 압괴되는 과정에서 발생되는 쇽에너지를 통해 소각재 표면의 오염물질을 박리하는 것을 주요 측징으로 하는 장치로서, 상기 세척부는 기존의 벤추리관 방식의 단순 전단력 방식 대비 공동기포압괴에 따른 쇽에너지에 의한 박리효과를 지니도록 고안된 요소를 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 세척부는, 세척수로서 나노버블을 사용하고, 나노버블은 소수성 계면을 제공하고, 침투효과를 통하여 미세립자에 부착된 오염물질의 박리를 용이하게 하여, 소각재가 함유한 무기성염과 중금속의 박리를 촉진시키도록 구성된 나노바블 발생장치에 의한 나노버블 공정수를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 세척부는, 공동기포(캐비테이션버블)와 나노버블 공정수가 혼합되어 무기염과 중금속의 박리 및 용해를 촉진시키고, 소각재가 함유한 Ca의 용출을 가속화시켜 탄산염 반응을 추가적으로 발생시켜, 오염물질의 세척과정에서의 재흡착 등을 방지함으로써, 높은 소각재 정화효과를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 침전부는, 상기 세척된 소각재와 폐수가 유량조절조, 상기 유량조절조와 연결되어 상기 유량조절조에서 배출되는 상기 소각재 및 폐수가 유입되어 응집제와 혼합하는 응집침전조, 상부에 세라믹 필터가 설치되어, 상기 응집침전조에서 소각재가 침전되고 난 후 상부의 정화된 물이 유입되면 폐수내의 입자성 중금속을 제거하는 공정수조 및 상기 공정수조에서 배출된 상기 소각재가 유입되어 상기 소각재를 농축시키는 농축조를 포함할 수 있다.

또한, 상기 농축조에서 배출되는 상기 소각재 및 상기 폐수에 함유된 수분을 제거하는 탈수 건조기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 공정수조는, 외부에 이온교환 장치 및 활성탄이 설치되어 상기 공정수에 함유된 용존성 중금속 및 수용성염이 더 제거될 수 있다.

또한, 상기 침전부는, 상기 탈수 건조기에서 배출된 상기 소각재에 안정화제를 투입하여 교반시키는 교반조를 더 포함할 수 있다.

본 발명은, 호퍼로 투입된 소각재에 대해 모듈화된 복수의 구성을 이용하여 투입, 이송, 세척, 침전, 탈수 및 건조, 안정화제 혼합 등의 과정이 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 이물질이나 오염물질 제거에 따른 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 소각재와 물의 비율을 최소화할 수 있어, 중화가 필요없는 수준의 세척용제 또는 물 만을 세척액으로 사용, 약품 사용량, 폐액처리 및 수처리 용량을 감소화시키는 물리적 처리기술을 제공하는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 복수의 구성이 하나의 장치로 모듈화되기 때문에, 설비의 간소화가 가능하고, 그에 따라 이동식으로 간편하게 사용할 수 있으며, 필요 시에 모듈화된 장치에 선택적으로 안정화제 혼합장치 등의 추가설비를 간단하게 적용할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 고속고압의 수류가 급격한 직경변화구간을 통과하는 과정에서 액압의 감소로 공동기포가 발생, 붕괴되는 과정에서 나오는 쇽에너지를 이용하여 소각재 표면의 오염물질에 대한 박리가 이루어도록 하고, 이후 직경변화로 압력이 해제되면서 발생하는 난류에 의하여 소각재 입자간 충돌을 유도하여 입자간 충돌력으로 2차적으로 박리를 이루어지게 하며, 최종 말단의 충돌부재에 부딪히면서 발생하는 충돌력으로 3차적으로 박리가 이루어지게 함으로써, 단순한 물리적 처리과정 만을 통해 효과적인 박리가 이루어지게 할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 소각재 표면에 존재하는 오염물질 뿐만 아니라 소각제 미세간극에 포집된 오염물질까지 제거하도록 미세간극에 침투 가능한 나노버블이 사용되도록, 고압수와 공정수의 물은 나노버블장치를 통하여 나노버블을 형성한 후 주입되도록 구성한다.

그에 따라, 본 발명은 오염 물질의 종류 및 특성에 구애 받지 않으며 폭넓은 처리가 가능하여 장치 적용의 범용성을 확대할 수 있고, 별도 화학약품을 사용하지 않고 순수 물을 통해서만 오염 물질의 제거가 가능할 수 있기 때문에, 세척수를 손쉽게 재이용할 수 있어 경제적인 처리가 가능할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 투입부를 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 혼합부를 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 세척부를 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 세척부의 오염 물질 박리 원리를 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 소각재 침전부 및 공정수 재이용을 위한 수처리부를 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 나노버블발생부를 보여주는 도면이다.
도 8 는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리의 기작(메커니즘)을 확인하기 위하여 세척전후에 대한 XRD 분석을 통하여 결정질 형태변화를 분석한 결과 그래프를 보여주는 그림이다.
도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리의 기작(메커니즘)을 확인하기 위하여 세척전후에 대한 FTIR 분석을 통하여 비정질 형태변화를 분석한 결과 그래프를 보여주는 그림이다.
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리의 기작(메커니즘)을 보여주는 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 전체 구성을 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 투입부를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 혼합부를 보여주는 도면이다.

그리고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 세척부를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 세척부의 오염 물질 박리 원리를 보여주는 도면이다.

또한, 도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 침전부 및 공정수 재이용을 위한 수처리부를 보여주는 도면이고, 도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 소각재 처리 장치에 대한 나노버블발생부를 보여주는 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 소각재 처리 장치는 투입부(100), 혼합부(300), 나노버블 생성부(400), 세척부(500), 침전부 및 공정수 재이용을 위한 수처리부(700), 건조 및 탈수기(750) 및 혼합조(760)를 포함한다.

본 실시예에 따른 소각재 처리 장치는 상기와 같은 복수의 구성이 하나의 장치로 모듈화되기 때문에, 설비의 간소화가 가능하고, 그에 따라 이동식으로 간편하게 사용할 뿐만 아니라, 필요 시에 모듈화된 장치에 선택적으로 안정화제 교반조 등 추가설비를 간단하게 적용할 수 있다

투입부(100)는 오염토에 부착된 이물질 또는 소각재에서 발생되는 비산재 등의 미세한 오염물이 투입되될 수 있다. 즉, 소각재만 투입될 수 있다.

또한, 투입부(100)는 소각재에 미세한 오염물질 등을 일정하게 배출하면서, 순차적으로 오염물질을 분리할 수 있도록, 투입호퍼(110), 진동모터(120), 본체(130), 초음파 진동자(550) 및 컨베이어벨트(150)를 포함할 수 있다.

투입호퍼(110)는 비산재의 투입 경로를 형성하며, 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 형상으로 형성되며, 이러한 구조에 의해 포크레인 등의 다양한 장비를 통해 오염물질 등이 혼합된 소각재가 투입되어 하방으로 이동시킬 수 있다. 또한, 투입호퍼(110)의 하단부에는 진동모터(120)가 설치될 수 있다.

진동모터(120)는 투입호퍼(110)의 외측면에 복수 개가 설치될 수 있다. 이를 통해, 진동을 발생시켜 투입호퍼(110)에서 소각재가 하방으로 용이하게 배출될 수 있다. 이때, 하방으로 배출되는 소각재는 정량컨베이어(130)로 유입될 수 있다.

정량컨베이어는(130)는 소각재를 정해진 양으로 이송시킨다. 또한, 정량컨베이어(130)는 우측을 향해 연장 형성될 수 있다. 또한, 본체(130)의 좌측에는 상부에 투입호퍼(110)가 설치될 수 있고, 우측 하부에는 혼합부(300)가 설치될 수 있다.

또한, 투입호퍼(110)와 정량컨베이어 (130)로 유입된 소각재를 우측에 위치하는 혼합부(300)로 이동시킬 수 있다. 또한, 정량컨베이어(130)는 이동되는 소각재의 양이 동일하게 배출될 수 있도록 일정한 속도로 구동될 수 있다. 이때, 정량컨베이어(130) 출측에는 볼트, 너트 등 이물질을 제거하는 자력부재(140)가 설치될 수 있다.

혼합부(300)는 정량컨베이어벨트(130)에서 유입되는 소각재를 이동시면서 내부에 나노버블생성부(400)에서 생성된 세척수가 유입되어, 소각재와 세척수를 동시에 혼합하여 세척수와 소각재의 혼합 시간을 연장시킬 수 있어, 소각재에 혼합되거나 부착되어 있는 오염물질을 박리할 수 있도록 혼합유입부(310), 혼합몸체(330), 혼합스크류(350) 및 혼합배출부(370)를 포함할 수 있다. 이때 혼합 유입부(310)에는 나노버블수 분사부재(311)가 부착될 수 있다.

혼합유입부(310)는 투입부(100)의 정량컨베이어(130)의 우측 단부에 설치될 수 있다. 또한, 혼합유입부(310)는 정량컨베이어(130)의 하방에 설치될 수 있다. 이를 통해, 정량컨베이어(130)에서 일정한 양으로 배출되는 소각재가 혼합몸체(330)의 내측으로 유입될 수 있다.

혼합몸체(330)는 원형 단면으로 형성될 수 있다. 또한, 혼합몸체(330)는 우측으로 연장될 수 있다. 또한, 혼합몸체(330)의 좌측에는 혼합유입부(310)가 설치되어 정량컨베이어(130)로부터 배출된 소각재가 유입될 수 있다.

또한, 혼합유입부(310)에는 나노버블이 포함된 세척수가 유입될 수 있는 분사부재(311)이 연결될 수 있다. 이를 통해, 혼합몸체(330)의 내측으로 세척수가 유입될 수 있다. 이때, 혼합몸체(330)로 유입된 소각재와 세척수는 혼합몸체(330)의 좌측에서 동시에 유입되어 우측으로 이동되면서 혼합 및 이동될 수 있다.

또한, 유입되는 소각재와 세척수의 비율은 최소1:1에서 최대 1:4로 형성될 수 있어, 소각재를 세척하는 세척수의 양을 최소화함과 동시에 세척수가 나노버블을 포함할 수 있어, 환경오염의 원인일 수 있는 화학 약품의 사용을 최소화할 수 있다. 이때, 혼합몸체(330)의 내측에 혼합스크류(350)가 설치될 수 있다.

나노버블이 생성된 물은 입경이 작은 소각재에 내부에 형성된 간극 또는 공극 등일 수 있는 포어(pore)에 내재되어 있는 오염물질을 세척할 수 있다. 예를 들어, 나노버블은 미세한 소각재에 형성된 간극 또는 공극 등일 수 있는 포어(pore)에 내재되어 있는 이물질을 세척할 수 있다.

예를 들어, 나노버블이 소각재의 간극 또는 공극 등 일 수 있는 포어(pore)에 삽입됨으로써, 소각재에 내재되어 있는 중금속 등의 이물질을 치환시키거나, 긁어낼 수 있어 소각재에 내재된 이물질을 효과적으로 세척할 수 있다.

즉, 혼합스크류에 의한 혼합과정에서 소각재에 내제된 이물질을 효과적으로 세척할 수 있다.

혼합스크류(350)는 유입된 소각재와 세척수가 좌측에서부터 혼합되어 우측으로 이동될 때, 소각재와 세척수의 혼합 시간이 연장될 수 있고, 스크류 형상으로 형성되어 소각재와 세척수가 지속적으로 혼합됨으로써, 나노버블이 형성된 세척수가 소각재의 오염물질을 박리시키는 효과를 최대화할 수 있다. 이때, 혼합몸체(330)의 우측 단부에는 혼합배출부(370)가 설치될 수 있다.

혼합배출부(370)는 혼합몸체(330)의 우측 단부에 설치될 수 있다. 또한, 혼합배출부(370)는 혼합몸체(330)의 하방에 설치될 수 있어, 혼합몸체(330)를 통해 이동된 소각재 및 세척수가 혼합배출부(370)의 하방에 위치하는 세척부(500)로 유입될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 나노버블 생성부(400)는 물에 나노버블을 형성시켜 혼합부(300) 및 세척부(500)로 유입되는 세척수를 생산하여 공급할 수 있도록 압력펌프(410) 및 제네레이터(420)를 포함할 수 있다.

이를 통해, 일반적인 물이 나노버블 생성부(400)로 유입되어 소각재 무해화를 위한 세척 장치에 전체적으로 사용되는 세척수를 생성할 수 있다.

또한, 나노버블 생성부(400)는 물에 나노버블을 포함시킬 수 있다. 이때, 나노버블이 발생되는 물은 세척수로 사용될 수 있다. 또한, 나노버블 생성부(400)에서 생성한 나노버블을 포함하는 물은 소각재 무해화를 위한 장치에서 사용되는 물에 사용될 수 있다.

즉, 고압수 및 세척수 등으로 사용되는 물에 나노버블을 형성시킴으로써, 세척부(300)을 통해 효과적으로 세척할 수 있는 이물질인 수용성염과 나노버블을 통해 효과적으로 세척할 수 있는 중금속을 동시에 세척할 수 있는 효과가 있어, 소각재의 세척효과가 극대화될 수 있다.

세척부(500)는 내부로 유입된 소각재와 나노버블을 포함하는 세척수가 혼합되면서 오염물질의 박리가 용이할 수 있도록, 세척호퍼(510), 세척몸체(520), 고압수분사부재(530), 박리부(540), 초음파 진동자(550), 충돌부재(560), 포집구(570) 및 세척배출구(580)를 포함할 수 있다.

세척부(500)는 이동 경로를 따라 이송되어 세척호퍼(510)로 투입되는 소각재와 나노버블수를 향해 고압수를 분사하고, 소각재에 대한 오염 물질의 박리가 이루어지게 한다.

세척부(500)는 길이 방향을 따르며 표면박리구간(A), 1차충돌구간(B) 및 2차충돌구간(C)이 구비된다.

세척호퍼(510)에는 투입부(100) 및 혼합부(300)를 통해 소각재가 혼합부로 유입되고, 혼합부(300)를 통해 사전박리되며 이송된 소각재와 세척수가 1:1의 비율로 함께 투입된다.

여기서, 세척호퍼(510)를 통해 투입된 소각재는 고압수분사부재(530)를 통해 고압수가 분사되어 오염 물질의 박리가 이루어지게 된다.

여기서, 분사부재(530)를 통해 고압으로 분사되는 물의 양은, 세척호퍼(510)에서 비산재와 함께 투입되는 물의 양의 30% 이하수준으로 설정되는 것이 바람직하며, 또한 혼합부(300)로 투입되는 물 성분과 동일한 나노버블을 포함하는 물로 이루어지는 것이 바람직하다.

이는, 종래와 같이 별도의 박리를 위한 세척제를 포함하는 유체가 아닌, 나노버블이 포함된 물이 박리를 위해 사용되도록 함으로써, 추후에 오염 물질 분리 공정 시 세척수의 재사용이 가능할 수 있다.

한편, 박리부(540)는 소각재에 대한 이동 경로를 형성하고, 고압수에 의해 오염 물질이 일부 박리된 상태에서, 세척수와 함께 이동하는 소각재에 대한 유속이 증가되도록 마련될 수 있다.

박리부(540)는 고속고압의 수류가 급격한 단면감소 구간을 통과할 때 액압이 감소되는 구조를 가짐에 따라 발생된 공동 기포를 이용, 고압수분사부재(530)와 함께 소각재에 존재하는 오염 물질에 대한 연속적이 박리가 이루어지도록 한다.

이를 위해, 박리부(540)는 길이 방향을 따르며 표면박리구간(A), 1차충돌구간(B) 및 2차충돌구간(C)이 구비되어 형성된다.

먼저, 표면박리구간(A)은 오염토에 대한 유속 증가를 위해 입측으로부터 직경이 급격히 축소되도록 형성되며, 오염토에 대해 전단응력 및 수직응력을 발생시켜 오염 물질의 박리가 이루어지도록 한다.

즉, 표면박리구간(A)에서는 물과 함께 오염토가 이동함에 있어 그 직경이 작도록 형성되기 때문에, 이동하는 오염토에 작용하는 압력은 높아지고, 유체의 압력은 낮아지고 유속은 빨라지게 되는데, 이때 오염토를 향하여 고압수가 분사되게 되면, 고압수내 용존산소가 압력이 낮아짐에 따라 공동 기포일 수 있는 버블이 생성되었다가 순간적으로 붕괴되면서 쇽에너지를 발생시키고, 이로 인하여 오염토양 표면의 오염물질이 박리된다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 전단응력 및 수직응력과 함께 마쇄(attrition), 해쇄(disintegration)의 효과 또한 발생되어 오염토에 점착된 오염 물질에 대한 박리가 이루어지게 할 수 있다.

1차 충돌구간(B)은 공동기포가 발생되지 않고, 압력의 변화에 의해, 난류가 형성되어 소각재 입자간의 충돌을 발생시켜 입자간에 부착된 오염물질을 박리시킬 수 있다.

그리고, 2차충돌구간(C)를 통과한 단부에 형성된 충돌부재(320)와의 충돌로 인하여 2차로 오염 물질의 박리가 이루어지게 한다.

또한, 2차충돌구간(C)에는 휘발된 오염 물질은 외부로 배출되고, 오염 물질이 제거된 소각재는 유량조절조(710)로 배출되게 된다. 이를 위해, 세척부(500)는 포집구(570) 및 세척배출구(580)를 구비한다.

포집구(570)는 2차충돌구간(C)의 출측 상부에 형성되며, 공동 기포의 붕괴 에 의하여 오염물질이 박리되며 발생된, 즉 휘발된 오염 물질의 포집을 위하여 포집 경로를 형성한다.

또한, 세척배출구(580)는 2차충돌구간(C)의 출측 하부에 형성되며, 소각재가 배출되게 배출 경로를 형성한다.

이와 같이, 세척배출구(580)를 통해 배출된 소각재는 침전부 및 공정수재이용을 위한 수처리부(700)로 이동하게 된다.

이와 함께, 세척부(500)는 상기와 같이 공동 기포 붕괴를 통해 오염 물질의 박리가 이루어지도록 함에 있어서, 더 많은 공동 기포의 발생을 위하여 초음파 진동자(550)를 더 구비할 수 있다.

즉, 초음파 진동자(550)는 1차충돌구간(B)에 설치되며, 어쿠스틱 캐비테이션을 발생시켜, 1차충돌구간(B)에서 공동 기포가 발생되도록 함으로써, 전술된 충돌부재(560)의 구조에 의한 충돌 시 발생된 충돌 에너지와 함께, 탈착 구간(C)에서 더 많은 양의 공동 기포 붕괴 시 발생하는 쇽에너지를 이용하여 오염 물질을 효과적으로 박리시킬 수 있다.

도 6을 참고하면, 침전부(700)는 유량조절조(710), 응집침전조(720), 공정수조(730), 농축조(740), 탈수 건조기(750) 및 혼합조(760)를 포함할 수 있다.

유량조절조(710)는 세척부(500)의 우측 단부에 설치될 수 있다. 또한, 유량조절조(710)는 세척부(500)의 하부에 설치될 수 있다. 이때, 유량조절조(710)로 유입된 정화된 소각재와 박리된 오염물질을 포함하는 폐수는 수중펌프를 통해 응집침전조(720)로 유입될 수 있다.

응집침전조(720)는 유량조절조(710)와 연결되어 설치될 수 있다. 이때, 응집침전조(720)는 응집제가 투입될 수 있다. 이때, 응집침전조(720)로 유입된 소각재와 폐수중 소각재는 침전될 수 있다. 또한, 응집침전조(720)에서 소각재가 침전됨으로써 물이 정화될 수 있는데, 정화된 물은 다시 공정수조(730)로 이송될 수 있다. 이때, 중금속이 사용자가 설정한 기준치 이상 발생되면 추가적으로 안정화 장치를 적용할 수 있다.

공정수조(730)는 내부의 상측에 세라믹 필터(770)가 설치될 수 있다. 이때, 공정수조(740)는 소각재에서 박리되어 나온 입자성 중금속과 물에 포함되는 용존성 중금속 및 수용성염을 세라믹 필터(770) 및 이온교환 및 활성탄(780)을 통해 정화시킬 수 있다.

예를 들어, 세라믹 필터(770)는 소각재에서 박리되어 폐수내 존재하는 입자성 중금속, 용존성 중금속, 수용성염 중 입자성 중금속을 제거할 수 있다. 또한, 공정수조(740) 는 이온교환 및 활성탄을 포함한 장치(780)와 연결되어 입자성 중금속이 제거된 상태에서 용존성 중금속과 수용성염을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 정화된 물은 재사용이 가능할 수 있어, 다시 나노버블 생성부(400)로 재유입됨으로써, 세척수로 사용될 수 있다.

한편, 응집침전조(720)에서 침전된 소각재는 농축조(740)로 이동되어 농축될 수 있다. 또한, 농축된 소각재는 다시 탈수 건조기(750)로 이동되어 소각재에 잔존할 수 있는 수분을 제거하고 일반폐기물 처분 또는 재활용할 수 있다.

이때, 건조 및 탈수기(750)를 통해 탈수 건조된 소각재가 사용자가 요구하는 기준치를 벗어나면, 별도의 안정화제 혼합조(760)로 소각재를 이송시켜 소각재를 교반 시켜 일반폐기물 처분 또는 재활용 할 수 있다.

본 발명은, 투입부(100)로 투입된 소각재에 대해 모듈화된 복수의 구성을 이용하여 선별, 이송, 세척, 분리 등의 과정이 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 이물질이나 오염물질 제거에 따른 세정 효율을 향상시키는 한편, 소각재와 물의 비율을 1:1로 적용하여 중화가 필요없는 수준의 세척용제 또는 물 만을 세척액으로 사용, 약품 사용량, 폐액처리 및 수처리 용량을 감소화시킴과 함께, 소각재의 일반폐기물화 또는 자원화를 할 수 있고, 문제가 없는 물리적 처리기술을 제공하는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 복수의 구성이 하나의 장치로 모듈화되기 때문에, 설비의 간소화가 가능하고, 그에 따라 이동식으로 간편하게 사용할 수 있으며, 필요 시에 모듈화된 장치에 선택적으로 안정화제 혼합조 등의 추가설비를 간단하게 적용할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 고압수 분사 및 유속 증가를 통해 오염 물질에 대한 1 차적 박리가 이루어지게 함과 동시에, 고속 고압의 물을 포함한 소각재가 급격한 직경변화 구간을 통과할 때 액압의 감소가 발생되게 하여, 이때, 발생된 공동 기포의 붕괴에 의해 소각재의 표면으로 가해지는 쇽에너지로 오염물질을 박리하고, 이후 압력해제 구간에서 발생하는 난류로 소각재 입자간 충돌하는 충격력으로 2 차적 박리가 이루어지게 하며, 말단의 충돌판에 부딪힐때의 충격력으로 2차적 박리가 이루어지게함으로써, 단순한 물리적 처리과정 만을 통해 효과적인 박리가 이루어지게 할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 도 8의 세척전후의 소각재 결정질 변화 분석 및 도 8의 세척전후의 소각재 비정질 변화 분석결과 표면박리에 추가적으로 그래프로부터 도 10과 같은 탄산염 반응도 일어남을 확인하였다.

도 8로부터, 결정질상은 칼사이트(CaCO3), 할라이트(NaCl), 실바이트(KCl) 및 CaClOH이며, 이들 또한 비정질상을 포함하고 있다. IFA로 세척 후 KCl, NaCl, CaCl의 특성 피크가 나타나고, OH는 사라졌으며, Ca 용출을 통해 캘사이트의 피크 강도는 변화 및 새로운 피크의 형성을 보이지 않음을 알 수 있다. 이를 통해, 소각재의 세척과정에서 비정질 CaCO3가 새롭게 침전물로 생성됨을 알 수 있다.

이를 확인하기 위하여 FTIR 분석을 통하여 비정질 형태를 분석하였고, 도 9에 제시하였다.

도 9로부터, 세척전 소각재에 대한 스펙트럼은 3643 cm²1, 3570 cm²1, 3424 cm²1 (O-H 연신)의 밴드 값을 보였다. 3643 cm

1 및 3570 cm

1의 밴드는 Ca(OH)2의 Ca-OH의 신축 진동 및 CaClOH의 굽힘 진동과 관련이 있다.

1633 cm²1의 밴드는 층간수에서 H-O-H 밴드의 진동과 관련이 있다. 1424 cm

1과 875 cm

1의 밴드는 각각 비정질 CaCO3와 칼사이트의 존재에 기인한다.

세척후 소각재에 대한 스펙트럼에서 3643 cm

1 및 1633 cm

1의 밴드는 유체압이 증가함에 따라 점차 감소하였고, 1424 cm

1의 밴드와 새롭게 나타난 712 cm

1의 밴드가 나타났으며, 이는 calcite로 나타났다. 이러한 결과는 Ca(OH)2가 수세 반응에 점차 참여하였고, 유체압 상승에 비례하여 많은 Ca(OH)2가 비정질 CaCO3로 변형되었음을 의미한다.

도 8과 도 9로부터 도 10과 같은 추가적인 탄산염반응이 일어남을 확인하였다. 고압세척을 적용함에 따라, 소각재에 존재하는 무기염 풍부층은 캐비테이션 기포에 쉽게 용해될 수 있다. 세척과정을 통하여 표면 Ca 및 Cl 관련 작용기를 제거할 수 있는데, 무기염을 제거함에 따라 Ca 방출이 가속화되어 Ca 관련 상(phase)의 특성이 변화하였고, 이로인한 결과로서 비정질 CaCO3가 형성되며, 이는 도 8에서 확인한 바와 같이 탄산염과 반응하여 침전물을 생성하였음을 알 수 있다.

즉, 소각재 세척과정에서의 Ca와 Cl의 방출은 탄산화(carbonation)를 유발할 수 있고 이는 도 10과 같은 반응기작으로 설명이 가능하다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

100: 투입부 110: 투입호퍼
120: 진동모터 130: 정량컨베이어
140: 자력부재
300: 혼합부
310: 혼합유입부 311 나노버블수 분사부재
330: 혼합몸체 350: 혼합스크류
370: 혼합배출부
400: 나노버블 생성부 410: 압력펌프
420: 제네레이터 500: 세척부
510: 세척호퍼 520: 세척몸체
530: 고압수분사부재
540: 박리부
550: 초음파 진동자 560: 충돌부재
570: 포집구 580: 세척배출구
700: 침전부 710: 유량조절조
720: 응집침전조 730: 공정수조
740: 농축조 750: 탈수 건조기
760: 혼합조 770: 세라믹필터
780 : 이온교환 및 활성탄
A : 표면박리구간 B : 1차충돌구간
C : 2차충돌구간

Claims

소각재가 투입되면 상기 소각재를 일정한 양으로 배분하여 배출시키는 투입부;
물에 나노버블을 생성하여 세척수를 생성하는 나노버블 생성부; 및
상기 세척수와 상기 소각재가 유입되고, 일정 방향으로 연장되며, 내부에 혼합스크류가 설치되어 상기 소각재와 상기 세척수를 일정 방향으로 이동시키면서 상기 소각재와 상기 세척수의 혼합 시간을 연장시키는 혼합부를 포함하며,
상기 혼합부에서 배출되는 상기 소각재가 주입되어 상기 소각재를 향해 고압수를 분사하고, 상기 소각재에 대한 오염 물질의 박리가 이루어지게 하는 세척부; 및
상기 세척부로부터 배출된 세척된 상기 소각재와 오염물질이 포함된 폐수는 응집제를 이용하여 소각재를 침전시켜 농축조로 배출시키고, 농축시키는 침전부 및 수처리부를 더 포함하고,
상기 세척부는,
상기 혼합부에서 배출된 소각재에 대한 공동기포 발생을 위해 일측으로부터 직경이 급격히 축소되게 형성되며, 소각재로 공동기포의 발생 및 붕괴과정에서 발생되는 쇽에너지를 이용하여 소각재의 오염물질을 박리하며, 또한, 고속고압의 수류로 인하여 전단응력 및 수직응력을 발생시키고 오염 물질의 박리가 이루어지도록 하는 표면박리구간;
상기 표면박리구간의 단부에서 내부 직경이 확대되게 형성되고, 상기 표면박리구간을 통과하는 유체가 압력변화로 난류가 발생하여 입자간 충돌을 발생시키는 1차충돌구간; 및
상기 1차충돌구간을 통과하여 충돌부재와 충돌에 의해 오염물질을 추가적으로 박리시키는 2차충돌구간;을 구비하며,
상기 세척부는,
상기 1차충돌구간에 설치되고, 어쿠스틱 캐비테이션을 발생시켜, 기포 붕괴 시 발생하는 쇽에너지로 오염 물질을 추가 탈착시키는 초음파 진동자를 더 구비하는 소각재 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 혼합부는,
이동 경로에 구비된 상기 나노버블 생성부 및 혼합스크류의 동작에 의해 상기 세척부를 향하는 소각재의 오염물질을 사전 박리하며 이송시키는 소각재 무해화를 위한 모듈형 장치.
제1 항에 있어서,
상기 세척부는
일정 길이를 가지는 세관을 포함하여, 상기 세관은, 벤추리관이 가지는 전단력을 이용하여 입자간 뭉침을 해소하고, 오염물질이 다량함유된 미세립자를 분급하며, 공동기포를 발생시키도록, 투입구 대비 길이방향을 따라, 일정지름차이를 가지도록 형성되고, 상기 투입구에서 고속고압의 수류가 유입됨에 따라 상기 세관의 내부에 대기압이 낮아져, 용존산소가 기포화되었다가 평행에 이르기 위하여 공동기포가 압괴되는 과정에서 발생되는 쇽에너지를 통해 소각재 표면의 오염물질을 박리하며,
상기 세척부는 기존의 벤추리관 방식의 단순 전단력 방식 대비 공동기포압괴에 따른 쇽에너지에 의한 박리효과를 지니도록 고안된 요소를 특징으로 하는 소각재 무해화를 위한 모듈형 장치.
제1 항에 있어서,
상기 세척부는,
세척수로서 나노버블을 사용하고, 나노버블은 소수성 계면을 제공하고, 침투효과를 통하여 미세립자에 부착된 오염물질의 박리를 용이하게 하여, 소각재가 함유한 무기성염과 중금속의 박리를 촉진시키도록 구성된 나노바블 발생장치에 의한 나노버블 공정수를 사용하는 것을 특징으로 하는 소각재 무해화를 위한 모듈형 장치.
제4 항에 있어서,
상기 세척부는, 공동기포(캐비테이션버블)와 나노버블 공정수가 혼합되어 무기염과 중금속의 박리 및 용해를 촉진시키고, 소각재가 함유한 Ca의 용출을 가속화시켜 탄산염 반응을 추가적으로 발생시켜, 오염물질의 세척과정에서의 재흡착 등을 방지함으로써, 높은 소각재 정화효과를 가지는 것을 특징으로 하는 소각재 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 침전부는,
상기 세척된 소각재와 폐수가 유량조절조;
상기 유량조절조와 연결되어 상기 유량조절조에서 배출되는 상기 소각재 및 폐수가 유입되어 응집제와 혼합하는 응집침전조;
상부에 세라믹 필터가 설치되어, 상기 응집침전조에서 소각재가 침전되고 난 후 상부의 정화된 물이 유입되면 폐수내의 입자성 중금속을 제거하는 공정수조; 및
상기 공정수조에서 배출된 상기 소각재가 유입되어 상기 소각재를 농축시키는 농축조를 포함하는 소각재 처리 장치.
제6 항에 있어서,
상기 농축조에서 배출되는 상기 소각재 및 상기 폐수에 함유된 수분을 제거하는 탈수 건조기를 더 포함하는 소각재 처리 장치.
제7 항에 있어서,
상기 공정수조는,
외부에 이온교환 장치 및 활성탄이 설치되어 상기 공정수에 함유된 용존성 중금속 및 수용성염이 더 제거되는 소각재 처리 장치.
제8 항에 있어서,
상기 침전부는,
상기 탈수 건조기에서 배출된 상기 소각재에 안정화제를 투입하여 교반시키는 교반조를 더 포함하는 소각재 처리 장치.