WO2014178451A1 - Method for stabilising heavy metal components by means of capsulation effect using accelerated carbonation reaction of biowaste incineration bottom ash - Google Patents

Method for stabilising heavy metal components by means of capsulation effect using accelerated carbonation reaction of biowaste incineration bottom ash Download PDF

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안지환
엄남일
남성영
계상범
김형순
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한국지질자원연구원
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Abstract

The present invention relates to a method for stabilising heavy metals by means of capsulation and carbon dioxide fixing and as a result of an accelerated carbonation reaction in a low water-content state of biowaste incineration bottom ash. More specifically, the present invention relates to a method for suppressing elution of harmful heavy metals and particularly chromium (Cr) and fixing CO2 by using an accelerated carbonation reaction in order to capsulate highly alkaline biowaste incineration bottom ash. The invention relates to a technique which alleviates the problem that occurs with bottom ash as a whole due to the very high environmental instability of bottom ash having a particle size of 0.15 mm through such a method, thereby making it possible to reuse the bottom ash as a whole by first separating by particle size and then subjecting bottom ash having a particle size of up to 0.15 mm to carbonation. The aim of the present invention is to provide a method of effectively stabilising harmful heavy metals contained in fine-powder incineration bottom ash having a particle size of up to 0.15 mm and effectively fixing CO2 gas produced following the incineration of biowaste. In order to achieve the above aim, the present invention provides a method of stabilising heavy metals by capsulation and fixing carbon dioxide as a result of an accelerated carbonation reaction in the low-water-content state in the biowaste incineration bottom ash, the method comprising a step of creating incineration bottom ash after incinerating biowaste, a step of mixing the incineration bottom ash with water in a solid-liquid ratio (water/bottom ash, dm3/kg) of 0.3, and a step in which, without processing by mixing a reducing agent into the incineration ash mixed with the water, a 30 vol.% carbon dioxide gas takes part in a carbonation reaction for between 20 minutes and 240 minutes at a rate of 1 l/min, and the present invention provides a technique for the accelerated carbonation of fine-powder bottom ash having a particle size of up to 0.15 mm which has been a problem when reusing bottom ash as a whole through such a method, thereby making it possible to reuse the bottom ash as a whole.

Description

생활폐기물 소각 바닥재의 가속탄산화 반응으로 캡슐레이션 효과에 의한 중금속 성분들을 안정화하는 방법Method of stabilizing heavy metal components by encapsulation effect by accelerated carbonation reaction of municipal waste incineration bottom ash
본 발명은 생활폐기물 소각바닥재의 저 함수율 상태에서의 가속탄산화 반응에 따른 이산화탄소 고정화 및 캡슐화에 의한 중금속 안정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 고알카리성의 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응을 통해서 캡슐화하여 CO2의 고정 및 유해 중금속 특히 크롬(Cr)의 용출을 억제하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 방법을 통하여 입경 0.15mm 바닥재가 환경적으로 매우 불안정하기 때문에 전체 바닥재의 문제가 생기는 점을 개선하여 입도 분리 후 입경 0.15mm 이하의 바닥재를 탄산화 처리함으로써 전체 바닥재의 재활용이 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for stabilizing heavy metals by immobilizing and encapsulating carbon dioxide according to accelerated carbonation reaction in a low moisture content state of domestic waste incineration bottom ash, and more particularly, to encapsulate a highly alkaline living waste incineration bottom ash through accelerated carbonation reaction. To prevent the fixation of CO 2 and the elution of harmful heavy metals, in particular chromium (Cr). Through this method, the 0.15mm particle size flooring material is very unstable in the environment, so that the problem of the whole flooring material is improved, and after the separation of the particle size, carbonation treatment of the flooring material having a particle size of 0.15mm or less enables the recycling of the entire flooring material. It is about.
산업발전과 경제의 규모가 날로 커지면서 필연적으로 발생하는 다양한 폐기물의 적정한 처리문제는 지역적인 문제에 국한되지 않고, 국가적 차원의 문제로 더 나아가 세계적 차원의 문제로 부각되고 있는 실정이다. 일반적으로 폐기물은 크게 각 가정에서 발생되는 생활 폐기물과 산업 현장에서 발생되는 생활폐기물로 구분할 수 있으며, 생활폐기물은 구성 성분이 다양하고 다량 배출되어 우리 생활주변에 투기될 시 토양 오염, 수질 오염, 악취발생 등 환경오염을 일으킬 위험이 있다. 특히, 광재, 분진, 폐수처리 슬러지, 도금 슬러지 등과 같은 폐기물에는 여러 가지 중금속들이 함유되어 있으며, 이를 안정화 처리를 하지 않고 옥외에 방치하면, 빗물 등에 중금속이 용출되고 환경을 오염시킬 수 있다. 또한, 종래에는 폐기물의 처리는 매립에 주로 의존해 왔지만 그 처리가 완벽하지 못하고 소각 및 재활용의 방법이 제안되었다. 생활폐기물을 소각 처리하는 것은 폐기물의 감량화 및 위생화, 에너지 회수 등의 장점을 가지고 있고, 소각재를 재활용함으로써 경제적인 효과가 있으나 소각된 생활폐기물은 고알칼리로서 이는 다량의 칼슘(Ca)산화물, 나트륨(Na), 칼륨(K) 등의 알칼리 금속 성분이 함유되어 있기 때문에 골재로서의 재활용 시 많은 문제점을 발생시키고 있으며, 중금속의 재용출로 인한 2차 환경 오염 등 새로운 환경문제가 되었다. 그리하여, 중금속 성분을 안정하게 고정시켜 용출되지 않는 화학적 불용화제(킬레이트제)의 첨가가 제안되었으며, 화학적 불용화제로는 디치오카르바메이트 결합기를 갖는 물질이 주로 사용되고 있으나 단독으로는 다양한 유해 중금속을 안정적으로 처리하기에는 부족한 실정이다. 이와 같이 생활폐기물 소각재는 크게 비산재와 바닥재로 분리할 수 있으며, 비산재는 지정폐기물로 되어 있어 재활용이 불가능 하지만, 바닥재는 일반 폐기물로 되어 있어 전처리를 통해 재활용이 가능하며 이를 통한 경제적인 효과가 매우 크다. As industrial development and economies grow in size, the proper disposal of various wastes, which are inevitably generated, is not limited to regional problems, but is also emerging as a global problem. In general, waste can be classified into household waste generated from each household and domestic waste generated from industrial sites, and the municipal waste has a variety of components and is discharged in large quantities. There is a danger of causing environmental pollution. In particular, wastes such as slag, dust, wastewater treatment sludge, and plated sludge contain various heavy metals. If these materials are left outdoors without stabilization, heavy metals may be eluted from rainwater and pollute the environment. In addition, in the past, the treatment of waste has been mainly dependent on landfill, but the treatment is not perfect and a method of incineration and recycling has been proposed. Incineration of domestic waste has advantages such as waste reduction, sanitation, and energy recovery, and it is economical by recycling incineration. However, incinerated municipal waste is high alkali, which is a large amount of calcium (Ca) oxide, sodium Since alkali metal components such as (Na) and potassium (K) are contained, many problems are generated when recycling as aggregate, and it has become a new environmental problem such as secondary environmental pollution due to re-dissolution of heavy metals. Therefore, the addition of a chemical insolubilizer (chelating agent) that does not elute by stably fixing the heavy metal component has been proposed. As a chemical insolubilizer, a substance having a dithiocarbamate linking group is mainly used. It is not enough to handle it stably. As such, municipal waste incinerators can be largely divided into fly ash and floor ash, and fly ash is designated waste, which cannot be recycled, but floor ash is recycled through pretreatment, which is economically effective. .
바닥재를 안정화 시키기 위한 선행기술로서 일본 공개특허공보 특개 2009-195791호에서는 칼슘, 불소 및 육가 크롬을 포함한 소각재로부터의 환경 규제물질의 용출량을 토양오염 대책법의 환경기준치 이하로 억제해 바닥재를 토양 개량재로 이용하는 처리 방법에 관한 것으로, 소각 바닥재 생성단계와 물과 소각재를 혼합하는 단계와 이산화탄소가스를 주입하여 소각 바닥재의 pH가 중성화 되도록 하는 단계와 입상화 단계 및 건조단계를 포함하는 기술에 대해 개시하고 있다. 그러나 상기 소각재의 처리 방법에는 탄화처리와 동시 또는 탄화처리 후에 환원제를 이용함에 따라 처리비용이 높다는 단점이 있다. As a prior art for stabilizing floorings, Japanese Patent Laid-Open No. 2009-195791 discloses that the amount of environmentally regulated substances from incineration materials including calcium, fluorine, and hexavalent chromium is suppressed to less than the environmental standards of the Soil Pollution Measures Act. The present invention relates to a treatment method using a furnace, including a step of generating an incineration bottom ash, a step of mixing water and an incineration ash, and injecting carbon dioxide gas to neutralize the pH of the incineration bottom ash, a granulation step, and a drying step. have. However, the treatment method of the incineration ash has a disadvantage in that the treatment cost is high due to the use of a reducing agent simultaneously with or after carbonization treatment.
또한 입경 0.15mm 이하의 바닥재가 환경적으로 매우 불안하기 때문에 전체 바닥재가 문제가 생기는 점이 지적되어 왔다. In addition, it has been pointed out that the problem of the entire flooring material because the flooring material having a particle diameter of 0.15mm or less is very unstable environmentally.
이에 본 발명자들은 생활폐기물을 소각한 후 소각 바닥재를 생성하는 단계와 소각바닥재를 입도별로 분리하는 단계와 분리된 0.15mm 이하의 바닥재를 물과 일정 고액비로 혼합하는 단계 및 상기 물과 혼합된 소각 바닥재에 일정중량%의 이산화탄소 가스를 최적화된 주입속도와 시간으로 탄산화 반응을 시키는 단계를 포함하는 생활폐기물 소각 바닥재의 안정화 방법을 통해 환원제를 혼합하여 처리하지 않고도 생활폐기물 소각 바닥재를 효과적으로 안정화시킴으로써 재활용에 문제가 되어온 입경 0.15mm 이하의 바닥재를 재활용 가능하게 하여 전체적인 바닥재를 재활용할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors incinerate the domestic waste and then incineration bottom ash producing step and the step of separating the incineration flooring by particle size and mixing the separated flooring material of 0.15mm or less with water and a certain high-liquid ratio and the incineration flooring mixed with the water Recycling problem by stabilizing household waste incineration flooring without mixing and treating reducing agent through stabilization method of domestic waste incineration flooring, comprising the step of carbonizing the carbon dioxide gas at a certain weight% at an optimized injection rate and time. It has been confirmed that the entire flooring material can be recycled by recycling the flooring material having a particle diameter of 0.15 mm or less, and thus, the present invention has been completed.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 생활폐기물을 소각한 후 소각 바닥재를 생성하는 단계와 상기 소각재를 물과 고액비(물/바닥재, dm3/kg) 0.3으로 혼합하는 단계 및 상기 물과 혼합된 소각재에 환원제를 혼합하여 처리하지 않고, 30부피% 이산화탄소 가스를 1L/min의 속도로 20분 내지 240분 동안 가속탄산화 반응시키는 단계를 포함하는 생활폐기물 소각 바닥재에서 저 함수율 상태에서의 가속탄산화 반응에 따른 이산화탄소 고정화 및 캡슐화에 의한 중금속 안정화 방법을 제공하며, 이와 같은 방법을 통하여 전체 바닥재의 재활용에 문제가 되어 온 입경 0.15mm 이하의 미세분말 바닥재를 고속탄산화함으로써 전체 바닥재의 재활용이 가능하게 하는 기술을 제공하는 것으로, The present invention comprises the steps of generating an incineration bottom ash after incineration of domestic waste and mixing the incineration ash with water and a high liquid ratio (water / floor ash, dm 3 / kg) 0.3 and by mixing a reducing agent in the incineration ash mixed with water The carbon dioxide immobilization and encapsulation according to the accelerated carbonation reaction at low water content in the municipal waste incineration bottom ash, including the step of accelerated carbonation reaction of 30 vol% carbon dioxide gas at a rate of 1 L / min for 20 minutes to 240 minutes without treatment. By providing a method for stabilizing heavy metals by the above, by providing a technology that enables the recycling of the entire flooring material by high-speed carbonization of the fine powder flooring having a particle diameter of 0.15mm or less that has been a problem for the recycling of the entire flooring material through such a method,
본 발명에 따른 생활폐기물 소각바닥재의 중금속 안정화 방법은, 탄산화 반응을 통하여 입도분리된 소각바닥재에 CO2의 회수와 고속탄산화에 의한 캡슐화에 의해 중금속을 안정화시킴으로써 소각재를 안전하게 재활용할 수 있어 친환경적인 방법일 뿐 아니라 별도의 환원제를 사용하지 않고도 소각재를 안정화하여 재활용할 수 있으며, 이와 같은 방법을 통하여 전체 바닥재의 재활용에 문제가 되어 온 입경 0.15mm 이하의 미세분말 바닥재를 고속탄산화함으로써 전체 바닥재의 재활용이 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.Heavy metal stabilization method of the municipal waste incineration bottom ash according to the present invention, environmentally friendly method can safely recycle the incineration ash by stabilizing the heavy metal by the recovery of CO 2 and encapsulation by high-speed carbonization in the particle size separated incineration bottom through carbonation reaction In addition, it is possible to stabilize and recycle the incineration ash without using a separate reducing agent.In this way, the entire floor ash is recycled by high-speed carbonization of fine powder flooring having a particle diameter of 0.15mm or less, which has been a problem for the recycling of the entire flooring material. It is to provide a technology that enables it.
도 1은 본 발명에 따른 가속탄산화를 통해 캡슐화 효과를 통한 중금속의 안정화 방법을 도시한 순차도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of stabilizing heavy metals through encapsulation through accelerated carbonation according to the present invention.
도 2는 입자 크기에 따른 생활폐기물 소각바닥재의 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the XRD pattern of the municipal waste incineration bottom ash according to the particle size.
도 3은 입자 크기에 따른 생활폐기물 소각바닥재 내의 난용성 염과 가용성 염의 함량 비율을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the content ratio of poorly soluble salts and soluble salts in domestic waste incineration bottom ash according to particle size.
도 4은 생활폐기물 바닥재의 크롬(Cr)의 함수율과 용출량을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the water content and the elution amount of chromium (Cr) of household waste flooring.
도 5는 가속탄산화 반응 전과 후의 XRD 그래프를 나타낸 것이다. Figure 5 shows the XRD graph before and after the accelerated carbonation reaction.
도 6는 가속탄산화 반응에서 크롬의 용출 거동을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the dissolution behavior of chromium in the accelerated carbonation reaction.
도 7은 생활폐기물 소각 바닥재의 가속탄산화 반응 속도에 온도가 미치는 영향과 CO2의 고용량을 나타낸 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing the effect of temperature on the accelerated carbonation reaction rate of municipal waste incineration bottom ash and the high capacity of CO 2 .
도 8은 가속탄산화에 의해 캡슐화 매커니즘을 나타낸 도면이다.8 shows the encapsulation mechanism by accelerated carbonation.
도 9는 캡슐화 효과가 크롬의 용존량에 영향을 미치는 결과에 대해 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the results of the encapsulation effect on the dissolved amount of chromium.
도 10는 캡슐화 효과를 얻기 위한 가속탄산화 반응기에 관한 도면이다.10 is a view of an accelerated carbonation reactor for obtaining the encapsulation effect.
발명의 상세한 설명 및 구체적인 구현예Detailed Description of the Invention and Specific Embodiments
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art.
본 발명에 따른 생활폐기물 소각 바닥재의 중금속 안정화 방법은 생활폐기물을 소각한 후 소각 바닥재를 생성하는 단계와 상기 소각 바닥재를 입도분리하는 단계와 분리된 0.6mm 이하 바람직하게는 0.15mm 이하의 바닥재를 고액비(water/solid : dm3/kg) 0.1 내지 1, 바람직하게는 0.3으로 혼합하는 단계 및 상기 물과 혼합된 소각 바닥재에 별도의 환원제를 포함시키지 아니하고, 이산화탄소 15~40부피%, 바람직하게는 30부피% 가스를 0.5~2L/min 바람직하게는 1L/min의 속도로 20분 내지 240분 동안 가속탄산화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 조건 범위는 가속탄산화 반응이 가능한 범위를 말하며, 바람직한 조건은 최적의 가속탄산화 반응 조건을 말하고 각 조건의 임계적 의미는 아래 각 구성요소에 대한 설명에 의한다. The heavy metal stabilization method of the municipal waste incineration flooring according to the present invention is solid-liquid 0.6mm or less, preferably 0.15mm or less, separated from the step of generating the incineration flooring and incineration of the incineration flooring after burning the municipal waste A ratio (water / solid: dm 3 / kg) of 0.1 to 1, preferably 0.3, and 15 to 40% by volume of carbon dioxide, preferably not including a separate reducing agent in the incineration bottom ash mixed with the water It characterized in that it comprises the step of accelerated carbonization reaction of 30 vol% gas for 20 to 240 minutes at a rate of 0.5 ~ 2L / min preferably 1L / min. The condition range refers to a range in which the accelerated carbonation reaction is possible, the preferred condition refers to the optimum accelerated carbonation reaction conditions, and the critical meaning of each condition is based on the description of each component below.
본 발명에 있어서, 상기 생활폐기물은 도시 생활에서 발생하는 음식물 쓰레기, 생활용품 등 폐기물로서 보건사회부령이 정하는 것을 말한다.In the present invention, the household waste refers to food waste, household goods and other wastes prescribed by the Ministry of Health and Social Affairs, which are generated in urban life.
소각로에서 폐기물이 소각된 재는 크게 비산재와 바닥재로 나눌 수 있다. 소각로 상부로 비산하여 배출되는 비산재는 다이옥신의 함량이 많아 지정 폐기물 매립지에 매립되는 반면 바닥재는 다이옥신류의 함유량 및 중금속 용출량이 비산재에 비해 적은 장점이 있다. 따라서 본 발명에서 상기 소각 바닥재를 대상으로 한다. Ash incinerated at incinerators can be roughly divided into fly ash and bottom ash. Fly ash discharged by scattering to the top of the incinerator has a high content of dioxins and is landfilled in designated waste landfills, while the bottom ash has a merit that the content of dioxins and the amount of heavy metal leaching are lower than those of fly ash. Therefore, in the present invention, the incineration flooring is intended.
이하 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 가속탄산화를 통해 CO2의 고정 및 캡슐화 효과를 통한 중금속의 안정화 방법을 도시한 순차도이다. 도 1에 도시된 순차와 같이, 본 발명은 생활폐기물의 소각, 소각재의 바닥재를 선택, 선택된 바닥재의 입도 분리, 0.15mm 이하의 바닥재와 물과의 혼합, 혼합된 바닥재를 고속탄산화 반응기에 주입, 이산화탄소를 주입하여 탄산화 반응을 하는 절차로 생활폐기물 소각 바닥재에서 저 함수율 상태에서의 가속탄산화 반응에 따른 이산화탄소 고정화 및 캡슐화에 의한 중금속 안정화 방법을 수행한다. 1 is a sequential diagram illustrating a method of stabilizing heavy metals through the fixing and encapsulation effect of CO 2 through accelerated carbonation according to the present invention. As shown in Figure 1, the present invention incineration of household waste, select the bottom ash of the incineration ash, particle size separation of the selected bottom ash, 0.15 mm or less of flooring material and water mixing, mixed flooring material is injected into the high-speed carbonation reactor, As a procedure of carbonation reaction by injecting carbon dioxide, heavy metal stabilization method by immobilization and encapsulation of carbon dioxide by accelerated carbonation reaction at low moisture content is performed in municipal waste incineration bottom ash.
본 발명은 일관점에서 상기 소각재를 비산재와 소각재로 나눈 후 바닥재를 대상으로 하여 입도 분리한 후 0.15mm 이하의 바닥재를 선택하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the incineration ash is divided into fly ash and incineration ash at a consistent point, and after the particle size is separated for the floor ash to select a flooring material of less than 0.15mm.
도 2는 입자 크기에 따른 생활폐기물 바닥재의 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다. 도면에서는 에틀링자이트(ettringite: Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O), 하이드로칼루마이트(hydrocalumite: Ca6Al2(OH)12Cl·7H2O: 1897년 Friedel에 의하여 처음 언급된 friedel's salt의 일반명이 hydrocalumite 이다.), 포틀란다이트(portlandite: Ca(OH)2)의 XRD peak을 나타내고 있다. 상기 XRD peak을 나타내는 물질들은 CO2와 쉽게 반응하며, 바닥재의 고속탄산화를 관여하는 메인 물질이다. 도 2에 도시된 바와 같이 입도가 작을수록 이러한 물질이 매우 많이 존재하는 것을 알 수 있다. Figure 2 is a graph showing the XRD pattern of household waste flooring according to the particle size. In the drawings teulring ZUID (ettringite: Ca 6 Al 2 ( SO 4) 3 (OH) 12 · 26H 2 O), dihydro Kalou mite (hydrocalumite: Ca 6 Al 2 ( OH) 12 Cl · 7H 2 O: 1897 nyeon Friedel's salt first mentioned by Friedel is hydrocalumite.) And XRD peaks of portlandite (Ca (OH) 2 ). The material showing the XRD peak is a main material that easily reacts with CO 2 and is involved in high-speed carbonization of the flooring material. As shown in FIG. 2, the smaller the particle size, the more numerous these materials are present.
도 3은 입자 크기에 따른 생활폐기물 바닥재 내 염소의 총 용량과 난용성 염과 가용성 염의 함량 비율을 나타낸 그래프이다. 한편, 도 3은 프리델 염 (Friedel's salt)의 양을 입도에 따라 나타낸 것이다. 프리델 염 (Friedel's salt)은 난용성 염으로써 물에 용해되지 않는 염화물이다. 도 3에 도시된 바와 같이 작은 입도에서 전체 염화물(난용성 염화물과 가용성 염화물의 합계)의 함량이 커지며, 난용성 염화물의 비율 또한 커짐을 알 수 있다.3 is a graph showing the total capacity of chlorine and the content of poorly soluble salts and soluble salts in the household waste floor according to the particle size. On the other hand, Figure 3 shows the amount of Friedel's salt (Friedel's salt) according to the particle size. Friedel's salt is a poorly soluble salt that is insoluble in water. As shown in FIG. 3, it can be seen that the content of total chloride (the sum of poorly soluble chloride and soluble chloride) increases at a small particle size, and the ratio of poorly soluble chloride also increases.
도 4는 입자 크기에 따른 생활폐기물 바닥재의 크롬(Cr) 총 함량과 용출량을 나타낸 그래프이다. 함수율은 입도의 크기와 큰 연관성이 없지만 용출량은 입도가 작을수록 커짐을 알 수 있다.Figure 4 is a graph showing the total content and elution of chromium (Cr) of household waste flooring according to the particle size. The water content is not strongly related to the size of the particle size, but it can be seen that the amount of elution increases as the particle size decreases.
입자크기가 입경 0.15mm 이하의 바닥재가 화학적으로 불안정하기 때문에 바닥재 재활용에 걸림돌이 되고 있으며 중금속 오염을 일으킬 소지가 높다. 따라서 입자크기가 입경 0.15mm 이하의 바닥재를 안정화시킴으로써 바닥재의 재활용이 가능해 질 수 있다.Floor materials with a particle size of 0.15mm or less are unstable chemically, which is an obstacle to floor recycling, and is likely to cause heavy metal contamination. Therefore, the flooring can be recycled by stabilizing the flooring having a particle size of 0.15 mm or less.
도 3과 도 4를 결합하여 보면 소각 바닥재의 입경 0.6mm 이하의 바닥재는 본 발명의 가속탄산화 대상 소각 바닥재가 될 수 있다. Combining Figure 3 and Figure 4, the bottom ash having a particle diameter of 0.6mm or less of the incineration bottom ash may be the accelerated carbonation incineration bottom ash of the present invention.
본 발명에 있어서, 상기 소각재는 물과 고액비(water/solid : dm3/kg) 0.1 내지 1로 바람직하게는 0.3으로 혼합하는 것을 특징으로 한다. 물과 소각재를 혼합하는 것에 의해 하기식에서와 같이 소각재에서 포틀란다이트(portlandite) 생성에 영향을 미친다.In the present invention, the incineration ash is characterized in that the mixture of water and solids ratio (water / solid: dm 3 / kg) 0.1 to 1, preferably 0.3. Mixing water and incineration affects the formation of portlandite in the incineration, as in the following equation.
(1) CaO + H2O → Ca(OH)2 (1) CaO + H 2 O → Ca (OH) 2
또한 물과 소각재의 혼합 (water cooling process)은 에틀링자이트(ettringite)와 하이드로칼루마이트(hydrocalumite)의 생성에도 영향을 미친다. 다양한 pH 조건에서 생성된 에틀링자이트의 형태와 특성이 선행문헌 D. Damidot and F. P. Glasser: Cement Concrete Res. 22 (1992) 1179-1191 와 D. Damidot and F. P. Glasser: Cement Concrete Res. 23 (1992) 1195-1204 및 R. B. Perkins and C. D. Palmer: Geochim. Cosmochim. Acta. 63 (1999) 1969-1980 에 보고된 바 있다. 상기 선행문헌에 보고된 바에 의하면 에트링자이트의 안정화된 범위는 pH 10.5 내지 13일 때이다. 또한 하기식과 같이 50℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 황산염(mono sulfate)을 통해 상기 에트링자이트의 형성이 촉진된다.The mixing of water and incineration (water cooling process) also affects the production of etlingite and hydrocalumite. The morphology and properties of ettlingite produced under various pH conditions are described in D. Damidot and F. P. Glasser: Cement Concrete Res. 22 (1992) 1179-1191 and D. Damidot and F. P. Glasser: Cement Concrete Res. 23 (1992) 1195-1204 and R. B. Perkins and C. D. Palmer: Geochim. Cosmochim. Acta. 63 (1999) reported in 1969-1980. As reported in the prior document, the stabilized range of ettringite is at pH 10.5 to 13. In addition, the formation of the ettringite is promoted through monosulfate at a relatively low temperature of 50 ° C. or below, as shown in the following equation.
(2) 6Ca2++2Al3+ +3SO4 2- +38H2O → 12H+ +Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O (2) 6Ca 2+ + 2Al 3+ + 3SO 4 2+ 38H 2 O → 12H + + Ca 6 Al 2 (SO 4) 3 (OH) 12 · 26H 2 O
하이드로칼루마이트는(hydrocalumite)는 Ca-Al-Cl 시스템(system)이 65℃일 때 pH가 11.5 이상의 조건에서 하기식 (3)과 같이 생성된다. Hydrocalumite is produced as shown in Equation (3) under conditions of pH 11.5 or more when the Ca-Al-Cl system is 65 ° C.
(3) 2Ca2+ + Al3+ + Cl- + 13H2O → 6H+ + Ca6Al2(OH)12Cl·7H2O (3) 2Ca 2+ + Al 3+ + Cl - + 13H 2 O → 6H + + Ca 6 Al 2 (OH) 12Cl · 7H 2 O
도 8은 캡슐화 머케니즘을 나타낸 도면이다.8 shows an encapsulation mechanism.
본 발명에서 함수율 (dm3/kg)은 일시예로서 물과 입자크기 0.15mm 이하 생활폐기물 바닥재와의 비율을 의미하여, 함수율 0.3으로 고속탄산화 반응을 하게 되면 도 8 도시된 바와 같이 생활폐기물 바닥재 표면은 얇은 물 층(Water layer)으로 만들어 지게 된다. CO2 가스를 주입하였을 경우 CO2는 상기 물 층에 녹게 되며, 녹은 CO2는 바닥재 안에 존재하는 에틀링자이트(ettringite), 프리델 염(Friedel's salt), 포틀란다이트(Portlandite)와 반응을 하게 된다. 탄산화 반응에 의해 3가지 물질이 분해되면서 칼사이트(calcite: CaCO3)와 집섬(gypsum : CaSO42H2O) 그리고 비정질의 알루미늄 화합물(Al-compound)이 상기 물 층에 형성되며 물 층을 따라서 생활폐기물 바닥재 입자 표면에 캡슐막이 형성되게 된다. 즉 상기 형성된 비정질의 알루미늄 화합물 등으로 인하여 캡슐화(ecapsulation effect) 효과를 얻을 수 있게 된다.In the present invention, the moisture content (dm 3 / kg) means a ratio between water and a household waste floor material having a particle size of 0.15 mm or less as a temporary example, and when the high-speed carbonation reaction is performed at a moisture content of 0.3, the surface of the household waste floor material is shown in FIG. 8. Is made of a thin water layer. When CO 2 gas is injected, CO 2 is dissolved in the water layer, and the melted CO 2 reacts with etlingite, Friedel's salt and Portlandite in the bottom ash. do. As the three substances are decomposed by the carbonation reaction, calcite (CaCO 3 ), gypsum (CaSO 4 2H 2 O), and an amorphous aluminum compound (Al-compound) are formed in the water layer and along the water layer. The capsule film is formed on the surface of the household waste floor material. That is, the encapsulation effect can be obtained due to the formed amorphous aluminum compound.
도 9는 캡슐화 효과가 크롬의 용출량에 미치는 결과에 대해 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing the results of the encapsulation effect on the elution amount of chromium.
본 발명에서 고액비 즉 함수율 0.3으로 조절하여 캡슐화한 효과는 높은 함수율에서 나타난 중금속의 용출량에 비해 현저히 안정화시키는 효과를 나타낸다.In the present invention, the effect of encapsulation by adjusting the high liquid ratio, that is, the water content of 0.3, shows a significant stabilizing effect compared to the amount of heavy metals eluted at high water content.
본 발명은 상기 물과 혼합된 소각재에 별도의 환원제를 포함하지 아니하고, 이산화탄소(30%)가스를 1L/min의 속도로 20분 내지 240분 동안 가속탄산화 반응 시키는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized in that the incineration ash mixed with water does not include a separate reducing agent, and accelerates carbon dioxide (30%) gas for 20 minutes to 240 minutes at a rate of 1 L / min.
도 5는 반응 시간에 따른 탄산화 반응 전과 후의 생활폐기물 바닥재의 XRD 패턴(Pattern)을 나타낸 그래프이다. 이때 반응 온도는 20℃이며 고액비(water/solid : dm3/kg)는 0.3이고 소각재의 입자크기는 0.15mm 이하이다. 탄화반응은 이산화탄소가 3O부피%인 인큐베이션 챔버(incubatioin chamber)에서 반응 시간 15분 후에 에트링자이트와 포틀란다이트 및 프리델 염(Fridel's salt) 피크(peak)가 존재하다 시간이 점차 흐를수록 상기 피크는 사라지고, 칼사이트(calcite)의 형성은 촉진되는 것을 알 수 있다. 5 is a graph showing the XRD pattern (Pattern) of the domestic waste flooring material before and after the carbonation reaction according to the reaction time. At this time, the reaction temperature is 20 ℃, the solid-liquid ratio (water / solid: dm 3 / kg) is 0.3 and the particle size of the incineration ash is 0.15mm or less. The carbonization reaction occurs in the incubation chamber with 30% carbon dioxide by 15 minutes after the reaction time of ettringite, portlandite and Friedel's salt peaks. Disappears, and the formation of calcite is found to be accelerated.
즉 바닥재의 알칼리성 용액에서 용해도 평형이었던 수산화칼슘(Ca(OH)2 )의 피크는 탄산화과정을 통해 감소했고, 특히 하이드로칼루마이트(hydrocalumite)의 분해가 탄산화 반응 30분 내지 60분 사이에 일어났다. 반면 존재하지 않던 결정형 집섬(gypsum) CaSO4이 반응시간 30분 후에 형성되었으며, 탄산화반응시간이 증가할수록 증가 되었다. That is, the peak of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), which was the solubility equilibrium in the alkaline solution of the bottom ash, decreased through the carbonation process, in particular, decomposition of hydrocalumite occurred between 30 minutes and 60 minutes. On the other hand, non-existent crystalline gypsum CaSO 4 was formed after 30 minutes of reaction time and increased with increasing carbonation time.
도 6은 탄산화 반응 시간에 따른 생활폐기물 바닥재의 Al, Ca, Cl 및 Cr의 용출 농도와 pH를 나타낸 그래프이다. 즉 Cr의 용출 거동을 말해주는 데이타 이다. 바닥재에 존재하는 에틀링자이트(ettringite)는 크롬과의 치환율이 매우 크다. 바닥재에서 에틀링자이트(ettringite)가 생성될 때 많은 양의 크롬을 치환하기 때문에 에틀링자이트(ettringite) 안에는 많은 양의 크롬이 존재하게 된다. 그래프에서 보면 초기 탄산화 반응에서 Ca와 Al의 용출량이 증가하게 되는데 이는 에틀링자이트(ettringite)가 분해됨을 나타내는 것이다. 에틀링자이트(ettringite)가 분해됨에 따라 치환되어 있던 크롬이 떨어져 나와 용출량이 증가하게 되는 것이다. 때문에 웨더링(weathering)처리 시 크롬의 용출량 증가를 나타내게 된다. 하지만 본 발명에서의 가속탄산화는 탄산화 반응 속도를 매우 빠르게 일으키기 때문에 크롬 용출량이 처음엔 증가 하지만 추후 감소하게 된다. 그래프를 보면 급격히 크롬(Cr)의 용출량이 증가하지만 점점 감소됨을 확인할 수 있다. 이는 에틀링자이트(ettrigite)의 분해 후 발생되는 비정질의 알루미늄 화합물(Al-compound)이 매우 높은 흡착 특성을 가지고 있으며, 또한 크롬의 흡착능력도 매우 크기 때문에 중금속의 용출량은 점점 감소하게 되는 것이다.Figure 6 is a graph showing the elution concentration and pH of Al, Ca, Cl and Cr of household waste floors according to the carbonation reaction time. That is, the data telling the dissolution behavior of Cr. Ettringite present in the flooring has a very high substitution rate with chromium. There is a large amount of chromium in ettringite because it replaces a large amount of chromium when ettringite is produced in the bottom ash. In the graph, the elution of Ca and Al increases in the initial carbonation reaction, indicating that the etlingite is decomposed. As ettringite decomposes, the substituted chromium is released and the elution amount is increased. This results in an increase in the elution of chromium during the weathering treatment. However, the accelerated carbonation in the present invention causes the carbonation reaction rate very fast, so that the amount of chromium elution increases initially but decreases later. Looking at the graph, it can be seen that the elution amount of chromium (Cr) rapidly increases but decreases gradually. This is because the amorphous aluminum compound (Al-compound) generated after decomposition of ettrigite has very high adsorption characteristics, and the adsorption capacity of chromium is also very high, so that the elution amount of heavy metals gradually decreases.
따라서 탄산화 반응 15분까지 CO2와 반응한 에틀링자이트(ettringite)는 빠르게 분해되며 크롬의 용출량을 증가시키게 된다. 하지만, 고속탄산화 반응 30분 이후에는 크롬의 용출량이 감소하게 된다. 이러한 크롬의 안정화는 크게 두가지로 생각할 수 있다. 첫째, 탄산화 반응에 의해 pH는 감소되며 용해도가 낮추어 지거나 난용성의 크롬 탄산화물을 형성시키기 때문이다. 두번째로 가장 영향성이 큰 이유인, 탄산화 반응에 의해 형성된 비정질의 알루미늄 화합물(Al-compound)는 크롬과 높은 친화력이 있어 흡착성이 매우 뛰어나기 때문이며, 특히 캡슐화 효과(encapsulation effect)로 이러한 효과를 더욱 높일 수 있기 때문이다.Therefore, the ettringite reacted with CO2 up to 15 minutes of carbonation reaction is rapidly decomposed and increases the elution amount of chromium. However, the elution amount of chromium decreases after 30 minutes of the fast carbonation reaction. The stabilization of chromium can be thought of in two ways. First, the pH is reduced by the carbonation reaction, so that the solubility is lowered or forms poorly soluble chromium carbonate. Second, the most influential reason is that the amorphous aluminum compound (Al-compound) formed by the carbonation reaction has a high affinity with chromium and thus has a very high adsorption property. In particular, the encapsulation effect makes this effect more effective. Because it can increase.
도 7은 생활폐기물 바닥재의 탄화 반응 속도에 온도가 미치는 영향을 나타낸 그래프이다. 실시예 2에서 구체적인 실험결과를 기재한다. Figure 7 is a graph showing the effect of temperature on the carbonization reaction rate of domestic waste flooring. In Example 2, specific experimental results are described.
도 10은 캡슐화 효과를 얻기 위한 가속탄산화의 실험 방법에 관한 도면이다. 물이 함유된 소각 바닥재를 상기 탄산화 반응기에 혼합물의 두께 (b)와 상기 탄산화 반응기 직경 (a)를 2>b/a>3의 비율로 하여 펼친 후 농도가 30%인 이산화탄소 가스를 0.1L/min으로 주입하고, 온도 베슬을 통해 온도를 20~40℃로 맞추어 정해진 탄산화 반응 시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 한다. 10 is a view of an experimental method of accelerated carbonation for obtaining an encapsulation effect. The incineration bottom ash containing water was spread in the carbonation reactor at the ratio of the thickness (b) and the carbonation reactor diameter (a) at a ratio of 2> b / a> 3, and the concentration of 30% carbon dioxide gas was 0.1L / min, and the temperature is adjusted to 20-40 ° C. through a temperature vessel, characterized in that the reaction for a predetermined carbonation reaction time.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예 1Example 1
생활폐기물 바닥재의 입자크기에 따라서 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 크롬(Cr)의 용출량을 확인하였으며, 특히 난용성 염인 하이드로칼루마이트칼슘(Ca), 에클링자이트, 포틀란다이트의 함량을 확인하여 입도 분리하였다. 가장 환경적으로 문제가 되고 탄산화 반응에 적절한 입도인 0.15mm 이하의 바닥재를 선택하여 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 염소(Cl)의 용출 그리고 pH가 측정되었다. The elution amount of calcium (Ca), aluminum (Al), and chromium (Cr) was checked according to the particle size of the household waste flooring material. Especially, the content of hydrocalcium calcium (Ca), ecklingite, and portlandite, which are poorly soluble salts, It was confirmed that the particles were also separated. The elution and pH of aluminum (Al), chromium (Cr), and chlorine (Cl) were measured using a flooring material of 0.15 mm or less, the most environmentally problematic and suitable particle size for the carbonation reaction.
생활폐기물 바닥재는 한국의 광명시 지역에서 회수된 재료를 분함류량이 60중량%가 되도록 침수시켜 수분으로 전체 생활폐기물 바닥재를 냉각시킨 후 105℃ 온도에서 24시간 동안 건조한 후 자력선별기를 통하여 철 등 금속성분을 제거하며, 이어서 4.75mm, 2.36mm, 1.18mm, 0.6mm, 0.3mm 그리고 0.15mm의 입자크기로 체분리한 결과 아래 표와 같은 결과를 얻었다. The household waste flooring material is submerged to collect 60% by weight of materials recovered from the Gwangmyeong-si area of Korea, and then cools the entire household waste flooring material with moisture, and then it is dried at 105 ℃ for 24 hours and then metal components such as iron through magnetic separator. Then, the sieve was separated into particle sizes of 4.75 mm, 2.36 mm, 1.18 mm, 0.6 mm, 0.3 mm, and 0.15 mm, and the results as shown in the following table were obtained.
표 1에 기재된 바와 같이 규소(Si)와 칼슘(Ca) 및 알루미늄(Al)이 풍부한 것을 알 수 있다. 규소(Si)는 상기 생활폐기물 바닥재의 입자 크기가 커지면서 그 함량도 증가가 되지만 칼슘(Ca)과 알루미늄(Al)은 상기 생활폐기물 바닥재의 입자 크기가 커지면서 그 함량이 감소 된다. 즉 탄산화에 관여하는 칼슘(Ca) 및 알루미늄(Al)이 작은 입도에서 많이 분포됨을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that silicon (Si), calcium (Ca) and aluminum (Al) are rich. Silicon (Si) increases as the particle size of the household waste flooring increases, but calcium (Ca) and aluminum (Al) decrease as the particle size of the household waste flooring increases. That is, it can be confirmed that calcium (Ca) and aluminum (Al), which are involved in carbonation, are distributed at a small particle size.
표 1
Particle size(mm) Elements
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O P2O5 ZnO
+4.75(+4mesh) 56.35 5.82 5.87 1.3 11.44 5.45 1.06 2.53 0.42
4.75/2.36(4-8mesh) 49.98 8.09 10.05 1.71 18.37 3.99 1.29 6.58 1.17
2.36/1.18(8-16mesh) 26.57 9.84 11.31 1.79 20.63 2.42 1.51 6.24 1.00
1.18/0.6(16-30mesh) 22.90 10.79 10.86 1.67 21.65 2.43 1.57 5.42 1.06
0.6/0.3(30-50mesh) 20.06 10.69 7.51 1.74 23.60 2.10 1.57 6.08 1.07
0.3/0.15(50-100mesh) 15.50 11.39 5.76 2.03 25.92 2.34 1.56 6.59 1.15
-0.15/0.075(-100mesh) 10.15 11.47 3.93 2.41 28.10 2.54 1.51 4.62 116
Table 1
Particle size (mm) Elements
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O 5 ZnO
+4.75 (+ 4mesh) 56.35 5.82 5.87 1.3 11.44 5.45 1.06 2.53 0.42
4.75 / 2.36 (4-8mesh) 49.98 8.09 10.05 1.71 18.37 3.99 1.29 6.58 1.17
2.36 / 1.18 (8-16mesh) 26.57 9.84 11.31 1.79 20.63 2.42 1.51 6.24 1.00
1.18 / 0.6 (16-30mesh) 22.90 10.79 10.86 1.67 21.65 2.43 1.57 5.42 1.06
0.6 / 0.3 (30-50mesh) 20.06 10.69 7.51 1.74 23.60 2.10 1.57 6.08 1.07
0.3 / 0.15 (50-100mesh) 15.50 11.39 5.76 2.03 25.92 2.34 1.56 6.59 1.15
-0.15 / 0.075 (-100mesh) 10.15 11.47 3.93 2.41 28.10 2.54 1.51 4.62 116
상기 생활폐기물 바닥재는 고속탄화처리 전과 후의 생활폐기물 바닥재가 이용되었고, 생활폐기물 바닥재를 포함하는 고액비는 0.3 dm3/kg이고 상기 액체는 CO2 가스를 주입하여 탄산화 반응에 의해 5.8 내지 6.3의 pH 값으로 조절하였다. 상기 탄산화반응 후 침출수로부터 생활폐기물 바닥재는 0.5㎛의 미세구성을 갖는 멤브레인 필터로 걸러졌다. 침출수 속의 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 및 염소(Cl)의 농도와 pH의 측정은 각각 inductively coupled plasma, atomic emission spectrometry (OPTIMA 5300DV, Perkin Elmer), ion chromatography (ICS-1500, Dionex), 와 pH electrode (SN5135011)에 의해 수행되었다. The municipal waste flooring material was used before and after the high-speed carbonization treatment, the solid waste ratio including the domestic waste flooring is 0.3 dm 3 / kg and the liquid is injected with CO 2 gas to pH of 5.8 to 6.3 by carbonation reaction The value was adjusted. After the carbonation reaction, the domestic waste floor was filtered from the leachate into a membrane filter having a microstructure of 0.5 μm. The concentration and pH of calcium (Ca), aluminum (Al), chromium (Cr) and chlorine (Cl) in leachate were measured by inductively coupled plasma, atomic emission spectrometry (OPTIMA 5300DV, Perkin Elmer) and ion chromatography (ICS-1500). , Dionex), and pH electrode (SN5135011).
도 4는 입자 크기에 따른 생활폐기물 바닥재의 크롬(Cr) 총 함량과 용출량을 나타낸 그래프이다. 함수율은 입도의 크기와 큰 연관성이 없지만 용출량은 입도가 작을수록 커짐을 알 수 있다.Figure 4 is a graph showing the total content and elution of chromium (Cr) of household waste flooring according to the particle size. The water content is not strongly related to the size of the particle size, but it can be seen that the amount of elution increases as the particle size decreases.
실시예 2Example 2
도 5는 입자 크기가 0.15mm 이하인 생활폐기물 바닥재를 CO2 인큐베이션 챔버에 넣고 30%의 CO2 분위기에서 반응온도 20도, 30도 및 40도에서 탄산화 반응 0분에서 240분까지 반응시간을 달리하면서 샘플을 채취하여, 바닥재의 광물학적 형태를 측정하기 위해 반응시간에 따라 채취된 샘플을 x-ray diffractometer (PW3040/00, Philips)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a municipal waste floor material having a particle size of 0.15 mm or less, placed in a CO 2 incubation chamber while varying the reaction time from 0 to 240 minutes of carbonation reaction at 20 ° C., 30 ° C. and 40 ° C. in a 30% CO 2 atmosphere. In order to measure the mineral form of the flooring, the sample taken according to the reaction time was measured using an x-ray diffractometer (PW3040 / 00, Philips).
또한 도 7은 탄화된 생활폐기물 바닥재 내 CO2 흡수 정도를 확인하기 위해 열적 특성을 탄산화 전과 후의 생활폐기물 바닥재 샘플을 thermo gravimetric/differential thermal analysis (TG/DTA, Shimadzu, DTG-60H)를 이용하여 분석하였다. 탄화 전과 후의 생활폐기물 바닥재의 분석결과를 통해 CO2 고용량을 추측하였다. 또한 생활폐기물 바닥재의 탄화 반응 속도에 온도가 미치는 영향을 나타낸 그래프이다. 즉 온도와 반응시간에 따라서 고형화된 CO2의 량에 대해 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이 그래프를 보면 온도가 높을수록 탄산화 반응의 속도는 증가하며, 탄산화 반응 초기에는 온도가 증가함에 따라 CO2의 고형화 속도가 증가하지만 시간이 지남에 따라 고형화되는 CO2의 양은 20℃에서 가장 많은 고형화를 보였다. 이는 높은 온도에서 반응 속도가 증가함에 따라 표면반응을 빠르게 진행시키며 캡슐화 효과를(Encapsulation Effect) 증대시키고 상기 빠르게 캡슐화 진행된 표면 때문에 CO2가 입자 안으로 확산 되는 것도 더욱 빨리 억제된다. 따라서 온도가 20℃일 경우 0.15mm 이하의 생활폐기물 바닥재에 고형화되는 CO2양은 240min 이후에 35.4 g/kg의 값을 나타낸다. 이는 온도가 20℃에서 ANC 값인 약 38.4 g/kg의 값에 근접하게 된다. 참고로 ANC 값은 생활폐기물 바닥재가 CO2를 포집할 수 있는 최대량이다. 본 발명에서 ANC는 산중화용적 실험으로 바닥재가 pH 7이 될 때까지 염산을 첨가하여 첨가된 염산량을 이용하여 염산과 반응된 물질의 량을 계산하는 방식이다. 반응된 물질은 여기서는 에틀링자이트(ettringite), 프리델염(Friedel's salt), 포틀란다이트(Potlandite)로 규정하였다. In addition, Figure 7 is a thermal gravimetric analysis before and after carbonation to determine the degree of CO 2 absorption in the carbonized household waste floor using thermo gravimetric / differential thermal analysis (TG / DTA, Shimadzu, DTG-60H) It was. The CO 2 high capacity was estimated through the analysis results of the domestic waste floor before and after carbonization. It is also a graph showing the effect of temperature on the carbonization reaction rate of domestic waste flooring. That is, the amount of CO 2 solidified according to the temperature and reaction time is shown. As shown in FIG. 7, as the temperature increases, the rate of carbonation increases as the temperature increases, and the rate of solidification of CO 2 increases with increasing temperature at the beginning of the carbonation reaction, but the amount of CO 2 that solidifies over time is 20 The most solidification was shown at ℃. This accelerates the surface reaction as the reaction rate increases at higher temperatures, increases the encapsulation effect, and inhibits CO 2 diffusion into the particles faster because of the rapidly encapsulated surface. Therefore, when the temperature is 20 ℃, the amount of CO 2 solidified in the household waste floor material of 0.15 mm or less shows a value of 35.4 g / kg after 240 min. This is close to the value of about 38.4 g / kg, the ANC value at 20 ° C. For reference, the ANC value is the maximum amount of municipal waste floor that can capture CO 2 . In the present invention, ANC is an acid neutralization volume experiment in which the amount of the material reacted with hydrochloric acid is calculated by adding hydrochloric acid until the bottom ash reaches pH 7. The reacted material is defined here as ettringite, Friedel's salt and Portlandite.
이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 첨가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.The specific parts of the present invention have been described in detail above, and for those skilled in the art, these specific descriptions are merely preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. Will be obvious. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their additives.
본 발명에 따른 생활폐기물 소각바닥재의 중금속 안정화 방법은, 탄산화 반응을 통하여 입도분리된 소각바닥재에 CO2의 회수와 고속탄산화에 의한 캡슐화에 의해 중금속을 안정화시킴으로써 소각 바닥재를 안전하게 재활용할 수 있어 친환경적인 방법일 뿐 아니라 별도의 환원제를 사용하지 않고도 소각 바닥재를 안정화하여 재활용할 수 있으며, 이와 같은 방법을 통하여 전체 바닥재의 재활용에 문제가 되어 온 입경 0.15mm 이하의 미세분말 바닥재를 고속탄산화함으로써 전체 바닥재의 재활용이 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.The method for stabilizing heavy metals of municipal waste incineration bottoms according to the present invention is to stabilize the heavy metals by recovering CO 2 and encapsulation by high-speed carbonation in the particle size separated incineration bottoms through a carbonation reaction, thereby safely recycling the incineration bottoms. It is not only a method but also stabilization and recycling of incinerated flooring without the use of a separate reducing agent. Through this method, the fine powder flooring having a particle size of 0.15mm or less, which has been a problem for the recycling of the entire flooring material, can be quickly carbonized. It is to provide a technology that enables recycling.

Claims (8)

  1. 다음 단계를 포함하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속을 안정화하는 방법.:A method for stabilizing heavy metals by accelerating carbonation of domestic waste incineration bottoms, comprising the following steps:
    (a)생활폐기물을 소각한 후 소각재를 생성하는 단계;(a) generating an incineration ash after incineration of domestic waste;
    (b)상기 소각재를 비산재와 소각재로 나눈 후 바닥재를 대상으로 하여 입도 분리한 후 0.6mm 이하의 바닥재를 선택하는 단계;(b) dividing the incineration ash into fly ash and incineration ash and then separating the particle size from the bottom ash and selecting a floor ash of 0.6 mm or less;
    (c)상기 0.6mm 이하의 바닥재를 물과 고액비 0.3dm3/kg으로 혼합하는 단계; (c) mixing the flooring material having a thickness of 0.6 mm or less at 0.3 dm 3 / kg with water and a solid ratio;
    (d)상기 물과 혼합된 소각재에 별도의 환원제를 포함하지 아니하고 고속 탄산화 반응기에서 이산화탄소 가스를 0.5~2L/min의 속도로 20분 내지 240분 동안 탄산화 반응시키는 단계.(d) carbonizing the carbon dioxide gas for 20 minutes to 240 minutes at a rate of 0.5 ~ 2L / min in a high-speed carbonation reactor without including a separate reducing agent in the incineration material mixed with water.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소각재의 입자 크기는 0.15㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속을 안정화하는 방법.The method of claim 1, wherein the particle size of the incineration ash is 0.15 mm or less, characterized in that the method for stabilizing heavy metals by accelerated carbonation reaction in the municipal waste incineration bottom ash.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 가스는 30부피%인 것을 특징으로 하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속을 안정화하는 방법.The method of claim 1, wherein the carbon dioxide gas is a method for stabilizing heavy metals by accelerated carbonation reaction of the municipal waste incineration bottom ash, characterized in that 30% by volume.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 가스는 15 ~ 40부피%인 것을 특징으로 하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속을 안정화하는 방법.[Claim 2] The method of claim 1, wherein the carbon dioxide gas is accelerated carbonation reaction of the municipal waste incineration bottom ash, characterized in that 15 to 40% by volume.
  5. 제1항에 있어서, 이산화탄소 유속은 1L/min 인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속을 안정화하는 방법.The method of claim 1, wherein the carbon dioxide flow rate is 1L / min characterized by stabilizing heavy metals by accelerated carbonation reaction in the municipal waste incineration bottom ash.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소각재는 중금속 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 생활폐기물 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속을 안정화하는 방법.The method of claim 1, wherein the incineration ash comprises heavy metal Cr to stabilize the heavy metal by accelerated carbonation reaction of the municipal waste incineration bottom ash.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서 소각재는 수분 60%로 함유시킨 후 105℃의 온도에서 24시간 동안 건조처리시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응하여 중금속 안정화 방법.The method for stabilizing heavy metals according to claim 1, wherein the incineration ash is contained by 60% of moisture and dried at a temperature of 105 ° C. for 24 hours. .
  8. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계에서 탄산화 반응 온도는 20℃인 것을 특징으로 하는 생활폐기물 소각 바닥재를 가속탄산화 반응에 따른 중금속 안정화 방법.The method of claim 1, wherein the carbonation reaction temperature in step (d) is a heavy metal stabilization method according to the accelerated carbonation reaction of the municipal waste incineration bottom ash, characterized in that 20 ℃.
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