WO2023043185A1 - 독성 폐기물의 처리 공정 및 처리 장치 - Google Patents

독성 폐기물의 처리 공정 및 처리 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a process and apparatus for treating toxic waste, and more particularly to a process and apparatus for removing toxic substances from toxic waste with high efficiency.
  • Toxic waste solids can be treated to remove and reduce toxicity through high-temperature incineration at the level of 1,200 ° C, but it has several limitations. Typically, due to problems such as high energy and facility costs, resynthesis of toxic substances due to incomplete combustion and interaction with dust generated during incineration, air pollutants such as NOx/SOx and large amounts of CO2 emissions, high-temperature incineration is It can no longer be a sustainable method for the disposal of toxic waste solids.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide an environmentally friendly treatment process and treatment apparatus for toxic waste capable of achieving a high toxic removal rate from waste having a high concentration of toxic components.
  • An exemplary embodiment of the present invention is a temperature raising step of heating the toxic waste solid at a heating rate of 5 ° C./min or less on average to a heat treatment temperature selected from 300 ° C. to 600 ° C.; and a heat treatment step of heat-treating the toxic waste solid at the heat treatment temperature.
  • the temperature of the toxic waste solid is raised to a heat treatment temperature selected from 300 ° C to 600 ° C, but when the temperature of the toxic waste solid is 200 ° C or higher, the heating rate is adjusted to an average of 5 ° C / min or less. step; and a heat treatment step of heat-treating the toxic waste solid at the heat treatment temperature.
  • heat may be supplied to the toxic waste solid by dividing the temperature range from the temperature raising step to the heat treatment step into six or more zones.
  • the toxic waste treatment process of the above embodiments may further include a heat treatment step of performing the toxic waste solid at 200 ° C. or lower before the temperature raising step.
  • the toxic waste solids of the above embodiments may have a toxic concentration of 10,000-200,000 pg I-TEQ/g.
  • the content of OCDF (octachlorinated dibenzofuran) and OCDD (octachlorinated dibenzodioxin) among toxic PCDF (polychlorinated dibenzofuran) and PCDD (polychlorinated dibenzodioxin) contained in the toxic waste solids of the above embodiments is 90 wt% or more.
  • the process of treating toxic waste of the above embodiments further includes introducing a coagulant into the toxic wastewater before the temperature raising step, and separating solids and liquids in a flotation tank to form toxic waste solids. .
  • the toxic waste treatment process of the above embodiments further includes at least one of a dehydration step, a particle size or component control step, a crushing or crushing step, and a drying step after forming the toxic waste solid. do.
  • the toxic waste treatment process of the above embodiments further includes removing toxic components from by-product gas generated in the heat treatment step.
  • One embodiment of the present invention is a toxic waste treatment device comprising a continuous rotary furnace reactor,
  • the continuous rotary furnace reactor includes a body for generating by-product gases and harmless samples by pyrolyzing waste solids; a waste solid supply unit supplying the waste solid to the inside of the reactor in the continuous rotary furnace; A sample outlet for discharging the harmless sample from the main body and a plurality of heating units for supplying heat to the main body;
  • the heating unit heats the waste solid from the waste solid supply unit in the direction of the sample discharge port to a heat treatment temperature selected from 300 ° C to 600 ° C at an average heating rate of 5 ° C / min or less. .
  • Another embodiment of the present invention is a toxic waste treatment device comprising a continuous rotary furnace reactor,
  • the continuous rotary furnace reactor includes a body for generating by-product gases and harmless samples by pyrolyzing waste solids; a waste solid supply unit supplying the waste solid to the inside of the reactor in the continuous rotary furnace; A sample outlet for discharging the harmless sample from the main body and a plurality of heating units for supplying heat to the main body;
  • the heating unit raises the temperature from the waste solid supply unit in the direction of the sample outlet to the heat treatment temperature selected from 300 ° C to 600 ° C, and when the temperature of the waste solid is 200 ° C or higher, the heating rate is adjusted to an average of 5 ° C / min or less
  • An apparatus for treating toxic waste that raises the temperature is provided.
  • the main body of the exemplary embodiments may include six or more temperature zones in a direction from the waste solid supply unit to the sample discharge port, and the heating unit may supply heat to each of the temperature zones.
  • the temperature ranges of the exemplary embodiments may increase the temperature of the waste solid at an average rate of 5° C./min or less along the longitudinal direction of the main body.
  • a first temperature range closest to the waste solid supply unit among the temperature ranges of the above embodiments may have a set temperature of 200°C or less.
  • the temperature ranges of the above embodiments include a temperature increase period in which the temperature is raised to the pyrolysis temperature at an average rate of 5 ° C. / min or less from the waste solid supply unit to the sample discharge unit, and the pyrolysis temperature is maintained after the temperature increase period
  • a temperature holding period may be included.
  • the ratio of the diameter (d) and the length (L) of the body of the above embodiments may be 1:8 to 1:20.
  • a crushing device for pulverizing the waste solids before supplying the waste solids to the continuous rotary furnace reactor of the above embodiments may be further included.
  • the crushing device may be provided with two or more screws spaced apart.
  • the disintegration device may have a screw interval of 50 mm to 200 mm and a rotation speed of 120 RPM or less.
  • the toxic waste treatment apparatus of the above embodiments may include a condensation washer including at least one of a condensing unit condensing the by-product gas and a washing unit cleaning the by-product gas.
  • the toxic waste treatment apparatus of the above embodiments may further include a cooling device for receiving and cooling the harmless sample supplied from the sample outlet.
  • the toxic waste treatment apparatus of the above embodiments may further include a temperature measuring sensor for measuring temperatures of the temperature sections.
  • dechlorination, molecular destruction, and catalytic oxidation of toxic components are induced instead of evaporation through heat treatment temperature profile control, such as heat treatment temperature increase rate control, so that only heat treatment can produce ultra-high concentrations of waste.
  • heat treatment temperature profile control such as heat treatment temperature increase rate control
  • the toxic waste treatment process of the present invention can be performed under a nitrogen atmosphere and an atmosphere in which the concentration of oxygen is 21 vol% or less.
  • the reaction condition is a nitrogen atmosphere
  • the resynthesis of toxic PCDD and PCDF can be suppressed during and after the heat treatment process to effectively control the residual toxic concentration to a very low level, and the PCDF included in the by-product gas generated during the heat treatment process can be suppressed.
  • the average degree of chlorine substitution may be 5 to 6, and accordingly, post-processing after the heat treatment process may be facilitated.
  • the reaction condition is an oxygen concentration of 21 vol% or less, it is possible to achieve a high overall toxicity removal rate by inducing molecular destruction instead of dechlorination of toxic components.
  • the toxic removal efficiency of waste solids containing high concentration of toxic substances can be increased and toxic components can be prevented from being resynthesized.
  • waste solids may be continuously supplied from the disintegration device to the continuous rotary furnace reactor through the waste solid supply unit.
  • 1 is a processing flow chart illustrating a conventional toxic substance processing method.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus for treating toxic waste according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an apparatus for treating toxic waste according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a crushing device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • An exemplary embodiment of the present invention is a temperature raising step of heating the toxic waste solid at a heating rate of 5 ° C./min or less on average to a heat treatment temperature selected from 300 ° C. to 600 ° C.; and a heat treatment step of heat-treating the toxic waste solid at the heat treatment temperature.
  • Technologies for detoxifying solids containing toxic substances include thermal decomposition, thermal desorption, and high-temperature incineration.
  • the pyrolysis method is a technology developed and applied to remove toxic components remaining in small amounts in incineration ash after burning waste, and is a method of dechlorinating or thermally destroying toxic components in incineration ash through an appropriate level of heat treatment.
  • Thermal desorption and high-temperature incineration are technologies mainly applied to purify soil contaminated by toxic components. Toxins are removed from the soil by evaporation or thermal destruction by heating the contaminated soil above the vaporization temperature of the toxic components, followed by evaporation. The concept is to incinerate exhaust gases containing toxic components.
  • the toxic waste solid to which the present invention is applied is distinctly different from the sample to which the above two detoxification techniques are mainly applied.
  • Toxic waste solids to which the treatment process according to an exemplary embodiment of the present invention is applied has a moisture content of greater than 0 wt% and less than or equal to 90 wt%, and may be, for example, 30 wt% to 80 wt%.
  • the toxic waste solid has a very high concentration of toxic components compared to the above incineration ash or soil.
  • the toxic waste solid is pH 5-10.
  • the toxic waste solid to which the treatment process according to the embodiments of the present invention is applied is a highly toxic waste solid having a toxic concentration of 10,000-200,000 pg I-TEQ/g.
  • the toxic waste solid has a very different distribution of toxic substances (Dioxin's Congener) from general incineration ash or soil, and specifically has a very high ratio of OCDF and OCDD having a degree of chlorine substitution of 8.
  • the content of octachlorinated dibenzofuran (OCDF) and octachlorinated dibenzodioxin (OCDD) is 90 wt% or more.
  • the toxic waste solid may have a Cu content of 0 ppm to 10,000 ppm based on a dry sample having a water content of 1 wt% or less.
  • the toxic waste solid may have a Cl content of 0 ppm to 100,000 ppm based on a dry sample having a moisture content of 1 wt% or less.
  • the toxic waste solid may be wastewater sludge generated as a by-product of petrochemical processes.
  • the toxic removal efficiency is likely to be low or even more increased due to high water content, high toxic concentration, and OCDF / OCDD ratio. there is.
  • thermal decomposition is performed by heat treatment, but the rate of temperature increase from room temperature to heat treatment temperature is controlled so that toxic components are not evaporated and dechlorination, thermal destruction and catalyst are performed. It is possible to increase the toxicity removal rate by allowing it to be removed by oxidation.
  • the heating rate from the heating step to the heat treatment temperature is 5 °C/min on average, preferably 3.5 °C/min on average, more preferably 2.5 °C/min on average, and more preferably 2.5 °C/min on average.
  • the average temperature increase rate is a value calculated based on the temperature increase time during the entire temperature increase time.
  • heat may be supplied to the toxic waste solid by dividing the temperature range from the temperature raising step to the heat treatment step into six or more zones.
  • the set temperature of each zone is 200 ° C for the first zone, 250 ° C for the second zone, 300 ° C for the third zone, 350 ° C for the fourth zone, 400 ° C for the fifth zone, and 450 ° C for the sixth zone.
  • the heating rate can be adjusted to an average of 5°C/min.
  • the set temperature means a target temperature, and heat can be supplied differentially to raise the temperature to the set temperature of each zone.
  • the temperature of the waste solids can be raised to 200 ° C, and the waste solids can be heated from 200 ° C to 250 ° C while moving from the second zone to the third zone. there is.
  • the temperature section divided from the temperature raising step to the heat treatment step may include a temperature raising section and a temperature maintaining section.
  • Each of the temperature raising section and the temperature maintaining section may include one or more zones, and the temperature raising section preferably includes 6 or more temperature sections. At this time, heat for maintaining the set temperature is supplied to the temperature maintaining section.
  • the temperature raising section may be heated up to the pyrolysis temperature at a rate of 5° C./min or less, and the temperature maintenance section may maintain the increased pyrolysis temperature through the temperature raising section. And, the temperature maintaining section may be maintained at a temperature of 400 ° C to 600 ° C for 240 minutes or less.
  • the holding time of the temperature holding section exceeds 240 minutes, the effect of increasing the efficiency of removing waste solids toxin is insignificant compared to the increase in the amount of energy used to maintain the temperature of the temperature holding section.
  • the time when the temperature is raised may be referred to as a temperature-raising step
  • the time when the temperature is maintained through the temperature-raising section and the increased pyrolysis temperature may be referred to as a pyrolysis step.
  • the set temperature of each zone is 200 ° C for the first zone, 250 ° C for the second zone, and 300 ° C for the third zone.
  • the fourth zone may be adjusted to 350 ° C, the fifth zone to 400 ° C, and the sixth zone to 400 ° C, and the heating rate may be an average of 5 ° C / min.
  • the temperature of the toxic waste solid may be raised by dividing the temperature range from the initial temperature to the heat treatment temperature by dividing into a temperature range of 1 or more, 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, or 6 or more.
  • the toxicity removal rate after the heat treatment step is 80% or more, preferably 85% or more, and more preferably 90% or more.
  • the toxicity removal rate can be calculated as follows.
  • Toxic removal rate (%) ⁇ (initial sample [moisture content based on 1wt%] toxic concentration ⁇ sample mass) - (total amount of toxicity in by-product gas) ⁇ / (initial sample [water content based on 1wt%] toxic concentration ⁇ sample mass) ⁇ 100
  • the total amount of toxicity in floating gas is obtained by analyzing the amount of toxic components after collecting the total amount of by-product gas generated in the heat treatment step using an organic solvent such as toluene or hexane.
  • Toxic waste solids to which the treatment process according to the embodiment of the present invention is applied may be wastewater sludge generated as a by-product of petrochemical processes. Toxic components derived from the petrochemical process are mixed with the condensate generated in the condensation process in the latter half of the reaction and discharged as polluted wastewater. The amount of wastewater discharged at this time is several tens of tons per hour.
  • the wastewater may be mixed with incinerator wastewater discharged after incineration of chlorine-based heavy materials generated during synthesis and purification processes. Incinerator effluents may also contain toxic components.
  • the temperature of the toxic waste solid is raised to a heat treatment temperature selected from 300 ° C to 600 ° C, but when the temperature of the toxic waste solid is 200 ° C or higher, the heating rate is adjusted to an average of 5 ° C / min or less. step; and a heat treatment step of heat-treating the toxic waste solid at the heat treatment temperature.
  • the contents described in the previous embodiments can be applied, except that the temperature increase rate is adjusted to an average of 5 ° C / min or less when the temperature of the toxic waste solid is 200 ° C or higher. .
  • the temperature of the toxic waste solid is raised relatively quickly to a level of 200 ° C, if necessary, and the temperature is maintained at a low rate of temperature increase from above, thereby achieving an improved removal rate of toxicity.
  • the temperature increase rate is 5 °C/min or less on average, preferably 3.5 °C/min or less on average, more preferably 2.5 °C/min or less on average, and more preferably 1 °C/min to 3 °C on average. /min, an average of 1 °C/min to 2.5 °C/min, an average of 1 °C/min to 2.2 °C/min.
  • the temperature increase rate when the temperature of the toxic waste solid is less than 200 °C may be adjusted to be selected from an average of 5 °C/min or more, for example, an average of 10 °C/min or more. Efficient heat treatment can be implemented through such a rapid temperature increase.
  • the upper limit of the heating rate may be determined as needed, and may be determined, for example, at an average of 5 °C/min or more and 40 °C/min or less.
  • the toxic waste treatment process of the above embodiments may further include a heat treatment step of performing the toxic waste solid at 200 ° C. or lower before the temperature raising step.
  • the time for performing the heat treatment step at 200° C. or less may be determined as necessary, and may vary depending on the heating rate. Efficient heat treatment can be implemented through heat treatment at 200 ° C. or less.
  • the method may further include adding a coagulant to the toxic wastewater before the temperature raising step, separating solids and liquids in a flotation tank, and forming toxic waste solids through a dehydration step.
  • the toxic components are mainly collected in the solid phase because their solubility in water is very low. Therefore, treatment of wastewater through flotation tanks can leave most of the toxic components in the toxic waste solids.
  • aeration treatment, sedimentation treatment, etc. may be performed before separating solid and liquid in the flotation tank.
  • additional secondary flotation treatment may be performed after the primary flotation treatment, thereby minimizing the residual amount of toxic components in the wastewater.
  • the treatment process may further include at least one of a dehydration step, a particle size or component control step, a crushing or crushing step, and a drying step after forming the toxic waste solid.
  • the solid phase separated from the flotation tank since the solid phase separated from the flotation tank has a moisture content of 95% or more, it may undergo an additional dehydration step.
  • the dehydration step may be performed to adjust the water content in the toxic waste solid to 30 wt% to 80 wt%.
  • the dehydration method is not particularly limited, but may be mainly performed using a filter press, and additionally decanter, disk dryer, rotary dryer, paddle dryer, vertical type Multi-stage dryer, Cyclone dryer etc. may be applied.
  • the treatment process according to an embodiment of the present invention may further include the step of reintroducing the dehydrated filtrate generated in the dehydration step to the flotation tank or the front end of the toxic wastewater treatment process, thereby reprocessing in the flotation tank. can do.
  • a fine filter can be used to trap solid components.
  • the treatment process may further include a step of adjusting the particle size or composition of toxic waste solids.
  • the particle size or component control step may include an aggregation and/or flotation step.
  • the particle size of the solid material may be increased and the components may be adjusted by the aggregation and/or flotation step.
  • the aggregation and/or flotation step may be performed through chemical treatment.
  • the toxic waste solid obtained through the above method has a moisture content of 30-80 wt% and a toxic concentration in the range of 10,000-200,000 pg I-TEQ/g, which is very high.
  • OCDF and OCDD account for more than 90 wt% of toxic PCDF and PCDD.
  • the toxic waste solids may be discharged in the form of a wet powder or may be discharged in the form of a compressed cake using a filter press machine.
  • the toxic waste solid may contain an organic/inorganic ratio of 3:7 to 7:3, specifically 4:6 to 6:4, for example, 1:1, based on weight.
  • the organic/inorganic ratio may vary depending on the type or amount of chemicals introduced in the above-described flotation tank treatment step, aggregation step, or flotation step.
  • the toxic waste solid includes at least one element of Cu, Ca, Mg, and Al.
  • the toxic waste solid preferably has a Cu content of 500 ppm or more, preferably 1,000 to 5,000 ppm. In the case of having such a Cu content, heat treatment efficiency and stability described later may be increased.
  • the toxic waste solid includes at least one element of Ca, Mg, Fe, and Al, and the total sum of the elements is 10,000 ppm or more, preferably 10,000 ppm to 500,000 ppm. In the case of having such a content, heat treatment efficiency described later can be increased.
  • the treatment process may further include at least one step of crushing or crushing the toxic waste solids and drying, if necessary.
  • heat transfer to toxic waste solids can be made more effective, and higher toxicity removal efficiency can be shown in combination with heat treatment by a low heating rate, which is a feature of the present invention.
  • the toxic waste solid When the toxic waste solid is produced into particles by the crushing or crushing step, not only can it be controlled to have a relatively low moisture content compared to the sludge state, but it is easy to control the moisture content and can be controlled to have a desired moisture content. , it is advantageous for heat transfer to toxic components to be decomposed in the heat treatment step.
  • the particle form may have a larger surface area than the sludge form, and this large surface area becomes a factor for smooth heat transfer, further increasing the decomposition efficiency by heat treatment.
  • the crushing or crushing step is not particularly limited as long as it can granulate the toxic waste solid.
  • the crushing may be performed using a general crusher, and specifically, a double screw mixer or a jaw crusher may be used.
  • the drying step can reduce the water content in the toxic waste solid, thereby increasing the removal efficiency and energy efficiency of toxic components in the heat treatment step described later.
  • the drying step may be performed in a manner, condition, and time to adjust the moisture content as described above, and is not particularly limited. For example, it may be performed by leaving the toxic waste solid at a temperature higher than room temperature and lower than the temperature of the heat treatment step. Control of the drying temperature and control of the moisture content may be performed using a known method, and may be performed using a general device used for drying.
  • the toxic waste solid in the heat treatment step, is put into a reactor, such as an electric furnace (Tube furnace), and the reaction temperature is 300 ° C. to 600 ° C., and the reaction time is 10 hours or less. Dechlorination of components and thermal destruction mechanisms can remove toxic components.
  • the heat treatment step may be performed for 30 minutes or more and 10 hours or less.
  • the heat treatment step may be preferably performed using a rotary kiln.
  • the dechlorination and thermal destruction mechanisms in the heat treatment step can occur more easily because the inorganic components as described above in the toxic waste solid act as a catalyst during the heat treatment.
  • the toxicity removal rate may reach a level of 70% or more.
  • evaporation of toxic components is dominant compared to dechlorination or thermal destruction/catalytic oxidation of toxic components, resulting in low toxicity removal efficiency.
  • the overall toxin removal efficiency can be increased.
  • dechlorination and thermal destruction/catalytic oxidation are induced instead of evaporation of toxic components such as OCDF, so that ultra-high concentration toxic waste solids can be obtained through only the corresponding heat treatment
  • the toxicity removal rate can be implemented at a level of 70% or more.
  • the simple evaporation tendency becomes stronger compared to the removal of toxicity due to dechlorination of OCDF, resulting in a remarkably low removal rate of toxicity to 30% or less.
  • Residual toxicity in toxic waste solids in the heat treatment step is 3,000 pg I-TEQ/g or less, preferably 1,500 pg I-TEQ/g or less, preferably 1,000 pg I-TEQ/g or less, more preferably 100 pg I-TEQ/g or less It is less than pg I-TEQ/g.
  • the total mass may be reduced to 70 wt% or less due to reduction of moisture and organic matter.
  • most of the OCDF is dechlorinated or thermally decomposed in the heat treatment step.
  • the average chlorine substitution degree of toxic PCDF contained in the by-product gas generated in the heat treatment step may be 4 to 8, preferably 4 or more and less than 8, and more preferably 5 or more and 7.7 or less.
  • the reaction condition is a nitrogen atmosphere
  • the average degree of chlorine substitution of PCDF included in the by-product gas may be 5 to 6 levels.
  • the heat treatment step can be implemented even in an oxygenated air environment, and toxic components can be removed by thermal destruction and catalytic oxidation by metal components in the waste solid, rather than dechlorination.
  • the heat treatment step of the treatment process according to one embodiment of the present invention may be performed in an oxygenated air environment, but the heat treatment step according to another embodiment may be performed in an oxygen-free or low-oxygen atmosphere.
  • heat treatment is performed in an anoxic or low-oxygen atmosphere, not only toxicity removal by thermal destruction but also dechlorination is promoted to more efficiently remove toxicity, and residual toxicity levels are kept below a certain level due to the resynthesis of toxic components due to oxygen. can overcome the disadvantages that are difficult to lower.
  • an oxygen-free atmosphere means an atmosphere in which oxygen among gases constituting the atmosphere does not substantially exist.
  • the heat treatment step may be performed in a nitrogen atmosphere or an atmosphere in which the concentration of oxygen is 30 vol% or less, preferably 21 vol% or less, and no oxygen is present, that is, the oxygen concentration is 0 vol%. there is.
  • the hypoxic or anoxic atmosphere is not limited to a specific gas, and may be, for example, a nitrogen atmosphere, an inert atmosphere, or a vacuum atmosphere.
  • the inert atmosphere may be an argon atmosphere or a helium atmosphere, but is not limited thereto.
  • a nitrogen atmosphere is applied to a low-oxygen or non-oxygen atmosphere, it is economical because relatively inexpensive nitrogen can be used, and there are advantages in that the atmosphere is easy to create.
  • the low-oxygen or oxygen-free atmosphere can be controlled by introducing a carrier gas into the heat treatment apparatus used in the heat treatment step.
  • the treatment process further includes removing toxic components from the by-product gas generated in the heat treatment step.
  • Some of the toxic components dechlorinated during the heat treatment step may be included in the by-product gas generated during the heat treatment and discharged out of the sample. Therefore, a step of additionally removing toxic components remaining in the by-product gas may be included.
  • the step of removing toxic components from the by-product gas is selected from a high-temperature incineration step, a step of returning after liquefaction and high-temperature incineration, a step of scrubbing or liquefying and then re-injecting the wastewater treatment plant, a step of collecting dust, and a step of decomposing a catalyst steps may be included.
  • the remaining toxic components can be converted into harmless low-molecular-weight compounds such as carbon dioxide or water.
  • air or oxygen may be introduced together in addition to the by-product gas generated in the heat treatment step.
  • the step of removing toxic components from the by-product gas may be performed at a temperature of 900 °C to 1,200 °C, preferably 1,000 °C to 1,200 °C.
  • the treatment time may be determined according to need, and may be performed, for example, from 5 minutes to 60 minutes.
  • the average degree of chlorine substitution of PCDF in the by-product gas may be 6 or less. Since such a by-product gas has a lower boiling point than a by-product gas containing a large amount of OCDF, it is easy to transfer to a high-temperature incinerator for removing residual toxic components thereafter.
  • the step of cooling the gas may be further included if necessary.
  • the cooling may be performed through a generally used method, for example, a method using cooling water, and rapid cooling is preferable to minimize resynthesis.
  • the treatment process may further include a scrubbing step of passing the by-product gas through a scrubber and/or a dust collection step of passing the by-product gas through a dust collector.
  • the scrubbing step and the dust collection step may include either one or both.
  • the scrubber used in the scrubbing step may include at least one of an organic solvent scrubber for removing organic gas and a base solution scrubber for removing acid gas.
  • the by-product gas may pass through an organic solvent scrubber and then a base solution scrubber.
  • a toluene scrubber may be used as the organic solvent scrubber, and a sodium hydroxide scrubber may be used as the base solution scrubber.
  • the dust collector used in the dust collection step may include a bag filter or the like.
  • the order is not particularly limited, and the by-product gas can be passed through the dust collector and then passed through the scrubber, or the by-product gas can be passed through the scrubber and then passed through the dust collector. . From the viewpoint of removing harmful gases, it may be more preferable to first pass through a dust collector among scrubbers and dust collectors.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus 100 for treating toxic waste according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • An apparatus 100 for treating toxic waste includes a crushing apparatus 10 and a continuous rotary kiln reactor 20 .
  • the disintegration device 10 has a configuration of disintegrating the waste solids before supplying the waste solids to the continuous rotary furnace reactor 20 to be described later, and may pulverize the waste solids.
  • Waste solids may be wastewater sludge generated as a by-product of petrochemical processes. Toxic components derived from the petrochemical process are mixed with the condensate generated in the condensation process in the latter half of the reaction and discharged as polluted wastewater. The amount of wastewater discharged at this time is several tens of tons per hour.
  • the wastewater may be mixed with incinerator wastewater discharged after incineration of chlorine-based heavy materials generated during synthesis and purification processes. Incinerator effluents may also contain toxic components.
  • a pretreatment device may inject a coagulant into toxic wastewater, separate solids and liquids in a flotation tank, and dewater them.
  • Toxic components contained in the waste solids pretreated by the pretreatment device are mainly collected in the solid phase because their solubility in water is very low. Therefore, treatment of wastewater through flotation tanks can leave most of the toxic components in the toxic waste solids.
  • aeration treatment, sedimentation treatment, etc. may be performed before separating solid and liquid in the flotation tank.
  • an additional secondary flotation treatment may be performed after the primary flotation treatment, thereby minimizing the residual amount of toxic substances in the wastewater.
  • Waste solids may be provided in an agglomerated form, and the disintegrating device 10 is configured to disperse the waste by applying physical force to the agglomerated waste solids. Therefore, the crushing device 10 does not affect the moisture content of the waste solids.
  • the crushing device 10 may crush the waste solids to a particle diameter of 1 mm to 50 mm. If the particle diameter of the waste solid is less than 1 mm, dust is generated in the continuous rotary furnace reactor 20 when the waste solid in the form of particles is supplied to the continuous rotary furnace reactor 20 . Therefore, a problem arises in that the recovery rate of harmless samples produced by thermal decomposition of waste solids is reduced.
  • the disintegration device 10 may be provided with two or more screws 12 spaced apart inside the case 11 that determines the outer shape of the disintegration device 10 . Further, the disintegration device 10 may include a waste solid input unit 13 into which waste solids are introduced and a particle discharge unit 14 through which waste solids in the form of particles are discharged.
  • the screw 12 refers to a device that generates force to push and pulverize waste solids while rotating because a metal wing having a spiral surface is attached to one surface of a rotating shaft.
  • the crushing device 10 may be provided with two screws 12 inside the case 11. Waste solids are supplied between the two screws 12, and as the two screws 12 rotate, the waste solids can be evenly granulated and pulverized without agglomeration.
  • the distance between the two screws 12 is 50 mm to 200 mm. If the distance between the screws 12 is less than 50 mm, the particle size of the waste solids becomes small and dust is generated in the continuous rotary furnace reactor 20 during the pyrolysis process, and when the distance between the screws 12 exceeds 200 mm, the waste solids Agglomeration or uneven granulation may occur.
  • the screw 12 may rotate at a speed of 120 RPM or less.
  • the screw 12 rotates at a speed exceeding 120 RPM, a problem occurs in that the particle diameter of the waste solid becomes small.
  • the screw 12 may be provided in a form in which wings are provided on the outer circumferential surface of the rotating body.
  • the wing may be provided in a spiral shape, but the shape is not limited as long as it can disintegrate the waste solid in contact with the waste solid.
  • the wing may be formed at an angle of 90 degrees or less based on the moving direction of the waste solid. If the wings exceed 90 degrees with respect to the moving direction of the waste solids, a problem in that the waste solids are not moved to the particle discharge unit 14 may occur.
  • the continuous rotary kiln reactor 20 is configured to thermally decompose waste solids in the form of particles supplied from the crushing device 10 .
  • the continuous rotary furnace reactor 20 includes a main body 21 for generating by-product gases and harmless samples by pyrolyzing waste solids, and waste solids for supplying waste solids in the form of particles into the main body 21.
  • a supply unit 22 a gas supply unit 23 to which inert gas is supplied, a by-product gas discharge unit 24 to discharge by-product gas generated by thermal decomposition of waste solids, and a sample to discharge harmless samples generated by thermal decomposition of waste solids.
  • the discharge unit 25 and the body 21 may include a plurality of heating units 26 located on the outer circumferential surface to heat the body 21 .
  • the waste solid supply unit 22 receives waste solids in the form of particles from the crushing device 10 and supplies them to the inside of the main body 21, and may be provided on the side of the main body 21.
  • the waste solids supply unit 22 includes a hopper 22a receiving waste solids in the form of particles from the crushing device 10 and a moving unit 22b for moving the waste solids into the main body 21. can do.
  • the hopper 22a may be coupled to one side of the moving part 22b.
  • the hopper 22a may include a shape gradually narrowing in a direction in contact with the moving part 22b, but the shape is not limited as long as the waste solid can be supplied.
  • the moving unit 22b may move the waste solid in a horizontal direction.
  • the horizontal direction may mean an axial direction of the continuous rotary furnace reactor 20 or a direction parallel to the moving direction of waste solids in the main body 21 .
  • the movable part 22b may include one or more screws inside the body that determines the outer shape of the movable part 22b.
  • the screw may include a form in which wings are provided on the outer circumferential surface of the rotating body.
  • the moving part 22b may include a conveyor belt inside the body.
  • the shape of the moving unit 22b is not limited as long as it can move the waste solid horizontally.
  • the waste solid supply unit 22 may further include a control unit (not shown) for controlling the amount of waste solid supplied.
  • the regulator may include one or more valves.
  • the valve may include a gate valve, a butterfly valve, a rotary valve, and the like.
  • the shape of the control unit is not limited as long as it can control the supply amount of waste solids.
  • the gas supply unit 23 supplies an inert gas to the inside of the continuous rotary furnace reactor 20 to adjust the low-oxygen or anoxic atmosphere.
  • the oxygen-free atmosphere includes an atmosphere with an oxygen concentration of 0 vol%
  • the low-oxygen atmosphere includes an atmosphere with an oxygen concentration of 21 vol% or less.
  • the oxygen-free or low-oxygen atmosphere may include a nitrogen atmosphere, an inert atmosphere, and a vacuum atmosphere.
  • the gas supply unit 23 may be located on the outer circumferential surface of the main body 21, and in addition, the gas supply unit 23 may be formed on the outer circumferential surface of the main body 21 where the heating unit 26 is not formed.
  • the by-product gas discharge unit 24 may be formed in a direction opposite to the gas supply unit 23 in order to increase the thermal decomposition time of the waste solid.
  • the opposite direction means a direction opposite to the direction perpendicular to the axial direction of the continuous rotary furnace reactor 20.
  • inert gas may also be discharged together with the by-product gas.
  • the sample discharge unit 25 may be formed on an outer circumferential surface of the main body 21 on which the heating unit 26 is not formed.
  • the waste solid supply unit 22 may be located at one end of the body 21, and the sample discharge unit 25 may be located at the other end of the body 21. Alternatively, it may be formed in a direction opposite to the waste solid supply unit 22 based on the longitudinal direction of the reactor 20 in a continuous rotary furnace.
  • each temperature section may be maintained at different temperatures. That is, in the continuous rotary furnace reactor 20 according to the present invention, the heating unit 26 is located on the outer surface of the main body 21 in each temperature section, so that the temperature in each temperature section can be controlled differently from each other.
  • the continuous rotary kiln reactor 20 raises the temperature of the continuous rotary kiln reactor 20 to increase the temperature of the continuous rotary kiln reactor ( 20)
  • the experimental conditions may include the number of zones in which the temperature is raised, the rate of heating of the temperature zones, the set temperature of each temperature zone, the temperature of the inert gas, the supply amount of waste solids, and the like.
  • the longitudinal direction of the main body 21 means the longest distance from one end of the main body 21 to the other end, and is horizontal to the moving direction of the waste solids, or in the waste solid supply unit 22. It may refer to a direction toward the sample discharge unit 25 .
  • the first temperature range closest to the waste solid supply unit 22 preferably has a set temperature of 200°C or less.
  • the set temperature of the first temperature section among the temperature sections exceeds 200° C., toxic substances in the waste solids are rapidly vaporized and discharged out of the continuous rotary furnace reactor 20, thereby reducing the efficiency of removing the waste solids.
  • Each temperature section of the main body 21 has a maximum set temperature that can be raised, and therefore, it is preferable that the temperature section does not rise above the preset maximum temperature.
  • the maximum set temperature of each temperature section may be less than the set temperature of the next section.
  • the temperature of the waste solid may be increased to the thermal decomposition temperature by increasing the temperature at an average (or average temperature increase rate) of 5 ° C./min or less.
  • the average temperature increase rate is a value calculated based on the temperature increase time during the entire temperature increase time.
  • the zone closest to the waste solid supply unit 22 is the first zone, and the number of zones increases toward the sample discharge unit 25. there is.
  • the set temperature of each zone is 200 ° C for the first zone, 250 ° C for the second zone, 300 ° C for the third zone, 350 ° C for the fourth zone, 400 ° C for the fifth zone, and 450 ° C for the sixth zone.
  • the heating rate can be adjusted to an average of 5°C/min.
  • the continuous rotary furnace reactor 20 may raise the temperature of the first to sixth zones of the main body 21 to a set temperature before the waste solid is supplied. While the waste solids move from the first zone to the second zone, the temperature of the waste solids can be raised to 200 ° C, and the waste solids can be heated from 200 ° C to 250 ° C while moving from the second zone to the third zone. there is.
  • waste solids may be discharged to the sample discharge unit 25 via the third to sixth zones.
  • the main body 21 may include a temperature raising section and a temperature maintaining section along the length direction.
  • Each of the temperature raising section and the temperature maintaining section may include one or more zones, and the temperature raising section preferably includes 6 or more temperature sections.
  • the temperature increase section may be heated up to the pyrolysis temperature at a rate of 5 ° C./min or less from the waste solid supply unit 22 to the sample discharge unit 25, and the temperature maintenance section may maintain the elevated pyrolysis temperature through the temperature increase section. there is. And, the temperature maintaining section may be maintained at a temperature of 400 ° C to 600 ° C for 240 minutes or less.
  • the holding time of the temperature holding section exceeds 240 minutes, the effect of increasing the efficiency of removing waste solids toxin is insignificant compared to the increase in the amount of energy used to maintain the temperature of the temperature holding section.
  • the set temperature of each zone is 200 ° C for the first zone, 250 ° C for the second zone, and 300 ° C for the third zone.
  • the fourth zone may be adjusted to 350 ° C, the fifth zone to 400 ° C, and the sixth zone to 400 ° C, and the heating rate may be an average of 5 ° C / min.
  • the temperature increase rate of the temperature increasing section exceeds an average of 5 ° C./min
  • the toxic substance contained in the waste solid evaporates before decomposition A problem may occur, and the detoxification efficiency of waste solids may decrease.
  • the main body 21 is characterized in that the diameter (d) and length (L) ratio is 1:8 to 1:20.
  • the ratio of the diameter and length of the main body 21 is less than 1:8, the length of the available internal product space of the main body 21 is short, so that the waste solids supplied are accumulated in the direction of the width of the main body 21, and heat is stored inside the waste solid particles Problems that cannot be penetrated may occur. If heat is not transferred to the inside of the particulate waste solid, the harmful compounds contained in the waste solid cannot be completely decomposed. In addition, the period in which the temperature increases is shortened and the thermal decomposition time of the waste solids is also reduced, so that the waste solids cannot be sufficiently decomposed.
  • the ratio of the diameter and length of the main body 21 exceeds 1:20, the internal area of the main body 21, which must be heated up to the thermal decomposition temperature, increases, and the increase in thermal decomposition efficiency is insignificant compared to the input energy, which is not economical.
  • the length of the main body 21 means the longest length in the axial direction of the main body 21, and the diameter of the main body 21 means the longest length in a direction perpendicular to the axial direction of the main body 21. do.
  • the main body 21 is rotatable, and as the main body 21 rotates, the waste solids can continuously move from the waste solid supply unit 22 to the sample discharge unit 25, and an effect of increasing the heat transfer rate into the waste solids occurs.
  • waste solids may be moved from the disintegration device 10 to the waste solid supply unit 22 by gravity.
  • the waste solid may be continuously moved from the waste solid supply unit 22 to the reactor 20 in a continuous rotary furnace by the moving unit 22b.
  • the waste solids are continuously moved from the waste solid supply unit 22 to the sample discharge unit 25 by the rotation of the main body 21 in the continuous rotary furnace reactor 20, and thus the waste solids are disintegrated into the disintegrator 10 ), it can move continuously until the harmless sample is discharged.
  • the continuous rotary furnace reactor 20 may take 30 minutes or more and 10 hours or less until the waste solid is supplied from the waste solid supply unit 22 and discharged to the sample discharge unit 25. That is, the waste solid may be thermally decomposed for 30 minutes or more and 10 hours or less.
  • waste solids are thermally decomposed within the range of the thermal decomposition time, toxic compounds contained in the waste solids can be efficiently removed by dechlorination or thermal destruction.
  • the main body may further include a rotation module (not shown) having wings on an outer circumferential surface of the rotation body.
  • the rotating module may increase the heat transfer rate into the waste solid by flowing the waste solid by rotation, and move the waste solid from the waste solid supply unit 22 toward the by-product gas discharge unit 24 .
  • a plurality of heating units 26 may be provided, preferably equal to the number of temperature zones.
  • the heating unit 26 may have a set temperature, a heating rate, etc. adjusted according to a preset temperature profile for each temperature range, and the toxic waste treatment device 100 according to the present invention adjusts the heating unit 26
  • a control unit (not shown) may be further included.
  • the heating unit 26 may raise and maintain the temperature of each temperature section to a set temperature.
  • the toxic waste treatment device 100 may further include a temperature measuring sensor (not shown).
  • the temperature measuring sensor measures internal temperatures of the temperature sections, and may transmit temperature data of the temperature sections to the controller.
  • the heating unit 26 adjusts the temperature of the temperature ranges to a set temperature through the control unit based on the temperature data of the temperature ranges measured by the temperature measuring sensor, raises the temperature of the temperature ranges according to the heating rate set in the control unit, and It can be controlled so that the temperature is not raised above the maximum temperature of each temperature range set in.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an apparatus 100' for treating toxic waste according to another embodiment of the present invention.
  • the toxic waste treatment device 100' includes a disintegration device 10, a continuous rotary kiln reactor 20, a cooling device 30, a condensation scrubber 40, and an activated carbon filter 50.
  • the disintegration device 10, the continuous rotary furnace reactor 20, and the cooling device 30 have the same configuration as the toxic waste treatment device 100 according to an embodiment, and detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the cooling device 30 receives and cools the detoxified sample discharged from the sample outlet 25 of the continuous rotary furnace reactor 20 .
  • the cooling device 30 can cool the harmless sample to 100°C or less. If the detoxified sample exceeds 100 ° C, a problem may arise in that undecomposed toxicity is re-synthesized using the energy required for re-synthesis.
  • the harmless sample may be moved from the sample outlet 25 to the cooling device 30 by gravity.
  • waste solids and harmless samples may continuously move from the disintegrator 10 to the cooling device 30.
  • the condensation scrubber 40 is configured to remove some toxic components contained in the by-product gas generated in the continuous rotary furnace reactor 20, and at least one of a condensing unit condensing the by-product gas and a washing unit cleaning the by-product gas.
  • a condensing unit condensing the by-product gas and a washing unit cleaning the by-product gas can include
  • the condensation scrubber 40 can liquefy the by-product gas and toxic components contained in the by-product gas, and thus, a liquid product produced by liquefying the by-product gas can be supplied to the pretreatment device again.
  • the condensation unit is configured to first liquefy the by-product gas, and while the by-product gas moves from the continuous rotary furnace reactor 20 to the cleaning unit, the temperature of the by-product gas is reduced or the internal pressure of the passage through which the by-product gas is moved is increased. It can be liquefied.
  • the condenser may reduce the temperature of the by-product gas by injecting cooling water or cooling gas into the passage.
  • the condenser may be provided in the form of a jacket in which cooling water or cooling gas surrounds an outer circumferential surface of the passage.
  • the cleaning unit collects toxic components included in the liquid product obtained by liquefying the by-product gas, and a gas from which the toxic components are removed may be generated.
  • the cleaning unit may include one or more cleaning liquids in the form of an aqueous solution.
  • the cleaning solution in the form of an aqueous solution may include toluene, a basic material (eg, sodium hydroxide (NaOH)), and the like.
  • the toluene washing liquid can capture organic compounds contained in the liquid product, and the basic washing liquid can capture acidic components.
  • the toxic waste treatment devices 100 and 100' may further include a filter (not shown).
  • the liquid product may react with the cleaning liquid to produce a gas from which toxic components are removed.
  • the filter may remove harmful compounds included in by-product gas discharged from the continuous rotary furnace reactor 20 or gas discharged from the condensation scrubber 40 . Therefore, the filter may be provided in at least one of the by-product gas discharge unit 24 through which the by-product gas is discharged from the continuous rotary furnace reactor 20 and the path through which the gas generated in the cleaning unit of the condensation scrubber 40 is discharged.
  • by-product gas may be supplied to the condensing unit or the cleaning unit through a filter.
  • sample amount 10 g, moisture content: 31 wt% was placed in an electric furnace, and N 2 was added (0.2 LPM) to create an oxygen-free atmosphere.
  • the total toxicity removal rate was 88%
  • the residual toxicity concentration was 68 pg I-TEQ / g
  • the average degree of chlorine substitution of toxic components (PCDF, PCDD) discharged as by-product gas was 5.7. .
  • the total toxicity removal rate was 89 wt%
  • the residual toxicity concentration was 1,433 pg I-TEQ/g
  • the average degree of chlorine substitution of toxic components (PCDF, PCDD) discharged as by-product gas was 7.7.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Comparative Example 2 reaction conditions 400°C, 2 hours 400°C, 2 hours 500°C, 1 hour 400°C, 2 hours 500°C, 5 hours Average heating rate (°C/min) 2.2 2.2 1.0 5.8 10 atmosphere N 2 Air N 2 N 2 N 2 Toxic removal rate (%) 88 89 91 32 -28.9 Waste solid residual toxic concentration (pg I-TEQ/g) 65 1,433 47 1,062 41 Gas phase emission toxicity Average chlorine substitution 5.7 7.7 5.5 6.2 6.5

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Abstract

본 발명은 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 평균 5 ℃/min 이하의 승온 속도로 승온하는 승온 단계; 및 상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정 및 처리 장치에 관한 것이다.

Description

독성 폐기물의 처리 공정 및 처리 장치
본 출원은 2021년 9월 14일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0122723호 및 2021년 9월 30일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0129931호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 독성 폐기물의 처리 공정 및 처리 장치에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 독성 폐기물로부터 높은 효율로 독성을 제거하기 위한 처리 공정 및 처리 장치에 관한 것이다.
현대 사회가 고도화됨에 따라 다양한 종류의 제품들이 개발 및 생산되고 있다. 화학 공정과 같은 제품의 생산 과정에서는 반응 부산물로 집중적으로 발생할 수 있으며, 반응 종료 후 응축수에 섞여 폐수 형태로 배출된다. 이러한 독성 폐수가 그대로 외부로 배출되는 경우 심각한 환경오염을 초래할 수 있으므로 필수적으로 처리되어야 한다. 일반적인 양산 공정에서 이러한 오염 폐수량은 매우 많은 반면, 독성 물질의 농도는 극소량이므로, 경제적인 독성처리법이 매우 희소하다. 일부 독성 물질은 극미량으로 존재하여도 치명적인 독성을 나타낸다. 가장 잘 알려진 독성처리법은 고온소각이지만, 해당 오염 폐수를 그대로 모두 소각하는 것은 매우 비경제적이다. 기타의 처리법으로서 생물분해, 광분해, 촉매분해 등이 알려져 있으나, 이러한 기술들은 아직 연구개발 단계로 제거효율에 대한 신뢰도가 부족하다.
독성 폐고체는 1,200℃ 수준의 고온 소각을 통해 독성 제거 및 감량화 처리가 될 수 있으나, 여러 가지 한계점을 가지고 있다. 대표적으로 높은 에너지 및 시설 비용, 불완전 연소 및 소각시 발생하는 분진과의 작용으로 인한 독성 물질의 재합성 문제, NOx/SOx 등의 대기유해물질 및 CO2 다량 배출 등의 문제로 인하여, 고온 소각법은 더 이상 지속가능한 독성 폐고체의 처리방안이 될 수 없다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고농도의 독성 성분을 갖는 폐기물로부터 높은 독성 제거율을 달성할 수 있는 독성 폐기물의 친환경적인 처리 공정 및 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 평균 5 ℃/min 이하의 승온 속도로 승온하는 승온 단계; 및 상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정을 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 승온시키되, 독성 폐고체의 온도가 200 ℃ 이상일 때 승온 속도를 평균 5 ℃/min 이하로 조절하는 승온 단계; 및 상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정을 제공한다.
일 실시상태에 따르면, 상기 승온 단계에서 상기 열처리 단계까지 6 구역 이상의 온도 구간으로 나누어 상기 독성 폐고체에 열을 공급할 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 공정은, 상기 승온 단계 전에, 상기 독성 폐고체를 200 ℃ 또는 그 이하에서 수행하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐고체는 독성 농도가 10,000-200,000 pg I-TEQ/g일 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐고체에 포함되어 있는 독성 PCDF(polychlorinated dibenzofuran) 및 PCDD(polychlorinated dibenzodioxin) 중 OCDF(octachlorinated dibenzofuran) 및 OCDD(octachlorinated dibenzodioxin)의 함량이 90 wt% 이상이다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 공정은 상기 승온 단계 전에 독성 폐수에 응집제를 투입하고, 부상조에서 고체와 액체를 분리하여 독성 폐고체를 형성하는 단계를 더 포함한다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 공정은 상기 독성 폐고체를 형성한 후 탈수 단계, 입도 또는 성분 조절 단계, 해쇄 또는 파쇄 단계 및 건조 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함한다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 공정은 상기 열처리 단계에서 발생하는 부생가스로부터 독성 성분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시상태는 연속식 회전로 반응기를 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치에 있어서,
상기 연속식 회전로 반응기는 폐고체를 열분해하여 부생가스 및 무해화 시료를 생성하는 본체; 상기 폐고체를 상기 연속식 회전로 반응기 내부로 공급하는 폐고체 공급부; 상기 본체로부터 상기 무해화 시료를 배출하는 시료 배출구 및 상기 본체에 열을 공급하는 복수개의 가열부를 포함하고,
상기 가열부는 상기 폐고체 공급부로부터 상기 시료 배출구 방향으로 상기 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 평균 5 ℃/min 이하의 승온 속도로 승온시키는 것인 독성 폐기물의 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태는 연속식 회전로 반응기를 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치에 있어서,
상기 연속식 회전로 반응기는 폐고체를 열분해하여 부생가스 및 무해화 시료를 생성하는 본체; 상기 폐고체를 상기 연속식 회전로 반응기 내부로 공급하는 폐고체 공급부; 상기 본체로부터 상기 무해화 시료를 배출하는 시료 배출구 및 상기 본체에 열을 공급하는 복수개의 가열부를 포함하고,
상기 가열부는 상기 폐고체 공급부로부터 상기 시료 배출구 방향으로 상기 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 승온시키되, 상기 폐고체의 온도가 200 ℃ 이상일 때 승온 속도를 평균 5 ℃/min 이하로 조절하여 승온시키는 것인 독성 폐기물의 처리 장치를 제공한다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 본체는 상기 폐고체 공급부로부터 상기 시료 배출구 방향으로 6 구역 이상의 온도 구간들을 포함하고, 상기 가열부는 상기 온도 구간들 각각에 열을 공급할 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 상기 온도 구간들은 상기 본체의 길이 방향을 따라 평균 5℃/분 이하의 속도로 상기 폐고체를 승온시킬 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 상기 온도 구간들 중 상기 폐고체 공급부에 가장 인접한 첫번째 온도 구간은 설정 온도가 200℃이하일 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 상기 온도 구간들은 상기 폐고체 공급부에서 상기 시료 배출부까지 평균 5℃/분 이하의 속도로 열분해 온도까지 승온되는 승온 구간 및 상기 승온 구간 이후 열분해 온도가 유지되는 온도유지 구간을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 상기 본체의 직경(d)과 길이(L)의 비율이 1:8 내지 1:20일 수 있다.
또 다른 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 상기 연속식 회전로 반응기에 상기 폐고체를 공급하기 전 상기 폐고체를 입자화하는 해쇄 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 해쇄 장치는 2개 이상의 스크류가 이격되어 구비될 수 있다. 상기 해쇄 장치는 상기 스크류 간격이 50 mm 내지 200mm이고, 회전수가 120 RPM 이하일 수 있다.
다른 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 장치는 상기 부생가스를 응축하는 응축부 및 상기 부생가스를 세정하는 세정부 중 어느 하나 이상을 포함하는 응축세정기를 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 장치는 상기 시료 배출구로부터 상기 무해화 시료를 공급받아 냉각시키는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 장치는 상기 온도 구간들의 온도를 측정하는 온도 측정센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시상태들에 따른 독성 폐기물의 처리 공정에 따르면, 열처리 승온속도 조절과 같은 열처리 온도 프로파일 조절을 통해 독성 성분의 증발 대신 탈염소화, 분자파괴 및 촉매산화를 유도하여, 열처리만으로도 초고농도의 독성 폐기물로부터 전체 독성 제거율 90% 이상의 수준 및 폐기물 내 잔류독성 농도 3,000 pg I-TEQ/g 이하를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 독성 폐기물 처리 공정은 질소 분위기 및 산소의 농도가 21 vol% 이하인 분위기 하에서 수행될 수 있다. 예컨대, 반응 조건이 질소 분위기일 때는, 열처리 과정 중 및 종료 후 독성 PCDD와 PCDF의 재합성을 억제하여 효과적으로 잔류독성농도를 매우 낮게 조절가능하며, 상기 열처리 과정에서 발생하는 부생가스 중에 포함된 PCDF의 평균 염소 치환도는 5 내지 6 수준이 될 수 있으며, 이에 따라 열처리 과정 이후의 후공정이 용이해 질 수 있다. 반응 조건이 산소농도 21 vol% 이하의 분위기에서는 독성성분의 탈염소화 대신 분자파괴를 유도하여 이에 따른 높은 전체 독성제거율을 구현하는 것이 가능하다.
이에 의하여 독성 폐기물 중의 대부분의 독성 성분을 제거할 수 있으므로, 이에 의하여 친환경적인 공정을 구축할 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태들에 따른 독성 독성 폐기물의 처리 장치에 따르면, 고농도의 독성을 포함하는 폐고체의 독성 제거 효율이 증가되고 독성 성분이 재합성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시상태에서, 폐고체 공급부를 통해 폐고체를 해쇄 장치에서 연속식 회전로 반응기로 연속적으로 공급할 수 있다.
도 1은 종래 독성 물질 처리 방법을 도시한 처리 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 해쇄 장치를 도시한 도면이다.
<부호의 설명>
100, 100': 폐기물 처리시스템
10: 해쇄 장치
11: 케이스
12: 스크류
13: 폐고체 투입부
14: 입자 배출부
20: 연속식 회전로 반응기
21: 본체
22: 폐고체 공급부
22a: 호퍼
22b: 이동부
23: 가스 공급부
24: 부생가스 배출부
25: 시료 배출부
26: 가열부
30: 냉각 장치
40: 응축세정기
50: 활성탄 필터
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 발명의 일 실시상태는 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 평균 5 ℃/min 이하의 승온 속도로 승온하는 승온 단계; 및 상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정을 제공한다.
독성 물질을 포함하는 고체의 무해화 기술로는 열분해법, 열탈착 및 고온소각법 등이 있다. 열분해법은 주로 폐기물을 연소한 후 소각재에 소량 잔류하는 독성 성분을 제거하기 위하여 개발 및 적용된 기술로서, 적당 수준의 열처리를 통하여 소각재 내의 독성 성분을 탈염소화 또는 열파괴하여 제거하는 방법이다. 열탈착 및 고온소각법은 주로 독성 성분에 의하여 오염된 토양을 정화하기 위하여 적용하는 기술로서, 오염된 토양을 독성 성분의 기화 온도 이상으로 가열하여 증발 또는 열파괴에 의하여 토양으로부터 독성을 제거하고, 증발된 독성 성분을 포함한 배출가스는 고온소각하는 개념이다.
그러나, 본 발명의 적용 대상이 되는 독성 폐고체는 위의 두 가지 무해화 기술들이 주로 적용되는 시료와는 뚜렷한 차이가 있는 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 처리 공정이 적용되는 독성 폐고체는 함수율이 0 wt% 초과 90 wt% 이하이며, 예컨대 30 wt% 내지 80 wt% 수준일 수 있다. 상기 독성 폐고체는 상기와 같은 소각재 또는 토양 대비 매우 높은 독성 성분의 농도를 가지고 있다. 상기 독성 폐고체는 pH 5 내지 10이다. 본 발명의 실시상태들에 따른 처리 공정이 적용되는 독성 폐고체는 독성 농도가 10,000-200,000 pg I-TEQ/g인 초고독성의 폐고체이다. 특히, 상기 독성 폐고체는 독성물질의 분포(Dioxin’s Congener)가 일반적인 소각재 또는 토양과는 매우 다르며, 구체적으로 염소치환도가 8인 OCDF 및 OCDD의 비율이 매우 높다. 구체적으로, 상기 독성 폐고체에 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 독성 폐고체는 함수율 1 wt% 이하의 건조 시료 기준 Cu의 함량이 0 ppm 내지 10,000 ppm일 수 있다. 또한, 상기 독성 폐고체는 함수율 1 wt% 이하의 건조 시료 기준 Cl의 함량이 0 ppm 내지 100,000 ppm일 수 있다. 상기 독성 폐고체는 석유화학공정 부산물로 발생되는 폐수슬러지일 수 있다.
예를 들어, 소각재에 주로 적용되는 열분해법을 상기와 같은 초고독성 폐고체에 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, 독성 폐고체에 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.
상기와 같은 기존의 기술들과 달리, 본 발명의 실시상태에 따르면, 열처리에 의한 열분해를 수행하되, 상온에서부터 열처리 온도까지의 승온 속도를 조절함으로써 독성 성분이 증발되지 않고 탈염소화, 열파괴 및 촉매산화에 의하여 제거될 수 있도록 함으로써 독성제거율을 높일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 승온 단계에서 열처리 온도까지의 승온 속도는 평균 5 ℃/min 이하, 바람직하게는 평균 3.5 ℃/min 이하, 더욱 바람직하게는 평균 2.5 ℃/min 이하, 더욱 바람직하게는 평균 1 ℃/min 내지 3 ℃/min, 평균 1 ℃/min 내지 2.5 ℃/min, 또는 평균 1 ℃/min 내지 2.2 ℃/min이다. 여기서, 평균 승온 속도란, 전체 승온 시간 중에 승온된 시간을 기초로 계산된 값이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 승온 단계에서 상기 열처리 단계까지 6 구역 이상의 온도 구간으로 나누어 상기 독성 폐고체에 열을 공급할 수 있다.
각 구역의 설정 온도는 제1 구역은 200℃, 제2 구역은 250℃, 제3 구역은 300℃, 제4 구역은 350℃, 제5 구역은 400℃, 제6 구역은 450℃로 조절될 수 있고, 승온 속도는 평균 5℃/분으로 조절할 수 있다. 이때, 설정 온도는 목표 온도라는 의미이며, 각 구역의 설정 온도까지 승온시키기 위해 열을 각각 차별되게 공급할 수 있다.
폐고체가 제1 구역에서 제2 구역으로 이동하는 동안 폐고체의 온도는 200℃까지 승온될 수 있고, 폐고체는 제2 구역에서 제3 구역으로 이동하는 동안 200℃에서 250℃로 승온될 수 있다.
상기 승온 단계에서 상기 열처리 단계까지 나누어진 온도 구간은 승온 구간과 온도유지 구간을 포함할 수 있다. 승온 구간과 온도유지 구간은 각각 하나 이상의 구역을 포함할 수 있고, 승온 구간은 6 구역 이상의 온도 구간을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 온도유지 구간은 설정온도를 유지하기 위한 열이 공급된다.
이때, 승온 구간은 5℃/분 이하의 속도로 열분해 온도까지 승온될 수 있고, 온도유지 구간은 승온 구간을 거쳐 승온된 열분해 온도를 유지할 수 있다. 그리고, 온도유지 구간은 240분 이하 동안 400℃ 내지 600℃의 온도로 유지될 수 있다. 온도유지 구간의 유지 시간이 240분을 초과하면, 온도유지 구간의 온도를 유지하기 위해 투입되는 에너지 사용량이 증가하는 것 대비 폐고체의 독성제거 효율 증가 효과는 미미하다. 이때, 온도가 승온되는 때를 승온 단계라하고, 승온 구간을 거쳐 승온된 열분해 온도를 유지하는 때를 열분해 단계라할 수 있다.
예를 들어, 본체(21)가 승온 구간 5 구역 및 온도유지 구간 1 구역을 포함할 경우, 각 구역의 설정 온도는 제1 구역은 200℃, 제2 구역은 250℃, 제3 구역은 300℃, 제4 구역은 350℃, 제5 구역은 400℃, 제6 구역은 400℃로 조절될 수 있고, 승온 속도는 평균 5℃/분일 수 있다.
상기 승온 단계는 초기 온도부터 상기 열처리 온도까지 1 구역 이상, 2 구역 이상, 3 구역 이상, 4 구역 이상, 5 구역 이상 또는 6 구역 이상의 온도 구간으로 나누어 상기 독성 폐고체를 승온할 수 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 × 시료 질량) - (부생가스 내 독성 총량)} / (초기 시료[함수율 1wt% 기준] 독성 농도 × 시료 질량) × 100
부상가스 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 공정이 적용되는 독성 폐고체는 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.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 승온시키되, 독성 폐고체의 온도가 200 ℃ 이상일 때 승온 속도를 평균 5 ℃/min 이하로 조절하는 승온 단계; 및 상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정을 제공한다. 본 실시상태에서는 독성 폐고체의 승온 단계에서, 독성 폐고체의 온도가 200 ℃ 이상일 때 승온 속도를 평균 5 ℃/min 이하로 조절하는 것을 제외하고는 앞에서 설명한 실시상태들에서 설명한 내용이 적용될 수 있다. 전체 반응시간 단축 및 공정효율성 향상을 위해 필요시 독성 폐고체의 온도가 200 ℃ 수준까지는 상대적으로 빠르게 승온하고, 그 이상 온도부터는 낮은 승온속도를 유지하여 개선된 독성 제거율을 달성할 수 있다. 이 실시상태에서도 마찬가지로, 상기 승온 속도는 평균 5 ℃/min 이하, 바람직하게는 평균 3.5 ℃/min 이하, 더욱 바람직하게는 평균 2.5 ℃/min 이하, 더욱 바람직하게는 평균 1 ℃/min 내지 3 ℃/min, 평균 1 ℃/min 내지 2.5 ℃/min, 평균 1 ℃/min 내지 2.2 ℃/min 이다.
상기 실시상태에 있어서, 독성 폐고체의 온도가 200 ℃ 미만일 때의 승온 속도는 평균 5 ℃/min 이상, 예컨대 평균 10 ℃/min 이상에서 선택되도록 조절할 수 있다. 이와 같은 빠른 승온을 통하여 효율적인 열처리를 구현할 수 있다. 상기 승온 속도의 상한은 필요에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 평균 5 ℃/min 이상 40 ℃/min 이하에서 결정될 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 실시상태들의 독성 폐기물의 처리 공정은, 상기 승온 단계 전에, 상기 독성 폐고체를 200 ℃ 또는 그 이하에서 수행하는 열처리 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 200 ℃ 또는 그 이하에서의 열처리 단계를 수행하는 시간은 필요에 따라 결정될 수 있으며, 이는 승온 속도에 따라서도 달라질 수 있다. 이와 같은 200 ℃ 또는 그 이하에서의 열처리를 통하여 효율적인 열처리를 구현할 수 있다.
일 실시상태에 따르면, 상기 승온 단계 전에 독성 폐수에 응집제를 투입하고, 부상조에서 고체와 액체를 분리하고 탈수 단계를 거쳐 독성 폐고체를 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 폐고체에 잔류시킬 수 있다. 독성 성분의 폐고체화를 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.
일 실시상태에 따르면, 상기 처리 공정은 상기 독성 폐고체를 형성한 후 탈수 단계, 입도 또는 성분 조절 단계, 해쇄 또는 파쇄 단계 및 건조 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 부상조에서 분리된 고상은 함수율이 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 독성 폐고체 중의 함수율을 30 wt% 내지 80 wt%로 조절하도록 수행될 수 있다. 탈수 방법으로는 특별히 한정되지 않지만, 필터 프레스(Filter press)를 이용하여 주로 수행될 수 있으며, 추가로 디켄터(Decanter), 디스크(Disk) 건조기, 회전식(Rotary) 건조기, 패들(Paddle) 건조기, 입형다단식 건조기, Cyclone건조기 등이 적용될 수 있다. 본 발명의 실시상태에 따른 처리 공정은 상기 탈수 단계에서 발생하는 탈수 여액을 상기 부상조 또는 독성 폐수 처리 공정의 앞단부에 재투입하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 의하여 부상조에서 재처리되도록 할 수 있다. 최종적으로는 미세 필터를 이용하여 고상 성분이 걸려지게 할 수 있다.
상기 필터 프레스 등의 방법에 의한 탈수 및 최종 열처리 독성제거 효율을 높이기 위하여, 상기 처리 공정은 독성 폐고체의 입도 또는 성분 조절 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 입도 또는 성분 조절 단계는 응집 및/또는 부상 단계를 포함할 수 있다. 상기 응집 및/또는 부상 단계에 의하여 고상 물질의 입도를 높이고, 성분을 조절할 수 있다. 상기 응집 및/또는 부상 단계는 약품 처리를 통하여 수행될 수 있다.
위와 같은 방법을 통하여 얻어진 독성 폐고체는 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 독성 폐고체는 젖은 분말 형태로 배출되거나, 필터 프레스 기계를 이용해 압착된 케이크 형태로 배출될 수 있다.
상기 독성 폐고체는, 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 독성 폐고체는 Cu, Ca, Mg 및 Al 중 적어도 하나의 원소를 포함한다.
일 실시상태에 따르면, 상기 독성 폐고체는 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 독성 폐고체는 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 공정은 필요에 따라 독성 폐고체를 해쇄 또는 파쇄하는 단계 및 건조하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 처리에 의하여, 독성 폐고체에의 열전달을 더 효과적으로 할 수 있게 하여, 본 발명의 특징인 낮은 승온 속도에 의한 열처리와 맞물려 더 높은 독성 제거 효율을 보일 수 있다.
상기 해쇄 또는 파쇄 단계에 의하여, 독성 폐고체를 입자로 제조하는 경우, 슬러지 상태에 비하여 상대적으로 낮은 함수율을 갖도록 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 함수율을 제어하기 용이하고, 원하는 함수율을 갖도록 제어할 수 있으므로, 열처리 단계에서 분해되어야 할 독성 성분으로의 열전달에 유리하다. 또한, 동일 질량을 기준으로 할 때, 입자 형태는 슬러지 형태보다 더 넓은 표면적을 가질 수 있고, 이러한 넓은 표면적은 열전달이 원활하게 할 수 있는 요소가 되어 이후의 열처리에 의한 분해 효율성을 더욱 높일 수 있다. 상기 해쇄 또는 파쇄 단계는 독성 폐고체를 입자화할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 파쇄는 일반적인 파쇄기를 이용하여 수행될 수 있으며, 구체적으로 더블 스크류 믹서 또는 조오 크러셔(jaw crusher) 등을 이용할 수 있다.
상기 건조 단계에 의하여 독성 폐고체 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 독성 폐고체를 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 열처리 단계에서, 독성 폐고체를 반응기, 예컨대 전기로(Tube furnace)에 넣고, 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. 상기 열처리 단계는 바람직하게는 원통형 반응기(Rotary kiln)를 활용하여 수행될 수 있다.
상기 열처리 단계에서의 탈염소화 및 열파괴 기작은 독성 폐고체 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.
빠른 승온 조건의 경우에는 독성 성분의 탈염소화 또는 열파괴/촉매산화 대비 독성 성분의 증발이 우세하여 독성 제거 효율이 낮지만, 전술한 바와 같이 낮은 승온 속도를 통하여 증발 대비 탈염소화 및 열파괴/촉매산화를 우세하게 하여 전체 독성 제거 효율을 높일 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따르면, 독성 폐고체의 열처리시 낮은 승온속도를 의도적으로 유지함으로써 OCDF등의 독성 성분의 증발 대신 탈염소화 및 열파괴/촉매산화를 유도하여 해당 열처리만을 통해서 초고농도 독성 폐고체의 독성 제거율을 70% 이상 수준으로 구현할 수 있다. 승온 속도를 일정 이하 수준으로 낮추지 않는 경우, OCDF의 탈염소화로 인한 독성 제거 대비 단순 증발 경향이 강해져, 독성 제거율이 30% 이하 수준으로 현격히 낮아지는 결과를 나타낸다.
상기 열처리 단계에서의 독성 폐고체 중의 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 공정에서 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 폐고체 내의 금속 성분에 의한 촉매산화에 의하여 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 처리 공정의 열처리 단계는 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 공정은 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 공정은 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.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치를 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100)을 도시한 구성도이다.
독성 폐기물의 처리 장치(100)은 해쇄 장치(10) 및 연속식 회전로 반응기(20)를 포함한다.
해쇄 장치(10)는 후술되는 연속식 회전로 반응기(20)에 폐고체를 공급하기 전 폐고체를 해쇄하는 구성으로, 폐고체를 입자화할 수 있다.
폐고체는 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, 전처리 장치(도시되지 않음)는 독성 폐수에 응집제를 투입하고, 부상조에서 고체와 액체를 분리하고 탈수할 수 있다. 전처리 장치에 의해 전처리된 폐고체에 포함된 독성 성분은 물에 대한 용해도가 매우 낮기 때문에 주로 고상으로 모이게 된다. 따라서, 부상조를 통한 폐수의 처리는 대부분의 독성 성분을 독성 폐고체에 잔류시킬 수 있다. 독성 성분의 폐고체화를 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 물질의 잔류량을 최소화할 수 있다.
폐고체는 응집된 형태로 제공될 수 있고, 해쇄 장치(10)는 응집한 형태의 폐고체에 물리적인 힘을 가해 폐기물을 분산시키는 구성이다. 따라서, 해쇄 장치(10)는 폐고체의 함수율에는 영향을 주지 않는다.
나아가, 해쇄 장치(10)는 폐고체를 1 mm 내지 50 mm의 입경으로 분쇄할 수 있다. 폐고체 입경이 1 mm 미만이면, 연속식 회전로 반응기(20)로 입자 형태의 폐고체가 공급될 때 연속식 회전로 반응기(20) 내에서 분진이 발생하게 된다. 따라서, 폐고체가 열분해되어 생성된 무해화 시료의 회수율이 감소하게 되는 문제가 발생하게 된다.
그리고, 폐고체 입경이 50 mm를 초과하면, 폐고체 입자 내부까지 열이 전달되지 않아 열분해 후 배출되는 시료에 독성 물질이 포함될 가능성이 증가하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 해쇄 장치(10)를 도시한 도면이다. 해쇄 장치(10)는 해쇄 장치(10)의 외형을 결정하는 케이스(11) 내부에 2개 이상의 스크류(12)가 이격되어 구비될 수 있다. 그리고, 해쇄 장치(10)는 폐고체가 투입되는 폐고체 투입부(13) 및 입자 형태의 폐고체가 배출되는 입자 배출부(14)를 포함할 수 있다.
스크류(12)는 회전축 일면에 나선면을 이룬 금속 날개가 달려 있어서 회전을 하면서 폐고체를 밀어내고 분쇄하는 힘이 생기는 장치를 의미한다.
일 실시예에 있어서, 해쇄 장치(10)는 케이스(11) 내부에 스크류(12)가 2개 구비될 수 있다. 폐고체는 두 개의 스크류(12) 사이로 공급되어 두 개의 스크류(12)가 회전함에 따라 폐고체가 뭉침없이 고르게 입자화 및 분쇄될 수 있다.
이때, 두 개의 스크류(12) 사이 간격은 50 mm 내지 200 mm이다. 스크류(12) 간격이 50 mm 미만이면, 폐고체의 입경이 작아져 열분해 공정 시 연속식 회전로 반응기(20) 내에서 분진이 발생되고, 스크류(12) 간격이 200 mm를 초과하면, 폐고체가 뭉치거나 입자화가 고르게 되지 않는 문제가 발생하게 된다.
그리고, 해쇄 장치(10)는 120 RPM 이하의 속도로 스크류(12)가 회전할 수 있다. 스크류(12)가 120 RPM 초과의 속도로 회전하게 되면 폐고체의 입경이 작아지는 문제가 발생하게 된다.
스크류(12)는 회전하는 회전체 외주면에 날개가 구비된 형태로 제공될 수 있다. 날개는 나선형으로 구비될 수 있으나, 폐고체와 접촉하여 폐고체를 해쇄할 수 있으면 형태는 한정되지 않는다.
이때, 날개는 폐고체의 이동방향을 기준으로 90도 이하의 각도로 형성될 수 있다. 날개가 폐고체 이동방향을 기준으로 90도를 초과하게 되면, 폐고체가 입자 배출부(14)로 이동되지 않는 문제가 발생될 수 있다.
연속식 회전로(rotary kiln) 반응기(20)는 해쇄 장치(10)로부터 입자 형태의 폐고체를 공급받아 열분해 하는 구성이다.
일 실시예에 있어서, 연속식 회전로 반응기(20)는 폐고체를 열분해하여 부생가스 및 무해화 시료를 생성하는 본체(21), 입자 형태의 폐고체를 본체(21) 내부로 공급하는 폐고체 공급부(22), 불활성 가스가 공급되는 가스 공급부(23), 폐고체가 열분해되어 생성된 부생가스를 배출하는 부생가스 배출부(24), 폐고체가 열분해되어 생성되는 무해화 시료를 배출하는 시료 배출부(25) 및 본체(21) 외주면에 복수개가 위치되어 본체(21)에 열을 가열부(26)를 포함할 수 있다.
폐고체 공급부(22)는 혜쇄 장치(10)로부터 입자 형태의 폐고체를 공급받아 본체(21) 내부로 공급하는 구성으로, 본체(21) 측면에 구비될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 폐고체 공급부(22)는 해쇄 장치(10)로부터 입자 형태의 폐고체를 공급받는 호퍼(22a) 및 폐고체를 본체(21) 내부로 이동시키는 이동부(22b)를 포함할 수 있다.
호퍼(22a)는 이동부(22b)의 일측과 결합되어 구비될 수 있다. 호퍼(22a)는 이동부(22b)와 접하는 방향으로 갈수록 접진적으로 좁아지는 형태를 포함할 수 있으나, 폐고체를 공급받을 수 있으면 형태는 한정하지 않는다.
이동부(22b)는 폐고체를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 여기서, 수평 방향은 연속식 회전로 반응기(20)의 축방향, 또는 본체(21) 내에서 폐고체의 이동방향과 수평되는 방향을 의미할 수 있다.
따라서, 이동부(22b)는 이동부(22b)의 외형을 결정짓는 몸체 내부에 하나 이상의 스크류를 포함할 수 있다. 여기서, 스크류는 회전체 외주면에 날개가 구비된 형태를 포함할 수 있다. 또는, 이동부(22b)는 몸체 내부에 컨베이어 밸트가 포함될 수 있다. 그러나, 이동부(22b)는 폐고체를 수평 이동시킬 수 있다면 그 형태는 한정하지 않는다.
폐고체 공급부(22)는 폐고체 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 폐고체의 공급량을 조절할 수 있으면 그 형태는 한정하지 않는다.
가스 공급부(23)는 연속식 회전로 반응기(20) 내부로 불활성 가스를 공급하여 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(23)는 본체(21)의 외주면에 위치될 수 있고, 아울러, 가스 공급부(23)는 가열부(26)가 형성되지 않은 본체(21) 외주면에 형성될 수 있다.
부생가스 배출부(24)는 폐고체의 열분해 시간을 증가시키기 위해 가스 공급부(23)와 대향되는 방향에 형성될 수 있다. 여기서, 대향되는 방향은 연속식 회전로 반응기(20)의 축방향과 수직되는 방향을 기준으로 대향되는 방향을 의미한다.
아울러, 부생가스 배출부(24)를 통해 부생가스가 배출될 때, 부생가스와 함께 불활성 가스도 배출될 수 있다.
시료 배출부(25)는 가열부(26)가 형성되지 않은 본체(21)의 외주면에 형성될 수 있다. 폐고체 공급부(22)는 본체(21)의 일단부에 위치될 수 있고, 시료 배출부(25)는 본체(21)의 타단부에 위치될 수 있다. 또는, 연속식 회전로 반응기(20)의 길이 방향을 기준으로 폐고체 공급부(22)와 대향되는 방향에 형성될 수 있다.
본체(21)는 폐고체 공급부(22)로부터 시료 배출부(25) 방향으로 6 구역 이상의 온도 구간들이 배치될 수 있다. 그리고, 각 온도 구간들은 서로 상이한 온도로 유지될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 연속식 회전로 반응기(20)는 각 온도 구간의 본체(21) 외면에 각각 가열부(26)가 위치되어, 각 온도 구간의 온도를 서로 상이하게 조절할 수 있다.
연속식 회전로 반응기(20)는 폐고체를 공급한 후 회전로 반응기의 온도를 승온하는 배치식 회전로 반응기와 달리, 연속식 회전로 반응기(20)의 온도를 승온시켜 연속식 회전로 반응기(20) 내부 온도 프로파일을 실험조건에 맞게 조절한 후 시료를 투입한다. 여기서, 실험조건은 온도가 승온되는 구역의 개수, 온도 구간들의 승온 속도, 각 온도 구간의 설정 온도, 불활성 가스의 온도, 폐고체 공급량 등을 포함할 수 있다.
본체(21)의 길이(L) 방향을 따라 온도 구간들이 6 구역 미만일 경우, 본체(21)의 길이 방향을 따라 본체(21)의 내부 온도 프로파일이 계단식으로 이루어져 일정하게 승온되는 구간보다 급격히 온도가 상승되는 구간이 발생함으로, 시료의 승온 온도를 낮게 유지하는 것에 어려움이 있다. 여기서, 본체(21)의 길이 방향은 본체(21)의 일 단부에서 다른 단부까지의 거리가 가장 긴 길이를 의미하며, 폐고체의 이동 방향과 수평인 방향, 또는, 폐고체 공급부(22)에서 시료 배출부(25)로의 방향을 의미할 수 있다.
그리고, 온도 구간들 중 폐고체 공급부(22)와 가장 인접한 첫번째 온도 구간은 설정 온도가 200℃이하인 것이 바람직하다. 온도 구간들 중 첫번째 온도 구간의 설정 온도가 200℃를 초과하면, 폐고체 내의 독성 물질이 빠르게 기화되어 연속식 회전로 반응기(20) 밖으로 배출되어 폐고체의 독성제거효율이 감소될 수 있다.
그리고, 첫번째 온도 구간의 설정 온도가 200℃ 이하로 조절됨으로써, 폐고체에 포함된 수분이 증발할 수 있는 온도 구간이 포함되어 건조 장치의 생략이 가능하고, 따라서, 폐고체의 열분해 공정이 단순화되는 효과가 발생할 수 있다.
본체(21)의 각 온도 구간들은 승온될 수 있는 최대 설정 온도가 설정되어 있고, 따라서, 온도 구간들은 기 설정된 최대 온도 이상으로 승온되지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각 온도 구간들의 최대 설정 온도는 그 다음 구간의 설정 온도 미만일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 온도 구간들은 폐고체를 승온시키는 승온 속도는 평균(또는, 평균 승온 속도) 5℃/분 이하의 속도로 온도가 증가하여 폐고체를 열분해 온도까지 승온시킬 수 있다. 여기서, 평균 승온 속도란, 전체 승온 시간 중에 승온된 시간을 기초로 계산된 값이다.
예를 들어, 본체(21)가 6 구역의 온도 구간들이 배치될 경우, 폐고체 공급부(22)와 가장 인접한 구역이 제1 구역이고 시료 배출부(25) 방향으로 갈수록 구역의 숫자가 증가할 수 있다.
각 구역의 설정 온도는 제1 구역은 200℃, 제2 구역은 250℃, 제3 구역은 300℃, 제4 구역은 350℃, 제5 구역은 400℃, 제6 구역은 450℃로 조절될 수 있고, 승온 속도는 평균 5℃/분으로 조절할 수 있다.
연속식 회전로 반응기(20)는 폐고체가 공급되기 전에 본체(21)의 제1 내지 제6 구역의 온도를 설정 온도로 승온시킬 수 있다. 폐고체가 제1 구역에서 제2 구역으로 이동하는 동안 폐고체의 온도는 200℃까지 승온될 수 있고, 폐고체는 제2 구역에서 제3 구역으로 이동하는 동안 200℃에서 250℃로 승온될 수 있다.
상기와 동일하게 폐고체는 제3 구역 내지 제6 구역을 거쳐 시료 배출부(25)로 배출될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 본체(21)는 길이 방향을 따라 승온 구간과 온도유지 구간을 포함할 수 있다. 승온 구간과 온도유지 구간은 각각 하나 이상의 구역을 포함할 수 있고, 승온 구간은 6 구역 이상의 온도 구간을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 승온 구간은 폐고체 공급부(22)에서 시료 배출부(25)까지 5℃/분 이하의 속도로 열분해 온도까지 승온될 수 있고, 온도유지 구간은 승온 구간을 거쳐 승온된 열분해 온도를 유지할 수 있다. 그리고, 온도유지 구간은 240분 이하 동안 400℃ 내지 600℃의 온도로 유지될 수 있다. 온도유지 구간의 유지 시간이 240분을 초과하면, 온도유지 구간의 온도를 유지하기 위해 투입되는 에너지 사용량이 증가하는 것 대비 폐고체의 독성제거 효율 증가 효과는 미미하다.
예를 들어, 본체(21)가 승온 구간 5 구역 및 온도유지 구간 1 구역을 포함할 경우, 각 구역의 설정 온도는 제1 구역은 200℃, 제2 구역은 250℃, 제3 구역은 300℃, 제4 구역은 350℃, 제5 구역은 400℃, 제6 구역은 400℃로 조절될 수 있고, 승온 속도는 평균 5℃/분일 수 있다.
상기 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 온도가 증가되는 구간(혹은 온도 구간들, 승온 구간)의 승온 속도가 평균 5℃/분을 초과하면, 폐고체에 포함된 독성물질이 분해되기 전 증발하는 문제가 발생하여, 폐고체의 무해화 효율이 감소할 수 있다.
본체(21)는 직경(d)과 길이(L) 비율이 1:8 내지 1:20인 것을 특징으로 한다. 본체(21)의 직경 및 길이 비율이 1:8 미만일 경우, 본체(21)의 가용내적 공간 대비 길이가 짧아 공급되는 폐고체가 본체(21)의 폭의 방향으로 쌓이게 되어 열이 폐고체 입자 내부까지 침투되지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 입자 형태의 폐고체 내부까지 열이 전달되지 못하면 폐고체에 포함된 유해 화합물이 완전히 분해되지 못하게 된다. 아울러, 온도가 증가하는 구간이 짧아지고 폐고체의 열분해 시간 또한 감소되어 폐고체가 충분히 분해될 수 없다.
그리고, 본체(21)의 직경 및 길이 비율이 1:20을 초과하면, 열분해 온도까지 승온시켜야 하는 본체(21) 내부 넓이가 증가되어 투입되는 에너지에 비해 열분해 효율의 증가는 미미하여 경제적이지 않다.
여기서, 본체(21)의 길이는 본체(21)의 축방향으로 가장 긴 길이를 의미하고, 본체의(21)의 직경은 본체(21)의 축방향과 수직이 되는 방향으로 가장 긴 길이를 의미한다.
본체(21)는 회전가능하며, 본체(21)가 회전됨으로써 폐고체가 폐고체 공급부(22)에서 시료 배출부(25)로 연속적으로 이동할 수 있고, 폐고체 내부로 열전달율을 증가시키는 효과가 발생할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100)은 폐고체가 해쇄 장치(10)에서 폐고체 공급부(22)로 중력에 의해 이동될 수 있다. 그리고, 폐고체가 폐고체 공급부(22)에서 연속식 회전로 반응기(20)로 이동부(22b)에 의해 연속적으로 이동될 수 있다. 그리고, 폐고체는 연속식 회전로 반응기(20)에서 본체(21)의 회전에 의해 폐고체 공급부(22)에서 시료 배출부(25)로 연속적으로 이동되고, 따라서, 폐고체는 해쇄 장치(10)부터 무해화 시료가 배출되기까지 연속적으로 이동할 수 있다.
이때, 연속식 회전로 반응기(20)는 폐고체가 폐고체 공급부(22)로부터 공급되어 시료 배출부(25)로 배출될 때까지 30분 이상 10시간 이하 동안의 시간이 걸릴 수 있다. 즉, 폐고체는 30분 이상 10시간 이하 동안 열분해될 수 있다. 폐고체가 상기 열분해 시간의 범위 안에서 열분해될 경우, 폐고체에 포함된 독성 화합물이 탈염소화 또는 열파괴에 의하여 효율적으로 제거될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 본체(도시되지 않음)는 회전체 외주면에 날개가 구비된 회전 모듈(도시되지 않음)이 더 포함될 수 있다. 회전 모듈은 회전에 의해 폐고체를 유동시켜 폐고체 내부로 열전달율을 증가시키고, 폐고체 공급부(22)에서 부생가스 배출부(24) 방향으로 폐고체를 이동시킬 수 있다.
가열부(26)는 본체(21)가 6 구역 이상의 온도 구간들을 형성함에 따라, 복수개가 구비되고, 바람직하게는 온도 구간들의 개수와 동일하게 구비될 수 있다. 가열부(26)는 각 온도 구간들에 기 설정된 온도 프로파일에 맞춰 설정 온도, 승온 속도 등이 조절될 수 있고, 본 발명에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100)은 가열부(26)를 조절하기 위해 제어부(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
가열부(26)는 각 온도 구간을 설정 온도까지 승온 및 유지시킬 수 있다.
본 발명에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100)은 온도 측정센서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 온도 측정센서는 온도 구간들의 내부 온도를 측정하는 것으로, 온도 구간들의 온도 데이터를 제어부로 전송할 수 있다.
가열부(26)는 온도 측정센서에서 측정된 온도 구간들의 온도 데이터를 바탕으로 제어부를 통해 온도 구간들의 온도를 설정 온도로 조절하고, 제어부에 설정된 승온 속도에 따라 온도 구간들의 온도를 승온시키고, 제어부에 설정된 각 온도 구간들의 최대 온도 이상 승온되지 않게 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100')을 도시한 구성도이다.
독성 폐기물의 처리 장치(100')은 해쇄 장치(10), 연속식 회전로 반응기(20), 냉각 장치(30), 응축세정기(40) 및 활성탄 필터(50)를 포함한다.
해쇄 장치(10), 연속식 회전로 반응기(20) 및 냉각 장치(30)는 일 실시예에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100)과 동일한 구성으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
냉각 장치(30)는 연속식 회전로 반응기(20)의 시료 배출부(25)에서 배출되는 무해화 시료를 공급받아 냉각시키는 것이다.
무해화 시료는 연속식 회전로 반응기(20)에서 완전히 분해 및 제거되지 못한 독성이 잔존할 수 있으며, 일부만 분해된 독성은 이후 다시 재합성될 수 있다. 따라서, 이와 같은 재 합성을 방지하기 위해서는 미분해 독성이 잔존할 수 있는 무해화 시료를 냉각시켜, 재 합성에 필요한 에너지를 제거하는 것이 바람직하다.
따라서, 냉각 장치(30)는 무해화 시료를 100℃ 이하로 냉각시킬 수 있다. 무해화 시료가 100℃를 초과할 경우, 미분해 독성이 재 합성에 필요한 에너지를 이용해 재 합성되는 문제가 발생할 수 있다.
아울러, 무해화 시료는 시료 배출부(25)에서 냉각 장치(30)로 중력에 의해 이동될 수 있다. 다른 실시예에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100')은 해쇄 장치(10)에서부터 냉각 장치(30)까지 폐고체 및 무해화 시료가 연속적으로 이동할 수 있다.
응축세정기(40)는 연속식 회전로 반응기(20)에서 생성되는 부생가스에 포함된 일부 독성 성분을 제거하는 구성으로, 부생가스를 응축하는 응축부 및 부생가스를 세정하는 세정부 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
즉, 응축세정기(40)는 부생가스 및 부생가스에 포함된 독성 성분을 액화할 수 있고, 따라서, 부생가스가 액화되어 생성되는 액체 생성물은 전처리 장치로 재 공급될 수 있다.
응축부는 부생가스를 1차 액체화하는 구성으로, 부생가스가 연속식 회전로 반응기(20)에서 세정부로 이동하는 동안 부생가스의 온도를 감소시키거나, 부생가스가 이동하는 유로의 내부 압력을 증가시켜 액체화할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 응축부는 유로 내부로 냉각수 또는 냉각 기체를 분사하여 부생가스의 온도를 감소시킬 수 있다. 또는, 응축부는 냉각수 또는 냉각 기체가 유로 외주면을 감싸는 자켓형태로 구비될 수 있다.
세정부는 부생가스를 액체화한 액체 생성물에 포함된 독성 성분을 포집하는 것으로, 독성 성분이 제거된 가스가 발생될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 세정부는 한 개 이상의 수용액 형태의 세정액을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수용액 형태의 세정액은 톨루엔(toluene), 염기성 물질 (예를 들어, 수산화나트륨(NaOH)) 등을 포함할 수 있다. 톨루엔 세정액은 액체 생성물에 포함된 유기 화합물을 포집할 수 있고, 염기성 세정액은 산성 성분을 포집할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태 및 다른 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100, 100')은 필터(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다.
액체 생성물은 세정액과 반응 후 독성 성분이 제거된 가스가 생성될 수 있다. 필터는 연속식 회전로 반응기(20)에서 배출되는 부생가스 또는 응축세정기(40)에서 배출되는 가스에 포함된 유해 화합물을 제거할 수 있다. 따라서, 필터는 연속식 회전로 반응기(20)로에서 부생가스가 배출되는 부생가스 배출부(24) 및 응축세정기(40)의 세정부에서 생성되는 가스가 배출되는 경로 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태에 따른 독성 폐기물의 처리 장치(100')은 부생가스가 필터를 통해 응축부 또는 세정부로 공급될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 실험예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
시료 준비
하기 표 1의 독성 성분을 갖고, 하기 표 2의 원소 함량을 갖는 시료를 준비하였다. 상기 독성 성분 및 원소 함량은 함수율 1 wt%인 건조 시료 기준이다. 시료 중의 유기물과 무기물의 중량 비율이 거의 1 : 1로 거의 유사한 수준이었다. 시료의 Cu 함량은 2,730 ppm이며, Cl 함량은 20,000 ppm 수준이었다.
독성 성분 독성등가
환산계수
(I-TEF)		 독성 등가
환산 농도
(pg I-TEQ/g)		 질량기준 농도
(pg/g)
PCDD 2,3,7,8-TCDD 1 0 0
1,2,3,7,8-PeCDD 0.5 0 0
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.01 42.76 4276
OCDD 0.001 122.8 122800
Total PCDD 165.56 127076
PCDF 2,3,7,8-TCDF 0.1 57.91 579.1
1,2,3,7,8-PeCDF 0.05 181.81 3636.2
2,3,4,7,8-PeCDF 0.5 1607.2 3214.4
1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.1 1568.57 15685.7
1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.1 1105.71 11057.1
1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.1 834.35 8343.5
2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.1 2741.62 27416.2
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.01 9578.84 957884
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.01 1796.88 179688
OCDF 0.001 76716.4 76716400
Total PCDF 96189.29 77923904.2
Total PCDD/PCDF 96354.85 78050980.2
(ppm)
Na 6,900
Mg 18,900
Al 53,000
Ca 104,000
Cr 370
Cu 2,730
Fe 135,000
Si 350
Mn 990
Ni 310
Zn -
P <10
Cl 20,000
S 10
실시예 1
시료(시료양 10g, 함수율 31 wt%)을 전기로에 넣고, N2를 투입(0.2 LPM)하여 무산소 분위기를 조성하였다.
이어서, 승온 속도 평균 2.2 ℃/min로 반응 온도 400 ℃까지 승온한 후, 반응 온도에서 2시간 동안 열처리를 수행하였다. 상기 열처리 수행 후 폐고체 중의 잔류 독성과 부생가스 중의 독성을 측정하여 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
　 폐고체 잔류독성
독성 성분 독성등가
환산계수
(I-TEF)		 독성 등가
환산 농도
(pg I-TEQ/g)		 질량기준 농도 (pg/g)
N2 N2
PCDD 2,3,7,8-TCDD 1 0 0
1,2,3,7,8-PeCDD 0.5 0 0
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.1 3 33
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.01 0 0
OCDD 0.001 0 90
Total PCDD 3 123
PCDF 2,3,7,8-TCDF 0.1 0 0
1,2,3,7,8-PeCDF 0.05 0 0
2,3,4,7,8-PeCDF 0.5 24 49
1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.1 9 92
1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.1 12 121
1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.1 0 0
2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.1 11 106
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.01 6 550
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.01 0 0
OCDF 0.001 3 3,100
Total PCDF 65 4,018
Total PCDD/PCDF 68 4,141
기상 배출독성
독성 성분 독성등가 환산계수
(I-TEF)		 독성 등가
환산 농도
(pg I-TEQ/g)		 질량기준 농도
(pg/g)
N2 N2
PCDD 2,3,7,8-TCDD 1 113 113
1,2,3,7,8-PeCDD 0.5 0 0
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.1 2 20
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0.1 1 14
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.01 1 52
OCDD 0.001 0 60
Total PCDD 117 259
PCDF 2,3,7,8-TCDF 0.1 2,669 26,689
1,2,3,7,8-PeCDF 0.05 1,126 22,530
2,3,4,7,8-PeCDF 0.5 4,659 9,318
1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.1 953 9,533
1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.1 1,425 14,249
1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.1 45 450
2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.1 563 5,626
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.01 332 33,206
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.01 12 1,246
OCDF 0.001 8 8,470
Total PCDF 11,793 131,316
Total PCDD/PCDF 11,910 131,575
상기 표 3 및 표 4에 따르면, 전체 독성제거율이 88%이었고, 잔류 독성 농도가 68 pg I-TEQ/g이었으며, 부생가스로 배출된 독성 성분(PCDF, PCDD)의 평균 염소치환도가 5.7이었다.
실시예 2
N2를 대신 공기를 투입(1.0 LPM)한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 열처리 수행 후 폐고체 중의 잔류 독성과 부생가스 중의 독성을 측정하여 하기 표 5 및 표 6에 나타내었다.
폐고체 잔류독성
독성 성분 독성등가 환산계수
(I-TEF)		 독성 등가
환산 농도
(pg I-TEQ/g)		 질량기준 농도 (pg/g)
Air Air
PCDD 2,3,7,8-TCDD 1 0 0
1,2,3,7,8-PeCDD 0.5 0 0
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.1 11 108
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0.1 11 109
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.1 10 97
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.01 7 666
OCDD 0.001 2 1,500
Total PCDD 40 2,480
PCDF 2,3,7,8-TCDF 0.1 6 65
1,2,3,7,8-PeCDF 0.05 17 339
2,3,4,7,8-PeCDF 0.5 219 439
1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.1 128 1,277
1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.1 120 1,198
1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.1 39 390
2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.1 436 4,356
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.01 273 27,336
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.01 39 3,850
OCDF 0.001 117 117,100
Total PCDF 1,394 156,348
Total PCDD/PCDF 1,433 158,828
　 기상 배출독성
독성 성분 독성등가 환산계수
(I-TEF)		 독성 등가
환산 농도
(pg I-TEQ/g)		 질량기준
농도
(pg/g)
Air Air
PCDD 2,3,7,8-TCDD 1 0 0
1,2,3,7,8-PeCDD 0.5 0 0
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.1 3 35
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0.1 0 0
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.1 2 18
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.01 2 233
OCDD 0.001 2 1,940
Total PCDD 10 2,225
PCDF 2,3,7,8-TCDF 0.1 125 1,253
1,2,3,7,8-PeCDF 0.05 144 2,886
2,3,4,7,8-PeCDF 0.5 1,432 2,864
1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.1 684 6,836
1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.1 745 7,451
1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.1 107 1,066
2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.1 3,644 36,440
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.01 1,859 185,901
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.01 166 16,581
OCDF 0.001 755 755,120
Total PCDF 9,661 1,016,398
Total PCDD/PCDF 9,670 1,018,624
상기 표 5 및 표 6에 따르면, 전체 독성제거율이 89 wt%이었고, 잔류 독성 농도가 1,433 pg I-TEQ/g이었으며, 부생가스로 배출된 독성 성분(PCDF, PCDD)의 평균 염소치환도가 7.7이었다.
실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2
반응조건, 분위기 및 평균 승온 속도를 하기 표 7과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 열처리 수행 후 폐고체 중의 잔류 독성과 부생가스 중의 독성을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
반응조건 400℃, 2시간 400℃, 2시간 500℃, 1시간 400℃, 2시간 500℃, 5시간
평균 승온속도
(℃/min)		 2.2 2.2 1.0 5.8 10
분위기 N2 Air N2 N2 N2
독성제거율(%) 88 89 91 32 -28.9
폐고체 잔류독성농도
(pg I-TEQ/g)		 65 1,433 47 1,062 41
기상배출독성 평균염소치환도 5.7 7.7 5.5 6.2 6.5
표 7에 기재된 바와 같이, 승온속도를 제어한 실시예 1 내지 3에서는 전체 독성 제거율이 비교예에 비하여 매우 높은 것을 확인할 수 있다.

Claims (33)

  1. 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 평균 5 ℃/min 이하의 승온 속도로 승온하는 승온 단계; 및
    상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계
    를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정.
  2. 독성 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 승온시키되, 상기 독성 폐고체의 온도가 200 ℃ 이상일 때 승온 속도를 평균 5 ℃/min 이하로 조절하는 승온 단계; 및
    상기 독성 폐고체를 상기 열처리 온도에서 열처리하는 열처리 단계
    를 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 승온 단계에서 상기 열처리 단계까지 6 구역 이상의 온도 구간으로 나누어 상기 독성 폐고체에 열을 공급하는 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 승온 속도가 평균 1 ℃/min 내지 2.5 ℃/min인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 승온 단계 전에, 상기 독성 폐고체를 200 ℃ 또는 그 이하에서 수행하는 열처리 단계를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 독성 폐고체는 함수율 1 wt% 이하의 건조 시료 기준 독성 농도가 10,000-200,000 pg I-TEQ/g 인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 독성 폐고체에 포함되어 있는 독성 PCDF(polychlorinated dibenzofuran) 및 PCDD(polychlorinated dibenzodioxin) 중 OCDF(octachlorinated dibenzofuran) 및 OCDD(octachlorinated dibenzodioxin)의 함량이 90 wt% 이상인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 승온 단계 전에 독성 폐수에 응집제를 투입하고, 부상조에서 고체와 액체를 분리하고 탈수 단계를 거쳐 독성 폐고체를 형성하는 단계를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 독성 폐고체를 형성한 후 탈수 단계, 입도 또는 성분 조절 단계, 해쇄 또는 파쇄 단계 및 건조 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함하는 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 탈수 단계에서 발생하는 탈수 여액을 상기 부상조 또는 독성 폐수 처리 공정의 앞단부에 재투입하는 단계를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 입도 또는 성분 조절 단계는 응집 또는 부상 공정에 의하여 수행되는 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  12. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 열처리 단계는 30분 이상 10시간 이하의 시간 동안 수행되는 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  13. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도에서의 열처리 단계 후의 독성 폐고체 중의 잔류 독성이 3,000 pg I-TEQ/g 이하인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  14. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 열처리 단계에서 발생하는 부생가스로부터 독성 성분을 제거하는 단계를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 공정.
  15. 청구항 14에 있어서, 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 포함하는 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  16. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 승온 단계에 투입되는 독성 폐고체의 함수율은 0 wt% 초과 90 wt% 이하이고, pH가 5 내지 10인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  17. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 열처리 단계는 질소 분위기 또는 산소의 농도가 21 vol% 이하인 분위기 하에서 수행되는 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  18. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 독성 폐고체는 석유화학공정 부산물로 발생되는 폐수슬러지인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  19. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 열처리 단계에서 발생하는 부생가스에 포함된 독성 PCDF의 평균 염소 치환도가 4 내지 8인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  20. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 독성 폐고체는 함수율 1 wt% 이하의 건조 시료 기준 Cu의 함량이 0 ppm 내지 10,000 ppm이고, Cl의 함량이 0 ppm 내지 100,000 ppm인 것인 독성 폐기물의 처리 공정.
  21. 연속식 회전로 반응기를 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치에 있어서,
    상기 연속식 회전로 반응기는
    폐고체를 열분해하여 부생가스 및 무해화 시료를 생성하는 본체;
    상기 폐고체를 상기 연속식 회전로 반응기 내부로 공급하는 폐고체 공급부;
    상기 본체로부터 상기 무해화 시료를 배출하는 시료 배출구 및
    상기 본체에 열을 공급하는 복수개의 가열부를 포함하고,
    상기 가열부는 상기 폐고체 공급부로부터 상기 시료 배출구 방향으로 상기 폐고체를 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 평균 5 ℃/min 이하의 승온 속도로 승온시키는 것인 독성 폐기물의 처리 장치.
  22. 연속식 회전로 반응기를 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치에 있어서,
    상기 연속식 회전로 반응기는
    폐고체를 열분해하여 부생가스 및 무해화 시료를 생성하는 본체;
    상기 폐고체를 상기 연속식 회전로 반응기 내부로 공급하는 폐고체 공급부;
    상기 본체로부터 상기 무해화 시료를 배출하는 시료 배출구 및
    상기 본체에 열을 공급하는 복수개의 가열부를 포함하고,
    상기 가열부는 상기 폐고체 공급부로부터 상기 시료 배출구 방향으로 상기 300 ℃ 내지 600 ℃에서 선택되는 열처리 온도까지 승온시키되, 상기 폐고체의 온도가 200 ℃ 이상일 때 승온 속도를 평균 5 ℃/min 이하로 조절하여 승온시키는 것인 독성 폐기물의 처리 장치.
  23. 청구항 21 또는 22에 있어서, 상기 본체는 상기 폐고체 공급부로부터 상기 시료 배출구 방향으로 6 구역 이상의 온도 구간들을 포함하고, 상기 가열부는 상기 온도 구간들 각각에 열을 공급하는 독성 폐기물의 처리 장치.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 온도 구간들은 상기 본체의 길이 방향을 따라 평균 5℃/min 이하의 속도로 상기 폐고체를 승온시키는 것인 독성 폐기물의 처리 장치.
  25. 청구항 23에 있어서, 상기 온도 구간들 중 상기 폐고체 공급부에 가장 인접한 첫번째 온도 구간은 설정 온도가 200℃이하인 것인 독성 폐기물의 처리 장치.
  26. 청구항 23에 있어서, 상기 온도 구간들은 상기 폐고체 공급부에서 상기 시료 배출부까지 평균 5℃/min 이하의 속도로 열분해 온도까지 승온되는 승온 구간 및 상기 승온 구간 이후 열분해 온도가 유지되는 온도유지 구간을 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치.
  27. 청구항 21 또는 22에 있어서, 상기 본체의 직경(d)과 길이(L)의 비율이 1:8 내지 1:20인 것인 독성 폐기물의 처리 장치.
  28. 청구항 21 또는 22에 있어서, 상기 연속식 회전로 반응기에 상기 폐고체를 공급하기 전 상기 폐고체를 입자화하는 해쇄 장치를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 해쇄 장치는 2개 이상의 스크류가 이격되어 구비되는 독성 폐기물의 처리 장치.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 해쇄 장치는 상기 스크류 간격이 50 mm 내지 200mm이고, 회전수가 120 RPM 이하인 것인 독성 폐기물의 처리 장치.
  31. 청구항 21 또는 22에 있어서, 상기 부생가스를 응축하는 응축부 및 상기 부생가스를 세정하는 세정부 중 어느 하나 이상을 포함하는 응축세정기를 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치.
  32. 청구항 21 또는 22에 있어서, 상기 시료 배출구로부터 상기 무해화 시료를 공급받아 냉각시키는 냉각 장치를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치.
  33. 청구항 23에 있어서, 상기 온도 구간들의 온도를 측정하는 온도 측정센서를 더 포함하는 독성 폐기물의 처리 장치.
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