KR100820169B1 - 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계폐기물의 무해화 처리 장치 - Google Patents

아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계폐기물의 무해화 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명은 유기계 폐기물의 무해화 처리와 처리물의 자원화로서 부가가치를 창출하는 목적으로 현재까지 처리 곤란한 밴젠환 과 염소원자를 같이 갖고 있는 방향족계유기염소화합물(芳香族系有機鹽素化合物) 등의 폐기물을 아임계수(亞臨界水)의 큰 확산력과 강력한 용해력(溶解力)을 이용하여 유기계 폐기물의 무해화 처리로서 생성된 생성물을 자원화하는 혁신적인 장치로서 아임계수발생부, 반응분해부, 분쇄혼합부 등으로 대별할 수 있고 유기계 폐기물을 밀폐된 반응 분해기 공간내부에 수용한 후 아임계수 발생부에서 유기계 폐기물에 최적한 아임계수(200 ℃ ~ 300 ℃의 온도와 25㎏f/㎠ ~ 50㎏f/㎠ 의 압력)를 발생시켜 반응분해기에 분사하여 교반이동을 반복하면 아임계수 중에서 가속반응 및 용해도의 급격한 증가로 20 분 ~ 40 분의 단시간에 유기계 폐기물은 무해화 분해되어 자원화의 생성물을 얻게 되는 혁신적인 장치를 제공하는 데 있다.
유기계 폐기물

Description

아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치{waste harmlessnessize treatment system by super milled critical water}
본 발명은 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치에 관한 것으로 유기계 폐기물을 처리함에 있어서 처리가 곤란하고 경제성이 부족하여 현재까지 처리가 되지 않은 유기계 폐기물 중 복합생활 폐기물 및 밴젠환 과 염소 원자를 갖고 있는 방향족계유기염소화합물(芳香族系有機鹽素化合物) 등을 아임계수(亞臨界水)의 강력한 용해력 및 확산력으로 무해화 분해처리에 의한 분자상 분말 상태의 분해 생성물을 얻게되는 혁신적인 자원화 장치를 공급하여 단시간에 대량의 유기계 폐기물을 무해화 함으로써 고부가 가치를 창출하는데에 있다.
종래의 유기계 폐기물의 대량 처리 방법은 지상에 매립을 하는 경우 침출수에 의한 지하수나 토양을 오염시키는 문제점이 있었고 소각처리를 할 때는 방대한 시설과 에너지를 필요로 하였으며 연소 과정에서는 유해한 다이옥신(dioxin) 성분이 누출됨으로써 대기를 오염시키는 문제, 바이오 막스 잔사 문제, 유독성 물질의 PCB 저장 문제 등의 많은 문제점이 있었고 이를 해결한 처리 방법으로 초임계수(超臨界水)방법이 있었으나 방대한 시설비가 소요되는 결점이 있었다.
본 발명의 유기계 폐기물은 온도와 압력조건에 의해 고체, 액체, 기체의 상태로 존재하고 또한 2개의 상태로 공존하는 것도 있다.
물(水)을 일정한 온도 압력 이상으로 가열 가압을 하면 초임계수(超臨界水)라고 하는 기체의 성질과 액체의 성질을 갖는 상태가 된다. 물은 374℃ 22.1Mpa에서는 초임계수(超臨界水)가 되어 상온 상압시에는 생각할 수 없는 밀도, 유전율(誘電率), 이온적용해도(ION積溶解度), 분해력 등이 크게 변화하여 급격하게 활성화되는 특성을 기본으로 초임계수보다 다소 연한 아임계수(250 ℃ ~ 300 ℃, 25Kgf/㎠ ~ 50Kgf/㎠)를 적용하여, 상기와같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 나노수적발생은 아임계수 발생장치의 고압 보일러에서 고압증기의 온도가 250℃ ~ 300℃ 정도이고 압력이 25Kgf/㎠ ~ 50Kgf/㎠ 정도의 고온고압의 미립자(微粒子)의 나노수적(Nano 水積)을 발생시키고 처리물의 물성에 의해 온도와 압력이 부족할 시에는 고압 보일러에서 발생한 과열증기를 증온 증압을 하기 위한 증온, 증압 장치를 설치하여 증온은 가열 히타에서 증온하고 증압은 고압 압축 펌프에서 증압시켜 처리물 분해에 최적한 온도와 압력의 미립자인 나노수적을 반응 분해기 내부에 부설된 분사노즐을 통하여 분사토록 되어 있으며, 반응분해기에 분사되는 순간에 감압되어 아임계수 상태를 벗어나는 것을 방지하고 아임계수 상태의 온도와 압력을 설정하고 이를 일정하게 유지하기 위한 수단으로 자동제어장치를 아임계수의 분사노즐 공급경로에 아임계수 공급 자동제어밸브를 설치하여 반응 분해기 내의 아임계수의 온도와 압력이 미달될 시에는 계속적으로 과열증기를 공급하고 아임계수 상태의 압력과 온도가 초과될 시에는 반응분해기의 증기 배출 경로에 배출증기 자동제어 밸브를 설치하여 배출하게 하므로서 반응분해기 내의 아임계수의 아임계상태가 일정하게 유지되도록 하고,
반응 분해부는 원통형의 밀폐된 압력용기의 공간에 교반이동장치를 설치하고 중공관 회전축 원주면에 분사노즐을 다수개 설치하여 아임계수를 분사토록 하고 유기계 폐기물을 반응분해기의 공간내부에 수납한 후 교반이동을 하면서 아임계수를 반응분해기 내부에 수납된 유기계 폐기물의 표면에 분사하면 아임계수는 액체의 용해도와 기체의 확산도가 강력한 활성에 의해 아임계수는 250℃ 부근에서 염류의 용해도적이 1,000배 정도 급증되어 유기계 폐기물은 가속적으로 가수분해되는 동시에 산화반응도가 강력화하여 다이옥신(Dioxin) 폴리염화비페닐(PSB)의 밴젠환까지 즉시에 파괴되어 무해화 처리되는 장치를 간편한 구조로 형성함으로써 시설비와 처리경비를 격감되도록 하면서 환경 오염의 방지에도 큰 기여를 할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 아임계수 시스템에서 난분해성 유기질 폐기물의 폴리염화비페닐(PCB)의 PCB가 5ppm 함유된 트랜스유를 분해 촉매제의 목분(木粉)과 중량 비율 트랜스유 1 에 목분 3 의 비율로 혼합한 후 밀폐된 반응분해기 내부 공간에 수납하고 교반을 하면서 아임계수 발생장치에서 온도 230℃, 압력 27Kgf/㎠ 의 아임계수를 발생시켜 반응분해기 내부에 부설된 분사노즐을 통하여 1시간 정도 아임계수 상태를 유지하면서 분사를 행하여 분해를 한 후 분해된 처리물을 취출하고 이를 분석한 결과 처리 고형물에서는 PCB의 함유량이 0.0005㎖/ℓ가 되어 규제치(規制値) 0.003㎖/ℓ보다 훨씬 적게 유출되어 폴리염화비페닐의 PCB가 완전 분해에 가까운 무해화 분해로 고형물은 퇴비화 및 연료용 목탄분말로 사용할 수 있는 자원화로서 그의 파급효과는 지대하다.
이상과 같이 PCB의 분해 메카니즘은 일반적으로 PCB는 1,200℃ 이상이 되지 않으면 분해 불가능하다고 하나 200℃ 전후에서도 분해되는 사실을 발견하였다.
이는 주위는 200℃ 전후이나 국소에는 1,200℃ 이상의 고온이 발생하는 것으로 양자수학설의 양자이론의 주위상온국소고온 발생현상에 기인한 소립자의 초고에너지 입자가 충돌하면 주위는 상온이라도 국소는 1200℃ 에 달하는 고 에너지가 분자전환에 소비되는 메카니즘이다.
이와 같은 상온주위국소 에너지 발생으로 PCB를 구성하는 밴젠환을 분해할 수 있는 정도의 고 에너지가 발생하여 분해처리가 이루어지는 분해기술은 처리물에 목질의 촉매제를 가하여 아임계수의 소립자를 보다 효율적으로 분해를 촉진시킨다.
이상과 같이 아임계 시스템은 초임계 시스템보다 압력은 1/4 정도, 온도는 1/2 정도로 분해처리가 가능하므로 작업성, 시설비, 런닝 코스트 등의 종합적인 경제성 평가는 1/3 정도로 처리되는 혁신적 신기술에 의한 차별화된 시스템이다.
이와 같은 본 발명은 간단한 구조로 형성되고 내열, 내압성과 내구성을 확보한데에 특징이 있으며 지금까지 처리가 곤란하였던 방향족계유기염소화합물을 무해화 처리하여 유기계 폐기물을 자원화함으로써 고부가 가치를 창출함과 동시에 환경 오염의 방지 및 경제성, 기술적인 면 등에도 파급되는 효과가 큰 것이다.
모터(1)의 체인기어 피니언(2)과 상측 체인기어(3)에 체인(4)을 연결하여서 된 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치에 있어서,
반응분해기(5)의 체인기어(3) 방향은 중앙에 교반축수(6)가 설치된 커버체(7)를 밀폐하고 커버체(7) 대향 방향의 반응분해기(5) 단부에 형성된 축수지지대(8) 측변에는 배출문(9)을 설치하고 교반축수(6)의 실링부(10)와 축수지지대(8)에는 간격을 두고 방향이 다르게 뚫린 증기배출공(11),(11')에 분사노즐(12),(12')을 각각 결합한 중공관 회전축(13)을 장착하고 분사노즐(12),(12') 사이에는 교반이동 임팰러(14),(14')를 방사선형으로 다수개 반응분해기(5) 내둘레에 근접되게 형성하고 체인기어(3) 방향의 중공관 회전축(13) 단부는 보일러(15)의 연결관(16)에 압축펌프(17)와 히타(18) 및 스위벨 조인트(19)를 연결하고 반응분해기(5) 하측은 드레인 밸브(20)와 상측은 안전밸브(21)와 아임계수 배출 자동제어밸브(22)를 설치하고 투입구(23)에는 덮개(24)를 설치하되 투입구(23) 위로는 파쇄 혼합기(25)를 설치하여서 된 것이다.
미 설명부호 26 은 지지대
27 은 분해생성물 을 표시한다.
이와 같이 된 본 발명은 반응분해기(5) 상측 투입구(23) 위에 설치된 파쇄혼합기(25)에 다양한 종류 및 형상으로 된 불균일한 유기계 폐기물(도시하지 않았음)을 투입하여 일정한 형태로 파쇄하여 물리적으로 균일하게 하고 혼합시에 산화제 및 촉진제를 첨가하여 분해 효율을 증대되도록 한 후 반응분해기(5) 상측에 개방된 투입구(23)로 투입한 다음에 덮개(24)를 밀폐하고 모터(1)를 가동하여 체인기어 피니언(2)에 걸린 체인(4)이 상측 체인기어(3)를 회전시키면 반응분해기(5) 내부 공간에 설치된 중공관 회전축(13)과 방사선형(放射線形)으로 설치된 교반이동 임팰러(14),(14')가 회전할 때에 교반축수(6)와 타측의 축수지지대(8)는 중공관회전축(13)이 원활히 회전할 수 있도록 지지해 주고 실링부(10)는 중공관회전축(13)을 밀폐해주게 된다.
이렇게 유기계 폐기물이 중공관회전축(13)과 동일 방향으로 회전하는 다수의 교반이동 임팰러(14),(14')에 의해 골고루 교반 이동 운동을 반복하는 과정에 보일러(15)에서 발생한 고온의 증기는 연결관(16)을 통해 고압 압축 펌프(17)에 도달하여 증압시킨 후 히타(18)에서 더 증온되어 유기계 폐기물의 종류에 최적한 온도 및 압력을 조절한 아임계수(亞臨界水)(250℃ ~ 300℃, 25 Kgf/㎠ ~ 50 Kgf/㎠)의 증기를 스위벨 조인트(19)를 거쳐 중공관 회전축(13)의 중공관을 통해 일정간격을 두고 다수개 뚫린 통공(11),(11')에 설치된 사방의 노즐(12),(12')에 의해 유기계 폐기물 표면에 분사되면 가열된 대량의 수분자가 국소에서 고속으로 주회(走回)하여 수분자(水分子) 또한 밀폐된 반응분해기(5)의 내벽과 커버체(7) 및 배출문(9) 내면 등 상, 하, 좌, 우로 이동, 교반, 충돌을 반복하여 사각지대(死角地帶)를 없애면서 유기물과 친화성이 큰 처리물의 주위에 아임계수(亞臨界水)의 나노수적이 유기계 폐기물의 표면에 침투할 수 있는 공간을 반복적으로 형성하면서 모여 점차적으로 충돌을 반복, 계속함에 따라 물의 밀도가 높은 충돌 수분자(水分子)의 수는 통상 수증기의 약 5,000배 정도의 많은 수가 충돌하여 염소 원자의 대부분이 취출되고 다시 폴리염화비페닐(PSB)의 밴젠환을 포함한 골격도 완전히 분해되고 최종적으로 물과 이산화탄소, 염화수소까지 완전히 무해화 분해가 20 분 ~ 40 분 정도에서 2㎥~3㎥ 의 많은 처리물이 효율적으로 무해화 처리 되는 과정에 반응 분해기(5) 내에서 발생하는 소량의 물은 하측의 드레인 밸브(20)를 통해 배출할 수가 있고 상측의 안전밸브(21)는 설정된 온도가 과열되지 않도록 조절해주는 작용을 하면서 자원화의 분해 생성물을 얻게 되면 모터(1)와 보일러(15), 압축펌프(17), 히타(18)의 가동을 중단하고 압력 배출 밸브(22)를 개방하여 반응 분해기(5) 내의 고온, 고압의 증기를 배출시킨 후 배출문(9)을 개방하여 취출하게 되는 것이다.
이는 아임계수의 나노수적이 유기계 폐기물의 표면에 충돌하면서 액체의 용해도와 기체의 확산도가 강력하게 활성화되어 250 ℃ 부근에서 염류의 용해도적이 1,000배 정도 급증하여 유기계 폐기물은 가속적으로 가수분해되는 동시에 산화반응도가 강력하여 난분해성 유기계 폐기물의 방향족계유기염소 화합물도 단시간 내에 무해화분해가 되는 것이다. 이 원리는 초임계수보다 다소 연한 아임계수의 주위국소고에너지의 발생으로 물의 신수삼태개념(新水三胎槪念)의 분자, 원자, 양자의 원자전환의 연속적인 변환에 가수분해되는 양자 수학설을 적용한 것으로서,
물은 수소와 산소로 구성되어 있으며 양자레벨(量子 Level)의 물이 대칭성을 회복할 때 양자전자장(量子電磁場)에서 발생하는 양자수 연결의 원자전환설(原子轉換說)은 양자레벨수가 대칭성을 회복하는 방향에 발생하는 물의 신수삼태개념은 분자수 ↔ 원자수 ↔ 양자수가 가역적(可逆的)으로 변화하는 결과 양자수, 분자수의 에너지(energy) 차(差)가 물의 증감(增減)에 따라 원자, 분자전환을 흡열적(吸 熱的) 발열적(發熱的)으로 발생하는 양자수 연결의 원자 전환에 의해 분해되는 이론이며,
물의 신수삼태개념은 물은 열 에너지(energy)의 요인으로 분자수에서 원자수를 거쳐 양자수로 에너지 레벨(energy level)을 증가시키던지 역으로 양자수가 원자수를 거쳐서 분자수로 에너지 레벨을 감소시키는 현상은 에너지 레벨의 높은 종방향 (縱方向)의 에너지 변화를 나타내는 것이 물의 신수삼태개념이다.
이와 같은 양자수-원자수의 에너지 차(差)로서 원자전환이 계속적으로 일어나 원자-분자수의 에너지 차(差)로서 분자 전환이 일어난다.
종래의 물의 삼태개념은 물은 온도와 같이 그의 존재형태를 변환시켜 고체(얼음) 액체(물) 기체(수증기)의 삼태를 나타내는것이 주지의 사실이다. 이와 같은 현상은 에너지 레벨이 낮은 횡방향(橫方向)의 에너지 변화를 나타내고 있다. 이와 같이 물은 에너지 레벨의 차에 의해 분자, 원자, 양자의 원자전환이 연속적으로 전환되어 분해되는 이론이 양자수학의 신수삼태개념이고,
물의 신수삼태개념도는 아래와 같다.
Figure 712008500466874-pat00006

1) 양자수 : 그의 에너지레벨을 저하시켰을 시 원자수를 통하여 분자수가 되는 소립자의 집단이다.
2) (양자수 - 원자수) : 양자 레벨의 에너지가 원자전환에 기여한다.
3) (원자수 - 분자수) : 원자 레벨의 에너지가 분자전환에 기여한다.
초임계수나 아임계수 상태에서 분자수는 H2 O 의 물의 분자로 존재하고 원자수는 H, O, H 의 원자로 존재하고 양자수는 H, O, H 의 양자의 소립자로 존재한다.
도 1 은 본 발명의 종단면도
도 2 는 도 1 의 A - A 선 단면도
도 3 은 본 발명의 요부 발췌 단면도
도 4 는 본 발명의 실링 부분 발췌 단면도
도 5 는 본 발명의 축수지지대 부분 발췌 측면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 ; 모터 2 ; 체인기어 피니언 3 ; 체인기어
4 ; 체인 5 ; 반응 분해기 6 ; 교반축수
7 ; 커버체 8 ; 축수지지대 9 ; 배출문
10 ; 실링부 11,11' ; 증기 배출공 12,12' ; 분사노즐
13 ; 중공관 회전축 14,14' ; 교반이동 임펠러 15 ; 보일러
16 ; 연결관 17 ; 압축펌프 18 ; 히타
19 ; 스위벨 조인트 20 ; 드레인 밸브 21 ; 안전밸브
22 ; 아임계수 배출 자동제어 밸브 22' ; 아임계수 공급 자동제어 밸브
23 ; 투입구 24 ; 덮개 25 ; 파쇄 혼합기

Claims (1)

  1. 모터(1)의 체인기어 피니언(2)과 상측 체인기어(3)에 체인(4)을 연결하여서 된 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치에 있어서,
    반응분해기(5)의 체인기어(3) 방향은 중앙에 교반축수(6)가 설치된 커버체(7)를 밀폐하고 커버체(7) 대향 방향의 반응분해기(5) 단부에 형성된 축수지지대(8) 측변에는 배출문(9)을 설치하고 교반축수(6)의 실링부(10)와 축수지지대(8)에는 간격을 두고 방향이 다르게 뚫린 증기배출공(11),(11')에 분사노즐(12),(12')을 각각 결합한 중공관 회전축(13)을 장착하고 분사노즐(12),(12') 사이에는 교반이동 임팰러(14),(14')를 방사선형으로 다수개 반응분해기(5) 내둘레에 근접되게 형성하고 체인기어(3) 방향의 중공관 회전축(13) 단부는 보일러(15)의 연결관(16)에 압축펌프(17)와 히타(18) 및 스위벨 조인트(19)를 연결하고 반응분해기(5) 하측은 드레인 밸브(20)와 상측은 안전밸브(21)와 아임계수 배출 자동제어밸브(22)를 설치하고 투입구(23)에는 덮개(24)를 설치하되 투입구(23) 위로는 파쇄 혼합기(25)를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치.
KR1020070068084A 2007-07-06 2007-07-06 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계폐기물의 무해화 처리 장치 KR100820169B1 (ko)

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