KR102196212B1 - 비산재 재생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비산재 재생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생활 쓰레기를 소각하여 생성된 비산재를 유리화하여 파우더 형태의 결과물을 생성함으로써, 다양한 분야에 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 재생시에 재활용품만을 사용하도록 하여 환경오염을 방지하고 재활용도를 높일 수 있는 비산재 재생장치 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 쓰레기를 소각하여 생성된 비산재와 이산화규소(실리카, SiO2) 성분이 포함된 혼합재를 설정된 비율로 혼합하여 파우더 형태로 공급하는 파우더 공급 탱크와, 상기 파우더 공급 탱크로부터 공급받은 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 유리화 장치와, 상기 유리화 장치에서 생성된 재생 파우더를 냉각시키는 워터 배스(water bath)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

비산재 재생장치{A recycling equipment for the Fly Ash}
본 발명은 비산재 재생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생활 쓰레기를 소각하여 생성된 비산재를 유리화하여 파우더 형태의 결과물을 생성함으로써, 다양한 분야에 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 재생시에 재활용품만을 사용하도록 하여 환경오염을 방지하고 재활용도를 높일 수 있는 비산재 재생장치 관한 것이다.
경제가 발전하고 산업이 발달하면서 가정과 사회에서 각종 쓰레기가 발생하고 있는데, 이와 같이 가정이나 산업 현장에서 발생하는 쓰레기는 일정한 곳에 분리 수거된 다음, 일부는 재활용 되고, 나머지는 매립되거나 혹은 소각되고 있다.
이 중에서 소각하는 경우, 생활 쓰레기 혹은 산업 쓰레기는 주변 여건에 따라 소규모 혹은 대규모의 소각장에서 일정한 단위로 소각하게 되는데, 일부는 단순 소각되지만 소각 보조제를 혼합하여 소각하는 경우도 많다.
이러한 소각 처리의 가장 큰 관심사는 소각으로 인한 대기의 오염 문제이지만, 소각 후 발생하는 소각재의 처리도 상당한 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 소각재에는 CaO, Cl, SiO2 등 다양한 성분이 존재하는 것으로, 소각재를 그대로 건축, 토목용 자재를 제조하는데 첨가제로서 활용하거나, 용융 후 배출된 유리질 슬래그를 골재로서 활용하려는 시도가 계속되고 있다.
그러나, 전자의 경우는 완성된 제품의 품질이 저조하고 환경적 유해성을 근본적으로 해결하기 힘든 방법이며, 후자의 경우는 유리질 슬래그는 표면이 매끄럽고 쉽게 파쇄되는 취성을 띠고 있어 실적율 및 모르타르 부착성이 현저히 떨어져 구조용으로는 거의 사용을 하지 못하는 단점을 내포하고 있으며, 비구조용으로도 그 품질이 완전히 보증되지 못하고 있어, 자원의 재활용 측면에서도 개발의 여지가 많은 실정이다.
또한, 국가에 따라서는 바닥재는 분리, 선별 등의 전처리 공정으로 처리하는 반면, 비산재의 경우는 중금속 및 염소 성분을 다량으로 함유하므로, 그 유해성에 의해 필수 불가결하게 1300~1500℃에서 용융 처리한 후, 비구조용 골재 및 성토재료로서 활용하고자 하는 연구가 진행되고는 있으나, 저가치성에 의해 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.
그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2005-0065963호에 기재된 기술이 제안되었는데, 그 기술적 특징은 비산재를 주원료로 하고, 여기에 염기도가 8~15 범위가 되도록 SiO2를 20~50중량% 첨가한 다음, 발색 및 청징 첨가제 0.01~1중량%를 가하여 10~30분간 혼합한 혼합물을 산화방식의 용융로에서 1200~1400℃로 1~2시간 단시간 용융한 후, 수쇄 및 공냉 형태로 배출하는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허 제10-2005-0065963호에 기재된 기술은 유리화를 통하여 비산재를 감싸도록 하여 중금속의 용출을 방지하도록 하는 장점은 있으나, 용융로에 비산재, SiO2, 발색 및 청징 첨가제가 혼합된 혼합물을 수용한 상태로 1~2시간 용융시켜야하므로 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 도출되는 결과물은 일정이상의 크기를 가지는 결정형태이므로 다양한 분야에서 활용하기가 어려운 문제점이 있다.
또한, 이산화규소(실리카, SiO2)를 사용하기 때문에 이러한 원료의 수급에 상당한 비용이 추가로 지출되는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2005-0065963
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 생활쓰레기를 소각하여 생성되는 비산재에 혼합재로 이산화규소(실리카, SiO2) 파우더를 혼합한 파우더를 관형태의 반응관에 주입하여 반응관에 가해지는 토치의 열기에 의해 반응관을 이동하는 동안에 실리카가 비산재를 감싸도록 유리화함으로써, 연속적으로 비산재를 유리화할 수 있을 뿐만 아니라 제조 시간을 획기적으로 단축할 수 있으며 유리화된 제품이 파우더 형태로 제조되도록 하여 다양한 분야에 용이하게 활용할 수 있도록 하는 비산재 재생장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 비산재를 폐유리 또는 폐LCD글라스를 분쇄한 파우더를 혼합재로 사용하여 유리화 과정을 거치도록 함으로써, 실리카를 사용하지 않고 버려지는 자재만으로 유리화를 수행할 수 있어 자원 재활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 비산재를 탄산화 과정을 거치도록 하여 혼합하는 혼합재의 양을 줄이더라도 중금속 용출량을 기준치 이하로 유지할 수 있는 비산재 재생장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
쓰레기를 소각하여 생성된 비산재와 이산화규소(실리카, SiO2)로 이루어지는 혼합재를 설정된 비율로 혼합하여 파우더 형태로 공급하는 파우더 공급 탱크와, 상기 파우더 공급 탱크로부터 공급받은 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 유리화 장치와, 상기 유리화 장치에서 생성된 재생 파우더를 냉각시키는 워터 배스(water bath)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 혼합재는 폐유리 또는 폐 LCD 글라스를 비산재와 동일한 입도 또는 작은 입도로 분쇄한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유리화 장치는 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 반응부와, 상기 반응부에 불꽃과 혼합 파우더를 공급하는 토치와, 상기 토치에 혼합 파우더를 공급하는 정량 공급장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반응부는 관형태로 형성되어 일측에서는 혼합 파우더와 불꽃을 공급받고 타측으로는 비산재가 유리화된 재생 파우더를 배출하는 반응관과, 상기 반응관의 외측에 구비되는 단열재와, 상기 단열재의 외측에 구비되는 보호 커버로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 반응관과 단열재 사이에는 열선이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 토치는 파우더 이송관, 연료 이송관, 산소 이송관이 내측에 형성되는 토치 몸체와, 상기 토치 몸체의 후단에 연결되어 산소를 공급하는 산소관, 연료를 공급하는 연료관 및 정량 공급장치가 결합되는 연결 브라켓과, 상기 토치 몸체의 전단에 연결되어 혼합 파우더 및 불꽃을 분사하는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 노즐부는 원통형상으로 형성되는 내측 몸체와, 원통형상으로 형성되어 상기 내측 몸체의 외측에 이격되도록 구비되는 외측 몸체로 이루어지고, 상기 내측 몸체는 상기 파우더 이송관과 연통되어 혼합 파우더를 상기 반응부로 분사하고, 상기 내측 몸체와 외측 몸체 사이의 공간은 상기 연료 이송관과 산소 이송관을 통하여 공급되는 산소와 연료가 혼합되어 불꽃을 상기 반응부로 분사하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 내측 몸체의 외주면에는 산소와 연료를 혼합하기 위한 단턱부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 워터 배스와 유리화 장치 사이에는 메인 탱크가 더 구비되되, 상기 메인 탱크는 상기 유리화 장치에서 공급되는 재생 파우더는 하부에 위치하는 배출구를 통하여 워터 배스로 공급하고, 유리화가 되지 않은 혼합 파우더는 상부에 형성되는 회수구를 통하여 상기 파우더 공급 탱크로 회수되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 워터 배스는 외부의 냉각장치로부터 냉각수를 공급받고, 내부에는 컨베이어가 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 파우더 공급탱크와 유리화장치 사이에는 혼합 파우더를 건조하기 위한 건조 유닛이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비산재는 탄산화 과정을 더 거치는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 생활쓰레기를 소각하여 생성되는 비산재에 혼합재로 이산화규소(실리카, SiO2) 파우더를 혼합한 파우더를 관형태의 반응관에 주입하여 반응관에 가해지는 토치의 열기에 의해 반응관을 이동하는 동안에 실리카가 비산재를 감싸도록 유리화함으로써, 연속적으로 비산재를 유리화할 수 있을 뿐만 아니라 제조 시간을 획기적으로 단축할 수 있으며 유리화된 제품이 파우더 형태로 제조되도록 하여 다양한 분야에 용이하게 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 비산재를 폐유리 또는 폐LCD글라스를 분쇄한 파우더를 혼합재로 사용하여 유리화 과정을 거치도록 함으로써, 실리카를 사용하지 않고 버려지는 자재만으로 유리화를 수행할 수 있어 자원 재활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 비산재를 탄산화 과정을 거치도록 하여 혼합하는 혼합재의 양을 줄이더라도 중금속 용출량을 기준치 이하로 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 쓰레기 소각 비산재를 재활용하기 위한 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 유리화 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 유리화 장치를 분리한 상태의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 토치의 분리한 상태의 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 유리화장치의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 유리화 장치를 분리한 상태의 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 비산재 재생장치의 토치의 분리한 상태의 개념도이다.
본 발명은 생활 쓰레기를 소각하는 과정에서 생성되는 비산재를 재활용하기 위한 비산재 재생장치에 관한 것으로 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 그 구성은 쓰레기를 소각하는 과정에서 생성된 비산재와 이산화규소(실리카, SiO2)로 이루어지는 혼합재를 설정된 비율로 혼합하여 파우더 형태로 공급하는 파우더 공급 탱크(100)와 상기 파우더 공급 탱크(100)로부터 공급받은 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 유리화 장치(300)와 상기 유리화 장치(300)에서 생성된 재생 파우더를 냉각시키는 워터 배스(water bath, 500)로 이루어진다.
여기서, 상기 혼합 파우더는 비산재와 혼합재를 혼합하여 형성된 것으로서, 상기 유리화 장치(300)에서 비산재의 외측에 용융된 혼합재가 감싸도록 부착되어 비산재의 내부에 포함된 중금속이 외부로 용출되지 않도록 하여 생활에서 안정적으로 사용할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 비산재 재생장치는 유리화된 재생 파우더를 상기 워터 배스(500)에서 냉각시켜 이산화규소가 비산재를 감싼 형태를 유지하도록 하는데, 상기 유리화 장치(300)에서는 후술하겠지만 혼합 파우더에 직접 열을 가하여 생성된 재생 파우더 역시 파우더 형태로 제조된다.
그래서, 파우더 형태로 공급하여 파우더 형태로 가공되기 때문에 연속적으로 작업이 가능하여 많은 물량을 신속하게 처리할 수 있으며, 파우더 형태로 제조되기 때문에 다양한 물품에 용이하게 적용할 수 있어 재활용 효율을 높일 수 있게 된다.
그리고, 비산재의 유리화를 위하여 사용하는 혼합재는 이산화규소(실리카, SiO2)로 이루어지는데, 순수한 이산화규소(실리카, SiO2)를 사용할 수도 있지만, 본 발명에서는 이산화규소(실리카, SiO2)가 90%이상 함유된 폐유리 또는 폐 LCD 글라스를 분쇄하여 혼합재로 사용하게 된다.
그래서, 본 발명에서는 순수한 이산화규소(실리카, SiO2)를 사용하지 않고, 폐유리 또는 폐 LCD 글라스를 분쇄한 파우더를 사용함으로써, 비산재뿐만 아니라 폐기되는 폐유리 및 폐 LCD 글라스 자원을 재활용할 수 있어 환경오염을 방지하고 재활용 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
이때, 상기 폐유리 또는 폐 LCD 글라스를 분쇄할 때, 비산재의 입도와 동일하거나 작은 입도로 분쇄하여 사용함으로써, 안정적으로 유리화가 진행도록 한다.
한편, 상기 유리화 장치(300)는 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 반응부(370)와 상기 반응부(370)에 불꽃과 혼합 파우더를 공급하는 토치(320)와 상기 토치(320)에 혼합 파우더를 공급하는 정량 공급장치(310)로 이루어진다.
이 중에서 상기 반응부(370)는 관형태로 형성되는 반응관(372)과 상기 반응관(372)의 외측에 구비되는 단열재(374)와 상기 단열재(374)의 외측에 구비되는 보호 커버(376)로 이루어진다.
여기서, 상기 반응관(372)은 내열성 튜브로 이루어지고, 상기 단열재(374)에 의해 내측으로 공급되는 토치(320)의 불꽃의 열기가 외부로 누출되는 것을 방지할 뿐만 아니라 외부의 냉기가 반응관(372)에 작용하여 유리화가 안정적으로 수행되지 않거나 심할 경우, 반응관(372)의 내측과 외측의 온도차가 심해 크랙이 발생하는 것을 방지하게 된다.
이때, 상기 보호 커버(376)는 반응관(372)을 외부의 충격으로부터 보호할 뿐만 아니라 외부의 냉기를 1차로 차단하여 반응관(372)의 열효율을 높여 줄 수 있게 된다.
그래서, 상기 반응관(372)은 일측에서는 상기 토치(320)로부터 혼합 파우더와 불꽃을 공급받아 내부에서 안정적으로 유리화가 진행되는데, 유리화는 전술한 바와같이 비산재의 표면에 용융된 이산화규소가 코팅되는 것을 말하며, 이렇게 유리화된 재생 파우더는 타측 단부로 배출되게 된다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 반응관(372)과 단열재(374) 사이에는 열선(미도시)을 더 구비할 수 있는데, 상기 열선을 통하여 반응관(372)의 가장자리 온도를 적정 온도로 유지할 수 있게 된다.
즉, 상기 토치(320)에 의해 분사되는 불꽃의 열기가 상당히 높기 때문에 반응관(372)의 외부 온도와 상당한 차이가 나므로 상기 단열재(374)가 외부의 냉기를 어느정도 차단할 수 있지만 완전한 차단이 불가능하여 반응관(372)의 가장자리의 온도가 낮아져 안정적인 유리화 반응의 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 반응관(372)의 외측에 열선을 더 구비하여 반응관(372)의 가장자리의 온도를 중심부의 온도와 동일하게 유지할 수 있어 안정적으로 유리화 반응을 이끌어낼 수 있으며, 불꽃을 가하기 전에 미리 예열하여 급격한 온도의 변화에 의해 반응관(372)이 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 상기 토치(320)는 원통 형상으로 형성되는 토치 몸체(330)와 상기 토치 몸체(330)의 후단에 연결되어 정량 공급장치(310)와 연결되는 연결 브라켓(340)과 상기 토치 몸체(330)의 전단에 연결되는 노즐부(360)로 이루어진다.
여기서, 상기 토치 몸체(330)의 중심부에는 상기 정량 공급장치(310)를 통하여 공급된 혼합 파우더가 이동하는 파우더 이송관(332)이 길이방향을 따라 형성되고, 가장자리 일측에는 상기 연결 브라켓(340)을 통하여 공급되는 연료가 이동하는 연료 이송관(334)과 산소가 이동하는 산소 이송관(336)이 각각 형성된다.
이때, 상기 연결 브라켓(340)은 중심부에 관통공(346)이 형성되어 후술할 정량공급장치(310)의 스크류(313)가 연결되며, 가장자리에는 외부로부터 산소를 공급받는 산소관이 연결되는 산소관 연결부(344)와 연료를 공급받는 연료관이 연결되는 연료관 연결부(342)가 형성된다.
한편, 상기 노즐부(360)는 상기 토치 몸체(330)의 전단에 연결되어 혼합 파우더 및 불꽃을 분사하게 되는데, 상기 노즐부(360)는 원통형상으로 형성되는 내측 몸체(361)와 원통형상으로 형성되어 상기 내측 몸체(361)의 외측에 이격되도록 구비되는 외측 몸체(364)로 이루어진다.
여기서, 상기 내측 몸체(361)는 상기 파우더 이송관(332)과 연통되어 혼합 파우더를 상기 반응부(370)로 분사하고, 상기 내측 몸체(361)와 외측 몸체(364) 사이의 공간은 상기 연료 이송관(334)과 산소 이송관(336)과 연통되어 상기 연료 이송관(334)과 산소 이송관(336)을 통하여 공급되는 산소와 연료가 혼합된다.
이때, 상기 내측 몸체(361)의 외주면에는 단턱부(363)가 더 형성되는데, 상기 연료 이송관(334)과 산소 이송관(336)을 통하여 공급되는 산소와 연료가 이동하는 과정에서 상기 단턱부(363)에 의해 보다 용이하게 혼합되게 된다.
따라서, 상기 노즐부(360)의 전부에 별도로 구비되는 점화수단(미도시)을 통하여 연료와 산소의 혼합 기체를 점화하여 상기 반응부(370)로 높은 온도의 불꽃을 분사하게 되는데, 상기 연료는 다양한 연료를 사용할 수 있지만 수소를 사용하여 연소과정에서 추가 이물질이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 상기 노즐부(360)와 토치 몸체(330) 사이에는 밀폐부재(350)가 더 구비되는데, 상기 토치 몸체(330)의 전단에는 수용홈(338)이 형성되어 상기 밀폐부재(350)의 후부가 삽입된다.
여기서, 상기 밀폐부재(350)의 중심부에는 전후로 관통되도록 보조 파우더 이송관(352)이 상기 파우더 이송관(332)과 연통되도록 형성되는데, 상기 보조 파우더 이송관(350)의 전부에는 상기 내측 몸체(361)의 후부에 돌출 형성되는 제1삽입돌부(362)가 삽입 설치되며, 상기 제1삽입돌부(362)의 외주면에는 수나사가 형성되어 밀폐부재(350)의 보조 파우더 이송관(352)에 나사 결합으로 견고하게 결합된다.
이때, 상기 밀폐부재(350)의 전부에는 제2삽입돌부(358)가 돌출 형성되어 상기 외측 몸체(364)의 후부로 삽입됨으로써, 내측 몸체(361)와 외측 몸체(364)는 일정거리 이격되도록 설치되며, 상기 밀폐부재(350)에는 보조 연료 이송관(354)과 보조 산소 이송관(356)이 연료 이송관(334) 및 산소 이송관(336)과 각각 연통되도록 형성되어 내측 몸체(361)과 외측 몸체(364) 사이의 공간으로 산소와 연료를 공급하게 된다.
한편, 상기 외측 몸체(364)의 외측에는 원통 형상의 결합부재(366)가 구비되는데, 상기 외측 몸체(364)의 후단 외주면에는 플랜지(365)가 형성되고 상기 결합부재(366)의 후단에는 지지턱(367)이 형성되어 외측 몸체(364)를 후방으로 가압하게 된다.
여기서, 상기 결합부재(366)의 후부 외주면에는 수나사가 형성되고 상기 토치 몸체(330)의 전부 내주면에는 암나사가 형성되어 상기 결합부재(366)는 토치 몸체(330)의 전부에 나사 결합으로 결합되어 외측 몸체(364)를 견고하게 고정하게 된다.
이때, 상기 토치(300)를 통하여 공급되는 연료와 산소의 유속 및 연료와 산소의 배합비를 조절하여 불꽃의 길이 및 불꽃의 온도를 조절할 수 있는데, 이렇게 불꽃의 길이와 온도에 따라 유리화를 통하여 제조된 재생 파우더의 입자의 크기가 달라지게 되므로 재활용하기 위한 물품에 따라 불꽃의 길이 및 온도를 조절하여 제조되는 재생 파우더의 입자 크기를 조절하게 된다.
그리고, 상기 토치(320)의 후부에 결합되는 정량 공급장치(310)는 원통 또는 다각통 형상으로 형성되는 공급몸체(311)와 상기 공급몸체(311)의 중심부에 전후 관통하도록 형성되는 중공(312)과 상기 중공(312)의 내측에 회전가능하도록 구비되는 스크류(313)와 상기 공급몸체(311)의 후부에 설치되어 상기 스크류(313)의 회전을 제어하는 모터(314)로 이루어진다.
여기서, 상기 공급몸체(311)의 일측에는 상기 파우더 공급 탱크(100)와 공급라인(102)을 통하여 연결되는 투입구(315)가 형성되어 혼합 파우더를 공급받게 되며, 상기 스크류(313)를 일정 속도로 회전시켜 전방에 위치하는 토치(320)에 일정량을 일정한 속도로 지속적으로 공급할 수 있다.
물론 상황에 따라 스크류(313)의 회전속도를 제어하여 공급되는 혼합 파우더의 양을 조절할 수 있는 것은 당연하다.
한편, 상기 워터 배스(500)와 유리화 장치(300) 사이에는 메인 탱크(400)가 더 구비되는데, 상기 메인 탱크(400)는 유리화 장치(300)를 구성하는 반응부(370)의 단부와 연결되어 유리화된 재생 파우더를 공급받게 된다.
여기서, 메인 탱크(400)의 크기는 재생하기 위한 비산재의 양에 따라 다양하게 형성될 수 있는데, 양이 적을 경우 하나의 유리화 장치(300)만을 연결하도록 작은 크기로 형성할 수도 있고, 재생할 양이 많을 경우에는 다수의 유리화 장치(300)가 연결될 수 있도록 크게 형성할 수도 있다.
이때, 상기 유리화 장치(300)에서 공급되는 재생 파우더는 메인 탱크(400)의 하부에 위치하는 배출구(410)를 통하여 상기 워터 배스(500)로 공급하고, 상기 유리화 장치(300)에서 미처 유리화가 되지 않은 혼합 파우더는 메인 탱크(400)의 상부에 형성되는 회수구(420)에 연결되는 회수라인(104)를 통하여 상기 파우더 공급 탱크(100)로 회수된다.
즉, 상기 유리화 장치(300)를 통하여 유리화가 진행되면 비산재의 외측에 용융된 이산화규소가 코팅됨으로써 입자의 크기가 커져 메인 탱크(400)의 하방으로 이동하게 되고, 미처 유리화가 진행되지 않은 비산재 및 혼합재는 그 입자가 작아 메인 탱크(400) 내부의 높은 온도에 의해 상부로 이동하게 됨으로써, 자연적으로 분리 된다.
그리고, 상기 메인 탱크(400)의 하부에 구비되는 워터 배스(500)는 내부에 냉각수가 채워지는데 별도로 구비되는 냉각장치(510)를 통하여 냉각수를 지속적으로 공급받게 된다.
여기서, 상기 워터 배스(500)의 내측에는 컨베이어가 구비되어 냉각된 재생 파우더를 측부에 위치하는 건조장치(600)로 이동시키게 되며 상기 건조장치(600)에서 공급하는 뜨거운 공기에 의해 신속하게 건조된다.
한편, 상기 파우더 공급 탱크(100)와 연결되는 공급 라인(102)과 회수 라인(104)에는 각각 블로워(103,105)가 구비되어 있어 혼합 파우더를 공급하거나 회수하게 된다.
여기서, 본 발명의 비산재 재생장치에는 제어 장치(900)가 구비되어 각 구성들을 제어하게 되며, 일측에는 상기 유리화 장치(300)에 연료 및 산소를 공급하기 위한 가스 공급장치(810)가 구비되어 안정적으로 가스를 공급하는데, 상기 가스 공급장치(810)의 측부에는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하는 전기분해장치(830)가 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 회수 라인(104)의 일측에는 집진장치(820)가 더 구비되어 회수하는 혼합 파우더에 포함된 이물질을 걸러줄 수 있으며, 상기 공급 라인(102)를 통하여 유리화 장치(300)로 혼합 파우더를 공급할 때, 공급 라인(102)에 건조 유닛(200)을 더 구비하여 유리화 장치(300)로 공급되는 혼합 파우더에 수분을 완전히 제거하여 안정적으로 유리화를 수행할 수 있게 한다.
이렇게 전술한 본 발명의 비산재 재생장치를 사용하여 유리화한 재생 파우더를 용출시험을 통하여 중금속의 용출 정도를 테스트해 보았다.
여기서, 테스트 방법은 미국 환경 보호국(US EPA) 등에서 사용하는 방식으로서 가장 널리 사용되는 용출시험법 중 하나인 TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)를 통하여 용출 테스트를 수행하였는데, TCLP 용출시험 방법은 입경이 95mm이하의 시료 100g 이상을 시료:용매의 비율이 1:20이 되도록 혼합하여 18시간 동안 분당 30회의 속도로 교반장치를 통하여 회전교반한 뒤 0.6~0.8㎛ 멤브레인필터를 사용하여 여과 후 채취된 여과액 내오염물질을 분석한다.
이때, TCLP 용출 시험법에 사용되는 용매는 2가지 종류가 있으며 해당 폐자원의 pH에 따라 용액의 종류가 달라진다. 폐자원의 pH가 5이상인 경우 초산용액(pH 288)을 사용하고 pH가 5 이하인 경우 초산완충액(pH 4.93)을 용매로 사용한다.
우선, 생활 쓰레기를 소각하는 과정에서 생성된 비산재를 수거하여 전술한 TCLP 용출 시험법을 사용하여 분석하였는데, 하기의 [표 1]과 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cu Cd Cr+6 Hg As CN Cl LOI(%)
환경부 기준 1.0
이내		 1.0
이내		 0.10
이내		 0.10
이내		 0.003
이내		 0.50
이내		 0.20
이내		 250
이내		 5.0
이하
용출량
(mg/L)		 112.7 0.32 5.2 0.023 0.086 0.066 N.D 685 6.7
만족여부 X O X O X O O X X
그리고, 생활 쓰레기를 소각하는 과정에서 생성된 비산재를 수거하여 본 발명의 비산재 재생장치에 적용킨 후, 전술한 TCLP 용출 시험법을 사용하여 분석하였는데, 하기의 [표 2]와 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cu Cd Cr+6 Hg As CN Cl LOI(%)
환경부 기준 1.0
이내		 1.0
이내		 0.10
이내		 0.10
이내		 0.003
이내		 0.50
이내		 0.20
이내		 250
이내		 5.0
이하
SPL1
용출량
(mg/L)
106.0
0.280
4.80
0.018
0.125
N.D
N.D
68.0
1.3
SPL2
용출량
(mg/L)
101.9
0.300
5.50
0.015
0.095
N.D
N.D
42.7
0.9
SPL3
용출량
(mg/L)
110.5
0.220
5.30
0.022
0.077
N.D
N.D
72.8
0.7
평균
용출량
(mg/L)
106.1
0.267
5.20
0.018
0.099
N.D
N.D
61.2
1.0
한편, 본 발명의 비산재 재생장치를 사용하여 재생 파우더를 제조할 때, 비산재와 이산화규소의 혼합비를 1차적으로 90중량부:10중량부로 하여 제조한 재생 파우더의 경우에는 하기의 [표3]과 같은 결과가 도출되었다.
여기서, 전술한 실험 결과에 의하면 이산화규소를 혼합하지 않은 비산재를 본 발명의 비산재 재생장치에 적용시킨 결과물의 용출시험에서는 Pb, Cd, Hg를 제외한 중금속들은 환경 규제치 이하로 용출되기 때문에 별도로 표기하지는 않았고, 강열감량(LOI)의 경우에도 비산재에 포함된 미연소 탄화물이 유리화 장치(300)에서 연소되어 감소하여 모든 성분 비에서 환경부 강열감량 규제치를 만족시키므로 별도로 표기하지 않았다.
Pb Cd Hg
환경부 기준 1.0 이내 0.10 이내 0.003 이내
SPL1용출량(mg/L) 25.9 0.74 0.004
SPL2용출량(mg/L) 44.4 0.55 0.007
SPL3용출량(mg/L) 29.7 0.19 0.010
평균용출량(mg/L) 33.3 0.49 0.007
상기 [표 3]에 기재된 바와 같이 환경부 기준과 도출된 용출량을 살펴보면 Pb, Cd, Hg 모두 기준치를 초과하여 도출되었다.
그리고, 2차 실험에서는 비산재와 이산화규소의 혼합비를 80중량부:20중량부로 하여 제조한 재생 파우더의 경우에는 하기의 [표4]과 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cd Hg
환경부 기준 1.0 이내 0.10 이내 0.003 이내
SPL1용출량(mg/L) 7.3 0.009 0.001
SPL2용출량(mg/L) 6.9 0.013 N.D
SPL3용출량(mg/L) 7.7 0.018 N.D
평균용출량(mg/L) 7.3 0.013
상기 [표 4]에 기재된 바와 같이 환경부 기준과 도출된 용출량을 살펴보면 Pb에서는 기준치를 초과하였지만, Cd, Hg에서는 기준치를 만족하였다.
그리고, 3차 실험에서는 비산재와 이산화규소의 혼합비를 70중량부:30중량부로 하여 제조한 재생 파우더의 경우에는 하기의 [표5]과 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cd Hg
환경부 기준 1.0 이내 0.10 이내 0.003 이내
SPL1용출량(mg/L) 0.48 N.D N.D
SPL2용출량(mg/L) 0.35 N.D N.D
SPL3용출량(mg/L) 0.32 N.D N.D
평균용출량(mg/L) 0.38
상기 [표 5]에 기재된 바와 같이 환경부 기준과 도출된 용출량을 살펴보면 Pb는 기준치 이내로 용출되었고, Cd, Hg는 검출이 되지 않아서 모두 기준치를 만족하였다.
그리고, 4차 실험에서는 비산재와 이산화규소의 혼합비를 60중량부:40중량부로 하여 제조한 재생 파우더의 경우에는 하기의 [표6]과 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cd Hg
환경부 기준 1.0 이내 0.10 이내 0.003 이내
SPL1용출량(mg/L) 0.089 N.D N.D
SPL2용출량(mg/L) 0.077 N.D N.D
SPL3용출량(mg/L) 0.041 N.D N.D
평균용출량(mg/L) 0.069
상기 [표 6]에 기재된 바와 같이 환경부 기준과 도출된 용출량을 살펴보면 Pb는 기준치 이내로 용출되었고, Cd, Hg는 검출이 되지 않아서 모두 기준치를 만족하였다.
따라서, 본 발명의 비산재 재생 장치를 사용할 때, 비산재와 이산화규소의 혼합비를 70중량부:30중량부로 하여 진행할 경우 모든 중금속이 환경부 기준치를 만족한 재생 파우더를 제조할 수 있게 된다.
그리고, 5차 실험에서는 탄산화 과정을 거친 비산재를 사용하였는데, 탄산화 과정이란 유해 중금속의 안정화를 위해 비산재에 이산화탄소(CO2, 순도 99% 이상)를 주입하여 가속탄산화 반응을 일으키는 것으로서, 탄산화 고액비(L/S)는 1:0.5로 하고 6시간 동안 가속탄산화를 수행하였다.
이렇게 탄산화 과정을 거친 비산재와 이산화규소의 혼합비를 90중량부:10중량부로 하여 제조한 재생 파우더의 경우에는 하기의 [표7]과 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cd Hg
환경부 기준 1.0 이내 0.10 이내 0.003 이내
SPL1용출량(mg/L) 0.43 0.44 0.011
SPL2용출량(mg/L) 0.59 0.59 0.008
SPL3용출량(mg/L) 0.33 0.35 0.009
평균용출량(mg/L) 0.45 0.46 0.009
상기 [표 7]에 기재된 바와 같이 환경부 기준과 도출된 용출량을 살펴보면 Pb는 기준치를 만족하였지만, Cd, Hg에서는 기준치를 초과하였다.
그리고, 6차 실험에서는 탄산화 과정을 거친 비산재와 이산화규소의 혼합비를 80중량부:20중량부로 하여 제조한 재생 파우더의 경우에는 하기의 [표8]과 같은 결과가 도출되었다.
Pb Cd Hg
환경부 기준 1.0 이내 0.10 이내 0.003 이내
SPL1용출량(mg/L) 0.085 0.025 0.001
SPL2용출량(mg/L) 0.090 0.011 N.D
SPL3용출량(mg/L) 0.054 0.021 0.001
평균용출량(mg/L) 0.076 0.019
상기 [표 8]에 기재된 바와 같이 환경부 기준과 도출된 용출량을 살펴보면 Pb, Cd, Hg 모두 기준치를 만족하였다.
따라서, 비산재의 탄산화 과정을 거친 후, 본 발명의 비산재 재생장치를 통하여 유리화를 할 경우, 20중량부의 이산화규소를 사용하면 되므로 보다 적은 이산화규소를 사용하게 됨으로써, 혼합재로 이산화규소 자체를 사용할 경우, 이산화규소에 소요되는 비용을 상당히 절감할 수 있게 된다.
물론, 전술한 바와 같이 이산화규소가 90%이상 함유된 폐유리 또는 폐 LCD 글라스를 분쇄하여 혼합재로 활용할 경우에는 이산화규소(실리카)를 사용하지 않고 버려지는 자재만으로 유리화를 수행할 수 있어 자원 재활용도를 높일 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 비산재 재생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생활 쓰레기를 소각하여 생성된 비산재를 유리화하여 파우더 형태의 결과물을 생성함으로써, 다양한 분야에 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 재생시에 재활용품만을 사용하도록 하여 환경오염을 방지하고 재활용도를 높일 수 있는 비산재 재생장치 관한 것이다.
100 : 파우더 공급 탱크 200 : 건조 유니트
300 : 유리화 장치 310 : 정량 공급장치
320 : 토치 330 : 토치 몸체
340 : 연결 브라켓 350 : 밀폐부재
360 : 노즐부 370 : 반응부
400 : 메인 탱크 500 : 워터 배스
600 : 건조장치 810 : 가스 공급부
820 : 집진장치 830 : 전기분해장치
900 : 제어 장치

Claims (12)

  1. 쓰레기를 소각하여 생성된 비산재와 이산화규소(실리카, SiO2)로 이루어지는 혼합재를 설정된 비율로 혼합하여 파우더 형태로 공급하는 파우더 공급 탱크와,
    상기 파우더 공급 탱크로부터 공급받은 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 유리화 장치와,
    상기 유리화 장치에서 생성된 재생 파우더를 냉각시키는 워터 배스(water bath)로 이루어지고,
    상기 유리화 장치는 혼합 파우더의 비산재를 유리화시키는 반응부와, 상기 반응부에 불꽃과 혼합 파우더를 공급하는 토치와, 상기 토치에 혼합 파우더를 공급하는 정량 공급장치로 이루어지며,
    상기 반응부는 원통형상으로 형성되는 반응관이 구비되되, 상기 반응관의 일측에서는 혼합 파우더와 불꽃을 공급받고 타측으로는 혼합 파우더를 불꽃에 의해 유리화한 파우더 형태의 재생 파우더를 배출하고,
    상기 워터 배스와 유리화 장치 사이에는 메인 탱크가 더 구비되되,
    상기 메인 탱크는 상기 유리화 장치에서 공급되는 재생 파우더는 하부에 위치하는 배출구를 통하여 워터 배스로 공급하고,
    유리화가 되지 않은 혼합 파우더는 상부에 형성되는 회수구를 통하여 상기 파우더 공급 탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합재는 폐유리 또는 폐 LCD 글라스를 비산재와 동일한 입도 또는 작은 입도로 분쇄한 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응부는 상기 반응관과,
    상기 반응관의 외측에 구비되는 단열재와,
    상기 단열재의 외측에 구비되는 보호 커버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응관과 단열재 사이에는 열선이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 토치는 파우더 이송관, 연료 이송관, 산소 이송관이 내측에 형성되는 토치 몸체와,
    상기 토치 몸체의 후단에 연결되어 산소를 공급하는 산소관, 연료를 공급하는 연료관 및 정량 공급장치가 결합되는 연결 브라켓과,
    상기 토치 몸체의 전단에 연결되어 혼합 파우더 및 불꽃을 분사하는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노즐부는 원통형상으로 형성되는 내측 몸체와,
    원통형상으로 형성되어 상기 내측 몸체의 외측에 이격되도록 구비되는 외측 몸체로 이루어지고,
    상기 내측 몸체는 상기 파우더 이송관과 연통되어 혼합 파우더를 상기 반응부로 분사하고,
    상기 내측 몸체와 외측 몸체 사이의 공간은 상기 연료 이송관과 산소 이송관을 통하여 공급되는 산소와 연료가 혼합되어 불꽃을 상기 반응부로 분사하는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 내측 몸체의 외주면에는 산소와 연료를 혼합하기 위한 단턱부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 워터 배스는 외부의 냉각장치로부터 냉각수를 공급받고,
    내부에는 컨베이어가 구비되는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 공급탱크와 유리화장치 사이에는 혼합 파우더를 건조하기 위한 건조 유닛이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 비산재는 탄산화 과정을 더 거치는 것을 특징으로 하는 비산재 재생장치.
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