KR20110091163A - 폐기물 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생활폐기물의 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발생한 바닥재에 함유된 철 성분을 제거하고, 철 성분이 제거된 바닥재를 분쇄하고 탄산 이온을 주입하여 철 성분 및 염화물의 유해성분을 제거하는 바닥재 재활용 방법에 관한 것이다.
본 발명의 폐기물 바닥재 처리방법은 폐기물을 소각시에 발생되는 바닥재를 공해없이 안정하게 처리할 수 있고, 바닥재의 철 성분 및 염화물을 제거함으로써 바닥재를 재생하며 건자재로 재활용할 수 있고, 자원을 절약하며 환경보전에 기여할 수 있게 된다.

Description

폐기물 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법 {Method for Recycling Bottom Ash}

본 발명은 생활폐기물의 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발생한 바닥재에 함유된 철 성분을 제거하고, 철 성분이 제거된 바닥재를 분쇄하고 탄산 이온을 주입하여 철 성분 및 염화물의 유해성분을 제거하는 바닥재 재활용 방법에 관한 것이다.

일반적으로 생활 폐기물을 처리하는 방법은 과거에 주로 매립처리 방법에 의존하였으나, 우리나라와 같이 국토 면적이 좁은 나라는 넓은 면적이 요구되는 매립장의 부지확보가 어렵고, 매립지 수명연장 차원에서 소각처리 방법이 주요 대안으로 추진되고 있다.

생활 폐기물을 포함한 고형 폐기물의 소각 후 발생하는 소각재는 크게 바닥재와 비산재로 분류되며, 이 중 특히 바닥재는 비산재에 비하여 다량으로 발생하나, 상대적으로 염소, 중금속 용출 등 환경적인 유해성이 낮아 재활용의 가능성이 크다. 그럼에도, 현재 바닥재의 전량이 매립되고 있는 실정이다.

바닥재는 시멘트 원료, 토건재료로서 사용함에 있어서 바닥재에 함유된 염소성분, 중금속 등의 미량성분이 결정적인 영향을 미치고 있어서, 바닥재의 재활용에 장애를 일으키는 미량성분을 제거하기 위한 방법으로는, 풍화작용과 같이 장기간 방치하여 바닥재의 안정화를 도모하거나, 화학약품을 첨가하여 바닥재 내 중금속을 안정화시켜 용출량을 감소시키는 화학적 안정화 방법 등이 있다. 그러나, 풍화작용은 3개월 이상의 장기간이 소요되며 화학적 안정화법은 주로 사용되는 킬레이트제 화학약품이 고가라는 단점이 있다. 이에 물로 수세하여 미량성분을 용해시키는 방법이 바닥재의 안정화 시간과 경제성 면에서 우월한 것으로 평가받고 있다.

바닥재에 존재하는 미량의 중금속과 염소성분은 매립 및 이차적인 활용에 있어 토양, 지하수 오염 등 오염의 원인이 되며, 시멘트 원료 등으로 재활용하는 데는 시멘트 킬른 공정 및 제품의 품질에 문제를 일으킬 수 있어 이에 대한 적절한 처리방법이 필요하다.

한편, 최근에는 자원 재활용의 측면에서 이러한 생활 폐기물 소각로에서 배출되는 바닥재를 건축분야(골재 및 뒤채움재)등 자재로 재활용 시도를 하고 있으나, 일반 골재에 비해 낮은 비중 및 높은 조립률과 흡수율 때문에 재활용이 어려워 현재 거의 대부분 매립되는 실정이다. 따라서, 바닥재의 재활용은 환경보전과 자원의 리싸이클 측면에서 시급한 실정이다.

이에, 본 발명자들은 폐기물 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 및 환경 오염문제를 개선하기 위하여 예의 노력한 결과, 생활 폐기물의 소각시 발생하는 바닥재를 철 성분 및 염화물을 제거하여 처리함으로써 편리하고 경제적일 뿐만 아니라 처리된 바닥재는 바닥재의 재활용에 악영향을 미치는 요소가 제거되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 폐기물 소각시 발생하는 바닥재의 철 성분 및 염화물 등의 유해 물질을 제거하는 폐기물 바닥재의 재활용 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 바닥재에 함유된 철 성분을 제거하는 단계; (b) 상기 철 성분이 제거된 바닥재를 1차 분쇄하는 단계 및 1차 분쇄된 바닥재를 물과 혼합하여 일정 시간 동안 침적 및 수세하는 단계; (c) 상기 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 반응하는 알칼리물질을 첨가하는 단계; (d) 상기 (b) 단계의 수세시에 탄산 가스를 주입하여 염화물을 제거하는 단계; (e) 상기 수세된 바닥재를 2차 분쇄하는 단계 ; (f) 상기 2차 분쇄된 바닥재에 석고를 첨가하는 단계; 및 (g) 상기 석고가 첨가된 바닥재에 포졸란 물질을 혼합하는 단계를 포함하는 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법에 관한 것이다.

본 발명의 폐기물 바닥재 처리방법은 폐기물을 소각시에 발생되는 바닥재를 공해없이 안정하게 처리할 수 있고, 바닥재의 철 성분 및 염화물을 제거함으로써 바닥재를 재생하며 건자재로 재활용할 수 있고, 자원을 절약하며 환경보전에 기여할 수 있게 된다.

도 1은 폐기물 바닥재의 처리방법을 나타낸 것이다.

본 발명은 (a) 바닥재에 함유된 철 성분을 제거하는 단계; (b) 상기 철 성분이 제거된 바닥재를 1차 분쇄하는 단계 및 1차 분쇄된 바닥재를 물과 혼합하여 일정 시간 동안 침적 및 수세하는 단계; (c) 상기 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 반응하는 알칼리물질을 첨가하는 단계; (d) 상기 (b) 단계의 수세시에 탄산 가스를 주입하여 염화물을 제거하는 단계; (e) 상기 수세된 바닥재를 2차 분쇄하는 단계 ; (f) 상기 2차 분쇄된 바닥재에 석고를 첨가하는 단계; 및 (g) 상기 석고가 첨가된 바닥재에 포졸란 물질을 혼합하는 단계를 포함하는 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 1차 분쇄된 바닥재를 물에 침적하는 동안, 상기 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 반응하는 알칼리물질은 통상적으로 바닥재 자체에 함유된 알칼리물질로도 충분하지만, 바닥재 자체의 알칼리물질이 부족할 경우, 바닥재 자체에 부족한 알칼리물질을 보충하여 콘크리트 강도를 감소시키는 알루미늄금속을 콘크리트 수화반응에 안정적인 물질로 변환시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 철 성분이 제거된 바닥재를 1차 분쇄하기에 앞서, 상기 철 성분이 제거된 바닥재를 일정 시간 동안 물에 침적 및 상기 물에 침적된 바닥재를 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에서, 철 성분이 제거된 바닥재를 1차 분쇄할 때, 상기 철 성분이 제거된 바닥재와 물을 일정 비율로 혼합하여 분쇄함으로써, 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 알칼리물질 사이의 반응 효율과, 생석회와 물 사이의 반응 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

상기 1차 분쇄된 바닥재를 2차 분쇄하고, 바닥재에 석고를 첨가한다. 상기 2차 분쇄된 바닥재에 석고를 첨가하는 단계와, 상기 석고가 첨가된 바닥재에 포졸란 물질을 혼합하는 단계를 더 포함함으로써, 석고가 첨가된 바닥재와 포졸란 물질을 혼합하여 이루어지는 콘크리트 혼합 재인 석탄재의 초기 강도의 저하를 보완할 뿐만 아니라 장기 강도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 상기 포졸란 물질은 석탄재를 포함하며, 상기 석탄재에 상기 석고가 첨가된 2차 분쇄된 바닥재를 45중량％이하로 혼합함으로써, 포졸란 기능을 향상시키며, 바닥재는 콘크리트 혼화재인 석탄재의 결점을 보강하며 더욱 향상된 기능을 발휘할 수 있는 기능 향상제로서 재활용될 수 있게 된다.

본 발명에서의 석탄재에 바닥재를 45중량％ 이하의 범위에서 혼합하여, 포졸란 반응의 기본물질인 소석회와 SiO₂ ＋ Al₂O₃ 함량을 적절하게 배합함으로써 포졸란 기능을 향상시키며, 바닥재는 콘크리트 혼화재인 석탄재의 결점을 보강하며 더욱 향상된 기능을 발휘할 수 있는 기능향상제로서 재활용될 수 있게 된다.

본 발명에 있어서, 탄산화과정은 H₂O 와 소각 바닥재의 고액비(L/S)=10에서 CO₂를 30분간 인위적으로 불어 넣어 주어 실시한 후 위와 같은 방법으로 염화물의 농도를 측정하였다.

폐기물 소각로에서 배출된 바닥재를 철 성분 제거, 1차 분쇄, 물에 침적, 탈수, 2차 분쇄함으로써, 바닥재를 재생하며 건자재로 재활용할 수 있고, 자원을 절약하며 환경보전에 기여할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1 : 바닥재의 철 성분 제거

폐기물 소각로에서 배출되는 바닥재를 입수하여, 마그네틱 세퍼레이터 등과 같은 장치를 통하여 바닥재에 통상 1∼5중량％ 정도 함유된 철 성분을 제거하였다. 이에, 콘크리트 수화반응에 불필요한 철 성분을 제거함과 동시에, 바닥재의 분쇄 효율을 증대시킬 수 있었다. 철 성분이 제거된 바닥재를 일정 시간 동안 물에 침적하여, 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 생석회의 일부를 안정적인 물질로 반응시키고, 물에 침적된 바닥재를 건조시켰다. 철 성분이 제거된 바닥재를 일정 시간 동안 물에 침적한 후, 건조시키는 작업은 선택적으로 행할 수 있다.

실시예 2: 바닥재의 1차 분쇄

철 성분이 제거된 바닥재를 분쇄기를 이용하여 1차 분쇄시켰다. 1차 분쇄를 통하여 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 알칼리물질 사이의 반응 효율과, 생석회와 물 사이의 반응 효율을 증대시킬 수 있었다. 그리고, 1차 분쇄된 바닥재를 20분 이상 물에 침적시키고 수세하였다.

실시예 3: 바닥재의 수세

1차 분쇄된 바닥재를 pH 5.8~6.3의 증류수 200㎖를 500㎖의 삼각플라스크에 넣고 고액비(L/S)를 5로 하여 측정대상인 바닥재 40g와 섞은 후, 200rpm의 교반속도로 20시간 동안 교반시켰다. 교반이 끝난 시료와 침출액은 마이크로필터를 이용하여 분리하였다.

실시예 3: 바닥재의 알칼리물질을 첨가 및 2차 분쇄

나트륨을 함유한 알칼리물질(NaOH)과 알루미늄금속이 반응하여 알루민산 나트륨으로 회수되었고, 바닥재에 약 28∼40중량％정도 포함되어 있는 생석회(CaO)는 콘크리트 수화반응시 다량의 열을 발생하면서 팽창되어 콘크리트의 강도를 감소시키는 요인으로 작용하여, 생석회를 물과 반응시켜 소석회로 바꾸어 줌으로써, 콘크리트 혼화재의 기능 향상제로 사용시 강도가 감소하는 현상을 방지하였으며, 바닥재의 일부가 응결되어 있으므로 2차로 바닥재를 분쇄하였다.

실시예 5: 바닥재에 석고 첨가 및 석고가 첨가된 바닥재에 포졸란 물질의 혼합

석고를 5중량％ 첨가한 바닥재를 석탄재와 배합하고, 석탄재에 바닥재를 45중량％ 이하에서 혼합하여, 포졸란 반응의 기본물질인 소석회와 SiO₂ ＋ Al₂O₃ 함량을 적절하게 배합하여 포졸란 기능을 향상시키며, 바닥재는 콘크리트 혼화재인 석탄재의 결점을 보강하며 더욱 향상된 기능을 발휘할 수 있는 기능 향상제로서 재활용될 수 있음을 확인하였다.

실시예 6: 바닥재의 탄산화처리

H₂O 와 소각 바닥재의 고액비(L/S)=10에서 CO₂를 30분간 인위적으로 불어 넣어 주어 실시한 후 위와 같은 방법으로 염화물의 농도를 측정하였다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의 된다고 할 것이다.

Claims (2)

1. 다음의 단계를 포함하는 소각시 발생하는 바닥재의 재활용 방법:
   (a) 바닥재에 함유된 철 성분을 제거하는 단계;
   (b) 상기 철 성분이 제거된 바닥재를 1차 분쇄하는 단계 및 1차 분쇄된 바닥재를 물과 혼합하여 일정 시간 동안 침적 및 수세하는 단계;
   (c) 상기 바닥재에 함유된 알루미늄금속과 반응하는 알칼리물질을 첨가하는 단계;
   (d) 상기 (b) 단계의 수세시에 탄산 가스를 주입하여 염화물을 제거하는 단계;
   (e) 상기 수세된 바닥재를 2차 분쇄하는 단계 ;
   (f) 상기 2차 분쇄된 바닥재에 석고를 첨가하는 단계; 및
   (g) 상기 석고가 첨가된 바닥재에 포졸란 물질을 혼합하는 단계.
   
2. 제1항에 있어서, 철 성분이 제거된 바닥재를 1차 분쇄하기에 앞서, 상기 철 성분이 제거된 바닥재를 일정 시간 동안 물에 침적 및 상기 물에 침적된 바닥재를 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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