-- 목 차 --

* 서  론

* 선진국의 소각 기술 동향

- RCP Process

- Elo Melt Process

- Contop Process

- Europlasma Process

- PlasMox Process

- Hollow-Electrode Melting Process

- PKA Process

- Shred & Burm / Suspension Firing

* 소각재처리 및 재활용 기술

- 소각재 처리 방법 및 원리

- 재활용 기술

* 결론

<서  론>

우리나라는 그동안 발생되는 대량의 도시 폐기물을 매립에만 의존해왔다. 하지만 매립지부족, 각종환경오염, NIMBY 현상등으로 인해 신규매립지의 건설등에 인해 어려움을 겪고 있다.

따라서 쓰레기의 감량화와 재활용에 비중을 두면서 소각시설의 설치 확대를 필요로 한다.

현재 외국에서는 신기술개발과 계속적인 연구로 고도의 처리 기술이 개발되고 있으나 국내에서는 아직까지 신기술의 사용이 미흡하지만 우리에게도 꼭 필요한 기술이므로 선진국의 소각기술들을 살펴보고 또한 소각시 발생되는 소각재의 재활용 기술에 대해서도 알아보겠다.

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- 소각잔재물		비산재(Fly Ash) : 전체소각 잔재물의 5%정도. 높은 중금속 함유. (매립시 용출에 의한 환경문제) 바닥재(Bottom Ash) : 높은 중금속 함유.

생활스레기는 1톤당 약 15 - 25%의 소각재가 발생된다.

* 소각잔재물의 발생원에 따른 성상 및 특성 조사와 안정된 처리

방안이 필요하다.

<선진국의 소각 기술 동향>

1. RCP Process : Recycled Clean Products

(도시 쓰레기에서 주로 이용)

폐기물 --> 탈가스화 --> 열분해 (900도 이상) --> 부분적 가스화

열량 ; Lance(창)에 의해 공급되는 산소와

열분해가스의 부분소각에 의해.

용융로의 온도가 1400도이상 --> 수은, 카드뮴등 휘발성 중금속 휘발

2. Elo Melt Process (독일)

Graphite(광물) 전극이 부착된 3상의 전기아크로로서 바닥재와

비산재를 혼합하여 용융. (금속 산업공장등 널리 이용)

- 비산재 + 바닥재.

- 비산재와 처리할 경우 : 비산재 + 유리형성재.

==> 용융산물 - 상부; 규소상의 물질-중금속 농도 아주 낮음.

용출 안됨-->도로건설등의 건설자재로 이용.

- 하부; 금속상의 물질(철분)-구리 성분 포함.

* 용량 : 100kg/hr --> 상용화 안되고 있음.

* 단점 : 운전비가 많이 든다.

소각로에서 배출되는 바닥재중 큰 입자만 분리후 주입.

3. Contop Process

현재 독일에서 개발되어 오스트리아의 한 회사에서 영업중임.

; 폐기물 소각에 따른 소각재의 용융을 위해 고온

Cyclone (원심 분리기)를 이용함.

=> 비철금속 산업에 이용.

* 바닥재 : 주입하기전에 처리(분쇄)

---> 입자크기를 1mm 이하로 함.

* 비산재 : 전처리 없음.

* 혼합재 : 고온의 Cyclone ---> 연료와 산소로 용융.

-> 1800도 Water tube에 의해 냉각.

-->  Cyclone의 흐름은 Vortex Flow 회오리 모양의 흐름으로

용융재는 Cyclone의 벽을 따라 하부로 흘러 유입되며 여기서      가스와 용융된 재는 분리되게 된다.

용융재는 Granule(세립화)되어 고화되며, 생성된 유리생성물

은 도로 건설용으로 활용됨.

-->  600kg/hr로 시험중.

4. Europlasma Process (plasma:고도로 전처리 된 가스)

프랑스에서 개발 -> 우리나라에서도 삼성엔지니어링을 통해 소개됨.

; 소각비산재 처리를 위한 Plasma Torch를 이용하는 유리화 용융기술.

비산재 + 몇 가지의 첨가재

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로에 주입; 로의 중앙부에 Plasma Torch 설치

(열화학반응에 의해 온도 1350-1450도에서 용융)

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따라서 최종산물은 완전균질화됨.

[ * 완전균질화 - Plasma inner cone(원추)의 충격교반효과에

의해 이루어짐.

- Plasma Avc(원호)는 가스를 전기아크로 가열하여

생기는데, 이는 두 개의 Coaxial(동축),Waer-cooled

전극에 의해 생성된다.  또한 가스의 주입부는

와류형으로 효율을 높이고 있다.  ]

-- 사용된 예 --

이 Euro Plasma 장치는 프랑스의 Cenon이라는 곳에 설치되어

연간 2500ton의 소각재를 처리하고 있다.

* Available Thermal Power (이용가능한 열) : 550kw

* Max Electric Power (최대 전력) : 750kw

* Plasma Gas로서 공기를 이용하여 Torch 효율 80% 이상으로

운전되고 있음.

이 장치는 1995 - 1997년 건설되었으며 초기에는 시험가동되다가

99년 이후에는 산업화되어 이용되고 있다. 생성된 최종산물은 콘크리트와 혼합하여 Slab(석판) 제작에 사용되고 있음.

5. PlasMox Process

이 공정은 독일의 Mannesmann DEAMG Energy and Enviromental

Technology사와 스위스의 MGC Plasma AG사의 공동개발공정으로

유해물질과 방사성 물질을 용융시키기 위해 개발.

비산재 --> Pellet, Granule (미립, 과립의 형태로 만듬)화함

; 분진의 생성을 막기 위해서

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Compact 화학물질 --> Screw  Feeder을 이용하여 주입

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Plasma Torch를 이용 1400도로 용융

(Plasma Torch와 로는 두 개의 서로 다른 전극으로 작용하도록 되어 있음)

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생성된 Glass Garnule (유리상:최종산물)은 Mineral Wool (석면)       Foam Glass (작은 기포로 채워진 부드러운 유리)의 제조에

사용되어 단열재로 사용된다.

-- 사용된 예 --

Plasma 기술은 독일과 스위스의 오염된 토양, 군부대의 화학 약품 및 유해한 물질의 처리에 이용되고 있다.

6. Hollow-Electrode Melting Process

이 공정은 독일의 Mannesmann DEMAG사에 개발한 것으로 공정의

핵심은 재를 로내로 공급하기 위한 Vertical Bore - Hole (원통을 세워

놓은 모양)의 구조를 가지고 있음.

Fly Ash

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Silo (원탑 모양의 건조물)에 저장

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Gas-Tight된 Screen Conveyor(고정 운반기)에 의해 로내로 공급

; 분진의 발생을 적게 하기 위해서

* Hollow Electrod는 Anode(양극:+)나 Cathode(음극:-)로 운전될       수 있으며 다른 전극 (Water Cooled)는 로의 바닥에 설치되어 있음.

* 로의 냉각방식은 수냉식.

* 비산재에 함유된 탄소로 인해 중금속이 환원됨.

* 용융 온도 : 1400도.

* 로의 내화물의 구경은 MgO, Cr2O3, Fe2O3 및 Al2O3로 단열 효과를     높여줌.

7. PKA Process

PKA 공정은 독일의 PKA Umwelttechnik사에서 개발한 열분해

-->   가스화 공정으로 도시폐기물과 산업폐기물을

소각할 수 있다.

8. Shred & Burm / Suspension Firing

; 공중 부양 소각 방식

현재 미국에서 이용하고 있는 소각방식으로 파쇄, 선별된 쓰레기인

PRF (Process Refuse Fuel)을 원료로 사용함.

* 특징 : 전처리 파쇄 설비.

다이옥신을 비롯한 배기 가스의 처리 효율이 높음.

* 공중부양 소각기술

- 쓰레기 전처리로 PRF 준비 단계

; 도시 폐기물중 폭발물, 방사능 물질만을 분리 제거 후 파쇄

이 파쇄된 쓰레기를 PRF라 함.

- 공정부양 소각공정

a. 화격자 하부의 압축공기를 이용.

경량 물질 --> 로의 중간 --> 공중부양상태로 연소.

중량 물질 --> 화격자위에서 완전 연소.

b. 연소부의 중심온도는 1200도이상으로다이옥신 분해.

c. 로 측면의 50여개의 구멍에서 나오는 상부 압축공기에 의해

회오리바람의 난류가 형성되어 PRF의 수분 건조속도가 가증          되어 공기와의 접촉이 용이, 과잉공기율이 60%이하로 줄어듬.

- 소각재 재활용 및 비산재 안정화 공정

a. 바닥재 ; 철, 비철등으로 분리 -- 재활용.

b. 비산재 ; 안정화처리 --> 무해화 --> 매립.

<소각재 처리 및 재활용기술>

1. 소각재 처리방법 및 원리

구분	시멘트 고화법	용융 처리법	약제 처리법	산 추출법
방법	시멘트 고화설비를 이용하여 중금속 용출이 방지되므로화학적으로 안정한상태가 되기 때문에 충분한 양의 시멘트와 균일하게 혼합하여 적절히 양생하는 방법.	용융설비를 이용하여 충분히 용융, 고화시킴.	약제처리 설비를 이용하여 충분히 약제를 균일하게 혼련함으로써 중금속 용출을 방지하는 화학적으로 안정화시키는 방법.	산 및 기타 용매에 중금속을 충분히 용출시킨 다음 탈수처리를하는 것과 함께 이때 용출액중의중금속을 화학적으로 안정한 상태로 하는 방법.
원리	시멘트중의 CaO, SiO2등의 조성광물이 물과 결합하여 수화물을 결정하면서 유해물질이 흡착이나 고정화과정을 거쳐 처리됨.	Ash를 고온가열함에 따라 용융 안정화 처리된 슬래그와 Ash로 분리시킴. 중금속류는 슬래그의 망상구조내에서 안정화되어 유리질로 됨. 다만 저융점금속은 가스로 휘발되므로 이에 대한대책이 필요함.	유화소다계나 유기킬레이트수지와 같은 약품으로 Ash중의 중금속류를 안정화시킴.유기킬레이트제는 중금속류와 반응하여 견고한 킬레이트결합함으로써불용성 중금속킬레이트 화합물로 됨.	Ash를 산성용액 또는 물에 현탁시켜 Ash중의 중금속류를 용액쪽으로 용출시키고 가성소다를 가하여 금속수산화물을 만들어 불용화하든지 중금속고정제를 사용하여 금속 킬레이트화합물을 만듬.

2. 재활용 기술

미국 : 미국환경청은 발생된 소각재의 10%만이 재활용 되고 있다고         함. 소각재들은 고형화 처리 후 아스팔트도로 포장, 시멘트 안         정화 토양 개량제로의 재이용등의 연구가 이루어지고 있으며          상용화 되고 있음.

일본 : 용융로를 이용하여 소각재를 파인세라믹으로 재생,

Eco-Cement 개발등 연구 진행중임.

* Eco-Cement란? Ecology(생태학, 환경학)와 Cement의 합성        으로 도시폐기물의 소각재나 하수 슬러지 등을 원료로 하여         재자원화하고, 폐기물의 처리 부하 경감 및 이에 기인하는          환경파괴의 방지를 꾀하는 신종 시멘트임.

유럽 : 바닥재를 건축자재로 직접사용

--> 도로의 지반 공사, 확장 공사,

제방의 둑, 주차장, 인도의 지반에 널리 이용.

<결  론>

생활폐기물의 소각기술 및 소각재의 처리방안에 대한 선진국의 신기술들을 살펴보았다.

우리나라는 소각시설에 대한 연구가 이직 열악한 상태여서 국내에서도 이 분야에 대한 연구가 아직 시급한 실정이다.

우리나라는 소각장 건설에 있어 발생량 예측의 잘못과 NIMBY 현상등으로 인해 제대로 가동되지 않는 소각장이 상당수 있음을 볼 때 발생량의 정확한 예측과 재활용율의 예측 및 주민의견의 수렴등을 충분히 고려한 소각가능량을 정확히 산출해야 할 필요성을 인식하는 것이 가장 시급하다고 볼 수있다. 소각재의 처리 방안으로는 우선 소각재를 자원화 회수시설에서 비산재(Fly Ash)와 바닥재(Bottom Ash)로 철저히 구분하여 바닥재는 독일, 프랑스, 유럽의 예에서 보았듯이 철분제거공정과 체분리공정을 거친후 둑, 제방, 주차장지반, 도로지반등으로 이용하는 재활용 방안을 모색해 계속해서 증가되고 있는 소각재의 매립량을 최대로 줄여서 할 것이다.

또한 비산재는 미국, 유럽을 중심으로 상용화되고 있는 시멘트고화법이나 일본에서 상용되는 용융고화법등에 대한 연구개발이 우리나라의 시급한 과제이다.