저전압 직류용융장치를

이용한 폐기물처리및 자원화기술

담당교수 : 장정국 교수님

과    목 : 고형폐기물처리공학

학    번 : 96006123   99006216

이    름 : 구재묵     김명우

목  차

1. 연구도입 배경 및 목적

2. 원리 및 방법

2.1 원 리

2.2 연구방법 및 장치

3. 실험결과

4. 결 론

5. 향후 전망

6. 슬래그의 재활용 사례

1. 연구도입 배경 및 목적

♠ 배  경

○ 소각재중 다량 함유된 중금속과 유해성 유기물질.

∀ 단순매립

∀ 2차 오염발생(침출수에 의한 오염)

.

♠ 목 적

○ 저전압 직류 전기저항식 용융기술

∀ 슬래그층의 소각 잔류물로부터 순차적으로 용융시켜                처리효율 UP.

∀  슬래그의 자원화(재활용).

2. 원 리 및 방법

2-1 원 리

○ 전기전도성을 지닌 용융상태의 폐기물(용융슬래그)에 저전     압(12V이하) 직류전류를 흘려주어 슬래그가 전기저항에 의해     발열   하게 함으로써 새로 공급된 폐기물이 순차적으로 용융되     게하는 원리.

	유해성 고형페기물		위 탁 처 리
	소각제, 비산제 ,폐주물사, 하수슬러지 ·유해 중금속함유 ·다이옥신, 퓨란 함유 ·미연소 유기물 함유		처리비용고가(11만원/톤)
	Electric Melting System
	전기 저항열에 의한 폐기물 용융
감 용 화		무해화 · 안정화
소 각 재: 1/2 ~ 1/3		·유해중금속의 슬래그내 고정
탈수케익: 1/20~1/30		·다이옥신, 퓨란의 완전 분해
		·미연소 유기물의 완전분해
	자 원 화
	용융슬래그를 이용한 고부가가치 재활용제 제조 ·무해성 안전성 보장 ·경제성 , 가격경쟁력보장 ·재활용재 제조기술 확보

2.2 연구장치 및 방법

♠ 장 치

♠ 방 법

Ⅰ. 혼합폐기물 투입 → 초기 용융 Pool 형성.

Ⅱ. 주전극 상승 → 용융슬래그층에 전류 발열시킴.

Ⅲ. 혼합폐기물 용융.

* 조건 : ⅰ. 용융슬래그층 온도 → 1,400℃

ⅱ. 용융로 상부온도 → 1,200℃ 이상유지(전기량조절).

ⅲ. 보조전극 온도 → 1,150℃

3. 실험결과

3.1 소각재 및 폐주물사의 물리적 특성 및 조성

○ 물리적 특성

∀ 비산재중 CaO의 함량 : 약 41% - 상대적으로 높음.

(표1 참고)

○ 조 성.

∀ 비산재의 휘발분 함량 : 20%.

∀ 바닥재 및 비산재 수분함량 : 각각 약 20%, 11%

<표 1> Chemical Composition and Proximate Analysis of Samples in the Experiment

구 분		Fly Ash	Bottom Ash	Waste Casting Sand
Chemcial Composition (unit : wt%)	SiO2	7.887	35.741	68.532
	Al2O3	2.071	11.126	8.275
	Fe2O3	0.383	6.846	2.118
	MnO	0.046	0.232	0.030
	CaO	40.971	22.570	1.280
	MgO	1.745	2.238	0.726
	K2O	1.597	1.091	2.208
	Na2O	2.571	1.934	1.590
	P2O5	0.362	3.536	0.033
	TiO2	0.417	1.259	0.207
	Cl	26.440	3.962	0.733
	L.O.I	15.510	9.466	14.267
Proximate 분석 (unit : g)	Moisture	11.42	22.51	1.09
	Volatile Matter	20.50	4.41	3.26
	Fixed Carbon	6.59	0.69	0.39
	Ash	61.49	72.39	95.20
Basicity(CaO/SiO2)		5.19	0.63	0.02
Density(g/□)		0.56	0.94	1.42

3.2 폐기물의 혼합비에 따른 용융온도 변화

○ 비산재의 용융온도 : 약 1,500℃ - 고온용융특성.

○ 바닥재의 용융온도 : 약 1,250∼1,300℃ - 저온용융특성.

† 혼합 : 비산재 + 바닥재 → CaO/SiO2비 조절 시료.

∀ 1,250 ∼ 1,300℃ 정도의 온도범위 분포 특성.

* 염기도 : SiO2 함량에 대한 CaO 함량의 비.

(염기도 1 → 용융온도 감소)

3.3 주전극의 소모량 및 배가스 분석 결과

♠ 소모량

○ 주전극 : 탄소전극.

∀ 탄소전극 소모반응

C + O2 → CO2 ……… (1)

C + H2O → CO + H2 ……… (2)

C + CO2 → 2CO ……… (3)

♠ 배가스 분석 결과

<용출실험시 배출가스 조성>

구 분	O2 (%)	CO2 (%)	CO (%, ppm)	THC (%)	SOx (ppm)	NOx (ppm)
실험평균 농 도	10.1	9.6	16	3.65	NA	24
환경부고시 기준농도	NA	NA	600	-	300	200

3.4 슬래그의 물리적 특성

(1) SEM-EDS 분석

○ 물리적 특성 →  냉각속도 와 조성의 함수.

○ 분석방법

1) 배출후 공기에 냉각시키는 방법                                 2) 단열몰드 예열(500℃) →  슬래그를 받아 상온까지 냉각.

(2) XRD 분석

○ 슬래그의 결정화 정도 확인 - 그래프 참조

(a) Halo 부분이 많고 뚜렷한 피크가 없는 유리질.

(b) 뚜렷한 피크존재, 규칙인 원자배열.

∀ 결정화 상당진행 판단.

3.5 중금속 거동

○ 슬래그중 함유된 중금속 농도 및 용출농도를 분석.

∀ 원자흡수분광법(Atomic Absorption Spectrophotometer(AAS)

○ 슬래그의 안정화 평가.

∀ 중금속 용출특성

<표 3> 소각재와 용융슬래그내의 중금속 농도 및 중금속 용출농도,          중금속 용출율

Heavy Metal	Sample Species	Concentration(mg/kg)		Leaching Rate(%)
		Digestion	Leaching
Fe	Bottom Ash Fly Ash Slag 1 Slag 2	3121212.72 3611.66 16032.20 12219.18	8.60 62.20 1.35 N.D	0.032 1.721 0.008 -
Cu	Bottom Ash Fly Ash Slag 1 Slag 2	1963.22 461.46 296.40 271.23	1.88 5.90 0.16 0.15	0.096 1.279 0.054 0.055
Cr	Bottom Ash Fly Ash Slag 1 Slag 2	142.15 299.41 6049024 2868.49	0.43 2.15 0.12 0.08	0.302 0.718 0.002 0.003
Zn	Bottom Ash Fly Ash Slag 1 Slag 2	6114.31 5577.08 1698.86 1448.40	0.83 40.20 0.14 0.24	0.014 0.721 0.008 0.017
Pb	Bottom Ash Fly Ash Slag 1 Slag 2	880.72 2721.34 94.70 2.74	6.94 1053.04 1.43 0.27	0.794 38.705 1.512 9.857
Cd	Bottom Ash Fly Ash Slag 1 Slag 2	11.93 243.08 N.D N.D	N.D 2.43 N.D N.D	- 1.000 - -

4. 결 론

1) 비산재의 처리량, 조업온도 및 용융슬래그의 유동성을 고려할     경우 CaO/SiO2비 0.9이상, 운전온도 1,350℃ 이상의 온도에서      운전하는 것이 효과적이다.

2) 배가스 처리를위해 용융설비 후단에 2차 연소실에 의한 기체상      의 대기오염물질 제어도 가능할 것으로 사료된다.

3) 저전압 직류용융장치에 의해 처리된 소각재는 안정화 및 고형      화에 측면에서 매우 효화적이며, 슬래그는 2차 가공에 의한 재      활용이 가능하다는 결론을 얻을 수 있었다.

5. 향후전망

1) 국제적 연구동향 및 경제적 이점

∀ 차세대 폐기물 처리기수로 부각

∀ 10억/년 이상의 위탁처리 비용 절감효과

2) 재활용의 경제적 이점

∀ 기존 인공어초 보다 50% 이상의 원가절감 효과 전망.

6. 슬래그 재활용 사례

1) 인공어초제조

∀ 인공 어초에 의한 바다 목장화.

2) 인조대리석 제조

∀ 기존 : 하층로반재, 노상재등의 토목골재 사용.

∀ 차후 : 고부가가치의 인조석, 인조대리석의 제품개발.