생활폐기물 소각바닥재의 세라믹 원료 및 도로 보조기층재로의 순환자원화 Recycling of Bottom Ash from Local Municipal Solid Waste Incinerators for Ceramic Raw Material and Sub-base Layer Materials of the Roads원문보기
도시 생활 쓰레기 소각재는 비산재와 바닥재로 나눠지는데 이중 바닥재는 소각재의 85% 가량을 차지하고 있다. 바닥재는 주로 재, 철, 유리, 도자기 등으로 구성되어 있다. 국내에서 발생되는 도시 생활 쓰레기 바닥재는 2003년 35만톤, 2009년 약 46만톤, 2014년 51만톤으로 매년 증가하고 있다. 이는 도시 생활 쓰레기의 처리 방법이 매립에서 소각에 의한 처리 방법으로 개선되면서 소각 비율이 높아짐에 따라 소각한 후 잔재물의 발생량도 더욱 증가되는 것이다. 생활폐기물 소각 시 폐기물 부피는 80%이상 감소되지만 20%가 소각재로 발생된다. 발생된 소각재는 85%의 바닥재와 15%의 비산재로 나누어지며, 이중 바닥재는 매립장으로 보내 매립되고 비산재는 지정폐기물로 분류되어 지정된 장소에서 처리되고 있다. 국내에서 바닥재를 재활용하는 비율은 3∼4%에 그치는 반면 유럽의 독일, 네덜란드, 덴마크 등은 바닥재의 60∼90%를 경량 골재나 아스팔트 또는 콘크리트의 골재로 사용하고 있다. 바닥재의 주성분은 ...
도시 생활 쓰레기 소각재는 비산재와 바닥재로 나눠지는데 이중 바닥재는 소각재의 85% 가량을 차지하고 있다. 바닥재는 주로 재, 철, 유리, 도자기 등으로 구성되어 있다. 국내에서 발생되는 도시 생활 쓰레기 바닥재는 2003년 35만톤, 2009년 약 46만톤, 2014년 51만톤으로 매년 증가하고 있다. 이는 도시 생활 쓰레기의 처리 방법이 매립에서 소각에 의한 처리 방법으로 개선되면서 소각 비율이 높아짐에 따라 소각한 후 잔재물의 발생량도 더욱 증가되는 것이다. 생활폐기물 소각 시 폐기물 부피는 80%이상 감소되지만 20%가 소각재로 발생된다. 발생된 소각재는 85%의 바닥재와 15%의 비산재로 나누어지며, 이중 바닥재는 매립장으로 보내 매립되고 비산재는 지정폐기물로 분류되어 지정된 장소에서 처리되고 있다. 국내에서 바닥재를 재활용하는 비율은 3∼4%에 그치는 반면 유럽의 독일, 네덜란드, 덴마크 등은 바닥재의 60∼90%를 경량 골재나 아스팔트 또는 콘크리트의 골재로 사용하고 있다. 바닥재의 주성분은 CaO, Al2O3, SiO2, P2O5, MgO, Fe2O3 등으로 구성되어있다. 바닥재의 전처리 과정은 바닥재에 포함되어 있는 철, 비철류, 미연소물 등을 선별하고 조분쇄기와 미분쇄기를 사용하여 분쇄하는 것이다. 국내 P시에서 발생한 생활폐기물을 소각하여 얻은 바닥재를 이러한 전처리 과정을 통해 세라믹 원료로 재활용할 수 있는 양은 41 wt%이다. 또한 국내 소각로에서 발생한 바닥재는 지질의 성분과 비슷하여 세라믹 원료로 재활용 가능하였다. 2곳 소각장에서 5회에 걸쳐 수거한 바닥재의 성분 분석결과 계절, 특히 여름에 수거한 바닥재가 Silica와 Alkali 성분 변화폭이 커서, 이 시기에 수거한 바닥재를 사용하는 경우 조성비나 소성온도를 보정하여 주어야 한다. 그러나 같은 시기에 수거한 2곳 소각장의 바닥재 성분은 세라믹 원료로 사용하기 위한 범위 내에서 변하여 함께 섞어 사용하여도 무방하였다. 국내 P시 바닥재의 주성분은 CaO로 이는 생활폐기물 내에 폐휴지에 기인한 것으로 중금속 용출을 막고 양질의 바닥재를 얻기 위해서는 보다 철저한 폐휴지의 분리가 요구되었다. 하지만 이러한 전처리 과정을 통해 세라믹 원료로 재활용할 바닥재에는 Pb2+, Cu2+, Cr6+ 등의 중금속 이온이 함유되어 있어 단독으로 재활용할 경우 중금속이 용출될 위험성이 있다. 따라서 소각바닥재를 도로 보조기층재로 활용하기 위해서는 중금속의 용출을 억제하고, 건축자재에 요구되는 물성을 만족시켜야 한다. 바닥재와 함께 같이 사용할 보조원료는 도로 보조기층재의 요구물성을 고려하여 Al2O3나 SiO2를 공급할 수 있으며, 경제성을 가질 수 있는 저급의 핑크 카올린을 선택하였다. 바닥재와 핑크카올린을 사용하여 도로 보조기층재를 제조할 경우 최적의 조성은 바닥재 76%, 핑크카올린 24%이며 최적의 소성 온도는 1120℃ 이다. 바닥재와 핑크카올린을 사용하여 개발한 보조기층재의 주결정상은 Gehlenite이며 흡수율은 7.61%, 소성지수 값은 NP(None Plasticity), 수정 CBR 값은 33%, 마모감량 30.3%, 모래당량 76, 액성한계는 NP(None Plasticity)로 모든 물성 값이 도로공사 표준시방서의 도로 보조기층재료의 품질 기준 내용을 모두 만족하였다. 또한 제조된 도로 보조기층재의 중금속 용출 문제도 환경부에서 제시한 『바닥재를 재활용하여 만든 요업제품의 용출 기준』에 적합하였다.
주제어 : 바닥재, 세라믹, 도로 보조기층재
도시 생활 쓰레기 소각재는 비산재와 바닥재로 나눠지는데 이중 바닥재는 소각재의 85% 가량을 차지하고 있다. 바닥재는 주로 재, 철, 유리, 도자기 등으로 구성되어 있다. 국내에서 발생되는 도시 생활 쓰레기 바닥재는 2003년 35만톤, 2009년 약 46만톤, 2014년 51만톤으로 매년 증가하고 있다. 이는 도시 생활 쓰레기의 처리 방법이 매립에서 소각에 의한 처리 방법으로 개선되면서 소각 비율이 높아짐에 따라 소각한 후 잔재물의 발생량도 더욱 증가되는 것이다. 생활폐기물 소각 시 폐기물 부피는 80%이상 감소되지만 20%가 소각재로 발생된다. 발생된 소각재는 85%의 바닥재와 15%의 비산재로 나누어지며, 이중 바닥재는 매립장으로 보내 매립되고 비산재는 지정폐기물로 분류되어 지정된 장소에서 처리되고 있다. 국내에서 바닥재를 재활용하는 비율은 3∼4%에 그치는 반면 유럽의 독일, 네덜란드, 덴마크 등은 바닥재의 60∼90%를 경량 골재나 아스팔트 또는 콘크리트의 골재로 사용하고 있다. 바닥재의 주성분은 CaO, Al2O3, SiO2, P2O5, MgO, Fe2O3 등으로 구성되어있다. 바닥재의 전처리 과정은 바닥재에 포함되어 있는 철, 비철류, 미연소물 등을 선별하고 조분쇄기와 미분쇄기를 사용하여 분쇄하는 것이다. 국내 P시에서 발생한 생활폐기물을 소각하여 얻은 바닥재를 이러한 전처리 과정을 통해 세라믹 원료로 재활용할 수 있는 양은 41 wt%이다. 또한 국내 소각로에서 발생한 바닥재는 지질의 성분과 비슷하여 세라믹 원료로 재활용 가능하였다. 2곳 소각장에서 5회에 걸쳐 수거한 바닥재의 성분 분석결과 계절, 특히 여름에 수거한 바닥재가 Silica와 Alkali 성분 변화폭이 커서, 이 시기에 수거한 바닥재를 사용하는 경우 조성비나 소성온도를 보정하여 주어야 한다. 그러나 같은 시기에 수거한 2곳 소각장의 바닥재 성분은 세라믹 원료로 사용하기 위한 범위 내에서 변하여 함께 섞어 사용하여도 무방하였다. 국내 P시 바닥재의 주성분은 CaO로 이는 생활폐기물 내에 폐휴지에 기인한 것으로 중금속 용출을 막고 양질의 바닥재를 얻기 위해서는 보다 철저한 폐휴지의 분리가 요구되었다. 하지만 이러한 전처리 과정을 통해 세라믹 원료로 재활용할 바닥재에는 Pb2+, Cu2+, Cr6+ 등의 중금속 이온이 함유되어 있어 단독으로 재활용할 경우 중금속이 용출될 위험성이 있다. 따라서 소각바닥재를 도로 보조기층재로 활용하기 위해서는 중금속의 용출을 억제하고, 건축자재에 요구되는 물성을 만족시켜야 한다. 바닥재와 함께 같이 사용할 보조원료는 도로 보조기층재의 요구물성을 고려하여 Al2O3나 SiO2를 공급할 수 있으며, 경제성을 가질 수 있는 저급의 핑크 카올린을 선택하였다. 바닥재와 핑크카올린을 사용하여 도로 보조기층재를 제조할 경우 최적의 조성은 바닥재 76%, 핑크카올린 24%이며 최적의 소성 온도는 1120℃ 이다. 바닥재와 핑크카올린을 사용하여 개발한 보조기층재의 주결정상은 Gehlenite이며 흡수율은 7.61%, 소성지수 값은 NP(None Plasticity), 수정 CBR 값은 33%, 마모감량 30.3%, 모래당량 76, 액성한계는 NP(None Plasticity)로 모든 물성 값이 도로공사 표준시방서의 도로 보조기층재료의 품질 기준 내용을 모두 만족하였다. 또한 제조된 도로 보조기층재의 중금속 용출 문제도 환경부에서 제시한 『바닥재를 재활용하여 만든 요업제품의 용출 기준』에 적합하였다.
Recycling the bottom ash from MSWI(Municipal solid waste incinerators) ash is required to reduce the secondary pollution. Also incineration ash generated from domestic wastes incinerator is important from environmental, energy conversation aspects. We characterized the bottom ash and investigated th...
Recycling the bottom ash from MSWI(Municipal solid waste incinerators) ash is required to reduce the secondary pollution. Also incineration ash generated from domestic wastes incinerator is important from environmental, energy conversation aspects. We characterized the bottom ash and investigated the possibility of application for subsidiary ceramic raw materials. Major components of bottom ash are analyzed as CaO, Al2O3, SiO2, P2O5, MgO, Fe2O3, which are the same components of the earth’s crust. This similarity of components implied that bottom ash could be recycled as ceramic products through systematic treatment. However, it contains heavy metal ions such as Cu2+, Pb2+, Cr6+. The ash material was sintered at 1100∼1150℃ by adding pink kaolin to stabilize those heavy metals. The study analyzed crystal phase, absorbtion rates of sintered materials for the application of sub-base layer materials of the roads and conducted tests for requirements for sub-base layer materials of the roads such as CBR Test, quantity of abrasion, liquid limit. Considering the plasticity, water absorption and compressive strength, road base, the mixture with 76wt% bottom ash and 24wt% pink kaolin after sintering at 1120℃, showed CBR test 33.0, quantity of abrasion 30.3 and liquid limit of NP (NONE PLASTICITY). This result indicated the possibility of bottom ash for sub-base layer materials, which satisfied requirements of standard specification for road construction.
Keyword : Bottom ash, Ceramic, Sub-base layer of the roads
Recycling the bottom ash from MSWI(Municipal solid waste incinerators) ash is required to reduce the secondary pollution. Also incineration ash generated from domestic wastes incinerator is important from environmental, energy conversation aspects. We characterized the bottom ash and investigated the possibility of application for subsidiary ceramic raw materials. Major components of bottom ash are analyzed as CaO, Al2O3, SiO2, P2O5, MgO, Fe2O3, which are the same components of the earth’s crust. This similarity of components implied that bottom ash could be recycled as ceramic products through systematic treatment. However, it contains heavy metal ions such as Cu2+, Pb2+, Cr6+. The ash material was sintered at 1100∼1150℃ by adding pink kaolin to stabilize those heavy metals. The study analyzed crystal phase, absorbtion rates of sintered materials for the application of sub-base layer materials of the roads and conducted tests for requirements for sub-base layer materials of the roads such as CBR Test, quantity of abrasion, liquid limit. Considering the plasticity, water absorption and compressive strength, road base, the mixture with 76wt% bottom ash and 24wt% pink kaolin after sintering at 1120℃, showed CBR test 33.0, quantity of abrasion 30.3 and liquid limit of NP (NONE PLASTICITY). This result indicated the possibility of bottom ash for sub-base layer materials, which satisfied requirements of standard specification for road construction.
Keyword : Bottom ash, Ceramic, Sub-base layer of the roads
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