국내 생활쓰레기 소각시설에서 발생되는 소각재의 양은 2005년 경우 약 420,000톤에 달하고 있으며, 그중 비산재 발생량은 약 68,000톤에 달하고 있다. 비산재는 지정폐기물로 분류되어 일반적으로 고형화 및 안정화 처리 후 매립되고 있으며, 단지 발생량의 약 20%만이 재활용되고 있다. 비산재의 경우 CaO의 함량이 50%까지 이르고 있으며, 그 이유는 배가스 처리시 CaO를 기본으로 하는 물질을 다량으로 사용하기 때문이다. 본 연구에서는 비산재에 함유되어 있는 CaO를 회수하여 $CaCO_3$ 분말을 제조하기 위한 기초실험을 수행하였다. CaO를 선택적으로 용해하기 위하여 설탕용액을 사용하였으며, 기초 실험결과에 의하면 CaO용해를 위한 최적조건은 비산재 농도 10%, 반응시간 15분, 설탕농도 $10{\sim}15%$ 및 적정 pH는 $10.5{\sim}11$로 나타났다. $CaCO_3$ 분말은 회수된 CaO 용해액에 $CO_2$가스를 주입시켜 제조하였으며 회수된 $CaCO_3$ 백색도는 매우 우수한 것으로 조사되었다.
국내 생활쓰레기 소각시설에서 발생되는 소각재의 양은 2005년 경우 약 420,000톤에 달하고 있으며, 그중 비산재 발생량은 약 68,000톤에 달하고 있다. 비산재는 지정폐기물로 분류되어 일반적으로 고형화 및 안정화 처리 후 매립되고 있으며, 단지 발생량의 약 20%만이 재활용되고 있다. 비산재의 경우 CaO의 함량이 50%까지 이르고 있으며, 그 이유는 배가스 처리시 CaO를 기본으로 하는 물질을 다량으로 사용하기 때문이다. 본 연구에서는 비산재에 함유되어 있는 CaO를 회수하여 $CaCO_3$ 분말을 제조하기 위한 기초실험을 수행하였다. CaO를 선택적으로 용해하기 위하여 설탕용액을 사용하였으며, 기초 실험결과에 의하면 CaO용해를 위한 최적조건은 비산재 농도 10%, 반응시간 15분, 설탕농도 $10{\sim}15%$ 및 적정 pH는 $10.5{\sim}11$로 나타났다. $CaCO_3$ 분말은 회수된 CaO 용해액에 $CO_2$가스를 주입시켜 제조하였으며 회수된 $CaCO_3$ 백색도는 매우 우수한 것으로 조사되었다.
The total amount of ash generated from the municipal solid waste incineration(MSWI) in Korea was approximately 420,000 tons in 2005 including 68,000 tons of fly ash. Fly ash from MSWI generally contains high amount of CaO (upto ${\sim}50%$) due to the treatment of flue gas by spraying CaO...
The total amount of ash generated from the municipal solid waste incineration(MSWI) in Korea was approximately 420,000 tons in 2005 including 68,000 tons of fly ash. Fly ash from MSWI generally contains high amount of CaO (upto ${\sim}50%$) due to the treatment of flue gas by spraying CaO-base materials. Currently, most of fly ash generated is finally ended up with specially designed landfill sites and only less then 20% of fly ash is recycled. In the present work, preparation of $CaCO_3$ from the MSWI ny ash was studied to promote the fly ash recycling. Fly ash obtained from the dust collector in stoker-type MSWI is used to selectively dissolve CaO by using the sugar solution. Then, $CO_2$ gas was passed through the dissolved solution to pro- duce $CaCO_3$ powder. The optimum conditions for CaO dissolution were solid content 10%, reaction time 15 minutes, sugar concentration $10{\sim}15%\;and\;pH\;10.5{\sim}11.0$. The high grade $CaCO_3$ powder was obtained and the experimental conditions are also discussed.
The total amount of ash generated from the municipal solid waste incineration(MSWI) in Korea was approximately 420,000 tons in 2005 including 68,000 tons of fly ash. Fly ash from MSWI generally contains high amount of CaO (upto ${\sim}50%$) due to the treatment of flue gas by spraying CaO-base materials. Currently, most of fly ash generated is finally ended up with specially designed landfill sites and only less then 20% of fly ash is recycled. In the present work, preparation of $CaCO_3$ from the MSWI ny ash was studied to promote the fly ash recycling. Fly ash obtained from the dust collector in stoker-type MSWI is used to selectively dissolve CaO by using the sugar solution. Then, $CO_2$ gas was passed through the dissolved solution to pro- duce $CaCO_3$ powder. The optimum conditions for CaO dissolution were solid content 10%, reaction time 15 minutes, sugar concentration $10{\sim}15%\;and\;pH\;10.5{\sim}11.0$. The high grade $CaCO_3$ powder was obtained and the experimental conditions are also discussed.
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문제 정의
현재까지 중금속 및 다이옥신과 같은 유해물질을 함유한 소각재의 처리에 관한 연구는 고형화 및 안정화(Solidification/Stabilization)가 주를 이무었으나, 최근에는 아연이나 구리, 납 등을 회수하여 재이용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중이다2罚. 본 연구에서는 생활쓰레기. 소각장에서 발생되는 비산재로부터 CaO를 경제적으로 회수하는 방법을 검토하였으며, 또한 회수된 CaO로부터 CaCC)3를 제조하는 기초연구를 수행하였다.
본 실험에서는 비산재에 함유된 CaO를 회수하기 위한 최적 용해 조건 검토를 위하여 반응시간, 고형물(비산재) 농도, 설탕농도, 적정 pH 등을 조사하였다.
본 연구에서는 생활쓰레기 소각시설에서 배출되는 비산재에 함유되어 있는 CaO를 회수하여 CaCC>3 분말을 제조하는 연구를 수행하였다. 실험결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
본 연구에서는 생활쓰레기. 소각장에서 발생되는 비산재로부터 CaO를 경제적으로 회수하는 방법을 검토하였으며, 또한 회수된 CaO로부터 CaCC)3를 제조하는 기초연구를 수행하였다.
22%로 다소 높게 나타났다. 본 연구에서는비산재 시료에 함유된 자성물질을 자석을 이용하여 우선적으로 제거한 후 기초 실험에 사용하였다.
비산재에 함유되어 있는 CaO 성분을 선택적으로 용해시키기 위하여 설탕용액을 사용하였으며, 최적 실험조건을 찾기 위한 방법으로 설탕용액의 농도, 비산재 함량, 반응시간, pH 변화 등을 조사하였다.
투입량은 약 2〃min이었다. 제조된 분말의 CaCO3 순도는 X-Ray Diffractometer(Advana D8/Bruker Co. Germany) 와 X-Ray Fluorescence Spectrometer(SRS 3400/BRUKER AXS. Germany)를 이용하여 확인하였다. Fig.
Fig. 3은 설탕농도에 대한 CaO의 용해율을 나타낸 것으로서, 본 실험에서는 설탕농도를 5%에서 20%까지 증가하면서 비산재로부터 CaO가 용해되는 양을 조사하였다. Fig.
7은 설탕용액을 이용하여 비산재로부터 선택적으로 용해된 CaO의 용해율과 용해된 CaO 로부터 회수된 CaCC>3 분말의 회수율을 나타내고 있다. 본 실험에서 사용된 시료의 양은 20 또는 30 g 이었으며, 반응시간 15분 및 pH 10.5~11의 동일한 조건에서 설탕 농도 변화에 따른 CaO 용해율 및 CaCO3 회수율을 조사하였다. 표에서 알 수 있듯이 10%의 설탕물을 사용하였을 경우 시료Ie 약 52.
대상 데이터
실험에 .사용한 비산재는 일산의 I 소각장에서 발생된것으로 주요 구성 성분은 Table 2와 같다. 표에서 알 수 있듯이 주성분은 CaO, Na2O, SiO2, K2O, A12O3, MgO, P2O5의 순이며, 상대적으로 Cl" SO3가 각각 6.
1과 같다. Fig. 1에서 알 수 있듯이 100 mesh 이하 크기를 갖는 입자가 약 92% 이상을 차지하는 것으로 나타났으며, 실험에 사용한 비산재는 100 mesh 이하의 크기를 가지는 입자를 분리 선별하여 실험에 사용하였다.
본 실험에서는 설탕용액에 용해된 CaO로부터 CaCCh 분말을 제조하기 위하여 CO2 가스를 이용하였으며, CO2 가스 투입량은 약 2〃min이었다. 제조된 분말의 CaCO3 순도는 X-Ray Diffractometer(Advana D8/Bruker Co.
2는 본 연구에서 사용한 CaO 용해 및 CaCO3 제조장치를 보여주는 사진이다. 본 장치의 경우 CaO 용해 및 CaCO, 제조용 반응기로 각각 구성되어 있으며, 각 반응기의 용량은 1 /크기이다. 각 반응기에는 교반기와 CaO 용해물과 CaCO3 분말을 회수할 수 있는 장치가 반응기 밑 부분에 각각 부착되어 있다.
5%>의 CaCO3 분말을 회수하였다. 시료Ⅱ의 경우는 CaO 51.5%가 용해되었으며, 이 용액을 CO2 가스와 반응하여 약 20.31g (67.7%)의 CaCO3 분말을 회수하였다. 반면에 15%의 설탕용액을 사용한 경우 시료Ⅲe CaO 53.
2. 회수된 CaO 용액에 CO2 가스를 반응시켜 CaCC>3 분말을 제조하였다. 회수된 CaCC>3 분말의 백색도는 매우 우수한 것으로 나타났으며, 일부 불순물은 NaAlSO4, (Fe, Mg)SiC)3인 것으로 추정된다.
성능/효과
사용한 비산재는 일산의 I 소각장에서 발생된것으로 주요 구성 성분은 Table 2와 같다. 표에서 알 수 있듯이 주성분은 CaO, Na2O, SiO2, K2O, A12O3, MgO, P2O5의 순이며, 상대적으로 Cl" SO3가 각각 6.79%와 6.22%로 다소 높게 나타났다. 본 연구에서는비산재 시료에 함유된 자성물질을 자석을 이용하여 우선적으로 제거한 후 기초 실험에 사용하였다.
3은 설탕농도에 대한 CaO의 용해율을 나타낸 것으로서, 본 실험에서는 설탕농도를 5%에서 20%까지 증가하면서 비산재로부터 CaO가 용해되는 양을 조사하였다. Fig. 3에서 알 수 있듯이 설탕 농도가 5%에서 10%로 증가시 CaO 용해량이 크게 증가하는 것으로 나타났으나, 설탕농도를 15%, 20%까지 증가시 CaO 용해량은 큰 변화가 없는 것으로 조사되었다.
본 조사의 경우 비산재가 용해되면서 용액의 초기 pH가 8.7에서 12.7까지 크게 증가되었다. 따라서, 본 실험에서는 pH 변화에 대한 CaO 용해율을 조사하였으며, 실험결과에 의하면 pH를 10.
7까지 크게 증가되었다. 따라서, 본 실험에서는 pH 변화에 대한 CaO 용해율을 조사하였으며, 실험결과에 의하면 pH를 10.5~11로 조절하면 CaO 용해율이 개선됨을 알 수 있었다. Fig.
실험결과를 종합해 보면 비산재로부터 CaO 회수를 위한 최적조건은 설탕농도 10-15%, 적정 pH 10.5-11, 비산재 농도 10% 및 반응시간은 15분인 것으로 조사되었다. 설탕은 일반적으로 수크로오스(Scurose)의 Carbohydrate 산물로서 본 연구0j]서는 설탕이 칼슘 산화물을 선택적으로 용해시키는 것을 확인하였다.
설탕용액 10%를 사용하였을 때 비산재 농도가 높은 시료 II의 CaCO3 회수율 67.7%보다 비산재 함량이 낮은 시료I의 경우 68.5%但 CaCC)3의 회수율이 다소 높게 나타났으며, 15%의 설탕물을 사용하였을 때는 비산재 농도가 낮은 시료Ⅲ의 71.45%보다 비산재 농도가 높은 시료IV가 CaCO3 회수율 74.8%로 회수율이 더 우수한 것으로 조사되었다.
1. 비산재로부터 CaO를 회수하기 위하여 설탕 용액을 사용하여 CaO 용해를 위한 최적조건은 비산재 농도 10%, 반응시간 15분, 설탕농도 10-15%, 적정 pH는 10.5~11인 것으로 조사되었다.
회수된 CaO 용액에 CO2 가스를 반응시켜 CaCC>3 분말을 제조하였다. 회수된 CaCC>3 분말의 백색도는 매우 우수한 것으로 나타났으며, 일부 불순물은 NaAlSO4, (Fe, Mg)SiC)3인 것으로 추정된다.
3. 설탕용액 10%와 10, 15%의 비산재 농도 시료의 경우 각각 52.0%, 51.5%의 CaO 용해율과 그에 따른 CaCO3 회수율은 각각 68.5%, 67.7%로 조사되다. 특히, 설탕용액 15%와 비산재 농도 10, 15%의 경우 CaO 용해율은 각각 53.
4. 동일한 실험조건에서는 비산재 농도 변화에 따른 CaO 용해율과 CaCC)3 분말 회수율은 큰 차이가 없는 것으로 나타났으나, 설탕용액의 농도를 10%에서 15% 로 변화시키면 CaO 용해율과 CaCO3 분말 회수율이 향상되는 것으로 조사되었다.
8%이었다. CaO의 용해율은 15%留 설탕물에서 비산재 함량이 15%일 때, 비산재의 함량이 15%일 경우에는 설탕용액의 농도가 10%에 비해 15%일 경우가 CaO 용해율이 더 우수한 것으로 조사되었다.
후속연구
5. 본 연구에서는 비산재의 재활용을 제고시키기 위한 기초조사를 수행하였으며, 향후 CaO 용해율과 CaCO3 회수율을 향상시키기 위한 체계적인 연구가 필요하다. 또한, CaO 용해 후 회수된 비산재의 재활용방안에 대한 추가적인 연구가 요망된다.
본 연구에서는 비산재의 재활용을 제고시키기 위한 기초조사를 수행하였으며, 향후 CaO 용해율과 CaCO3 회수율을 향상시키기 위한 체계적인 연구가 필요하다. 또한, CaO 용해 후 회수된 비산재의 재활용방안에 대한 추가적인 연구가 요망된다.
참고문헌 (8)
환경부,2006 : 2005 전국 폐기물 발생 및 처리현황
환경관리공단,2000 : 소각재 안정화 및 재활용 기술에 관한 연구
송종택 외 4인, 1998 : 화학활성화제에 의한 플라이애쉬-생석회계의 수화반응,한국세라믹학회지, 35(2), pp.185-195
Wiles, C. and Shepherd, P., 1999 : Beneficial use and recycling of municipal waste combustion residues A Comprehensive Resource Document, Nation Renewable Energy Laboratory(NPEL), 6-11
Grasso, D., 1993 : Hazardous Waste Site Remediation: Source Control, Lewis Publishers
Kim, C. E. and Lee, S. K., 1993 : The Effects of Heavy Metal Ions on the Hydration and Microstructure of the Cement Paste, J. of Korean Ceramic Society, 30(11), pp. 967-973
송효석, 이창희, 2001 : CaO계 슬래그 중 탄산가스 용해 거동에 관한 연구, 대한금속.재료학회지, 39(4), pp. 474-479
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