[논문]ASR 소각재의 이화학적 물성 및 재활용(再活用)을 위한 기초연구(基礎硏究)

이화영

ASR 소각재의 이화학적 물성 및 재활용(再活用)을 위한 기초연구(基礎硏究)
A Study on the Characteristics and Utilization of Ash from ASR Incinerator 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.16 no.2 = no.76, 2007년, pp.32 - 39

초록
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폐자동차 ASR의 소각재를 대상으로 물리화학적 물성측정 및 리싸이클링을 위한 경량재료 제조실험을 수행하였다. 대상시료는 국내 ASR 소각장에서 채취한 바닥재 2종류와 비산재 4종류이었으며, 이들의 주요 성분 및 입도분석을 실시하고 공정시험법에 의한 중금속 용출량을 조사하였다. 또한, 비산재인 boiler ash를 원료로 하여 경량물질과 무기바인더를 첨가하여 성형 및 소성하는 방법으로 경량재료를 제조하였다. 바닥재에 Cu 함량이 3wt% 내외로 상당히 높은 것으로 나타나 Cu의 사전 분리가 필수적인 것으로 나타났다. 수용성물질을 많이 함유한 SDR(semi-dry reactor) ash와 Bag filter ash의 주성분은 각각 $CaCl_2{\cdot}Ca(OH)_2{\cdot}H_2O$ 및 $CaCl_2{\cdot}4H_2O$인 것으로 나타났다. boiler ash를 원료로 사용하여 제조한 경량재료 시편의 경우 중금속 용출이 크게 감소하였으며, 그 이유는 중금속 성분이 불용성 화합물천 안정화 또는 encapsulation 되었기 때문으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The measurement of physicochemical properties of ASR incineration ash has been carried dot and the preparation of light-weight material has also been performed using ASR ash for recycling point of view as building or construction materials. For this aim, chemical composition, particle size distribution, and heavy metal leachability were examined for 2 bottom ashes and 4 fly ashes obtained from the domestic ASR incinerator. In the present work, attempt has been made to prepare the lightweight material using boiler ash as a raw material, which is prepared by forming the mixture of boiler ash, lightweisht filler and inorganic binder and followed by calcination at elevated temperature. As a result, the content of Cu in bottom ash was as high as about 3wt% so that the recovery of Cu from ash was required. The major compound of SDR #5 and Bag filter #6 was found to be $CaCl_2{\cdot}Ca(OH)_2{\cdot}H_2O\;and\;CaCl_2{\cdot}4H_2O$, respectively. It is thought that heavy metal teachability of lightweight material prepared with boiler ash was significantly decreased due to the encapsulation or stabilization of heavy metal compounds.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

비산재의 경우 SDR #5와 Bag filter #6 시료는 앞에서언급한 것처럼 수용성물질을 다량 함유하고 있어 물질재활용을 하기에는 현실적으로 다소 어렵다고 생각된다. 따라서, 본 실험에서는 재질 구성이 비교적 균일하고 입도분포가 넓지 않은 Boiler #4 시료를 주원료로 하여경량재료를 제조하고자. 시도하였다.
본 실험에서는 국내 ASR 소각로에서 발생하는 소각재를 종류별로 채취하여 이의 물리화학적 물성 및 중금속 용출량을 측정하고, 비산재인 boiler ash를 원료로경량재료 제조실험을 실시함으로써 ASR 소각재의 재활용 가능성을 조사하고자 하였다.

제안 방법

바닥재를 제외한 소각재 시료는 입도분석기(Beckman Coulter LS-100)를 사용하여 입도범위 0.04~2, 000 에서 입도분포를 측정하였으며, 수용성 물질을 많이 함유한 SDR #5 및 Bag Filter #6의 시료에 대해서는 X-선 회절분석을 통하여 주성분을 조사하였다.
본 실험에서는 비산재 가운데 SDR #5와 Bag filter #6에 대해서 수용성물질 함량을 측정하였으며, 결과를 Fig. 2에 도시하였다. Fig.

대상 데이터

사용하였다. A 소각장의 소각방식은 stoker type의 소각로이었으며, 소각재 발생부위에 따라 바닥재 두 종류와 비산재 네종류를 각각 시료로 채취하였다. Table 1은 본 실험에서 사용한 소각재의 종류 및 채취위치를 보여주고 있다.
소각재를 원료로 사용한 경량재료 제조실험은 비교적입도가 균일하고 수용성 물질을 함유하지 않은 Boiler #4 시료를 주원료로 선택하여, 여기에 경량물질 (lightweight filler)과 무기바인더인 bentonite를 혼합하고 3% CMC(carboxymethylcellulose) 용액으로 반죽및 성형하였다. 경량물질은 국내 S사에서 공급받은 Perlite계(상품명: GP-1)와 Silica Sphere계 (상품명: SMF-100)의 두 가지 원료를 사용하였으며, bentonite는 미국 Wyoming산 Na-bentonite를 사용하였다. 직경 30 mm, 길이 20〜25 mm의 pellet으로 성형한 경 량재료는 105℃에서 건조한 다음 l, 000℃까지의 온도범위에서 고온 소성처리하였다.
본 실험에서 대상 시료로 사용한 여섯 종류의 ASR 소각재 가운데 바닥재 두 종류는 우선 물질 구성이 불균일하고 또한 입도분포가 매우 넓기 때문에 이들 소각재를 재활용하기 위해서는 분쇄 및 입도분급 공정을 거쳐야만 한다. 실제로 외국이나 국내의 일부 생활폐기물소각장에서는 바닥재 재활용이 상용화되어 있기도 하다.
본 실험에서는 대상 시료로써 국내 A 소각장에서 발생하는 ASR 소각재 여섯 종류를 채취하여 사용하였다. A 소각장의 소각방식은 stoker type의 소각로이었으며, 소각재 발생부위에 따라 바닥재 두 종류와 비산재 네종류를 각각 시료로 채취하였다.

이론/모형

사용하여 측정하였다. 소각재 시료의 중금속 용출시험은 공정시험법 m에 의거하여 As, Cd, Cr, Pb, Cu의다섯 종류 원소에 대하여 AA spectroscopy(Varian, SpectrAA 800) 및 ICP(Thermojarrell Ash, Polyscan 61E)를 이용하여 각각의 원소 용출량을 분석하였다. 소각재를 원료로 사용한 경량재료 제조실험은 비교적입도가 균일하고 수용성 물질을 함유하지 않은 Boiler #4 시료를 주원료로 선택하여, 여기에 경량물질 (lightweight filler)과 무기바인더인 bentonite를 혼합하고 3% CMC(carboxymethylcellulose) 용액으로 반죽및 성형하였다.

성능/효과

(1) 바닥재중의 Cu 함량이 폐전선으로 인하여 각각 2.7 wt% 및 3.4 wt%로 상당히 높은 것으로 나타나 바닥재로부터 Cu의 사전 분리회수가 필요한 것으로 판단되었다. 수용성물질을 많이 함유한 SDR #5와 Bag filter #6의 주성분은 각각 CaCl2 .
(2) 비산재의 평균입자 크기는 Cyclone #3>Boiler #4>SDR #5>Bag filter #6의 순서로 나타났으며, 특히 Bag filter #6의 경우 0.4 ㎛ 미만의 매우 작은 입자들이 분포하고 있는 특징을 보였다. 소각재 시료의 pH는대체로 알칼리성의 pH를 보였으며, SDR #5와 Bag filter #6은 12.
(3) 공정시험법에 의한 중금속 용출시험 결과, 바닥재두 종류와 비산재인 Cyclone #3에서는 중금속 용출량이모두 기준치 이내로 검출이 되는 것으로 나타났으나, Boiler #4, SDR #5 및 Bag filter #6에서는 Cd, Pb, Cu 용출량이 기준치를 상회하는 경우가 관찰되었다. 그러나, Boiler #4를 원료로 사용하여 제저]조한 경량재료 시편의 경우 중금속 용출이 크게 감소하였으며, 이것은 중금속 성분이 불용성 화합물로 안정화되었거나 encap sulation 되기 때문으로 판단되었다.
(4) SMF-100과 GP-1 을 경량물질로 첨가하여 경량재료를 제조하였을 때 소성온도가 증가할수록 압축강도는상승하여 1, 000℃에서 소성한 시편은 l00kg/cm2을 상회하였으며, 특히 GP-1 의 경우에는 200kg/cm² 이상의압축강도를 보였다. 그러나, 900℃이하의 소성온도에서는 SMF-100과 GP-1 의 압축강도가 크게 차이가 나지않았다.
Table 2는 ASR 소각재중의 중금속(As, Cd, Cr, Pb 및 Cu)과 염소이온(Cr) 함량을 분석한 결과로써, 특이한 사항은 바닥재중의 Cu 함량이 각각 3.4 wt% 및 2.7 wt%로 통상적인 도시폐기물 소각재에 비해 상당히높은 것으로 나타났다. 이것은 폐자동차의 구리전선이일부 ASR로 혼입이 되기 때문이며, 따라서 바닥재로부터 구리를 사전에 분리하거나 회수하는 리싸이클링 방법도 충분히 고려할 수 있을 것으로 사료된다.
9% 정도인반면 GP-1 은 17-19%^ 감소율을 보였다. 따라서, 고온소성시 경량물질로는 GP-1 보다는 SMF-100이 유리한것으로 나타났다.
표에서 보는 것처럼 소각재 함량 30~90wt%의 첨가범위에서 Cd, Pb, Cu의 용출량이 원래의 Boiler #4 시료에 비해 급격히감소하고 있음을 알 수 있었다. 또한, 소각재 함량이 70 wt% 이상에서 Cd과 Pb 용출이 관찰되기는 하였으나 이는 모두 환경 기준치 이하로써 문제가 되는 수준은 아닌 것으로 나타났다. 이것은 소각재에 함유된 중금속 성분이 시편으로 성형되고 고온소성되는 과정에서불용성 화합물로 안정화되었거나 혹은 무기바인더 등에의해 encapsulation되면서 용출이 억제되기 때문으로 풀이되고 있으며, 이와 같이 소각재를 원료로 사용하여경량재료를 제조하는 경우 부분적으로 중금속 용출억제효과를 기대할 수 있는 것으로 나타났다.
바닥재를 제외한 비산재 4종류의 입도분포를 측정한결과를 살펴보면 Fig. 3에 도시한 것처럼 대부분의 입자가 2~l, 000|im의 범위에 분포하고 있었으며, 평균입자 크기는 Cyclone #3>Boiler #4>SDR #5>Bag filter #6의 순서로 나타났다. 특히, Bag filter #6의 경우 0.
4 ㎛ 미만의 매우 작은 입자들이 분포하고 있는 특징을 보였다. 소각재 시료의 pH는대체로 알칼리성의 pH를 보였으며, SDR #5와 Bag filter #6은 12.06 및 11.80, 로 강알칼리성으로 나타났다.
4는 SMF-100과 GP-1 을 경량물질로 첨가하여 고온에서 소성한 시편의 압축강도 변화를 보여주고 있다. 소성온도가 증가할수록 압축강도는 상승하는 것으로 나타나 8(WC에서의 압축강도는 약 50 kg/cm² 정도이나 90SC이상에서는 크게 증가하여 l, 000℃에서 소성한 시편은 lOOkg/cm2을 상회하는 것으로 나타났다. 특히, GP-1 의 경우에는 l, 000℃ 소성시 200 kg/cm² 이상의 압축강도를 보였는데, 이것은 시편이 크게 수축하면서 강도를 증진시킨 것으로 판단되고 있다.
Table 4에서 보는것처럼 바닥재 두 종류와 비산재인 Cyclone #3에서는중금속 용출량이 모두 기준치 이내로 검출이 되는 것으로 나타났으나, Boiler #4, SDR #5 및 Bag filter #6 에서는 Cd, Pb, Cu 용출량이 기준치를 상회하는 경우가 관찰되었다. 특히, 생활폐기물 소각재의 경우 바닥재에서 Pb 용출이 문제가 되는 경우도 있으나, 본 실험의 ASR 바닥재에서는 이러한 현상은 관찰되지 않아 바닥재의 경우 별도의 세척공정이나 aging을 거치지 않고도리싸이클링이 가능함을 알 수 있었다.
따라서, 경량재료의 강도가 중요하게 적용되는 경우에는 소각재 함량을 조절하여야 함을 알 수한편, Table 6은 Boiler #4 소각재를 원료로 사용하여 제조한 시편을 대상으로 공정시험법에 의한 중금속용출량을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 표에서 보는 것처럼 소각재 함량 30~90wt%의 첨가범위에서 Cd, Pb, Cu의 용출량이 원래의 Boiler #4 시료에 비해 급격히감소하고 있음을 알 수 있었다. 또한, 소각재 함량이 70 wt% 이상에서 Cd과 Pb 용출이 관찰되기는 하였으나 이는 모두 환경 기준치 이하로써 문제가 되는 수준은 아닌 것으로 나타났다.

참고문헌 (12)

이화영, 오종기, 김성규, 2002: 폐자동차 파쇄를 통한 주 요구성 물질의 분리 및 분석평가, 자원리싸이클링, 11(4), pp. 11-16

원문보기 상세보기
이화영, 오종기, 김성규, 2003: 폐자동차 파쇄 잔류물을 이용한 고체연료의 제조연구, 자원리싸이클링, 12(4), pp. 58-64

원문보기 상세보기
이화영, 오종기, 김성규, 2005: 폐자동차 ASR의 풍력 및 비중선별에 의한 처리연구, 자원리싸이클링, 14(2), pp. 3-9
Jody, B. J. et al., 1990: Recycling of plastics in automobile shredder residue, U.S. DOE Report, DE90-011 110, pp. 1-5
Numajiri, I., 2000: Current situation and tasks of disposal of end-of-life vehicles, 資源と素材, 116, pp. 879-888

상세보기
Babu, D. S., Babu, K. G., and Wee, T. H., 2005: Properties of lightweight expanded polystyrene aggregate concretes containing fly ash, Cement and Concrete Research, 35, pp. 1218-1223

상세보기
Tay, J. H. and Show, K. Y., 1997: Resources recovery of sludge as a building and construction material, Water Science and Technology, 36(11), pp. 259-266
Cheeseman, C. R. and Virdi, G. S., 2005: Properties and microstructure of lightweight aggregate produced from sintered sewage sludge ash, Resources, Conservation & Recycling, 45, pp. 18-30

상세보기
Cheeseman, C. R., Makinde, A. and Bethanis, S., 2005: Properties of lightweight aggregate produced by rapid sintering of incinerator bottom ash, Resources. Conservation & Recycling, 43, pp. 147-162

상세보기
Pecqueur, G., Crignon, C. and Quenee, B., 2001: Behavior of cement-treated bottom ash, Waste Management, 21, pp. 229-233

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환경부 고시 제 96-32호, 1996: 공정시험방법, 동화기술, pp.417-418
Fuoco, R. et al., 2005: Innovative stabilization/solidification processes of fly ash from an incinerator plant of urban solid waste, Microchemical Journal, 79, pp. 29-35

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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