생활쓰레기 소각시설 바닥재의 제2차 오염저감에 관한 연구

Abstract

우리나라의 폐기물관리 정책은 ‘00년 11.7%인 생활폐기물 소각 처리율을 2011년에는 30%까지 확대하는 정책목표를 정하고 있어 이와 함께 소각재의 발생도 증가하여 왔다. 소각시설에서 배출되는 소각재는 바닥재(Bottom ash)와 비산재(fly ash)로 분류되며 2006년 기준 소각량은 약 2,385,000톤/년을 차지하고 있으며, 이때 발생하는 바닥재는 소각량의 약 15.5%, 비산재는 소각량의 약 3%가 발생되고 있다. 현행 우리나라의 폐기물관리법상 바닥재는 용출시험 결과에 따라 주로 매립처리 되고 있으며 강열감량은 10wt%이하를 만족하도록 되어 있으나 건설시에 보증 요구 되어지는 강열감량은 2~3wt% 이하이다. 따라서 본 연구에서는 생활폐기물 소각처리에서 소각로의 연소효율과 직접적으로 관계가 있고 무해화, 안정화의 지표를 나타내는 강열감량의 저감을 위한 방안으로 첫째, 정상 가동중인 소각로에서 강열감량 제어버너를 가동하여 강열감량이 어느 정도 개선되는지를 파악하고 둘째, 강열감량 제어버너의 부하별 가동시험을 통하여 경제적 운전방안을 찾고자 하였으며 셋째, 스토커 위의 바닥재 표면온도를 측정하여 온도와 강열감량과의 상관관계를 조사하고 넷째, 스토커 위에서 Grate사이로 떨어지는 낙진(Shifting Ash)의 강열감량을 분석하여 바닥재와 혼합 되었을 때 바닥재의 강열감량에 어느 정도의 영향을 주는지를 조사하고, Ash Extractor 전,후단 바닥재 및 소화수 수질의 분석을 통하여 소화수의 수질이 바닥재의 강열감량 및 중금속 농도에 어떤 영향을 미치는지를 파악하였다. 연구결과 강열감량 제어버너를 가동하면 가동전 대비 약 25% 수준까지 강열감량이 현저하게 감소하며 30분 이상 가동시 평균 2.5배의 개선효과가 있는 것을 확인하였으며, 제어버너 부하별 강열감량 변화시험에서는 50% 부하 이상에서 전부하와 동등한 수준의 강열감량 값을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다. 연소실 바닥재의 표면온도와 강열감량과의 상관관계 조사에서는 바닥재의 표면온도가 낮을수록 강열감량도 낮게 나타났으며 바닥재 표면온도가 350℃ 이상이 되도록 제어버너를 운전하여야 저감효과를 얻을 수 있다는 것도 확인하였다. Grate하부로 떨어지는 낙진은 스토커 상부의 바닥재보다 강열감량이 낮게 나타나 혼합 배출하여도 강열감량은 악화되지 않는 것으로 분석되었다. Ash Extractor의 수질에 의한 강열감량의 영향분석에서는 Ash Extractor를 통과한 바닥재가 통과하기 전 바닥재의 강열감량보다 약 1.95배 높게 증가하는 것으로 파악되었는데 소화수 상부에 부유하고 있는 부유 미연물의 영향으로 판단된다. 또한 중금속 용출시험 결과 구리(Cu)는 Ash Extractor 전단보다 통과 후가 약 8.9배 증가하는 것으로 나타났으며 납(Pb)의 경우는 약 0.73배 감소하는 것으로 나타났는데 그 원인은 용출액의 pH의 변화에 따라 재흡착 되거나 불용화되어 용출량이 감소하는 것으로 판단되어진다. 이는 Ash Extractor를 통과하면서 발생한 Ash의 pH의 변화에 따른 용출량의 차이라는 것을 확인하였다. 강열감량 제어버너의 적절한 운전은 강열감량 저감 및 제어에 있어서 충분한 효과가 있는 것으로 사료되어지며 강열감량의 저감을 통하여 소각재의 재활용 및 매립시 발생되어질 수 있는 2차 오염의 저감에 기여할 것으로 사료된다.; Waste management policy in Korea aimed to enlarge till 30% ratio of processing incinerate in 2011 from 11.7% in 2000. Thus, occurrence of incineration ash has been increased. Incineration ashes which emitted from incineration facilities divided into bottom ash and fly ash. Amount of standard incineration accounted for about 2,385,000 ton/year. In terms of occurring amount, bottom ash and fly ash was about 15.5% and about 3% respectively. Currently, according to the waste management law in Korea, bottom ashes were mainly reclaimed by the results of elution test. Ignition loss was supposed to satisfy with less than IOwt%. But ignition loss was less than 2-3wt% as amount of warranty requested at the time of construction. Thus, this study has connections directly with combustion efficiency in the process of muncipal waste incineration has something. The methods of reduction ignition loss indicating index of non-toxin and stabilization are following; First, we are trying to operate ignition loss controling burner at an incinerator in the middle of normal operations and grasp how much ignition loss is improved; Second, we are trying to look for economical working method through experimental operation of ignition loss controling burner per load; Third, we are trying to investigate mutual relation between temperature and ignition loss by measuring the surface temperature of the bottom ashes on stoker; Finally, we are trying to analyze ignition loss of shifting Ash fallen between Grates on stoker and investigate how much it has an influence on ignition loss of bottom ash when mixed with bottom ash, and through analyzing of Ash Extractor entrance and traffic exit bottom ash, and the quality of water of quenching water, grasp how much the quality of water has an influence on both ignition loss of bottom ash and the thickness of a heavy metal. We find that according to the research, if ignition loss controling burner is operated, ignition loss is noticeably decreased till about 25% level when compared with before operating, and when operated more than 30minutes, there is an improved effect: on average 2.5 times. And it is confirmed that at the experiment of ignition loss controling burner change per load, we can get the ignition loss value of the equal level as full load at 50 percents load. We also find that at the mutual relation research between the surface temperature of the bottom ashes of a combustion chamber and ignition loss, the lower the surface temperature of the bottom ashes is, the lower ignition loss is and only if a controling burner is worked more than 350 celsius degrees, we can get the reduction effect. It is analyzed that as ignition loss appears lower than the bottom ashes of the upper stoker, ignition loss of the shifting ashes fallen under the Grate didn't go wrong. It is grasped that at the influence analysis by the quality of water of Ash Extractor, the bottom ashes going through Ash Extractor increase about 1.95 higher than those before going through Ash Extractor, and this is, we judge, because of not burnt material floating on top of quenching water. Also, as a result of elution test, we judge that copper(Cu) increases about 8.9 times after going through than before going through and lead(Pb) decreases about 0.73 times and the cause of this is that the amount of elution is decreased because of its being re-absorbed or its insolubility according to the pH change of effluent.