In this study, we have investigated waste incinerators which are one of the major HAPs emission sources. In order to obtain more reliable HAPs emission data from waste incinerators, direct sampling for the possible pollutants from the stack was carried out and the analysis was performed. The purpose of study was to understand the emission status from waste incinerators and recognize the problems and finally to set up a strategy to reduce the HAPs emissions from waste incinerators. The emission concentrations of 8 species of heavy metals and 16 species of PAHs have been analyzed for the first time in Korea. Not only the emission characteristics of HAPs from waste incinerators were identified, but also the analysis of reduction efficiencies for control devices such as BF and wet scrubbing systems was carried out.
본 논문은 중소형 규모의 도시고형 폐기물소각시설 배가스의 수은, 납, 비소, 셀렌과 같은 휘발성중금속의 방출특성을 조사하는데 있다. 대체로, 소형 도시고형 폐기물소각시설에서 배출되는 수은, 납, 비소, 셀렌이 중형 소각시설에서 배출되는 것 보다 높게 나타났다. 이는 중형소각시설에 비하여 소형소각시설의 빈약한 대기오염제어장치의 가동과 높은 배가스 온도에 기인하는 것으로 판단된다. 중소형 소각시설의 배가스 온도는 2개의 온도그룹으로 나누어지는 것을 확인할 수 있다. 첫 번째 온도그룹은 대략 $100^{\circ}C$이고, 두 번째 온도그룹은 $400{\sim}700^{\circ}C$ 정도였다. 2번째 그룹에서의 배가스 중 수은, 납, 비소, 셀렌은 각각 $70.43\;{\mu}g/Sm^3$, $0.94\;{\mu}g/Sm^3$, $9.83\;{\mu}g/Sm^3$, $5.05\;{\mu}g/Sm^3$였다. 첫 번째 온도그룹에서 배가스의 수은, 납, 비소 셀렌은 두 번째 온도그룹의 것보다 낮은 특징을 가지고 있다. 한편, 중형소각시설에서의 수은제거효율은 $55.16{\sim}95.89%$로 나타났다. 이러한 수은의 감소는 폐열보일러의 온도저감이 기여를 하고 있었다. 상기 결과로, 중소형 소각시설에서 휘발성 중금속 제어에 중요한 역할을 하는 것은 배가스의 온도가 큰 역할을 한다. 따라서, 휘발성 중금속의 제거효율을 개선하기 위해서는, 냉각시스템의 온도가 제어되고 대기오염제어장치가 잘 운영되어야 한다.
Objectives: Waste treatment by incineration is gradually increasing as the emission of harmful substances has decreased owing to developments in incineration technology. However, residents living near incinerators continue to express anxiety regarding the effects on their health. Therefore, we attempted to summarize the health impact of incinerators by comprehensively reviewing the recently reported literature. Methods: Sixty-two epidemiological research papers related to incineration and health effects were selected from the Google Scholar database and analyzed (from between January 2001 and December 2019). Results: When compared to older incinerators, newer incinerators established after 2000 are considered relatively safe in terms of health effects. Nevertheless, there have been some studies that have linked them to various diseases, such as malignant tumors including soft tissue cancer and non-Hodgkin's lymphoma, reproductive disorders, respiratory diseases, and more. In addition, incinerator workers and local residents are considered to be exposed to dioxins and some heavy metals from the incinerator. Since most studies included subjects exposed to older incinerators, it is difficult to apply these results to the health impact assessment of new incinerators. However, it is not appropriate to conclude that new incinerators made with state-of-the-art technology are safe, as chronic environmental diseases caused by hazardous substances tend to appear only after prolonged exposure. Conclusions: In terms of environmental health, it is necessary to continuously monitor the health effects of incinerators. Also, there is a need to develop a research methodology that can minimize various confounders in incineration-related epidemiological study.
폐기물공정시험법과 내분비계 장애물질 시험방법을 이용하여 사업장폐기물소각재 24건 및 생활 쓰레기소각재 20건에 대하여 잔류성 유기오염물질의 분포특성을 확인하였다. 12종류의 잔류성 유기오염 물질중에서 7종을 GC-MSD (SIM-mode)로 정량분석을 하였다. 총 44건의 시료 중 21 시료에서 헥사클로로벤젠이 검출되었으며, 나머지는 모두 불검출이었다. 헥사클로로벤젠은 사업장폐기물의 소각재에서는 0.132-8.138 ng/g, 비산재에서는 0.195-5.765 ng/g, 그리고 생활쓰레기 소각장의 소각재에서는 0.270-1.828 ng/g, 비산재에서는 0.154-50.643 ng/g 정도로 각각 검출되었다.
최근 환경 잔류성 유기오염 물질과 내분비계 장애물질로 지정된 다이옥신은 가장 중요한 환경 물질로 취급되어 인체위해성 평가, 배출 오염원 측정 및 분석 방법, 저감대책, 환경에의 농도 및 영향 평가를 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 폐기물 소각 등 모든 연소과정에서 주로 생성된 후 대기 순환 등을 통하여 환경 중에 확산된 다이옥신 등은 토양에 축적된다. 본 연구에서는 산업 폐기물 소각장 배출 가스, 생활 쓰레기 소각장 배출 가스 및 대기 그리고 토양의 시료로부터 다이옥신의 이성질체 분포에 대한 상관성을 비교하였다. PCDDs와 PCDFs를 OCDD를 기준으로 하여 그 비율에 기초하여 곡선을 작성하여 그 형태로부터 유사성을 비교한 결과 산업 폐기물 소각장 배출 가스와 대기 중에서의 이성질체 분포 곡률과 비율이 거의 일치함을 볼 수 있다. PCDDs와 PCDFs의 결과를 비교하였을 때 서로 유사한 곡률과 비율에 대한 결론을 나타내었으며 따라서 환경 중에 노출되는 다이옥신은 생활 쓰레기 소각장 배출 가스보다는 산업 폐기물 소각장 배출가스에 좀 더 의존적임을 알 수 있었다. 토양 시료의 경우 농약 등 다른 오염원의 가능성 및 자연 분해 정도를 배제할 수는 없지만 곡률의 형태는 배출가스들과 유사함을 보여 토양 오염 또한 소각장 배출 가스들에 기인함을 유추할 수 있었다.
Computational fluid dynamic(CFD) analysis has been frequently applied to the waste incinerators to understand the flow performance for various design and operating parameters. Since the computational modeling inevitably requires many simplifications and complicated sub-models, validity of the results should be carefully evaluated. In this study, major computational modeling and procedure of usual simulation methods for the grate-type waste incinerators were assessed. Usual simulation method does not explicitly incorporate the waste combustion, simply by assuming the combustion gas properties from the waste bed which is treated as an inlet plane. However, effect of this arbitrary assumption on the overall flow pattern is not significant, since the flow pattern is dominated by strong pattern of jet flows of the secondary air. Thus, this method is valid in understanding the effect of flow-related parameters. In analyzing the results, deriving conclusive information directly from temperature and chemical species concentration should be avoided, since the model prediction for the gaseous reaction and the radiation reveals significant discrepancies against the actual phenomena. Use of quantitative measures such as residence time is very efficient in evaluating the flow performance.
This study is to establish a waste bed combustion model that can be available to assist the design of incinerators for efficient operation control of municipal waste incinerators. An unsteady one -dimensional bed combustion modeling was developed which incorporates the various sub-process models and solves the governing equations for both gases and solids in the waste bed combustion phenomena. The combustion characteristics and the properties of the combustion gas released from the bed were investigated by using a developed model. Besides, a sub-model which predicts the formation and destruction of nitrogen oxides in the waste bed was also developed as a post-processor for the waste combustion model. It is found that the reduction rate of nitrogen oxides is enhanced in the char layer.
Swithenbank, J.;Nasserzadeh, V.;Ewan, B.C.R.;Delay, I.;Lawrence, D.;Jones, B.
청정기술
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제2권2호
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pp.100-125
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1996
After recycle of spent materials has been optimised, there remains a proportion of waste which must be dealt with in the most environmentally friendly manner available. For materials such as municipal waste, clinical waste, toxic waste and special wastes such as tyres, incineration is often the most appropriate technology. The study of incineration must take a process system approach covering the following aspects: ${\bullet}$ Collection and blending of waste, ${\bullet}$ The two stage combustion process, ${\bullet}$ Quenching, scrubbing and polishing of the flue gases, ${\bullet}$ Dispersion of the flue gases and disposal of any solid or liquid effluent. The design of furnaces for the burning of a bed of material is being hampered by lack of an accurate mathematical model of the process and some semi-empirical correlations have to be used at present. The prediction of the incinerator gas phase flow is in a more advanced stage of development using computational fluid dynamics (CFD) analysis, although further validation data is still required. Unfortunately, it is not possible to scale down many aspects of waste incineration and tests on full scale incinerators are essencial. Thanks to a close relationship between SUWIC and Sheffield Heat&Power Ltd., an extended research programme has been carried out ar the Bernard Road Incinerator plant in Sheffield. This plant consists of two Municipal(35 MW) and two Clinical (5MW) Waste Incinerators which provide district heating for a large part of city. The heat is distributed as hot water to commercial, domestic ( >5000 dwelling) and industrial buildings through 30km of 14" pipes plus a smaller pipe distribution system. To improve the economics, a 6 MW generator is now being added to the system.
There are among the most relevant toxic emissions from incinerators such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), polychlorinated dibenzofurans (PCDFs), dioxin-like polychlorinated biphenyls (PCBs). Induction of cytochrome P4501A1 catalyzed 7-ethoxyresorufin O-deethylase(EROD) activity in mammalian cell culture(EROD bioassay) is thought to be a selective and sensitive parameter used for the quantification of dioxin-like components. In this study, the toxic emissions from several school waste incinerators were evaluated by determination of CYPIA catalytic activity and cytotoxicity using cell culture microbioassay. The incinerator residue and soil samples were collected from the schools located in Kyunggi province from April to June 1999. The samples were extracted in a Soxhlet apparatus using toluene for 20 hours. In order to clean-up, concentrated crude extracts were applied to basic alumina column. The EROD activities of extracts in the H4IIE cells were from 1.91$\pm$0.32 ng-TEQ/g to 24.54$\pm$3.48 ng-TEQ/g of biochemical-TEQ value. In soil samples, CYP1A catalytic activity was 0.09~0.64 ng-TEQ/g. EROD bioassay, seems to be a useful short-term bioassay when information about the biological response of complex environmental samples is needed. Although further study is needed, these results indicate that the potent toxic emissions are produced from school waste semi-incinerators.
The emission characteristics of mercury in waste incinerators were investigated to get basic data for the policy development on the emission reduction of mercury (Hg). For the study several important factors were analysed from 4 incinerators such as mercury concentration, emission factors and removal rate for control devices. The results are listed below. Mercury concentrations in the flue gas were 0.39~5.96 $\mu\textrm{g}$/S㎥ in MWI and 2.5~8.8 $\mu\textrm{g}$/S㎥ in IWI. The distributions of gaseous and particulate mercury in flue gas were above 99% and below 1 %, respectively. Therefore, in order to remove mercury effectively, it is important to control the gaseous mercury. Mercury concentrations in fly ash collected from control device were found as 16.2~35.6 mg/kg- ash in FF of MWI. Also mercury concentrations at the front and back point of control device of MWI were 33.45~62.65 $\mu\textrm{g}$/S㎥ and 0.88~3.49 $\mu\textrm{g}$/S㎥, respectively. Emission factors were estimated as 3.67~11.67 mg/ton in FF, 2.6~24.5 mg/ton in MWI with SNCR, SDR and FF, 54.9~192.7 mg/ton in IWI with Cyclone and FF. Emissions from Municipal Waste Incinerator were found both in minimum and maximum ranges. Annual mercury emissions emitted from MWI was estimated as 20.0 kg (6.0~33.9 kg).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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