In this study, an accelerated carbonation process was applied to stabilize hazardous heavy metals of industrial solid waste incineration (ISWI) bottom ash and fly ash, and to reduce $CO_2$ emissions. The most commonly used method to stabilize heavy metals is accelerated carbonation using a high water-to-solid ratio including oxidation and carbonation reactions as well as neutralization of the pH, dissolution, and precipitation and sorption. This process has been recognized as having a significant effect on the leaching of heavy metals in alkaline materials such as ISWI ash. The accelerated carbonation process with $CO_2$ absorption was investigated to confirm the leaching behavior of heavy metals contained in ISWI ash including fly and bottom ash. Only the temperature of the chamber at atmospheric pressure was varied and the $CO_2$ concentration was kept constant at 99% while the water-to-solid ratio (L/S) was set at 0.3 and $3.0dm^3/kg$. In the result, the concentration of leached heavy metals and pH value decreased with increasing carbonation reaction time whereas the bottom ash showed no effect. The mechanism of heavy metal-stabilization is supported by two findings during the carbonation reaction. First, the carbonation reaction is sufficient to decrease the pH and to form an insoluble heavy metal-material that contributes to a reduction of the leaching. Second, the adsorbent compound in the bottom ash controls the leaching of heavy metals; the calcite formed by the carbonation reaction has high affinity of heavy metals. In addition, approximately 5 kg/ton and 27 kg/ton $CO_2$ were sequestrated in ISWI bottom ash and fly ash after the carbonation reaction, respectively.
A life cycle impact assessment was applied in an industrial waste incineration plant to evaluate the direct and indirect environmental impacts based on toxicity and non-toxicity categories. The detailed life cycle inventory of material and energy inputs and emission outputs was compiled based on the realistic data collected from a local industrial waste incineration plant, and the Korean life cycle inventory and ecoinvent database. The functional unit was the treatment of 1 tonne of industrial waste by incineration and the system boundary included the incineration plant and landfilling of ash. The result on the variation of the impact by the unit processes showed that the direct impact was decreased by 79.3, 71.6, and 90.1% for the processes in a semi dry reactor, bag filter, and wet scrubber, respectively. Considering the final impact produced from stack, the toxicity categories comprised 91.7% of the total impact. Among the toxicity impact categories, the impact in the eco-toxicity category was most significant. A separate estimation of the impact due to direct and indirect emissions showed that the direct impact was 97.7% of the total impact. The steam recovered from the waste heat of the incineration plant resulted in a negative environmental burden.
생활 폐기물은 대부분 유리류와 자기류뿐만 아니라 많은 양의 iron을 함유하고 있으며 약 $3{\sim}11%$에 달한다. 대부분의 iron은 Ni-Fe와 Ni-Cr-Fe 같은 합금으로 존재하거나, 부식방지와 광택을 위해 Ni와 Cr로 도금된 iron으로 존재하고 있기 때문에 소각로에서 소각될 경우 철 재품 표면에 심하게 파손된 $Fe_3O_4$층과 함께 $NiFe_2O_4$와 FeCr_2O_4$을 형성하게 되어 바닥재에 존재하게 되어 중금속산화물 층을 형성시킬 수 있다. iron은 자력이 매우 강해 자력선별에 의해 쉽게 선별되며 이러한 효과로 인해 중금속 산화물의 선별까지 얻을 수 있다. 또한 바닥재는 다양한 Ni와 Cr 산화물들을 함유하고 있으며, Ni와 Cr은 강자성을 띈 물질이기 때문에 자력선별에 의해 큰 영향을 받을 수 있다. 따라서 자력선별에 따른 Ni와 Cr의 거동에 대해 조사하였으며 그 밖의 다른 중금속(Cu, Pb, Cd, As)들의 거동 또한 확인해 보았다. 그 결과 Ni와 Cr은 약 $45{\sim}50%$의 선별율을 보였으며, Cu와 Pb는 $15{\sim}20%$을 나타냈다. 또한 자력선별 전과 후의 바닥재에 대해 Ni와 Cr의 용출량을 확인해본 결과 자력선별 후 바닥재의 용출량이 더 낮음을 확인할 수 있었다.
본 연구는 강원도 T시를 중심으로 생활폐기물의 물리화학적 특성을 조사하여 생활폐기물의 적정관리 방안 및 처리방법에 활용할 수 있는 기초자료를 제공하고 하고자 실시되었다. 조사결과 T 시의 겉보기밀도는 평균 $231kg/m^3$이었으며, 가연성분과 비가연성분은 각각 94.0%와 6.0%이었다. 가연성분 중 음식물류폐기물(32.3%)과 종이류(41.2%)는 최근의 타 지역에 비하여 여전히 높은 비율을 차지하고 있어 철저한 분리배출이 필요하였다. 삼성분 중수분, 가연분, 회분의 함량은 각각 41.3%, 50.5%, 그리고 8.2%이었으며, 원소조성 중 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 염소의 함량은 각각 51.4%, 6.3%, 26.7%, 1.1%, 0.2%, 0.5%를 나타내었다. 습윤저위발열량은 2,704 kcal/kg으로 춘천시의 2,764 kcal/kg와 유사하였으나 과거 구로구, 고양시의 1,467~1,584 kcal/kg 보다는 1,000 kcal/kg 이상 높았다. 또한 조제된 소각재의 용출시험 실시결과 모두 지정폐기물 판정 기준치를 크게 하회하여 큰 문제가 없는 것으로 나타났다.
생활 폐기물 소각재 충 바닥재를 입도별로 분급하여 그 구성물질, 화학성분과 중금속 함유량 및 용출량, 다이옥신 함유량 등의 특성을 파악하여 바닥재의 재활용 가능성을 알아보았다. 바닥재의 주요구성물질은 유리질류, 자기질류, 철질류이었으며, 입자가 커질수록 이들의 함유량이 많아져 4mesh~25mm에서는 약 70%이상을 차지하였다. 바닥재의 주요성분은 CaO, $SiO_2$, $Fe_2$O$_3$, $A1_2$$O_3$등이었으며 바닥재의 입자가 커질 수록 CaO의 함유량은 감소되고 $SiO_2$의 함유량은 증가되었다. 중금속의 함유량은 바닥재의 입자가 커짐에 따라 감소되나 중금속 용출량은 거의 변화가 없었다 바닥재의 숙성기간이 길어짐에 따라 바닥재 침출액의 pH는 낮아지고, Cu 및 Pb의 용출량은 감소되었다.
Paper industry in Korea produces 14 million tons of paper and 1.3 million tons of sludge per year. Most of them has been treated by incineration, landfilling or ocean dumping. The sludge recycling to minimize the impact on the environment, so its importance is highlighted. In this study, in order to develop a new way of recycling the sludge, it was calcined and the recycled ash was tried to use as papermaking filler. Concerning the yield of calcium carbonate and the brightness and the rheology of the recycled calcination sludge, the optimum calcination conditions were found to be $600^{\circ}C$ and 12 hours. The sludge ash itself was not suitable for papermaking due to its color and low brightness. Thus the ash from the sludge was first mixed with a commercial filler and then utilized for papermaking. The effect of the increased hardness after high temperature treatment on wire abrasion was confirmed.
본 연구는 국내 유해폐기물 고온소각설비를 이용한 PCBs 함유 폐기물의 소각처리 가능성을 알아보기 위해 정상조업시와 PCBs 절연유 투입시의 배가스, 비산재, 바닥재에 대한 다이옥신, Total-PCBs, Co-PCBs 분석을 실시하였으며, 바닥재 및 비산재에 함유된 중금속 성분의 용출 특성을 파악하기 위하여 중금속 용출시험을 실시하였다. 그 결과 PCBs 함유폐기물의 배기가스 중의 Dioxin 농도는 $0.00699{\sim}0.00763ng-TEQ/Nm^3$으로 정상조업시 $0.0192ng-TEQ/Nm^3$보다 낮은 것으로 나타났으며 Co-PCBs $0.00043{\sim}0.00112ng-TEQ/Nm^3$, Total PCBs $3.06{\sim}3.87ng/m^3$으로 분석되었다. 바닥재의 경우에는 Dioxin 0.00225~0.00630ng-TEQ/g, Co-PCBs 0.00027~0.00082ng-TEQ/g, Total PCBs 0.9~2.6ng/g, 비산재의 경우 Dioxin 0.00164~0.00344ng-TEQ/g, Co-PCBs 0.00053~.00054ng- EQ/g, Total PCBs 0.64~0.84ng/g로 나타났다. 바닥재와 비산재의 중금속용출 시험결과 바닥재에서는 모두 용출되지 않았으나, 비산재의 경우 Pb성분이 31.01~237.7ppm으로 용출기준을 초과하는 것으로 나타났으며 대기오염물질의 농도는 모두 배출허용기준치 이하로 나타났다.
폐기물 소각시 발생되는 각종 유해가스 및 비산회재(fly ash)는 후처리 설비에 의해 배출허용기준치 이하로 처리된 후 대기 중으로 방출되도록 환경 규제되고 있다. 그러나 포집된 비산회재(fly ash) 및 노하부 배출재(bottom ash) 내에는 미 연소된 상태로 배출된 유해성 유기물질(다이옥신, 퓨란류 등)과 중금속 성분이 함유되어 있어 이들 소각잔류물(incineration residues)을 안정화나 무해화 처리 없이 단순 매립할 경우 강우에 의해 소각잔류물 내의 유해성분이 침출됨에 따라 토양이나 지하수 등에 2차 환경오염을 일으키게 된다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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