폐기물 처리 장치에 잠재하는 오염물질의 수준 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING THE LEVEL OF POTENTIAL POLLUTANTS IN A WASTE TREATMENT PLANT}
본 발명은 폐기물을 그 화학 조성물에 따라 구분하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 폐기물을 변환(가공, 처리 또는 폐기)하기 위한 플랜트 또는 장치에 도입되는 염소 함유 성분의 양이 기설정된 값을 초과하지 못하도록 하는 장치를 포함하는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
도시 폐기물, 의료용 폐기물, 독성 및 방사성 폐기물을 포함하는 폐기물을 플라즈마 토치를 이용하여 처리하는 것에 기초한 폐기물 처리 장치는 잘 알려져 있다. 이들 장치들을 조작할 때 일반적으로 직면하게 되는 하나의 문제점은 폐기물의 플라즈마 처리에 기인한 염소 함유 화합물의 발생과 방출을 최소화하는 것에 있다. 폐기물, 특히 도시의 고형 폐기물(MSW; municipal solid waste)은 일반적으로 종종 예상할 수 없는 수준의 염소 함유 물질, 예컨대 PVC 파이프, 플라스틱 용기 등을 함유하는 고형 폐기물의 혼합물을 포함한다. 처리 플랜트에서 너무 많은 양의 위와 같은 물질들을 한꺼번에 처리하게 되면, 염소를 함유한 오염 물질의 배출 수준은 안전 및/또는 법적 허용치를 초과할 수 있고, 장치의 조업을 일시적으로 중지 하거나 대안적으로는 가스 정화 시스템을 업그레이드시킬 필요가 있으며, 이에 따라 플랜트의 조업 및/또는 투자비용은 증가하게 된다. 더욱이, 염소 함유 물질의 수준이 높으면 플랜트의 설비에 해를 초래할 수도 있어 보다 더 잦은 유지관리 조작이 필요하며, 또한 처리 과정에서 발생하는 화학적 공정에 해를 줄 수도 있다. 따라서, 이들 플랜트에서는 폐기물 조성물을 플랜트에 도입하기 이전에 폐기물 조성물을 감시하고, 과량의 염소 함량을 갖는 폐기물 배치를, 적어도 일시적이나마, 처리 시에 제거하는 것이 유익하다. 미국특허 제3,794,843호는 벌크 물질에 함유되어 있는 수분의 중량%를 결정하는 게이지를 개시하고 있다. 미국특허 제4,028,267호는 철광석을 중성자 선원에 노출시켜 철광석 내 철 함량을 측정하는 장치 및 방법에 대한 것이다. 일본특허 제10258428호, 제2002137224호, 제2000126649호 및 제06210632호는 플라스틱류를 기타 물질과 분리하거나 구분하는 다양한 수단을 개시하고 있으나, 이들 수단 중 어느 것도 중성자 발생기를 사용하고 있지는 않다. 미국특허 제4,702,379호 및 제4,830,193호는 연속식 공정의 회전 실린더를 통해 하강하는 동안에 방사되는 금광석의 개별 조각들을 명확히 구분하는 플랜트에 대한 것이다. 그러나, 이들 문헌은 폐기물 내 염소 함유 물질의 함량을, 특히 염소의 양이 소정 값을 초과하게 되는 경우 플라즈마 토치에 기초한 처리 플랜트의 후속 공정으로부터 이들 폐기물을 제거할 목적으로, 결정하기 위한 해결책이나 이와 관련된 문제점들을 소개조차 하고 있지 않다. 따라서, 본 발명의 목적은 폐기물 배치를 플라즈마 폐기물 변환 플랜트에 도 입하기 이전에 폐기물 배치 내 염소함유물질의 수준을 결정하기 위한 장치, 및 소정의 허용한계치를 초과하는 양으로 염소함유물질을 함유하는 폐기물을 분리하고 처리하기 위한 시스템을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 도시의 고형 폐기물 처리 장치에 설치될 수 있는 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 기계적으로 비교적 간단하게 처리공정 플랜트의 디자인에 포함될 수 있는 경제적인 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 토치 기반 형태의 폐기물 변환 장치의 전부로서 포함되는 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 목적은 기존의 플라즈마 토지 기반 폐기물 변환장치 및 기타 소각로와 같은 폐기물 열처리 시스템 중 적어도 일부를 용이하게 보강할 수 있는 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다. 본 발명의 추가적인 목적 및 장점은 이하의 상세한 설명에 의해 명백해 질 것이다.
본 발명은 특정 화학물질, 일반적으로 그 내부에 염소가 감지되는 화학물질의 수준에 따른 폐기물을 구분하기 위한 재료분류 기계장치에 대한 것이다. 기계장치는 폐기물을, 바람직하게는 기설정된 한계치에 도달할 때까지 중량 모듈에 제공하는 폐기물 유입구를 포함하여 구성된다. 그 다음, 이와 같이 제어된 폐기물 용적은 그 제어 용적 내 염소 함량의 결정에 최적화된 펄스 중성자 물질 분석기에 도입된다. 그 다음, 컴퓨터와 같은 제어 수단이 폐기물 제어 용적 내의 염소 수준이 기설정된 허용한계치보다 높거나 낮은가를 결정하고, 이에 따라 폐기물을 두 개의 채널 중 하나 또는 또 다른 채널로 흘려보낸다. 이들 채널 중 하나는 낮은 함량의 염소를 갖는 폐기물을 받아들여 폐기물 가공 챔버로 보낸다. 나머지 채널은 전체적인 염소의 비율이 여전히 허용한계치 이하로 유지되도록, 예컨대 충분히 낮은 수준의 염소 함량을 갖는 다른 폐기물과 섞일 때까지 폐기물을 저장한다. 염소 함유물은 일반적으로 염화물의 형태, 특히 PVC이다. 본 발명의 제1특징은 벌크 물질을 그 화학물질의 조성에 따라 구분하고, 상기 벌크 물질을 기설정된 기준에 따라 두 개 이상의 채널 중 하나의 채널로 안내하기 위한 장치를 제공하는 것이다. 장치는 다음을 포함한다: - 하나 이상의 외부 소스로부터 벌크 물질을 수납하는 적재 유닛; - 적재 유닛으로부터 벌크 물질을 배치 형태로 수납하고, 각 배치의 중량을 결정하는 계량 유닛; - 계량 유닛으로부터 벌크 물질의 배치를 수납하고, 배치 내 하나 이상의 특정 화학원소의 존재 및 양을 결정하는 검출기 모듈; - 상기 검출기 모듈로부터 물질의 배치를 수납하고 배치를 두 개 이상의 채널 중 하나의 채널로 안내하는 전환기 게이트; 및 - 장치 요소의 활성 및 활성 시기를 제어하고, 장치 조작에 필요한 계산 및 데이터를 저장하는 제어기. 본 발명의 장치에 있어서, 검출기 모듈은 배치 내 하나 이상의 특정 화학 성분의 존재 및 양을 결정하기 위해 중성자 활성 분석 기법을 수행하는 요소를 포함한다. 결정 결과는 배치가 안내되는 채널을 결정할 때 사용된다. 본 발명의 장치의 바람직한 일 구현예에 있어서, 벌크 물질은 폐기물 가공 플랜트 또는 장치로 도입되는 폐기물이다. 바람직하게, 기설정된 기준은 특정 화학물의 양이 기설정된 허용한계치보다 적거나 큰지 여부가 기준이 된다. 바람직한 구현예에 있어서, 특정 화학성분은 염소이다. 본 발명 장치의 바람직한 구현예에 있어서, 검출기 모듈은 다음을 포함한다: - 예컨대 폴리에틸렌 붕산염 등과 같이 소정의 수소를 함유하는 물질로 제조되는 중성자 감속재 케이싱; - 문에 의해 선택적으로 개방되거나 밀봉될 수 있는 상기 케이싱의 상측 및 하측 개구부; - 상기 케이싱과 상기 상측 및 하측 개구부의 내측 벽에 의해 한정되는 형상과 크기를 갖는 내부 챔버; - 상기 내부 챔버 내 벌크 물질의 배치를 조사하기 위해 중성자를 방출하는 소정의 중성자 발생기; 및 - 감마 양자를 검출하기 위한 소정의 분광계 감마 검출기. 방출된 중성자는 물질 내부의 다른 핵과 반응하여 여기 핵(excited nuclei)을 생성시킨다. 여기 핵은 그 핵에 특징적인 다른 에너지의 방출 감마 양자를 붕괴시키며, 검출기는 핵으로부터 방출된 감마 양자를 감지해서 그 에너지 함수로서 그 강도를 측정한다. 본 발명 장치의 바람직한 구현예에 있어서, 상측 문은 타단에 굴뚝이 장착된 암(arm)의 일단에 축회전으로 장착되어, 암의 회전 시 상측 문은 상측 개구부 또는 굴뚝을 교대로 밀봉하게 되며, 벌크 물질의 배치가 계량 유닛으로부터 내부 챔버로의 이동을 보조하는 위치로 움직인다. 본 발명 장치의 바람직한 구현예에 있어서, 중성자 발생기는 휴대가 가능한 DT 펄스식 중성자 발생기이고; 방출 중성자의 에너지는 2.5 Mev이거나 14.0 Mev이고; 펄스 시간의 주기는 수초 정도, 바람직하게는 10 초 정도이고; 분광계 감마 검출기는 NaI(TI) 및 CsI(TI)-섬광 검출기를 포함하는 군 중에서 선택된다. 본 발명의 또 다른 특징은 폐기물을 처리하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 본 발명의 분류 장치를 포함하며, 추가적으로 다음을 포함한다: - 폐기물 처리 플랜트 또는 장치; - 다수의 소스로부터 폐기물이 우선적으로 방류되고, 분류 장치로의 이송 및 폐기물 가공 플랜트 또는 장치에 의한 최종 처리를 대기하는 폐기물 수령 저장소; 및 - 폐기물을 저장소로부터 분류 장치로 이송하고, 분류 장치로부터 폐기물 가공 플랜트 또는 장치 또는 일부 다른 장소로 이송하기 위한 소정의 이송 시스템. 분류 장치는 세 가지 기능을 가지는 데, 제1의 기능은 폐기물을 실질적으로 동일한 용적의 배치로 나누는 것이고, 제2의 기능은 각 배치에 존재하는 염소의 양을 측정하는 것이고, 제3의 기능은 각 배치의 폐기물을 그 측정된 염소의 양에 따라 두 개의 채널 중 하나로 도입시키는 것이다. 본 발명 시스템의 용도는 폐기물 변환을 위한 플랜트 또는 장치로 도입되는 염소 함유 화합물의 양이 기설정된 값을 초과하지 못하도록 하는 것이다. 본 발명 시스템의 바람직한 구현예에 있어서, 배치 내 염소의 양이 기설정된 허용한계치 이하인 경우, 배치는 수락되고, 두 개의 채널 중 제1채널로 전환되며, 폐기물 배치는 가공 플랜트로 이송되고 정상적인 방식으로 처리된다. 염소의 양이 기설정된 허용한계치를 초과하는 경우, 배치는 거절되고, 두 개의 채널 중 제2채널로 전환되며, 아래의 옵션을 포함하는 군 중에서 선택되는 방식으로 처분된다: - 옵션 1, 제2채널 내의 거절된 폐기물 배치는 저장되고, 폐기물 가공 플랜트 또는 장치로 이송되지 않고 최종 처분됨; - 옵션 2, 제2채널 내의 거절된 폐기물 배치는 저장되고, 임시 보관소에 배치되어 나중에 처리됨; - 옵션 3, 제2채널 내의 거절된 폐기물 배치는 저장소로 회송되고, 다른 폐기물과 재 혼합되어 분류 장치로 다시 보내어진다. 거절된 폐기물 배치는 옵션 1에 따라 도시의 고형 폐기물 매립지와 같은 특별히 지정된 장소에서 처분될 수 있다. 장치의 바람직한 구현예에 있어서, 각 거절된 폐기물 배치는 옵션 2에 따라 제어 유닛에 의해 식별 번호가 할당된다. 제어 유닛은 또한 각 배치 내의 염소 양 및 가공 플랜트를 통과하는 폐기물의 유속에 관한 데이터를 포함하고 있다. 이에 따라, 소정의 주어진 시간에, 가공 플랜트에 의해 처리되는 폐기물에 존재하는 염소의 양이 숙지된다. 또한, 플랜트의 가스 출구에 있는 소정의 센서는 플랜트에서 방출되는 염소 가스 화합물을 감시하고, 그 데이터를 제어기에 실시간으로 제공한다. 따라서, 제어기는 주어진 시간에 염소 함유 방출물의 수준이 플랜트로 도입되는 제2채널에 하나 이상의 거절된 배치를 허용할 만큼 충분히 낮은 지를 결정할 수 있게 된다. 일부 구현예에 있어서, 거절된 배치 폐기물은 옵션 2에 따라 추가적으로 회전 형식의 장치 상에 분류 또는 배치되어, 제어기는 주어진 시간에 플랜트를 통과하는 염소의 최대 유속을 유지하기에 가장 적합한 특정 배치를 선택, 엑세스 및 가공 플랜트로 처분될 수 있다. 옵션 1 내지 3 중 어느 하나 또는 이들 모두는 소정의 주어진 시간에 작동 중에 있으며, 제어기는 필요에 따라 하나의 옵션으로부터 또 다른 옵션으로 전환될 수 있다. 본 발명 시스템의 바람직한 구현예에 있어서, 폐기물 가공 플랜트 또는 장치는 열처리공정을 이용하여 폐기물을 처리한다. 열처리공정은 하나 또는 그 이상의 플라즈마 토치를 사용하는 과정을 포함할 수 있다. 또 다른 특징은 본 발명 시스템의 조작 방법을 제공한다. 그 방법은 다음을 포함한다: - 다수의 소스로부터 폐기물을 폐기물 수령 저장소로 하치하는 단계; - 폐기물의 적어도 일부를 폐기물 수령 저장소로부터 분류 장치의 적재 유닛으로 운송하는 단계; - 운송된 폐기물의 적어도 일부를 적재 유닛에 적재하는 단계; - 적재 유닛의 폐기물의 적어도 일부를 계량 유닛으로 이송하는 단계; - 기설정된 양의 폐기물(폐기물 "배치(batch)"라 함)이 계량 유닛에 유입되는 경우 계량 유닛으로의 폐기물 이송을 중지시키는 단계; - 폐기물 배치를 검출기 모듈로 이송하는 단계; - 검출기 모듈의 문을 밀봉하는 단계; - 중성자 발생기를 활성화시켜 검출기 모듈 내 폐기물 배치를 조사함으로써, 폐기물 배치를 구성하는 물질의 적어도 일부 분자 내에 여기 핵을 생성시키는 단계; - 여기 핵에 의해 방출되는 감마 양자의 에너지 및 양을 측정하기 위해 감마 검출기를 활성화시키는 단계; - 배치를 전환기 게이트를 통해 하나 또는 그 이상의 채널들 중 하나의 채널로 안내하는 단계; 및 - 더 이상의 폐기물이 수령 저장소에 남아있지 않거나 일부 다른 이유로 폐기물 처리를 중지하여야 할 때까지 상기의 모든 과정을 반복하는 단계. 배치가 유도되는 두 개 이상의 채널 중 하나를 선택하는 것은 감마 양자의 에너지 및 양의 측정 결과에 의존한다. 채널 중 제1채널은 폐기물 가공 플랜트 또는 장치의 폐기물 가공 챔버로 직접 안내한다. 두 개 이상의 채널 중 제2채널은 폐기물 수령 저장소로 회송되는 임시 보관 영역이나, 폐기물 가공 플랜트 또는 장치의 일부가 아닌 처리 영역으로 안내한다. 본 발명 방법의 바람직한 구현예에 있어서, 제어기는 시스템 요소의 활성 및 활성 시간을 제어할 때 사용되어 시스템 조작을 위한 계산의 수행 및 시스템 조작에 필요한 데이터를 저장한다. 본 발명의 상기한 특징과 기타 특징 및 장점은 첨부도면을 참조하여 예시적이고 비제한적으로 설명한 본 발명의 바람직한 구현예에 의하여 보다 더 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 통상적인 폐기물 플라즈마 처리 장치의 일반적인 배치도 및 주요 구성요소를 개략적으로 보인 도면; 도 2는 통상적인 폐기물 플라즈마 처리 장치와 함께 본 발명 시스템의 바람직한 구현예의 일반적인 배치도를 개략적으로 보인 도면; 도 3은 본 발명 장치의 바람직한 구현예를 개략적으로 보인 도면; 및 도 4는 1%의 염소를 함유한 폐기물의 대표적인 감마 응답 스펙트럼을 보인 도면.
본 명세서에서 "폐기물 변환 장치(waste converting apparatus)"란 용어는 도시의 고형 폐기물(MSW; municipal solid waste), 산업 폐기물(IW; industrial waste), 의료용 폐기물(MW; medical waste), 방사능 폐기물(RW; radioactive waste), 방류 처리 슬러지(ETS; effluent treatment sludge) 및 기타 폐기물 형태를 포함하는 폐기물을 특히 플라즈마 처리에 의하여 열처리, 가공 또는 처분하는 데 적합한 소정의 장치를 포함한다. 본 발명은 플라즈마 토치에 기반한 처리 플랜트에서 가공 처리되는 폐기물의 화학성분 함량을 결정하기 위한 장치에 대한 것이다. 이 장치는 소정의 주어진 시 간에서 플랜트에 의해 처리되는, 일반적으로 염소를 함유하는 물질 형태인, 염소의 양이 기설정된 허용한계치 이하가 되도록 하는 분류 시스템의 주요 구성품이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 플라즈마 폐기물 처리 변환 장치 또는 플랜트(100)는 고로 또는 가공 챔버(10)를 포함하여 구성된다. 통상적으로, 고형 및/또는 혼합형 폐기물 공급 시스템(20)은 폐기물을 공기 잠금장치(30)를 포함하는 폐기물 유입 수단을 통해 챔버(10)의 상단에 도입한다. 폐기물 공급 시스템(20)은 소정의 적합한 운송 수단 등을 포함할 수 있으며, 추가적으로 폐기물을 더욱 작은 조각으로 분쇄하기 위한 분쇄기를 포함할 수 있다. 공기 잠금장치(30)는 그 사이의 적재 챔버(36)를 한정하는 상부 밸브(32)와 하부 밸브(34)를 포함할 수 있다. 밸브(32), (34)는 필요한 만큼 독립적으로 개방 및 밀폐되도록 전기식, 공기식 또는 유압식으로 작동되는 게이트 밸브인 것이 바람직하다. 통상적으로, 닫을 수 있는 호퍼 장치(39)는 상부 밸브(32)가 열려 있는 위치에 있고 하부 밸브가 닫혀있는 위치에 있는 경우, 고형 및/또는 혼합 폐기물은 공급 시스템(20)으로부터 적재 챔버(36) 내로 흘러 들어간다. 적재 챔버(36) 내로의 폐기물 공급은 통상적으로 적재 챔버(36) 내 폐기물 수준이 꽉 찬 용량 아래의 기설정된 지점에 이르기까지 계속되므로, 소정의 폐기물이 상부 밸브(32)가 닫힘으로 인해 방해 받을 가능성을 최소화시킨다. 그 다음 상부 밸브(32)가 닫힌다. 닫힌 지점에서 각 밸브(32), (34)는 기밀을 제공한다. 필요 시, 그 다음에 하부 밸브(34)가 개방되어 비교적 적은 공기 혹은 아예 공기가 들어가지 못하게 하면서 폐기물이 가공 챔버(10) 내로 공급될 수 있도록 한다. 밸브(32), (34)의 개폐 및 공급기(20)로부터의 폐기물 공급은 소정의 적합한 제어기에 의해 제어될 수 있으며, 제어기는 이와 연결되어 작동되고 플랜트(100)의 다른 부품과 연결되어 작동되는 인간 제어기 및/또는 적합한 컴퓨터 제어 시스템을 포함하여 구성될 수 있다. 선택적으로, 호퍼 장치(39)는 필요할 때마다, 특히 의료용 폐기물이 플랜트(100)에 의해 처리되는 경우에 주기적으로나 연속적으로 살충제와 함께 분무하기 위한 살충제 분무 시스템(31)을 포함할 수 있다. 가공 챔버(10)는 적합한 전원, 가스 및 수냉식 소스(45)에 연결되어 작동되는 하나 또는 복수의 플라즈마 토치(40), 및 산화제 유입구(70)가 구비된 저부를 또한 포함한다. 열분해 및 기화는 하나 또는 그 이상의 수령 저장소(60)와 연결된 적어도 하나의 유출구(65)를 구비한 액상 제조물 수령 구역(41)을 또한 포함하는 가공 챔버의 저부에서 일어난다. 가공 챔버(10)는 그 상단에 주로 제조가스를 흘려보내기 위한 적어도 하나의 가스 유출구(50)를 추가적으로 포함한다. 가공 챔버(10)의 내측면은 대체로 하나 또는 그 이상의 적합한 내화 재료, 예컨대 알루미나, 알루미나-실리카, 마그네사이트, 크롬-마그네사이트, 카모사이트 또는 내화벽돌 등으로 제조된다. 일반적으로, 가공 챔버(10) 및 플랜트(100)는 전체적으로 금속층 또는 케이싱으로 덮혀져 있어, 그 향상된 기계적 강도를 보이며, 가공 챔버가 외부 환경으로부터 밀폐 밀봉될 수 있도록 한다. 본 발명은 폐기물이 위 장치에 도입되기 전에 그 화학성분을 결정하고 분류하는 데 특히 적합하다. 도 2를 참조하면, 바람직한 구현예에 따른 분류 시스템(300)은 다수의 소스로부터 폐기물이 우선적으로 하치되고, 폐기물 가공 플랜트(100)에 의한 분류 및 최종 가공을 대기하는 폐기물 수령 저장소(320)를 포함하 여 구성된다. 적합한 이송 시스템(325), 예컨대 컨베이어 벨트 또는 크레인은 폐기물을 저장소(320)로부터 이하에 더욱 상세하게 설명될 분류기(200)로 이송한다. 분류기(200)는 세 가지 기능을 가지고 있다. 첫째는 폐기물을 실질적으로 동일한 용적의 배치로 구분하는 기능이고, 둘째는 각 배치에 존재하는 염소의 양을 측정하는 기능이며, 셋째는 각 폐기물 배치를 분류기(200)를 통과시킨 후 그 측정된 염소의 양에 따라 두 채널 중 하나의 채널로 보내는 기능이다. 통상적으로, 배치 내 염소의 양이 기설정된 허용한계치 이하인 경우, 배치는 수락되고 제1 채널(362)로 전환되며 이 폐기물 배치는 가공 플랜트(100)로 이송되어 그곳에서 정상적인 방식으로 가공 처리된다. 한편, 염소의 양이 기설정된 허용한계치를 넘는 경우, 배치는 거절되고 제2채널(364)로 전환되며 이러한 폐기물 배치를 처리하기 위해 여러 가지 옵션을 사용할 수 있다. 제1옵션(370)에 있어서, 제2채널 내의 거절된 폐기물은 저장(371)되어, 해로운 염소 함유 제품은 생산되지 않는다. 예를 들면, 이들 폐기물 배치는 도시의 고형 폐기물 매립지와 같은 특별히 지정된 장소에 버려진다. 제2옵션(372)에 있어서, 거절된 폐기물 배치는 임시 보관소에 놓여지게 되고, 여러 가지 다른 방식 중의 한 가지 방식으로 처리된다. 바람직한 구현예에 있어서, 예를 들면 각 배치는 제어 유닛(500)에 의해 식별되며, 이는 또한 각 해당 배치 내 염소의 양과 관련된 데이터를 포함하고 있다. 염소의 양과 관련된 데이터는 분류기(200)에 의해 제공되며, 이는 통신 링크(550)를 통해 제어기(500)와 연결되어 작동된다. 소정의 주어진 시간에서, 가공 플랜트(100)에 의해 처리되는 폐기 물에 존재하는 염소의 양은 제어기에 이용될 수 있는 실축 데이터(historical data)로부터 알 수 있다. 제어기(500)는 또한 가공 챔버(10)와 연결되어 작동되고, 챔버(10)를 통과하는 폐기물의 유속을 예컨대, 밸브 (32 또는 34)의 연속적인 개방 사이의 시간 간격을 측정함으로써 결정한다. 플랜트(100)에 제공되는 다수의 폐기물 배치와 관련되어 분류기(200)에 제공되는 데이터, 각 배치 내 염소의 양 및 제1채널을 통해 분류기를 떠나 챔버(10) 내로 도입되는 소정의 주어진 배치 사이의 시간 간격과 함께, 제어기(500)는 소정의 주어진 시간에서 플랜트에 의해 처리되는 염소의 양을 결정할 수 있다. 플랜트(100)의 가스 출구에 있는 소정 센서는 플랜트(100)에 의해 배출되는 염소 기체 화합물을 감시하고, 이 데이터를 제어기(500)에 실시간으로 제공한다. 그 다음, 제어기(500)는 소정의 주어진 시간에서 염소 방출 수준이 하나 또는 그 이상의 제2채널 내의 거절된 배치가 플랜트(100) 내로 도입될 수 있을 만큼 충분히 낮은 지 여부를 결정할 수 있게 된다. 이는 예컨대, 제1채널을 통해 가장 최근 제공된 폐기물 배치에 포함된 염소의 양이 실질적으로 그 허용한계치 이하로 되는 경우에 발생할 수 있다. 이러한 옵션에 있어서, 제2채널(364)에 저장되어 있는 거절된 배치는 회전식 장치 상에 추가로 저장되거나 정리될 수 있어, 제어기가 소정의 주어진 시간에서 플랜트를 통해 염소의 최대 유속을 유지하기에 가장 적합한 특정 배치(그 염소의 양은 이미 알려져 있음)를 선택, 엑세스하여, 가공 플랜트(100)로 이송할 수 있도록 한다. 어떠한 경우에도, 처음에 거절된 배치가 플랜트(100)로 보내어진 후, 제어기(500)는 플랜트(100)에 제공되는 추가적인 염소를 기록한다. 제3옵션(374)은 제2채널(364) 내의 거절된 폐기물 배치를 저장소(320)로 돌려보내 다른 폐기물과 재혼합한 후 다시 분류기(200)로 보내는 것이다. 상기 옵션 중 어느 하나 또는 그 모두가 소정의 주어진 시간에 작동될 수 있으며, 제어기(500)는 필요에 따라 하나의 옵션에서 또 다른 옵션으로 변경될 수 있다. 예컨대, 제어기(500)는 될 수 있는 한 제2옵션(372)을 우선적으로 사용하지만, 거절된 배치 수가 현저하게 저장 및 가공 처리될 수 있는 최대의 양에 도달한 경우, 제1옵션(370)이나 제3옵션(374)이 그 초과량을 처리하도록 선택될 수 있다. 보다 간단한 분류 시스템에 있어서는 제2옵션, 심지어는 제3옵션조차도 유용하지 않을 수 있다. 이에 따라, 소정의 주어진 배치 내 염소의 수준이 허용한계치를 넘게 되는 경우, 배치는 거절되어 폐기물 가공 플랜트 외부로 처분된다. 기설정된 허용한계치는 시간에 따라 일정하거나 변경될 수 있다. 예컨대, 처리될 폐기물이 대체로 균질성인 경우, 평균 허용한계치는 플랜트(100)에 의해 처리되는 염소 수준이 절대로 너무 높지 않도록 결정될 수 있다. 마찬가지로 폐기물 내 염소의 양이 매우 낮은 소정 형태의 폐기물인 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 규정 한계치는 가공 플랜트로부터 대기 중으로 배출되는 염소 함유 오염물질의 농도를 가리킨다는 점을 주목하여야 한다. 따라서, 가공 챔버(10)에 허용될 수 있는 폐기물 내 염소의 허용한계 수준은 또한 가스 출구(50)에 설치되는 공기 오염 제어 시스템(APC; air pollution control system)의 효율에 의존한다. 플라즈마 폐기물 가공 플랜트의 일부인 전형적인 APC가 적합하게 설계 및 유지 관리된다면 염소 함유 오염물질의 상당 부분을 제거할 수 있으며, 유출 가스 내 염소 함유 오염 물질의 농도가 너무 높지 않도록 제공될 수 있다. 즉, APC의 효율이 높으면 높을수록 가공 챔버의 입구에 사용될 수 있는 허용한계치 값은 그만큼 높아진다. 대안적으로 그리고 바람직하게는, 제어기(500)가 플랜트에 의해 현재 처리되는 염소의 양을 계속해서 업데이트하고, 다음 배치로 허용될 수 있는 최대의 염소 양을 결정하도록 프로그램 되어 있어서, 상기 배치가 플랜트(100)로 도입될 때 그 처리되는 염소의 양은 허용 수준 이하로 여전히 있게 된다. 이와 같이, 일시적인 허용한계치가 새롭게 계산되고, 염소의 수준이 상기 허용한계치보다 작은 경우에 현재의 배치는 허용된다. 그렇지 않은 경우에 상기 배치는 거절되고, 제어기는 이전에 거절되었거나 상기에서 설명된 제2옵션에 따라 저장된 것 중에서 적합한 배치를 검색한다. 어떠한 경우에도, 새로운 배치를 플랜트에 도입시키거나, 적합한 배치가 검색되지 않아 기설정된 시간 간격을 대기한 후, 제어기는 플랜트(100)에 존재하게 될 염소의 양을 다시 계산하고, 이 계산에 기초해서 다음 배치에 필요한 허용한계치 값을 결정한다. 따라서, 염소 함유 폐기물의 처리 속도를 최대로 하면서, 플랜트(100) 내의 평균적인 염소 양이 허용치 이내로 유지되도록 허용한계치 값을 계속해서 업데이트한다. 본 발명에 따른 시스템의 다른 구현예에 있어서, 분류기(200)는 폐기물을 기설정된 기준에 따라 다수 채널로 분류할 수 있다. 통상적으로, 기설정된 기준은 그에 상당하는 수의 염소 함량 범위를 포함하게 되어, 폐기물은 특정 범위에 상당하는 채널로 분류된다. 상기 구현예는 다수의 가공 챔버(10)가 하나 또는 그 이상의 상기 분류기를 통해 공급되는 경우에 특히 유용하며, 특정의 폐기물 배치를 가장 적합한 챔버로 보낼 수 있게 되므로 각 분류기는 각 챔버에 의해 처리되는 염소의 양을 최적화시킬 수 있다. 본 발명은 또한 분류기에 대한 것으로, 이는 폐기 물질을 그 염소 수준에 따라 적어도 두 개의 채널 중 한 채널로 분류하기 위한 것이며 그 자체가 신규한 것이다. 바람직한 구현예에 있어서, 분류기(200)는 기설정된 폐기물(본 명세서에서 "배치(batch)"라 함)의 양을 측정하고, 그 속에 있는 염소의 양을 결정하고, 염소의 양을 기설정된 기준과 비교하여 그 양이 기설정된 허용한계치 값 이하인지 또는 초과하고 있는 지 여부에 따라 폐기물 배치를 각각 제1채널(362) 또는 제2채널(364)로 전환한다. 본 발명의 다른 구현예에 있어서, 분류기는 폐기물을 다수 채널 중 어느 하나의 채널로 분류하도록 구성될 수 있으며, 각 채널은 염소 농도 범위에 대응된다. 이와 같이, 도 3을 참조하면, 분류기(200)의 바람직한 구현예는 적재 유닛(220), 계량 유닛(240), 검출기 모듈(260) 및 전환기 게이트(280)를 포함하여 구성된다. 적재 유닛(220)은 호퍼(201) 또는 이송 시스템(325)으로부터 폐기물을 수용하기 위한 다른 장치를 포함하여 구성되며, 이는 상기 폐기물을 진동 테이블(202)로 흘려보낸다. 진동 테이블(202)은 호퍼(201)로부터 이격되어 경사져 있고, 적합한 진동장치(203)와 연결되어 있다. 테이블(202)이 진동장치(203)의 작동 하에 진동함에 따라, 호퍼(201)에 가장 근접된 상단에 있는 폐기물은 하측 테이블의 개방단을 향해 이동하고, 결국 테이블(202)에 떨어져 계량 유닛(240)으로 떨어진다. 테 이블(202) 경사는 테이블(202)이 진동하는 경우 그곳으로부터 떨어만 지도록 되어 있고, 일반적으로는 달리 되어 있지 않다. 진동 장치(203)는 제어 유닛, 일반적으로는 시스템(300)의 제어 유닛(500)과 연결되어 작동되지만, 대신에 분리된 제어 유닛일 수 있다. 제어 유닛은 진동 장치(203)의 동작을 제어하도록 구성되며, 이하에서 더욱 상세히 설명된다. 계량 유닛(240)은 기설정된 폐기물(본 명세서에서 "배치(batch)"라◎함) 양을 적재 유닛(220)으로부터 수용하고; 폐기물 배치를 계량하고; 그 다음에 상기 배치를 검출기 모듈(260)로 배달한다. 계량 유닛(240)은 적재 유닛(220)으로부터 폐기물을 수용하기 위한 상부 개방 단부와, 문(208)에 의해 선택적으로 닫히거나 열릴 수 있는 바닥 단부를 갖는 컨테이너(204)를 포함하여 구성된다. 컨테이너(204)는 적합한 수준 검출기(206), 예컨대 컨테이너(204) 내부의 폐기물이 기설정된 값에 이를 경우에 기설정된 용적을 결정하기 위한 마이크로파 수준 표시기를 포함하여 구성된다. 검출기(206)는 제어기(500)에 연결되어 작동되며, 컨테이너(204)에 유입되는 폐기물이 기설정된 수준에 이를 경우에 적합한 신호를 제어기(500)에 보낸다. 차례로, 제어기(500)가 그 다음에 진동 장치(203)에 소정의 신호를 보내어 진동을 멈추게 하면, 폐기물은 더 이상 컨테이너(204) 내부로 도입되지 않는다. 계량 유닛(240)은 그 다음에 컨테이너(204) 내 폐기물 양의 중량을 측정한다. 중량 측정 과정은 여러 가지 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 컨테이너(204)는 레버 장치(221)에 회동되게 장착되고, 일단은 앵커 지점(222)에 대해 회동되고, 컨테이너(204)의 무게에 따라 기설정된 방식으로 압축 되거나 신장되는 스프링(205) 등에 의해 균형을 이루고 있다. 레버 장치(221) 및/또는 스프링(205)은 소정의 중량 결정 수단(207)에 연결되어 있고, 이는 레버 장치(221)의 변위 또는 스프링(205)의 변형에 기초한 컨테이너(204) 내용물의 중량을 결정한다. 중량 결정 수단(207)은 제어기(500)에 연결되어 작동되고, 컨테이너(204) 내용물의 중량과 서로 관련된 신호를 제어기(500)로 보낸다. 대안적으로, 컨테이너(204)는 적합한 인장 게이지(strain gauge)에 연결될 수 있고, 컨테이너의 중량을 측정하고, 적합한 신호를 컨테이너의 중량을 나타내는 제어기(500)로 보낸다. 각 배치의 체적 및 중량을 알게 되면 각 배치의 밀도가 결정되며, 차후의 사용을 위해서 제어기에 저장된다. 이 때, 제어기(500)는 문(208)에 신호를 보내 통상적으로 발동 액추에이터(209)에 의해 열리도록 해서, 폐기물 배치가 검출기 모듈(160)로 진행하도록 한다. 컨테이너(204)의 내용물이 비워진 경우, 제어기(500)는 문(208)을 닫도록 신호를 보내고, 그 다음에 적재 유닛에 또 다른 신호를 보내 폐기물이 다시 채워질 때까지 컨테이너(204)에 폐기물을 계속하여 제공하도록 한다. 이상 설명한 바와 같이, 폐기물은 실질적으로 동일한 체적의 배치로 분리되고, 그 다음 적합한 계량 유닛으로 중량을 측정한 다음, 계량된 배치를 검출기 모듈(260)로 배달한다. 대안적으로, 폐기물은 실질적으로 동일한 중량을 갖는 배치로 구분될 수 있다. 중량 측정 과정은 처리해야 할 폐기물이 있는 한 배치마다 반복된다. 검출기 모듈(260)은 중성자 활성 분석 기법을 사용하여 검출기 모듈(260)로 배달되는 폐기물 배치 내 염소의 백분율(중량%)을 결정한다. 검출기 모듈(260)은 적합한 수소를 함유한 물질로 제조되는 중성자 감속재 케이싱(216)을 포함하여 구성된다. 적합한 수소 함유 물질은 화학성분 원소로 농축되어 있어서, 고 에너지의 감마 양자를 방출함이 없이 높은 단면적 확률로 열 중성자를 포획할 수 있게 된다. 상기 물질의 예는 폴리에틸렌 붕산염이다. 케이싱(216)은 상측 개구부(232)와 하측 개구부(234)를 구비하여, 물질이 내부 챔버(236)를 경유하여 케이싱(126)을 통과하도록 한다. 문(210), (212)은 통상적으로 케이싱(216) 재료와 유사한 물질로 제조되며, 상측 개구부(232)와 하측 개구부(234)가 각각 선택적으로 개방되거나 밀봉되도록 할 수 있다. 문은 제어기(500)와 각각 연결되어 작동되는 적합한 발동 액추에이터(211), (213)에 의해 활성화된다. 일 구현예에 있어서, 문(210)은 타단에 굴뚝(233)이 장착된 암(235)의 일단에 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 있어서, 액추에이터(211)에 의해 암(235)이 회전하게 되면 개구부(232)가 교대로 밀봉되거나, 폐기물 배치가 계량 유닛(240)으로부터 내부 챔버(236)로 이송되는 것을 보조하는 지점에 굴뚝(233)이 위치하게 된다. 적합한 중성자 발생기(214), 예컨대 휴대용 DT 펄스식 중성자 발생기가 케이싱(216)에 마련된다. 검출기 모듈(260)의 전형적인 작동 조건 하에서, 펄스식 중성자 발생기는 수초 동안 2.5 Mev 또는 14.0 Mev의 에너지를 갖는 중성자를 챔버(236) 내 폐기물 배치에 조사한다. 방출된 중성자는 폐기물 내의 여러 가지 핵과 상호반응을 일으켜 여기 핵을 생성하고, 핵에 특징적인 여러 가지 에너지를 갖는 방출 감마 양자를 붕괴시킨다. 예컨대, NaI(TI) 또는 CsI(TI) 섬광 검출기 등과 같은 적합한 분광계 감마 검출기(215)가 폐기물 내 핵에 의해 방출되는 감마 양자를 검출하고 감마 양자의 강도를 감마 양자의 에너지 함수로서 측정하도록 마련된다. 얻어진 스펙트럼 내의 특정 에너지는 염소 핵 및 중성자 간의 상호작용과 서로 관련되어 있다. 기지의 기술을 사용하여, 폐기물 배치 내 염소의 상대적인 양(중량)은 이들 에너지에 있어서의 그 에너지 스펙트럼 강도로부터 결정될 수 있다. 도 4는 1%의 염소를 함유하는 폐기 물질의 감마 응답을 나타낸 전형적인 스펙트럼을 도시하고 있다. 세로축은 검출기의 감마 계수에서 측정된 방출 강도를 나타낸 것이고, 가로 축은 감마 입자 에너지를 Kev로 측정하여 나타낸 것이다. 돌출 피크에 해당하는 핵을 스펙트럼 상에 표시하였고, 본 발명의 목적에 적합한 염소 핵과 관련된 수 개의 피크를 볼 수 있다. 바람직하게, 챔버(236)는 실질적인 원통 형상이고 매끄러워 폐기물의 통로로 용이하게 이용될 수 있다. 선택적으로, 피스톤 등(도시되지 않음), 컨베이어 수단, 또는 중력, 예컨대 공기압을 포함하거나 배제한 실질적으로 적합한 소정의 수단으로 폐기물을 가압하여 챔버(236)를 통과시킬 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 검출기 모듈(260)은 폐기물 배치가 수직 보다는 수평 또는 경사진 방향으로 수용 및 처분되도록 채용될 수 있고, 폐기물을 검출기 모듈로 그리고 그로부터 이송하기 위한 소정의 적합한 운송 시스템을 사용할 수 있다. 예컨대, 폐기물 배치를 검출기 모듈(260)을 통해 운송할 때 수평 튜브 체인 컨베이어가 사용될 수 있다. 상기 컨베이어는 필요 시 경사진 구조로 설계될 수도 있다. 검출기 모듈(240)은 다음과 같이 작동된다. 계량 유닛이 폐기물 배치를 검출기 모듈(260)로 제공할 준비가 되어 있는 경우, 제어기(500)는 (아마도 하측 문(212)을 기설정한 시간 동안 개방하고, 그 다음 밀봉함으로써; 추가적으로 또는 대안적으로 적합한 센서, 예컨대 레벨 센서가 마련될 수 있음) 챔버(236)는 이전 내용물을 비운 상태가 되게 한 다음, 하측 문(212)을 밀봉하도록 한다. 이제는 상측 문(232)이 개방되고, 다음에 문(208)이 작동하게 되어 폐기물이 계량 유닛(240)으로부터 검출기 모듈(260)의 챔버(236)로 통과될 수 있도록 한다. 적합한 경우, 피스톤, 컨베이어 벨트나 다른 수단을 사용하여 폐기물이 계량 유닛(240)으로부터 검출기 모듈(260)로 운송되도록 할 수 있다. 그 다음, 상측 문(232)이 밀봉되고, 제어기(500)는 적합한 명령을 중성자 선원에 보내어 기설정된 시간, 통상적으로 약 10 초 동안 필요한 중성자 방출을 일으킨다. 각 배치의 중량 및 그 체적이 알려져 있기 때문에, 제어기(500)는 폐기물의 밀도를 계산할 수 있다. 밀도 및 감마 방사선 강도로부터 배치 내 염소의 양(중량)이 결정된다. 배치 내 염소의 양이 결정된 이후, 전환기 게이트(280)가 활성화 되어 폐기물 배치를 제어기(500)의 명령에 따라 제1채널(362) 또는 제2채널(364)로 전환시킨다. 도 3에 도시된 구현예에 있어서, 전환기 게이트는 두 각 지점 사이에서 회동되는 중심 지지체(281) 주변에 배치되는 두 개의 활송장치(217) 어셈블리를 포함하여 구성된다. 제1각 지점에서는 활송장치(217) 중 하나가 바로 하측 문(212) 아래에 있게 되어 폐기물을 검출기 모듈(260)로부터 제1채널(362)로 전환시킬 수 있게 하고, 제2각 지점에서는 다른 활송장치(217)가 문(212) 아래에 위치하게 되어 폐기물을 제2채널(364)로 전환시킬 수 있게 한다. 동력 발동 수단(219)은 제어기(500)에 연결되어 작동되고, 폐기물 배치가 제1채널(362) 또는 제2채널(364)로 전환되는 지 여부에 대한 제어기의 결정에 따라 각을 이룬 지점 사이에서 전환기 게이트(280)의 방향을 전환한다. 적합한 컨테이너(218)나 기타 장치가 소정의 주어진 시간에서 하나 또는 그 이상의 폐기물 배치를 저장 및 처리하기 위해 제1채널(362) 또는 제2채널(364)에 마련될 수 있다. 이상과 같이 본 발명을 일부 특정 구현예에 의해 상세하게 설명하였지만, 본 발명분야의 숙련된 기술전문가라면 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 점과 본 명세서에서 기술된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 기타 다른 형태 및 설명 상의 변경이 가능함을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여 폐기물 내의 기타 잠재하는 오염물질 원소의 양을 결정할 수 있고, 석탄과 같은 다른 벌크 물질 내 특정 원소의 존재를 정성적 및 정량적으로 결정할 수 있다. |
