생물분해가능 플라스틱의 생분해성은 퇴비화 시설 및 매립지의 최종 분해 과정에서 중요한 요소이다. 본 연구에서는 퇴비화 공정의 조건에서 바이오 폴리머의 호기성 생분해성에 대한 기초적 사례 실험을 수행하였다. 퇴비화의 가능성을 결정하기 위해 성숙한 퇴비를 접종하고 호기성 퇴비의 층내에서 바이오 폴리머의 생분해도를 평가하였다. 용기를 이용한 재발열 시험은 퇴비의 부숙도 평가하였고, 바이오 폴리머의 퇴비화 가능성을 평가하기 위해 수조에 의한 온도조절과 장치내 공기를 주입하였다. 퇴비층을 통과하는 공기는 하부를 통해 공급하였고, 용기 밖에 연결된 흡수병을 통과하여 배출하였다. PLA 펠릿을 평가대상 바이오 폴리머로 사용하였으며, 사례연구의 세부 사항에 대한 결과를 요약하여 제시하였다.

국내 폐기물 소각시설의 에너지 회수효율 관련 규정으로는 ｢폐기물관리법 시행규칙｣ 제3조(에너지 회수 기준 등)에 명시되어 있으며, 에너지 회수효율 기준으로는 75 % 이상(생산량 기준) 회수된 열에너지를 스스로 이용하거나 다른 사람에게 공급할 것으로 규정하고 있다. 또한, 2016년 5월 제정된 ｢자원순환기본법｣ 내 제21조에서는 폐기물을 순환이용할 수 있음에도 불구하고 소각･매립방법으로 처분하는 경우 폐기물처분부담금을 부과하도록 명시하였으며, 동법 제24조에 따르면 소각열에너지를 50 % 이상 회수하여 이용하는 경우 폐기물처분부담금을 감면할 수 있도록 규정하고 있다. 그러나 현행 에너지 회수효율 기준은 생산에너지를 기준으로 산정하고 있어 실제 유효하게 이용된 에너지의 평가가 곤란하며, 에너지원으로는 전력에너지가 반영되지 못하여 에너지 회수효율 증진을 위한 유인방안이 부족한 실정이다. 국내의 폐기물 소각시설의 저위발열량 산정방법으로는 원소분석법(Dulong, Steuer 등), 단열 열량계(Bomb Calorimeter)를 이용하여 측정･분석하고 있으나 소량의 시료 채취를 통하여 폐기물의 대표성을 확보하기에는 많은 어려움이 따른다. 또한, 소각로에 투입되는 폐기물의 특성(성상의 다양성, 계절적 영향 등) 및 시설의 특성 등을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 지역적 특성 및 소각로･보일러의 형태(stoker, Rotary Kiln, FBC )등을 고려하여 현재 운영 중인 폐기물 소각시설(생활, 사업장) 11개소(17호기)를 대상시설로 선정하여 계측기 측정데이터 및 현장측정(배출가스 조성, 바닥재 배출온도 및 강열감량, 소각로 및 보일러 방열손실)을 통하여 해당 시설의 저위발열량 및 에너지 회수효율을 산정하였다. 이와 같은 산정결과를 바탕으로 향후 에너지 회수효율 향상 제고를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

신기후체제에 대한 이행체계 구축을 위해 부문별 온실가스 감축 강화에서 폐자원에너지가 기여하는 역할에 대해 조명 받고 있다. 그 이유는 폐자원에너지가 다른 재생에너지 대비 비용 효율적이고 지역에너지로서 기능과 분산형 발전이 가능하다는 점이다. 뿐만 아니라 지속가능한 개발을 위해 추진 중인 EU의 자원효율 정책과 그 전략으로 전개되는 순환경제에서도 폐자원에너지가 물질재활용과 함께 중요하게 다뤄지고 있는 점을 고려한다면 앞으로 폐자원에너지를 보다 활성화하기 위한 시책(施策) 마련이 필요하다. 2018년부터 시행예정인 자원순환기본법에서 매립이나 소각시 폐기물처분부담금을 부과하도록 한 점은 제도적으로 폐자원에너지를 회수하고 유효 이용하도록 하는 유인책으로 역할을 담당하는 것은 자명하다. 그러나 제도적으로 부과금을 부과한다고 하여 폐자원에너지를 활성화하기에는 한계점이 있다. 이 같은 배경을 토대로 본 연구는 기후변화와 자원순환사회 구축에 선도적으로 대응해 온 EU나 일본의 사례를 살펴봄으로써 부과금 제도의 후속 조치로 폐자원에너지 활성화 요소 및 방안을 위한 토대를 마련하고자 한다. EU는 28개 회원국으로 구성되어 있기에 주로 유럽집행위원회(EC)에서 폐자원에너지를 회수하도록 하는 전략을 기후･에너지패키지 및 순환경제패키지 등을 연계하여 수립하고 있다. 일본은 폐자원에너지를 보다 많이 회수할 수 있도록 에너지 회수효율을 국고보조금 제도와 연계하여 집행하고 있는 점이 특징이다. 결론적으로 EU와 일본을 대상으로 폐자원에너지를 회수하고 유효 이용하도록 하는 정책적 활성화 방안을 살펴본 결과, 국내도 폐자원에너지를 활성화하기 위해서는 부과금 제도 이외에 다양한 시책을 마련할 필요가 있음을 확인하였다.

IEA의 에너지 전망 시나리오에 따르면 세계의 에너지 수요는 점차 증가할 것으로 나타나고 있다. 이에 따라 세계적으로 에너지 수요 증가에 따른 이산화탄소 배출량 증가를 제한하기 위한 에너지와 기후 정책이 시행 되고 있다. 파리협정은 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하기 위해 2015년 채택 된 신기후체제로, 적극적인 온실가스 감축을 목표로 한다. 이에, 유럽에서는 이미 폐기물을 이용한 재생연료의 바이오매스 함량을 측정하여 이를 온실가스 배출량에서 차감하는 정책을 수행하고 있다. 국내에서도 신재생에너지를 사용하여 온실가스를 감축하기 위한 정책이 시행 중이다. 산업통상자원부의 제4차 신재생에너지 기본계획에 따르면, ‘35년까지 1차 에너지의 11.0%를 신재생에너지로 공급하여 전체 전력량의 13.4%를 신재생에너지로 공급하는 것이 목표이다. 신재생에너지로서 폐기물에너지의 정책 목표 비중은 14년 67%에서 25년 38.8%, 35년 29.2%로 점차 줄어들지만, 신재생에너지의 전체 공급 목표량이 증가하므로 폐기물에너지의 연평균 증가율은 2%를 목표로 하고 있다. 2016년 신재생에너지 백서에 따르면 폐기물에너지의 이론적 잠재량은 2013년 기준 13,977,173 toe/yr 에 이른다. 따라서 본 연구에서는 국내외의 신재생에너지로서 폐기물에너지의 가치를 평가하고 효과적인 활용을 위한 정책 개선 방향에 대하여 검토하였다.

2016년 11월 4일 신기후체제인 파리협약이 발효되었다. 국내도 자체적으로 온실가스 감축을 위한 노력을 기울여 왔으나 2020년 이후 국제협약에 의해 감축을 이행한다는 점을 고려하면 구체적이고 신뢰성 있는 방안 마련이 필요하다. 산업이나 발전부문 이외에 폐기물부문도 감축을 위한 방안 마련이 필요하다. 제1차 기후변화대응 기본계획에 폐기물부문은 발생억제와 재활용 그리고 에너지화에 의한 감축 방안이 담겨있다. 그러나 실질적으로 어느 정도의 감축효과가 있는지 그리고 신뢰성이 있는지에 대해서는 객관적으로 검증한 바 없다. 이러한 점에서 앞서 교토의정서에 의해 온실가스 감축을 체계적으로 감축해 온 EU의 폐자원에너지가 온실가스 감축에 기여하는 정도와 역할에 대해 살펴보고자 한다. 앞으로 폐기물부문의 온실가스 감축 방안을 보다 신뢰성이 있는 방향으로 전개하기 위해서는 선도적으로 대응해 온 국가의 대응 방안을 살펴보는 것도 의미가 있기 때문이다. 한편 EU는 지속가능한 발전을 위해 자원효율(Resource Efficiency) 정책을 펼치고 있다. 그 동력원으로 순환경제를 추진하고 있는데 시책으로 2015년 12월 순환경제패키지를 책정하였다. 순환경제는 EU의 경제 성장을 유지하면서도 자원이용으로 인한 환경영향은 증가시키지 않기 위한 디커플링(Decoupling) 실현을 목표로 하고 있다. 순환경제에서 폐기물을 2차원료나 물질로 우선적으로 이용하고 재활용이 가능하지 않은 폐기물에 대해서는 최대한 에너지로 회수하기 위한 시책도 함께 이뤄지고 있다. 기후변화 대응과 순환경제로의 이행을 위한 폐자원에너지의 역할을 EU 중심으로 살펴본 결과, 국내도 기후변화 대응과 순환경제 사회를 구축하기 위해서는 폐기물관리 정책부문에서 폐자원에너지에 대한 역할을 조명하고 폐자원에너지 산업을 활성화하기 위한 방안마련이 필요함을 확인하였다.

자원의 효율적 이용 및 폐기물의 자원화를 통해 천연자원의 소비를 감축하고자 환경부에서는 2018년 1월 1일부터 자원순환기본법이 시행된다. 기본원칙으로 폐기물의 발생을 최대한 억제하고 발생된 폐기물에 대해서는 재사용하고 재사용이 곤란한 경우 재생이용하고 둘 다 곤란한 경우에는 최대한 에너지를 회수⋅이용하여 열원(온수, 증기 등) 또는 전기 등의 에너지로 활용하고자한다. 이에 따라 소각시설에서 에너지 생산량에 기여하는 출열 분포의 중요성이 높아지고 있다. 따라서 본 연구에서는 사업장폐기물 소각시설을 대상으로 각각의 출열인자별 양을 산정하고 출열분포 특성에 대하여 고찰하고자 한다. 본 연구는 사업장폐기물 소각시설 7개 시설(10개 호기)를 대상으로 진행하였다. 대상시설의 출열항목은 폐열보일러의 설치형태(일체형, 분리형)에 따라 결정하였다. 소각로와 보일러가 붙은 경우를 일체형이라 하고 증기흡수열, 배출가스 보유열, 보일러 방열손실, 소각로 방열손실, 바닥재 배출열, 미연탄소분 열손실, 블로우다운 배출열의 총 7가지 출열항목을 산정하였으며, 소각로와 보일러가 분리되어 있는 경우를 분리형이라 하여 배출가스 보유열, 소각로 방열손실, 바닥재 배출열, 미연탄소분 열손실의 총 4가지 출열항목을 산정하였다. 이를 출열분포를 산정하기 위해 계측기를 이용하여 관련한 데이터를 일별로 수집하였으며, 계측이 되지 않는 항목에 대하여는 직접 측정하여 산정하였다. 출열분포 특성을 살펴본 결과 일체형 보일러를 설치한 소각시설의 경우 증기 흡수열이 출열분포가 큰 것으로 나타났으며, 분리형 보일러를 설치한 소각시설은 배출가스 보유열이 가장 많이 차지하는 것으로 나타났다.

한국은 광물자원의 90 %, 에너지의 97 % 이상을 수입하는 국가이며, 매립되거나 단순소각 되는 폐기물 중에 회수 가능한 물질이 56 % 포함되어 있다. 2015년 발생 폐기물의 매립처분 비율은 9.2 %(38,308 ton/day)이다. 이중 사업장배출시설계폐기물이 약 62 %(23,577 ton/day)로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 사업장배출시설계폐기물에서 무기성폐기물의 매립처리량은 소각재 4,283 ton/day, 연소재 3,910 ton/day, 폐주물사류 939 ton/day 순으로 높게 나타났다. 무기성폐기물 중 열적처리 잔재물류의 매립량은 10,637 ton/day로 사업장배출시설계폐기물 매립량의 45.1 %을 차지하고 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 무기성폐기물의 매립억제 및 재활용 가능성을 알아보기 위해 강열감량, 총유기탄소, XRF 등의 분석을 통하여 화학적 조성 및 물질특성을 살펴보았다. 예로, 재생연을 생산하는 S사 광재류의 경우 Fe(43.0 %), S(23.1 %), Na(19.4 %) 함유량이 주로 높게 나타났다. 망간 합금철을 생산하는 D사의 광재는 Mn(29.9 %), Si(23.4 %), Ca(23.1 %)의 높은 함량을 나타내었다. M사 폐주물사의 경우 Si (74.2 %)로 대부분이 Si로 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.

우리나라의 폐기물 정책은 안정적 처리에서 자원순환으로의 변화를 추구함으로 선진화 기반을 마련하고 있다. ｢자원순환기본법｣에서는 자원순환사회로의 전환을 위한 기본사항들을 규정함으로써 물질재활용 뿐만 아니라 에너지재활용을 극대화하기 위한 정책을 제시하고 있다. 이처럼 폐기물을 처분 대상 물질이 아닌 순환자원으로 활용함으로써 천연 자원과 에너지 소비의 절감 및 온실가스 배출량 감축 등 국가차원의 정책 목표를 달성하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 소각처리는 폐기물 적정처분과 폐기물에너지를 열원 또는 전력으로 회수할 수 있는 중요한 역할을 담당하고 있으며, 소각시설에서의 에너지 회수효율은 국내 폐자원 에너지 활용 수준 파악과 개선방안 마련을 위한 척도 및 기초자료로 활용되고 있다. 최근 환경부에서는 소각시설에서의 에너지 회수효율 산정방법을 개정하였으며, 산정 방법 및 결과의 객관성과 타당성을 확보하고자 하였다. 개정된 산정방법에서는 소각시설에서 생산된 에너지 중 실제 유효하게 사용된 에너지만을 포함하도록 제시하고 있으며, 각 산정인자에 적용되는 데이터는 계측기기를 통한 객관적인 실측 자료를 적용하도록 규정하고 있다. 본 연구에서는 국내의 열분해･고온용융 소각시설을 대상으로 저위발열량 및 에너지 회수효율을 산정하였으며 잠재적 활용가능 에너지량을 파악하였다. 대상 시설은 총 7개소로 에너지 회수효율 산정결과 평균 약 40.5%의 결과를 나타냈으며, 투입에너지의 약 34.2%가 에너지 가용잠재량으로 파악되었다. 가용잠재량은 생산된 에너지 중 실제 사용되지 못하고 버려지는 에너지량으로 판단할 수 있으며, 외부 수요처 확대 및 소내 열에너지 공급을 통하여 에너지 회수효율을 증가시킬 수 있는 잠재량을 의미한다. 아울러 열분해･고온용융 소각방식은 연료를 생성하고 처리잔재물을 용융시킴으로써 다이옥신 등의 유해물질을 파괴하는 환경적으로 유리한 장점을 가진 방식이다. 향후 이와 같은 열분해･고온용융 소각방식의 친환경적 장점 등이 반영된 에너지 회수효율 세부 산정방법의 도출이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 실질적인 소각열 에너지 유효 사용량에 대한 정량적 분석･평가를 수행하였으며, 이러한 측면에서 본 연구의 결과는 향후 국가 수준의 에너지 회수효율 증진 방안 마련 및 기술개발 등을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Emissions of polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurnas (PCDFs) in stack gas were analyzed from 21 municipal solid waste incinerators (MSWs) using high resolution gas chromatography equipment with a high resolution mass spectrometer (HRGC/HRMS) in 2015. The concentration of PCDDs/DFs was in the range 0.09 ~ 354.54 pg-TEQ/Sm3 based on the International Toxicity Equivalency Factor (I-TEF) and all MSWs complied with emission standards. The congener distribution of PCDDs/DFs was categorized into one group and two outliers via principal component analysis (PCA). Among the 17 PCDDs/DFs, 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD showed the highest mass fraction (20.8%) and 2,3,4,7,8-PeCDF showed the largest TEQ contribution (42.9%).

Hazardous waste is also becoming more important as opportunities for industrial waste recycling are extended. Some hazardous industrial wastes that contain many inorganic materials and heavy metals can be reused as resources: Heavy metal recovery, heat energy, etc. To facilitate the waste-to-energy system, waste generation characteristics should be defined and managed by analyzing hazardous material content. This study examines the inorganic materials (Pb, Cu, As, Hg, Cd, Cr6+, CN, Ni, Zn, F, and Ba) of industrial wastes and the generation process (case of the Korean Standard Industrial Classification) using Absolutely Hazardous (AH) Waste Lists (LoW and EU). In particular, manufacture classification was a main waste generation process (82% for “AH”). Moreover, these 10 components (Pb, Cu, As, Hg, Cd, Cr6+, CN, Ni, Zn, and F, but not Ba) are compared with the regulatory limits on heavy metals in soil: Hg and As must be under the limit of the 3 Level (0.3 ~ 7.3 mg/kg).

In South Korea, the “Waste Control Act” regulates the use and purpose of recycling waste and specifies recycling methods and specific standards. However, these processes requires a long time and large budget, because they need to be reviewed based on data specific to the type of waste involved. The use and purpose of recycling can be considered by its functional and environmental aspects. The functional aspect of recycling may vary widely, depending on product characteristics In contrast, environmental standards will have more points in common. Recycling standards that consider the environmental impact and characteristics of waste are not prepared specifically. Therefore, when a large amount of waste is recycled, or recycling standards are applied to a new type of waste, the methodology for review of its environmental characteristics can be controversial. This study is meant to recognize the necessity of recycling standards and to prepare environmental standards and new recycling purposes for waste related to recycling three types of gypsum waste (phospho, titan, desulfurization). Several companies were selected for this study. In the gypsum waste-generating company, gypsum waste samples were collected and analyzed for pH, heavy metal content, water content, hazardous substance content, etc. In addition, we attempted to obtain the company's opinions on waste recycling. We determined the hazardous materials found in these three types of gypsum waste, raised awareness of waste, and confirmed that industry waste can be efficiently recycled for new uses under the improved.

In this study, we analyzed the content of five hazardous heavy metals (Pb, As, Hg, Cd, and Cu) in cement products distributed in Korea over the last five years. The types and amounts of waste inputted into a cement kiln or added as alternative fuels and secondary raw materials were investigated, and the correlation between heavy metal content and input waste were analyzed. The measured heavy metal content in cement products were 26.9-95.0 mg/kg for lead, 6.08-19.15 mg/kg for arsenic, 0.0339-0.2617 mg/kg for mercury, 2.937-4.392 mg/kg for cadmium, and 22.25-267.42 mg/kg for copper. In addition, based on correlation analysis results between the heavy metal content of cement products and added input wastes, major wastes that affected the heavy metal content among the 11 types of waste were iron, coal ash, waste tires, waste plaster, desulfurization gypsum, and waste synthetic resin.

Domestic industrial waste small-scale industrial incinerators produce less than 200 kg/hr; this study chose 13 of the 249 potential facilities. The target average emissions for air pollutants resulting from the facilities were SOx 13.56 ppm, NOx 82.74 ppm, NH3 19.95 ppm, HCl 54.33 ppm, HF 0.84 ppm, Hg N.D, As 0.1 ppm, H2S N.D. Dust and heavy metal analysis results for the facilities revealed Dust 32.51 mg/Sm3, Cd 0.04 mg/Sm3, Pb 0.20 mg/Sm3, Cr 0.08 mg/Sm3, and Cu 0.03 mg/Sm3. Combustion indicators were O2 11.58% and CO 271.20 ppm. Average PCDDs/DFs were 17.87 ng ITEQ/ ton. The target facilities were equipped with anti-pollution facilities. However, some items were found to exceed the emission standards. These results are even equipped with control facilities due to manual limitation actions of the management personnel. Therefore, it is determined that the emission control of contaminants is difficult.

Coal ash from power plants is divided into fly ash and bottom ash, which are produced after burning bituminous anthracite coal at 1,600°C. Coal ash is composed of fly ash (82%) and bottom ash (18%); while most fly ash is recycled as ready-mix concrete admixture and cement additive, bottom ash is left unused in landfill sites located within power plant grounds. This has been studied less comprehensively than fly ash; therefore, our aim was to assess the recyclability of the bottom ash generated by two (A & B) thermal power plants and thus identify the characteristics of hazardous substances in coal ash that are generated in power plants and evaluate the environmental contamination likelihood in the recycling of the produced coal ash. Currently, emitters such as thermal power plants have various requirements for the recycling of coal ash (bottom ash and they are also required by law to consider how the country’s environmental impact may be affected by recycling large amounts of coal ash. The concentrations of hazardous substances contained in coal ash (bottom ash) are generally lower than the criteria for soil contaminants and the standard for hazardous substances contained in designated waste. We found no significant leaching of heavy metal and its concentration; however, the levels of heavy metals in coal ash were generally low. The results of column leaching testing for potential environmental impact assessment indicated that increased leaching time might lead to the reduced ionic concentration of coal ash.

현재 정부에서는 폐자원 에너지의 회수･사용을 촉진하기 위해 정책적인 움직임을 보이고 있다. 폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법이 2015년에 확정되었고, 이를 반영한 자원순환기본법이 2018년 1월 1일부터 시행될 계획이다. 이에 따라, 국내 폐기물 소각시설의 에너지 회수･사용률을 증가시키기 위해 열에너지 회수를 통한 전기나 열원 생산의 효율을 측정하고 평가하는 것이 필요하다. 폐기물 소각시설 공정에서의 방열손실은 열에너지 회수의 효율을 저하시키는 원인 중 한가지이다. 이를 평가하기 위하여 소각시설의 벽면온도를 측정하여야 하며, 현재의 소각시설 벽면 온도 측정 방법은 환경부 고시 ‘폐기물 처리시설의 세부검사방법에 관한 규정’의 별표1 ‘폐기물 소각시설의 세부 검사방법’에 따른 지점측정 방식이다. 하지만 지점측정 방식의 온도 측정은 접촉식 온도계를 이용한 측정법으로, 대상의 접촉 지점에 따라 온도가 다르게 측정될 수 있으며 대상 시설의 평균 표면온도를 정확하게 측정하는 것에 한계를 가진다. 적외선 열화상 카메라는 대상의 넓은 면적을 동시에 촬영하여 온도를 측정하는 방식으로, 시설의 평균 표면온도를 비교적 정확하게 측정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 가동 중인 폐기물 소각시설의 벽면 온도를 비접촉 온도 측정 방식의 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정하고, 기존에 수행되었던 연구를 통해 정립된 방열손실 산정식을 이용하여 방열손실을 계산하였다. 또한 폐기물의 소각 온도, 소각 용량, 소각로 표면적 크기 등 여러 가지 요인에 의한 방열손실을 고려하기 위하여 소각시설의 입열과 출열 항목을 측정하여 투입된 에너지 대비 손실량인 방열손실률을 산정하여 평가하였다.

현행 폐기물 소각시설에서의 에너지회수 관련 규정으로는 ｢폐기물관리법 시행규칙｣ 제3조에 명시되어 있으며, 에너지 회수기준 및 검사방법, 검사기관 등에 대하여 규정하고 있다. 에너지 회수기준으로는 75 % 이상(생산량 기준)으로써 회수된 열에너지를 스스로 이용하거나 다른 사람에게 공급할 것으로 규정하고 있다. 그러나 현행 에너지회수 기준마련에 대한 근거가 미비하며, 생산된 에너지를 기준으로 산정하고 있어 실질적으로 유효이용에 대한 평가가 곤란하다. 또한, 폐기물 소각시설에서의 연소 성능 및 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 저위발열량은 연료가 완전히 연소될 때 단위질량당 발생하는 열량(수증기 잠열 제외)으로써 에너지 시장에 대한 분석을 위해서는 기본적으로 필요하다. 저위발열량 산정방법으로는 원소분석에 의한 저위발열량, 단열열량계에 의한 저위발열량 등을 이용하여 측정하고 있으나 폐기물공정시험 기준에 따라 시료를 분할 채취하여 균일화하여도 폐기물의 대표성을 확보하기에는 어려움이 따른다. 또한 현행 산정방법으로는 지역적 특성 및 계절적 영향 등 소각로에 투입되는 폐기물의 특성을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 생활폐기물 소각시설(4개소)에서의 폐기물 투입량, 증기 생산량 및 사용량 등의 실제 계측기 측정데이터와 배출가스 보유에너지, 방열손실, 바닥재 배출열 등의 현장측정 결과를 바탕으로 저위발열량(Lower Heating Value) 및 에너지 회수효율(Energy Recovery)을 산정하였다. 산정결과를 바탕으로 ｢자원순환기본법｣ 시행(2018년 1월 1일부터)에 앞서 생활폐기물 소각시설에서의 에너지 회수기준 및 산정방법에 대한 제도적 검토와 에너지회수율 기준 및 법적･제도적 정비 방향 등의 기초자료로 활용하고자 한다.

최근 산업발전에 따른 폐기물의 발생량과 재활용되지 못하고 매립되는 폐기물이 증가하고 있다. 우리나라는 국토환경의 제약에 따라 매년 증가하는 폐기물에 대해 “미처리폐기물의 매립제로화”를 주요과제로 추진하고 있다. 또한 2035년 까지 재활용가능 폐기물의 직매립을 금지하고, 매립처리비율 1% 이하로 달성하고자 한다. 따라서 2015년도 “폐기물 발생 및 처리현황(2015)” 에서 매립처리가 23,577 톤/일로 가장 많은 사업장배출시설계 폐기물을 분석하였다. 그중 오니류 폐기물의 매립처리가 8,926 톤/일로 사업장배출시설계폐기물의 매립처리량대비 약 38 %의 비율을 차지하고 있다. 오니류의 경우 유기성과 무기성으로 구분되어지고 하수처리오니, 폐수처리오니 등으로 구분되어진다. 특히 폐수처리오니의 경우 사업장 별 업종이 무수히 다양하기 때문에 매립억제를 위한 특성조사는 한국표준산업분류코드를 이용하여 구분하였다. 본 연구는 매립되는 하･폐수처리오니를 유･무기성으로 분류하고 배출사업장 업종별로 구분한 처리현황과 매립되고 있는 오니류의 에너지회수 대상으로서 가능성을 보기위한 삼성분, 발열량 및 원소분석의 특성을 고찰하였다. 전체 업종의 유기성오니류 평균은 수분함량 71.7 %, VS의 함량은 60.6 %, FS의 함량은 39.4 %이며, 발열량은 2,948 kcal/kg로 나타났다. 무기성오니류의 수분함량은 65.8 %, VS의 함량은 27.1 %, FS의 함량은 72.9 %이며, 발열량은 1,096 kcal/kg로 나타났다. 따라서 유기성오니류의 에너지회수 가능성을 확인하였고 이를 통한 사업장배출시설계폐기물의 매립저감이 예상된다.

우리나라는 국토환경의 제한과 매년 증가되는 폐기물로 인한 대책으로 미처리폐기물의 매립제로화를 추진하고 있다. 특히 자원순환촉진법 제정을 통해 2035년까지 이용 가능한 폐기물의 직매립을 금지하여 매립비율을 1 % 이하로 목표하였다. 2015 국내 전체 폐기물의 매립처리량은 38,308 톤/일이며 이중 사업장배출시설계폐기물의 매립처리량은 23,577 톤/일로 약 62 %를 차지하고 있다. 사업장배출시설계폐기물인 유기성, 무기성오니류의 매립처리량은 8,926 톤/일로 매립제로화를 달성하기 위하여 재활용과 감량화가 필요하다. 본 연구에서는 유･무기성오니류를 배출사업장 업종별로 구분하여 에너지회수로서 재활용 활성화 방안 등과 같은 간접적인 측면과 열적감량을 통한 감량과 같은 직접적인 측면을 통한 매립억제 가능량에 대해 고찰하였다. 유기성오니류의 경우 수분 전처리를 통한 감량화 및 에너지회수로 매립비율 감소효과가 오니류 매립처리량의 40 %의 감소가 예상되며, 무기성오니류에 대하여 추가적으로 직접적인 반입기준을 강열감량 5 ~ 10 % 적용을 한다면 오니류 매립처리량의 73 % 매립처리량 감소가 가능할 것으로 추산된다.

2016년 제정된 ｢자원순환기본법｣에서는 폐기물의 발생을 최대한 억제하고 발생된 폐기물을 순환이용 및 적정 처분하도록 하며, 자원순환사회로의 전환을 위한 기본적인 사항들을 규정하고 있다. 이에 따라 물질재활용 뿐만 아니라 에너지재활용을 극대화하기 위한 정책의 필요성이 부각되고 있으며, 폐기물 적정처리 및 에너지자원의 재활용 측면에서 소각처리 및 소각열 회수의 중요성이 더욱 대두되고 있다. 그러나 기존의 소각시설 에너지회수효율 산정 방법은 유효하게 사용된 에너지가 아닌 생산에너지를 기준으로 산정함으로써 에너지 회수율 증진을 위한 제도 도입 취지와 목적 구현에 한계를 나타냈다. 이에, 개정된 에너지 회수효율 산정방법에서는 에너지 회수를 위한 기술력 향상 및 회수 에너지 활용도 증진을 위하여 생산된 에너지 중 유효 사용량을 기준으로 산정하도록 제시하고 있다. 또한 에너지 회수효율 및 폐기물 저위발열량 산정을 위한 모든 인자를 계측장비를 통한 계측 데이터 및 현장 측정･분석 결과를 적용하도록 하여 데이터 및 산정 결과의 신뢰성과 객관성을 확보하도록 하였다. 이에, 본 연구에서는 개정된 에너지 회수효율 산정방법을 바탕으로 국내 사업장폐기물 소각시설에서의 폐기물 저위발열량과 에너지 회수효율을 산정하였다. 대상시설은 스토커소각로 5기, 로터리킬른-스토커 병합식 소각로 1기, 로터리킬른 소각로 2기, 유동층 소각로 2기로 선정하였으며 산정 인자는 업체 내 실제 계측기기 측정값과 현장 측정･분석 결과 값을 적용하였다. 폐기물 저위발열량 산정결과 평균 약 3,350.5kcal/kg의 저위발열량을 나타냈으며, 에너지 회수효율 산정결과 에너지 생산량 기준 평균 약 58.6%, 에너지 사용량 기준 평균 약 49.0%로 산정되었다. 에너지 유효 사용량 기준과 생산량 기준의 에너지 회수효율 산정 결과는 약 10%의 차이를 나타냈으며, 이는 외부 공급 및 공정 내유효 사용 등을 통하여 잠재적으로 활용 가능한 양으로 판단된다. 아울러 소각시설에서는 보다 높은 에너지 회수효율 제고를 위하여 안정적 운영･관리, 소내 사용 에너지 절감, 터빈 발전 방식의 개선 등 다양한 에너지 회수 방안을 강구할 필요가 있을 것으로 판단된다.

급격한 산업화와 인구 증가 등은 국내 폐기물 발생량이 해마다 증가하는 요인으로 작용하고 있으며 이에 따른 다양한 폐기물 처리방법이 수행되고 있다. 대표적인 폐기물 처리 방법 중 하나는 소각에 의한 폐기물 처리이며 다량의 폐기물 처리가 가능하고 특히 폐기물의 부피와 무게를 10~20% 정도로 감량할 수 있으며 소각열에너지를 회수하여 폐기물의 자원순환에 일조하고 있다. 이러한 장점으로 인해 국내 폐기물의 소각처리 비율은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 그럼에도 불구하고 폐기물 소각처리 중 발생하여 배출되는 다양한 오염물질은 환경에 큰 단점으로 작용할 수 있다. 따라서 소각시설에서 배출되는 오염물질의 모니터링은 환경보전 문제에 있어 매우 중요한 과제이다. 본 연구에서는 소각로에서 배출되는 오염물질의 특성을 파악하기 위해 의료 폐기물 소각로 44개소와 소형 폐기물 소각로 28개소, 총 72개의 가스 샘플을 채취하고 분석하여 주 대기오염 물질인 이산화탄소, 질소산화물, 황산화물, 다이옥신을 측정하였고 배출허용기준과 비교하였다. 또한 주성분분석을 통해 오염물질 배출을 6개 그룹과 6개 샘플로 나누어 각각의 배출특성을 분석하였다. 분석 결과, 다이옥신의 경우 배출허용기준을 초과한 시설은 의료 폐기물 소각로 7개소, 소형 폐기물 소각로 9개소로 나타난 반면, 이산화탄소, 질소산화물, 황산화물의 경우 소형 폐기물 소각로 10개소에서만 배출허용기준을 초과한 것으로 나타났다. 이 결과를 통해 의료 폐기물 소각시설보다 소형 폐기물 소각시설의 오염물질 배출이 심각한 것으로 확인되었으며 방지시설과 운전 조건의 개선이 필요할 것으로 판단된다.