최근 정부는 매립지로 최종 처분되는 미처리폐기물의 매립제로화를 핵심국정과제로 추진하기로 하였으며, 또한 ‘자원순환기본법’ 제정 및 ‘폐기물관리법’ 개정으로 자원의 재활용 방향성을 확대하였고, 제4차 ‘국가환경 종합계획’에서 2035년까지 폐기물 매립처분 비율을 1%까지 감소시키고자 목표를 설정하였다. 국내 전체폐기물 매립처리량은 37,907 톤/일로 발생량 대비 9.4% 매립비율을 보이고 있다. 이중 사업장배출시설계 폐기물의 매립처리량은 24,606 톤/일로 매립폐기물 중 약 65%로 가장 많은 비율을 차지하고 있고, 이중 유･무기성 오니류의 비중이 매우 높다. 본 연구에서는 유･무기성오니를 배출사업장 업종별 오니류로 구분하여 성상분석에 따른 오니류의 특성을 파악하고, 매립억제와 관련한 경제적 유인책, 반입규제, 재활용활성화 방안 등의 조건 설정에 따른 감소량 산정, 경제적 유인책에 따른 매립억제 효과와 직접적인 반입기준 적용등에 따른 매립억제 가능량에 대해 고찰하였다. 현재 국내 현황으로 토지개량제 등 생물학적 용도로서의 오니류 사용효과가 미미하기 때문에 수분 전처리를 통한 감량화 및 에너지회수를 위한 소각 등 열적처리 방안이 오니류의 매립비율 감소효과가 클 것으로 판단된다. 오니류 매립저감 가능량의 산정 결과, 간접적인 폐기물처분부담금 등 경제적 매립억제 강화에 따른 건조･에너지회수 등 적극적 재활용을 통해 ‘15년 오니 매립량 중 약 40%의 매립처분량을 감소할 수 있을 것으로 추산되었다.

하수슬러지, 음폐수, 가축분뇨 등의 유기성폐기물의 해양투기 금지와 육상처리에 대한 대책 마련이 시급해지면서 유기성폐기물을 통합소화하여 메탄 등의 신재생에너지를 생산할 수 있는 바이오가스화 기술이 대안으로 부각되고 있다. 국내에서 가동 중인 바이오가스화 시설 중 하수슬러지 혐기소화의 경우, 현행 법령에서 제시하는 유기물분해율과 메탄생성율 기준을 만족하지 못하고 있다. 또한 음식물류폐기물의 혐기소화는 다른 유기성 폐기물에 비하여 처리효율은 높으나 안정적인 시설 운영을 도모하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 12개소 하수슬러지 바이오가스화 시설을 대상으로 유기물 분해율, 메탄생성율을 산정하여 음식물류폐기물 투입 비율에 따른 영향을 평가하였다. 소화조 유입 및 유출수에 대한 TS, VS, 영양물질 (탄수화물, 단백질, 지방) 함량을 분석하여 이론적인 메탄생성율을 계산한 후 실제 현장에서 발생되는 메탄생성율과 비교하여 효율성을 판단하였다. 또한 사계절 정밀모니터링에서 도출된 휘발성지방산, 알칼리도, 암모니아성 질소 등 저해인자를 측정･분석하고 대상 바이오가스화 시설의 안정적 운전 여부를 진단하였다.

우리나라는 반도체, 철강, 자동차, 선박 등의 제조업을 토대로 경제규모를 성장시켜왔으며, 성장에 비례하여 에너지 수입 의존도 또한 증가했다. 현재 우리나라는 에너지의 95% 이상을 수입하여 사용하고 있는 에너지 다소비 국가로써 2013년 기준 제조업 원자재의 전체 수입량은 하루 평균 약 1조원에 이르는 것으로 집계되었다. 하지만 국내에서 발생되는 폐기물의 약 50% 이상이 에너지 회수에 이용될 수 있음에도 불구하고 단순히 소각 및 매립으로 처리가 되고 있어 에너지 다소비 국가의 현실과는 대조적인 폐기물처리가 이루어지고 있음을 알 수 있다. 이에 환경부는 ｢자원순환기본법(2018.01.01. 시행)｣을 마련하여 폐기물의 에너지화를 계획하고 있으며, 이와 관련해 소각으로부터 발생되는 열원, 온수, 증기 등의 에너지를 최대한 활용하여 그 효율에 따라 폐기물처분부담금을 감면해주는 방안을 구상하고 있다. 따라서 소각시설의 열에너지 회수효율 산정 및 산정을 위한 주요인자들의 과학적인 접근방법이 요구되었으며, 이에 본 연구에서는 열에너지 회수효율의 주요인자인 저위발열량 및 출열항목에 대하여 산정하고, 산정된 저위발열량 결과와 각 시설의 저위발열량 설계 값 및 발열량계측정값을 비교하여 타당성에 대하여 검토하고자 한다. 본 연구는 1차(2016.05.09.~2016.08.31.) 7개 시설(8호기), 2차(2016.09.05.~2016.10.30.) 4개 시설(9호기)로 진행하였으며, 대상 시설의 선정은 폐기물의 종류, 보일러의 설치형태, 소각로의 형태를 고려하여 선정하였다. 열에너지 회수효율의 산정을 위한 계측항목에 관련한 데이터를 일별로 수집하였으며, 계측 외 항목은 직접 측정하여 저위발열량 및 출열항목 등을 산정하였다. 대상 시설의 저위발열량 산정결과는 1차의 경우 2,776.6~3,881.4kcal/kg, 2차의 경우 1,921.5~5928.7kcal/kg으로 분포되는 것으로 나타났으며, 2차 대상시설 중 저위발열량 결과 값이 5928.7kcal/kg으로 산정된 시설의 경우 사업장폐기물 소각시설로 지정폐기물 투입비율이 100%인 것으로 나타났다. 연구결과, 지속적인 데이터 수집을 통해 출열항목을 산정하여 열에너지 회수효율을 극대화 시킬 방안을 마련해야 하며, 또한 과학적 근거를 수반한 저위발열량 산정방법을 마련해야 할 것으로 판단된다.

우리나라는 2030년까지 모든 경제분야에 걸쳐 온실가스 배출을 약 37% 감축할 계획을 UNFCCC에 제출하였으며 이에 따라 보다 정확한 온실가스 배출량을 산정하는 것이 중요하다. 국내 발생되는 폐기물의 매립 억제정책으로 인해 폐기물의 재활용율은 향상되고 있지만 소각비율 또한 증가될 수 있다. 따라서 소각시설에서 배출되는 가스물질의 안정적인 관리가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 국내 생활폐기물 소각시설 3개소(4호기) 및 사업장폐기물 소각시설 6개소(8호기)를 대상으로 연소 후 최종 배출되는 가스성분을 분석･포집하였다. 가스상 물질을 안정적으로 포집하기 위하여 가스샘플링장치를 설계･제작하여 적용하였으며, 보다 신뢰성 있는 시료채취를 위하여 3시간, 6시간, 24시간 단위로 각각 포집하여 결과값을 비교하였다. 분석대상 물질은 CO, NOx, SOx 그리고 CO2 였으며 포집한 기체시료 중 14C 분석을 통해 바이오매스량을 구하였다. 명확한 바이오매스량을 분석하기 위하여 탄소동위원소를 이용한 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)를 이용하였으며 바이오매스량을 제외한 총 온실가스배출량을 구하였다.

Among the unintentional persistent organic pollutants (UPOPs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans (PCDDs/PCDFs) were measured from a stack of 28 small-scale waste incinerators (SWIs) from 2013 to 2015. The emissions of PCDDs/PCDFs ranged from N.D. to 208.3 ng-TEQ/Sm3 with an average of 21.1 ng-TEQ/Sm3 based on the International Toxicity Equivalency Factor (I-TEF). The 28 stack gas samples were categorized into four types and evaluated by the score plot of principal component analysis (PCA). Furthermore, 17 PCDD/PCDF congeners were divided with the number of chlorine substitutions by a loading plot. The correlations between PCDDs and PCDFs were also estimated. The emissions of PCDDs/PCDFs from 19 SWIs were below the emission standards, while nine SWIs significantly exceeded them in this study.

Recently, domestic waste policy has focused on resource circulation. In accordance with Article 3, Paragraph 2 of the “Enforcement Rules of Wastes Control Act”, which is targeted at waste incineration facilities, we established and announced methods for calculating the recovery and utilization rates of incineration-sourced heat in 2015. The lower heating value is important to energy recovery and utilization rate calculations. Hence, the lower heating values of the waste incineration facilities were estimated using the thermal method from KS B 6205. Heat loss decreases the heat recovery efficiency, and should be measured and evaluated. The surface temperatures of the incinerator and boiler are required to determine heat loss. Presently, the contact point temperature method is used to measure the surface temperature. It is difficult to apply this method to the average surface temperature of an incineration facility. In this study, 20 Korean waste incineration facilities were selected for heat loss estimates based on waste incineration temperature, incinerator type, and incineration capacity. Infrared thermal cameras were used to measure the surface temperatures of the waste incineration facilities.

Waste generation has been increased worldwide. Waste is generally recycled, incinerated, or landfilled. Currently, waste is also used as an energy resource because of a lack of energy resources and landfill sites. In South Korea, landfill of waste has been prohibited and the “Switching Promotion Act of the Resource Recycling Society” has been established. Landfill of municipal solid waste in the European Union was 210.18 million tons in 2012. The municipal solid waste landfilled was 22.8%, and the amount of landfill was 416 kg/cap·year. The landfill rates in the Netherlands, Belgium, Denmark, Luxembourg, Austria, Sweden, and Germany have been found to be more than 10% because of different landfill criteria and fees established by these countries.

Various efforts have been made to increase use of renewable energy sources and reduce greenhouse gas emissions in Korea as economic and population growth have increased. Bio-energy is a renewable form of energy unlike fossil fuels and is not included in greenhouse gases because it is carbon neutral (sometimes referred to as “climate neutral”) and is exempted from total CO2 emissions. In this study, we determined the low heating value (kcal/kg) and elemental composition using the biogenic content of “wood” and a solid recovered fossil fuel “polyethylene product” to confirm the solid recovered fuel value. Biomass content was also determined using the selective dissolution method and 14C-method (AMS). Additionally, we developed a gas sampling system to collect gases emitted after combustion at 850oC to determine biomass content by AMS.

가축분뇨를 포함한 유기성폐기물의 직매립과 해양배출이 전면 금지되면서 바이오가스화는 유기성폐기물을 신재생에너지원으로 활용할 수 있는 대안으로 각광받고 있다. 가축분뇨의 국내 발생량은 2012년을 기준으로 173,052 m³/day 정도 발생하고 있으며, 전국 양돈장에서 발생되는 돈분뇨의 89.3%는 자원화(퇴비, 액비화), 9.7%는 위탁 처리하고 있다. 또한 국내에서 가축분뇨를 유기성폐기물로 활용하는 바이오가스화 시설은 평균 9.6 m³/ton의 바이오가스를 생산하고 있다. 이에 비하여 음식물류폐기물은 109.7 m³/ton, 음식물류폐기물 폐수(음폐수)는 40.9 m³/ton으로 가축분뇨가 현저히 적은 가스발생량을 보이고 있어 바이오가스화 효율 기준을 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 돈분뇨의 발생원인 양돈장에 대한 유기물 성상분석 및 바이오가스 발생량을 산정하므로써 실제 바이오가스화시 발생될 수 있는 잠재적인 메탄수율을 도출하고자 한다. 현재 운영 중인 양돈장에서 사육되는 돼지의 생애주기별, 농가 구조 및 분뇨 수거 방식을 고려한 샘플링을 실시하였다. 총 7곳의 농가를 대상으로 현장조사를 수행하여 기본적인 이화학적 성상인 삼성분(수분, 가연분, 회분), 영양성분(탄수화물, 단백질, 지방), 원소분석(C, H, N, S), 질소(총질소, 암모니아성 질소) 등을 분석하여 농가에서 발생되는 돈분뇨의 잠재적인 메탄수율을 산정하였다.

우리나라는 국토 환경의 제약과 매년 증가되는 폐기물 발생량에 대한 대책으로 ‘미처리폐기물의 매립제로화’를 주요과제로 추진하고 있다. ‘자원순환기본법’의 제정 등을 통하여 2035년 까지 재활용 가능한 폐기물의 직매립을 없애고, 매립처리비율 목표를 1% 이하로 달성하고자 노력하고 있다. 이를 달성하기 위해서는 현재 매립처리되고 있는 폐기물 중 성상이 비교적 균일하고, 매립량이 약 6,500 톤/일인 하수 및 폐수처리오니의 매립감소가 필요할 것으로 보인다. “폐기물 발생 및 처리현황(2014)”에서 분류하고 있는 사업장배출시설계 폐기물에서 오니류는 가연성 및 불연성으로 구분되고 세부항목으로는 하수처리오니, 공정오니, 정수처리오니, 폐수처리오니로 나눠진다. 유럽연합의 ‘Waste Framework Directive(06/12/EC)’은 처분방법의 하나로 오니류의 토지 내 이용을 규정하고 있으며, 퇴비생산 등 생물학적 처리방법을 재활용 방법으로 규정하고 있다. 토양보호요건 ‘Sewage Sludge Dir. (86/278/EEC)’를 만족하는 경우 농업에도 이용할 수 있으며, 현재 발생량의 약 40%이상을 농녹지 환원으로 처분하고 있다. 국내에서도 ‘폐기물관리법’에서 고형연료제품 및 복토재, 그리고 부숙토 제품으로 재활용 방안을 법으로 명시되어 있지만 수요 및 사업장의 부족과 엄격한 규제로 인해 재활용이 어려운 실정이다. 본 연구는 매립처리되는 폐수처리오니를 한국표준산업분류코드에 따른 업종 별로 구분하여, 업종 별 폐수처리오니의 현황 및 직매립량을 조사하였다. 또한 하수 및 폐수처리오니의 매립억제 방안을 검토하기 위한 항목으로서 하수처리장에서 발생되는 하수처리오니에 대한 원소분석(C, H, N, S), 발열량 및 각 한국표준산업분류 코드에 명시되어 있는 업종 별 폐수처리오니의 원소분석 및 발열량을 검토하고자 한다.

최근 급속한 경제 성장과 소비 수준의 상승으로 폐기물 배출량이 급격히 증가했고, 질적으로도 다양화 되고 있다. 우리나라 폐기물 처리정책의 주요내용은 자원을 효율적으로 이용함으로써 자연으로부터의 자원채취를 최소화함과 동시에 자연으로 되돌려지는 폐기물을 최소화함으로써 자연환경을 보호하고 사람의 건강을 보존하는 것이다. 선․후진국을 막론하고 폐기물관리정책의 변화과정은 비슷하다. 이러한 폐기물의 적정처리와 국가 에너지자원의 활용측면에 있어서 매우 중요한 역할을 담당하고 있는 소각시설은 현재 정부가 추진 중에 있는 ｢자원순환사회전환촉진법｣ 제정에 따라 적지 않은 변화가 있을 것으로 판단된다. ｢자원순환사회전환촉진법｣은 자원 및 에너지 소비량의 증가에 따라 계속적으로 폐기물 발생량이 증가하고 있는 국내의 사회적 구조를 고려할 때 폐기물의 발생억제 및 순환이용 촉진 등 자원순환사회 실현을 위한 기반 마련을 위하여 반드시 필요한 제도임에 틀림없다. 자원순환 성과관리제를 통하여 검토되고 있는 폐기물처분부담금(소각 또는 매립)은 에너지를 회수하지 않는 단순 소각시설의 경우 재활용비용에 버금가는 소각세를 부과한다. 그러나 일정기준 이상 에너지를 회수하여 사용하는 소각시설은 폐기물처분부담금의 감면혜택이 부여됨으로써 폐기물로부터 에너지를 회수하는 에너지회수시설과 단순 소각시설의 차별화가 뚜렷이 구분될 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 생활폐기물 소각처리 시설(2개소, 3호기)을 대상으로 2015년 ｢폐기물관리법｣ 시행규칙 제3조제2항에 따른 “폐자원에너지 회수･사용률 산정방법”에 따라 에너지회수율을 산정하였다. 각각의 저위발열량 및 에너지회수･사용률 산정인자(Ep, Ew, Ei, Ef)는 3개월 동안의 계측기 측정값과 현장측정(배출가스 조성, 방열손실, 바닥재 보유열 등)결과를 바탕으로 산출하였다. 폐자원에너지 회수･사용률 산정결과로는 A시설(1호기･2호기)의 경우 생산량 기준 98.6 %, 사용량 기준 26.9 %로 산정되었다. B시설(1호기)에서는 생산량 기준 99.0 %, 사용량 기준 81.9 %로서 생산량 및 사용량 모두 높은 비율을 나타났다. 반면, A시설에서는 생산량 대비 사용량 기준 27.3 %로서 낮은 유효사용률을 나타내었으며, 유효사용률을 높이기 위해서는 다양한 방안(소내 소비감소, 소각시설의 효율적 가동, 폐열보일러의 효율 향상, 안정적인 수요처 확보 등)을 강구할 필요가 있을 것으로 판단된다.

현재 국내의 주된 폐기물 처리 방식은 발생억제(Reduce), 재이용(Reuse), 재활용(Recycle)을 통한 물리적인 처리방식으로써 대량으로 발생하는 폐기물을 효율적으로 처리하기에는 한계가 있다. 이에 폐자원 에너지화(Recovery) 개념의 도입으로 폐기물의 단순한 처리가 아닌 효율적인 에너지 자원으로 활용함으로써 자원순환사회를 구축하기 위한 정책적 방안이 마련되었으며, 구체적인 방안의 하나로 2018년 1월 1일부터 시행되는 자원순환기본법을 통하여 소각시설에 발생되는 열에너지를 적극적으로 활용할 예정이다. 따라서 소각시설로부터 실질적으로 회수되어 사용되는 에너지의 정확한 수치화가 요구되었으며, 현재 국내에서 운영 중인 소각시설을 대상으로 시범사업을 진행하여 소각열에너지 회수･사용률의 실증에 노력을 기울이고 있다. 이에 본 연구에서는 폐자원에너지 회수･사용률 산정에서 가장 중요하게 작용되는 저위발열량을 도출하기 위한 핵심요소인 출열항목을 실측하여 소각열에너지 회수･사용률 산정을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 연구에서는 현재 운영 중인 생활폐기물 소각시설 2곳(A, B 소각시설)의 3개 호기와 사업장폐기물 소각시설 5곳(C, D, E, F, G 소각시설)의 5개 호기를 대상으로 5월부터 16주 동안 TMS 데이터 수집과 현장측정 및 시료분석을 병행하였으며, 종합적인 결과 값을 환경부 고시 제 2015-251호 폐자원에너지 회수･사용률 산정방법에 대입하여 소각로에서 발생되는 각각의 출열항목을 산출하였다. 또한 산출된 결과를 종합하여 생활폐기물 소각장과 사업장폐기물 소각장의 출열분포를 비교하여 보았다. 소각시설의 출열항목의 산정결과, 생활폐기물 소각시설 3개 호기의 출열 총합은 A시설 1호기가 13.54GJ/ton, 2호기가 14.12GJ/ton으로 산정되었으며, B시설 1호기는 12.72GJ/ton으로 산정되었다. 이 중 가장 높은 비율을 차지하는 출열항목은 증기 흡수열로 A시설 1호기는 9.57GJ/ton, 2호기는 9.82GJ/ton, B시설 1호기는 9.77GJ/ton을 차지하여 평균 72%의 분포를 보이는 것으로 나타났다. 또한 사업장폐기물 소각시설의 출열 총합은 C시설 16.65GJ/ton, D시설 15.48GJ/ton, E시설 13.35GJ/ton, F시설 12.49GJ/ton, G시설 11.79GJ/ton으로 산정되었으며, 사업장폐기물 소각시설 또한 생활폐기물 소각시설과 동일하게 증기 흡수열이 평균 65%의 분포를 보여 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 나타났다. 연구결과, 지속적인 시범사업을 통해 실측값을 축적하여 소각열에너지 회수･사용률 제고를 위한 연구 등의 기초자료로 활용하여야 할 것으로 판단된다.

일본의 경우 전국에 약 1,300여 개의 폐기물소각로가 운전되고 있고 하루에 20만톤의 폐기물이 소각 처리되고 있으며, 그 중에서 약 900여개의 소각로에서 폐열 에너지를 회수하고 있고, 약 1,400 MW 규모의 발전 설비가 설치되어 있는 것으로 나타나고 있다. 유럽에서는 MSW 소각에너지를 회수하여 일차에너지로 이용하는 양은 2007년도에 6.1 Mtoe를 기록한 것으로 추정되며, 이는 전년도에 비해 약 6.3% (361.9 ktoe)가 증가한 것으로 조사되었다. 2012년 기준으로 국내 폐기물 발생량의 약 6.0 %는 소각으로 처리하고 있다. 2012년 기준 운영되고 있는 생활 및 사업장폐기물 소각시설은 총 552개소(시설용량 32,130 ton/day)이며, 환경 및 에너지 수급 측면에서 WTE 기술이 점점 중요해지고 있지만 관련 기술수준 측면에서 최고기술 보유국 대비 66~72%, 기술격차는 6~7년 정도가 존재하여 지속적인 연구개발 투자가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐기물소각시설 발전효율을 향상시키기 위해 열 회수능력 강화와 관련하여 급수예열 장치와 저공기비연소의 활용 및 증기의 효율적 이용과 관련하여 저온촉매탈질을 활용하여 발전효율 향상효과를 분석하였다. 급수예열장치 출구배기가스 온도를 300, 260, 230, 210, 190℃까지 저온화 함에 따라 기준 배기가스 온도인 250℃의 결과와 비교하면, 250℃ 이상에서는 보일러 효율이 약 5%가 감소하였으며, 250℃ 이하로 낮추어 보일러 효율을 산정한 결과 저위발열량 2,300 kcal/kg, 출구온도 190℃에서 약 6% 보일러 효율이 증가되는 것으로 나타났다. 연소 공기를 기존의 평균값 1.8에서 1.0까지 감소시키는 경우 저위발열량 값에 따라 차이는 있지만 보일러 효율의 경우 최대 6.2%까지 증가하는 것으로 나타났으며, 발전효율의 경우 최대 1.6%까지 증가가 가능한 것으로 나타났다. 탈질을 위해 저온촉매를 적용한 경우 저위발열량 2300 kcal/kg, 촉매탑 입구온도 200℃에서 180℃까지 10℃ 간격으로 변화시킨 결과, 최소 0.19%에서 최대 0.79% 발전효율을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.

우리나라는 2030년 까지 모든 경제분야에 걸쳐 온실가스 배출을 약 37% 감축할 계획을 UNFCCC에 제출하였다. 이에 따라 온실가스 감축목표를 설정하고 부문별･업종별 배출권 할당량을 결정하고 있다. 따라서 보다 정확한 온실가스 배출량을 산정하는 것이 중요하며 현재는 배출활동별 온실가스 배출량 세부산정방법과 기준을 Tier 1, 2, 3, 4로 마련하여 관리하고 있다. 활동자료와 배출계수로 계산하는 Tier 1~3 기준에는 화석탄소함량(FCF)을 적용하여 폐기물에 포함된 바이오매스의 비율이 제외될 수 있는 반면, 소각시설에서 발생하는 배출가스 중의 온실가스를 직접적으로 측정하는 Tier 4(연속측정법)에서는 총 CO2만 측정 가능하기 때문에 온실가스 중의 바이오매스량을 제외하기 위해서는 화석연료 기원물질에 의한 배출량과 바이오매스 기원물질에 의한 배출량 구분이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 생활폐기물 소각시설과 사업장폐기물 소각시설 각각에서 연소 후 배출되는 가스를 가스샘플링장치를 이용하여 포집하였으며, 포집한 가스성분과 CO2 중의 바이오매스 기원물질량을 확인하였다. 기체시료 중의 바이오매스량을 측정분석하기 위해서 탄소동위원소를 이용한 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)를 이용하였으며 보다 명확한 온실가스배출량 산정을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

잔류성유기오염물질(Persistent organic pollutant)은 안정성이 높아 잘 분해되지 않으면서 동시에 강한 독성을 가진 물질이기 때문에 대부분의 국가에서 배출량을 규제하고 있다. 주로 POPs라고 일컫는 이 물질들 중에 다이옥신은 대표적인 비의도적 잔류성유기오염물질이며 그에 따라 많은 연구가 진행되어 왔다. 다이옥신은 PCDD(Polychlorinated dibenzo-p-dioxin), PCDF(Polychlorinated dibenzofuran)의 congener를 통상적으로 지칭하며 염소의 치환 위치와 수에 따라 총 75개의 PCDD, 135개의 PCDF가 존재한다. 그 중 독성을 가진 17개의 다이옥신 congener에 대한 안정성 연구를 순이론적 계산의 일종인 DFT(Density functional theory) 계산을 통해 수행하였다. DFT 계산은 Gaussian09W software를 통해 수행하였으며 B3LYP/cc-pvdz, B3LYP/6-311+G(d,p) level로 구조 최적화와 진동수를 계산을 하였다. 17개의 다이옥신 congener는 모두 평면 구조를 이루고 대칭성에 따라 각각 D2h, C2v, C2h, Cs 의 point group으로 최적화 되었다. 계산 결과를 통해 얻은 열역학적 특성과 HOMO (Highest occupied molecular orbital)-LUMO(Lowest occupied molecular orbital)를 통해 다이옥신 congener의 생성엔탈피, 생성자유에너지, 엔트로피, 이온화포텐셜, 전자친화도 값을 도출하였고 안정성을 잔류성과 연관 지어 평가하였다. 본 계산 연구는 추후 다이옥신 배출 자료와 비교를 통해 congener 패턴을 예측하는 연구를 수행하는데 도움이 될 것이다.

현재 국내 폐기물은 발생억제(Reduce), 재이용(Reuse), 재활용(Recycle)의 3R 정책을 바탕으로 발생량 감축 및 재활용을 유도하고 있다. 하지만 재활용이 불가능한 상태의 폐기물과 재활용처리 후 발생하는 부산물 등은 최종적으로 소각과 매립을 통하여 처리되고 있다. 이처럼 소각처리 될 수밖에 없는 폐기물은 단순 소각처리 되는 양을 최소화하고 연소과정에서 발생되는 에너지를 회수(Recovery)하여 열 또는 전력에너지로 적극 활용해야 할 필요가 있다. 하지만 현행 에너지 회수기준의 회수율 산정 방법은 생산에너지를 기준으로 하여 생산 후 버려지는 에너지도 포함됨으로써 실질적인 회수로 판단하기에 한계가 존재한다. 즉, 현행 에너지 회수기준은 회수율 증진을 위한 기술개발 및 시설개선 등과 같은 도입취지와 목적을 충분히 반영하지 못하고 있는 실정이다. 또한 에너지회수율 산정의 핵심 매개변수인 폐기물 저위발열량에 대한 측정 및 분석 방법의 명확한 공통기준이 없어 객관성이 부족한 상황이다. 이에 2015년 ｢폐기물관리법｣ 시행규칙 제3조제2항 “폐자원에너지 회수･사용률 산정방법”에서는 폐기물 소각 처리를 통하여 회수되는 에너지 중 실제 사용되는 에너지의 비율을 바탕으로 하는 에너지 회수･사용률 산정방법과 투입 폐기물로부터 기원하는 정확한 투입에너지 산정을 위한 저위발열량 산정방법을 제정･고시하였다. 본 연구에서는 새로 제정된 “폐자원에너지 회수･사용률 산정방법”을 바탕으로 국내 사업장폐기물 소각시설에서의 폐기물 저위발열량과 에너지 회수･사용률을 산정하였다. 산정에 요구되는 데이터는 3개월간의 업체 내실제 계측데이터를 활용하였으며, 계측이 불가능한 항목은 현장 측정 결과를 적용하였다. 대상시설은 스토커소각로 3기(시설 A, B, C)와 로터리킬른-스토커 병합방식 소각로 1기(시설 D)로 하였으며, 주별･월별･분기별로 구분하여 산정 결과를 도출하였다. 분기별 산정결과 폐기물 저위발열량의 경우 시설 A, B, C, D 각각 3,684kcal/kg, 2,960kcal/kg, 3,081kcal/kg, 2,794kcal/kg로 산정되었으며, 에너지회수･사용률은 각각 54.2%, 54.6%, 64.7%, 52.1%로 산정되었다. 이러한 결과는 에너지생산량 기준의 에너지회수율 대비 약 5∼20% 차이를 나타냈으며, 에너지회수･사용률을 높이기 위해서는 생산된 에너지 중 판매량을 최대화 하는 것이 가장 중요하고 효과적일 것으로 판단된다. 또한 장기적으로 보조연료 투입량과 전력 사용량 감축을 위한 기술개발과 시설공정 및 운영방식의 개선이 필요할 것으로 사료된다.

하수슬러지 및 음식물류폐기물과 같은 유기성폐기물이 해양투기가 전면 금지되면서 육상처리 및 재활용처리가 관심이 되고 있다. 하수슬러지와 음식물류폐기물을 육상처리할 뿐만 아니라 신재생에너지를 생산할 수 있는 바이오가스화가 그 처리에 좋은 대안으로 부각되고 있다. 최근 하수슬러지 혐기소화시설에서 음식물류폐기물을 병합처리 하는 경향이 늘고 있다. 그러나 운전중인 하수슬러지 바이오가스화 시설은 그 유기물분해율과 메탄생성율 측면에서 그 효율이 매우 저조하며, 음식물류폐기물 바이오가스화 시설은 효율은 많이 증가하였으나 아직까지는 그 안정적 운전이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 최근 하수슬러지와 음식물류폐기물을 병합처리하는 추이에 맞춰 효율성과 안정적 운전에서 문제점을 조사하고 이를 해결할 수 있는 고려인자들을 도출하여 그 가이드라인을 제시하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 하수슬러지만 혐기소화하는 5개 시설과 하수슬러지 혐기소화시 음식물류폐기물을 병합처리하는 9개 시설을 대상으로 현장조사를 실시하였다. 현장조사의 목적은 병합처리 바이오가스화 시설의 문제점들을 조사하고 그 문제점을 해결하기 위한 고려인자들을 도출하는 것이다. 또한 계절별로 하수슬러지 바이오가스화 시설 4개와 병합처리시설 7개에 대하여 정밀모니터링을 실시하였다. 이 정밀모니터링을 통하여 현장조사에서 도출된 고려인자에 대한 구체적인 가이드라인들을 제시하고자 한다. 가이드라인 제시는 전처리 등 6가지 공정별로 하수슬러지와 음식물류폐기물 물성들을 고려하여 제시하였다.

‘전국 폐기물 발생 및 처리현황’(환경부, 2014)에 따르면, 국내의 전국 폐기물 총 발생량은 매년 증가하는 추세이다. 건설 폐기물을 포함한 ‘14년도 총 폐기물 발생량은 388,486톤/일에 달하며, 지정폐기물을 포함하면 폐기물 발생량은 더 증가한다. 이렇게 발생한 폐기물은 매립, 소각, 재활용, 해역배출로 처리되었다. 하지만 국내의 육상 폐기물 해역배출은 런던협약에 ‘16년부터는 전면 금지되었으며, 매립과 재활용을 통한 폐기물의 처리는 한계가 있다. 지속적으로 발생량이 증가하는 폐기물의 처리와 지정폐기물, 재활용 금지 및 제한대상 폐기물을 처리하기 위하여 폐기물의 소각처리가 필수적으로 요구된다. 국내에서는 정책적으로 폐기물 소각시설의 폐자원에너지 회수와 사용에 대해 집중하고 있으며, 2015년에 폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법을 확정하여 2018년 1월 1일부터 자원순환기본법을 통해 시행할 것을 예고하였다. 사업장폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법에 따르면 열정산법을 이용해 입열과 출열을 산출하여 소각시설의 효율을 계산한다. 소각로의 방열손실은 에너지의 회수 효율을 낮추는 출열 항목 중 한가지로 각 시설마다 측정하여 평가되어야 한다. 현재 방열손실 평가를 위한 소각로의 벽면 온도 측정은 지점측정법을 이용하여 실측되고 있다. 하지만 접촉식 온도 측정은 대상의 접촉 지점마다 온도가 다르게 측정 될 수 있으므로 대상 시설의 평균 표면온도를 정확하게 측정하는 것이 어렵다. 비접촉 방식으로 온도를 측정하는 적외선 열화상 카메라는 넓은 면적의 온도를 동시에 측정 가능하며 대상 시설의 평균 온도를 비교적 정확하게 측정 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폐기물 소각시설의 출열 항목 중 방열손실의 측정 및 평가를 위해 적외선 열화상 카메라를 이용하였으며, 소각로 표면 온도 측정방법과 소각시설의 방열손실 산정 방법을 정립하였다.

The chemical leak accidents cause a large number of casualties in the short term and secondary environmental pollution in the long term. In the case of the hydrogen fluoride (HF) leak accident in Gumi City, Gyeongsangbuk-do, Korea, the fluoride ion concentration in crops located near the HF leak accident area was detected to be in the range of 99 ~ 13,029 mg/kg and in woody stems in the range of N.D. ~ 6,789 mg/kg. We also identified the correlation relationship between the range and the contamination degree. The order of degree of fluoride contamination of crops was leaf > stem epidermis > inside the stem. However, in another case of accidental HF leak in Hwasung City, Gyeonggi-do, Korea, because the concentration of fluoride ion in the crops was detected in the range of N.D. ~ 45 mg/kg, it is difficult to make a decision about whether HF affects the crops or not. In this study, with the suggestion of the identification of leak accident impacts by checking the contamination characteristics and condition of HF in terms of diffusion distance from the accident point, we prevent damage from secondary environmental pollution and prepare for similar accidents in the future.

In this study, content and leaching tests of heavy metals (14 items) were analyzed to evaluate the recyclability of the sludge from wastewater treatment facilities. Additionally, this was compared with and examined with the standard of controlled waste, certification standards of compost materials, etc. In the results of the content test, Cr6+ (30.82 mg/kg) of waste from the leather, fur, and textile industries (EWC 04) and Cr6+ (103.13 mg/kg) of waste from the manufacture formulation, supply, and use of coatings (EWC 08) were higher than the proposed criteria of Cr6+ (20 mg/kg). The high level of Cr6+ concentration was observed because of the use of sodium dichromate and chromic anhydride in the materials of dyestuffs and pigments and ink in the EWC 04 and EWC 08 processes. The results on sludge in this study did not meet the standard of the Fertilizer Control Act and quality standard of fuels. In particular, the high levels of Pb and Cd was the main reason.