In this study, the growth kinetics of sulfur oxidizing bacteria, Acidithiobacillus thiooxidans, and the effect of dissolved oxygen were determined in low pH conditions for the effective removal of high concentrations of hydrogen sulfide. A dual growth kinetic was applied to identify the microbial growth rate at different hydrogen sulfide and oxygen concentrations in the liquid. A modified Monod-Gompertz equation was deemed most appropriate to examine the growth kinetic parameters of A. thiooxidans. The half saturation constants of hydrogen sulfide and oxygen for the modified Monod-Gompertz equation were found to be 0.9 and 1.1 mg/L, respectively. In addition, a bioreactor model, where the Monod-Gompertz equation was modified, was applied to simulate dissolved oxygen concentrations required for the removal of hydrogen sulfide. As a result, the dissolved oxygen concentrations were 0.5, 1.0, 1.5, and 3.3 mg/L, which were necessary to remove hydrogen sulfide to less than 10 ppm at the influent concentrations of 100, 500, 1000 and 3000 ppm, respectively. The required minimum dissolved oxygen concentrations under various conditions including reactor volume, gas retention time, and microbial concentrations can be determined using the numerical model developed in this study.

국내 폐기물 관리법에 의한 사업장폐기물 중에서 주변 환경을 오염시킬 수 있는 유해한 물질을 함유한 폐기물인 지정폐기물은 보관, 수집운반 및 처리 등의 기준이 생활폐기물에 비해 엄격해 총 처리 과정에서 필연적으로 많은 비용이 발생한다. 이런 상황에서 지정폐기물의 유해성을 저감시켜 일반 폐기물화하여 처리하거나 재활용이 가능하다면 산업현장에 비용적 측면의 부담을 크게 완화할 수 있다. 이에 본 연구에서는 에폭시 수지 생산 산업공정에서 발생하는 지정폐기물을 대상으로 성상분석을 통해 유해물질의 이화학적 특성 및 성상을 파악하고 일반폐기물화 또는 재활용에 대한 가능성을 평가하였다. 2010년 환경부 폐기물 통계를 기준으로 가장 많은 폐기물을 배출하는 분야는 화학제품 제조업이며, 화학제품 제조업 중 본 연구에서는 에폭시수지 생산 공정 중 탈염분액 공정에서 나오는 폐기물을 현장에서 채취하여 실험에 사용하였다. 탈염분약 과정에서 나오는 폐기물은 주 원료인 비스페놀A와 여러 휘발성 유기화합물이 포함되어 있어 지정폐기물로 분류된다. 시료 운반과정에서 VOCs(휘발성유기화합물)의 휘발을 방지하기 위해 밀폐용기에 담아 실험실로 옮긴 후 냉장 보관하였다. 우선 폐기물의 이화학적 특성을 파악하기 위해 해당 시료에 대해 폐기물 용출시험, 발열량 분석 및 전원소 분석을 수행하였다. 분석 결과 중금속은 용출되지 않았으며, 발열량 4500 kcal/kg, 염소이온 0.67 %등으로 환경부 폐기물 재활용 기준은 충족하였다. 그러나 332,000 mg/kg 이상의 고농도 톨루엔이 존재했고 그 외에 자일렌 36 mg/kg, 에틸벤젠 23 mg/kg, 클로로벤젠 15 mg/kg 등 여러 휘발성 유기화합물도 함유되어있었다. 고농도의 VOCs는 인체에 노출될 경우 발암성 등의 유해성이 있으므로 재활용하기 위해서는 반드시 저감해야 한다. VOCs는 증기압이 높고 헨리상수가 크므로 고온 stripping이 가장 효율적인 방법으로 판단된다. 단, VOCs자체가 대기오염 물질이므로 stripping 후 배가스를 별도의 처리를 하지 않고 대기 중으로 방출할 경우 대기오염을 유발하게 된다. 따라서 stripping장치 후단에 활성탄을 충진한 column을 설치하여 탈기된 VOCs를 제거 할 수 있도록 설계하였다. 80℃온풍으로 폐기물 중의 VOCs를 stripping하자 초기에 8,000 ppm정도의 VOCs가 발생하였고, 약 20분 동안 농도가 급격히 저하되었다. 120분 후 부터는 20 ppm 내외의 농도를 나타내었다. 활성탄 후단에서는 유입농도에 관계없이 악취방지법에 의한 대기 배출허용기준인 30 ppm을 만족시켰다. 폐기물 중의 VOCs농도는 12900 mg/kg으로 감소하였으나 발열량은 거의 변화가 없어 폐기물 고형연료로 활용할 수 있는 것으로 나타났다.

최근 지정 폐기물처리에 대한 관심이 사회적으로 많아지면서 폐기물의 재활용과 안정화 처리에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 에폭시수지는 내열성, 내화학성, 내수성, 절연성이 우수하며, 성형성이 좋고 경화시간이 짧아 도료, 토목, 건축 등에서 다양한 재료로 사용되고 있다. 국내에서는 2010년 이후로 매년 30만 톤 이상의 에폭시 수지를 생산하고 있고, 약 11만 톤 정도를 매년 수출하는 추세이다. 에폭시 수지 제조공정에서 나오는 폐기물은 폐합성수지 및 폐유기용제등의 지정폐기물로 포함되며, 그 중 폐합성수지는 2011년 기준으로 연간 약 1.5만 톤 이상이 발생하였다. 본 연구에서는 에폭시 수지 제조공정 중, 탈염분액 공정에서 발생하는 폐합성수지를 채취하여 분석하였다. 탈염분액 공정에서는 제조공정 중에 사용된 주원료인 비스페놀A(BPA)와 액상 수지인 ECH (epichlorohydrin), 톨루엔, 세척제인 NaOH 등을 배제하고, 정제된 에폭시 수지를 얻게 된다. 이 과정에서 에폭시 수지와 탈염폐수의 중간체인 고체형 폐기물이 발생하게 되며, 이 폐기물에는 톨루엔을 비롯한 비스페놀A 등 수지들이 포함되어 지정폐기물로 분류되어 처리된다. 탈염분액 공정 폐기물은 폐기물공정시험법에 의해 pH, 수분함유량, 고형물, 회분, 가연분, 강열감량, 휘발성 고형물, 유기물 함량 등을 확인하였다. 폐기물의 pH는 약 11.2로 높은 알칼리성을 띄었고, 수분함유량은 약 51.6%, 고형물 함량은 48.4%, 강열감량은 약 94.7%를 보였다. 폐합성수지는 연소시 열량이 높은 장점을 갖고 있어 대부분의 재활용 업체에서 연료로 재활용하며, 폐기물의 처분시 주로 소각법을 사용한다. 하지만 폐합성수지에 포함된 다양한 위해성 물질에 의해 소각시 배출되는 물질에 대한 물질 수지가 확인이 되지 않고, 그 유해성에 대한 검증이 되지 않는다. 따라서 폐기물 자체에 포함된 물질들의 정확한 분석을 통해 위해성을 갖는 물질에 대한 안정화를 진행하고, 안정화 이후의 폐기물에 대한 재활용 및 처분 방법에 대한 안전관리기법을 제시할 수 있다.

최근 자원 순환과 재활용에 관련된 많은 연구가 지속되면서, 폐기물의 처리와 재활용에 대한 관심이 많아지고 있다. 폐기물관리법 상에서의 폐기물은 쓰레기, 소각재, 오니, 폐유, 폐산, 폐알칼리 및 동물의 사체 등으로서 사람의 생활이나 사업 활동에 필요하지 않게 된 물질들을 말한다. 폐기물의 분류는 크게 생활폐기물과 사업장폐기물로 이루어져 있으며, 그 특성에 따라 사업장 일반폐기물, 건설 폐기물, 지정 폐기물 등으로 나뉜다. 또한 지정폐기물은 폐기물관리법에서 지정한 물질들로 분류가 되며, 대부분 인체에 유해한 물질을 포함하고 있어 안정적인 처리를 필요로 한다. 2010년 국내에서 발생한 지정폐기물은 총 3,463,240 톤으로 매년 꾸준히 증가하는 추세를 보이고 있으며, 그 중 사업장 지정폐기물은 3,348,186톤, 의료 폐기물은 115,054톤 씩 각각 발생하였다. 이렇게 발생된 지정폐기물은 종류에 따라 소각, 고온소각, 고온용융, 고형화, 매립, 물리･화학적 처리, 재활용의 7가지 처리방법으로 있으며, 각 처분 방법에 따라 재활용 56.1%, 매립 19.3%, 소각 18% 등의 비율로 처리 되었다. 지정폐기물은 그 자체에 유해한 물질을 포함하고 있기 때문에, 적절한 처리기술을 적용하여 포함된 유해물질을 제거하면 재활용 및 자원화를 통해 자원순환이 이루어질 수 있다. 본 연구에서는 소각재에 포함된 유해물질 함유 여부를 다양한 방법을 통해서 확인하고, 국내 지정폐기물 분류 기준 및 국외 자원 재활용 기준을 바탕으로 폐기물 재활용 가능여부를 확인하였다. 또한 소각재의 처리 기술에 대한 검토를 통해, 매립 및 소각 처리되는 기존의 유해폐기물들에 대한 안전관리와 자원순환에 대한 방법을 제시하고자 하였다. 소각재의 분석은 국내 폐기물 관리법에서 지정된 중금속에 대한 함유량을 확인할 수 있는 용출시험과 국외 폐기물 재활용 기준에서 필요로 하는 항목들을 확인하기 위한 시험으로 나눠져 진행되었다. 국내 폐기물관리법에서 제시하고 있는 용출시험 결과를 통해서는 바닥재와 비산재 모두 지정폐기물의 항목에 포함되지 않았다. 하지만 전원소 분석을 통한 함량시험에서는 카드뮴(Cadmium) 농도가 국외 폐기물 재활용 기준을 만족하지 못하였으며, 그 외에도 겉보기 밀도, 강열감량 등에서 재활용 기준을 만족하지 못하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 소각재에 포함된 카드뮴의 안전관리와 효율적 재활용을 위한 폐기물 처리 흐름도를 작성하여 제시하고, 최적가용기술 적용을 통해 유해물질의 효율적 관리가 가능하게 하고자 하였다.