수은의 배출로부터 국민의 건강과 환경을 보호하기 위해 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)이 채택되었다. 수은은 다양한 경로를 통해 환경으로 배출되며 의도적 배출원의 경우 그 양이 상당하여 적정처리 기술 개발이 필요한 시점이다. 활성탄은 가격대비 탁월한 흡착성능 때문에 다양한 산업시설에서 활용되고 있으며 국내의 경우 지속적인 사용량 증가를 나타내고 있다. 이러한 활성탄의 사용 추세와 더불어 환경으로 배출되는 폐 활성탄 또한 증가하고 있다. 일부 폐 활성탄은 지정폐기물로 관리되고 있으나 처리 및 관리에 많은 비용이 소모되어 환경적･경제적으로 문제가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 환경으로 배출되는 수은의 양을 줄임과 동시에 다양한 산업시설에서 활용되고 배출되는 수은함유 폐 활성탄을 재생하는데 목적을 두었다. 본 연구에서는 수은으로 오염된 폐 활성탄을 재생해보고자 다양한 온도 조건에서 운반가스로 질소(N2, 0.1L/min)를 주입하였으며 0.2atm, 1atm으로 압력조건을 설정 하였다. 또한 각각의 열처리 조건에서 온도 유지시간별 재생효율을 평가하기 위해 온도 유지시간을 10min, 30min, 60min으로 달리 하여 열처리 실험을 진행 하였다. 열처리 후 활성탄은 US EPA Method를 이용하여 수은 함량을 분석하였고 추가적으로 요오드 흡착성능 실험을 통해 수은으로 오염된 활성탄의 재생효율을 평가하였다. 열처리된 활성탄의 수은 함량은 초기 폐 활성탄(30 ppm) 대비 최대 1%까지 줄어드는 것을 확인하였고 요오드 흡착성능의 경우 초기 폐 활성탄 흡착성능의 최대 90%까지 재생되는 것으로 확인되었다. 환경적･경제적 성과를 높이기 위해 현재까지 진행된 연구에 더불어 재생된 활성탄을 재사용한 후 추가적인 재생 실험을 진행하여 재생한계점을 도출해 내는 것이 필요할 것으로 사료된다. 또 한 재생실험으로 폐 활성탄에서 분리된 수은 및 수은 화합물의 추가적인 안정화 작업 및 적정처분이 필요할 것으로 사료된다.

환경오염시설 통합관리에 관한 법률(이하:통합법)이 입법화되고 이에 따른 통합환경관리제도가 2017년부터 단계적으로 시행됨에 따라, 전통적으로 대기, 수질, 등 매체 별로 관리하던 기존 인허가 체계가 통합 허가 체계로 변경되었다. 이러한 통합환경관리제도의 핵심인 BAT(최적가용기법)이란 배출시설 및 방지시설의 설계･설치･운영 및 관리에 관한 환경관리기법으로 오염물질 등의 배출을 가정 효과적으로 줄일 수 있고 기술적･경제적으로 적용가능한 관리기법을 말하고 있다. 하지만, 이를 적용하기 위해서는 해당 산업체의 관련기술 개발과 경제성 확보를 위한 공정기술 개발이 관건이나 이에 대한 준비가 현실적으로 미흡한 실정이다. 따라서, 최적가용기법(BAT)의 산업체 보급을 위해 관련된 기술의 연구개발이 정부적 차원에서 시급하게 필요한 실정이다. 본 연구에서는 BAT 적용의 첫 단계로써 국내외 소각시설을 중심으로 기술개발 현황을 파악하고 최적가용기법(BAT) 개발 및 적용을 위한 R&D 필요성을 논의하고자 하였다.

수은은 장거리 이동특성을 가지고 있어 국제적 공동대응 필요성이 지속적으로 제기되었다. 최근 수은의 관한 미나마타 협약이 채택되었으며, 이에 대한 비준을 추진하고 있다. 수은은 배가스 중에서 가스상, 입자상으로 존재한다. 가스상 수은은 산화수은과 원수수은으로 구분된다. 입자상 수은은 전기집진기, 여과집진기와 같은 먼지 제어장치를 통해 주로 제어된다. 산화수은은 입자상물질에 흡착되어 제어되거나, 습식방지시설에 의해 제어된다. 원소수은은 공정변수들에 의해 산화 및 흡착되어 제어된다. 이와 같이 기존 대기오염 방지시설은 수은의 동시제어(co-benefit)효과를 가지고 있다. 본 연구에서는 미세먼지를 제어하기 위해 개발된 HI-filter에서의 수은 화학종의 거동과 흡착제분사에 따른 영향을 확인하고자 하였다. 석탄 화력발전시설에 설치된 Pilot-scale HI-filter는 배가스 중 미세먼지를 99%이상 제어하였으며, 수은의 제어효율은 66.22%로 나타났다. HI-filter는 산화수은을 입자상물질로 전환시키는 비율을 증가시켰다. 이로 인해, HI-filter후단에서의 수은은 대부분 원소수은으로 존재하였다. 이후 원소수은을 제어하기 위해 HI-filter 전단에서 활성탄과 비산재를 분사하여 수은의 화학종과 수은제어효율을 비교하였다. 활성탄분사 시 원소수은은 활성탄에 흡착되었으며, 입자상수은이 80%이상으로 증가하였다. 이로 인해, 수은의 제어효율은 최대 92%까지 증가하였다. 비산재분사 시 원소수은의 산화반응은 촉진되었으며, 산화수은은 35%까지 증가하였다. 그러나 수은의 제어효율은 61%로 감소하였다. 하지만 HI-filter후단이 습식방지시설에 의해 산화수은은 제어될 수 있으며, 석탄 화력발전시설 전체의 수은제어효율은 크게 상승할 것으로 판단된다.

수은 및 수은화합물의 배출로부터 국민의 건강 및 환경을 보호하기 위하여 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)이 채택되었다. 수은은 체내 비교적 미량이 노출되어도 생물체에 강한 독성을 나타낸다. 또한 수은으로 오염된 폐기물을 처리 및 처분하는 과정에서 수은이 환경으로 유출될 가능성이 존재하여 배출 규제 강화 및 관리에 관심이 집중되고 있다. 공정에서 배출되는 액상 수은 폐기물에는 용해된 수은 및 수은화합물과 고형물 형태의 것이 함유되어 있다. 따라서 폐기물의 특성에 적합한 수은의 제어가 필요하다. 본 연구에서는 국내 산업시설에서 공정부산물로 발생하는 액상 수은 폐기물을 처리하기 위하여, 총 ６단으로 구성된 흡착설비를 구축하였다. 1~2단계는 각각 10㎛, 5㎛입경의 섬유 필터(MICRO Filter)를 사용하였다. HgCl2는 타 수은화합물에 비하여 수용성이 크고 폐수에 잔류할 가능성이 높다. 따라서 3~5단계는 Cl2제거 효과가 있는 활성탄 필터(CTO Filter)를 사용하였다. 액상 수은 폐기물의 처리 용량을 평가하기 위해 시료의 투입 유량 60 L/hr, 90 L/hr 및 150 L/hr로 달리하여 실험을 진행하였다. MICRO 필터 및 활성탄 필터(CTO Filter)의 수은 제거 효율은 최종단계에서 각 유량별로 96%, 92%, 86%으로 확인되었다. 액상 폐기물 시료에서 수은 화합물을 제거하는데 사용된 필터의 수은 함유 농도를 분석한 결과, 30.3~61.8 mg-Hg/kg으로 분석되었다. 액상 폐기물 수은 제거를 위하여 사용된 필터는 수은 오염 폐기물로써 적정 처리가 필요하다. 시료에 함유된 수은 화합물의 특성에 적합한 필터의 개발 및 사용된 필터의 적정 처리 방법에 대한 연구가 필요하다.

최근 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)의 채택에 합의함에 따라 회원국들은 수은사용 및 배출 저감에 대한 관리방안을 준비하고 있다. 국내 산업시설에서 발생되는 지정폐기물은 시료특성에 따라 적정처리하며, 일부는 매립하여 최종 처분한다. 용출시험기준을 만족하더라도 매립된 폐기물에 불안정한 형태로 함유된 수은화합물은 최종 매립 후 환경으로 유출될 수 있다. 따라서, 폐기물 및 처리 후 발생하는 부산물을 대상으로 수은에 대한 안정도평가가 필요하다. 본 연구에서는 UV램프 폐형광체를 대상으로 500℃ 및 600℃에서 열적처리를 진행하였다. 발생하는 잔류물을 대상으로 총 5단계로 구성된 단계별 용출법(Sequential Extraction Procedure, SEP)을 적용하여 시료에 함유된 수은 화합물의 안정도를 평가하고자 하였다. 각 단계별 용매로써 증류수(1단계), 0.1M CH3COOH+0.01M HCl(2단계), 1M KOH(3단계), 2M HNO3(4단계) 및 Aqua regia(5단계)를 사용하였다. 1~3단계에서 용출되는 수은화합물은 안정도가 약해 환경으로 쉽게 유출되는 것으로 알려져 있다. 4~5단계의 것은 강한 화학적 결합을 이루고 있으므로 이동성이 낮아 안정한 물질로 알려져 있다. 1~3단계를 S1, 4~5단계를 S2로 분류하여 수은 화합물의 안정도를 평가하였다. 처리 전 시료의 수은 함량은 108.7 mg-Hg/kg이며, S1단계에서 62%, S2단계에서 37.5%가 용출되었다. 500℃, 600℃ 열적처리 후 발생된 잔류물의 수은 함유 농도는 각각 17.3 mg-Hg/kg, 11.6 mg-Hg/kg으로 분석되었다. S1단계에서 각각 25%, 20%가 용출되었으며, S2단계에는 각각 75%, 80% 용출되었다. 열적처리 과정에서 안정도가 약한 수은화합물이 제거되었다. 처리 후 잔류물에 함유된 안정한 형태의 수은화합물의 처분 방안에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

This study focused on the evaluation of stability of mercury compounds in byproducts from industrial facilities. Stability testing was conducted using a 5-step sequential extraction procedure using six kinds of byproducts. The mercury compounds extracted were categorized as ion-exchangeable (F1), acid soluble (F2), organic matter-bound (F3), strong complex (F4), and residual (F5) mercury compounds. The amount of mercury in each step was calculated and compared with total mercury amount; a 51% to 92% recovery rate was estimated. Hg-extracted F1, F2, and F3 were easily released into environment. It is necessary to apply an appropriate method to handle byproducts that contain these portions of mercury. On the other hand, mercury in F4 and F5 fraction is relatively more stable. F4 fraction means strong complex and elemental mercury. Byproduct from metal production facility has a higher elemental mercury fraction. It was found that 89% and 65% of mercury were contained in F4 fractions from fly ash and sludge, respectively. The goal of this study is to investigate stability of Hg compounds in different byproducts to suggest appropriate treatment methods for each byproduct on its Hg compound characteristics.

This study provides an experimental result of thermal mercury reduction and condensation characteristics for inventing a mercury recovery technology from the waste sludge which contains high concentration of mercury. Thermal treatment was conducted in the temperature range of up to 900oC from 600oC with different residence time using a waste sludge from domestic industrial facility. Properties of powder material condensed after thermal treatment were analyzed to assess the effectiveness of thermal processing. Leaching characteristics of bottom ash and condensed powder material were analyzed by Korean Standard Leaching Test method (KSLT). Cold vapor atomic absorption spectroscopy (CVAAS) Hg analyzer was used for the analysis of mercury content in solid and liquid samples. We found that mercury contents was concentrated compared with waste sludge. However, the mercury concentration of leached solution from the condensed powder material was very low. The chemical characteristics of condensed powder material was estimated using experimental analysis and literature survey. In order to recover purified elemental mercury, the further researches of refining experiments would be required.

Fossil fuel combustion generates large amount of green house gas and it was considered major emission source causingglobal warming. For reducing green house gas, renewable energy resources have been emerged as an alternative energy.Among those resources, waste has been considered major resource as one of renewable energy, but it has been not utilizedsufficiently. In Korea, there are lots of efforts to utilize sewage sludge as one of renewable energy resources due to wasteto energy project of government. In this paper, sewage sludge was utilized as main fuel in order to recover heat energysource using oxy-fuel combustion in 30KWth circulating fluidized bed (CFB) pilot plant. Firstly, basic characteristics ofsewage sludge were analyzed and fuel feed rate was calculated by stoichiometry oxygen demand. For producing 30kwthermal energy in pilot plant, the feeding rate of sewage sludge was calculated as 13kg/hr. In oxy-fuel combustion, oxygeninjection rate was ranged from 21% to 40%. Fluidized material was more suitably circulated in which the rate of U/Umfwas calculated as 8 at 800oC. Secondly, Temperature and pressure gradients in circulation fluidized bed were comparedin case of oxy and air combustion. Temperature gradients was more uniformly depicted in case of 25% oxygen injectionwhen the value of excess oxygen was injected as 1.37. Combustion efficiency was greatest at the condition of 25% oxygeninjection rate. Also, the flue gas temperature was the highest at the condition of 25% oxygen injection rate. Lastly,combustion efficiency was presented in case of oxy and air combustion. Combustion efficiency was increased to 99.39%in case of 25% oxygen injection rate. In flue-gas composition from oxy-fuel combustion, nitrogen oxide was ranged from47ppm to 73ppm, and sulfur dioxide was ranged from 460ppm to 645ppm.

This study provides a result of thermal mercury reduction for inventing a mercury recovery technology from the sludgewhich contains high concentration of mercury. Physical, chemical and thermal properties of the sludge were analyzed andmercury degradation at elevated temperatures was investigated to find out the optimum temperature range for thermalrecovery of mercury from the sludge generated from an industrial facility, which contained high concentration of mercury.The study was carried out in the temperature range of up to 650oC from 200oC, and 500~710µm particle size of wastesludge samples were selected from such industries. As primary thermal tests the sludge was heated up to observe weightdegradation at a continuous weight measurable thermogravimetric analyzer and a muffle furnace and the degradationcurves from both devices were found to be well matched. Mercury conversion to gaseous form was investigated fromthe analyzed data of mercury concentrations sampled every 25oC from a muffle furnace. Cold vapor atomic absorptionspectroscopy (CVAAS) Hg analyzer was used for the analysis of mercury content in solid and liquid samples. Most ofmercury was degraded and released as gas phase at the temperature range from 300oC to 550oC, which could be theoptimum temperature of mercury recovery by thermal method for the sludge containing high concentration of mercury.Based on these thermal mercury reduction studies, degradation kinetics study of mercury was conducted to provide thereaction kinetics data for further reactor design to recover mercury using a thermal method.

In recent years, the demand of renewable energy fuels has been increased in worldwide because the capacity of fossil fuel would be not affordable in the near decade. As one of renewable energy fuels, the production of sewage sludge would be gradually increased by year, and it would be over than 10million tons in 2015 in Korea. Since ocean dumping was inhibited due to London Convention with being in effective at the end of 2012 in Korea, the combustion of sewage sludge has been emerged as one of alternative technologies of waste to energy. Meanwhile, it would be necessary to apply the carbon capture & storage (CCS) technology to reduce carbon dioxide originated from waste sludge incineration. During oxy-fuel combustion, a combination of oxygen typically of greater than 95% purity and recycled flue gas is used for combustion of the fuel. By recycling the flue gas, a gas consisting mainly of CO₂ and water is generated, ready for sequestration without stripping of the CO₂ from the flue gas. In this study, the pilot test was conducted by a circulating fluidized bed (CFB) combustor consisting of a riser, a cyclone, a down-comer, and a loop-seal. The CFB combustor has a riser with an inner diameter of 0.15m and a height of 6.4m. The experimental test was carried out with waste sludge in 30kwth CFB combustor operating with oxy-fuel and typical air conditions. The optimum temperature for waste sludge incineration was determined as 800℃. Oxygen with carbon dioxide as a combustion air was fed into a riser and a loop-seal in pilot test bed. The oxygen rate as a combustion air was ranged from 21% to 30% to observe the condition of waste sludge oxy-fuel combustion. The temperature and pressure profile in CFB reactor were depicted in the condition of typical air and oxy-fuel combustion. The flue-gas from typical air and oxy-fuel combustion was analyzed to observe the trend of carbon dioxide and air pollutants emission such as CO, NOx, and SOx, respectively. The production of carbon dioxide was approximately 90% in flue-gas from waste sludge incineration with oxy-fuel condition.