중금속으로 오염된 토양과 광미는 지하수 및 생태계에 추가적으로 피해를 발생시킨다. 이러한 독성 금속의 축적은 식물의 성장억제 및 인체의 발달이상, 발암과 같은 다양한 질병의 원인이 된다. 오염된 토양에서 중금속을 정화하는 방법으로는 고형화/안정화, 토양세척, 토양경작법 등과 같이 다양한 방법이 있다. 하지만 부지 및 오염특성에 따라 적절한 방법을 사용해야 한다. 적절한 방법 중 하나는 오염된 토양의 고형화/안정화이다. 본 연구의 목적은 오염된 토양 및 광미 내 존재하고 있는 중금속을 고형화/안정화 공법을 적용하여 정화하는 방법을 제안하는데 있다. 본 연구에서는 오염토양 내 중금속을 고형화/안정화 시키고 강도 증진을 위해 MICP 토착미생물과 산업폐기물인 굴패각, 폐석고를 배합하여 고화제로 사용하였다. 국내의 중금속 오염토양과 광미에서 MICP 토착미생물을 분리하였고 균체 지방산 분석을 통하여 동정을 진행하였다. 각각의 시료에서 분리한 균주를 동정한 결과 가장 많이 유사성을 보이는 균주는 Brevibacillus centrosporus 와 Bacillus megaterium 이었다. 또한 MICP 토착미생물의 최적 성장 조건을 도출하였으며, 산업폐기물과 MICP 토착미생물의 최적 배합비를 적용한 공시체의 일축압축강도 분석을 진행하였다. 그 결과 28일 경과 후 일축압축강도는 미국 EPA 폐기물처리 표준 기준을 만족하였으며, 위해성 평가를 위한 TCLP, SPLP 분석 결과 미국 EPA 기준을 만족하였다.

It was found that the firming agent was satisfied in terms of mobility for improving compactibility and filling characteristics since reviewing the basic properties of the fluidized filler according to the types of firming agent in domestic market. But, it was difficult to secure adequate strength for re-excavation.

Amendment of multi-binders was employed for the immobilization of metal(loid)s in field-contaminated soils to reduce the leaching potential. The effect of different types of multi-binders (lime/diammonium phosphate, diammonium phosphate/ladle slag and lime/ladle slag) on the solidification/ stabilization of metal(loid)s (Pb, Zn, Cu and As) from the smelter soil and mine tailing soil were investigated. The amended soils were evaluated by measuring Toxicity Characterization Leaching Procedure (TCLP) leaching concentration of metal(loid)s. The results show that the leaching concentration of metal(loid)s decreased with the immobilization using multi-binders. In terms of TCLP extraction, the mixed binder was effective in the order of lime/ladle slag > diammonium phosphate/ladle slag > lime/diammonium phosphate. When the mixed binder amendment (0.15 g lime+0.15 g ladle slag for 1g smelter soil and 0.05 g lime+0.1 g ladle slag for 1 g mine tailing soil, respectively) was used, the leaching concentration of metal(loid)s decreased by 90%. However, As leaching concentration increased with diammonium phosphate/lime and diammonium phosphate/ladle slag amendment competitive anion exchange between arsenic ion and phosphate ion from diammonium phosphate. The Standard, Measurements and Testing programme (SM&T) analysis indicated that fraction 1 (F1, exchangeable fraction) decreased, while fraction 4 (F4, residual fraction) increased. The increased immobilization efficiency was attributed to the increase in the F4 of the SM&T extraction. From this work, it was possible to suggest that both arsenic and heavy metals can be simultaneously immobilized by the amendment of multi-binder such as lime/ladle slag.

About 4,800 soil drums were generated in the process of maintenance on KRR site (Korea Research Reactor) in Seoul. Most of the drums are processed by regulatory clearance in 2007-2008 and the remaining 1800 drums are currently stored in KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute). To decide a treatment method of radioactive soil for final disposal, the soil is classified according to a particle size. Based on the results of the radioactivity concentration for the classified soil, methods such as regulatory clearance, decommissioning, and solidification were decided. Many papers show that radioactive soil is disposed of using a decontamination agent or other method. But it is difficult to decontaminate radioactive particles from fine soil particles because the adsorptive power of fine soil particles is too strong. This study was focused on finding a particle size distribution of radioactive soil that can be used as an operating range for cement solidification produced by a suitable ratio of radioactive soil for final disposal. Workability, free-standing water, compressive strength, immersion, and leaching tests were carried out to evaluate characteristics of the cement solidification. Cement solidification is the only method for final disposal because radioactive soil particle sizes below 500 μm exceed the regulatory clearance criteria (< 0.1 Bq/g). According to the test results for cement solidification, 0.4 water/cement and 0.5 soil/cement ratios are the most appropriate operating ranges.

산업화와 급격한 경제규모 팽창에 따른 다양한 유해폐기물이 발생하고, 폐기물 중에 함유된 유해성분이 인체나 환경영향을 최소화 시킬 수 있도록 처리되지 못하고 있어 근본적으로 더 안정한 폐기물 처분방법이 필요한 시점이다. 유해폐기물의 안전한 처리 방법 중 하나인 고화기술은 폐기물에 의한 환경오염의 저감과 폐기물의 취급개선을 목적으로 하고 있으며, 유해폐기물의 독성을 감소시키고 폐기물중의 유해물질이 자연환경으로 누출되는 것을 차단 또는 지연시키는 방법이다. 본 연구에서는 국내･외에서 적용되고 있는 유해폐기물 및 방사성폐기물의 고화기술 동향에 대해 알아보았다. 방사성폐기물의 경우에는 방사성 물질의 확산을 방지하고 방사성 핵종 및 유해 성분의 방출의 최소화를 위해 다양한 고화기술이 개발되었다. 그 기술로는 유리화, 플라즈마, 금속 용융, Synroc 등이 있으며, 각 기술에 대해 고화처리 대상 폐기물과 주요 설비의 특성, 최종 생성물의 형태에 대해 조사했다. 이중 유리화기술은 전극 가열식 세라믹 용융로, 유도가열식 저온용융로를 이용해 고준위 방사성폐기물이나 중‧저준위 방사성폐기물을 처리하는 기술이다. 플라즈마기술은 플라즈마 토치, 플라즈마 아크를 이용해 비가연성 중‧저준위 방사성폐기물을 처리한다. 금속 용융기술은 유도가열로, 전기용융로 등을 이용해 오염된 금속의 제염에 사용되고 있다.

사용후핵연료의 고온 열처리공정 중에 발생되는 핵분열 가스는 세슘, 테크네튬, 요오드, 삼중수소, 크립톤, 제논 등이다. 이들 다양한 핵분열 가스를 단/장반감기/열발생 핵종별로 선택적으로 포집하여 고준위폐기물 발생량 최소화 및 최적화기술 개발은 시급한 문제로 다가오고 있다. 이들 핵종 중 방사성 기체상 세슘은 선택적 배기체 처리공정에서 석탄회 필터를 이용한 고온 흡착법으로 포집한다. 배기체 처리장치에서 기체상 세슘을 포집 후 발생되는 세슘 폐필터 고화방법은 밀도가 높고, 열적 안정성이 우수하며, 내침출성이 우수한 고화방법이 개발되어야 한다. 세슘 폐필터 고화방법 중 기체상 세슘을 포집한 세슘 폐필터 자체를 소결하여 안정한 고화체로 제조하는 방법이 시도되고 있다. 본 연구는 기체상 세슘이 포집된 세슘 폐필터(Cs 함량 : 6 ~ 24 wt%)를 분쇄, 혼합 후 소결시켜 세슘 폐필터 세라믹 고화체를 제조하여 이의 침출특성을 PCT-A 정적침출시험법 (ASTM Standard C1285-02)을 이용하여 평가하였다. 세슘 폐필터 자체만으로 대기 분위기하에서 각각 1,000℃부터 1,500℃까지 3시간 동안 열처리하여 얻어진 세라믹 고화체는 세슘함량이 감소할수록 고화체의 제조온도는 낮아졌다. 세슘함량이 6 ~ 24 wt%인 세슘폐필터를 단순 열처리만 하여도 밀도가 ~2.7 g/cm³ 으로서 일반적인 붕규산유리 고화체의 밀도인 ~2.5 g/cm³와 비슷하였다. 한편 세슘함량 12 ~ 24 wt.%인 세슘잉곳의 세슘 휘발율은 8wt.% 이하로 매우 우수한 열적 안정성을 나타내었다. 세슘잉곳의 Cs, Si, Al, Na의 mass loss [g/㎡] 값은 EA glass 이하의 값으로 나타났고, 특히 세슘의 mass loss 값은 10-2 ~ 10-1 g/m² 로서 PCT-A 침출률로 환산시 10-3 ~ 10-2 g/(m²·day) 로서 내침출성이 우수하였다.

유해폐기물의 고형화 처리는 폐기물에 의한 환경오염의 저감과 폐기물의 취급개선을 목적으로 하고 있으며 특히, 유해폐기물의 독성을 감소시키고 폐기물중의 유해물질이 자연환경으로 누출되는 것을 차단 또는 지연시키는데 그 목적이 있다. 최근 플라즈마의 고온 열을 이용해 폐기물 고화처리기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수분 함량이 높은 슬러지와 같은 폐기물을 처리하기 위해선 건조공정이 선행되어야 하고, 소각에 비하여 전력소모량 등 건설･운영비가 높다는 단점이 있다. 유도가열로는 수분이 많이 함유된 슬러지나 액체페기물, 가연성 잡고체를 처리하는데 적합하다. 플라즈마 용융로의 경우에는 수분이 많이 포함된 폐기물을 처리하기 어렵지만 금속이나 콘크리트와 같은 비가연성 잡고체를 처리하는데 적합하다. 따라서 본 연구에서는 유도가열로와 플라즈마 용융로가 복합적으로 고려된 폐기물 처리 시스템을 개념설계 하였다. 이 복합용융설비를 이용할 경우 폐기물의 특성에 따라 각각의 용융로 설비를 운전하거나 동시에 운전함으로써 다양한 종류의 폐기물을 동시에 처리할 수 있고, 폐기물 처리 속도를 높일 수 있다. 또한 배기가스 처리설비를 공유함으로서 비용절감이 가능하고 운전효율성 등을 높일 수 있다는 장점이 있다.

This study firstly provides basic data for selection of cultivatable bioenergy grass in barren reclaimed lands applied with solidified sewage sludge. The experimental plots consisted of a plot containing reclaimed land mixed with solidified sewage sludge (MSS 50), a plot covered by solidified sewage sludge (CSS 100), and an original reclaimed soil plot (ORS). The growth, biomass production of bioenergy grasses and soil chemical properties were investigated in each experimental plot for 5 years. The organic matter (OM) and total nitrogen (T-N) content in both MSS 50 and CSS 100 were considerably higher than those in ORS. In bioenergy grasses, M. sacchariflorus cv. Geodae 1 showed an excellent growth and adaptability on reclaimed land applied with solidified sewage sludge. The application of solidified sewage sludge may provided soil nutrition in the reclaimed land due to the fact that bioenergy crops grew better in soils applied with solidified sewage sludge than in untreated soils, and treated soils had higher OM and T-N content than untreated soils. This study suggests that M. sacchariflorus cv. Geodae 1 is the most suitable biomass feedstock crop for biomass production and that solidified sewage sludge may be used as a soil material

This study firstly provides basic data for selection of cultivatable bioenergy grass in barren reclaimed lands applied with solidified sewage sludge. The experimental plots consisted of a plot containing reclaimed land mixed with solidified sewage sludge (MSS 50), a plot covered by solidified sewage sludge (CSS 100), and an original reclaimed soil plot (ORS). The growth, biomass production of bioenergy grasses and soil chemical properties were investigated in each experimental plot for 5 years. The organic matter (OM) and total nitrogen (T-N) content in both MSS 50 and CSS 100 were considerably higher than those in ORS. In bioenergy grasses, M. sacchariflorus cv. Geodae 1 showed an excellent growth and adaptability on reclaimed land applied with solidified sewage sludge. The application of solidified sewage sludge may provided soil nutrition in the reclaimed land due to the fact that bioenergy crops grew better in soils applied with solidified sewage sludge than in untreated soils, and treated soils had higher OM and T-N content than untreated soils. This study suggests that M. sacchariflorus cv. Geodae 1 is the most suitable biomass feedstock crop for biomass production and that solidified sewage sludge may be used as a soil material

산업단지내에서 발생되는 플라이애시는 저열량의 석탄 및 로내 탈황을 하는 순환유동층 보일러로부터 배출되는데 기존의 플라이애시와는 성분 및 성질이 달라서 단순 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 또한 폐기물 매립장 부족 및 폐기물의 해양 투기 전면금지로 폐기물 처리비용 증가로 인한 관련 업체의 경쟁력 악화가 증가할 것으로 예상되기 때문에 현실적인 재활용 대책이 요구되고 있다.본 과제의 핵심개발기술은 산업단지 내 발생되는 무기계산업부산물(slag 및 fly ash)에 기타 순환자원 부산물을 혼합하여 화학적 활성화(chemical activation)에 의해 반응성을 극대화 시키는 기술에 관한 것이다. 본 사업을 통해 산업단지 내에서 발생되는 무기계 산업부산물(slag 및 fly ash) 및 기타 순환자원 부산물을 재활용함으로써 자원 순환형 재활용화 체계 구축에 이바지하고자 한다. 또한, 지속적으로 증가하리라 예상되는 산업단지내 순환자원의 안정적, 친환경적이면서 경제적인 처리방식의 모델이 될수 있을 것으로 기대된다. 개발 기술의 활용에 따른 환경적 효과로는 고화재 사용량 10만톤으로 가정시 약 1.7만톤 정도의 CO2배출량 저감효과가 있으며, 친환경 고화재 적용에 따른 친환경 지반 안정화가 기대된다. 또한, 경제적 효과로는 고화재 원료로 재활용시 연간 약 9억원의 매립 처리비 절감이 가능하며, 기존 고화재를 개발 고화재로 대체시 약 12억원의 원가절감이 기대된다.

본 연구에서는 지반공학적 문제를 발생시키는 고유기질토의 역학적 특성을 알아보고자 실내 시험을 실시하였다. 사용된 고화제는 산업부산물을 재이용한 고화제(NSB)이며 역학적 특성을 비교하고자 고로슬래그시멘트(GSC)를 이용하였다. 사용된 점토는 카오리나이트이며, 휴믹산을 유기물로 이용하여 혼합하였다. 시험 결과 pH는 유기물의 함량이 증가할수록, 양생일이 증가할수록 감소하였다. 일축압축강도는 휴믹산이 증가될수록 감소하였으며, 파괴시 축 변형률은 휴믹산이 증가할수록 증가되는 경향을 나타내었다.

하수슬러지 자원화 처리 방안 중 하나인 고화처리는 시멘트 및 생석회 등의 무기계 재료를 고화공정의 첨가제로 사용하여 하수슬러지를 고화시켜 인공토양을 제조하는 기술로, 다른 자원화 방법과 비교하여 에너지 사용량이 적은 공법으로 재자원화율이 가장 높은 육상처리 방법이라 말할 수 있다. 환경부 국가환경기술정보센터의 자료에 따르면 2012년 4월 현재 국내 운영 중인 총 89개의 하수슬러지 처리시설 중 고화처리 시설은 12개소이며, 처리 가능 시설 용량은 2,668톤/일으로 전체 시설의 약 30%를 차지하고 있다. 본 연구에서는 슬래그 활성화 메커니즘을 기반으로 하고 자극제로 고칼슘 플라이애시인 열병합발전소 소각재와 제지슬러지 소각재를 활용하여 제조한 하수슬러지 고화재 CMD-SOIL 1000 (형원길 외, 폐기물학회 2012)을 국내 4곳의 하수슬러지 자원화 시설에 적용하여 설비 운용성을 평가하고, 최종 배출 고화물을 매립지의 복토재로 재이용하기 위해 관련 규정에 의거한 적합성을 평가하였다. 평가 결과 자원화 시설에서 설비 가동성과 관련하여 요구하는 항목인 고화재 이송 여부, 시간당 혼합 배치 수 및 배출량 그리고 하수슬러지 중량에 대한 고화재 적정 혼합비율을 모두 만족시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한 유기성 오니를 고화하여 생산한 고화처리물을 매립시설의 복토재로 재활용하기 위한 규정인 ‘폐기물관리법 시행규칙 별표 5의 2’ 에서 정한 수소이온농도 12.4 이하, 수분함량 50% 이하, 투수계수 1.0×10-7cm/sec 이상 1.0×10-3cm/sec 이하, 일축압축강도 0.10MPa 이상 그리고 유해물질 함량 기준인 ‘토양환경보전법 시행규칙 제1조 5’ 에 따른 토양오염우려기준 중 2지역 이내인 기준치를 모두 만족하여, CMD-SOIL 1000은 기존 국내 하수슬러지 자원화 설비에 적합한 하수슬러지 고화재인 것으로 판단되었다.

하수슬러지 자원화 처리 방안은 소각, 건조, 탄화, 용융, 고화, 연료화, 퇴비화 등이 제안되고 있다. 그 중 고화처리는 다른 공법에 비해 건설비 절감, 처리공정 단순, 환경영향이 적다는 특징을 가지고 있다.하수슬러지의 고화처리 시 고화재 투입으로 인한 건조 중량 증가가 단점으로 언급되고 있으나, 하수슬러지를 이용하여 제조한 인공토양은 흙을 대체할 건설재료로 활용이 가능하여 천연토사의 절감과 인공토양의 판매로 인한 경제적인 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 슬래그 활성화 메커니즘을 기반으로 하고 자극제로 고칼슘 플라이애시를 활용하여 제조한 하수슬러지 고화재 CMD-SOIL 1000(형원길 외, 폐기물학회 2012)을 국내 하수슬러지 자원화 설비에 적용하여 배출된 고화물의 유효 자원으로써의 재활용 가능성을 평가하고자 하였다. 상기 고화물의 매립시설 복토재로 품질 적합성(폐기물관리법 시행규칙)을 선행 연구결과 확인할 수 있었으며, 다짐시험을 실시한 결과 연약지반 판정기준의 사질지반 기준(도로설계 편람, 2000)을 상회하는 값인 최적 함수비 49.1%와 최대 건조밀도 1.06g/cm²를 나타내어 지반침하에 대한 안정성 확보가 가능한 것으로 판단되었다. 또한 고화물과 자연 상태의 토사를 일정한 비율로 혼합한 토양에 페레니얼 그라이스를 파종하여 생육 특성을 살핀 결과, 발아초기에는 자연 상태의 토사의 비율이 높을수록 개체수가 많고 성장속도의 차이가 있었으나 재령이 지날수록 육안으로 관찰되는 차이가 없었으며, 파종 56일 이후에는 자연 상태의 토사만을 활용한 경우와 동일한 생육 상황이 관찰되었다. 따라서 고칼슘 플라이애시를 적용한 하수슬러지 고화물은 매립지 복토재 외에도 토지개량제 및 기반 성토재 등의 용도로 활용이 가능한 것으로 판단되었다.

This study aims to develop solidifying agents of sewage sludge using industrial By-Products and evaluate applicability of the solidified sewage sludge. The result of this study shows that it was possible to reduce water content of the cover materials to more than 50% in a short time as a result of the excellent hygroscopic function of inorganic binder made from industrial by-products and the granulation of sludge. The result suggests that the appropriate mixed ratio of (PSA + CPA) − (GBFS + SM1) − (SAS + SM2) is 60-25-15, and input ratio of solidifying agent is 48%, considering the applicability of the facilities, including mixing performance and availability of discharge, as well as the percentage of moisture content of the solidified sewage sludge, pH, and exothermic temperature. The solidified sewage sludge made using industrial by-products met more than the standard of unconfined compressive strength 0.5 kg/cm2 (as for cover materials 0.1 MPa) in 7 days due to ground granulated blast furnace slag, high-calcium fly ash, and SAS. As a result, valid resource recovery is possible through the land treatment of sewage sludge by inducing in-situ stabilization of heavy metals and property strengths through the reactivity of industrial by-products.

1. 각 시험구에서 재배 2년째 시기별 에너지작물의 초장을 조사한 결과, 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구에서의 에너지작물 중 거대 1호의 생육이 가장 우수하였으며 원지반토에서는 생육이 미비하였다. 2. 원지반토의 거대 1호 초장은 재배 1년차 97 cm에서 2년차 229 cm로 141% 증가하여 성장폭이 하수슬러지 고화물을 처리한 두 시험구의 거대 1호에 비해 우수하였다. 3. 각 시험구의 토양 pH는 하수슬러지 고화물을 처리한 후 2년이 경과하여도 일정하게 pH 7.2~8.4의 수준을 유지하고 있었다. 원지반토의 염농도는 하수슬러지 고화물을 처리한 두 시험구에 비해 월등히 높은 것으로 나타났으며 원지반토의 평균 염농도(0.27%)는 1년차의 염분 농도(0.31%)와 비교하여 조금 감소한 것으로 나타났다. 4. 원지반토의 평균 치환성 나트륨(Ex. Na) 함량은 8.99 cmol+kg1으로 하수슬러지 고화물 혼합구의 평균치(0.7 cmol+kg1)에 비해 약 12배 높았으며, 하수슬러지 고화물을 처리한 두 시험구에 비해 월등히 높았다. 5. 하수슬러지 고화물 처리 후 에너지작물 재배 1년차와 2년차 동일시기(5월, 11월)의 토양 유기물 함량은 1년차에 비해 2년차 증가하였음을 알 수 있었고, 특히 하수슬러지 고화물 복토구의 유기물 함량의 증가폭이 가장 우수하였다. 6. 간척지 토양에 하수슬러지 고화물 처리는 토양 무기양분의 공급, 염류의 상향이동 완충 효과, 작토층 및 근권확대로 인한 지하경의 정상적인 번식이 이루어져 원지반토에 비해 에너지작물 생육이 우수하여 하수슬러지 고화물처리는 토양복토재로써 간척지 토양의 화학성 및 물리성 개선에 효과적이었음이 확인되었다.

본 연구는 수도권 매립예정 간척지 중 대규모의 유휴지에 농촌진흥청 국립식량과학원에서 특허 출원한 물억새의 일종인 거대억새1호, 간척지 자생 물억새 및 자생 갈대의 에너지 작물을 바이오에너지 생산 목적으로 쓰레기 매립 예정지에서 재배한 최초의 연구로서 매립예정 간척지의 적응성 및 활용가치가 높은 에너지 작물을 선정함과 동시에 간척지 토양의 하수슬러지 고화물 처리로 인한 에너지 작물의 생육 상태 모니터링 및 토양화학성의 변화를 조사하였다. 1. 각 시험구의 토양 pH범위는 6.7~8.3이었으며 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구는 원지반토보다 낮은 pH를 나타내었다. 원지반토의 염농도는 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구에 비해 높은 치환성 나트륨 함량을 보이며 높은 염농도를 나타내었다. 2. 하수슬러지 고화물 처리구의 토양 유기물 함량은 재식 초기에는 원지반토에 비해 4배와 7배 높았고, 생육후기에도 2.9~5.6%로 원지반토의 0.75%에 비해 많았다. 3. 각 시험구의 에너지 작물 생육조사결과 거대억새1호가 다른 에너지 작물에 비해 간척지 토양에 하수슬러지 고화물을 투입한 시험구에 대한 적응력이 우수한 것으로 판단되었다. 4. 간척지에 하수슬러지 고화물의 투입으로 인하여 염해 완충능이 향상되는 등 토양이화학성이 개선되었으며, 에너지 작물의 생육이 원지반토에 비해 양호했던 점을 보아 매립예정 간척지의 토양 복토제로서 활용 가능성을 확인하였다. 5. 각 시험구의 에너지 작물 수확 후 마른줄기 수량을 조사한 결과 거대억새1호는 타 에너지 작물에 비해 가장 높은 바이오매스량을 나타내며, 거대억새1호는 바이오에너지 생산을 위한 최적의 에너지 작물임을 확인하였다.