Phosphorus (P) is a limited, essential, and irreplaceable nutrient for the biological activity of all the living organisms. Sewage sludge ash (SSA) is one of the most important secondary P resources due to its high P content. The SSA has been intensively investigated to recover P by wet chemicals (acid or alkali). Even though H2SO4 was mainly used to extract P because of its low cost and accessibility, the formation of CaSO4 (gypsum) hinders its use. Heavy metals in the SSA also cause a significant problem in P recovery since fertilizer needs to meet government standards for human health. Therefore, P recovery process with selective heavy metal removal needs to be developed. In this paper some of the most advanced P recovery processes have been introduced and discussed their technical characteristics. The results showed that further research is needed to identify the chemical mechanisms of P transformation in the recovery process and to increase P recovery efficiency and the yields.

Phosphorus is an essential and irreplaceable element for all living organisms and its resource is limited. Significant amount of used phosphorus is collected in sewage treatment plant as sludge. Sludge ash after incineration contains about 10% of phosphorus in dry mass basis, which is comparable to phosphate rocks, and it is an important source of phosphorus recovery. Acid and alkali were used to leach phosphorus from sludge ash and compared for their leaching kinetics and performance. Phosphorus leaching by NaOH was fast and 0.2 N and 2 N NaOH leached 49% and 56% of the total phosphorus in the sludge ash at the L/S ratio of 100. Phosphorus leaching by sulphuric acid and hydrochloric were very fast and most of the phosphorus was leached in 5 minutes. In case of sulphuric acid 95% of the total phosphorus in the sludge ash was leached by 0.2 N at the L/S ratio of 100 and 93% was leached by 1 N at the L/S ratio of 10. 1 N hydrochloric acid leached 99% of the total phosphorus at the L/S ratio of 10. The results showed acids were more effective than alkali for phosphorus leaching from sludge ash and hydrochloric acid leached more phosphorus than sulphuric acid.

신재생 에너지의 활용 및 폐기물 순환을 통한 재활용에 주목하는 전세계적인 요구에 힘입어 바이오매스 및 생활환경 폐기물을 연료로 발전하는 SRF 발전에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 화석연료의 고갈과 각종 폐기물의 증가로 SRF 발전에 대한 수요는 점차 증가할 것이라 예상된다. 다만, 정제된 화석연료의 사용 대신 각종 폐기물을 연로로 활용하기 때문에 이로 인해 발생하는 연소 생성물에 의해서 다양한 문제들이 발생되고 있다. 특히 보일러 시스템 내에서의 보일러 관에 각종 연소 생성물이 부착되는 파울링 현상은 연속 운전 시간 및 에너지 효율 측면에서 극복해야할 대표적 난제이다. 본 연구에서 우리는 현장에서 채취한 각종 소각재 및 파울링 현상으로 인해 발생하는 보일러 관 표면의 클링커에 대한 구성 물질 분석결과들을 통한 회귀분석과 동시에 시뮬레이션을 통해 각 구성 물질의 함량 변화에 따른 소각재 및 클링커의 녹는점 변화에 대해 분석하였다. 이를 통해 파울링 현상에 영향을 미치는 인자들을 구별하고 이에 따른 해결법을 제시하고자 한다.

이산화탄소는 주요 온실가스이며 의심할 여지없이 지구 온난화의 주범이다. 대기의 이산화탄소는 대부분 전기 발전에 사용되는 화석 연료의 연소에 의해 고농도화 되는데, 기후 변화의 억제를 위해서는 대기로부터 이산화탄소를 포획 및 격리가 필수적이다. 한편, 발전소의 소각재는 전기 수요가 증가함에 따라 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 소각재의 증가에 따라 소각재를 활용한 폐기물 자원순환에 관한 관심이 증가하고 있다. 일반적으로 순환 유동층 연소 방법에서는 탈황반응을 위하여 석회석을 인위적으로 첨가하게 되는데, 이 경우, 탈황 반응에 관여하지 않는 잉여 성분은 소각재 중에 CaO 화합물의 형태로 존재한다. CaO와 이산화탄소의 가역적인 반응은 이산화탄소를 제거하는 매우 유망한 방법이다. 특히 상온 상압에서 이루어지기 때문에 매우 경제적이라 할 수 있다. 현재 이와 같은 반응을 토대로 소각재를 이산화탄소와 반응시켜 복합탄산염으로 제조하여 시멘트의 원료로 사용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 대부분의 연구는 다량의 물을 사용하기 때문에 취급이 어렵고, 건조를 위해 많은 에너지가 소모 되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 에너지 고효율 공정을 위하여 반건식 복합탄산염 제조를 연구하였으며, 정량분석을 통해 수분의 양이 발전소 소각재의 이산화탄소 포집 특성에 미치는 영향을 연구하였다.

도시생활폐기물소각재(MSWI ash)을 매립하게 되면 장기적으로 중금속이 침출된다. 급속탄산화를 통하여 MSWI ash 내의 중금속을 탄산염 형태로 고정하여, 중장기적으로 침출을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 급속 탄산화 방법을 통하여 소각재인 fly ash의 중금속 저감 및 이산화탄소 저감에 대해 수행하였다. NH4OH, NH4SCN, 및Ca(OH)2를 이용하여 test 하였으며, 소각재의 중금속을 탄산화 전, 후를 비교하여 중금속이 침출량을 비교 하였다. 추가적으로 이산화탄소가 fly ash에 포집된 이산화탄소 저감량을 나타내면서 이산화탄소 흡수제의 재사용 가능성을 확인하였다. 흡수제를 재생하는 과정에서 나온 CO32-이온에 의해 탄산화 된 금속염들의 성분 분석을 위해, XRD (X-ray diffraction analyzer(Ultima Ⅳ))를 사용하였다. 그리고 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope, JEOL-7800)으로 filtering후 건조시킨 샘플과 fly ash의 표면구조를 촬영하고 비교하였다.

산업이 가속화됨에 따라 범지구적 환경문제인 지구온난화에 대한 관심이 나날로 증가하고 있다. 온난화의 원인으로는 온실가스로 밝혀졌으며, 그 중 이산화탄소는 산업 활동에 의해 대량으로 배출되므로 온난화의 주범으로 꼽히고 있다. 광물탄산화 기술은 칼슘과 마그네슘 등의 금속산화물과 이산화탄소를 반응시켜 안정하게 저장하는 기술로 천연광물, 알칼리성 산업부산물 등이 주로 사용된다. 알칼리성 산업부산물 중의 하나인 제지슬러지소각재(Paper Sludge Ash, PSA)는 칼슘 함량이 25-70%로 높고, 입자크기가 10-100㎛로 미세하여 광물탄산화에 유리하다. 본 연구에서는 PSA의 칼슘을 구연산나트륨(Na3C6H5O7)으로 용출한 뒤 그 용출액에 이산화탄소를 저장하고자 하였다. 실험은 PSA의 성분을 분석한 후 칼슘 용출반응과 탄산화반응으로 나누어 실시하였고, 칼슘 용출반응은 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.5M의 용제농도와 1, 2, 5g/50mL의 고액비(Solid to Liquid ratio) 조건에서 진행되었다. 탄산화 반응은 용출반응에서 도출한 용제 농도 0.3M, 고액비 1g/50mL에서 1L의 용출액을 제조하여 이산화탄소 유량 0.1L/min으로 30분 동안 이루어졌고, 일정한 시간 간격으로 용액을 채취하여 칼슘농도 및 pH 변화를 관찰하였다. 이산화탄소를 주입하는 동안 pH가 초기 약 13.4에서 20분 이내에 9.38까지 서서히 감소하였다. 그리고 칼슘 농도가 초기 4283mg/L에서 10분 이내에 2713mg/L로 감소하면서 흰색 고체가 생성되었다. 그러나 탄산화반응 시간이 10분보다 길어지면서 생성된 고체가 모두 재 용해되어 회수할 수 없었다. 따라서 고체의 용해를 방지하기 위해 용액의 칼슘 농도가 증가하는 시점에서 이산화탄소 주입을 중지한 후 일정 시간 동안 방치하고, 생성된 고체를 회수하여 X-선 회절분석을 통해 확인하였다. 결과적으로 10분 동안 이산화탄소를 주입한 후 30분간 방치했을 때 약 7.33g의 고체를 회수하였고, 대부분의 고체는 calcite 형태의 탄산칼슘임을 확인하였다. PSA와 구연산나트륨을 이용하여 저장한 이산화탄소의 양은 약 161.3kg CO2/ton PSA이었다. 실험에 사용된 추출 용제인 구연산나트륨은 칼슘과 반응하여 다음과 같은 착물을 형성할 수 있다. 2Na3C6H5O7 + 3CaO + 3H2O → Ca3(C6H5O7)2 + 6NaOH 위 반응식에 따라 PSA로부터 효과적으로 칼슘이 용출될 뿐만 아니라 용출액의 pH가 높아 추가적인 알칼리물질 주입이 없더라도 탄산화 반응에 매우 유리하다.

석탄은 매장량이 풍부하고 발전용 연료로서 가격이 저렴하지만 연소시 발생하는 각종 오염물질과 고체연료로서 취급의 곤란성이 문제시 되고 있다. 따라서 석탄을 이용하는 방법을 환경적으로 안정되고 취급이 용이하도록 하기 위하여 연구되고 있는 기술을 전체적으로 CCT(Clean Coal Technology)라 한다. 그 중 석탄과 중유를 분쇄기로 혼합분쇄 후 첨가제를 가해 만들어 기름과 같이 취급할 수 있는 기술을 COM(Coal Oil Mixture)라고 한다. 본 논문에서 사용되는 중유혼소 소각재가 바로 COM을 사용한 발전소에서 생성되는 소각재이다. 본 연구는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 재료들의 결합 및 충진 역할을 위해 가장 일반적으로 사용되고 있는 시멘트를 배제하고, 그 대신 중유혼소 소각재, 고로슬래그 미분말, 탈황 석고 등 순환자원을 복합적으로 이용하여 보다 경제적이고 친환경적인 비가열 순환아스팔트 콘크리트 채움재를 개발하는 것이 그 목표이다. 중유혼소 소각재 및 고로슬래그 등의 비결정질 물질은 시멘트와 달리 자체적으로 물과 수화반응을 하지 않지만, 수산화물 또는 황산염과 같은 자극제의 첨가에 의해 비결정질 입자의 불규칙적 3차원 쇄상결합이 절단되면서 망상구조체 내부에 함유된 Ca2+, Mg2+, Al3+ 등의 수식이온들이 용출되어 시멘트와 같은 경화특성을 갖고있는데, 본 논문은 이점에 착안하여 산업부산물인 중유혼소 소각재, 고로슬래그, 탈황석고 등을 결합재 및 자극제로 이용하여 최적배합을 도출해 냄으로써 시멘트의 사용을 완전히 배제하고 고온의 소성과정 없이 상온에서 제조가 가능한 무기결합재를 개발하고 이를 비가열 아스콘 결합재로 활용하는 것이다. 본 연구는 KS L 5105에 명시된 시험방법으로 실험하였으며 중유혼소 소각재, 고로슬래그, 탈황석고의 배합에 따른 압축강도를 시험하였으며, 각각 배합의 flow를 13.5±0.5mm로 고정하여 실험하였다. 그 결과 고로슬래그와 탈황석고의 비율을 1:1로 고정하고 중유혼소 소각재의 혼입비를 증가시킬수록 압축강도는 감소하였으나, 중유혼소 소각재의 혼입량을 고정하고 고로슬래그와 탈황석고의 비율을 조절한 경우 고로슬래그의 혼입량에 비례하여 압축강도가 증가하였다. 본 실험을 토대로 경제성을 비교하여 중유혼소 소각재를 활용한 최적의 비가열 순환아스팔트 콘크리트 채움재 배합을 도출하였다.