간행물
한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
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2014년 추계학술발표회 논문집 (2014년 11월) 142건
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2014.11
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현대문명은 많은 의약품 및 식료품을 발효공정을 통해 생산하고 있다. 이 과정에서 다량의 발효균체 폐기물이 발생되는데 이는 매립, 소각, 해양투기와 같은 다양한 방법들로 처리되고 있다. 그러나 처리방법 중 가장 큰 비중을 차지하던 해양투기가 런던협약으로 인해 전 세계적으로 금지됨으로 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 발효균체 폐기물 처리에 대한 새로운 해결방안이 도출해야 하는 상황에 직면하였다. 발효 폐기물 처리에 효과적인 방법으로 최근 대두되고 있는 것이 발생한 폐기물들을 흡착소재로 사용하여 적용하는 생체흡착 기술이다. 생체흡착 기술은 일반적으로 버려지는 죽은 생물들이나 자연에서 발생하는 부산물들을 그대로 이용하여 폐기물 처리비가 들지 않는 경제적인 장점이 있다. 그러나 지금까지의 생체흡착연구는 대부분 특정 금속에 결합력이 우수한 천연바이오매스를 선발하는데 그쳤다. 본 연구에서는 그보다 더 나아가 흡착 가능성을 보인 천연바이오매스의 적절한 개질을 통해 상용화 되어 있는 이온교환수지 보다 더 뛰어난 흡착제를 제조하였다. 그리고 이렇게 만들어진 흡착제를 특정 금속이 아닌 다양한 산업에서 발생되는 중금속, 희귀금속 및 비철금속 등에 대한 각각의 흡착 성능을 보았으며, 현장 적용을 위한 온도 및 다른 이온들의 저해 현상 등을 조사하였다. 본 연구는 기존 연구에서 루테늄 회수에 효과적인 성능을 보였던 발효 폐기물(C.glutamicum)을 polyethylenimine(PEI)로 개질을 통해 만든 흡착제를 이용하였다. 이 흡착제는 기존 이온 교환 수지보다 10배 이상의 고성능을 가진 것으로 조사 되었다. 실험 대상은 Cd(II), Cr(VI), As(V), Mn(VII), ClO4-, PO42- 등 환경에 피해를 주는 물질들과 Au(I)와 같은 경제적 가치가 높아 회수해야 하는 회수해야 하는 희귀금속에 대한 흡착성능을 다각적으로 평가하였다. Cd(II)과 같은 양이온 중금속은 흡착제 특성상 흡착성능이 좋지 않은 것으로 조사되었으며 Cr(VI), Mn(VII)은 흡착 기작이 단순 흡착 기작뿐만 아니라 산화-환원과 같은 복합 기작 제거 형태를 보여주었다. As(V), ClO4-, PO42- 는 기존 흡착제의 성능과 비교하였을 때 매우 좋은 효능을 가지는 것을 보여주었다. 한, 대부분의 이온들이 sulfate 및 chloride에 저해를 받았으며, 온도의 효과는 미미한 것으로 조사되었다. 회수대상인 Au(I) 경우 qmax 값은 103.18 mg/g (Langmuir model)으로 실험되었으며 다른 흡착제보다 우수한 성능을 보임을 확인하였다.
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2014.11
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기계공업의 금속 가공 공정에서는 절삭유, 압연유, 신선유 등과 같은 각종 금속 가공유를 사용하고 있다. 성능이 저하된 금속가공유는 폐기처분하게 되는데, 폐액은 금속과 가공유를 함유하므로 소각 처리할 경우 대기오염이 발생할 수 있고, 단순 매립의 경우에는 심각한 토양 오염이 우려된다. 금속 가공 폐수에서 물과 다른 물질을 분리하기 위하여 유수분리 장치 이용, 응집제 사용, 오존 산화 후 가압 부상 등 다양한 방법이 있으나 처리시간 효율이 낮고 처리 장치의 부피가 증가, 운전비용이 증가, 2차 오염유발 등의 문제점이 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 UF(Ultra-Filteration) 분리막 기반의 오일폐수처리시스템을 구축하였다. 분리막 공정은 간소한 설비로 인해 설치면적이 작고, 유입폐수 성상 및 상태변동 등에 비해 비교적 안정적인 처리수질을 확보할 수 있으며, 특히 폐수 중 다량 함유된 Free Oil, Emulsion Oil을 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 운전시스템의 자동화로 인한 무인 시스템의 구축이 쉽고 공정에 투여되는 약품이 기타 화학적 처리방법에 비해 적으며, 공정 운영 시 악취의 발생이 없는 청정기술이다. 본 연구를 통하여 오일폐수처리시스템을 개발하고 추출된 농축오일을 재활용 가능한 네트워크를 구축하였다. 원심디스크, Bag filter, MMF(Multi Media Filter)과 분리막 설비인 UF membrane을 적용하여 설비를 제작하였으며, 장기적인 운전을 통해 막flux 80L/hr*m², 막최고사용압력 3bar, 오일성분 99%, BOD 97%, COD, SS, Fe 89% 이상의 제거 기술을 확보하였다. 추출된 농축오일은 참 발열량이 6,300Kcal/kg 으로 재생유 사용에 적합하였으며 수요처의 재생유 사용량, 필요한 농축유 품질을 확인하고 원활한 재이용 네트워크 구축을 위해 양해각서(MOU)를 체결하였다. 이러한 연구결과를 토대로 오일폐수를 안정적으로 처리/농축하여 폐오일 자원을 순환할 수 있는 네트워크를 구축할 수 있으며, 기존 전량 위탁 처리 되던 비용을 줄여 경제성 제고, 탄소 발생량 억제 등의 저탄소 녹색사업의 적극적인 대응책이 될 것으로 기대된다.
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2014.11
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신재생에너지 공급량은 꾸준히 증가 추세에 있으며 이 중 바이오에너지는 1,334천 TOE로 15.1%에 해당한다. 바이오에너지는 생물유기체를 변환시켜 바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오가스, 매립가스, 바이오액화유 등의 에너지원을 생산하는 것으로 특히, 바이오에너지 원별 발전량을 살펴보면 매립가스가 40.8%로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 바이오가스는 3.8%에 해당하는 38 GWh가 발전에 사용되고 있다. 이번 연구에서는 바이오에너지 중 가스상에 해당하는 바이오가스와 매립가스에 중점을 두어 ‘35년까지의 에너지화 잠재량을 산정하고, 그 잠재량을 최대한 활용하기 위하여 현 여건에서의 방해인자 및 향후 개선 방향성을 제시하고자 한다. 이를 위하여 우선 유기성폐자원 별로 발생원의 특성이 다르고 발생량에 영향을 주는 인지가 각각 다르므로 해당 폐자원에 적합한 모형을 적용하여 발생량을 예측하였으며, 이를 바탕으로 단계별 잠재량 - 이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량, 시장 잠재량 - 을 전망하였다. 폐자원 부문에서 이론적 잠재량이란 해당 폐기물이 모두 수거된다는 전제하에 확보할 수 있는 에너지 총량에 해당하며, 지리적 잠재량은 폐기물 수거율이나 폐자원에너지화 시설이 입지할 수 있는 지리적인 여건을 고려한 잠재량으로 물량 확보 측면이 반영된 것으로 볼 수 있다. 또한, 기술적 잠재량은 현재 기술 수준을 반영하여 에너지 효율 계수 및 가동율 등을 고려한 잠재량이며, 마지막으로 시장잠재량은 실질적으로 보급 가능한 잠재량으로 이미 재활용 등의 타 용도로 사용되고 있는 물량을 제외하고, 향후 정부의 에너지화 정책이나 기술 개발에 따른 비용단가 변화 등을 반영한 잠재량으로 정의할 수 있다. 본 연구에서는 유기성폐자원 (음식물류, 음폐수, 가축분뇨, 하수슬러지)와 매립가스 자원회수 잠재량을 각각 살펴보고 향후 정책적 여건을 반영한 방향성을 제시함으로써 폐자원의 적정 처리 및 고부가가치화를 달성하는 데 기여하고자 한다.
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2014.11
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유리식각 제조공정에서 발생하는 공정오니의 분류 및 처리방법에 대한 법적근거가 애매하고 폐기물 매립지에서 공정오니로 인한 부식 등 2차 환경영향이 발생하였다. 이로 인하여 지역언론 보도와 국회차원의 자료 요청에 대한 대응 일환으로 유리식각 제조공정의 전수조사가 필요하게 되었다. 이에 유리식각 제조업체 8개소에 대하여 국내 처음으로 전수조사를 실시하였다. 전국적으로 구미, 청주, 연기, 천안 등에 제조업체가 분포되어 있으며 반도체 및 전자산업이 발전한 2010년 이후 급속히 성장한 제조업중에 하나이다. 일반적으로 유리식각이란 0.5~0.6 mm 두께의 유리를 불산, 질산, 황산 등 화학반응을 통해 0.1~0.3 mm로 두께를 얇게 만드는 공정으로 정의하며 원리는 식각액으로 불산을 기존 화학물질로 하여 질산, 황산, 염산 등 혼산을 추가로 혼합하여 사용하게 되며 불산과 유리기판(SiO2)이 반응하여 불화규소산(H2SiF6)과 물(H2O)로 변화되면서 슬러지를 형성하고 침전되며 유리기판이 침식되는 것이다. 유리기판 식각두께는 식각액 농도와 공정시간의 조정을 통해 조절할 수 있는데 식각액 농도와 공정시간은 서로 반비례관계이다. 식각 두께를 맞추면서 적정한 식각액 농도와 공정시간의 조절로 품질을 확보하는 것이 식각업체의 경쟁력이라 할 수 있다. 본 연구에서는 국내 유리식각 제조업체에 대한 실태조사를 통해 공정에서 배출되는 폐기물의 유해정도와 국내외 폐기물의 분류 및 처리방법, 그리고 문제점을 파악하고 폐기물 매립지에서 2차적 환경문제 등 유해특성 폐기물의 개선안에 대해 검토하였다. 연구 결과 유리식각 제조공정에서 발생하는 공정오니의 CN, Pb, Hg, TCE, PCE 등은 모두 불검출되었으며 Cr6+, Cu, As는 불검출되거나 미량 검출되어 지정폐기물 판정기준 이내이었다. 반면 공정오니의 pH는 1.7~2.3, 식각 후 발생하는 폐산의 pH는 1.5이하로 강산으로 이에 대한 법적 분류기준 재검토 및 관리가 필요한 것으로 나타났다.
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2014.11
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콘크리트 구조물의 내구성능을 감소시키는 열화에는 여러 가지 요인이 있으나, 가장 빈번하게 발생하는 요인 중 하나가 탄산화이다. 이러한 탄산화를 방지하기 위해 표면보호재를 활용하기도 한다. 한편 유황의 부산량은 정유산업 등의 국내 산업발달과 더불어 증가하고 있으며, 내화학성이 뛰어나 콘크리트의 표면보호재로 적합하다 판단된다. 따라서 본 연구에서는 산업부산물인 유황을 개질화하여 제작된 유황폴리머를 사용하여 콘크리트 표면보호재로 활용하기 위한 연구의 일환으로 탄산화저항성 평가를 수행하였다. 본 연구에서는 국내 S정유사에서 부산된 유황폴리머(sulfur polymer, SP)와 채움재로는 FA(fly ash)와 규사(silica sand)를 사용하였다. 배합은 유황폴리머만을 사용한 배합을 Plain으로 하여, 채움재를 유황폴리머 중량의 20% 치환하였다. 채움재의 종류에 따라 FA를 사용한 FA, 규사를 사용한 SS, 규사와 FA를 10%씩 치환한 FS로 총 4가지 배합에 대하여 실험을 수행하였다. 배합한 표면보호재를 120℃에서 용융하여 100 × 100 × 100 mm의 콘크리트 공시체의 한 면에 도포하여 7일간 양생하였다. 그 후 측면과 밑면을 에폭시 수지로 밀봉하여 온도 20 ± 2℃, 상대습도 65 ± 10%, CO2 농도 5.0%로 설정된 탄산화 시험기에서 28일간 촉진탄산화를 진행하였다. 촉진탄산화 수행결과, 표면보호재를 도포하지 않은 공시체의 탄산화 깊이는 12.16 mm로 측정되었으며, Plain 배합에서는 1.31 mm로 약 90%의 중성화 깊이 감소를 나타내었다. 하지만 FA 배합에서는 3.36 mm로 채움재가 오히려 탄산화 저항성을 감소시키는 것으로 나타났다. SS 배합과 FS 배합에서는 각각 0.73 mm, 0.96 mm로 측정되어 탄산화 저항성을 증가시키며, KS 기준인 1.0 mm 이하를 만족시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 유황폴리머를 활용한 표면보호재의 탄산화저항성은 규사를 채움재로 사용하는 것이 가장 효과적이며, 규사와 FA를 같이 사용한 배합도 우수하다 판단된다.
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2014.11
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자원순환사회란 사람의 생활이나 산업활동에 필요한 제품･원료･재료･용기와 에너지 등의 생산･유통･소비･폐기 등 모든 과정에서 사회구성원이 함께 노력하여 폐기물의 발생을 억제하고 발생된 폐기물은 물질적으로 또는 에너지로 최대한 이용함으로써 천연자원의 사용을 최소화하는 사회로 정의하고 있다. 이를 위하여 시장 메커니즘적인 폐기물 매립･소각부담금제를 도입하여 재활용 가능한 자원의 단순 소각 및 매립을 제로화하고 자원과 에너지를 최대한 선순환하는 사회를 형성시킴으로써 미처리된 폐기물의 매립 Zero화를 구현하고자 하는 것이다. 즉, 자원순환사회를 구축함으로써 환경･자원의 위기에 능동적으로 대처하고 자원생산성의 제고를 통하여 국가경쟁력을 향상시키는데 그 목적이 있다. 현 정부의 자원순환분야 국정과제 실천방안에 의하면 매립 폐기물 중 에너지화를 포함하여 재활용가능한 56%를 대상으로 2020년까지 매립 제로화를 추진함으로써 약 1,011억원의 환경오염 비용 저감효과는 물론 단위 면적당 폐기물 발생량의 저감, 매립지 사용 기한의 연장을 목표로 하고 있다. 자원순환사회가 정착된 EU의 제도를 살펴보면 폐기물 관리의 우선순위를 폐기물의 사전예방, 폐기물의 재생, 폐기물의 건전한 최종처리로 설정하고 그 실천규정으로 Framework Legislation: The Waste Framework Directive 2008/98/EC, Waste treatment operation: The Landfill Directive 1999/31/ EC, Specific waste streams: The Battery Directive 2006/66/EC 제정하였다. 일명 매립세(landfill tax)라 불리우는 폐기물부담금이란 자원순환사회를 구축하기 위하여 에너지 안보 및 기후변화 대응, 그리고 폐기물 에너지화 정책을 추진하고자 할 경우, 사업장 폐기물 부문에서 폐기물 에너지화 시설 구축 및 확충과 관련 기술 업체에 대한 지원이 필요하며 이를 위한 재원 마련방법이다. 본 연구에서는 우리나라 폐기물발생 통계자료를 이용하여 매립되는 폐기물 중 재활용 가능한 폐기물의 발생량 및 선진국의 폐기물 관리 정책에 대하여 검토하였으며, 또한 폐기물부담금제를 도입하기 위해서 고려되어야 할 정책도입의 우선순위 결정, 도입효과 및 문제점 검토, 다른 세금 및 부담금과의 중복성 검토, 대체 또는 병행정책 검토, 그리고 적정 매립부담금 수준 등의 요소에 대하여 세부적으로 검토하였다.
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2014.11
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2007년 10월 이후 국회, 언론 등에서 시멘트의 중금속으로 인한 건강영향, 시멘트 공장주변 환경악화 등이 문제로 제기되어 환경부에서는 시멘트 소성로 환경관리 개선계획을 수립하여 추진하였다. 개선계획의 일환으로 국립환경과학원 주관 하에 시멘트 관련 중금속 등에 대한 민관합동조사를 실시(2007년 12월~2008년 3월)하여 발표하였다. 또한, 시멘트 중 유해물질 관리를 위해 소성로 폐기물 사용․관리 기준에 관한 자발적 협약을 체결(2009년 3월 4일)하는 등 개선을 위한 노력을 기울이고 있다. 아울러, 시멘트 제품의 안전성에 대한 정보공개가 미흡하고 분석 기관별로 중금속 농도 차이가 나 유해성 여부 판단이 곤란하다는 문제점이 제기되어 2008년 8월부터 매월 1회 국내 시멘트 제품 시료를 채취하여 시멘트 제품 중 중금속의 유해성을 모니터링하고 그 결과를 매월 공개하고 있다. 따라서, 본 연구는 현재까지 시멘트 중금속(Cu, Cd, Pb, As, Hg, Cr(Ⅵ)) 모니터링 결과를 제조사별로 농도변화 추이를 파악하고, 시멘트 제품의 농도수준을 비교하여 그에 따른 영향을 평가하고자 한다.
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2014.11
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지구온난화 및 에너지 자원고갈 등으로 신재생에너지의 중요성이 대두되면서 폐자원에너지화를 위한 가연성 폐기물 고형연료화, 소각열 회수를 통한 지역난방이나 전력생산 등에 전세계적으로 많은 투자가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 소각시설의 효율적 폐열회수를 통한 최적 전력생산 조건을 도출하고자 일부 소각처리시설의 보일러 운전 조건에 따른 에너지회수 효율을 비교 분석하였다. 연구결과, 국내･외 소각시설의 폐열회수 및 전력생산에 대한 사례 조사를 통해 온도, 압력, 발전량에 따른 실제 스팀생산 가능량을 확인할 수 있었으며, 낮은 소각 이용 효율에 대한 경제적 손실 방지조건을 도출할 수 있었다. 또한 모델링을 통하여 효율 향상을 위한 최적 설계의 근거치를 산출 제시할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 국내 소각처리 시설 운영 비용절감 및 에너지 회수율 향상을 위한 최적 설계에 필요한 방법론 도출과 데이터 산출의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
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2014.11
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국내에서는 매년 약 1900만 톤가량의 항만준설토가 발생하고 있다. 항만공사과정에서 발생되는 준설토는 대부분 투기장 매립재로 활용되고 있으나, 정기적인 항로유지 준설 및 오염해역 준설사업에서 발생되는 준설토는 육상 투기장에 매립하거나 외해에 투기하는 방법으로 처분하고 있다. 이러한 투기장은 반면, 국제적으로 폐기물의 외해투기가 해양생태계에 미치는 악영향으로 인하여 금지되는 추세를 보이고 있으며 육상의 매립지 조성이 곤란하기 때문에 준설토의 적절한 재활용 방안 및 투기 시 해양생태계에 미치는 영향을 정량적으로 검토하는 연구가 수행되고 있다. 그러나 우리나라의 경우 아직까지 준설토의 오염현황 파악 및 정부 차원의 준설토 재활용을 위한 정책 및 오염 준설토의 유효한 관리 방안이 없는 실정이다. 따라서, 본 연구자들은 준설토의 중금속 제거를 위하여 각 해역 중에서도 중금속의 함량이 비교적 높은 영도 남항의 준설토를 대상으로 연구를 진행하였다. 먼저, 중금속의 제거를 위하여 비중선별을 실시한 결과, 비중이 작아질수록 중금속 제거율이 높아지는 경향이 나타났다. 이 후 중액선별을 이용하여 중금속이 농축된 부분을 대상으로 XRD 분석을 실시한 결과 Fe2O3, CuFe2O4 등 중금속이 철과 공존하여 존재하는 것으로 나타나 500~5000Gauss로 자력의 세기를 변화하여 자력선별을 실시한 결과, 자력의 세기가 증가할수록 제거효율이 증가하는 것으로 나타났고, 효율이 가장 높은 5000Gauss일 때 Fe, Cu, Pb, Zn의 제거율이 각각 약 30, 27, 28, 16%로 나타났다.
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2014.11
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화력발전소에서 2011년 약 123백만톤의 석탄을 소비하고 있다. 이 석탄을 연소하는 과정에서 석탄회가 발생되는데 이러한 석탄회는 Fly Ash(비산재)의 형태로 배가스와 함께 배출되거나 Bottom Ash(바닥재)의 형태로 보일러 하부에 잔류하게 된다. Fly Ash는 그 크기가 대략 10-30 μm으로 발생량은 시스템에 따라 다르나 전체회 발생량의 약 80~85%를 차지하며 나머지 약 15~20%에 상당하는 석탄회는 대략 1~2.5mm 크기의 Bottom Ash로 보일러 하부에 모인다고 보고되어 진다. 이러한 석탄회의 발생량은 계속 증가하여 2007년에는 한국의 석탄회 발생량이 620만톤이었지만 2011년에는 910만톤으로 증가하는 추세이다. Fly Ash는 전기집진기나 여과 집진기 등에서 배가스로부터 분리되어 콘크리트 혼화재나 시멘트 클링커 등으로 재활용되고, 보일러 하부에 모인 Bottom Ash는 Grinder로 분쇄 후 해수를 이용하여 대부분 회사장으로 폐기되고 있다고 보고되어 진다. 이와 같이 재활용되지 못하고 폐기되는 석탄회는 여러 가지 환경문제를 야기하고 있어 이의 재활용률을 높이고자 많은 연구와 개발이 수행되었다. 하지만 국내 석탄회의 재활용은 대부분 Fly Ash의 재활용에 의한 것으로서 Bottom Ash의 재활용은 매우 미미하며 대부분 회사장으로 폐기되고 있는 실정이다. 본 연구자는 회사장에 폐기되고 있는 Bottom Ash를 대상으로 미연탄소를 에너지자원으로 회수 하기 위하여 Bottom Ash 내의 미연탄소 회수 연구를 진행하였다. Bottom Ash내에 함유되어 있는 미연탄소를 비중분리와 체가름, 자력선별 등 물리적선별을 통하여 3283cal/g로 달성하였으며, 이후 물리화학적 선별인 부유선별을 통하여 pH변화, 기포제 첨가량 변화, 포수제 첨가량 변화, 광액의 농도, 부유시간에 따라 실험을 진행해본 결과 회수된 미연탄소가 5000cal/g을 넘는 부유물을 회수할 수 있었다.
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2014.11
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폐광산 주변의 토양은 가까운 거리에 위치하고 있는 폐광산 지역 혹은 광물찌꺼기 적치장으로부터 광물찌꺼기나 폐석들이 유입되어 중금속에 오염되는 경우가 많으며 그 중 비소로 인한 오염이 가장 심각한 것으로 알려져 있다. 현재 환경부, 농림축산식품부 및 지자체 등에서 토양오염 개량 및 복원사업 요청이 지속적으로 증가하고 있는 추세이며 오염토양 복원 기술로는 토양오염도에 따라 표토 삭토, 심토 안정화처리 및 차단층 설치 등의 토양안정화 기술이 사용되어지고 있다. 그러나 본 연구자들은 토양으로부터 원천적인 중금속제거를 위해 부유선 별법을 적용하였으며 부유선별에 앞서 오염토양의 산화환원전위 연구를 진행하였다. 본 연구에서 사용된 시료는 주변 광미댐으로부터 광물찌꺼기가 유입되면서 FeAsS(Arsenopyrite)가 함께 유입되어 비소로 오염된 토양을 대상으로 하였다. 따라서 FeAsS의 Eh-pH Diagram을 통하여 FeAsS표면의 존재형태를 예측하고 부유선별에 적용하기 위하여 부유선별시 광액의 산화환원전위의 변화를 관찰하였다. pH별 부유선별 결과, Fe-As-S-H2O pH-Eh Diagram 상에서 FeAsS의 표면이 Fe2+에서 Fe3+로 변화하고 Fe(OH)3로 침전되는 경계선에 위치한 구간에서 실시한 부유선별의 비소제거율이 각각 83.41%와 83.24%로 제거효율이 높았으며 반면에 FeAsS의 표면이 완전히 Fe(OH)3이 되는 구간에서의 부유선별은 비소제거율이 50% 이하로 크게 감소하는 경향을 확인하였다. 포수제로 사용한 K.A.X 첨가량에 따른 부유선별에서는 K.A.X첨가량이 증가할수록 Eh값이 감소하였으며 FeAsS표면에 Fe2+와 H3AsO3가 존재하는 pH 6, Eh -62mV 구간에서 비소제거율이 87.67%로 가장 높았다. 최종적으로 토양 내에 존재하는 FeAsS(Arsenopyrite)의 제거를 위한 부유선별에서 FeAsS표면이 Fe2+에서 Fe3+로 변화하여 Fe(OH)3로 변하는 경계구간에서 Xanthate음이온의 표면흡착이 잘 이루어짐에 따라 비소제거효율이 증가한 것으로 사료되어진다.
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2014.11
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나노물질의 사용은 계속 증가하는 추세이며, 이로 인해 나노물질이 환경 내에서 미치는 영향에 대한 관심이 많아지고 있다. 다양한 나노물질들 중 탄소나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 반도체, 배터리, 스포츠용품 등 다양하게 활용되고 있는 대표적인 탄소계 나노물질로, 현재로서는 특별한 배출 기준이 없는 실정이다. 탄소나노튜브는 분산되어 자연계로 유출될 수 있으며, 특히 대부분이 매립으로 최종 처분될 가능성이 높아 매립지내 유출가능성에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 주상실험(Column test)을 통해 매립지 점토차수층에서의 유출을 모사하여 탄소나노튜브의 거동을 연구하였다. 점토차수층은 수도권매립지에서 사용하고 있는 원지반토를 이용하였다. 다짐시험을 통해 원지반토의 최적함 수율을 구한 후, 이를 컬럼 내부에 3 cm 깊이로 다짐하여 점토차수층을 모사하였다. 탄소나노튜브를 이용하여 주상실험을 진행하기 이전에 증류수를 이용해 컬럼을 안정화하였으며, 안정화된 후의 투수계수는 7.95×10-7 cm/sec로 매립지 점토차수층 기준인 10-7 cm/sec이하보다는 다소 높은 값이었다. 탄소나노튜브는 2.5-3 mg/L의 농도로 제조된 분산액을 이용하였으며, 탄소나노튜브의 농도 측정에는 UV-vis (Optizen 2120UV, Mecasys)를 이용하였다. 추가적으로 pH의 변화에 따른 탄소나노튜브의 유출영향을 분석하기 위해 분산액의 pH를 5-8의 중성범위로 조절하여 약 10 PV (pore volume)의 분산액을 통과시키면서 유출되는 탄소나노튜브의 농도를 측정하였다. 8일(10 pore volume에 해당)동안 진행된 실험에서 점토차수층을 통해 파과(breakthrough)된 다중벽 탄소나노튜브는 관찰되지 않았으며, 본 실험의 pH 조절 범위 내에서는 다중벽 탄소나노튜브의 파과가 관찰되지 않았다. 실험이 종료된 후 컬럼을 해체하여 점토차수층 시료를 관찰한 결과, 탄소나노튜브가 차수층 상부에 누적되어 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브가 점토차수층을 통과하지 못하였으나, 점토차수층에서의 나노물질 차단을 정확히 검증하기 위해서는 유기물의 존재, 나노물질의 형태 등에 따른 유출 여부 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각된다.
33.
2014.11
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현재 중금속 함유 폐수의 처리는 일반적으로 무기응집제와 고분자응집제를 사용하여 플럭을 생성시키고 생성된 플럭을 침전 제거하는 응집-침전 공정을 통해 진행되고 있다. 그러나, 응집-침전 공정의 처리 효율은 제거하고자 하는 중금속을 무기응집제를 사용하여 플럭화시키는 응집공정을 통해 생성된 입자(중금속 수산화물)의 입도 분포와 표면전하에 따라 좌우되며, 통상적으로 처리 효율을 확보하기 위해 무기응집제 외에 고가의 고분자 응집 보조제를 다량 사용하므로, 과다한 약품 소요량과 슬러지 발생량으로 인해 폐수 처리 비용 부담이 높은 실정이다. 특히 10 μm 이하의 입자는 침전이 용이하지 않으므로 중금속 수산화물(5-10 μm)에 적합하지 못하며, 응집제 다량 투입 및 고분자 응집보조제 사용을 통해 입자 크기를 키우더라도, 입자의 일부가 침전되지 않고 월류하여 방류기준을 초과하는 경우가 다수 발생하고 있다. 방류수로 월류되는 중금속 농도를 제어하기 위하여 응집-침전공정 후에 여과공정을 후단에 설치하는 경우가 있지만 여과기의 손실수두 증가 및 역세기간 및 역세빈도가 증가하여 유지관리에 어려움이 많아 도금폐수를 비롯한 금속폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 대체 공정 개발이 절실하다. 본 연구에서는 중금속폐수에 수산화나트륨(NaOH)을 주입하여 pH 조절을 통해 폐수 내의 중금속을 수산화 이온의 반응을 통해 수산화물 입자로 변환시켰으며, 이를 2.5 μm 구경의 필터로 여과하여 액체로부터 분리하여 최적의 제거 효율을 얻은 결과를 토대로 자체 제작한 모듈을 이용하여 pilot-scale에서 막분리를 실시하였다. 그 결과. 응집제 투입 없이 pH 조절만으로 90% 이상의 중금속 제거 효율 달성이 가능하였으며, 청정 지역 기준 폐수 배출 허용 기준(Cu 1 mg/L 이하, Zn 1 mg/L 이하, Ni 0.1 mg/L 이하)를 모두 만족하였다. 막투과 플럭스의 경우 884-2916 L/m²･hr을 보여주었으며, 95.9-100% 의 recovery 효율을 보여주었다.
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2014.11
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최근 세계적으로 원유정제의 증가 및 탈황기술의 발달로 인하여 유황발생량에 대한 수급의 차이가 커지고 있으며, 향후 발생되는 폐유황의 다량활용에 대한 대책이 없을 경우 폐기물 처리 및 환경오염으로 인한 경제적 손실이 우려되며 폐유황의 다량 활용에 대한 대책이 시급한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 폐유황 및 석탄바닥재를 이용한 산업용 건자재로의 활용을 위하여 다양한 개질제를 이용한 유황폴리머 결합재(SPC, sulfur polymer cement)의 제조 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 제조된 결합재를 이용한 SPC 모르타르에 대한 성능 테스트를 수행하였다.
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2014.11
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본 연구에서는 액상 탄산화 반응을 통하여 이산화탄소(CO2)를 안정하게 고정화가 가능한 알칼리 토금속인 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 성분을 다량 포함한 산업부산물인 순환골재에 아민계 흡수제를 이용한 액상 촉진탄산화 기술을 통한 개질화 반응에 대하여 고찰하였다. 순환골재는 굵은골재와 잔골재를 이용하여 무기양이온 용출을 위하여 다양한 용출제별 용출농도를 분석하였으며, 그에 따른 탄산화반응을 진행하였다. CO2는 발전소 포집농도인 15vol%를 이용하여 흡수용액인 MEA 5~30wt%에 따른 CO2 흡수량을 분석하였다. 상기의 과정을 통하여 순환골재 활용 CO2 저감량을 평가하였고 개질된 골재를 활용한 건자재 제작의 기초 데이터를 수립하고자 하였다.
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2014.11
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순환자원으로부터 발생하는 리튬이온전지는 원광보다 높은 순도의 Co, Mn, Ni, Li과 같은 유가금속을 함유하고 있기 때문에 이로부터 유가금속을 회수하는 일은 경제적인 관점에서 매우 중요하다. 또한 핸드폰, 노트북, 캠코더와 같은 다양한 전자 장비의 전원으로 널리 쓰이기 때문에 리튬이온전지 사용의 증가는 폐기물의 발생의 증가를 의미하며 중금속 및 유해한 전해액을 함유하고 있어 환경적인 관점에서도 상당히 중요하다. 리튬이온전지 내 유가금속을 회수하는 습식법에 의한 일반적인 방법은 망간을 우선적으로 회수한 후 코발트 그리고 니켈을 회수한다. 이는 상대적으로 고가의 코발트와 니켈을 회수하기 위해 복잡한 공정을 초래한다. 따라서 현 연구는 혼합추출제에 의해 코발트와 니켈을 망간과 리튬으로부터 우선적으로 회수하는 기초 연구를 수행하였다.
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2014.11
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매립지로 반입되는 건설폐기물 중 흙을 포함한 건설폐재류, 파쇄된 폐보드 및 폐콘크리트 등 5mm 미만의 토사류가 전체 건설폐기물 중 약 25% 이상을 차지하고 있다. 이러한 토사류의 재활용 방안 모색을 위하여 식생용 토사로의 활용가능성을 사전 조사한 결과, 토사류 내 포함된 높은 양이온 성분에 의해 전기전도도 및 치환성양이온의 값 등이 높아 강염식물에 한정적으로 적용가능한 것으로 조사된 바 있다. 따라서 이번 연구는 염에 비교적 강한 식물로 알려진 식물종(측백나무, 까치수염, 소국)을 대상으로 혼합비를 달리한 건설폐토사를 적용하여 온실에서의 식생실험을 수행함으로써, 건설폐토사가 식물생장에 미치는 영향을 조사하였다. 측백나무 높이 측정결과 건설폐토사:일반식생토가 30:70, 0:100인 경우 가장 우수한 생장을 보였으며, 50:50, 80:20, 100:0의 순서로 점차 생장이 느려졌다. 까치수염의 경우 식물높이는 일반식생토(0:100)에 심은 경우가 가장 컸으나, 잎크기는 건설폐토사만 적용한 경우(100:0)가 가장 크게 나타났다. 소국의 경우, 초기 식물높이 및 잎크기 등의 생장은 일반식생토에서 가장 우수하였으나, 40일이 경과한 시점부터는 건설폐토사가 혼합된 토사에서의 식물생장이 두드러져, 시간경과에 따라 일반식생토와 유사하거나 일부 혼합비에서는 더 우수한 생장을 기록하고 있다. 향후 지속적인 생장량 관찰 및 식물중량분석 등을 통해 건설폐토사의 적정혼합비를 모색할 예정이다.
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2014.11
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실리콘 웨이퍼 제조용 단결정 성장 공정에서 발생하는 석용 도가니는 사업장 폐기물로서 그 처리방법이 매립이어서 폐기물처리비 및 환경오염 등의 문제점이 있다. 그러나 석영도가니의 성분은 대부분 무기성 물질로 주성분이 SiO2이고 그 함량이 98% 이상인 고품위 실리카이다. 현재 국내에서 요구되는 실리카는 대부분 해외에서 수입되는 것으로 수입된 천연실리카를 다시 정제하여 세라믹 재료 및 건축재로부터 반도체 실리콘을 제조하는 원료까지 다양한 용도로 사용되고 있다. 따라서 사업장 폐기물로 배출되는 석영도가니를 재활용하기 위한 정제 및 고순도화 기술을 개발하여 환경오염 및 폐기물처리비를 저감하고 수입되는 실리카를 대체하고 압전소자, 집적회로(IC)용 원료 및 광학 유리와 반도체 실리콘 제조용 초자류 등과 같이 고순도 실리카를 요구하는 산업에 제공하고자 한다. 연구개발 내용은 폐기물로 배출되는 석영도가니의 성상 및 불순물 특성분석, 석영도가니의 물리적 정제특성 연구, 석영도가니에 함유된 불순물의 화학적 침출 특성 연구, 고순도 실리카 분말 정제 공정 연구, 상용화 plant의 최적 운전조건 및 공정변수 확립이고 연구개발 결과는 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 발생되는 석영도가니는 Multi crucible과 Mono crucible로 나뉘는데 Multi crucible에는 Si3N4(silicon nitride)가 도포되어 있어 Mono에 비해 불순물 함량이 높다. 불순물은 Mono crucible은 Al2O3(0.48 wt%), Fe2O3(0.12wt%), Na2O(0.03 wt%)순이었고, Multi crucible의 경우에는 Al2O3(0.61 wt%), Si3N4(0.38 wt%), Fe2O3(0.11)순이었다.
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2014.11
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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.
40.
2014.11
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국내 건설폐기물의 재활용 촉진으로 인해 순환골재의 사용이 증가되고 상황에서 물의 접근이 용이한 수변지역 등에 순환골재를 사용 시 알칼리수 용출에 의한 토양과 지하수오염의 환경문제가 지속적으로 제기되고 있다. 이러한 환경문제 방지 대안으로 순환골재의 알칼리수 용출 저감을 위한 환경관리기준이 마련되어 있으며 이와 관련해서 2013년 “건설폐기물 재활용촉진에 관한 법률 시행령” 에 따라 “순환골재를 배수층 설치용으로 사용할 때에는 수소이온농도지수(pH) 9.8이하인 순환골재를 사용” 하는 것으로 한정하고 있다. 국내에서는 순환골재의 용출수 저감을 위해 순환골재 생산 시 파쇄, 박리 등의 기술을 이용해 순환골재 표면의 알칼리 용출 요인을 제거하고 있으나 알칼리수 용출수 pH저감 효과가 낮으며, 일부에서는 순환골재 사용 시 반복세척 공정을 적용하고 있으나 이 또한 pH저감 효과가 미미한 것으로 나타났다. 따라서 순환골재의 활용증대와 순환골재 사용에 따른 알칼리 용출수에 의한 환경오염문제 해결을 위해 순환골재 pH저감 기술에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 순환골재에 탄산화반응 처리를 통해 CO2 활용과 용출수의 pH저감특성에 대해 평가하였다. 그 결과 탄산화반응 촉매를 사용하여 탄산화 처리한 순환골재의 용출수는 pH 9.8이하인 것으로 확인되었다. 이에 따라 CO2 활용 탄산화반응 처리한 순환골재는 배수층 설치용도로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
