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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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2013년 추계학술발표회 논문집 (2013년 11월) 257건
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2013.11
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고무와 폐플라스틱의 경우 재활용에 있어서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 단순 소각을 통한 열원이용으로 그 경제성은 매우 형편없는 실정이다. 자원 재활용에 있어서 경제성은 매우 중요한 척도이다. 위와 같은 열원이용은 그 처리규모와 폐자원의 형태 및 기능에 대한 제한은 없지만 초기 시설투자비용이 높고 일차원적 소각처리라는 점에서 경제적으로 많은 문제점을 지닌다. 이에 대한 대안으로 90년대 폐타이어의 가공이용 방법이 부각되기 시작하였고 고무블록 및 매트 제작을 통한 탄성바닥포장 재활용 제품으로 각광받기 시작하였다. 그러나 이 역시 폐타이어 재활용 사업을 고부가가치 사업으로 이끌기에는 부족했으며 중국산 수입 고무 칩의 무분별한 사용으로 인한 인체 유해성 문제로 그 시장이 축소되기에 이르렀다. 타이어의 구성요소인 고무와 강철은 현대 산업사회를 이끌어 가는 중요한 자원으로 이를 재자원화 하는 방안은 매우 시급한 실정이다. 현재 해외 선진사례에서는 폐타이어 고무 칩의 미 분쇄를 통하여 이를 재자원화하는 연구개발이 이루어지고 있다. 특히 폐자원을 활용한 복합신소재 개발은 자동차 부품 및 스포츠 용품, 의료용 소재, 기계부품 등과 같은 다양한 분야에 응용이 시도되고 있다. 본 연구에서는 폐타이어 재활용에 일반적으로 사용되고 있던 Cutting방식에 Shear방식을 도입, 칼날의 모양 및 분쇄드럼 개선을 통하여 기존 분쇄기보다 효율성을 증대시켜 미세 분말(0.5 mm이하) 형태의 고무플라스틱 재생 원료를 생산하는 기술을 개발하였고 또한 폐타이어에 함유된 철심은 재자원화가 가능하도록 하는 분리･선별 process를 구축하였다.
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2013.11
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가축분뇨에는 질소(N)를 비롯한 인산(P₂O₄), 칼리(K₂O) 등 3대 비료성분과 유기물, 기타 작물생육에 필요한 각종 미량물질이 다량 함유되어 있으며, 토양개량제 역할도 함께 담당하여 자원으로 활용할 경우 토양환경 개선과 자연순환 친환경농업 추진이 가능하다. 농촌진흥청 비료관리법 “비료공정규격” 중 “가축분뇨 발효액”은 최소등급만을 제시하고 있어, 공동자원화센터 및 액비유통센터를 통해 생산･유통되는 액비의 품질은 균일하지 않은 실정이다. 향후 가축분뇨의 고품질 액비를 유통하기 위한 “액비품질인증제(LFQC: Liquid Fertilizer Quality Certification)” 의 구축을 위해서는 실제로 현장에서 생산․유통되고 있는 액비품질조사가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 2013년, 국내 가축분뇨 공동자원화센터 및 액비유통센터 약 180여 개소를 대상으로 한 액비 부숙도평가를 통해 채취된 액비샘플을 조사하였다. 액비샘플은 1차적으로 액비 부숙도판정기에 의해 부숙도판정이 완료되었으며, 이때 ‘부숙’ 판정된 액비 중 46개의 액비를 선별하여 비효성분 및 이화학적 성상을 분석하고, 액비의 성분 균일도 등의 특성을 조사하였다. 액비샘플의 비효성분 등 이화학적 성상 평균은 TKN 846 mg/L, org-N 360 mg/L, NH₄-N 316 mg/L, NO₃-N 170 mg/L, P₂O₄ 439 mg/L, K₂O 3,013 mg/로 나타났으며, 중금속의 경우 As 불검출, Cd 0.02 mg/kg, Hg 불검출, Pb 0.05 mg/kg, Cr 0.22 mg/kg, Cu 7.98 mg/kg, Ni 0.44 mg/kg, Zn 23.58 mg/kg로 조사되었다.
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2013.11
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국내에서 발생되는 대표적인 고분자 폐기물은 폐플라스틱과 수지이다. 우리나라는 미국, 독일, 일본에 이어 2005년 기준하여 10,287톤의 플라스틱을 생산하는 세계 4위의 플라스틱 생산국이며 폐고분자의 폐기물 또한 2005년 현재 약 3,968천 톤에 달하지만 재활용률은 32.8%에 불과하다. 열경화성 폐수지의 경우는 가교결합으로 인하여 재성형과 원래의 수지 상태로의 분해가 불가능하여 재활용이 용이하지 않다. 기존의 재생회사의 경우 저부가가치의 저가제품이 주를 이루고 있고, 이를 재생하는데 사용되는 경제적 효율이 낮은 현실이다. 이것은 열분해하여 에너지, 강도보강용 유리 또는 탄소 섬유 등으로 열적 재활용해야 한다. 폐고분자화합물의 재활용은 재질로서의 재활용이 가장 좋은 방법이다. 일반적 재생방법들은 이물질 제거가 가능하고 플라스틱 종류별 분류가 가능한 경우에 한정되어 그렇지 않은 경우는 화학적 재활용이 차선책이다. 화학적 재활용방법은 열분해와 화학적 분해에 의하여 원료 물질을 회수하기 위한 원료화 기술이다. 본 연구에서는 대구시에 소재한 기업에서에서 발생하는 연간 약 3,600톤에 대한 폐고분자화합물을 수거하여 건물 격벽의 건축용 차음재의 원료로 재활용한다. 이를 통해 본사는 신재대비 가격경쟁력을 가지고 폐기물 발생업체는 폐기물 처리비용을 절감하는 산업공생의 사업모델을 만들고자 한다.
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2013.11
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현재 자동차 부품이나 일반 산업용 고무제품의 생산공정에서 발생하는 폐고무 및 EPDM의 발생이 많은 량을 차지하고 있다. 이를 처리하기 위하여 일부는 소각을 통해 폐기 처리됨에 따라 정부시책에 반하는 문제가 발생하며 소각시 발생되는 Gas 유해 성분 등도 문제시 되고 있으며, EPDM을 이용한 제품의 생산, 폐기 단계에 따른 환경부하를 근본적으로 해결하고 비용을 최소화하기 위한 재활용 기술이 이슈화 되고 있다. 국내 재생기술로는 기계적 분쇄공정을 거쳐 분말화하여 레진과 섞어 성형하여 생산하는 방진 관련 제품으로 사용되어지거나 소각연료로 사용됨에 따라 고비용 저부가가치 생산방법이나 처리방법을 사용하고 있는 것이 현실이다. 본 연구에서는 고부가가치의 재생고무생산을 위해 다단식 전단열분해 방식을 통한 내후성이 우수한 자동차용 부품 및 호스 등 내외장재 생산공정을 제안하고 해리기술에 필요한 공정기술을 확립하여 수요처에서 요구하는 재생고무특성을 실현하였다. 첫 번째 시제품은 EDPM Scrap 고무 종류별(Solid/Sponge Type)로 동일 조건의 첨가제로 레시피를 구성하여 생산한 결과 Sponge Type의 경우는 Solid Type 대비 경도가 낮으나 신장률에서 우수함을 나타내었다. 두번째 시제품의 경우, 고상 및 고점도용 첨가제를 개발하여 변량 적용하여 평가한 결과로 첨가제 비율 2, 4, 6%의 변수를 두었을 때 첨가제 비율이 높아짐에 따라 경도는 높아지지만 신장률이 하락하는 경향을 나타내었다. 이를 통하여 수요처에서 요구하는 재생고무 물성에 대응하여 고무의 종류 및 첨가제를 활용한 제품설계에 대한 기준을 마련하였다.
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2013.11
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자동차 부품 등에 많이 사용되어 지는 고무 성형 제품에서 고무와 금속의 이성분접합 공정에서 다수의 불량 성형품이 발생되고 있다. 이러한 불량품을 재활용 할 수 있는 특별한 기술적인 방안이 개발되지 않아 대부분 소각 처리하여 고무를 분리시킨 후 금속은 고철로 처리하는 경우가 대부분이었다. 강한 고온의 열에 의해 금속이 변형되기 때문에 고온 소각 처리 방법으로 고무를 제거하고 금속을 회수하는 공정은 적절한 방법이 되지 않으며 금속 부품의 물성을 변화 시킨다. 고무 금속 이성분 성형품의 재가공 혹은 재처리에 관한 기술적인 보고는 현재까지 상용화 되어 있지 않으며, 소각 처리가 가장 보편화된 기술이다. 따라서 고무 성형 불량품의 재사용을 위한 처리 기술을 확보하고 고주파 열처리, 프레스공정 및 화학적 처리를 통해서 금속의 변형을 방지하면서도 효과적으로 금속과 불량 성형된 고무를 분리 혹은 제거하여 경제적인 손실을 최소화 하고자하는 것을 본 연구의 목적으로 한다. 이를 위해 성형불량과정에서 발생하는 이성분 폐부품의 효과적인 재활용을 위해서 물리화학적인 방법을 개발하여 분리 세정하는 기술을 확보하고, 불량 성형품의 재처리 공정은 고주파 열처리, 프레싱, 용제 세정제를 통한 재생공정을 실시하여, 기존의 소각 및 폐기되던 불량 성형품을 금속소재의 변형 없이 재활용 혹은 재사용 가능한 소재로 재생하였다.
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2013.11
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최근 제품의 전 과정에 대한 환경부하 저감에 관한 환경규제, 생산자 확대 책임제도에 의한 제조사의 재활용 책임의무, 범지구적인 이산화탄소 저감 목표 이행 등으로 인해 제품의 생산에서 폐기단계에 이르는 환경부하를 근본적으로 차단하면서 비용을 최소화하기 위한 재활용 기술개발이 이슈화되고 있다. 본 기술개발에서는 전량 수입에 의존하고 있는 H-NBR고무 소재에 주목하여, 고무 소련 공정을 이용, 스크랩의 특수한 소련 처리방법을 개발하여 유동성을 회복시켜 재활용이 가능한 재료로 쓸 수 있도록 하는 양산 기술개발이 목표이다. 성형 후의 제품의 주위에 부속되어 성형되는 “BURR”는 부산물로서 폐기 처리되고 있다. 따라서, 일반적인몰드 성형에서는 “BURR” 는 가능한 한 줄여, 30% 이하의 수준이 되도록 설계하는 경우가 많다. 이번, 수소 첨가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 콤파운드에 주목해 “고무의 소련”의 공정과 같은 전단을 “BURR”에 주는 일에 의해 유동성을 되찾아, 재사용 가능한 재료가 될까 실험을 실시했다. 그 결과, “BURR”는 특수한 소련처리를 하는 것으로 유동성을 되찾았다. 그 재사용 고무를 신배합 생지에 30% 첨가한 재료를 제작해 각종 시험의 실시한 결과, 재생고무 미첨가의 재료와 큰 차이 없는 재료가 되는 것이 알았다. 이것으로부터, 수소 첨가 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 성형에 대해서 발생하는 “BURR”는 적절한 소련처리를 실시하는 일로 재사용의 가능성이 있어, 폐기물 0%로 성형품을 할 수 있는 고무 재료인 것이 고찰되어 자원 절약, 저비용화가 기대되었다.
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2013.11
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직물제조에서 발생되는 폐기물은 크게 준비공정에서 나오는 Waste, 잔사(殘絲)와 제직공정에서 발생하는 변사(邊絲) 폐기물이 대표적이다. 보통 이러한 폐기물은 소각하거나 일부 재활용하고 있으나 사용범위가 제한적이라 할 수 있다. 섬유산업의 메카인 대구에서 발생하는 제직폐기물은 연간 43,200ton으로 재활용율은 50%미만인 것으로 파악되며 특히 제직공정에서 발생하는 폐기물은 여러 섬유소재가 혼용되어 재활용율이 더 낮은 것으로 판단된다. 이러한 제직공정의 폐기물의 자원화 개발과 폐기물의 재상품화 개발이 절실한 상황으로 폐기물의 자원화 및 제품화할 수 있는 방안이 개발되어야 할 것이다. 이러한 방법 중 하나로 제직 폐기물의 단섬유화를 통해 산업용 부직포 제품을 개발하는 방법을 모색하고 있다. 본 개발은 Pilot 규모의 단섬유 설비를 이용하여 제직폐기물을 균일한 길이 절단하며 응집부위를 제거하여 재생단섬유(Recycle Staple Fiber)로 1차 가공하고, 개섬(Carding)공정을 통해 단섬유를 균일하게 분리하여 부직포 용도에 적합한 원료형태로 2차 가공을 진행한다. 제조된 재생 부직포원료를 압축(Pressure) 및 니들펀칭(Needle Punching), 캘린더링(Calendering) 공정을 통해 2~3회 반복 실시하고 열성형을 통해 차량용 내외장재로 적용할 수 있다. 현재까지 적용한 결과 제직시 발생하는 폐기물을 이용한 재생단섬유와 신재 단섬유 50:50 비율로 적용할 경우 자동차 내장재에 충분하게 접목할 수 있는 강도인 12~14 kgf를 나타냈으며, 원료의 선별관리를 통해서 충분하게 폐기물의 자원화 및 고부가가치 산업용 제품전개가 가능할 것으로 판단된다.
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2013.11
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기-액 흡수반응에서 기체의 흡수효율은 흡수탑 내에서 가스의 체류시간과 흡수속도에 크게 기인된다. 이에 따라 선행연구자들은 기-액 반응에서 기체의 흡수율을 증진시키고자 흡수장치개발에 초점을 맞추어왔다. 지금까지 개발되어 이용되고 있는 흡수장치로는 packed tower, spray tower, bubble column, agitated vessel 등 여러 종류가 있으며, Bohner 등에 의하여 jet loop reactor가 개발되었다. Jet loop reactor는 draft tube 내부에 설치된 이유체 노즐에서 기체와 액체가 분사될 때 생성되는 액체제트에 의해 미세한 기포가 형성되어 기-액간의 접촉 면적이 넓어지고 난류강도가 증진된다. 또한, draft tube 내부를 하향류로 흐르던 유체가 annular space를 통해 상향류로 올라간 후, 기-액 흐름의 일부가 draft tube 내부로 재순환되어 기포의 체류시간이 증가하게 된다. 이러한 특징에 의하여 jet loop reactor는 타 반응기에 비하여 기-액간의 물질전달율이 높게 나타난다. 최근 jet loop reactor 내부에 설치된 two-fluid nozzle의 구조를 개선하여 가스와 액체가 nozzle tip에서 분사될 때 draft tube 내부와 외부에서 swirling flow가 형성되는 two-fluid swirling nozzle(TSN)이 개발되었다. Two-fluid swirling nozzle이 부착된 jet loop reactor는 기존의 two-fluid nozzle이 부착된 jet loop reactor에 비하여 기포크기가 미세해지며, 기포와 액체가 draft tube와 annular space를 통과할 때 난류강도가 증가하여, 기-액간 물질전달속도가 더욱 증진될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 two-fluid swirling nozzle(TSN)이 부착된 jet loop reactor와 기존의 two-fluid conventional nozzle(TCN)이 부착된 jet loop reactor에서 CO₂를 흡수제거하는 과정에서 두 nozzle간의 성능을 비교평가하고자 하였다. 성능평가는 일정 조업조건에서 알칼리용액의 pH가 10.1에서 7.0까지 중화되는 시간과 순간 CO₂ 이용율과 총괄 CO₂ 이용율을 측정하여 비교하였다. 그 결과 동일한 액체 순환유량 조건에서 TCN을 장착했을 때에 비하여 TSN을 장착했을 때가 전체적으로 더 짧은 중화시간을 나타내며, 순간 CO₂ 이용율은 TSN을 장착한 경우가 TCN을 장착한 경우에 비하여 높게 나타났으며, 알칼리 용액의 pH가 높을수록 순간 CO₂이용율도 높아지는 경향을 보였다. 또한, Jet loop reactor에서 초기 pH 10.1인 알칼리 용액을 pH 7로 중화하는데 이용된 총괄 CO₂이용율은 TSN과 TCN을 사용했을 때 모두 97 % 이상이었으며, 동일한 액체 순환유량에서 TSN을 장착하였을 경우가 TCN을 장착하였을 경우에 비하여 높은 총괄 CO₂이용율을 보였다.
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2013.11
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N과 P가 다량으로 함유된 가축폐수, 혐기성 소화조 상등액, 하수처리장 반려수 등 각종 폐수 중의 N, P를 struvite 결정화 반응을 통하여 제거하기 위한 연구가 진행되어왔다. 선행연구에 따르면 struvite 생성에 영향을 미치는 인자로는 Mg2+ : NH4+ : PO43- 의 몰비, 폐수의 pH, 온도 등 다양한 인자가 있으며, 이중 용액의 pH가 struvite 결정화에 주요 인자로 제시된 바 있다. 선행연구에 의하여 struvite의 용해도가 pH가 8.5 - 9.5 범위에서 가장 낮게 나타난다고 알려져 있다. 이러한 이유로 struvite 결정화를 위해서 폐수의 pH를 8.5 - 9.5사이로 조절하기 위하여 폐수에 알칼리(NaOH)를 주입하였으며, 이에 따라 많은 약품비가 소요된다. Cohen and Kirchmann에 의하여 aeration을 하여 폐수 중의 용존 CO2(HCO3-이온)을 줄임으로서 폐수의 pH를 최대 8.53까지 상승시킬 수 있다는 연구결과가 보고되었다. 또한, struvite 결정화연구에서 알칼리를 주입하는 대신 폐수에 aeration하여 폐수의 pH를 상승시키는 방안에 대한 연구도 수행되었으며, 그 결과로 알칼리 사용량을 줄여 약품비를 절감할 수 있다고 보고된 바 있다. 최근 jet loop reactor에서 폐수 중 암모니아를 stripping하거나, CO2를 흡수시켜 고알칼리 폐수의 중화하는 연구가 수행된 바 있으며, Jet loop reactor가 기-액간 반응에서 타 반응기에 비하여 효과적이라고 보고하였다. Jet Loop Reactor는 노즐을 통하여 공기를 주입함으로써 폐수 중의 CO2, NH3를 탈기시킴으로써 폐수의 pH가 상승하여 약품비 절감이 가능하고, 일부 질소저감효과가 있을 것으로 판단되며, 반응기 내의 재순환으로 인하여 갖는 높은 난류강도, 고-액간의 넓은 접촉 면적과 긴 접촉시간에 의하여 Struvite의 생성과 성장을 촉진시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 Struvite생성을 통하여 T-P, NH3를 다량 함유하고있는 폐수 중의 N, P를 제거하는 연구에 최적의 반응기라 판단되는 jet loop reactor를 적용하여 T-P, NH3-N의 제거율을 측정하였다. 그 결과로 Jet Loop Reactor를 이용함으로써 폐수 중 HCO3-를 탈기시킴으로써 폐수의 pH가 7.2에서 8.0까지 상승하였다. 또한 Mg 공급원으로써 MgO를 섞어서 주입할 경우 폐수의 pH는 추가로 상승하는 것을 확인하였으나, MgO의 용해도가 Mg 필요량에 비하여 작기 때문에 다른 공급원과 섞어서 주입할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 Jet Loop Reactor 내부의 이유체 노즐에 의한 지속적인 Aeration과 미세하게 형성된 기포들에 의하여 반응기 내부에서 높은 난류강도가 형성되고 이에 따라 Struvite 결정화가 촉진되는 것으로 나타났다.
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음식료품업이 발달하면서 따라서 식품제조시 폐기물의 양이 꾸준히 증가하고 있다. 밀을 가공하는 제과, 제빵, 제면회사의 폐기물 또한 제품 생산량만큼 해마다 증가하고 있다. 따라서 처리비용을 절감하고 자원으로 활용하기 위한 폐기물의 자원화 사업 필요하다. 기존에 폐제과, 폐제빵, 폐제면들은 성상에 따라서 퇴비로 사용하거나 소각을 하는 방법을 사용해 왔다. 하지만 이런 것들은 일반 음식물쓰레기와 같이 대기와 토양, 지하수를 오염시켜 피해를 주기 때문에 좋은 방법은 아니다. 퇴비화나 소각과 달리 폐제과, 폐제빵, 폐제면을 탈포, 분쇄하여 사료로 사용할 수 있다. 이것을 과자박(과자분)이라고 하여 축산농가에서 고에너지 식물성 사료로 사용하고 있다. 하지만 이것 또한 제조공정 및 유통과정의 미생물 오염을 쉽게 막을 수 없어 완전한 사료는 되지 못한다. 이런 상황에서 대구산업단지내 제과, 제빵, 제면 회사에서 발생하는 폐기물이 일으키는 환경오염을 막고 또한 과자박(과자분)으로 개발된 폐기물의 단점을 보완한 생균제를 생산하여 생태산업단지 구축이 가능할 것으로 기대된다. 폐제과, 폐제빵, 폐제면에 관련한 연구는 전무한 실정으로 사료원료와 사료첨가제인 생균제로 만드는 방법만을 기술한 특허만이 몇건 등록되어 있다. 폐제과, 폐제빵, 폐제면은 제조과정에서 생기는 반제품, 부스러기, 결손제품 또는 판매 기간이 지난 재고품 등과 같은 것으로 염분(나트륨)과 지방의 함량이 높은 편이다. 폐제과, 폐제빵, 폐제면은 탄수화물 50% 이상, 단백질 6% 이상, 지방 5% 이상, 염분(나트륨) 0.7% 이상, 미량의 비타민, 미네랄이 함유되어 있다. 폐제과, 폐제빵, 폐제면이 섞인 혼합물을 고상발효기에 넣고, 스팀으로 살균하였다. 스팀 과정에서 발생하는 수분으로 혼합물의 수분함량을 50%로 조절하고 알코올발효효모인 특허균주(Candida pelliculosa SW001(KFCC11481P)를 1%, 유산균(Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei)을 1%, 고초균인 Bacillus subtilis균을 1% 접종하여 30℃에서 72시간 고상발효를 시킨다. 고상발효후 건조과정을 거쳐 완성된 생균제를 단계희석(Serial dilution)법에 의해 생균수를 측정한 결과 효모균 3.2×107c.f.u/g, 유산균 5.7×108c.f.u/g, 바실러스균 4.8×107 c.f.u/g 이었다. 이상의 결과로 생균제의 최저 생균수인 1.0×106c.f.u/g보다 10배 이상의 생균수를 함유한 생균제가 만들어졌다. 또한 유해세균인 대장균, 포도상구균, 살모넬라균는 검출되지 않아 폐제과, 폐제빵, 폐제면을 활용한 생균제의 생산이 가능하게 되었다.
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2013.11
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총인슬러지(total phosphorus sludge)라 함은 기존 하수처리시설의 최종침전지 후단에 급속응집침전지를 설치하고 alum 이나 PAC를 투입하여 AlPO4, Al(OH)3 및 SS반응물로 침전시켜 총인을 제거할 때 발생되는 슬러지를 말한다. 총인슬러지의 처분시 기존의 소각처분방법은 알루미늄의 신터링(sintering)현상 의해 소각로 파손문제가 발생하고 매립의 경우, 하수를 1만톤 이상 처리하는 시설에서 발생되는 슬러지는 직매립 금지와 매립지 확보의 어려움, 침출수 생성에 대한 2차 환경오염을 유발하는 문제점이 있다. 또한 퇴비의 경우도 알루미늄 이온에 의한 식물뿌리 고사현상을 일으키므로 부적절한 처분방법이다. 이에 본 연구에서는 연간 600천톤 이상 발생되는 총인슬러지를 활용하여 알포계 제올라이트인 bead형과 pellet형의 입상형 흡착제를 개발하여 알카리성 악취를 제거할 수 있는 흡착제로서의 가능성을 확인하고자 한다. 수질환경지표의 변화와 정책변화로 인해 년간 60만톤 이상 발생되는 총인슬러지를 활용한 암모니아와 TMA 흡착능 평가는 다음과 같은 결과를 도출하였다.
1. 총인슬러지 성분 분석 결과, Al2O3가 약 26%로 나타나 AlPO4계 제올라이트형 다공성 입자를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 가용성 P2O5의 함량이 9.83%로 나타나 인산비료로서의 활용도도 있을 것으로 판단된다.
2. 총인슬러지를 활용한 흡착제의 분말입자의 크기는 대부분 10 ㎛이하이며, 세공은 0.02 ㎛와 10 ㎛에 대부분 분포하여 첨착활성탄의 입도분포와 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한, A/C, B-TPS 및 P-TPS의 물리화학적 특성 중 비표면적과 micropore 용적, feedpore용적이 모두 비슷하게 나타나 활성탄 대체제로서의 가능성이 있음을 알 수 있다.
3. B-TPS, P-TPS의 알카리성 악취(TMA, NH3) 흡착능 평가실험 결과, 파과시간과 단위중량당 흡착량이 A/C보다 3~4배 증가하는 것으로 나타나 흡착성능이 매우 우수함을 알 수 있다.
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2013.11
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인터넷 서비스, 초고속 인터넷망, 음성서비스, 영상서비스 등 동통신 케이블 관련 산업분야에서 다량의 유가 금속 및 합성고분자가 사용되어지며, 1980~2000년대에 이르기까지 관련 산업의 발전에 따라 사용량이 급증하였다. 이중 젤리 충진 케이블은 설치 작업중 훼손이나, 또는 접속 부분에 물이나 기타 이물질의 오염을 방지하기 위하여 다량 사용되었다. 하지만, 광통신 케이블 산업의 발달과 기존 동통신 케이블의 노화로 많은 양의 폐동통신 케이블이 발생하였고, 2008년 기중으로 국내에서만 연간 6,500톤 정도가 배출되는 실정이지만, 국내 젤리케이블 폐기물 현황을 보면 무분별한 소각으로 염화물의 불완전 연소에 의한 Dioxin등의 발암 물질 발생 및 매립으로 토양 오염 등이 문제 되어지고 있다. 연구분야에서는 이런 오염원을 줄이고 폐기물에 포함되어있는 다량의 유가금속등을 재활용하고자 여러 가지 연구개발이 진행되어지고 있는 실정이며, 본 연구에서는 열유체를 이용한 열분해 공정을 통하여 산업폐기물에 포함된 합성고분자를 안정적으로 제거하고 유가금속을 회수하고자 하였다.
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2013.11
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지구상에 주된 에너지원으로 사용되고 있는 석유자원은 그 매장량의 유한성으로 인해 고유가 행진이 계속되고 있다. 이러한 고유가 시대에 석유 산업의 한 축인 플라스틱 산업은 그 나라 경제규모를 가늠하는 척도로 인식될 만큼 각종 분야에서 다양하게 적용되고 있으며, 대체물질이 개발되지 않는 한 지속적인 성장이 예상된다. 우리나라는 세계에서 4번째로 많은 연간 약 900만 톤의 플라스틱을 생산하고 있으며, 매년 약 400만 톤의 폐플라스틱이 발생하고 있으나, 재활용률은 20~30%로 낮아 많은 양이 매립이나 소각에 의하여 처리되고 있다. 그러나 폐플라스틱의 매립은 유해성분이 용출될 수 있으며, 단위 무게에 비하여 부피가 커 보관, 운반의 문제와 매립 효율이 낮고, 소각에 의한 처리는 일부 열에너지를 이용할 수 있지만 많은 경제적인 손실을 초래하고 유독성 가스를 방출하여 사회적 문제를 일으킬 수 있다. 특히, PVC(polyvinyl chloride) 재질의 경우 Cl, DEHP, 왁스 등이 함유되어 있어 소각이나 매립 시 염화수소, 다이옥신, 중금속 그리고 독성첨가물 등이 유출되어 환경 유해성이 심각한 것으로 알려져 있으며, 소각 설비 장치의 수명 단축 및 부식을 유발시키고 있다. 또한 PVC재질은 폐플라스틱 고형연료제품(RPF, Reused plastic fuel), 생활폐기물 고형연료제품(RDF, Refuse Derived Fuel), 유화, 물질재생 등에 있어 폐플라스틱의 재활용을 어렵게 만드는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 이들의 문제점을 원천적으로 해결하고 폐플라스틱의 재활용률을 높일 수 있는 PVC 제거기술 개발은 매우 중요한 과제이다. 폐플라스틱의 경우 다른 물질에 비해 쉽게 분해 및 변질이 이루어지지 않아 효율적인 선별기술만 개발된다면 재활용이 가장 용이한 물질중의 하나이다. 이러한 폐플라스틱을 재활용 할 수 있는 기술로는 물질 재활용, 화학적 재활용 그리고 에너지 재활용 방법이 있으며, 이중 물질 재활용이 자원보존이라는 관점 및 에너지 측면 등에서 볼 때 가장 효율적인 방법으로 평가받고 있다. 그러나 어느 방법이든 다른 종류의 폐플라스틱이 혼재되어 있으면 재활용의 효율이 크게 저하된다. 따라서 폐플라스틱의 재질분리 기술은 재활용에 있어서 가장 중요하며, 특히 플라스틱의 가격을 고려할 때 경제적인 재질분리 기술이 요구된다. 본 연구에서는 PVC와 PET가 혼합된 가전 포장제를 대상으로 풍력선별 연구를 수행하였으며, 시료의 투입량, 공기량 등 다양한 조건을 변화하며 최적 분리조건 및 분리효율을 규명하여 대상 시료의 본 선별법을 통한 분리 가능성을 확인하고자 하였다.
54.
2013.11
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음식물류폐기물의 처리는 소각 및 매립량이 급격히 줄어들고, 발생량의 94%가 사료화, 퇴비화 등으로 자원화가 이루어진다. 이 과정에서 침출, 증발, 분해에 의하여 음폐수는 발생된다. 2013년도 1월 현재 해양배출(약 3,800 ton/day)을 포함한 전체 음폐수(9,431 ton/day)를 육상처리하며 그중 하수처리장 유입처리가 70%로 가장 높다. 본 연구에서는 월별 소화온도(중온, 고온)에 따른 하수슬러지처리와 음폐수 병합처리에 따라 가스발생량, 소화효율을 비교하였다. 하수슬러지 단독 처리의 경우 28,532~44,500 ton/day, 음폐수 병합처리는 49,906~52,240 ton/day의 가스가 발생되며, 하수처리장의 슬러지에 음폐수를 병합처리 할 경우 부하율 0.56 kg･VS/m³/day로 나타났다. 소화효율(VS기준) 또한 음폐수 반입 처리 효율이 46~55%로 단독처리 효율 34~46% 보다 높게 나타났다. 따라서, 하수슬러지 단독으로 처리할 경우보다 음폐수를 병합처리 할 경우 가스 생산량 및 유기물제거율 등 처리효율이 향상되었으며, 혐기성소화조 운전효율을 증대할 수 있다.
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2013.11
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비소는 대표적인 지하수 오염물질로써 장기 음용시 색소침착, 피부 각화증, 신장질환 및 암을 유발하는 것으로 알려져 있다. 최근 해외 언론 보도에 따르면, 중국의 경우 2천만명이 비소로 오염된 지하수를 마시고 있을 가능성이 있다는 연구 결과가 사이언스에 발표되어 파문이 일었다. 국내에서도 폐광산 주변 토양 및 지표수가 비소 등의 중금속으로 오염되어 그 처리방안이 심각하게 다루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 자연계에 존재하는 대표적인 비소 형태인 비산염(arsenate) 제거를 위해 생체흡착제에 의한 비산염의 흡착 및 탈착 특성을 연구하였다. 본 연구에 사용된 생체흡착제는 발효폐기물을 PEI로 개질한 것으로 다량의 아민기를 가지고 있어 음이온성 교환수지의 기능을 가진다. 비산염은 pH3~6의 영역에서 1가 음이온(H2AsO4-)으로 존재하기 때문에 pH가 낮아질수록 비산염의 흡착 속도 및 흡착량이 증가하였다. 하지만 pH가 3 이하로 더욱 낮아지게 되면 오히려 탈착 현상이 일어났다. 그 이유는 pH 3 이하에서는 비산염이 0가의 형태(H3AsO4)로 전환될 뿐만 아니라 pH 조절에 사용된 산성용액에 포함된 염소이온이나 황산이온에 의해 1가 음이온성 비산염(H2AsO4-)이 탈착되기 때문이었다. 흡착된 비소는 0.01M NaOH 용액을 이용해 100% 탈찰할 수 있었다. 다만 수회 반복된 흡탈착 실험결과 흡탈착이 반복될수록 흡착제의 질량감소로 인해 흡착량이 감소하였다.
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2013.11
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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.
57.
2013.11
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현재 국내에서 대부분 매립 또는 소각처리하고 있는 생활폐기물 및 사업장 폐기물 중에는 발열량이 높은 플라스틱, 종이와 같은 가연성폐기물이 많이 포함되어 있음에도 불구하고 유효한 에너지자원으로 활용되지 못하는 경우가 많다. 화석연료의 대부분을 수입에 의존하고 있는 우리나라는 신재생에너지(대체에너지)의 확보가 필수적이며 여러 종류의 재생에너지 중에서 폐기물에너지가 많은 부분을 감당해야 한다. 이를 위해 환경부에서는 폐기물을 에너지로 자원화하기 위해 고형연료제품화하는 정책을 시행하고 있고 이에 따라 국내 고형연료제품 제조시설이 확대되고 있는 상황이다. 고형연료제품 제조시설은 폐기물중에서 불연물을 선별하고 적정 발열량이 나오도록 건조하여 일정 품질의 연료가 되도록 만드는 시설이다. 이러한 시설은 일본과 유럽에서 먼저 설치･가동 되어 왔으나 국내에서는 이제 도입하고 있는 상황이기 때문에 그 기술에 대한 신뢰성이 의문시되어 시범사업을 우선적으로 하였다. 그러나 설계대로 성능이 나오지 않아 기술차이, 폐기물 물성차이. 폐기물 물성 조사방법 문제, 선진외국과의 단위장치 성능차이, 설비에 대한 투자비 문제 등 그 원인에 대한 다양한 논란이 제기되어 왔다. 보통 시설을 설계하려면 물질수지를 세워야 하고 물질수지를 세우기 위해서는 설치하고자 하는 시설특성에 맞게 폐기물에 대한 물성을 파악해야 한다. 그렇기 때문에 가장 먼저 해야 할 것이 폐기물 물성을 파악하고 이를 근거로 물질수지를 세워 설계하여야 하고 이러한 과정이 적합하다면 설치 후 목표로 하는 성능이 나와야 되는 것이다. 그러나 그 성능에 많은 논란이 되고 있는 상황에서 향후 고형연료제품 제조시설에 대한 설계기술을 선진화하기 위해서는 현재 운영되고 있는 시설에 대한 설계상의 물질수지와 운영상에 파악된 물질수지를 비교･분석하여 그 차이에 대한 원인를 파악하고 필요시 설계인자를 적용할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구는 현재 운영되고 있는 고형연료제품 제조시설에 대한 물질수지를 세우는 방법론을 제시하는 것이 목적이다. 물질수지가 세워지면 각 단위장치의 특성에 따라 폐기물의 흐름 특성과 효율을 평가할 수 있고 또한 초기설계와 다르게 나오는 원인을 파악할 수 있으면 폐기물 물성자료와 실제 설계시 고려해야 할 인자를 유추할 수 있을 것이다.
58.
2013.11
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미생물전해전지(Microbial Electrolysis Cells, MECs)는 산화전극과 환원전극 사이에 적당한 전위차가 유지되도록 외부전원을 이용하여 전압을 인가함으로서 산화전극 표면에 부착 성장하는 전기적으로 활성을 가진 미생물에 의한 유기물 분해를 촉진시키고 수소나 메탄과 같은 유용물질을 생성시키는 장치이다. 따라서, 최근 미생물전해전지를 이용하여 유기성 폐수의 처리 및 에너지회수를 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 미생물전해전지의 운전과 성능에서 미치는 가장 중요한 인자 중의 한 가지는 전극이다. 지금까지 미생물전해전지 연구에 사용되어온 전극들은 대부분 전기전도성이 낮거나 부식이 문제가 된 경우가 많아 실용화에 걸림돌이 되고 있다. 여러 가지 전극재료들 중 흑연섬유직물(GFF; Graphite Fiber Fabric)은 내구성이 강하고 비표면적이 넓지만 전기전도성이 낮다는 단점이 있으며, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 전도성이 대단히 우수한 물질이지만 전극으로 성형, 가공하기 위한 제작기술이 없는 상황이다. 본 연구에서는 흑연섬유직물의 표면에 탄소나노튜브를 전기영동전착법(Electrophoretic deposition, EPD)으로 고정함으로서 내구성이 높고 비표면적과 전도성이 우수한 전극을 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 탄소나노튜브를 흑연섬유직물의 표면에 전착시키기 위하여 먼저, 탄소나노튜브(1g)와 PEI(Polyethylenimine) 및 nickel pyrite(PEI1000-Ni500ppm, PEI500-Ni250ppm, PEI500- Ni500ppm)를 초순수 1L에 혼합한 다음 초음파를 이용하여 분산시켜 전기영동 용액을 준비하였다. 면적이 동일한 흑연섬유직물(Working Electrode: GFF)과 스텐리스망(Counter Electrode: stainless steel mesh)을 전기영동 용액에 평행하게 고정하고 두 전극 사이에 전압을 인가하여 전착시켰으며, 200℃에서 열처리를 하여 미생물전해전지용 전극을 제작하였으며, 전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 흑연섬유직물의 표면에 전착된 탄소나노튜브의 상태를 확인하였다. 준비된 전극들은 1cm² 크기로 잘라 four-point법으로 저항 측정하였다. 흑연직물섬유은 저항이 0.115Ω/cm이었으나, 탄소나노튜브가 표면에 전착된 흑연섬유직물 전극의 저항은 크게 감소하였다. 특히, 탄소나노튜브 및 PEI500-Ni250ppm으로 구성된 전기영동용액으로 탄소나노튜브를 표면에 전착한 흑연섬유직물 전극은 저항이 0.006Ω/cm로서 코팅하지 않은 흑연섬유직물 보다 전기전도성이 약 20배 증가하였다. 탄소나노튜브를 전기영동법으로 흑연섬유직물의 표면에 전착한 전극은 비표면적이 넓고 부식성이 강한 고전도성의 우수한 미생물전해전지용 전극으로 사용 할 수 있을 것으로 판단된다.
59.
2013.11
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지구온난화 및 자원의 고갈에 의하여 에너지 및 자원에 대한 관심이 급증하고 있으며, 온실가스를 감축하기 위한 수단으로서 신재생에너지 등을 확보하기 위하여 다양한 노력을 경주하고 있다. 1차 에너지원인 석유, 석탄, 가스 등의 확보가 어려워지고, 온실가스 감축을 위한 신재생에너지의 확보의 일환으로 바이오매스에 대한 관심이 증가하면서 목재산업에 영향이 미치고 있다. 제도적으로는 RPS제도가 2012년에 시행되었고, 2015년부터는 온실가스배출권거래제도가 시행될 예정에 있어 에너지관련 시장에서 바이오매스의 수요가 증가할 것으로 예측된다. 폐목재의 질적 수준에 따라 단계적인 이용을 추진하고, 적정 공급체계의 구축을 통한 재활용 활성화를 도모하고, 등급별 폐목재 적정 재활용 및 처리 강화 등의 관리방안 마련이 요구된다. 본 연구에서는 폐목재 발생 및 처리업체 현장조사, 불법 처리실태조사, 국내 폐목재 관리제도 및 조사를 실시하였다. 폐목재의 관리체계는 수집･운반, 처리 및 처분에 있어 ｢폐기물관리법｣, ｢자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률｣, ｢건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률｣, 환경부 및 농림수산부 고시 등 여러 법률 및 제도로부터 관리중이다. 폐목재를 발생시키는 자와 수집･운반업을 하려는 자, 처리 및 처분하려는 자는 ｢폐기물 관리법｣ 및 ｢건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률｣에 따라 지정된 서류를 제출한 후 허가를 득하여야 관련 업을 시작 또는 유지할 수 있다. 또한 재활용체계에 있어서는 환경부 고시 제 2009-162호에 의하여 폐목재 발생원 및 종류별로 등급이 분류되고, 그에 따른 재활용용도 및 방법이 명시되어 있다. 폐목재를 재활용하려는 자는 환경부 고시 제 2009-162호 및 ｢폐기물관리법｣ 시행규칙 별표 5의 2에 명시되어 있는 폐목재의 재활용용도 및 방법을 준수하여야 하며, 이를 준수하지 않을 경우 불법처리로 간주되어 처벌을 받을 수 있다. 폐목재 관리체계의 문제점으로는 폐목재 수집･운반업 허가에 대한 사항 및 폐목재 불법 반출 및 소각, 폐기물 처리시설 외폐목재 연료이용에 관한 사항 등이 도출되었다. 폐목재 수집･운반업 허가의 경우 건설폐기물 중 건설폐목재만을 전문적으로 수집･운반하는 것으로 건설폐기물 수집･운반업 허가를 받은 업체의 경우는 건설폐목재만을 수집･운반할 수 밖에 없으며 사업장 생활계 혹은 사업장 배출시설계 폐목재를 수집･운반할 경우에는 별도의 수집･운반업 허가를 얻어야 한다. 폐목재 불법 반출의 경우 건설현장에서 건설폐목재를 수집･운반업 허가를 받지 않은 업자가 불법반출 하는 문제가 있었으며, 폐기물 처리시설 외 폐목재 연료이용자의 경우 ｢폐기물관리법 시행규칙｣ 제10조 6호에서 페인트･기름･방부제 등이 묻지 아니한 목재와 벌채, 산지 개간 또는 건설공사 등에서 발생한 나무뿌리･가지를 연료용으로 사용하는 경우는 폐기물처리시설 외의 장소에서 폐기물 처리행위가 가능한 것으로 규정하였으나, 오염된 건설폐목재를 연료로 사용하거나 연료용도로의 반출이 빈번한 것으로 나타났다. 조사를 통하여 도출된 문제점을 바탕으로 종합적인 폐목재의 재활용 활성화 방안을 마련하였다.
60.
2013.11
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하수슬러지의 발생량은 해마다 증가하고 있으며 2011년 발생량은 310만톤에 다다르고 있다(환경부, 2012). 이처럼 수백만톤의 하수슬러지가 매년 발생하고 있지만 그에 대한 처리 기술력은 아직 부족한 것이 현실이며 발생슬러지 처리방법의 약 70%를 차지하는 해양배출은 런던협약에 의해 2013년 1월1일부터 전면 금지가 되었다. 이에 대해 대책으로 소각 및 재활용에 대한 비율을 높이고자 노력하고 있으며 특히 재활용 및 연료화 분야에 정부기관 및 다수의 연구기관에서 다양한 기술개발이 진행 중에 있다. 본 연구는 하수슬러지의 성상을 조사하고 파악함과 동시에 효과적인 슬러지 건조방법을 찾고자 함에 있다. 슬러지 건조방식은 크게 직접가온방식과 간접가온방식으로 분류할 수 있으며 이번 연구에서는 간접가온방식의 장점을 이용하여 슬러지 건조 특성에 대하여 알아보고자 하였다. 특히, 성상분석을 통하여 처리대상이 되는 하수슬러지를 파악하고 열매체유를 이용한 간접가온 방식의 슬러지 건조를 실시하였다. 열매체보일러를 통하여 운전온도를 조절하였으며 열원의 공급은 전기를 이용하는 방식을 사용하였다. 운전결과 180℃에서 운전시간이 12시간을 초과하면 슬러지의 함수율이 5%이하가 되며 수분변화율도 미비한 것으로 나타났다. 또한 운전시간이 8시간에서 10시간 사이에서 슬러지의 건조시 수분의 감소율이 약 20% 줄어드는 것으로 나타났다. 이는 슬러지의 수분이 낮아짐에 따라 수증기로 증발 시 발생되는 열손실량이 감소하여 슬러지 잠열이 고온으로 유지되고 이에 따라 해당시간에 함수율 변화폭이 크게 나타나는 것으로 판단된다.
