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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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2014년 추계학술발표회 논문집 (2014년 11월) 142건
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2014.11
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우리나라는 에너지 다소비적인 산업구조로 인해 화석연료의 의존도가 높다. 에너지의 약 97%를 수입에 의존하고있는 현 시점에서 우리나라는 국제 어네지가격의 급등에 취약할 수밖에 없다. 이러한 국가적 문제를 해결하기 위해 유기성폐기물의 에너지화기술이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 고농도 유기성 폐기물인 돈분뇨와 음식물류폐기물의 전처리를 통해 액상의 고농도유기물만을 중온혐기성소화조에서 병합처리하여 대체 에너지원인 바이오가스를 생산하는 Pilot Plant의 소화효율을 검토하였다. 혐기성소화조에 투입되는 유기물(VS)농도와 원료배합에 변화를 주어 투입되는 유기물의 용적부하(OLR)를 조절하여 변화에 따른 바이오가스 생산량 및 메탄농도, 메탄수율을 분석하여 혐기성소화 효율을 검토하였으며, 각 CASE별 TS, VS농도는 다음과 같다. 분석결과 투입원료의 유기물(VS)량에 따른 바이오가스 발생량은 CASE1에서 유기물(VS)은 평균 2.69%으로 분석되었으며, 이에 따른 바이오가스 발생량과 메탄농도는 평균 0.45 m³/day, 57%로 나타났다. CASE 2는 유기물(VS) 평균 농도가 1.48%, 바이오가스 발생량과 메탄농도가 평균 0.45 m³/day, 56% 그리고 CASE 3에서는 유기물(VS)농도, 바이오가스발생량, 메탄농도가 각각 6.13%, 0.36 m³/day, 59%로 나타났으며, 이 때 CASE1, 2, 3 각각의 유기물 용적부하는 0.54kg･vs/day･m³, 0.3kg･vs/day･m³, 1.23kg･vs/day･m³으로 나타났다. CASE1과 CASE2에 비해 CASE3에서 투입원료의 VS농도가 6.13%로 높은 농도의 유기물이 투입되어 용적부하가 높게 나타났다. 이에 따라 바이오가스 발생량이 다른 실험군에 비해 줄어든 것이 확인되었으며, CASE1, 2, 3 각 실험군의 메탄수율은 0.55 m³/kg･vs, 0.52 m³/kg･vs, 0.4 m³/kg･vs로 CASE1, CASE2의 수율은 CASE3 대비 약 1.4배, 1.3배 높게 분석되었다. 본 연구를 통해 유기물의 용적부하가 증가함에 따라 바이오가스 발생량과 메탄수율이 줄어든 것을 확인 할 수 있었으며, 유기물부하에 따른 소화효율 변화를 검토하여 적절한 유기물부하를 찾아 소화상태 및 조건 등을 고려하여 최적 유기물부하를 결정하고 실험을 진행한다면 좀 더 나은 소화효율을 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 적정한 유기물부하가 혐기성소화 소화효율에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
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2014.11
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최근 고유가 시대를 맞아 신재생 에너지확보가 필요한 시점에 가연성 폐기물로부터 고형연료제품을 생산하여 대체연료로 활용하는 방안이 부상되고 있다. 폐기물을 에너지화하여 온실가스의 배출을 감소시키고, 온실가스 배출 감축량(CERs) 확보를 통한 국가 경쟁력을 높일 수 있다. 현 시점을 토대로 본 연구의 목적은 D군에서 발생되는 사업장 생활계폐기물의 질적 특성, 배출량 및 처리방법 등을 파악함으로써, 합리적인 폐기물 처리시설을 계획하기 위한 기초자료를 확보하는데 목적이 있다. 본 조사의 대상지역은 주거형태, 생활수준 그리고 당진군 사업장 생활폐기물 발생특성을 고려하여 도심 주거지역(공동주택1,2, 단독주택), 상업지역, 업무지역 등 대표성을 띠는 총 5개의 지역으로 나누었다. 본 조사에서 삼성분 분석결과, 함수율의 경우 공동주택지역 20.78%, 단독주택 19.58%, 상가지역 21.57%, 업무지역 12.66%으로 조사되었으며, 상가지역이 조금 높게, 업무지역에서 낮게 나타났다. 가연분 결과는 공동주택 53.58%, 단독주택 53.22%, 상가지역 50.55%, 업무지역 58.32%로 조사되었다. 회분조사 결과에는 공동주택 25.64%, 단독주택 27.20%, 상가지역 27.88%, 업무지역 29.02%로 나타났다. 4개 조사지점 평균 삼성분 함량은 함수율 18.65%, 가연분 53.92%, 회분 27.43%로 조사되었다. 발열량 분석결과, 고위발열량의 경우 공동주택 폐기물에서 4312.66kcal/kg, 단독주택 폐기물에서 2907.37 kcal/kg, 상가지역 폐기물에서 3554.10kcal/kg, 업무지역 폐기물에서 4477.81kcal/kg로 조사되었다. 저위발열량의 경우 공동주택폐기물에서 3675.31kcal/kg, 단독주택 폐기물에서 2643.32kcal/kg, 상가지역 폐기물에서 3554.10kcal/kg, 업무지역 폐기물에서 4108.32kcal/kg로 조사되었다. 4개 조사지점에서의 평균 고위발열량은 4015.27kcal/kg, 저위발열량은 4108.32kcal/kg으로 조사되었다. 입도분석 결과, 30mm이하인 폐기물은 전체의 평균 7.18%, 30~50mm은 16.06%, 50~80mm은 37.62%, 80~100mm은 16.92%, 100~200mm은 20.86%, 200mm 이상은 1.36%로 조사되었다. 5지역 모두 가장 많은 입도분포를 나타내는 부분은 50~80mm이고, 가장 적은 분포는 200mm이상에서 조사되었다. 평균 발열량은 환경부에서 지정한 고형연료제품의 등급기준 3,500~4,500kcal/kg인 4등급에 포함이 될 수 있는 수치를 보였다. 연료로의 기준치(6,000kcal/kg)의 및 석탄과 유사한 발열량을 보이기에는 부족한 점이 있어 발열량을 높일 수 있는 부분은 혼재하여 사용해야 할 것으로 사료되며, 입도분석의 결과 개괄적인 특성을 토대로 고형연료로서의 기준에 맞게 파쇄하여 성형을 해야 할 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 폐기물 고형연료(RDF)의 제작에 있어 기초자료로 사용될 수 있을 것이라 사료된다.
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2014.11
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우리나라는 에너지의 97%를 수입하고 있어 에너지 의존도가 매우 높으나 폐기물의 발생량은 점차 증가하고 있어 효율적인 처리방안 강구가 시급한 실정이며 폐기물 에너지화 기술의 발전 및 증가추세 등을 감안할 때 그 중요성이 점차 증가하고 있다. 과거 폐기물 연료인 폐기물 고형연료(RDF), 폐플라스틱 고형연료(RPF) 폐목재(WCF), 폐타이어(TDF) 등으로 세분화되어 폐기물 운송에 따른 비산먼지와 제조 시 보관처리에 따른 악취 및 오염 또는 고형연료 연소 시 대기오염에 따른 다이옥신, 중금속 문제 등으로 사용 및 품질기준이 엄격히 제한되는 동시에, 낮은 효율 및 과다한 예산 등의 문제로 인해 연료로 사용하는데 많은 제약이 따르고 있다. 그러나 2013년 4월부터 모든 폐기물재활용 연료를 일반 SRF(Solid Recovery Fuel)와 바이오 SRF로 이분화하여 품질등급기준이 완화되었다. 그러므로 단순소각, 연료화, 물질 재활용 등 사용량에 급격한 증가가 예상되므로 전국 주요도시에서 발생하는 폐목재의 SRF로써의 잠재성을 평가하여 활용가능성을 진단하는 역할이 시급하다고 사료된다. 따라서 본 연구에서는 대전광역시에서 발생되는 폐목재의 에너지화를 통한 잠재력 분석 및 활용가능성 그에 따른 경제성을 평가하여 RPS(Renewable Portfolio Standard) 정책에 부응하는데 그 목적이 있다. 대전광역시에서 발생되는 폐목재는 임시보관장에서 해체작업을 거쳐 금고동 위생매립장의 폐목재 파쇄장에서 파쇄처리 후 음식물 퇴비화 수분조절제(톱밥) 및 소각장의 보조연료로 사용되고 있다. 이러한 용도로 사용되고 있는 대전광역시 내 폐목재에 대한 삼성분, 중금속 용출시험, 원소분석, 발열량분석 등을 통하여 대전광역시에서 발생하는 대형폐기물의 SRF적합성을 평가한 결과 수분함량이 평균 13.4wt.%로 성형품의 기준10 wt.% 이하를 초과하는 문제가 예상되나 임목폐기물(17.5 wt.%)를 제외하고 폐목재와 가구류만의 평균 11.35 wt.%로 충분한 시간 보관하여 자연건조 한다면 수분량이 기준이하로 감소 될 것으로 판단되고, 중금속, 원소분석, 발열량 검사결과 SRF기준에 부합하여 고형연료제품으로의 사용이 가능 할 것으로 사료된다. 이와 같은 대전광역시 발생 폐목재를 이용한 SRF를 이용하여 RDF 전용발전소･신형폐기물소각･신일동소각로의 발전효율을 비교한 결과 RDF 전용발전소 > 신일동소각로 > 신형폐기물소각순으로 절감효과를 기대할 수 있으나 “설치비용과 운전관리비용 등을 고려할 때 SRF를 제조하고 열에너지 이용을 위해 새롭게 전용보일러를 설치하는 것보다 기존 대형소각로를 대상으로 에너지 회수 효율을 높이거나 발전설비를 부착･보완하는 방안의 검토와 아울러 민간기업에 위탁하여 RDF 전용발전에의한 에너지를 절감 하는 것이 바람직하다”판단된다.
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2014.11
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The amount of carbon dioxide emission is continuously increasing and many researchers are concerned about climate change caused by its emission. Hence, some technologies which can reduce its emission have been developed and commercialized in many industries. These technologies are commonly called Carbon Capture and Storage (CCS) technology. In conventional CCS technology, carbon dioxide gas produced from industrial processes was usually captured by basic liquid absorbent such as monoethanolamine(MEA) and so on. After it is captured by those absorbents, they was flown to desorption step and was compressed at high pressure and transported to suitable places such as deep ocean or deep underground. However, there exist some problems when carbon dioxide is stored in such places. For instance, leak into the atmosphere can occur. Also, some nations including Korea may have difficulty finding suitable places for its storage since area of the nations is not that large and the ground is not stable. So, the method that can utilize captured carbon dioxide has been developed. When carbon dioxide is combined with metal cation such as calcium ion, it becomes calcium carbonate (CaCO3) which can be used for various purposes like construction materials, pharmaceutical manufacture, additives and so on. This is called Carbon Capture and Utilization (CCU) technology. In this research, seawater was used to supply calcium ions. There contained much amount of calcium component in seawater and amount of seawater is virtually limitless. MEA was used as absorbents and saturated by simulated flue gas. Pretreated seawater was then added to saturated absorbent. When carbon dioxide gas is dissolved to MEA, it exist in forms of ions and they can easily produce precipitated calcium carbonate (PCC) salts by reacting with calcium ions contained in seawater.
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2014.11
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우리나라는 천연자원의 많은 양을 수입에 의존하고 있고 산업공정을 통하여 배출된 무기성 형태의 광물은 유기성 자원과는 달리 사용 후에도 여러 형태로 많은 양의 잔재물로 남아 그 잔재물을 처리해야 하는 숙제를 안고 있다. 이에 따라 배출자는 단순 매립하여 처리하는 것보다는 여러 가지 용도로 재활용하고자 노력하고 있다. 그러나 재활용하는 양보다 배출량이 많거나 적당한 재활용 수요를 찾지 못하는 경우 폐기물 처리 또는 보관 등의 관리에 많은 비용을 소요하게 된다. 이 중 폐석회는 다양한 산업공정에서 발생되고 있으며, 대규모 토목공사 현장이나 매립지 조성 시 턱없이 부족한 성토 매립재로 재활용 할 경우 높은 부가가치를 창출할 수 있음에도 불구하고 사용실적이 적고 환경오염에 대한 우려와 지방자치단체의 이해부족 등으로 인하여 재활용이 거의 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 본 연구는 국내 폐기물 종합관리시스템인 올바로시스템을 이용하여 대표적인 폐석회 발생 사업장을 선정하고 배출되는 폐석회를 채취하였다. 채취된 시료는 폐기물공정시험기준에 따른 용출시험과 토양오염공정시험기준에 따른 함량시험을 통하여 유해물질에 대한 특성을 평가하고 재활용 방안에 대해 모색하였다. 그 결과 폐석회의 pH는 8.43 ~ 12.73으로 나타났으며, 폐기물관리법의 유해물질 관리기준을 초과하는 시료는 없었다. 함량시험 결과의 경우 토양오염우려기준과 비교한 결과 3지역 내에서 재활용이 가능 할 것으로 평가되었다. 폐석회의 활용으로는 도로기층재, 매립지 복토재, 해안 매립지의 성토재로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
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2014.11
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산업의 발전과 경제규모의 팽창에 따라 에너지소비가 크게 증가되는 가운데 대기오염물질배출이 크게 늘어나면서 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 이중에서 황화수소(H2S)는 계란 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 기체로서 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 신경중추마비 등을 발생시키고 있다. H2S 가스는 폐기물 매립장, 석유 정제업, 펄프공업, 도시가스 제조업, 암모니아공업, 하수처리장 등 다양한 곳에서 발생하고 있으며, 이를 처리하기 위하여 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등 여러 가지 처리방법이 제시되었다. 본 연구에서는 실험실규모의 장치를 이용하여 바이오매스 커피부산물을 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 커피찌꺼기를 대상으로 탄화, 스팀활성처리등의 과정을 거쳐 흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM 등을 이용한 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 통한 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 커피찌꺼기를 활용하여 탄화 및 활성처리과정을 거치면서 얻을 수 있는 흡착제의 수율은 15~20%에 해당되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 커피부산물은 스팀을 이용한 활성처리 과정에서 온도가 증가할수록. 시간이 증가할수록 스팀-탄소 화학반응에 의해 내부기공이 커지면서 비표면적이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 아울러, 커피부산물을 소재로한 흡착제의 황화수소 평형흡착능은 활성탄 대비 60~70%의 우수한 성능을 보임으로써, 악취제거용 흡착소재로 활용성이 클것으로 예상되었다.
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2014.11
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최근 고도화된 산업발달과 인구증가로 인하여 환경오염의 피해가 늘어나고 있다. 환경오염 중 인체에 가장 직접적인 영향을 미치는 영향으로 대두되고 있는 것은 대기오염이다. 최근 자동차수의 급증이나 각종 유기용제 및 페인트의 사용량 증가로 인하여 발생되는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)에 대한 관심은 사회적 문제뿐만 아니라 전 세계적으로 관심이 커지고 규제 또한 강화되고 있는 실정이다. 이중에서 벤젠은 발암성의 유독한 기체로서 호흡기로 흡수되어 폐 질환, 신경중추마비 등을 발생시키고 있으며, 이를 처리하기 위하여 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등 여러 가지 처리방법이 제시되었다. 본 연구에서는 실험실규모의 장치를 이용하여 바이오매스 낙엽부산물을 활용한 휘발성유기화합물(VOCs) 저감용 흡착소재개발을 위해 참나무 낙엽을 대상으로 탄화, 스팀활성처리등의 과정을 거쳐 흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 통한 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 참나무 건조낙엽을 활용하여 탄화 및 활성처리과정을 거치면서 얻을 수 있는 흡착제의 수율은 20~30%에 해당되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 참나무 낙엽은 스팀을 이용한 활성처리 과정에서 온도가 증가할수록. 시간이 증가할수록 스팀-탄소 화학반응에 의해 내부기공이 커지면서 비표면적이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 아울러, 참나무 낙엽을 소재로한 흡착제의 벤젠 평형흡착능은 활성탄 대비 90% 이상의 우수한 성능을 보임으로써, VOC제거용 흡착소재로 활용성이 클 것으로 예상되었다.
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2014.11
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Anaerobic Baffled Reactor(ABR)는 혐기성 소화 공정 중 하나로 주로 중소규모의 폐수처리에 사용되며 반응조 내부에 설치된 격벽(Baffle)에 의해 산생성과 메탄생성의 공간적 분리가 뚜렷하고, 일정 수준의 고액분리 효과를 기대할 수 있으며, 비교적 짧은 HRT(Hydraulic Retention Time)와 긴 SRT(Solids Retention Time)를 유지할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 ABR 공정을 이용하여 하수처리공정에서 발생하는 1차 슬러지를 안정화시키는 과정에서 메탄생성을 억제하고 산생성을 최대화하여 고농도의 유기산(Volatile Fatty Acid, VFA)을 생산하고자 하였다. 이때 생산되는 유기산은 후단 탈질반응조의 외부 탄소원으로 이용되어 후탈질 공정으로 유입되는 고농도의 NO3-N을 제거하도록 하였다. 최적 설계 인자 도출을 위하여 ABR 형태의 산발효조와 탈질반응조의 HRT, SRT 및 슬러지 반송과 폐기량이 VFA 생성 및 탈질에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험실 규모의 연구결과 HRT 2, 4, 6 및 8일에서 ABR공정을 통한 1차 슬러지 유입 SCOD대비 VFA 생성율은 각각 107±121, 35±87, -82±9 및 -82±12%로 HRT 2일에서 가장 높은 산 생성율을 나타내었으며, HRT 6일 및 8일에서는 긴 체류시간으로 인해 생성된 유기산의 상당량이 메탄으로 전환되면서 VFA 생성율이 저하되는 결과를 보였다. 또한 각 조건에서 생산되는 VFA를 탈질반응조의 유입탄소원으로 이용하였을 때, 유입되는 SCOD의 70% 이상이 탈질에 사용되었으며, NO3-N의 제거율은 평균 82±11% 수준의 탈질효율을 확인하였다.
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2014.11
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하수슬러지, 음식물폐기물과 같은 유기성폐기물에 미생물제제 등을 추가하여 퇴비화에 필요한 미생물반응을 촉진하기위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다. 하지만 기존 연구에서는 미생물활성도가 떨어지고 적응시간이 길기 때문에 퇴비화 진행 시 악취가 발생하거나 퇴비기간이 늘어나는 단점이 있었다. 본 연구에서는 다음과 같은 문제점을 최소화하고 퇴비기간을 줄이기 위해 하수처리 중 미생물제제를 활성슬러지에 우점화 시켜 미생물 활성도가 높은 슬러지를 생산하고, 생산된 슬러지와 음식물폐기물을 혼합하여 퇴비화에 사용하였으며 최근 커피소비량 증가로 인해 점차적으로 폐기물의 양이 증가되고 있는 커피부산물을 퇴비 팽화제로의 사용가능성을 확인하였다. 본 연구는 실험실 규모의 활성슬러지 장치를 이용하여 복합미생물 우점화 슬러지를 생산하였으며, 생산된 슬러지와 음식물쓰레기를 혼합한 시료와 비교실험을 위해 일반슬러지를 이용한 실험을 진행하였다. 팽화제로 톱밥과 커피부산물을 각각 사용하여 퇴비화 시료를 제작하였다. 퇴비화 실험장치는 호기성와 혐기성이 공존하도록 긴 원통에 아래에는 산기관을 설치하여 호기조건을, 상부에는 혐기조건을 형성했다. 퇴비화 반응실험을 진행한 결과 슬러지에 우점화 되어있는 악취제거 미생물로 인해 Control에 비해 악취성분이 낮게 검출되었다. 복합미생물제제가 우점화된 슬러지가 포함된 퇴비는 혼합 후 48시간 경과 후 초기온도 25℃에서 37.2℃로 온도상승현상이 나타났으며, 퇴비화 시간 또한 퇴비화 종결시점이 Control보다 3일정도 빨라진 것을 확인할 수 있었다. 본 결과를 토대로 일반슬러지보다 복합미생물제제로 우점화된 슬러지가 악취제어에 효과적이고 퇴비화 시간도 단축시키는데 도움을 주고, 특히 커피부산물을 팽화제로 사용한 퇴비의 경우 톱밥을 팽화제로 사용한 퇴비보다 다량 원소와 미량원소를 충분히 함유하고 있으며, 유기질과 무기질 함량이 풍부하여 식물재배용 퇴비로 사용하기에 적합한 것으로 측정되었다. 이는 커피부산물을 활용한 퇴비가 토양의 질을 향상시켜주고 식물생장에 도움을 줄 것으로 예상되며 일반폐기물로 버려지는 커피부산물을 퇴비화 하여 퇴비의 품질상승은 물론 폐기물저감효과를 동시에 가져올 수 있다.
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2014.11
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본 연구에서는 혐기성 소화가스(바이오가스)에 포함되어 있는 황화수소를 제거하기 위하여 연간 100만톤씩 발생하고 있는 정수슬러지를 사용하여 최적의 흡착제를 제조하고 제조된 흡착제의 흡착성능을 확인하고자 하였다. A시 산업단지에서 발생되는 식음료 슬러지 및 환입제품을 이용한 혐기성 소화공정에서 발생되는 바이오가스 중 황화수소를 제거하기 위해 고정층 연속흡착실험을 90일 동안 수행한 결과, 입상형 일반야자계 활성탄(GAC)의 경우 단위 흡착제 kg당 황화수소 제거량은 164.30g H2S/kg GAC으로 나타났다. 한편 정수슬러지를 활용하여 개발된 흡착제(DES-1000)를 이용한 경우, 단위 흡착제 kg당 황화수소 제거량은 180.18g H2S/kg DES-1000로 나타난 입상활성탄보다 흡착능이 우수함을 알 수 있다.
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2014.11
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국내 축산농가의 양측규모가 커져감에 따라 가축분뇨의 발생량 또한 지속적으로 증가하여 2013년 말에는 총 47,235,000 톤에 달하였다. 가축분뇨는 음식폐기물이나 일반 산업폐기물 등과 같은 각종 유기성 폐기물에 비해 발생량이 많은 편이지만, 염류나 유해성 물질 함유량이 낮은 관계로 총 발생량의 89.2%에 달하는 42,129,000톤이 퇴비화나 액비화와 같은 방법으로 자원화 되었다. 또한 혐기성소화에 의해 바이오가스화 되어지는 물량도 점차 증가하고 있는 추세이다. 나머지 양의 분뇨는 정화(8.6%, 4,062,000톤)나 기타 방법에 의해 처리되어졌다. 가축분뇨 연료화는 이 기타 방법에 속하는데 최근 들어서 가축분뇨 처리 관련 산업현장에서 관심이 높아져 가고 있다. 본 연구에서는 연소원료로서의 가축분뇨 이용가능성을 평가하기 위해 부숙시킨 가축분을 펠릿화한 뒤 그 특성을 분석하였다. 가축분 펠릿은 6~10 mm 두께로 제조하였다. 가축분 펠릿의 수송성과 관계되는 내압축 강도는 펠릿의 건조 정도와 비례하였는데 수분함량이 20% 내외 정도로 건조된 경우 약 20~30 kg/cm² 에 달하는 내압축성을 가지는 것으로 나타났다. 연료가치를 결정하는 요소인 저위발열량은 우분 > 돈분 > 계분의 순으로 높았는데 이는 각 축종별 분뇨중의 섬유소와 무기물 함량의 차이에 기인한 것으로 볼 수 있다. 건조 축분의 저위발열량은 약 2,900~3,300 kcal/kg 정도로 분석되었으며, 톱밥 등의 수분조절재를 첨가하여 부숙시킨 경우 저위발열량이 증가하는 경향을 보였다. 젖소분을 대상으로 한 원소분석 결과 생분뇨의 경우 C, H, O, N, S 함량이 각각 45%, 6%, 34%, 2%, 0,17% 인 반면에 톱밥을 혼합한 젖소분뇨의 경우에는 탄소함량이 48% 수준으로 증가하였다. 이상의 결과를 종합해보면 가축분을 연소원으로 사용할 수 있는 가능성이 있는 것으로 판단되며 가축분의 연료가치를 향상시키기 위해서는 발열량을 더 높일 수 있는 대안 수립이 필요한 것으로 보인다.
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2014.11
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지구 부존자원의 채굴량 한계, 산업규모의 증가 등으로 인해 원료 자원의 수요에 비해 공급량 부족 현상이 발생할 것으로 예상됨에 따라 이미 사용수명이 다한 폐기물로부터 유효한 자원을 회수하는 재활용 이슈가 부각되고 있다. 특히, 근대화된 도시로부터 발생하는 폐기물은 기하급수적으로 증가하고 있으며, 이 중 자동차의 경우 전기․전자제품과 더불어 주요 대체자원으로서 중요성이 점점 증가하고 있는 실정이다. 이처럼 대체자원의 활용 및 환경오염 방지 전략의 일환으로 1998년 독일의 주요 산업체들은 자발적으로 철 및 비철금속이 75% 이상 함유된 폐 자동차(ELV : End-of-Life Vehicle, 이하 ELV & 폐 자동차)의 재활용처리규정을 제정하고 실행하였으며, 이러한 기본 규정을 바탕으로 EU 위원회에서 2000년 EU 폐차처리규정(EU ELV Regulation)을 발효시킨 점 등은 대표적인 실례라고 할 수 있다. 생활수준의 향상으로 2010년 기준 전 세계 자동차 등록대수는 약 10억 대에 이르며, 꾸준한 증가 추세에 있다. 이로 인하여 폐 자동차의 발생량도 일시적인 감소를 제외하고는 꾸준히 증가하여, 2010년 약 4천만 대의 폐 자동차가 발생하였다. 이에 유럽공동연합(EU)은 2015년까지 폐 자동차의 재활용률을 95%까지 높일 것을 요구하고 있으며, 미국에서도 EPA(Environmental Protection Agency)의 주도로 각 주를 중심으로 재활용에 대한 요구조건을 강화하고 있다. 우리나라의 경우도 ‘전기･전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률’ 을 제정하여 폐 자동차의 95% 재활용을 목표로 하고 있다. 이러한 요구조건을 충족시키기 위해서는 현재 충분히 재활용되지 못하고 파쇄잔재물(ASR : Automobile Shredder Residue, 이하 ASR)의 형태로 매립되고 있는 플라스틱류와 비철금속의 재활용률이 현저히 향상되어야하며, 에너지 회수의 형태로도 재활용이 진행되어야 할 것이다. 일반적으로 폐 자동차 또는 폐 전기･전자제품의 재활용은 해체와 슈레더의 2단계 공정이 고려되어야 한다. 해체와 슈레더 공정을 살펴보면, 최초 해체업자에게 인도되어 유용 부품이 회수된 후, 압축하여 슈레더 업체로 옮겨지며 이렇게 압축된 차량을 Press Body라고 한다. Press Body에서 철, 비철금속 등의 유가금속을 회수하기 위한 슈레더(파쇄) 공정을 거치고 나면, 재이용이 곤란한 합성수지, 유리, 고무 등의 잔재물이 남는데, 이러한 잔재물을 ASR 또는 SD(Shredder Dust)라고 한다. 일반적으로 자동차 중량의 약 25%를 차지하는 ASR은 금속에 비해 재활용률이 낮고 관련 기술이나 처리 기반이 구축되어 있지 않아 대부분 소각이나 매립에 의하여 처리되어 왔다. 본 연구에서는 이상과 같은 배경 하에 독일의 ELVs & SLF/ASR 처리현황에 대한 조사 분석을 수행하여, 국내 ELVs & SLF/ASR의 재활용 방향과 재활용률을 높일 수 있는 참고자료를 제시하고자 하였다. 조사 분석의 주요 방향은 해체 및 슈레더 공정을 통한 폐 자동차의 재활용 비율과 SLF/ASR의 재활용 실적 및 매립처리 상태등이다.
133.
2014.11
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본 연구는 하수슬러지의 플록상태를 파악할 수 있는 응집제 자동투입장치를 탈수기 전단에 장착하여 하수슬러지(소화슬러지, 농축슬러지) 플록상태에 따른 고분자 응집제 주입량을 다르게 함으로써 탈수케이크의 함수율 저감 및 응집제 사용량 절감, 탈수여액의 수질개선 등을 평가하는데 그 목적이 있다. 응집제 자동투입장치를 B시 N하수처리장 소화슬러지 및 S하수처리장 농축슬러지에 적용한 결과 고속회전 및 응집제 분사를 통한 균일한 플록이 형성됨에 따라 탈수케이크 함수율 및 응집제 주입율 저감효과를 나타내었다. 하수슬러지의 탈수실험 결과 소화슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 12%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.11×1011 m/kg으로 나타났다. 또한, 농축슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 16%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.68×1011 m/kg으로 나타났다. 또한 응집제 자동투입장치의 회전속도와 유입 하수슬러지량 대비 고분자 응집제 주입율과의 상관관계를 평가한 결과 회전속도를 900~1,200 rpm의 범위 내에서 운전시 플록형성이 양호하게 나타났다. 기존 시스템 대비 응집제 자동투입장치의 경제성 평가 결과 N하수처리장 및 S하수처리장의 경우 각각 연간 263,542,490원 및 42,174,700원으로 산출되었으며, 시설투자비 회수기간은 각각 2.3년 및 7.1년으로 나타났다. 따라서, 하수처리장 탈수기 전단에 응집제 자동투입장치를 적용함으로써 함수율 및 약품주입량 저감 뿐만 아니라 중앙제어실을 통한 실시간 모니터링이 가능하므로 인력감축 유도 및 공정자동화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
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2014.11
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우리나라에서 배출된 음식물쓰레기가 연간 420만톤 발생하고 있고, 음식물쓰레기의 배출량은 전체 배출량의 65%를 차지하고 있어, 이 분야의 폐기물 배출이 국내의 폐기물 분야에 크게 기여하고 있는 것으로 나타났다. 이러한 혐기발효에서 발생하는 바이오가스는 전기를 생산하는 경우보다 연료로 사용할 경우에 환경성과 경제성은 더욱 증가하는 것으로 평가되고 있다. 이러한 바이오가스 중에 메탄과 이산화탄소 발생량 보다 황화수소 발생량은 소량이지만 금속의 부식성과 장비의 유지관리를 어렵게 하기 때문에 유해가스인 황화수소를 분리 제거하는 것이 메탄의 분리정제에 앞서 중요한 과제이다. 이를 위해 적용할 수 있는 분리기술은 크게 흡착법, 흡수법, 생물학적 제거법 등이 있는 데 사용용도, 재이용 및 경제성 등을 고려하여 흡수법의 기술적인 방법을 선택하는 것으로 중요하다. 바이오가스 내 황화수소를 제거하기 위해서 주로 사용하는 방법으로 금속철을 이용한 흡착법이나 흡수법 등이 주로 이용하여 왔다. 황화수소가스를 제거하기 위하여 화학흡수제인 무기화합물인 철화합물을 사용한 사례는 많치만 철킬레이트(Fe-EDTA)를 이용하는 처리방법 등은 국내에서는 석유화학공정 및 제지공장 등의 화학처리공정 및 악취가스처리를 위해 황화수소를 제거하기 위해 제한적으로 사용되어 왔다. 혐기발효를 위해 생성되는 바이오가스 내 황화수소를 흡수반응에 의해 철킬레이트 화합물을 본격적으로 적용된 예는 외국에서는 있지만 국내에서는 적었다. 만일 황화수소를 철킬레이트의 화학적인 흡수반응을 이용하면 황으로의 침전은 안전하고도 쉽게 분리가 가능하며 화학적으로도 안정적이고 인체에 무해하며 부식성이 없다. 또한 사용 후 재이용이 가능하고 고효율의 분리정제가 가능하기 때문에 바이오가스 분리를 위해 최적의 조건에서 분리정제를 위한 방법을 고려할 수 있다. 그러므로 EDTA에 의한 철킬레이트 화합물이 바이오가스 성분으로부터 황화수소가 쉽게 산화되면서 적절한 공정조건에 의해 여과나 침전방법에 의해 제거가 가능하다.
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2014.11
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바이오매스 및 폐기물로부터의 합성가스 생산 기술 개발은 효율적인 에너지 생산 및 처리방법으로 각광받아오고 있다. 특히, 가스화 반응으로부터 생산되는 타르는 가스화 효율을 낮추고, 배관폐쇄에 따른 가스화 시스템의 연속운전 저해 요소로 작용하고 있다. 효율적인 합성가스 내 타르 저감 방안으로, 촉매를 활용한 수증기 개질 연구가 이루어져 오고 있다. 주로 수증기 개질 반응용으로 사용되는 Ni 계열의 상용 촉매는 높은 가격 및 낮은 열적안정성으로 인해 중금속 계열의 Fe 활용 연구에 관한 연구 결과가 보고되고 있다. 특히, 제련공정으로부터 생산되는 제강슬래그와 염색 산업단지에서 발생되는 염색슬러지의 주성분은 Fe로, 상용 촉매 대체 적용가능 여부를 판단하기 위해 타르 스팀 개질 특성을 확인할 필요가 있다. 본 연구에서는 제강슬래그의 비표면적 향상을 위해 고온 알칼리 처리를 하였으며, 염색슬러지의 활용을 위해 고온 소성 처리를 수행하였다. 전처리를 거친 각각의 시료는 타르의 대표 성분인 벤젠을 이용하여 다양한 반응온도 조건에서 촉매 성능 평가를 수행하였으며, 대조군으로 촉매가 없는 조건과 Fe계열의 상용촉매 상에서 수행을 하였다. 최대 활성을 나타내는 900℃에서 제강슬래그의 경우 상용촉매에 비해 약 15% 높은 촉매 활성을 나타내었으며, 염색슬러지의 경우 상용촉매와 동일한 활성을 나타내었다. 이를 통해, 상용 촉매를 대체 할 수 있는 폐자원을 활용한 타르 개질 공정에 적용함으로써 운전비용 절감과 자원재활용에 크게 기여할 것이라고 사료된다.
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2014.11
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산업화가 가속화되면서 지구온난화는 환경을 위협하는 큰 문제로 대두되고 있다. 특히 지구온난화에 50% 이상 기여하는 물질인 이산화탄소는 그 농도가 산업혁명 이후 급격히 증가해왔으며, 이 문제를 해결하기 위해 전세계적으로 이산화탄소 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS)을 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. CCS 중 하나인 광물탄산화는 이산화탄소를 칼슘, 마그네슘 등과 반응시켜 불용성 탄산염으로 고정하는 기술이며, 원료로 칼슘이나 마그네슘을 다량 함유한 천연광물 또는 산업부산물이 사용될 수 있다. 제지슬러지소각재(Paper Sludge Ash, PSA)는 제지공정에서 생성되는 산업부산물로 칼슘을 다량 함유하고 있어 광물탄산화에 적합한 재료이다. 본 연구에서는 PSA를 암모늄염(ammonium chloride, ammonium acetate)과 반응시켜 칼슘을 선택적으로 용출한 후 탄산화하는 과정에서 암모니아수를 추가했을 때 탄산화 효율이 어떻게 변하는지를 알아보았다. 용제로 암모늄염 용액(0.3M, 1L)을 사용하여 PSA(20g)로부터 칼슘을 용출시킨 용출액 A와 용출액 A에 암모니아수(1.76mL)를 추가한 용출액 B를 각각 준비한 다음, 대기압 하에서 각 용출액에 이산화탄소(0.1L/min)를 30분 동안 주입하여 탄산화반응을 진행하였다. 용출액 A를 이용한 탄산화반응 결과 6.81g의 탄산칼슘을 회수하였고, 생성된 고체를 기준으로 산출한 이산화탄소 저장량은 149.8kg CO2/ton PSA이었다. 암모니아수를 추가한 용출액 B를 이용한 탄산화반응에서는 반응종료 후 용액 중 칼슘농도가 용출액 A 경우의 절반 정도이었다. 용출액 B로부터 7.69g의 탄산칼슘을 회수하였고, 이 결과는 이산화탄소를 169.2kg CO2/ton PSA 저장하였음을 의미한다. 칼슘 용출액 A에 암모니아수를 추가하면 완충작용이 지속되면서 높은 pH가 유지되기 때문에 용출액 B에서 탄산화 효율이 더 높아졌다. 또한 용출액 B에서처럼 암모니아수를 추가하면 한번 사용한 암모늄염 용제를 간접탄산화에 재사용할 때 칼슘 용출효율을 높이는데 기여하리라고 예상한다.
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2014.11
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무전해니켈 도금공정은 외부의 전원 없이 환원제를 사용하여 자발적으로 금속 도금층을 형성시키는 표면처리 방법으로, 현재 일정기간 사용한 도금액은 폐액으로 배출하여 폐기하고 있는 실정이다. 이에 도금폐액 내에 포함되어 있는 유가자원인 니켈이 그대로 폐기되고 있으며, COD와 P의 함량이 매우 높은 고농도 오염 폐수의 배출로 인해 환경적 문제가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 무전해니켈 도금 폐액 내의 니켈을 1차적으로 회수한 후 폐액 내에 잔존하고 있는 COD 및 P 함량을 제거하는 공정을 개발하고자 하였다. 이온교환을 통해 니켈을 제거한 폐액은 고도산화처리와 감압농축 공정을 각각 또는 연계하여 적용하였으며, 조건별로 유기물 제거 특성을 살펴보았다. 고도산화처리 실험에서는 환원제로 주입되는 과산화수소의 소모량을 감소시키기 위한 방법으로, 단파장의 UV를 적용하여 환원제 투입량이 감소되는 것을 확인할 수 있었으며, 반응시간의 감소를 위해 광촉매 적용 기초연구도 병행하였다. 각 실험조건별 특성 분석을 통해 최적 공정 및 조건을 도출하기 위한 연구를 수행하였으며, 그 결과 COD 및 P의 함량을 95% 이상 감소시킬 수 있었다.
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2014.11
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폐기물을 사용한 가스화용융 공정에서 발생되는 폐수와 슬랙은 폐기물의 특성상 납, 비소, 카드뮴, 수은, 구리, 크롬 등 다양한 종류의 중금속을 함유하고 있어 오염문제를 야기할 수 있다. 따라서 이러한 중금속들을 제어할 수 있는 정제 과정과 슬랙에서 배출되는 용출수의 중금속 분석이 필요하다. 본 연구에서는 Pilot 규모의 폐기물 가스화 공정에서 사용한 폐기물, 운전 시 사용한 폐수, 폐수를 여과 처리한 처리수, 생성된 슬랙 및 슬랙에서 나온 용출수의 중금속 함량을 비교함으로써 가스화 및 오염물질 정제 과정에서 관찰되는 중금속 물질의 거동을 확인하였다. 폐기물은 울산지역의 사업장폐기물과 용인지역의 사업장 폐기물 그리고 자동차파쇄잔재물(ASR)을 사용하였다. 폐기물 가스화 공정 중에 발생하는 바닥재는 용융되어 슬랙의 형태로 배출된다. 그리고 폐기물 가스화 공정 내 오염물질 정제 과정은 입자상물질 제거장치, 중화세정탑, 탈황세정탑 및 미세입자상물질 제거장치 순으로 진행된다. 각 시료의 중금속 함량 분석 결과 여과 처리를 거친 처리수의 경우 중금속 함량이 대부분 검출되지 않았으며, 구리 1.76mg/L, 니켈 0.46mg/L, 바륨 0.56mg/L로 환경부 배출 허용기준치에 미치지 못하는 극소량이 분석되었다. 또한 슬랙 내부에 대부분의 중금속이 포획되어 슬랙 용출수에서는 대부분 검출되지 않았으며 일부 중금속의 경우 0.1mg/kg 미만으로 분석되었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 Pilot 규모의 폐기물 가스화 공정을 거친 폐기물은 생명체에 치명적인 중금속 오염 문제를 야기하지 않음을 보여준다.
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2014.11
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수중생태계는 하수방류수와 비점오염원 등에 의해 유입되는 다양한 유기물질로 인해 물속에 질소(N), 인(P)과 같은 영양물질이 많아짐으로써 부영양화를 초래하게 된다. 특히 산업폐수나 축산폐수와 같이 고농도의 암모니아를 함유하고 있는 폐수의 경우에는 수계에 방출되기 전에 충분한 처리가 필수적이다. 또한 고농도의 유기물을 함유한 축산폐수나 음식물 쓰레기와 같은 폐기물을 처리하는 기술인 혐기성 소화 공정의 운전에서 암모니아는 공정운영에 있어 선택적인 제거가 필요한 실정이다. 제거 방법 중 하나는 암모니아 stripping 방법이 모색되고 있다. 암모니아 스트리핑 방법은 유입 하폐수의 pH를 10~11 이상으로 높인 후, 수중의 암모늄이온(NH4)을 암모니아 기체 분자(NH3)형태로 변형시켜서 공기와 접촉시켜 제거하는 방법이다. 그 중 pH는 자유 암모니아의 분율을 결정하는 매우 중요한 인자이다. pH가 8.0이하에서는 free암모니아의 비율이 10%미만일 경우 air stripping에 의한 암모니아 탈기는 거의 이루어지지 않으며 반면 pH가 10이상에서는 거의 90%이상이 free 암모니아로 존재하여 암모니아 탈기효율을 증진시키기 위해서는 가능한 pH를 높여야 한다. pH가 10이상으로 높아질수록 암모니아 탈기효율은 증가되지만 pH 10 이전보다 매우 많은 양의 pH 조절제(NaOH, CaCO3)가 사용된다. 기초 실험 결과 pH 조절제 각각의 단일 사용 보다 혼합 주입 시 pH 증가에 필요한 사용양이 감소하였다. 따라서 pH증가를 위한 혼합 첨가제의 최적비율과 경제적 사용양의 확인을 위해 적정 pH값을 12로 설정하여 실험 하였다. 본 연구는 pH 8.3, NO3-N 1.56mg/L NH4+-N 1,135mg/L의 음폐수를 원수로 사용하였고, 원수 1L 당NaOH는 0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5일 때, CaCO3 각각 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5의 비율로 혼합하였다. 혼합비율에 따른 암모니아 스트리핑 반응조 실험결과 pH를 12까지 높이는데 필요한 NaOH와 CaCO3의 경제적인 최적의 비율은 15:1로 나타났다.
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2014.11
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최근까지 해양투기로 처리되던 유기성 폐기물이 런던 협약에 의해 금지되면서 혐기성 소화 처리 방법이 각광받고 있다. 혐기성 소화는 고농도의 폐기물에도 적용되고, 바이오 가스가 생산되며 슬러지 생산량이 적고 탈수성이 좋은 장점이 있다. 반면 슬러지 체류 시간이 길어 다량의 폐기물 처리를 위해서 대규모의 소화조가 필요한 단점이 있다. 이러한 단점에도 불구하고 혐기성 소화 시 발생되는 바이오가스에 대한 잠재적 가능성이 인식되면서, 에너지 효율을 개선하고 혐기성 소화의 단점을 극복하기 위한 기술개발이 지속적으로 진행되고 있다. 그 방법으로는 초음파, 가압열수 분해 등의 전처리 방법과 통합소화와 같은 기술들이 연구되고 있다. 본 연구는 초음파 전처리를 통해 유기성 폐기물중 하나인 분뇨의 바이오 가스 생성 효율 증대를 살펴보고 적정 초음파 처리 조건을 알아보고자 하였다. 분뇨를 1000J/g ~ 50000J/g의 조건으로 초음파 전처리 후 메탄 잠재량 분석(Biochemical Methane Potential Test : BMP) 방법으로 가스 발생량을 측정하였다. 또한 전처리를 통한 휘발성 고형물 감량율(VSR)을 평가하였고, 탈수능을 위해 CST를 측정하였다. 실험 결과 가스발생량은 최저 183.5ml-biogas/g-VS, 최고 191.5ml-biogas/g-VS 로 큰 차이를 보이지 않았다. 휘발성 고형물 감량은 30000J/g에서 58.45%로 가장 효율이 좋았다.
