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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고체로켓모터는 점화체와 추진기관으로 구성되어있고, 추진기관에 대한 재활용 연구는 상업생산까지 이루어져 있다. 하지만 로켓모터를 처리하면서 발생하는 점화체에 (점화알약과 기폭장치로 구성) 대한 연구는 전무하여, 계속 누적되어가고 있는 실정으로, 현재 소각을 통한 처리방법만이 알려져 있다. 점화체를 구성하는 점화알약은 boron (보론, 붕소), KNO3 (질산칼륨) 및 binder인 polyester resin으로 되어있다. 이 중 붕소는 지각에 약 0.001%만 존재하는 희소성 높은 자원으로 반도체산업, 특수합금제조, 방탄유리산업 등에 이용되는 고부가가치를 지닌 물질이다. 국내의 경우 현재 수요의 대부분을 수입에 의존하고 있다. 그리고 질산칼륨의 경우 비료의 원료, 실험시약 등에 사용되는 물질이다. 본 연구에서는 유기용매 사용 또는 소결처리를 하지 않고, 순수한 물로 각 성분들의 용해도 차이만을 이용하여 질산칼륨과 붕소분말을 회수하였다. 분리한 붕소는 ICP원소분석을 통해 불순물을 확인하였고, IC분석을 통해 세척횟수에 따른 용액의 질산칼륨 회수량을 확인하였다. 점화알약에서 붕소와 질산칼륨을 순수한 물로 회수하였을 경우도 소결처리 또는 유기용매를 사용하여 회수한 경우와 금속이온들의 함량이 유사함을 알 수 있었다.
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2014.11
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2012년부터 상수원 보호구역이나 4대강의 본류로 유입되는 지천의 인근에 있는 하수처리장의 방류수에 대한 총인의 기준을 2 mg/L에서 0.2 ~ 0.5 mg/L로 강화시켰다. 이와 같은 수질 기준의 강화로 기존 하수처리장에서는 총인 처리시설을 추가로 설치하여 운영 중에 있다. 인에 대해 높은 친화성을 지닌 알루미늄을 주성분으로 황산반토나 PAC(poly aluminum chloride)와 같은 응집제를 이용하여 인을 처리하고 있다. 그러나 총인처리시설 유입수의 총인농도 변화에 대응하여 적정량의 응집제를 투입하는 것은 현실적으로 어렵기 때문에 과잉의 응집제가 투입되는 경우가 많은 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 총인 처리 과정에서 발생되는 슬러지(이하에서는 총인 농축 슬러지)를 이용하여 하수처리장의 반류수(혐기성 소화조 상등수 등)중에 함유된 인의제거 가능성을 검토하였다. 소화조 상등수 중의 성상은 총인: 16 mg/L, CODMn: 188 mg/L, Al: 1.1 mg/L이었으며, 총인 농축 슬러지의 성상은 상등액의 경우, 총인: 0.22 mg/L, CODMn: 18 mg/L, Al: 0.05 mg/L이었으며, 총인 농축 슬러지의 알루미늄 함량은 약 160 g/kg (건조중량)이었다. 이와 같이 총인 농축 슬러지중의 알루미늄은 인과 결합된 안정된 형태이며, 용존상의 알루미늄 이온의 농도는 높지 않은 것으로 나타났다. 그러나 소화조 상등수에 총인 농축 슬러지를 1 ~ 25% (V/V)의 범위에서 주입시킨 경우, 소화조 상등수 중의 총인은 주입량에 비례하여 제거되는 특성을 보였다. 이는 총인 처리 과정에서 과잉으로 투입된 알루미늄의 일부가 황산염이나 염소 이온등과 결합한 상태로 존재하다가, 이들 이온에 비해 알루미늄과 높은 친화력을 지니는 인과 결합함으로서 나타난 현상인 것으로 추측되었다. 이와 같은 결과로부터 총인 농축 슬러지를 이용하여 하수처리장의 반류수(혐기성 소화조 상등수 등)중에 함유된 인의 제거가 가능한 것으로 확인할 수 있었다.
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2014.11
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전국 정수처리장은 624개소이며 이곳의 전체시설용량은 약 2,775만톤/일으로서 상수생산량은 1,579만톤/일이다. 정수슬러지의 발생량은 1,479톤/일에 이르고, 상수원의 오염과 고도정수시설의 도입에 따라 매년 증가하고 있으며 발생하는 슬러지 케이크는 매립, 해양투기, 재활용에 의해 처분되고 있다. 매립은 매립지 확보의 어려움으로 거의 중단된 상태이고, 처리비용이 상대적으로 저렴한 해상투기의 경우는 해양오염방지법 시행규칙 개정으로 2013년부터 모든 폐기물은 해양배출이 금지되어 재활용에 의해 처리되어야 하는 실정이다. 따라서 이를 자원화하게 되면 처리비용을 절감하고 매립장의 수명을 연장함과 동시에 2차 환경오염원을 차단하는 효과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 정수슬러지의 고효율, 저비용 및 친환경적인 재활용 기술개발이 절실함에 착안하여 정수슬러지를 인산으로 수열반응 하거나 알루미노실리케이트 흡착제를 수열합성하고, XRD, SEM, FT-IR, BET, XRF, TGA 등을 이용하여 물성분석을 수행하였다. X-선 회절분석 결과 정수슬러지는 α-quartz 또는 Berlinite 결정구조를 나타내었으며, 정수슬러지와 인산으로 수열반응시킨 시료의 비표면적은 각각 104.7, 88.5 m²/g 이었다. 정수슬러지를 원료로 하여 알루미노실리케이트를 합성하는 경우 90℃에서 5시간 수열합성한 시료가 가장 높은 결정성을 나타내었으며, Pb2+, Cd2+ 이온에 대해 흡착성능을 평가한 결과 약 97% 이상의 높은 제거효율을 나타내었다.
44.
2014.11
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최근 도심지의 노후 된 포장 재정비 및 지하매설물 굴착 복구로 인한 폐아스콘 발생량이 지속적으로 증가하고 있으며, 이러한 건설폐기물 처리의 심각성이 대두됨에 따라 자원순환을 위한 정부의 패러다임 전환 정책이 강화되고 이에 따른 산업인프라 구축이 활발히 진행되고 있다. 한편 폐아스콘 순환골재를 활용한 투수성 재생 아스콘 제조를 통해 탄소배출량 저감, 지하수자원 보존 및 집중호우로 인한 도심지 침수 방지에 효과적일 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 투수성 재생아스팔트 혼합물의 제조 및 역학적 특성 규명에 앞서 폐아스콘순환골재의 물리적 특성을 분석하였다. 본 연구에서 사용되는 폐아스콘 순환골재는 G사에서 처리 및 생산된 골재로서 순환골재의 입도 크기별로 25~13mm, 13~8mm 및 8mm 이하의 것으로 분류하여 사용하였다. 25mm이하 폐아스콘 순환골재의 물리적 성질을 KS F 2503 ｢굵은골재의 밀도 및 흡수율 시험｣에 준하여 분석한 결과 밀도 및 흡수율이 각각 2.62 g/cm3, 1.45%로 나타났다. 폐아스콘 순환골재의 품질은 KS F 2572 ｢아스팔트 콘크리트용 순환골재｣에 준하여 실험하였으며, 구재아스팔트 함량 4.43%, 구재아스팔트 침입도(25℃, 1/10mm) 21, 씻기 시험에서 손실되는 양 1.0%, 유기이물질 0.07%, 무기이물질 0.11% 함유하는 것으로 나타나 아스팔트 콘크리트용 순환골재 품질규격에 적합한 것으로 확인되었다. 또한 폐아스콘 순환골재의 체가름시험 결과 골재입도는 25~13mm에서 25mm 100%, 20mm 85%, 13mm 72.5%, 10mm 54.6%, 5.0mm 39.6%, 2.5mm 27.3%, 0.6mm 15.9%, 0.3mm 11.5%, 0.15mm 7.3%, 0.08mm 2.8%, 골재입도 13~8mm에서 25~13mm 100%, 10mm 81.4%, 5.0mm 30.9%, 2.5mm 23.7%, 0.6mm 15.3%, 0.3mm 11.7%, 0.15mm 7.8%, 0.08mm 3.4%, 골재입도 8mm이하에서 25~10mm 100%, 5.0mm 93%, 2.5mm 74.5%, 0.6mm 41.9%, 0.3mm 29.6%, 0.15mm 19.1%, 0.08mm 6.9%의 체통과율이 확인되었으며, 향후 투수성 재생아스콘의 골재로 사용하기 위하여 입도별에 따른 투수성능 및 혼합물의 역학적 특성을 평가하여야 할 것으로 판단된다.
45.
2014.11
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규석은 산업용 원료로 유리, 주물공업 및 화학공업, 시멘트 산업 등 광범위하게 사용되어 왔다. 최근에는 태양광 및 전자산업에서 실리콘의 원료로도 사용되고 있다. 태양 전지급 실리콘 제조시에는 고순도의 규석에 코크스(C)를 혼합하여 아크전기로에서 반응시켜 제조한 순도 99% 정도의 메탈실리콘을 원료로 사용한다. 고순도의 메탈실리콘을 생산하기 위해서는 출발원료인 규석의 순도가 중요하기 때문에 규석의 물리적 또는 화학적 정제를 통한 불순물의 제거가 선행되어야 한다. 규석의 물리적 정제 과정 중 중광물과 경광물을 분리하는 테이블 선광 과정에서 슬라임(Slime)이라는 부산물이 발생한다. 이 Slime은 SiO2 함량이 85% 수준이고 Al2O3를 함유하고 있어 메탈실리콘의 출발원료로 사용이 불가능하다. 하지만 원료 석회석, 점토, 규석, 철광석을 사용하는 시멘트 산업에서는 85%의 SiO2를 함유하고 있는 Slime을 천연원료인 규석을 대체 사용이 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 규석의 물리적 정제 과정에서 발생하는 Slime을 규석 대체로 사용하는 경우 시멘트 원료로 사용가능성을 검토하고 실험실에서 클링커를 소성, 석고를 혼합/분쇄하여 제조한 시멘트의 특성을 확인하였다. 원료배합 검토결과 Slime의 성분이 천연원료인 규석의 성분과 유사하여 현재 생산하고 있는 시멘트 원료의 배합조건대로 배합이 가능하였으며, Slime의 경우 Al2O3를 포함하고 있기 때문에 Al2O3 획득을 목적으로 사용하고 있는 점토의 배합량도 감소시킬 수 있었다. 배합원료의 소성성 평가 결과 Slime을 활용한 경우에 있어서 현재 생산조건 보다는 소성성이 다소 양호해 지는 것을 확인할 수 있었다. 실험실에서 소성한 클링커에 있어서는 주요광물인 C3S, C2S, C3A, C4AF의 발달 상태를 현미경으로 관찰한 결과 현재 생산에 사용되고 있는 원료 배합조건으로 제조한 클링커와 비교해 볼 때 큰 차이 없이 양호하게 발달한 것을 확인할 수 있었다. 실험실에서 소성한 클링커에 석고를 첨가하여 분쇄과정을 통해 제조된 시멘트의 품질특성을 평가한 결과 압축강도 및 응결이 KS 기준을 만족함을 확인하였으며, 특히 Slime을 사용하는 경우 압축강도에 있어 초기강도가 증가하는 경향을 나타내었는데 이는 Rietveld 법을 활용하여 클링커 광물 함량을 정량해 본 결과 클링커 광물 중 초기강도에 기여하는 C3S 함량이 증가한 것에 의한 것임을 확인할 수 있었다. 규석의 정제과정에서 발생하는 Slime은 시멘트 원료 중 규석대체로 사용이 가능하며, Al2O3도 함유하고 있기 때문에 점토 사용량도 일부 줄일 수 있었다. 또한 소성성의 경우 다소 양호해지며, 만들어진 클링커를 가지고 제조한 시멘트의 경우 KS 규격을 만족함을 확인할 수 있어, 시멘트 제조용 원료로 공정 및 품질에 대한 영향없이 Slime을 사용할 수 있는 것으로 나타났다.
46.
2014.11
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콘크리트 분야에 산업폐기물을 활용하기 위한 연구는 이미 오래전부터 수행되어 고로슬래그나 플라이애시와 같은 시멘트 혼합재료는 이제 보편적으로 사용되고 있다. 이와 같은 산업폐기물을 콘크리트에 재활용 할 경우 콘크리트의 성능개선이나 품질개선 효과를 나타낼 경우 이는 환경보전이나 자원재활용 측면에서 경제적 부가가치를 도모할 수 있기 때문에 적극적인 재활용 방안이 모색되어져야 한다. 이에 본 연구에서는 국내의 여주와 이천에서 주로 발생되는 산업도자기 폐기물과 전국적으로 발생되는 생활도자기 폐기물을 콘크리트 산업에 활용하기 위한 기초 연구로서 국내에서 기 수행된 연구자료를 검토하여 도자기 폐기물을 콘크리트 산업에 사용하기위한 재활용성을 검토하고자 하였다. 김기형(1999)과 문한영(2001) 등은 도자기 폐기물을 사용한 시멘트 모르터의 특성에 대한 연구와 요업폐기물을 콘크리트용 골재로 재활용하기 위한 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 폐도자기 분말 20%를 모르터용 혼화재료로 사용한 경우 플로우 값이 양호하였으며 이때 압축강도는 감소하는 경향을 나타낸 것으로 연구되었다. 또한 폐도자기를 잔골재로 사용한 경우 플로우 값은 변화가 없으나 강모래를 사용한 경우보다 압축강도가 증가하였으며 폐도자기 잔골재를 100% 사용한 경우 약10%의 압축강도 증가현상이 나타나는 것으로 연구되었다. 그러나 잔골재 및 굵은골재로 각각 대체한 콘크리트의 슬럼프는 크게 감소하여 이에 대한 적절한 대책이 마련되어야할 것으로 나타났다. 강성구(2004) 등의 연구에서는 폐도자기를 골재로 이용한 콘크리트의 특성을 연구한 결과 비중은 일반 골재에 비하여 다소 작고 흡수율은 높으나 비교적 입도가 양호하며 표면조직을 광학현미경으로 관찰한 결과 재활용골재나 부순돌과 차이가 없는 것으로 확인되어 시멘트 페이스트와의 부착이 양호할 것으로 판단하였다. 이화영(2008) 등이 연구한 폐도자기분말의 혼입에 따른 시멘트 모르타르의 특성에 의하면 폐도자기 분말을 시멘트 혼합재로 사용할 경우 작업성을 개선시키고 시멘트의 사용량을 줄임과 동시 강도증진 효과를 얻는 것으로 연구되었으며 시멘트 혼합재로서의 성능은 슬래그를 사용한 것보다 유리한 것으로 연구되었다. 또한 폐도자기 분말의 PHC 파일용 시멘트 혼화재 적용성 검토(2010)에 대한 연구에서도 초기 강도 개선효과가 있는 것으로 보고되어 시멘트 및 콘크리트 2차 제품에 대한 활용가능성이 있는 것으로 나타났다. 신한국(2010)과 류현기(2011) 등은 폐도자기 미분말을 이용한 순환골재의 강도증진에 관한 연구와 폐도자기 분말도 변화에 따른 순환골재 사용 콘크리트의 물리적 특성에 관한 연구를 수행하였으며 그 결과 폐도자기 분말을 사용할 경우 콘크리트는 높은 강도발현을 나타내는 것으로 연구되었다. 배상우(2012) 등의 연구에서도 폐도자기를 활용한 무기결합재 모르타르의 잔골재 치환율 변화에 따른 유동 및 강도특성에 대한 연구결과 유동성 및 압축강도의 증가가 확인되었다. 이와 같이 기존 연구문헌을 검토한 바 도자기 폐기물은 잔골재의 부존자원 고갈 및 채취로 인한 환경훼손 등의 문제에 기여할 수 있는 콘크리트용 골재로서 재활용하는 방안과 시멘트의 재료절감, 콘크리트의 조기강도 증진 및 품질성능 향상을 도모할 수 있도록 미분말화하여 시멘트 대체재료로서 활용하는 방안에서 그 효용가치를 나타낼 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 폐도자기 분말이 포졸란 반응이나 장기강도 증진, 내구성 등에 효과를 나타내는지에 대해서는 향후 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
47.
2014.11
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국내 건설 산업용 골재 중 레미콘용 골재의 품종별로 잔골재는 바다모래, 하천모래, 부순모래, 육모래, 산모래 순으로 사용되고 있으며, 굵은 골재는 부순자갈이 대부분 사용되고 육자갈 및 강자갈이 일부 사용되고 있다. 굵은 골재의 경우 부순 자갈의 사용량이 크게 증가되었으며, 잔골재의 경우 바다모래 및 부순 모래의 사용량이 증가되고 있다. 골재수요는 건설 산업의 지속적인 증가에 힘입어 향후에도 꾸준하게 증가하여 연간 2억 m³ (약 3억 3천만 톤)이상의 수요가 지속적으로 발생할 것으로 예상되고 있으며, 국토교통부의 연도별 골재 채취 실적 자료에 의하면, 2002년의 경우 골재의 허가 채취량은 1억 1,900만 m³에 달하여 골재 수요량인 2억 1,700만 m³의 54.9 %를 채취 허가량으로 공급한 것으로 나타나고 있어 부족분의 골재를 충당하기 위한 노력이 다각적으로 진행되고 있으며, 이러한 배경에서 재생골재의 필요성이 크게 대두되고 있다. 국토교통부 골재 허가 채취량은 수요량의 54 % 정도로 부족분의 골재를 충당하기 위한 노력이 다각적으로 진행되고 있으며 재생골재의 필요성이 크게 대두되고 있다. 국토교통부에서는 재생골재 사용 시 사용비율에 따른 건축물 용적률 완화 규정을 적용하고 있으며, 환경부에서는 재생골재의 사용을 의무화한 ｢건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률(안)｣이 시행되고 있으며 국토교통부에서는 ｢순환골재 품질기준(안)｣ 제안되어 재생골재의 재활용 촉진을 위한 정책으로 적극 추진 및 장려되고 있다. 본 연구에서는 건설폐기물로 발생되는 폐콘크리트를 이용하여 재생기술 개발을 통해 레미콘업체 및 건설업체 등에서 사용할 수 있는 품질의 순환골재 생산기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 발생 폐기물의 성분분석, 재생 process 구축 및 열해리를 통한 박리에 적절한 최적 운전조건을 도출하였다.
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2014.11
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통신기술의 발달로 대부분의 사람들이 개인 휴대전화를 소지하게 되었으며, 특히 스티브 잡스의 전략으로 휴대전화는 단순히 전화 기능뿐만 아니라 인터넷, 이메일 등 다양한 첨단 기능을 하는 스마트폰으로 진화하였다. 우리나라의 경우 일부 연령층을 제외하고는 대부분이 스마트폰을 소지하고 있으며 스마트폰의 교환 주기는 1-2년 사이로 매우 빠른 편이다. 따라서 사용한 스마트폰은 중고폰을 수출되거나 폐기되는 실정인데, 일반 분쇄로 폐기되는 경우에는 처리 비용 및 분쇄물 후처리 등의 문제가 여전히 남게 된다. 또한 중고 스마트폰에 포함된 부품 및 소재는 기능상의 문제가 없음에도 불구하고 전체적으로 폐기되기 때문에 자원의 손실이 매우 큰 편이다. 특히 빠르게 바뀌는 정보화 사회의 요구를 만족시키기 위해서 스마트폰의 사양이 더 고급화되어야 하며 고성능 신제품이 빠르게 생산되어야 하기 때문에 일부 공정에서는 불량이 많이 생겨 폐기 또는 재활용 해야할 부품이 확대되고 있는 실정이다. 본 연구팀에서는 이러한 스마트폰 폐기물 및 공정 불량에 의한 부품 재활용에 필요한 관점에서 접근하였다. 먼저 스마트폰의 구조에 따라서 케이스, 배터리, 전면터치패널, 디스플레이, 회로기판 등으로 나누어서 기본적인 분해 과정을 체계적으로 진행하였다. 특히 전면터치패널 및 디스플레이의 분해 및 재활용에 대해서 중점을 두고 연구를 시작하였다. 그 결과 두 부품/소재 부분의 재활용이 가능한 결과를 얻었으며, 재활용된 부품은 스마트폰 신제품 생산에 직접 사용할 정도의 우수한 상태를 보였다. 본 발표에서는 해당 스마트폰 관련 재활용 실험 과정 및 결과에 대해서 자세히 토론한다.
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2014.11
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본 연구는 준설토-철강슬래그 혼합토를 해양 건설재료로 활용 가능 여부를 확인하기 위하여 선슬래그 15mm 이하, 20mm이하, 40mm이하, 강슬래그 15mm이하, 20mm이하, 40mm이하, 수재, 괴재, BSSF 등 9가지 시료를 대상으로 준설토-철강슬래그 혼합토의 기본물성시험 및 일축압축강도시험을 진행하였다. 혼합토의 일축압축강도시험은 소성영역(함수비 22%)과 액성영역(함수비 30%)으로 나누어 중량비 혼합 20%, 30%, 40%로 양생 3일, 7일, 14일, 28일에 대하여 진행하였다. 시험결과 선슬래그 15mm이하, 20mm이하, 강슬래그 15mm이하, 20mm이하 혼합토의 강도가 현저하게 증가함을 확인하였다.
50.
2014.11
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플라스틱은 발열량이 매우 커서 가연성 폐자원으로써의 활용가치가 높으므로, 플라스틱 폐기물을 이용한 고형연료화(RPF, refuse plastic fuel) 사업을 통하여 대안적인 에너지 공급원으로 기능할 수 있다. 그러나 PVC 재질이 혼합된 플라스틱류의 경우, 소각과정에서 다이옥신과 염화수소 등 2차 대기오염물질이 발생되고, 플라스틱에 포함된 중금속 등의 유해물질이 환경 매체에 다양한 경로로 확산되기 때문에 플라스틱 폐기물의 처리과정에서 여러 가지 환경적 문제를 야기할 수 있다. 즉, 플라스틱은 소각에 의한 에너지 회수 과정에서 유해대기오염물질(HAPs, hazardous air pollutants)을 필연적으로 배출하게 되므로, 폐자원의 재활용 방안을 모색하고 적용하기에 앞서 물리화학적 특성, 특히 미량성분의 분포 특성과 이에 수반되는 잠재적 영향 파악이 반드시 선행되어야 한다. 한편, ICP-MS를 이용하여 플라스틱에 포함된 미량성분을 정량분석하려면 고체상 시료를 용액화 하는 전처리 과정이 필요한데, 이와 같은 파괴적 전처리 과정은 많은 시간과 노력이 요구되고, 시료 오염과 휘발 원소의 손실, 난분해성 시료의 낮은 분해효율 등과 같은 한계가 있어, 난용성 소재에 대하여 전처리 과정 없이 고체상시료를 직접 분석할 수 있는 방법이 요구된다. Laser ablation(LA)은 시료의 국소 범위에 laser를 조사하여 증기화하는 장비로, ICP-MS와 결합하면 별도의 파괴적 전처리 과정 없이 신속하면서도 정확한 분석이 가능하다. 그리고 ICP-MS로 도입되는 시료량이 극히 적기 때문에 분석 장비로 인한 오염이 적은 장점이 있다. 반면, LA는 시료의 열적, 물리적 특성의 영향을 받기 때문에 미지시료의 정량분석을 위하여 동일한 매질의 표준시료가 필요하다. 또한, LA의 대표적인 한계로 꼽히는 elemental fractionation의 영향을 고려하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 한국기초과학지원연구원에서 보유하고 있는 LA-ICP-MS 분석장비(UV laser ablation system: 213 nm Nd:YAD laser, UP213, New Wave Research; ICP-MS: X2 series, Thermo Science Company)를 사용하고, 분석결과의 신뢰성 제고를 위하여 시료와 동일한 매질의 인증표준물질을 이용하여 최적분석조건 및 절차를 도출하며, 20종의 플라스틱 폐기물 시료에 포함된 미량성분(As, Br, Cd, Cr, Hg, Pb)을 정량분석하고자 한다.
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2014.11
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자원의 절약 및 환경보전을 위해서는 에너지와 천연자원의 문제를 해결하는 것이 국가 경제의 미래를 결정하는 주요변수로 작용될 수 있다. 특히, 천연자원의 무분별한 개발 증가로 가격 상승, CO2와 같은 온실가스 배출 증가, 에너지 소비 증가 등 자원 난개발은 경제자체 문제뿐만 아니라 환경오염 문제로 확대될 수 있어서 폐자원의 재활용은 순환형 사회 정착을 위해 더욱 부각되어야 한다. 따라서 재활용제품 사용에 따른 국민건강 위해우려수준을 낮추고 환경오염을 사전에 예방하는 폐자원의 안전성을 확보하기 위해 본 연구를 수행하였다. 조사대상 시료는 환경에 유해 가능성이 있을 것으로 예상되는 재활용제품 중 점토벽돌 15종, 고로슬래그 시멘트 11종, 성토재 11종을 선정하였으며, 비소, 카드뮴 등 중금속 8종에 대해 함량과 용출량을 분석하였다. 시멘트 공시체와 점토벽돌의 용출실험은 NSF/ANSI 61-2007a 시험방법, 성토재는 폐기물 공정시험방법으로 분석하였다. 물벼룩 독성시험은 재활용 제품을 증류수와 빗물로 용출한 액으로 실험하였다. 위해성 평가를 위해 용출실험한 결과, 재활용제품이 설치된 지역의 수질기준(수질 및 수생태계 하천기준, 지하수의 수질기준, 해양생태계 보호기준)과 비교하여 수질기준을 초과하는 경우 위해성평가를 실시하였다. 고로슬래그 시멘트공시체, 재활용 점토벽돌의 중금속 함량은 토양오염 우려기준 1지역 기준(비소 25, 카드뮴 4, 구리 150, 납 200, 수은 4 mg/kg 등)을 만족하였고, 슬래그 성토재 시료는 토양오염우려기준 2지역 기준(비소 50, 카드뮴 10, 구리 500, 납 400, 수은 10 mg/kg 등)이하로 나타났다. 증류수 용출실험에서 모든 시료의 중금속 용출량이 규제 항목에서 모두 검출한계 미만이었으며, 빗물 용출시험에서 고로슬래그 시멘트공시체와 재활용 점토벽돌, 슬래그 성토재 시료의 중금속 항목도 모두 검출한계 미만이었다.
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2014.11
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비소는 광산, 제련소와 같은 산업 활동과 농작물에 사용된 살충제 등 인간 활동으로 발생하는 오염물이다. 비소는 토양 세척, 토양 세정과 흡착-탈착, 용해-침전, 고형화/안정화 등으로 처리하고 있다. 그중 고형화/안정화공법은 금속산화물, 점토, 석회 등을 사용한 연구가 진행 중이나, 시멘트 계열 바인더가 주로 이용되고 있다. 이에 본 연구에서는 시멘트보다 이산화탄소 배출량이 적고, 빠른 조기강도 발현, 화학적인 안정성, 내구성, 내화성과 같은 역학적 특징을 갖는 지오폴리머를 사용하여 비소의 고형화 특성을 평가하였다. 즉, 비소의 산화 상태, 첨가량, 무기성 바인더의 조성, Fe 및 Ca 첨가 등이 비소의 지오폴리머 고형화에 미치는 영향을 조사하였다. 모든 실험에서 Fly ash와 Metakaolin을 사용하여 무기성 바인더 총량을 1500g으로 하였으며, 무기성 바인더의 조성별 실험을 제외 한 나머지 실험에서는 Fly ash와 Metakaoline은 1:1 비율로 혼합하여 사용하였다. 시편의 크기는 5×5×5 cm³이며, 실험 조건별당 시편은 9개씩 제조하였다. 압축강도는 지오폴리머 혼합 14일 후 측정하였으며, 용출 농도는 폐기물공정시험법의 용출시험방법으로 용출한 뒤, ICP-OES(Varian사)로 측정하였다. 압축강도 측정 결과, As(III)의 경우, 0.1%, 0.5% 1.0%에서 각각 68.5, 64.7, 61.8 MPa, As(V)의 경우 68.9, 75.2, 76.8 MPa로 측정되었다. 비소를 첨가하지 않은 실험의 강도, 68.14MPa 비해서 적거나 최대 약 12%가량 증가한 강도가 측정되었다. 무기성 재료 조성 실험에서는 3가지 조건에서 각각 64.8, 49.1, 37.4 MPa이 측정되었다. Fe과 Ca을 첨가한 실험에서는 평균 42.9 MPa으로 조건별로 강도의 차이가 크지 않았으나, 첨가제를 사용하지 않은 실험의 강도, 68.5MPa에 비하여 약 37% 감소된 압축강도가 측정되었다. ICP-OES 분석 결과 As(III) 실험에서 0.1%, 0.5%, 1.0%에서 용출비소 농도가 각각 81.9, 373.3, 764.9 mg/L, As(V)의 경우 82.0, 380.0, 769.9 mg/L로. As 첨가량의 증가에 따라 일정하게 증가하였다. 무기성 바인더의 조성별(무기성 재료에 대한 fly ash 중량비% : 50%, 34%, 0%)로 81.6, 69.5, 69.2 mg/L로 Fly ash 첨가율이 가장 높은 조건에서 용출비소농도가 높게 측정되었다. Fe과 Ca를 이용한 실험에서는 61.7~69.8 mg/L의 비소가 용출되었고, 첨가제를 넣지 않은 지오폴리머(82.0 mg/L)에 비하여 약 15~25%가 감소한 비소 농도를 보였다. 몰비 Fe/As 3일 때, 용출된 5가 비소의 농도가 69.75mg/L로 가장 높게 측정되었고, 몰비 Ca/As 12일 때 61.74mg/L로 가장 낮게 측정되었다. 첨가하는 Fe, Ca의 양이 많을수록 제거율은 증가되나 그 효과가 미미하므로, 첨가제의 양을 증가시킬수록 효율은 떨어진다.
53.
2014.11
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대구광역시 섬유폐기물 발생량은 19톤/일로 나타났으며, 이들 섬유폐기물중 약 15.3톤/일이 대구소재 대구염색산업단지내에서 발생한 것으로 나타났다. 대구염색산업단지내에 입주 섬유/염색산업 관련 기업의 수는 128개이며, 이들 업체에서 염색 및 재직 과정에서 발생하는 파지 및 섬유조각, 염색불량으로 인한 섬유 폐기물의 발생량은 15.3톤/일의 섬유폐기물이 발생되고 있으며 이중 폐원단이 전체 섬유폐기물량의 20~30% (3.0~4.5톤/일) 를 차지하고 있다. 이렇게 발생되고 있는 섬유 폐기물의 90%이상이 수거, 파쇄 공정을 거쳐 성서폐기물 소각장으로 반입하여 소각처리되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 현재까지 제한적으로 응용되어 왔던 폐원단을 새롭고 효율적인 코팅기술로 가공함으로써 폐원단의 적용범위를 확대시키는 것이다. 폐원단의 대부분은 염색가공 공정중에 발생을 하며, 이렇게 발생된 폐원단은 탈색 후 재염색하여 제품으로 재이용하게 된다. 이렇게 재이용되는 원단의 대부분은 인열강도가 현저히 낮아져 정상적인 제품으로 사용이 어려운 실정이다. 이에 본연구에서는 폴리에스터 원단 두께별 염색가공공정 중 각공정별 원단의 인열강도 변화와 기능성 가공 코팅을 통해 재상품화 가능성 여부를 검토하였다. 현재 발생되어지는 폐섬유의 적용분야로는 생활용 섬유제품, 산업용 섬유제품, 의류용 섬유제품 등 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 예측되어지며 이는 산업단지 내외부를 연계하는 자원순환 리사이클링 네트워크를 통하여 폐자원의 고부가가치화를 통한 순환사회 구축에 기여할 것으로 예상된다.
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2014.11
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사업장에서 배출되는 폐기물은 음식물이 거의 없으며 액상의 경우 오니 또는 유기용제로 분류되어 지정폐기물로 따로 처리되고 있어 함수율이 비교적 낮다. 이러한 이유로 파쇄나 선별과 같은 비교적 간단한 전처리를 통해 효율적으로 재자원화가 가능하다. 이렇게 가공된 폐자원은 각종 산업설비의 보조연료로써 사용되기도 하며 기술적 선진국인 유럽과 일본에서는 전용 보일러가 도입된 발전시설의 연료로 사용될 수 있다. 최근에는 화석연료의 가격상승과 맞물려 화학원료의 생산단가 상승으로 이어지고 있으며 원가절감을 위한 화석연료의 대체에 폐자원의 활용이 효과적일 것으로 전망된다. 본 연구는 폐자동차를 재활용하고 남은 잔재물(ASR, Automobile Shredder Residue)과 폐기물 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)를 제조하는 과정에서 발생되는 부산물을 가스화용융 시스템에 적용하였다. 폐기물의 종류와 투입 속도, 산화제 및 보조연료의 공급 조건의 변화에 따라 합성가스의 생산에 미치는 영향에 대해 고찰하였으며 사용된 폐기물의 발열량은 약 4,000 ~ 6,500 kcal/kg이었으며 가스화용융로의 반응 온도는 약 1,200 ~ 1,500℃의 범위에서 운전되었다.
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2014.11
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전 세계적으로 경제활동이 증가함에 따라 자원과 에너지 소비가 확대되면서, 유가 급등과 같은 자원 위기와 기후변화로 대표되는 환경위기를 동시에 겪고 있다. 이에 따라 석유나 석탄과 같은 1차 에너지를 대체할 수 있는 신･재생에너지를 확대 생산･보급함으로써 에너지의 수입 의존율을 줄여나갈 실질적인 방안 마련이 진행되고 있다. 여러 종류의 신･재생 에너지 중에서 특히 폐기물의 에너지화는 화석연료를 대체하고 온실가스 발생을 줄임으로써 지구온난화로 인한 기후변화에 대응할 수 있는 유력한 수단으로 평가받고 있다. SRF(Solid Refised Fuel)란 생활폐기물에서 폐합성수지류, 폐종이류, 폐목재류 등과 같은 가연성 고체폐기물을 원료로 하여 수분과 불연성분을 제거하고 분쇄, 분리, 선별, 건조, 성형 등의 가공 공정을 거쳐서 제조되는 고형연료이다. 현재 대전광역시의 생활폐기물 배출량은 1,469ton/일(2012년 기준)로 그 중 약 66.5%는 재활용이 되고 있다. 그리고 2017년 자원순환단지 설립을 계획하고 있으며 폐기물의 재활용을 넘어 에너지 회수, 효율적 자원순환 체계 구축이라는 전략을 내세우고 있다. 본 연구는 신규로 조성될 대전광역시 자원순환단지와 연계하여 대전광역시 생활폐기물의 에너지화에 대한 잠재량을 산정하고 이에 따른 활용방안을 모색하는 것을 목표로 하고 있다. 연구결과, 대전시 생활폐기물의 저위발열량은 3,870~3,894kcal/kg 였으며, 고위발열량은 4,417~4,441kcal로 나타났고 에너지 잠재량은 연간 33,900 TOE을 상회할 것으로 예측되었다.
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2014.11
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본 연구에서는 폐바이오매스 급속열분해 공정해석을 통하여 반응온도에 따른 바이오오일의 수율을 살펴보고 급속열분해 반응모사를 위해 적용된 반응 메커니즘을 평가하였다. 폐바이오매스 급속열분해 공정은 바이오매스 투입기, 급속열분해 반응기, 사이클론, 응축기 그리고 전기집진기 등으로 구성되어있다. 공정 내 각각의 장치들은 온도, 질량분율 등의 함수로 모델링되어있다. 특히, 본 공정해석에 적용된 급속열분해 반응 메커니즘은 폐바이오매스의 주요 성분들인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 그리고 리그닌의 함수로 이루워져있다. 즉, 여러 가지 폐바이오매스 특성에 따른 차이를 모사할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 억새, beechwood, switchgrass 총 3종의 폐바이오매스를 이용하여 공정해석을 수행하였다. 온도에 따른 바이오오일의 수율은 모든 폐바이오매스에서 반응온도가 증가함에 따라 증가하다가 최대 바이오오일 수율을 갖고 감소하는 경향을 나타낸다. 비응축가스의 수율은 온도가 증가함에 따라 증가하며, 촤의 수율은 감소한다. 해석된 결과들의 경향은 일반적인 급속열분해 실험결과와 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 폐바이오매스 종류에 따른 바이오오일 수율은 억새나 switchgrass보다 밀도가 높은 beechwood에서 가장 큰 수율을 가진 것을 확인할 수 있었으며, 해석된 결과를 실험결과와 비교/평가를 하였다.
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2014.11
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연소특성을 살펴보기 위하여, 1kg용량의 회분식 스토카 소각로를 제작하였으며, 소각로내의 온도분포와 화격자의 온도변화를 관찰하기 위하여 로 하부로부터 높이 180 mm와 450 mm지점에 K-type의 열전대를 장착하였고, 공기공급을 위해 로의 좌･우측 및 하부에 총 64개의 공기 nozzle을 설치하였으며, 2마력 용량의 콤퓨레샤(compressor) 2대를 이용해 로 내로 공기를 공급하였다. 연소 배가스 분석을 위하여 연소가스 냉각기와 시료 채취용 Champer를 소각로 후단부에 각각 설치하였다. 연소 배가스의 성분분석은 Champer에 연결된 배가스 분석기(GreenLine 9000, Eurotron, Italy)를 이용하여 측정하였다. 소각로의 초기온도는 850℃로 설정하였고, 공기비는 2.5로 설정한 후 연소계산을 이용해 연소에 필요한 공기량을 산출하였다. 또한 로내 시료투입시 외부공기의 유입으로 인한 로내온도 변화를 최대한 방지하기 위해 빠른 시간 내에 시료 50g을 스토커 위에 장착한 후 다시 문을 닫아서 7분간 연소실험을 수행하였다. 연소실험이 진행되는 동안 K-type 열전대를 이용하여 로내 온도와 화격자 상부의 온도를 측정하였으며, 연소로 인해 생성된 가스가 로내에서 충분히 혼합될 수 있도록 산정된 공기량을 기준으로 좌우와 하부에서 각각 30%와 70%의 공기가 유입되게끔 조절하였다. 운전 초기 고형연료의 투입과 함께 외부공기 유입으로 인해 로 내의 온도가 급격히 감소하였으며, 이후 시료가 연소되면서 약 50초가 경과하면 로 내 초기 설정온도보다 높은 화격자 상부의 연소온도가 감지되었다. 또한, 연소실험 중 최대온도가 감지되는 구간에서 배기가스의 산소농도가 최저치로 기록되어 연소가 가장 활발하게 진행되고 있음을 알 수 있었다. 배기가스 중의 최저산소농도는 시료투입 후 약 100초가 경과한 이후에 나타났고, 폐오일슬러지의 혼합비율이 감소할수록 로 내 최저산소농도가 나타나는 시점이 빨라졌다. 이는 폐오일슬러지의 양이 적어질수록 톱밥의 양이 증가하기 때문에 착화가 상대적으로 빨리 이루어지기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 오일슬러지 함유량이 감소할수록 CO2 농도도 낮은 것으로 관찰되었는데 이는 폐오일슬러지 감소에 따른 C 함량의 감소에 의한 영향으로 사료된다. CO의 경우 휘발분과 고정탄소의 연소로 인한 2개의 peak가 나타나지 않았는데, 이는 폐오일슬러지의 높은 휘발분 함량으로 인해 1차 peak만 나타난 것으로 보인다. 그리고 고형연료의 폐오일슬러지 함유량이 증가하여도 CO 농도는 큰 변화를 보이지 않았다. 이것은 고형연료 내 C의 연소와 함께 발생되는 배기가스 중 CO의 재연소가 충분히 이루어지는 것으로 사료된다. NOx의 경우 고형연료의 폐오일슬러지 함유량에 상관없이 고형연료의 연소와 함께 발생하였다.
58.
2014.11
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고형연료의 제조 가능성을 살펴보기 위해 사용된 폐오일슬러지는 총 3종류이다. 3종류의 발생원 중 첫 번째 발생원이 주유소, 버스나 지하철차량 정비공장, 철공소, 기계공장, 제강압연공장 그리고 산업기계공장 등에서 발생하는 윤활유계통이다. 두 번째 발생원이 자동차정비공장, 기계공장, 제강･압연공장, 버스나 지하철차량 정비공장, 출판인쇄 그리고 고무제품 공장 등에서 발생하는 세정유 계통이다. 마지막으로 오일저장탱크에서 발생되는 중유계통이며, 앞서 언급한 3종류의 폐오일슬러지와 톱밥의 혼합비율별로 고형연료를 제조하였다. 압출식 제조 장치에서는 폐오일슬러지와 톱밥의 혼합은 충분히 이루어졌지만, 고형연료의 형태유지는 이루어지지 않았다. 압밀식 제조 장치에서는 고형연료 내 폐오일슬러지 함유량이 20~60%일 때 폐오일슬러지 함수량 5, 12, 18%에서 제조가 가능한 것으로 조사되었다. 또한 폐오일슬러지 내 수분함량으로 인해 고형연료의 형태유지 범위가 증가하는 것을 알 수 있었다. 고형연료 제조 시 폐오일슬러지의 함유량이 60% 이상이 될 때 폐오일슬러지가 톱밥에 잘 스며들지 않아 고형연료 제조가 어려운 것으로 나타났다. 따라서 본 실험의 분석범위는 폐오일슬러지 함유량이 30%, 40% 그리고 50%로 설정하였다. 중유계통의 폐오일슬러지의 특징으로는 인화점(60-90℃), 수분(0.5-10%), 회분(4-10%)인 것으로 조사되어진바 있다. 폐오일슬러지 내 함수량의 경우 2%미만의 낮은 범위에서는 연소에 문제가 없지만 함수량이 5%이상이 될 경우 연소가 불안정하게 된다. 따라서 본 실험에서는 폐오일슬러지 내 수분을 변수(1.5, 5, 10%)로 하여 본 실험에서는 오일저장탱크에서 발생되는 중유계통의 폐오일슬러지로 제조한 고형연료의 제조 특성을 살펴보았다.
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본 연구에서는 음식물 폐기물을 이용한 반탄화물의 고형연료로서 에너지 잠재성 평가를 위하여 반탄화시 특성 및 탄화물의 연소 특성에 관한 결과를 고찰하였으며, 이를 위하여 온도(150~600℃) 조건에서 에너지 수율 및 발열량, 회분 및 가연분, 발생가스 측정을 통한 분석을 하였고, TGA (Thermaogravimetric Analyzer)를 이용하여 음식물 폐기물의 반탄화 반응에 따른 활성화 에너지 변화를 속도론적 해석을 통해 고찰하였다. 또한 탄화물로부터 펠릿을 성형 제조한 후 고형연료화 시설에서 생산된 고형연료(SRF)와 등온, 승온 연소하여 발생되는 가스의 성분을 비교 분석 하였다. 본 연구로부터 반탄화 온도의 증가함에 따라 발열량과 회분함량은 증가 하였으며, 가연분 및 에너지 수율은 감소하였다. 또한 연소 배가스 중 CO2, CO, HCl의 경우 고형연료(SRF) 보다 낮게 발생함을 확인할 수 있었다.
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2014.11
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2012년 현재 우리나라 냉매 사용현황은 프레온류(CFCs, HCFCs, HFCs)는 연간 약 23,000톤으로 추정되며 HFCs 사용량은 1만 톤(R134a, 410a), CFCs, HCFCs 사용량은 1.3만 톤이다. 산업 분야별로는 자동차용이 4,000톤(R134a), 가정용･상업용이 7,000톤(R410a, R600), 산업용이 3,000톤(R22, R123, R134, NH3)이며 나머지 9천톤은 기타 유지보수용으로 사용되고 있으며, 이중 HFCs는 거의 대부분 자동차용 냉매로 사용되고 있다. 본 연구는 3단으로 구성된 연소장치에 배가스 재순환 기술과 2중관 선회식 연소공기 공급기술을 개발하고자 한다. 폐냉매 전용 소각을 위한 연소장치의 최적 설계를 위한 수치해석적 방법을 이용하여 설계인자를 도출하고 모델 연소로 성능 실험을 수행하고자 한다. Fig. 1에 2중관 선회식 연소장치 개발을 위한 수치해석용 연소장치와 연료로 사용한 메탄 연소반응 후 온도장을 나타내었다. 연소용 공기 주입은 연소장치 하단에서 주입되는 1차공기와 측면에서 공급되는 2차 공기로 구분되며, 2차 공기는 다시 주입위치에 따라 1단, 2단, 3단으로 구분된다. 2차 공기는 2중관 외부에서 예열되어 강력한 선회 유동으로 연소실 내부 각 단 상부에서 하부로 내부면을 선회하면서 공급된다.
