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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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2018년도 춘계학술연구발표회 (2018년 5월) 117건
구두발표
1.
2018.05
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지난해 12월, 저탄소, 청정에너지 체제로의 전환에 역점을 두고 2030년까지 전체 발전량 중 재생에너지의 비중을 20%로 높이는 한편 신규 발전설비 중 95% 이상을 풍력, 태양광에너지로 공급하겠다는 목표를 구체화한 ‘재생에너지 3020 이행계획’을 정부에서 발표하였으나, 국내 자연환경 여건상 풍력, 태양광 에너지 생산 적합여부가 불분명하여 많은 우려를 낳고 있다. 따라서 폐기물, 바이오매스를 통한 에너지 생산기술 개발 시 보다 친환경적이며, 에너지 전환에 소요되는 에너지 소비량을 낮출 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다. 고함수율, 저발열량의 하수슬러지와 같은 폐바이오매스를 단독으로 사용한 고형연료 생산에는 선진기술개발 및 다량의 에너지가 요구되고 있어 폐바이오매스를 활용한 고형연료 생산기술 개발 시 경제성 부족으로 어려움을 야기하고 있다. 상대적으로 낮은 함수율과 높은 발열량을 갖춘 폐바이오매스인 폐목재를 혼합하여 고형연료를 생산하는 경우, 소요되는 에너지 소비량을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 폐바이오매스의 열적 고형연료화 반응 중 하나인 반탄화 기술을 활용하여 고형연료 생산수율과 고형연료 저장성 증가를 도모할 수 있다. 본 연구에서는 하수슬러지, 폐목재를 활용한 Bench급 혼합폐바이오매스 반탄화 시스템에서 도출한 운전인자 변수(반응온도, 혼합비에 따른 투입시료 함수율, 체류시간)를 통해 열수지 평형을 이용한 건조로, 반탄화반응로, 반응열 공급 연소로로 구성된 엑셀기반 혼합폐바이오매스 반탄화 공정모사해석툴을 구축하였다. 공정모사해석 결과를 바탕으로 혼합 폐바이오매스 반탄화 고형연료 생산 공정에서의 공정구성 및 운전조건의 최적 점을 분석하였다.
2.
2018.05
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최근 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 커지고 있으며, 국내의 경우 폐바이오매스를 이용하는 친환경적인 에너지원으로써 활용할 수 있는 연료화 기술이 각광받고 있다. 국내 폐바이오매스는 크게 식품폐기물, 축산폐기물, 농산부산물, 임산부산물 및 하수슬러지 등으로 구분할 수 있으며, 이를 에너지원으로 전환하는 공정은 생물학적, 열화학적 공정으로 크게 구분할 수 있다. 국내 하수슬러지의 경우, 해양투기가 금지된 이후 에너지로 전환하여 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 2014년 환경부에 따르면 전국 하수슬러지 처리시설은 98개 지자체에서 96개의 하수슬러지 처리시설이 운영되고 있고, 추가적으로 18개의 시설이 설계 및 건설되고 있다. 이 중 대부분의 시설은 고화 및 건조연료화를 통해 하수슬러지 처리량 저감을 하고 있으나, 고화 및 건조 연료화를 통한 하수슬러지 저감은 슬러지 자체의 높은 수분함량으로 인해 상대적으로 많은 에너지를 필요로 한다. 본 연구는 하수슬러지의 연료화를 위해 열화학적 공정 중 하나인 반탄화 공정을 이용하여 10 TPD급 폐바이오매스 반탄화 반응 시스템을 구성하였다. 원료물질인 하수슬러지의 높은 수분함량에 따른 열량 부족 문제를 극복하기 위해 폐목재를 혼합하여 사용하였으며, 반응온도(250-350℃)와 하수슬러지와 폐목재 혼합물의 혼합비(6:4, 4:6)에 대하여 운전 조건의 최적화 연구를 수행하였으며, 결과적으로 반탄화물 수율 70% 이상, 생성된 탄화물의 고위발열량 4,000 kcal/kg 이상의 운전조건을 도출할 수 있었다. 이와 더불어 생산된 반탄화물의 원소분석에 따른 C, H, O의 구성비는 저품위 석탄과 유사하게 나타남을 확인할 수 있었다.
3.
2018.05
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화석연료는 가격의 변동이 심하고 그 매장량이 한정되어 있고 지나친 화석연료의 사용은 환경적으로 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 전 세계적으로 화석연료의 고갈과 더불어 지구온난화 등의 환경문제에 대한 대응방안으로 지속가능한 청정 에너지자원에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 관련된 연구개발이 활발히 진행 중이다. 탄소 중립적 친환경에너지인 바이오에너지 분야는 최근 각광받는 신재생 에너지 분야 중 하나이다. 현재 국내 폐목재 발생량은 지속적으로 증가하여 처리 및 활용방안이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 폐목재를 활용하여 생산 된 급속열분해 오일을 가스화하여 고품질 합성가스를 생산함으로써 기존의 바이오매스 직접 가스화의 단점을 극복하고자 하였다. 바이오매스를 이용한 가스화 공정은 원료인 바이오매스의 낮은 에너지 밀도로 인하여 가스화 플랜트와 바이오매스 원산지간 거리에 따라 경제성이 감소한다. 이러한 경제성 문제를 극복하기 위한 방안으로 바이오매스 원산지에서 바이오매스를 급속열분해 하여 생산된 고 에너지 밀도의 열분해오일을 가스화 플랜트로 이송하여 에너지를 생산하는 방안이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 폐목재를 원료로하여 최적조건에서 생산 된 급속열분해 오일을 원통형 가스화기(0.1 m diameter × 1.4 m height)를 사용하여 E/R ratio, 반응온도 등을 운전변수로 하여 가스화 실험을 수행하였다. 생산되는 합성가스의 조성을 Micro GC를 이용하여 분석하여 고품질 합성가스를 생산할 수 있는 최적 조건에 대한 연구를 진행하였다.
4.
2018.05
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폐기물에너지는 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산하는 기술이며 고형연료제품이 이에 해당한다. 고형연료제품은 가연성 생활폐기물, 폐플라스틱, 폐타이어, 폐목재 등의 고체폐기물을 파쇄, 분리, 건조, 성형 등의 공정을 거쳐 제조한다. 고형연료제품 사용은 폐기물 발생을 최소화할 수 있고 폐기물 중 가용 자원의 재활용을 극대화 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 고형연료제품은 소각을 통해 열에너지를 회수하므로 그 과정에서 오염물질이 발생하는 단점이 있다. 따라서 오염물질 발생을 줄이기 위해 고형연료제품의 품질기준에 적합한 제품을 사용해야 할 것이다. 고형연료제품의 품질기준 시험은 환경부고시 제 2014-135호 고형연료제품 품질 시험․분석방법을 기준으로 수행한다. 따라서 품질기준 적합성 여부를 판단하기 위해서는 고형연료제품 품질시험방법의 정확성이 요구된다. 하지만 현행 고형연료제품 품질시험방법은 국외 고형연료제품 품질시험방법과 폐기물공정시험기준을 참고하여 번역․제정하였고, 그 과정에서 국내 실정에 맞지 않거나 용어, 문장의 오류가 다수 발견되었다. 그러므로 현행 시험방법을 개선하고 오류를 수정하여 고형연료제품 품질시험방법을 개정해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 품질시험방법의 개정을 위해 고형연료제품 품질표시 시험기관의 의견을 수렴하였고 개정의견의 타당성은 전문가 회의, 적용성 시험을 통해 검토하였다. 적용성 시험은 고형연료제품 시료 운반 온도에 따른 성분 변화 분석, 회분시험 시료량의 변화에 따른 회분함량 분석, 마이크로파 전력 및 반응시간에 따른 고형 연료제품의 중금속 함량 변화 분석을 수행하였다.
5.
2018.05
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생활폐기물을 처리하는 일반적인 기술은 재활용, 소각, 매립이 주로 사용되고 있으나 소각의 경우 환경적 영향과 유해성을 이유로 혐오시설로 인식되어 신규시설의 설치와 내구 년 수가 도래한 설비의 대보수에 있어 주민반대에 의한 어려움을 겪고 있으며 매립의 경우 매립연한의 제한적인 요소와 더불어 2018년 시행된 자원순환기본법으로 인하여 매립양의 감소를 위한 해결방안이 필요한 실정이다. 이러한 문제점의 대안으로 가연성 폐기물을 이용한 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)제조 기술이 도입되어 전국적으로 확대 시행되고 있으며 가연성 폐기물을 이용한 SRF의 생산은 폐자원의 에너지화와 자원순환적인 측면에서 긍정적인 영향을 미치고 있다. 근래 SRF의 생산을 목표로 하는 기술(MBT, Mechanical Biological Treatment)의 도입은 생물학적 처리(BT)가 제외된 기계적 처리(MT) 시설의 형태로 적용되었다. 이러한 기계적 처리 기술 위주의 적용은 높은 함수율의 폐기물이 SRF 제조시설로 반입될 경우 반입량 대비 30~45%가 잔재물로 배출되는 문제를 발생시킨다. 배출된 잔재물은 대부분 매립장으로 보내지게 되며 SRF 생산 효율의 감소와 운영비의 증가를 초래할 수 있다. 또한 SRF 제조시설에서 발생되는 잔재물의 함수율은 40% 이상으로 매립이나 소각에 의한 방법으로 처리할 경우 환경부하와 잠재적 자원의 손실을 가져올 수 있다. SRF 제조시설에서 배출되는 잔재물은 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 SRF 품질 기준에 도달하는 연료로 재생될 수 있으며 이렇게 제조된 고형연료에 대한 연소특성 실험에 의한 연구결과를 검토할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 재생된 SRF가 에너지원으로 활용가능한지 검토하기 위하여 S시의 판매용 SRF와 본 연구에서 재생된 SRF의 연소특성 실험을 수행하였으며 연소효율, 보일러의 효율, 회재의 발생량과 강열감량, 대기오염물질의 배출량에 대한 연구결과로 재생된 SRF의 활용 가능성을 판단하였다. 연구결과에서 판매용 SRF와 재생된 SRF의 연소효율은 95% 이상으로 큰 차이를 보이지 않았으며 바닥재의 강열감량도 2~5% 수준으로 분석되었다. 대기오염물질은 배출허용기준 이하로 평가되어 환경적인 영향에도 큰 문제가 없는 것으로 확인되었다.
6.
2018.05
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석탄은 탄화정도에 따라 고품질의 무연탄 및 역청탄(Hard coal)과 아역청탄과 갈탄(Brown coal)으로 크게 분류한다. 무연탄은 고정탄소 함량(85~95%)과 발열량이 높고 수분함량이 낮아 화력발전소 및 연탄 재료로 활용된다. 하지만 저품위 석탄은 발열량이 4,000~6,000kcal/kg으로 낮고, 수분 함량이 30~70%로 높으며, 산소 관능기가 함유된 탄화수소가 높으므로 자연발화 위험성이 높은 등 많은 단점들 때문에 전체 석탄매장량 중 약 절반가량(45%)이나 되지만 상당량이 채굴되지 않고 남아있다(2007, 세계에너지 위원회). 본 연구에서는 풍부한 매장량을 가진 갈탄 등의 고 수분 저급석탄으로부터 바이오메탄을 생산하고자 생물학적 분해효율을 증가시키기 위하여 펜톤산화 및 고전압펄스(High voltage electrical pulses) 전처리를 수행하였다. 실험을 위하여 호주산 갈탄, 캐나다산 갈탄, 러시아산 이탄을 이용하였으며, 펜톤산화 전처리는 석탄을 1mm이하의 입자로 분쇄하여 H2O2/Fe2+비를 75%, 30, 15, 10, 7.5%로 주입하여 120rpm에서 Jar-Tester로 1시간 반응시켰다. 고전압전기충격 전처리는 펜톤산화 전처리실험 조건과 동일하게 시료를 준비하여 고전압 펄스장치를 이용하여 출력전압 40kV에서 15분간 처리하였다. 전처리를 끝낸 시료는 용액의 SCOD와 석탄의 처리 전, 후의 표면분석과 화학조성 변화를 관찰하기 위하여 적외선 흡수 스펙트럼분석(FT-IR)을 수행하였다. 펜톤산화 처리 후 용액의 SCOD농도변화와 SEM촬영 및 FT-IR 분석결과, 전처리 후의 석탄은 바이오메탄 전환율이 높아질 수 있을 것으로 평가되었다.
7.
2018.05
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그래뉼은 중간 매개체의 도움 없이 미생물의 자가 고정화에 의해 형성된 미생물 응집체로 충격부하에 강하고, 높은 생물량 및 높은 침전성을 갖는 등 여러 장점을 바탕으로 폐수의 생물학적 처리 공정에 이용되고 있다. 그리고 낮은 강도의 초음파 조사를 이용하여 반응조 내 미생물의 활성도를 증가시켜 반응조 성능을 증대시키는 연구들이 보고되고 있다. 따라서, expanded granular sludge blanket (EGSB)를 이용한 선행연구를 통해, 저강도 초음파가 그래뉼 활성 및 수소발생에 미치는 긍정적인 영향을 확인하였다. 저강도 초음파(0.1 w/mL, 1 sec per 1 min) 처리로 수소 발생량이 65% 증가하였다. 본 연구에서는, 저강도 초음파 처리가 그래뉼의 형태학적 변화에 미치는 영향에 대해서 실험을 진행하였다. 저강도 초음파 처리와 재순환 적용 유무로, 4가지 반응조를 구성하고 연속 실험을 진행하여 각각의 반응조에서 그래뉼 샘플을 채취하였다. 각각의 그래뉼 샘플들은 기존의 분석 방법과 다르게 CMEIAS 프로그램을 이용하여 이미지 분석을 하여 그래뉼의 크기 및 형태를 파악하였고, VP-SEM을 이용하여 그래뉼 표면의 변화를 관찰하였다. 기존의 그래뉼 입도 분석은 많은 시간과 인력, 비용이 들어간다는 단점이 있어 무료 프로그램인 CMEIAS를 이용하여 새로운 방식으로 이미지 분석하였다. 이미지 분석 결과 저강도 초음파 처리와 재순환 적용이 각각 그래뉼 크기를 5% 증가됨을 확인하였고, 동시에 적용할 경우 그래뉼 크기가 20% 증가됨을 확인하였다. VP-SEM 결과 저강도 초음파 처리가 그래뉼 표면에 거친 형태를 매끄럽게 변화시키고 공극을 형성시키는 것을 확인하였다. 따라서, 저강도 초음파 처리와 재순환 적용은 그래뉼의 형태학적 변화에 긍정적인 영향을 미쳐 반응조 성능 향상에 영향을 미쳤을 것이라고 사료된다.
8.
2018.05
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Membrane Bioreactor 공법(MBR process)은 기존 활성슬러지 공법에 분리막 공정을 적용하여 하수를 처리하는 고도하수처리공정이다. 분리막과 생물반응조를 결합해 생물반응조에서 하수가 처리되고 분리막에 의해 처리된 하수가 여과되어 과정이 이루어진다. MBR 공법의 장점으로 미생물 농도를 높게 유지해 처리 수질을 기존의 생물학적 처리장보다 향상 시킬 수 있고, 처리 수질을 향상시켜 처리수를 중수도로 이용가능하다. 하수를 재이용함으로써 현재 물 부족 상황에 대처하기 위한 방법 중 하수 재이용에 대한 현실적인 대안이 될 수 있다. 그러나 MBR 공정에서 분리막에 생기는 Fouling은 공정의 효율성을 떨어뜨리는 가장 큰 문제가 되고 있다. 현재 MBR 공정에서 발생하는 Fouling을 해결하기 위해 화학세정방법 및 계면활성제를 이용하고 있다. Rhamnolipid는 미생물로부터 생성되는 효소의 일종으로 화학적 계면활성제와 유사한 특성을 가진다. Rhamnolipid는 또한 생분해성으로 박테리아에 의해 무기물로 분해되어 환경에 대한 위해성과 독성이 거의 없으므로 환경복원에 유용하게 쓰일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 MBR공정 운전에서 Rhamnolipid의 주입 방식과 투입량에 따른 분리막 세정 효과 및 막 오염 제어 가능성을 알아보았다.
9.
2018.05
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암모니아성 질소는 생활하수, 축산폐수, 산업폐수 등의 점오염원과 화학적 비료 남용에 의한 유출 등의 비점오염원으로부터 수계로 방류되어 부영양화 등의 수질 오염을 유발할 수 있다. 생활하수 등에서 암모니아성 질소를 제거하기 위해 생물학적 처리공정이 주로 적용되고 있으나 운영상의 어려움, 비점오염원 저감의 어려움으로 인하여 대체방안이 요구된다. 바이오차를 흡착제로 활용하는 방안은 적용이 간단하며 효율적으로 수중 암모니아를 제거하는 방안으로 주목받고 있다. 선행 연구에서는 대부분 암모니아성 질소 흡착을 NH4+ 양이온 흡착으로 설명하고 있으나 수중의 암모니아성 질소는 pH에 따라 NH4+와 NH3(aq)로 분배될 수 있어 적용 조건에 따라 두 화학종이 모두 흡착에 참여할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 화학종 분배를 함께 고려하는 것의 필요성을 검증하고자 하였다. 바이오차는 발생량이 많은 농업부산물인 볏짚을 300, 400, 500, 600℃ 네 가지 최고온도로 열분해하여 얻었다. 암모니아성 질소 용액은 NH4Cl을 이용하여 준비하였다. 이후 20℃에서 바이오차 투여량 5 g/L 조건으로 초기농도 10 ~ 500 mg/L 용액에 대하여 등온흡착실험을 진행하였다. 흡착반응속도실험은 20℃에서 투여량 5 g/L 조건으로 초기농도 50 mg/L에서 진행하였다. 바이오차 투여 이후 pH는 NH4+의 pKa인 9.25 부근까지 증가하여 NH3(aq)가 액상에 존재할 수 있음을 확인하였다. 등온흡착곡선은 BET 모형에 의해 설명되었기에 응축에 의한 다층 흡착이 진행되는 것을 확인하였다. NH4+만이 흡착에 참여할 경우 쿨롱 반발력에 의해 응축이 일어날 수 없다. NH3(aq)가 흡착에 참여한다면 극성 분자의 쌍극자모멘트 또는 약한 수소결합으로 부터 응축에 의한 다층 흡착을 설명할 수 있다. 반응속도 실험결과 300℃에서 제조한 바이오차에 의한 암모니아성 질소 흡착은 유사 1차 반응속도 모형으로부터 설명할 수 있어 NH4+ 흡착이 주요한 것으로 생각된다. 300℃보다 높은 온도에서 제조한 바이오차의 경우 Elovich’s Equation이 암모니아성 질소의 흡착반응속도를 더 잘 설명하여 흡착 메커니즘을 NH4+ 흡착으로 설명할 수 없었다. Elovich’s Equation은 분자 상 물질의 화학적 흡착을 설명하는 모형이므로 NH3(aq)이 흡착에 참여하는 것으로 해석할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오차에 의한 암모니아성 질소 흡착은 NH4+ 이온의 흡착뿐만 아니라 NH3(aq)의 흡착도 함께 고려해야 함을 확인하였다.
10.
2018.05
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인구의 증가와 산업화는 돼지, 소, 닭 등의 육류 식품의 급격한 수요증가를 초래하여 축산폐수발생량 역시 증가하였다. 2012년 해양투기의 법적 금지는 축산폐수 발생량을 173,304m3/day에 이르게 하였고 지속적인 증가추세에 있다(2016, 환경부). 축산폐수는 고농도의 질소, 인, 유기물을 포함하므로 수계 노출 시 부영양화를 유발하여 인간의 생활과 보건에 혼란과 악영향을 초래한다. 이러한 문제해결을 위해 혐기성 생물공학기술, 화학적 산화기술 등이 적용되어 왔으나 고부하에 취약하고 높은 비용을 요구하는 한계를 지닌다. 최근 새로운 대안으로 미세조류를 활용한 처리방법이 주목받고 있는데, 그 이유는 광독립영양 성장을 하는 미세조류의 특성상 빛에서 에너지를 얻어 경제적으로 지속가능하고 CO2를 탄소원으로 이용하여 탄소중립적으로 폐수 내의 고농도의 질소와 인을 동시에 처리할 수 있기 때문이다. 따라서 본 연구는 축산폐수내의 고농도의 유기물 및 영양염류를 동시에 가장 효과적으로 제거 가능한 미세조류를 문헌조사하여 대상 미세조류의 적용 타당성을 평가하였고, 최적 종을 선정하기 위한 성능평가 및 성장저해 분석을 수행하였다. 문헌조사를 통해 선정된 Scenedesums quadricauda, Scenedesums obliquus, Chlorella sorokiniana 을 28℃ 인큐베이터에서 500mL bottle의 용량으로 Phototrophic 조건(연속 빛조사)과 Mixotrophic 조건(16hr light-8hr dark 주기 반복)으로 Batch test를 진행하였고 그 결과를 성장 동역학적으로 해석하여 최적 종을 제시하였다. 실험은 BG-11을 대조구(Control)로 하여 미세조류의 cell counting결과를 바탕으로 비성장률(specific growth rate)을 도출한 결과 0.293 hr-1 (Scenedesums quadricauda), 0.302 hr-1(Scenedesums obliquus), 0.243 hr-1(Chlorella sorokiniana) 로 밝혀져 Scenedesums obliquus 가 가장 빠른 성장속도를 보였고, 축산폐수를 원수, 2배, 5배, 10배 희석을 하여 미세조류를 배양했을 때에도 최적의 유기물 및 영양염류 제거가 가능함을 보였다. 본 연구는 최적미세조류를 활용한 축산폐수 처리가 저에너지를 사용하며 기후변화에 대응하고 지속가능한 고농도 축산폐수처리 방법이 될 수 있음을 입증 하였다.
11.
2018.05
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EU는 순환경제패키지를 2015년 12월에 공표하였으며, 패키지는 행동계획과 관련 폐기물법률 개정안으로 구성하였다. 이 가운데 행동계획에 폐기물로부터 자원화한 2차 원료에 대한 시장 활성화를 위한 방안으로 녹색공공조달(Green Public Procurement, GPP)을 담고 있다. 또한 에코디자인 지령을 개정하는 안을 제안하였는데 기존 에너지효율뿐 아니라 순환경제 관점에서 내구성, 수리 가능성, 업그레이드 가능성, 분해를 위한 디자인, 정보(예 : 플라스틱 부품의 위치 등)공개, 재사용･재활용의 용이성을 담도록 한 바 있다. 이와 같이 EU의 순환경제로 이행을 위한 출구 방안을 살펴볼 필요성이 있기에 GPP와 환경마크제도의 동향을 살펴보았다. 연구결과는 환경표지(환경마크)인증 제품의 경우는 인증기준이나 사유가 광범위하고 실질적으로 녹색성장에 기여하는지에 대해서는 불명확한 점도 있다. 반면 GR인증제도는 폐기된 물질을 대상으로 하기 때문에 순환경제가 지향하는 자원순환성을 만족하는 것으로 보인다. 앞으로 순환경제로 이행을 위해서는 기존 녹색제품에 자원순환성(자원 유효이용 측면)을 향상할 수 있도록 관련 제도를 보완할 필요가 있음을 확인하였다. 순환경제(혹은 자원효율)정책을 실현하기 위해서는 별도의 프리미엄 인증제도 및 녹색공공조달을 통해 기존 제품과 차별화하는 방안도 생각해볼 필요가 있다.
12.
2018.05
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기후변화에 따른 신재생에너지 사용에 대한 사회적 요구가 증가되고 있지만, 아직까지 우리나라는 전력생산의 약 40%를 석탄화력발전에 의존하고 있는 실정이다. 이에 따른 석탄재 발생량은 지난 10년간 약 2배 정도 증가하여 2015년 한해에만 약 900만톤의 석탄재가 발생하였다. 이렇게 발생된 석탄재 중 비산재는 주요성분이 Al2O3, SiO2, Fe2O3의 광물 (>95%)로 구성되어 있어, 양회용 건설재료로 많이 쓰이고 있다. 하지만, 아직까지 연간 약 200만톤의 석탄재가 매립되고 있는 실정이여서 이와관련된 여러 가지 환경오염문제들이 발생하고 있다. 본 연구에서는 국내화력발전소에서 수집한 석탄재를 이용하여 주요성분인 Al와 Si를 추출하여, 기존의 보고된 제올라이트 합성방법을 수정하여 새롭고 다양한 제올라이트로 합성하는 기술을 개발하였다. 또한, 합성된 제올라이트를 서포터로 하는 촉매를 개발하여 수내에 환경오염물질의 효과적인 제거가 가능한지 여부를 평가하였다. 본 연구의 결과들은 향후 지속적으로 발생되는 석탄재의 환경정화소재화 기술을 통해서 다양한 오염물질 분해에 적용할 수 있는 가능성을 보여준다.
13.
2018.05
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우리나라에서 폐기물을 처리하는 방법에는 크게 매립, 소각, 재활용이 있으며 일반적으로 폐기물을 수거하여 재활용 할 수 있는 부분을 제외한 나머지는 소각한 뒤 매립을 하는 방식을 택하고 있다. 매립은 계속적인 매립지 확보에 어려움을 겪고 있으며 폐기물의 배출량이 갈수록 증가됨에 따라 예상되는 매립지의 기대수명이 점점 감축되고 있다. 이러한 상황에서 우리나라에서는 폐기물을 짧은 시간 안에 매우 안정적으로 처리할 수 있는 소각기술로 시야를 넓혀야 한다. 소각은 대부분 재활용할 수 있는 폐열 및 고형화연료를 확보할 수 있을뿐더러 매립지의 수명도 효과적으로 늘릴 수 있다. 또한 소각이 완료된 후의 소각재는 수분까지도 거의 제거된 상태이기 때문에 바로 매립이 가능한 정도에 이르렀다. 환경부에서 발행한 ‘전국 폐기물 발생 및 처리 현황(2015년도 수정본)에 따르면 소각과정에서 발생된 연소재의 일일배출량은 점점 증가하는 추세이다. 따라서, 소각재를 매립하는 방법 외에 재활용할 수 있는 방안을 모색하여 매립지의 수명연장은 물론 효율적인 재활용자원으로 사용할 수 있게 만드는 것이 필요하다. 그러나 소각재는 현행 폐기물 관리법상 중금속 농도가 비교적 낮기 때문에 일반폐기물로 관리되고 있었으나 유해성 논란이 끊이질 않고 있다. 따라서, 소각재에 들어있는 유해중금속의 농도를 효과적으로 처리하여 낮추면 다른 분야에서 즉각 활용할 수 있는 좋은 재료로 사용할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 소각재의 처리 실태를 알아보고 재활용되고 있는 방법들을 검토, 비교하고 현재 유동상식 소각로에서 배출되는 폐유동사의 재생골재로의 재활용 가능성에 대해 알아보았다. 추가적으로 유동상식 소각로에서 배출되는 보일러재와의 배합 가능성, 그리고 성분분석을 이용한 함유성분의 함량과 재활용 목표의 관계도 연구하였다. 이는 기존에 활용되고 있는 재활용 방법과 새롭게 이용할 수 있는 방법에서 원재료로 사용되고 있는 것들을 대체할 수 있는가에 대한 것이다. 기존에 사용되고 있는 원재료만큼의 효율이 나온다면 원가절감은 물론 폐기물 재활용, 나아가서는 자원재이용에 따른 환경문제 감소에 도움이 될 수 있을 것이라 판단된다.
14.
2018.05
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1급 발암물질로 지정된 석면은 과거 단열 및 건축자재로 활용이 되었다. 최근 석면이 함유된 건설 폐기물 등을 철거 및 처분하는 방법들이 많이 보고가 되고 있으나, 이를 처리하기 위한 방법들은 비교적 고온을 필요로 하는 에너지 다소비 공정이라는 단점이 존재한다. 산을 활용한 석면함유물질의 처리방법은 환경적인 부분의 2차 문제를 발생시킬 수 있다는 단점이 존재하며, 고온을 활용한 방법에 비교하여 완전 무해화에 대한 효율이 현저히 낮다는 단점이 존재한다. 석면 함유 폐기물의 다른 처리방법으로는 매립이 대표적이라고 할 수 있으나, 철거된 석면 물질들이 매립을 위해 이송되는 과정에서 비산될 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 연구는 앞서 언급한 석면처리 기술의 단점들을 보완할 수 있는 저에너지 소비 형태의 석면처리 방법을 연구하였다. 연구방법으로는 최근 화두가 되고 있는 이산화탄소 저장 및 활용(CCUS) 기법을 적용하여 석면을 포함한 폐기물의 표면을 탄산염의 형태로 전환하여, 석면의 이송과정에서 2차 비산을 막고 저에너지 소비 형태의 공정을 적용함으로써 경제성을 극복하고자 하였다. 연구결과 석면에 포함된 다양한 금속양이온은 상온, 상압의 조건에서 탄산염으로 형성이 되는 것을 확인하였으며, 형성된 탄산염은 석면폐기물의 표면에서 결정이 성장하여 석면을 코팅하는 효과가 있음을 나타내었다. 하지만 폐기물내 존재하는 금속양이온은 농도가 낮기 때문에 표면의 완전코팅을 위한 방편으로 건설폐기물의 침출수를 가정한 높은 pH의 칼슘함유 폐수를 투입하는 연구를 수행하였다. 2차 실험의 결과 칼슘이온은 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘의 형태로 전환이 되었으며, 투입된 폐수의 pH는 약 8.7의 값을 나타내어 폐수와 석면을 동시에 처리할 수 있는 가능성을 보였다. 생성된 탄산칼슘은 폐기물의 표면에서 결정이 성장하여 폐기물의 표면이 완전 코팅이 되었음을 알 수 있었다. 그러므로 본 연구에서 적용한 탄소광물화기법을 활용한 석면폐기물의 처분방법은 저비용으로 석면 함유 폐기물을 안정적으로 처리할 수 있는 가능성을 보여주었으며, pH가 높은 폐수를 중화하여 배출할 수 있는 추가적인 경제성을 지니는 결과를 보였다고 사료된다. 따라서 본 연구는 새로운 기법의 석면처리방법을 제시함으로써 추가적인 연구수행을 통하여 국내 석면 폐기물과 폐수, 이산화탄소를 동시에 처리할 수 있는 새로운 방향을 제시한다는 것에 의의가 있음을 알 수 있다.
15.
2018.05
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최근 제주지역에서의 폐기물관리문제가 가장 심각한 지역현안중 하나로 부각되고 있다. 제주지역 내에서 폐기물관리에서 부각되고 있는 대표적 사안들은 페기물 배출량의 급격한 증가, 빨라지는 매립장 만적현상 등으로 나타나고 있다. 사업장폐기물 발생의 지속적 증가로 인해 야기되는 폐기물 매립장의 조기 만적 문제를 해결하기 위해서는 효율적 폐기물 관리정책이 긴요하다고 판단되어 지는 시점이다. 본 연구에서는 제주특별자치도내에서 배출되는 폐기물의 배출 특성과 전국평균치와 제주도간 폐기물 발생현황을 비교한다. 또한, 두 행정시인 제주시와 서귀포시에서 배출되는 사업장폐기물을 중심으로 폐기물 배출량과 처리량에 대한 현황분석과 이를 통한 효율적 폐기물 관리방안에 대한 논의를 한다. 폐기물관리의 효율성은 공공부문의 노력과 민간부문과의 협업을 통해 높아질 수 있다. 공공부문측면에서 볼 때 해당 지자체 공무원들로 하여금 강력하고 효과적인 폐기물감축을 위해 폐기물 배출자에 대한 관리와 가이드라인 제시를 할 수 있는 실재적 권한을 부여해야 할 필요성이 있다. 민간부문과의 협업측면에서는 폐기물총량제의 일환인 폐기물 매립권 거래제(Landfill Trade)를 생각해 볼 수 있다. 다시 말해, 시장 기구를 통해 가격으로 하여금 일정수준이상을 넘어서는 매립의 초과수요를 해소 할 수 있도록 하여 폐기물매립에 대한 최적의 효율을 달성 할 수 있도록 하는 것이다.
16.
2018.05
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최근 연안 해역에서의 대규모 어업활동과 산업화로 인하여 해상 부유 폐기물 및 해저면의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양 폐기물 발생량의 증가로 인하여 해양 오염은 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 해양폐기물은 해안으로 밀려오는 해안폐기물, 해수면에 떠다니는 부유폐기물, 바닥에 침적된 침적폐기물, 이렇게 세종류로 분류할 수 있으며, 이들 해양폐기물은 약 60% 이상은 육상 등 해변에서 발생되어지는 해안폐기물이며 그물류를 포함한 플라스틱이 대부분을 차지하며, 기후 및 지역의 특성에 따라 생활폐기물과 하수, 산업 및 연안의 영향을 받아서 발생하는 폐기물의 특성이 크게 변화한다. 본 연구에서는 해양폐기물을 재생에너지 (SRF) 자원으로의 활용을 위한 물리화학적 분석을 실시하였고, 연료로써 활용하기 위하여 해안폐기물의 염분의 함량 분석 및 제거 특성에 대해서 연구를 실시하였다. 해수 염분에 의한 해안폐기물의 염분 및 염소의 특성을 분석하였으며, 이에 따른 상관관계를 분석하였다. 물리적 제거특성을 통한 2차오염원을 최소로 하는 물리적 염분 제거 특성에 대한 연구를 실시하였다.
17.
2018.05
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최근 폐기물관리법이 개정됨에 따라 재활용 사업자가 재활용 원칙 및 준수사항이 없는 폐기물을 재활용하려는 경우 및 폐기물이 토양, 지하수 등과 접촉하는 매체접촉형 재활용을 하려는 경우에는 재활용환경성평가를 받아야 한다. 재활용환경성평가에서는 폐기물에 대한 유해특성과 재활용 기술의 적합성 등을 평가한다. 폐기물에 대한 유해특성이 있는 경우 폐기물을 재활용하기 위해서는 폐기물관리법 시행령 [별표4의2]에 따라 이들 유해특성을 제거 또는 안정화하여야 한다. 하지만 현재 폐기물 유해특성을 파악하기 위해서는 높은 분석 비용과 많은 시간이 소요되므로 재활용 사업자 모두가 재활용환경성평가에서 폐기물의 유해특성을 분석하기는 현실적으로 어렵다. 유해특성은 폐기물에 포함된 화학물질에 의하여 발현될 수 있으므로 유해특성별 대표 화학물질이 설정되어 있다면 폐기물 유해특성을 사전에 판정할 수 있다. 유해특성별 대표 화학물질 선정을 위하여 국내 화학물질 배출량 조사제도 대상 물질 415종, 화학물질관리법상 유독 및 제한물질 목록 959종, EU Regulation of(EC) No 1272/2008 4,231종의 화학물질을 대상으로 설정하였다. 유해특성의 구분 기준은 United Nations의 Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals(GHS)의 한 부분인 Hazard Statement Code(유해･위험 문구)로 하였다. GHS는 화학물질에 대한 분류･표시 국제조화시스템으로 각 물질별로 유해･위험 문구가 제시되어 있으며 유해･위험 문구를 확인하기 위한 시험 방법과 국내 폐기물 유해특성의 판정 기준의 비교를 통하여 국내 유해특성 별 대표 화학물질을 검토하고자 한다. 최근 재활용 허용 범위의 확대를 위하여 폐기물관리법에서의 폐기물 재활용에 대한 방식은 허용행위 열거방식에서 제한행위 열거방식으로 전면 개정되었다. 이에 따라 폐기물의 재활용으로 인한 인체의 건강과 환경에 대한 악영향을 최소화하기 위하여 폐기물에 대한 신규 유해특성을 도입하였다. 폐기물에 대한 유해특성은 기존 3종(감염성, 부식성, 용출독성)이었으나 6종(폭발성, 인화성, 생태독성 등)이 추가되어 9종으로 확대되었다. 폐기물관리법 시행령 [별표 4의2] (폐기물의 재활용 준수사항)에 따르면 폐기물을 재활용하려는 자는 폐기물에 대한 유해특성을 제거 또는 안정화하여야 한다고 명시되어 있어 폐기물의 재활용을 위해서는 우선적으로 폐기물에 대한 유해특성을 파악해야 한다.
18.
2018.05
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과불화합물(PFCs, Perfluorinated compounds, 이하 과불화화합물) 등은 발암성, 생식독성, 생농축성 등을 가지고 특히 장거리 이동성을 가지고 있는 대표적인 잔류성 유기오염물질로 분류되고 있다. 스톡홀름 협약은 사전예방 원칙에 입각하여 잔류성 유기오염물질로부터 인간의 건강 및 환경 보호를 목적으로 하는 국제협약으로 ’04년 5월 발효되었다. 우리나라는 ’01년 10월 협약에 서명한 후 협약가입을 위해 잔류성유기오염물질의 배출 실태를 파악하고, 관련 법규를 제정하는 등 협약가입 준비 후, ’07년 2월에 가입하였다. 제4차 스톡홀름협약 당사국총회에서 과불화옥탄술폰산(PFOS)과 그 염류 등은 규제 대상물질로 등재(’09.4)하였으며, PFOS의 경우 용도에 따라 항구적 면제(Acceptable purpose), 특정면제(Specific Exemption), 사용제한하고 있으며 PFOA는 스톡홀름협약 POPs 검토위원회(POPRC)에서 위해성 검토 중으로 규제예고 되어 있다. 하지만 국내에서는 최근 아웃도어용품 등의 방수 기능성 제품에서 과불화화합물이 검출되어 논란이 일어나는 등, 과불화화합물의 위해성에 대한 관심이 증대되고 있으나, 과불화화합물 함유 제품 및 폐기물의 관리체계는 초기 정비 단계로, 스톡홀름 협약의 이행 및 과불화화합물 함유 제품 및 폐기물의 체계적 관리가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 스톡홀름협약 이행과 과불화화합물 함유폐기물을 적정처리를 위해 과불화화합물의 생산･사용･폐기 등 전과정 물질흐름분석을 통해 정량적인 자료를 확보하고, 물질과 제품의 사용용도별 폐기물 관리체계를 마련하였다.
19.
2018.05
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수은은 인체독성과 생물농축성 그리고 대기를 통한 장거리 이동성이 크기 때문에 국제적으로 관리가 필요한 화학물질로 인식되어 왔다. 이에 따라 유엔환경계획(UNEP) 집행이사회에서는 2013년 “수은에 관한 미나마타협약”을 채택하였다. 미나마타협약은 국제적으로 수은사용 및 배출을 저감하는 것이며, 이를 위해 모니터링, 배출원 관리, 원자재 및 제품관리, 폐기물 처리, 노출저감, 기술개발 등 6개 주요 분야별 관리방안을 마련하도록 요구하고 있다. 본 연구에서는 국내 폐형광등 재활용처리시설에 처리방식에 따라 처리공정별 수은 농도변화를 측정하여 공정단계별 수은 물질수지를 분석하였다. 처리방식으로 건식과 습식시설을 각각 선정하여 현장에서 공정단계별 입자상과 기체상 수은 농도, 유량을 측정하거나 시료를 일정시간 동안 3회 채취하여 분석하였다. 또한 직관형 형광등 무게 당 투입 갯수를 확인하였다. 형광등 투입구, 파쇄장치, 건식 및 습식 수은 처리공정, 대기방지시설 등에서 분진, 유리, 비철, 활성탄 등 26개 시료를 채취하고, 수은농도를 측정하여 물질수지를 계산하였다. 연구 결과, 폐형광등 재활용시설로 입고되는 직관형 폐형광등은 박스 당 무게는 약 40-45 kg이고, 형광등 개수는 약 240개 정도이었다. 일부 환형, 일체형 형광등이 처리시설 투입구로 투입되지 않도록 미리 제거하였고, 처리과정에서 발생한 폐기물 중 수은 함량농도를 측정한 결과, 분진, 슬러지, 폐활성탄 및 폐수에서 높게 검출되었다.
20.
2018.05
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스톡홀름협약은 2004년 발효되어 잔류성유기오염물질(POPs, Persistent Organic Pollutants)로 12종에 대한 생산 또는 사용에 대하여 금지하거나 제한하기 시작하였다. 2017년 현재 잔류성 유기오염물질로 관리되는 화합물은 총 28종으로 등재되어 있다. 브롬화난연제는 플라스틱, 텔레비전, 건축자재, 섬유 등 가연성 물질이나 재료에 첨가하여 발화방지 및 지연을 목적으로 사용하는 화합물이다. 본 연구 조사대상 시료는 5개 사업장에서 TV 후면하우징 플라스틱, 냉장고, 세탁기 혼합플라스틱, 자동차 실내등, 우레탄 폼 등 22건을 채취하였다. 채취한 시료를 절단/분쇄하여 분석용 시료로 사용하였다. 스크리닝 하기 위해 XRF(X-ray Fluorescence)로 측정하였다. 브롬화난연제 분석은 국제 전기표준기구 IEC 62321, 한국표준협회 KS M 1072, 일본 표준협회 JIS C 0950을 참고하여 분석하였다. 브롬화난연제 중 PBDEs, PBBs는 파쇄된 시료를 추출하여 GC/MS로 분석하였고, HBCD, TBBPA는 LC/MS로 분석하였다. 연구 결과 XRF 분석결과, 2000년 이전 TV 후면 하우징에서 Br 함량이 14.84~61.28%, 2000년 이후 것은 47.19~64.17%로 나타났고, 냉장고, 세탁기에서 Br 함량은 낮았다. PBDEs는 TV 후면하우징 플라스틱에서 주로 검출되었으며, 특히 deca-BDE가 높게 검출되었다. 자동차 카시트와 파쇄 잔재물에서는 주로 deca-BDE가 검출되었다. TBBPA는 TV 후면하우징 플라스틱에서 0.7 mg/kg~53.5 mg/kg, 세탁기와 냉장고 플라스틱에서 0.4mg/kg, 자동차 카시트에서 6.4 mg/kg, 706.5 mg/kg으로 검출되었다.
