2012년도 ‘전국 생활폐기물 자원회수시설 현황’ 에 따르면 소각장에 약 582,178톤/년의 생활폐기물이 반입되어, 바닥재 465,087톤/년, 비산재 117,091톤/년이 발생된 것으로 나타났다. 소각시설에서 배출되는 소각재는 그레이트 상에 남아있는 재(grate ash)와 그레이트 하단으로 떨어지는 재(grate siftings)가 포함된 바닥재(bottom ash) 그리고 폐열 보일러 재와 배출가스 비산재 및 부산물을 포함하는 비산재로 분류된다. 소각재에는 많은 양의 용해성 염과 구리, 납 등의 중금속을 함유하고 있어 환경의 변화에 따라 2차적으로 높은 중금속의 용출가능성을 초래할 수 있으므로 매립 및 재활용 시 주의가 요구되고 있다. 한편 생활폐기물 소각장에서 발생되는 바닥재는 주로 철, 유리, 도자기 등 재활용 가능한 성분으로 구성되어 있지만 일반폐기물로 분류되어 매립되고 있는 실정이다. 반면에 유럽의 독일, 덴마크, 네덜란드 등은 고형화, 세척, 숙성 등의 처리를 통해 바닥재를 도로 건설의 경량 골재로서 이용하거나 아스팔트 또는 콘크리트에 사용하는 등 발생된 바닥재의 60 ~ 90%를 재이용하고 있다. 본 연구에서는 ‘한국 지질자원 연구원 프론티어 무기성 폐기물의 복합처리를 통한 토건 재료화 연구’ 의 내용을 바탕으로 바닥재로부터의 중금속 용출 저감 등 환경적 안정성을 증진시키기 위한 방법으로서 CO2가스 주입을 통한 바닥재의 안정화 처리를 사용하였다. 이에 따른 중금속의 용출 결과 변화를 우리나라 폐기물 공정법상의 용출 시험법 KSLT(Korea Standard Leaching Test)와 미국 EPA의 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)에 의해 비교 하였으며, 바닥재 재활용에 의한 토양으로의 중금속 용출 영향을 기존 연구에 추가하여 실시하였다. 또한 온실가스인 CO2가스가 바닥재에 고용되는 효과를 실험에 의해 측정하였으며, 이에 따른 부가가치 가능성을 평가하였다.

폐슬러지와 황토, 점토를 혼합하여 Bio-block을 제조하였다. 슬러지로부터 유래하는 유기물질은 소성 중 완전히 분해되기 때문에 용출되지 않으므로 블록으로부터 용출되어 나올 수 있는 물질은 제조 원료에 존재할 수 있는 중금속류이다. Bio-block 제조에 사용된 건조 폐슬러지, 황토 및 점토와 제조된 Bio-block 내에 함유되어 있는 중금속 용출로 인한 토양 및 지하수 등의 환경에 유해를 가할 수 있기 때문에 환경으로의 용출정도를 평가하기 위해 폐기물공정시험방법에 규정된 용출시험법(Korea Leaching Test; KLT)을 이용하여 각각의 중금속 함량을 분석하였다. 중금속 용출 실험은 건조 폐슬러지, 황토 및 점토와 제조된 Bio-block을 입경 5 mm 이하가 되도록 분쇄한 후 국내 폐기물 공정시험방법에 의한 용출시험(KSLT : Korea Standard Leaching Test)방법에 따라 용출시험을 실시하였으며, 용출된 시료를 원자흡광광도계(AA 240FS, Varian)로 Cd, Cu, Pb 및 As의 농도를 측정하였다. 중금속 용출시험 결과 용출액 중의 유해물질 함유량의 항목에서 Dry sewage sludge의 경우 Cu 항목에서 5.31mg/L로 환경기준을 초과하는 농도가 검출되었으며, Cd, Pb 및 As는 환경기준을 초과하는 농도를 보이지는 않았다. Loess는 모든 항목에서 낮은 농도를 보였으며, Clay의 경우는 As가 73.66㎍/L로 가장 높은 농도를 보였으나 기준을 초과하지는 않았다. 제조된 Bio-block에서 용출된 Cd, Cu, Pb 및 As의 농도를 측정한 결과 모든 Bio-block에서 환경기준을 초과하는 농도를 보이지는 않았다. Bio-block의 표면 및 내부 형상 분석은 제조된 Bio-block을 60±5℃에서 24시간 건조시킨 후 백금 코팅으로 전처리를 수행하여 박편을 제작하였으며, 전계방사형 주사전자현미경(Field emission Scanning Electron Microscope; FE-SEM, S-4800+EDS; HORIBA : EX-250, Japan)을 이용하여 관찰하였다. Bio-block의 표면 및 내부의 형상을 살펴보면 슬러지 비율이 증가할수록 표면 및 내부 결합 구조가 좋아지는 것을 볼 수 있었다. 또한 Bio-block 내 기공이 커지고 증가하며, 표면 및 결합 구조가 복잡하게 형성되어 있는 것을 볼 수 있었다. 이는 슬러지 비율이 증가할수록 소성과정을 통하여 Bio-block 내 폐슬러지가 회화되면서 기공을 크게 형성하고, 기공의 수 또한 증가하는 것으로 판단된다. 슬러지 비율이 15%인 Bio-block과 20%인 Bio-block의 경우 기공의 크기와 분포가 다른 Bio-block들에 비해 뚜렷이 구별된다. 그러나 슬러지 비율이 20%인 Bio-block은 기공의 크기는 크지만 표면 및 결합 구조가 다소 약하고 거칠어 보이는 것으로 나타났다.

일반 소형 형광등(Compact Florescent Lamp; CFL)(20W기준)에는 약 10%의 철금속(ferrous metal)이 존재한다. 철금속은 ‘리사이클링에 의한 생산량’ 을 ‘광석에 의한 생산량’ 으로 나눈 값인 리사이클링강도가 0.84로 타소재 알루미늄 0.39, 구리 0.08, 티타늄 0.02인 데 비해 압도적으로 높으며 철금속을 재활용하면 광물로부터 직접 철금속을 만드는 공정에 비해 이산화탄소 82%, 질소산화물 88.9%, 황산화물 94.7%을 줄일 수 있다. 또한 자연을 비교적 적게 파괴하면서도 쓰레기를 거의 남기지 않는 친환경적인 소재로 다른 소재 대신 철금속을 사용하면 사용할수록 환경보존에 도움이 되며 재활용도 용이해 경제성이 매우 뛰어나다. 본 연구는 폐형광등의 재활용 과정의 일부인 자력을 이용하여 자성물질인 철금속을 선별 및 회수 목적으로 자력 선별기를 개발하는 것이다. 수은이 제거된 폐소형 형광등(CFL)을 자력 선별기에 투입한 후 자력을 이용해 물리적으로 철금속을 단시간에 효과적으로 선별 및 회수할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 자력 선별기에 의한 시료의 투입속도에 따른 철금속의 선별 및 회수를 모니터링 하여 자력선별기의 선별효율을 평가하고자 하였다.

도시광산 중 폐 전지는 원광보다 높은 품위의 다양한 유가금속을 함유하고 있기 때문에 경제적 및 환경적관점에서 반드시 회수되어야 한다. 기존에 개발되어진 폐전지 재활용 기술들의 경우 수거되어진 폐전지를 각 전지별로 분류하는 공정이 필요하며, 폐전지를 파쇄 하는 과정에서 발생하는 전지 내 전해액과 그 가스가 대기중에 노출됨으로써 환경에 큰 부담을 주고 있다. 따라서 본 연구는 혼합전지(1차전지 및 2차전지)로부터 수거의 수월성과 환경적 문제를 해결하면서 효율적으로 유가금속을 농축할 수 있는 물리적 전처리 공정이 수행되었다. 혼합전지의 종류로는 망간 알카라인전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈 수소전지가 사용되었으며 2:1:1의 비율로 혼합되었다. 실험방법은 혼합전지를 열처리 한 후 슈레더 및 커팅밀을 이용하여 파･분쇄하였고 6-100 mesh 기준입도로 분리한 시료를 800-1500 가우스로 조정하여 자력선별 실험을 수행하였다. 그 결과 65-100mesh size, 1000 가우스 실험에서 기존 시료대비 자성체 내 Co는 2.6배 Ni은 3.8배, Cd은 2배 농축시킬 수 있었고 비자성체 내 Zn가 4배 농축되었다. 이 후 비 자성체와 자성체내 유가금속들을 각 각 분리정제 공정을 통해 원료물질로써 회수할 것이다.

현행 폐기물관리법 시행규칙에 광재류의 재활용 기준 및 구체적인 재활용방법은 있으나 배출자(또는 재활용하려는 자)의 재활용용도 및 방법확대에 대해서는 제한적이며, 특히 성토재, 도로기층재 등 토양에 직접 사용할 경우 환경 및 건강에 미치는 영향, 매립시 광재류의 유해특성, 유용자원의 회수 등에 대한 구체적인 내용은 미흡하다. 또한, 비철금속공정별 발생하는 분진, 슬러지, 광재류 등의 특성에 따른 재활용 방법, 환경에 직접 재활용할 경우 지하수, 토양, 지표수 등에 미치는 영향을 평가하는 방법을 정립하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 비철 광재류 재활용확대 및 환경오염방지를 위해 중금속 함량 및 용출특성을 조사하였다. 본 연구에서는 천연광물을 원료로 수입･제조･사용한 후 발생하는 비철 광재류 5종(망간, 납, 알루미늄, 니켈, 구리)에 대한 중금속 함량 및 용출 농도를 조사하였고 이에 따른 비철광재류의 재활용을 위한 기초 조사로 중금속류 특성을 조사하였다. 비철 광재류의 용출농도는 폐기물공정시험법에 따라 전처리 및 기기분석을 하였다. 함량농도는 EPA 3051법에 따라 전처리 후 기기분석을 하였고, 불소와 시안 등은 토양오염공정시험방법에 따라 측정하였다.

시멘트 제품의 유해성에 대해서는 국회, 언론 및 환경단체에서 지속적으로 문제를 제기하여 2008년 8월부터 매월 1회 국내･외 시멘트 제품의 6가크롬, 비소, 카드뮴, 구리, 수은, 납의 함량(mg/kg)에 대해서 모니터링을 수행하여 관리하고 있다. 국내의 경우, 시멘트 제품의 중금속 기준이 마련되지 않아 유해성에 대한 우려가 반복되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 최근 3개년동안(13년도 ~ 15년 6월)의 시멘트 모니터링 데이터를 바탕으로 중금속 동향을 파악하였으며, 유럽, 일본 등 시멘트 국제 관리기준과 비교하였다. 수용성 6가크롬의 경우 국내에서는 2009년에 자율협약기준인 20mg/kg으로 설정한바 있으며, 이는 일본의 시멘트 업계 자율기준(20mg/kg 이하)과 동일하며, 납, 비소, 수은, 카드뮴, 구리항목에 대하여 현재 국내에서는 보조연료 및 대체원료 중금속 관리기준으은 제시되어 있지만(2011.9), 시멘트 제품의 기준은 설정되어 있지 않다. EU 국가의 경우 수용성 6가크롬의 기준은 현재 2mg/kg으로 강제 규제를 따르고 있으나, 이는 국내 6가크롬 시험방법과 다른 모르타르 용출 시험방법을 따르고 있어, 국내 6가크롬 시험방법과 비교검토가 필요하다. 2013년 1월 ~ 2015년 6월까지의 3년동안 시멘트 중금속 모니터링 평균 함량 결과(슬래그 시멘트 미포함), 6가크롬 8.5mg/kg, 납 47.7mg/kg, 비소 11.4mg/kg, 수은 0.057mg/kg, 카드뮴 2.84mg/kg, 구리 101.71mg/kg으로 나타났다. 스위스 시멘트 제품 중금속 기준으로 설정되어 있는 항목 중 탈륨(Tl)의 경우, 급성 호흡곤란증후군 및 인후염, 흉통발생을 유발하고, 스위스에서는 현재 2mg/kg으로 관리하고 있어 국내 중금속 관리항목으로의 검토가 필요하다.

대한민국에서 소모되는 광물은 대부분 수입에 의존하고 있으며, 수출입 통계에서 확인된 양은 전체 사용량의 약 97%를 차지하고 있다. 이렇게 수입된 천연 광물들은 국내에서 필요한 물질로 사용하기 위하여 물리적 화학적 처리 혹은 분쇄나 파쇄하는 과정을 거치게 되면서 다양한 형태의 무기성 광물 잔재물(석탄재, 슬래그, 폐석고, 광재류 등)로 발생되어 이를 처리해야 하는 문제를 야기시키고 있다. 폐기물을 배출하는 사업자는 발생된 폐기물을 단순 육상매립이나 해양배출로 처리하는 것보다는 여러 가지 용도로 재활용 하려는 노력을 하고 있으나 실재로 재활용에 적용되어 처리되는 양이 적거나 매우 한정적이며, 재활용되는 부분을 제외한 대부분의 양이 육상매립이나 해양배출 혹은 사업장 내에서 적치시켜 보관하고 있어 폐기물 관리에 많은 비용을 소요하고 있다. 또한 2016년부터 광물성 폐기물은 해양배출이 전면 중지될 예정이고 매년 육상 매립 되는 폐기물의 종류나 양을 줄이고 있는 실정이기에 기관 및 대학에서는 폐기물을 재활용하기 위한 연구를 매년 진행하여 새로운 재활용용도 및 방법을 제시하고 있지만 실제로 적용되기에는 여러 가지문제(재활용시설의 부재, 재활용 된 제품의 수요처 부족 등의 이유)로 인하여 이전부터 재활용 되었던 용도로만 적용하여 재활용 되고 있는 실정이다. 우리나라에서 적용되고 있는 ‘폐기물 관리법’에서 폐기물 재활용용도를 설정하고 개정하면서 재활용 방법과 특정 기준을 지정하고 있지만 폐기물의 종류에 따라 고유의 데이터를 기초하여 검토되어야하기 때문에 폐기물처리의 목적 및 사용 방법의 설정 처리에 오랜 시간과 예산이 요구된다. 재활용의 사용 목적은 기능성 측면과 환경적 측면에서 고려되고 있기 때문에 기능적 측면에서는 제품의 특성에 따라 다양화 될 수 있지만, 환경측면적인 재활용에서는 폐기물이 환경에 미치는 영향과 특성을 고려하여 재활용 표준을 구체적으로 제시하지 않기 때문에 다량으로 폐기물을 재생하거나 새로운 폐기물에 대한 재활용 표준이 적용되는 경우에 따라서 환경 특성의 평가를 위한 방법론적인 문제가 발생 될 수 있다. 본 연구에서는 표준 재활용의 필요성을 인식하고, 세 종류의 석고 폐기물(인산, 티탄, 탈황)의 재활용에 관하여 환경기준과 새로운 재활용용도를 제안하기 위하여 연구되었다. 연구 순서는 첫 번째로 세 가지 유형의 석고폐기물을 선정하고, 두 번째로 폐기물 발생 사업장을 선정 및 샘플 채취, 세 번째로 채취된 샘플을 특성(pH, 중금속 함량, 수분 함량, 유해물질 함량 등)을 조사하여 세 가지 석고 폐기물에서 발생되는 유해물질을 확인하여 신규 관리 항목 추가 및 국외 재활용 사례들과 비교하여 국내에서는 적용되지 않은 새로운 재활용 용도를 제안하였다.

한 해 한국의 음식물 폐기물 발생량은 2012년 기준 13,209 ton/day 이며, 이는 전체 생활폐기물 발생량의 약 27%에 해당한다. 이처럼 다량으로 발생하는 음식물 폐기물은 유용한 유기성 자원을 다량 함유함에도 불구하고 재활용이 저조하다. 때문에 음식물 폐기물을 bio-char로 탄화시켜 활용성을 높이는 연구가 전 세계에서 수년전부터 진행 중이다. 문헌고찰을 통해 열수가압탄화반응으로 생성된 bio-char가 중금속 흡착이 가능하다는 것을 확인 하였다. 따라서 광산배수와 같은 고농도의 중금속 오염수 처리에 bio-char를 활용하여 중금속 흡착･침전 여부를 확인해 보고자 하였다. 본 연구에서는, 인공오염수를 제작하여 일정량의 bio-char를 일정시간 교반시켜 투입 전 / 후 농도 차이로 흡착율을 확인하고, 최적의 조건을 찾고자 하였다. 인공오염수는 Accustandard 사의 Reference Standard 를 사용하여 만들었고, 광산배수의 평균 오염농도에 맞추기 위해 증류수와의 희석으로 50ppm, 100ppm, 150ppm 으로 조성하였다. 중금속은 Cd, As, Hg, Pb, 6가 크롬을 분석하였고 한 비커에 복합적으로 혼합하였다. Bio-char 는 음식물폐기물 60kg을 2.2Mpa의 압력 하에 열수가압탄화반응을 통해 4시간동안 반응시켜 생성하였다. 그 후 bio-char의 미세기공을 증가시키기 위하여 KOH를 이용한 화학적 활성화를 시행하였다. 원 시료의 중금속 함량 분석, 교반 시간 별 중금속 제거율 분석, 교반속도 별 중금속 제거율 분석 등을 시행하였으며 인공오염수 및 처리수의 분석 평가는 pH, 중금속, 시안, 등의 항목을 분석하였다.

식물정화공법(Phytoremediation)은 오염부지의 정화에 있어 생태계를 교란하지 않는 경제적인 정화 수단으로서 많은 관심을 받고 있다. 공법의 특성상 오염물질을 포함하는 부산물이 필연적으로 발생되며 이에 대한 적절한 처리방법이 반드시 수반되어야 한다. 일반적으로 식물체부산물은 식물 종에 따라 구성이 다양하지만 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌 등의 식물섬유소와 회분으로 구성되어 있어 혐기성 조건에서 소화시킬 경우 바이오가스 형태의 에너지를 회수할 수 있을 뿐만 아니라 처분을 필요로 하는 부산물의 양을 감소시킬 수 있다. 그러나 혐기소화 시 중금속의 존재는 혐기성 미생물의 대사와 활동에 영향을 줄 수 있어 중금속을 함유하는 식물체부산물의 처리에는 주의가 필요하다. 본 연구에서는 중금속 오염부지에서 수확된 해바라기 부산물의 적절한 처리방법으로서 혐기소화를 제안하고, 실험실 규모의 연속식 반응조 운전을 통해 중금속을 함유하는 식물체부산물의 혐기소화에 따른 중금속의 영향과 적용 가능성을 평가하였다. 실험에는 단상 혐기성 반응조(총 부피/유효부피 = 8/5 L)를 사용하였으며, 반응조는 약 500일간 35±1℃로 유지되는 암조건의 항온실에서 운전되었다. 기질은 1일 1회 주사기를 이용하여 회분식으로 주입하였으며, 반응조 내 유효부피를 일정하게 유지하기 위하여 주입되는 기질의 부피와 동일한 양의 슬러지를 채취하여 분석을 실시하였다. 식물체부산물 내에 포함된 중금속이 혐기소화에 미치는 영향을 확인하기 위한 평가 지표는 반응조 액상 내 중금속 농도의 변화와 바이오가스 발생량 및 바이오가스 내 메탄함량을 관찰하였다. 반응조의 안정적인 운전 여부는 pH, COD, 암모니아, 알칼리도 그리고 지방산 농도의 변화를 통하여 확인하였다. 반응조 운전 기간에 걸쳐 반응조 액상 내 중금속 농도는 기존의 문헌에서 제시하고 있는 저해 수준 이하였으며, 바이오가스 발생량과 바이오가스 내 평균 메탄가스 함량은 각각 0.57±0.21 L/day (n=541), 50.64±3.72% (n=541)로 메탄가스 생산이 안정적으로 이루어 졌음을 보였다. 또한 반응조의 안정적인 운전 여부를 확인하기 위한 지표들이 운전기간 동안 문헌에서 제시하고 있는 안정적인 범위로 유지된 것을 관찰하였다. 연구결과 식물체부산물 내 중금속은 혐기성 미생물의 활동에 직간접적인 영향을 미치지 않은 것을 확인하였으며, 결국 중금속 오염부지의 식물정화공법 이후 발생된 해바라기 부산물은 혐기소화를 통한 처리와 바이오가스 생산이 가능할 것으로 판단된다.

Recently, Advanced water treatment facilities with Ozone are being introduced domestically. However, waterproofing/corrosion prevention construction method of concrete structure for existing advanced water treatment makes waterproofing/corrosion prevention materials and concrete deteriorated because of strong oxidation of ozone. Therefore, in this study, using a metal spraying system was evaluated for bond strength between concrete and metal spraying coating.