우리나라는 대부분의 상수원을 하천, 호소 등의 지표수에 의존하고 있어 상수원으로 유입되는 각종 하폐수, 농축산 폐수, 광신 및 공장폐수 등의 오염물질의 유입으로 인해 상수원의 수질오염이 날로 심해지고 있는 실정이다. 이를 처리하기 위해 고도정수시설을 설치하여 운영하고 있으나 원수 수질의 악화로 고도정수시설의 수명을 단축시키고 있으며 처리효율을 저하시키는 단점이 있다. 이에 따라 최근에 생물막 여과법을 적용하는 사례가 증가하고 있는 추세이다. 생물막 여과법은 미생물을 부착 서식 시키는 입상의 충진재에 원수를 접촉시켜 수중의 유기물과 암모니아성 질소 등을 생물학적으로 제거하는 방법으로 매질의 표면에 호기성 미생물이 부착 성장함으로써 다량의 미생물을 유지할 수있어 오염 물질의 충격 부하에도 잘 견디는 장점이 있다. 생물막 여과법의 특성은 미생물의 다양성이 높고 먹이 연쇄가 길며 질산화 미생물이 잘 증식하는 것으로 알려지고 있으나 생물막이 폐색되거나 여재의 흡착능이 떨어졌을 경우 역세시스템을 이용하여 여재의 성능을 복원하거나 교체해야하는 단점이 이있다. 최근 생물막 여과법 여재인 바이오 세라믹의 수요가 증가하고 있다. 바이오세라믹은 높은 기공율에 의한 최적의 미생물 담체로써 통기성이 우수하고 난분해성 유기물의 흡착, 분해, 정화 능력이 우수하며 강도가 우수해 인공 토양 및 수처리용으로 사용되고 있다. 본 사업은 이러한 바이오세라믹을 제조함에 있어 산업단지에서 발생하는 부산물인 폐활성탄소 부산물을 활용하여 바이오세라믹 여재 제조 가능성 및 성능 등을 파악하고자 추진되었다. 활성탄소 부산물을 활성탄 필터 제조시 결합제인 바이더와 함께 혼합한 후 필터 모양의 성형기에 충진한 후 가열 및 성형을 하여 최종 활성탄 필터로 발생된다. 발생 형태는 스크랩 및 분진 형태로 그 동안에는 바인더 물질에 의해 재사용이 불가하여 폐기 처분 되었다. 그러나 본 사업에서는 원료, 혼합(활성탄 부산물+제올라이트), 결합, 성형, 건조, 소성, 냉각, 선별 시제품 테스트 공정을 통해 사업화 가능성을 판단한다. 제조 공정에서 제일 중요한 공정은 결합 공정으로써 제올라이트와 활성탄 부산물의 효율적인 결합을 촉진하기 위하여 무기계 HDPE을 사용하여 추진하게 된다. 그후 생산된 바이오세라믹을 여재비중, 비표면적, 암모니아성 질소 제거능, 탁조 제거 효율 등을 측정하며 실제적으로 수처리 공정인 생물막 여과법에 적용을 통해 실시하고자 한다. 이를 통해 최종적으로 산업단지 입주기업에서 발생하는 부산물을 활용하여 자원 순환 네트워크를 구축하고자 하는데 목표가 있다.

반도체 소자가 초고집적화 되면서 제조 공정 수는 증가되며, 각 공정 후에는 많은 잔류물 또는 오염물이 표면에 남게 되어 이것들을 제거하는 세정공정(Cleaning process)의 중요성은 더욱 부각되고 있는 추세다. 현재 반도체 제조 공정은 약 400단계의 제조 공정을 가지고 있으며 이들 중 적어도 20% 이상의 공정이 웨이퍼의 오염을 막기 위한 세정공정과 표면 처리 공정으로 이루어져 있다. 세정 공정에서 IPA(Iso-propyl alcohol)를 사용하게 되는데 이는 제조과정에서 발생하는 Water Mark를 제거하기 위함이다. 기존 제거공정에서는 물을 이용하여 이를 제거 하였으나, 물의 표면 장력에 의해 제품이 불량이 발생하여 쉽게 증발하는 성질을 가지고 있는 IPA를 이용하여 wafer 표면의 DI를 제거 하였다. IPA 세정공정을 도입한 반도체 업체에서 배출되는 폐액 속에 IPA농도는 30% 수준으로 나타나 기존 증류법을 통한 증발농축으로 가공하는데 많은 Utility 비용이 소요되기 때문에 해당 폐액을 재활용하는데 있어 경제성이 떨어지며, 이에 효율적으로 농축 가공하여 자원을 재순환 할 수 있는 기술 검증 및 네트워크 구축이 필요한 실정이다. 현재 A반도체 생산기업의 경우 IPA 폐수의 발생량은 2015년 30톤/day, 2016년의 경우 40톤/day 정도로 배출처 및 가공처의 수익을 향상 시킬 수 있는 상기 개발기술의 검증을 위한 Scale-up 테스트 및 현장 적용이 요구되고 있어, Lab. test를 통하여 기 확보한 농축 기술을 보완 및 실용화함에 있어 Scale-up test를 위하여 1ton/day 처리 용량의 Pilot system을 제작 설치하고, 이를 통해 농축효율을 검증함으로써 기존의 증발농축법과 안전성 등에서 차별화된 농축설비를 개발하고자 하였다.

정상적으로 포장되어 출하되지 못하는 폐캡슐의 가장 큰 원인중 하나는 캡슐 수분함량에 의해 결정된다. 수분함량이 16% 이상일 경우 캡슐 변형 및 Sticky가 발생되기 쉬운 상태가 되어 불량이 된다. 또한 12.5% 이하인 경우에도 캡슐이 수축되고 해지기 쉬운 상태가 되기 때문에 가장 좋은 수분 조건은 12.5 ~ 16.0% 이다. 폐캡슐 발생에 따른 문제점은 환경오염 문제를 야기 시킨다는 점이다. 매립이나 소각을 시킬 경우 젤라틴 및 충진물 혹은 색소제 등이 함유되어 있기 때문에 토양 또는 대기오염원이 될 가능성이 높으며 95% 이상 수입되고 있는 캡슐의 원료인 젤라틴과 같은 유기성 물질의 손실 때문에 자원 및 비용이 낭비되게 된다. 현재 국내기술로 현장에서 발생하는 폐캡슐을 전량 재활용하는 곳은 없으며 시급히 대안이 만들어져야 하는 실정이다. 그 동안의 사전연구를 통해 회수된 젤라틴에 대한 평가 결과를 아래 표에 나타내었다. 점도와 밀도에서는 문제가 없었지만 색도부분이 너무 탁하게 나와 불순물이 다량 함유되어 있는 것으로 판단되며 이는 결국 수율에도 영향을 주는 것으로 해석할 수 있다. 따라서 본 과제에서는 그 동안의 사전연구를 토대로 장치를 Scale-up하여 현장에 구축한 후 운전조건을 확립하고 발생처 및 수요기업과의 자원순환 네트워크 구축을 통해 폐캡슐을 정제하여 접착제 원료로 회수하는 정치를 사업화할 수 있는 기틀을 마련하고자 하였다.

국제유가는 전반적으로 감소하는 추세로 나타나고 있으나 향후 지속적인 상승이 예상되어 신재생에너지 등 대체 에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 국내에서는 자원소비형 성장 사회에서 Zero-Waste 자원순환사회로의 변화를 추구하여 폐기물 정책을 기존 3R(Reduce, Reuse, Recycle)에 Recovery를 포함하여 4R 정책을 제시하였으며 신재생에너지 확보 및 자원순환에 대해 권장하고 있다. 이에 충청권EIP사업단에서 추진하는 본 과제에서는 가연성 및 생분해성 폐기물을 활용한 지역사회 및 산업단지 입주기업으로 스팀을 공급하여 화석연료 사용 절감 및 이산화탄소 발생 저감을 수행하며 폐자원의 이용으로 에너지순환 네트워크 구축을 목적으로 한다. 본 과제에서는 기존 지역 내 자원순환시설에서 발생하는 폐열을 수열 받아 인근 지역 및 기업에 지역난방을 공급하고 있었으며 현재 지역 내 자원순환단지의 조성과 더불어 발생하는 폐열 및 바이오가스를 수열하여 지역사회와 산업단지 간 에너지 네트워크 구축을 통하여 추가적인 수요처 발굴을 통해 스팀을 공급하여 저렴한 에너지원을 공급할 수 있다. 본 과제를 통한 환경적 기대효과는 화석연료 15,667TOE/년, CO2 약 50,000톤/년 이상의 저감효과를 나타낼 것으로 예상되었으며 이로 인하여 폐기물에 대한 에너지화를 수행할 수 있다.

근래 들어 자원 및 화석 연료 절감을 위해 산업단지 입주 기업들은 비용 절감을 위해 다양한 노력을 하고 있으며 이를 달성하기 위해 녹색 성장을 화두로 내세웠다. 녹색 정장(Green Growth)을 정의하면 온실 가스와 환경 오염을 줄이는 지속가능한 성장이며 녹색 기술과 청정 에너지로 신성장 동력과 일자리를 창출하는 신국가 발전 패러다임이라 할 수 있다. 녹색 성장의 개념은 환경(Green)과 경제(Growth)가 상충된다는 고정 관념에서 탈피하여 양자의 시너지 효과를 극대화하고 경제 성장을 추구하되 자원 이용과 환경 오염을 최소하하여 이를 다시 경제 성장의 동력으로 활용하는 선순환 구조로 전환하는 것이다. 이러한 개념에 입각해 전통적인 제조업 중심의 산업단지를 부산물 및 에너지 교환을 통해 자원 효율성을 최적화하고자 생태산업단지 구축 사업을 추진하게 되었다. 생태산업단지(Eco-Industrial Park, EIP)는 먹이사슬로 공생하는 자연 생태계의 원리를 산업에 적용하는 개념으로 기업과 기업, 공장과 공장을 서로 연결시켜 생산 공정에서 배출되는 부산물, 폐기물, 폐에너지 등을 다른 기업이나 공장의 원료 또는 에너지원으로 쓸 수 있도록 재자원화하여 산업단지내의 부산물이나 오염물질을 최소화하는 “녹색 산업단지” 라 정의할 수 있다. 생태산업단지 구축 사업은 2005년부터 추진되어 왔으며 1단계 사업은 시범 사업으로 2005년부터 2010년까지 5개 산업단지(청주, 울산, 포항, 여수, 반월･시화)를 대상으로 추진 하였으며 2010년부터 2014년까지 2단계 사업으로 Hub & spoke 방식으로 8개 광역자치단체에서 추진 되었다. 그 동안의 성과를 바탕으로 2015년부터 3단계 사업으로 12개 광역자치단체를 대상으로 2019년까지 추진할 계획이다. 대전 생태산업단지 구축 사업은 2015년부터 3단계 사업을 본격적으로 추진하게 되었으며 지정 산업단지는 대덕산업단지, 대전산업단지, 대덕테크노밸리를 사업 범주로 하고 있다. 3단계 생태산업단지 구축 사업은 기 추진된 1･2단계 사업과 차별되는 것이 대상단지 대폭 확대 및 에너지 자원 순환의 다양한 공급자 및 수요자 확대 등을 통해 국가 규모 산업 공생망을 확대하고, 산업 공생을 산업단지 인근 지역까지 확대하여 산업과 지역 사회가 공생하는 지역 친화형 산업 공생망을 구축ㅎ사며 기 추진된 자원 순환 과제을을 보급형기술 package를 개발하여 민간 전문 컨설팅사를 활용하여 신성장 자원순환사업 기반 조성, 마지막으로 적극적인 해외 교류를 통한 개도국 EIP 확산을 위하여 다양한 협업으로 글로벌 협력체계를 강화하고자 한다. 3단계 사업의 비전으로 산업단지와 지역 사회가 상생하는 스마트 에코사회 실현 설정 하였는데 스마크 에코사회는 하나의 유기체로 간주하여 다양한 활동과 구조가 자연생태계가 지니고 있는 자립성, 순환성, 안전성을 가지며 에너지 절약, 이산화탄소 감축, 자원 재활용 등 환경 요소를 상당한 수준으로 개선 및 향상시키는 사회라 정의할 수 있다. 3단계 사업을 통해 원가 절감 및 매출 증대 5,000억원/년, 온실 가스 감축 200만톤/년, 일자리 창출은 5년간 800명, 기업 협력 동반 성장을 5년간 1천5백사를 이루고자 한다. 대전 생태산업단지 구축 사업도 3단계 사업의 목적 달성을 통해 다양한 사업 추진을 통해 기여하고자 한다.

최근 공공하수처리장의 방류수 수질이 강화됨에 따라 총인 수질 기준을 달성하기 위하여 응집 반응으로 인해 응집제 수요가 늘고 있다. 또한 기후 변화와 이상 기온 현상에 따라 고탁도 유기물 유입이 빈번함에 따라 취수장 및 정수장에서도 응집제 수요가 늘고 있다. 특히 고염기성 무기응집제는 일반 무기응집제와는 달리 응집 범위가 넓고 염기도가 높아 보조응집제(가성소다, 소석회) 등의 추가 사용량이 적으며 탁도의 급격한 변화에서 안정적인 수질 유지가 가능하기 때문에 수요량이 늘고 있는 실정이다. 본 사업은 기업의 제품 생산 공정에서 발생하는 부산물(폐기물)인 30% 염산 및 25% 가성소다 부산물을 활용하여 그림 1과 같이 고염기성 무기응집제를 제조하고자 한다. 본 사업을 통해 생산된 고염기성 무기응집제를 폐수종말처리장 및 정수장에 공급함으로써 염산 부산물 약 4,700톤/년 및 가성소다 부산물 약 3,100톤/년을 재활용할 수 있으며 발생 기업의 폐기물 처리 비용 1.5억원/년 및 고염기성 무기 응집제 구입 비용 1.1억원/년 그리고 신규 사업을 추진함으로써 5.8억원/년의 이윤을 창출할 수 있는 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

열경화성수지는 저분자의 중합체를 가열하면 중합도가 증가하여 큰 힘을 가해도 변형하지 않는 성질을 이용한 것으로, 분자 내에 3개 이상의 반응기를 가진 비교적 저분자량의 물질로 이루어져 있다. 일반적으로 내열성, 내용제성, 내약품성, 전기절연성 등이 좋으며, 충전제를 넣어 강인한 성형물을 만들 수도 있다. 열경화성수지는 축중합형과 첨가중합형으로 나뉘는데 축중합형에서는 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지 등이 있으며, 첨가중합형에는 에폭시수지, 폴리에스터수지 등이 있다. 열경화성수지 중 열분해가 용이한 폴리우레탄수지(PU)와 에폭시수지(EP)에 대한 사전연구를 진행한 결과 두 수지 모두 수분함량이 거의 없어 전처리 없이 바로 열분해가 가능할 것으로 판단되었다. 또한 폴리우레탄수지는 휘발분이 90% 이상을 나타내고 있어 회분이 거의 없는 반면, 에폭시수지는 휘발분과 회분이 각각 약 45% 정도로 구성되어 있는 것을 확인하였다. 원소분석 결과는 일반적인 플라스틱과 다르게 질소(N)와 산소(O)가 존재하고 특히 산소의 함량이 높은 것을 확인할 수 있었으며, 황(S) 성분은 전혀 측정되지 않았다. 또한 폴리우레탄수지의 평균 발열량은 7098.57kcal/kg, 에폭시수지의 평균 발열량은 3612.20kcal/kg 정도로 일반적인 열가소성수지의 발열량보다는 낮은 것을 확인하였다. 마지막으로 Batch 형태의 열분해 반응기를 통해 400, 500, 600℃의 반응온도에서 승온율 5℃/min, 반응시간 60분으로 열분해반응을 통해 얻어지는 반응생성물의 수율을 조사하였다. 폴리우레탄수지의 경우 액체생성물의 수율에는 거의 변화가 없는 반면, 반응온도가 증가할수록 고체생성물의 수율은 감소하는 동시에 기체생성물의 수율은 증가되는 것을 확인하였으며, 에폭시수지의 경우 고체생성물의 수율은 약 65%를 나타내고 액체와 기체생성물의 수율에는 큰 변화가 없는 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서는 사전연구결과를 토대로 폐에폭시수지를 대상으로 장치를 Scale-up하여 현장에 설치한 후 운전조건을 확립하고, 발생 및 수요기업 간 네트워트 구축을 통해 폐열경화수지를 열분해하여 고기능성 탄소원을 회수하는 설비를 사업화할 수 있는 기틀을 마련하고자 하였다.

본 연구과제에서는 인쇄회로기판 제조공정 폐수처리시스템에 동농축회수시설을 추가함으로 고함량 저수분슬러지를 생산하고, 폐액 내에 함유된 법정 수질오염물질인 동을 95% 이상 회수한 후 기존 폐수처리시스템에 유입시킴으로 폐수처리 시 중금속 처리 부담을 최소화 하고자 하였다. 이를 위해 충북 위치한 A사와 B사의 사업장 내 기존 폐수처리라인을 변경하여 고농도 동폐액을 별도로 집수한 후 여기에 동농축 회수시설을 설치하여 생산된 동농축 슬러지를 회수하여 제련용 원료로 중간가공한 후 수요자인 C사에 공급하여 최종생산물인 조동을 생산하는 자원순환 네트워크를 완성하였다. 본 연구과제를 통해 폐수처리오니 매립량 30%(840톤/년) 감소, 기존폐수처리 시설의 중금속 부하감소 등과, 100백만원/년의 폐기물처리비용 절감 및 528백만원/년의 고농축슬러지 매각 등의 환경적･경제적 기대효과와 동농축 슬러지 제조 원천기술 확보를 통한 국내/외 PCB 사업장 대상의 사업화가 가능하게 되었다.