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.

국내 자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률에 근거한 생산자책임재활용제도(EPR System)의 대상 품목인 폐형광등은 2017년 기준 재활용 의무율은 35.6%로 책정되었으며 한국환경공단에 따르면 2015년 기준 형광등의 출고량은 약 18 천톤 정도로 나타났으나 공제조합과 재활용업 간의 재활용 위･탁 계약의 미체결로 인해 폐형광등의 실제 재활용율은 약 5.0%로 재활용 의무율을 달성하지 못하고 있는 실정이다(｢생산자책임재활용제도 시행 13년｣ 운영성평가, 한국환경공단, 2017). 폐기물로 발생되는 폐형광등에 관한 선행연구에 따르면 폐형광등에 포함된 수은은 대부분 형광분말에 포함되어 있어 이를 적절하게 처리할 필요가 있다. 또한, 형광분말에는 희유금속(이트륨, 유로퓸 등)이 포함되어 있어 형광분말에 포함된 수은을 제거하여 희유금속을 회수하여 희유금속을 필요로 하는 산업체 등에서 활용할 수 있다. 이를 위하여 폐형광등 형광분말에 포함된 수은을 제거하기 위하여 Pilot plant 규모의 폐형광등 형광분말 증류 실험을 실시하였다. 실험의 원료는 경기도 K대학에 설치된 Pilot plant 규모의 폐형광등 재활용 공정에서 회수되는 폐형광등 형광분말을 사용하였다. Pilot plant 규모의 폐형광등 형광분말의 수은증류 실험의 조건으로 증류온도는 400~600℃로 변화시켰고 각 온도에서 증류장치 내 체류시간을 1~8시간으로 변화시켰다. 본 연구에서는 각 실험조건에서 회수되는 형광분말의 수은함량을 분석하였고 증류온도와 체류시간에 따른 수은함량을 비교하여 반응속도를 고찰하였다. 또한, 각 실험조건에서 소모되는 에너지양을 비교하여 Pilot plant 규모의 폐형광등 형광분말 증류장치의 최적 에너지 사용량을 평가하고자 하였다.

유엔환경계획(UNEP)의 미나마타 협약으로 유해물질인 수은에 대하여 국제적으로 관심의 대상이 되고 있으며, 수은을 포함한 형광등에 대한 안전한 처리방안이 필요하다. 국내 폐형광등 발생량은 2014년 기준으로 약 1억 4천만개 정도이며, 폐형광등의 재활용량은 약 4천 3백만개 정도로 나타났다. 이는 폐형광등의 국내 생산자 책임재활용제도(EPR System)의 의무율은 2014년 기준 35.5%에 비해 실제 재활용율은 32.7%로 의무율을 달성하지 못하고 있는 실정이다. 폐형광등을 재활용하거나 관리하는 것은 유해물질인 수은이 포함되어 있기 때문이며, 이러한 유해물질은 폐기물을 재활용하고 관리하기 위하여 제거 되어야 한다. 이러한 유해물질을 제거하기 위해서는 폐기물 내 유해물질의 분포를 파악하는 것이 중요하며, 이를 파악하고자 U-type 폐형광등 재활용 공정의 폐기물 흐름을 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내에서 발생되는 폐형광등 중 약 25%정도 차지하는 U-type 폐형광등의 재활용 공정의 폐기물 흐름 평가는 유입과 유출을 이용한 기본적인 방법을 이용하여 실시하였으며, 재활용 시설의 계(System)는 각 공정시설로 설정하고 각 공정별로 주위(Boundary)를 설정하여 전체적으로 물질에 대한 흐름을 검토하였다. 폐기물 흐름 평가는 U-type 폐형광등 1 ton에 대한 기초 자료를 이용하여 분석하였다. U-type 폐형광등에 포함되어 있는 유리, 플라스틱, 금속류 등의 물질을 대상물질로 하여 폐기물 흐름을 평가한 결과, 유리 84.40%, 플라스틱 12.60%, 철금속 1.93%, 형광분말 1.07%로 나타났다. 또한 U-type 폐형광등 재활용 공정에서 발생되는 유해물질인 수은은 기상수은과 투입된 물질에 포함된 수은으로 구분하여 수은에 대한 흐름을 평가하고자 하였다.

Material flow analysis (MFA) of recycling material and of mercury from linear-type spent fluorescent lamps (SFLs was performed to estimate the material composition of the chain recycling process by an input-output approach. The recycling process system for linear-type SFLs was established using an end-cutting system, a hammer crusher, a screen separation system, a mercury distillation system, and an activated carbon adsorption component. From the results of the MFA of lineartype SFLs, 92% of materials used in linear-type SFLs such as glass, aluminum, and phosphor powder can be recycled. For MFA of mercury, the mercury content in the phosphor powder was the highest among material compositions tested and the total mercury amount in the recycling materials from 1 ton of SFLs was estimated to be 75.43 g. In the recycling process system for linear-type SFLs, the mercury amount in the vapor phase was analyzed and found to be 2228 mg in the endcutting system, 172 mg in the hammer crusher, and 2585 mg in the screen separation system. The total mercury amount in the vapor phase was estimated to be 4985 mg, which was only 6.22% of the total mercury amount emitted from the recycling process system. Hence, it was estimated that the MFA of the total mercury amount obtained from the vapor phase and the recycling materials of 1 ton of SFLs using the recycling process system was 80.175 g.

Environmental concerns regarding mercury-containing fluorescent lamps have been raised in many countries, especiallyafter International Minamata Convention on Mercury in 2014. Improper management and disposal of the waste such aslandfilling and incineration may pose serious threats to the environment and human health. In Korea, mercury-containinglamps have been regulated by the expanded producer responsibility (EPR) system since 2004. However, only less than30% of the lamps sold to consumers has been collected by municipalities. In order to provide additional measures relatedto proper management of fluorescent lamps, there is a need for a quantitative material flow study by life cycle stage. Inthis study, material flow analysis was conducted by collecting relevant data from literature review, available statistics,and field site visits to lamp recycling facilities. According to the results of this study, approximately 150 million unitsof fluorescent lamps were put on the market in 2013, while 36.9 million units of the lamps were recycled mainly fromhouseholds in the year. It is estimated that approximately 3.5 million units and 2.3 million units of lamps in disposalbags are disposed and treated in landfills and incineration facilities, respectively. This study also found that there weresignificant amounts of uncollected lamps that were present in industrial sectors. The material flow of the industrial sectorsare largely unknown and not properly regulated by government. Based on the mass flow of mercury in lamps, 1.6ton ofmercury in lamps came into consumer markets in 2013. Approximately 407kg of mercury was collected by the recyclingprocess at the fluorescent lamps recycling facility. The mercury disposed in landfills and treated in incinerators were foundto be 38.3kg and 25.5kg, respectively. Further study may be warranted to focus the material and mercury flow of lampsin industrial sectors in order to accurately determine the final destination and disposal of such waste in the environmentbecause there are very few available statistical data regarding distribution flow and treatment of lamps in the sectors.

Linear type SFL (spent fluorescent lamp) can be classified by 3-banded lamp and general lamp. Linear type SFL is separated by the end-cutting technique to examine the distribution of mercury in the major components such as base cap, glass part and phosphor powder. In this study, the concentration of mercury is analyzed by DMA (Direct Mercury Analysis) method for major components in linear type SFL. From the results of mercury distribution for 3 companies, the concentration of mercury in 3-banded lamp is less than that in general lamp. And phosphor powder has greater than 80% of total mercury amount in SFL and the mercury concentration in phosphor powder is measured between 1,250 ppm and 1,740 ppm. The mercury concentration in phosphor powder can be changed by the type of lamp, company, and period of usage. KET and TCLP are carried out for phosphor powder, glass, and base cap to estimate the hazardous characteristic. From the results of KET and TCLP test for general lamp and 3-banded lamp, phosphor powder from general lamp and 3-banded lamp should be controlled separately by stabilization or other methods to reuse as a renewable material because the phosphor powder is determined as a hazardous waste.