육상으로부터 각종 오염물질이 유입되는 하구역은 오염관리에 주의를 기울일 필요가 있다. 본 연구에서는 석탄회 조립물과 하구의 오염 퇴적물을 혼합하여 저서 환경 개선 효과 및 저서 미생물의 군집 구조 변화를 조사하였다. 하구 퇴적물과 석탄회 조립물을 7:3 의 비율로 혼합하여 1개월 동안 반응시킨 후 환경 및 미생물 군집을 분석하였다. 퇴적물의 환경인자를 분석한 결과, 석탄회 조립물이 혼합된 실험구의 pH는 11까지 증가하였다. 실험구의 DIP 농도는 석탄회 조립물과의 반응을 통해 생성된 인산칼슘으로 인해 대조구 대비 30 % 감소하였다. 또한 대조구 대비 실험구에서 증가한 Gammaproteobacteria 강은 DIP 감소에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. DIN 농도는 대조구 대비 실험구에서 2배 이상 증가하였는데, 이는 높은 pH 및 석탄회 조립물에서 용출되는 NH4 +-N의 영향인 것으로 판단된다. 질소 순환과 관련된 미생물은 대조구 및 실험구 모두에서 확인되지 않았다. 따라서, 석탄회 조립물은 오염된 하구 퇴적물의 DIP 농도 감소에 효과적이며, 저서 미생물 군집이 인의 순환에 영향을 주는 것으로 나타났다.

연안지역의 오염된 저서환경을 개선 및 관리하기 위한 피복재의 성능 평가를 위하여 Mesocosm 실험을 수행하였다. 석탄회 조립물을 연안 오염 퇴적물에 피복하고 1, 3, 6개월 후의 pH, ORP(Oxidation Reduction Potential), 인산염 및 황화수소 농도 변화를 조사하였다. 석탄회 조립물에 함유되어 있는 산화칼슘은 가수분해 과정에 의해 산성화 된 퇴적물을 중화시키는 것으로 조사되었다. 또한 석탄회 조립물에서 용출되는 칼슘 및 실리카 이온은 퇴적물 간극수 중의 인산염을 침전시켜 퇴적물 내의 인산염 농도를 84.31 % 감소시키는 것으로 조사되었다. 황화수소 농도는 1개월 만에 133.5 mg/L가 감소하였으며, 이는 황화수소가 석탄회 조립물 중의 산화망간과의 화학적 반응을 통해 침전되고, 퇴적물의 투수성 향상으로 퇴적물 내부의 혐기성이 약해졌기 때문으로 판단된다. 이상의 Mesocosm 실험 결과를 통해 석탄회 조립물을 오염된 퇴적물 상부에 피복하는 기술은 저서환경 개선에 효과적인 것으로 판단된다.

This research evaluates the applicability of ponded ash in the production of backfill material. From various ponded ash/sand ratios, cement, and air foam conditions, test specimens were developed to investigate many engineer properties of backfill material. Then, the falling weight deflectometer and excavation tests were carried out to determine the behavior of the material in the actual testbed. The test results suggested that all mixtures achieved optimal flowability performance with acceptable stiffening time. It is indicated that the compressive strength increased as ponded ash and cement contents increased, but the strength decreased with an increase in air-foam content or number of freeze-thaw cycles. From the testbed results, it was found that utilizing 100% ponded ash in the production of backfill material is very promising for sustainable development purpose.

산업부산물인 석탄회을 이용하여 잘피군락의 조성 가능성을 평가하기 위한 현장실험을 실시하였다. 오염된 점토질 해저면에 석탄회 조립물을 이용하여 인공지반을 조성하고 잘피를 이식한 후 모니터링을 실시하였다. 이식된 잘피는 조성된 지반에서 성공적으로 정착하였으며, 이식 후 24개월 이후부터는 이식된 잘피의 개체길이의 증가 및 영양번식을 통한 잘피의 밀도의 빠른 증가가 확인되었다. 또한 조성된 잘피군락 및 그 주변에서 저서생물 및 미세조류의 종수가 증가하여 자연잘피군락과 동일하게 연안역의 생물다양성 향상에 도움이 되는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로부터 석탄회 조립물은 잘피군락 조성에 적합한 재료임을 확인하였다.

Coal Ash, a byproduct of coal combustion in power plants, is usually disposed in surface impoundments or wet disposal areas and landfill sites. Toxic substances contained in coal ash which slowly seep into the groundwater and aquifers in nearby impoundments, and which are also dispersed by wind and storm water in landfill sites, lead to serious health and environmental effects. The main focus of this study is to analyze the strength characteristics of the recycled coal ash mixed with dredged soil to test its capabilities from external forces such as in the stacking of geotextile tubes. The SEM and XRF analysis were carried out in order to grasp the grain size and composition of the coal ash and the dredged soil. To find the optimum mixing ratio of the coal ash and dredge soil, the type of deformation and the strength of the different mixtures were obtained by performing a uniaxial compression test. The relationship between the compressive stress and deformation of the uniaxial compression test and the tubular structure formed by injecting the coal ash into geotextile tube was confirmed and the applicability of the geotextile tube reinforced with the recycled and improved fill material is very high.

In order to fabricate porous mullite ceramics with controlled pore structure and improved mechanical strength, a freeze casting route has been processed using camphene mixed with tertiary-butyl alcohol (TBA) and coal fly ash/alumina as the solvent and the ceramic material, respectively. After sintering, the solidification characteristics of camphene and TBA solvent were evident in the pore morphology, i.e., dendritic and straight pore channels formed along the solidification directions of camphene and TBA ice, respectively, after sublimation. Also, the presence of microcracks was observed in the bodies sintered at 1500 oC, mainly due to the difference in solidification volume change between camphene and TBA. The compressive strength of the sintered bodies was found generally to be dependent, in an inverse manner, on the porosity, which was mainly determined by the processing conditions. After sintering at 1300~1500 oC with 30~50 wt% solid loading, the resulting mullite ceramics showed porosity and compressive strength values in ranges of 83.8~43.1% and 3.7~206.8 MPa, respectively.

석탄회를 NaOH로 용융시킨 후 수열 처리에 의하여 제올라이트 A를 합성하였다. NaOH/석탄회의 비, 용융 온도, NaAlO2의 첨가량, 수열 처리 온도 및 시간이 생성된 제올라이트의 종류와 결정도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 결정도가 높은 제올라이트의 생성에 필요한 최적의 NaOH/석탄회의 중량비는 1.2, 최적의 용융 온도는 550℃이었다. 용융된 석탄회로부터 Si4+ 와 Al3+의 용출은 교반 시간의 영향을 받지 않았다. 생성된 제올라이트의 형태는 첨가한 NaAlO2의 영향을 받는 것으로 나타났다. 적은 양의 NaAlO2를 첨가하면 제올라이트 X가 생성되나 NaAlO2의 양이 증가하면 단일상의 제올라이트 A가 생성되었다. 수열처리 시간과 온도가 증가하면 제올라이트 A는 hydroxysodalite로 변화하였다. 승온 속도를 낮춰 반응 온도까지의 도달시간을 증가시키면 결정도가 좋은 제올라이트 A를 얻을 수 있었다.

석탄회는 독특한 화학조성과 광물학적 특징을 가지고 있다. 본 연구는 해안가에 위치한 영동화력발전소의 매립 호수에서 배출되는 석탄회와 주변 해수와의 반응에서 토착 미생물이 중금속 용출에 어떤 영향을 미치는지를 알아보았다. 매립 호수의 pH는 6.3-8.5로 나타났다. 본 연구를 위해 매립 호수의 세 지점을 선정하여 각 지점에서 석탄회(0.4 L)와 해수(1.6 L)가 혼합된 세 개의 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 각각 120˚C, 2.5기압 환경하에서 멸균 처리하고, 미생물의 활동을 촉진하기 위해 글루코스를 첨가하여 배양하였으며, 나머지 하나는 자연 상태로 60일 동안 보관하면서 박테리아의 활동에 따른 지화학적 변화과정을 살펴보았다. 다른 시료와 비교하여 글루코스를 첨가한 시료에서 15일 후에 알카리도가 크게 증가하였으며, Mg, Ca, K와 같은 양이온은 글루코스를 넣은 시료에서 초기에 증가하다가 15일 이후 감소하였다. SO42-는 글루코스를 첨가한 시료에서 크게 감소하였다. 이러한 지화학적 결과는 매립 호수에 서식하는 박테리아의 활동성과 관련이 있다. 이러한 결과는 석탄회 내에 서식하는 박테리아의 특성을 이해하기 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Glass-ceramics were fabricated by heat-treatment of glass obtained by melting a coal bottom ash with Li2O addition. The main crystal grown in the glass-ceramics, containing 10 wt% Li2O, was β-spodumene solid solution, while in Li2O 20 wt% specimen was mullite, identified using XRD. The activation energy and Avrami constant for crystallization were calculated and showed that bulk crystallization behavior will be predominant, and this expectation agreed with the microstructural observations. The crystal phase grown in Li2O 10 wt% glass-ceramics had a dendrite-like shaped whereas the shape was flake-like in the 20 wt% case. The thermal expansion coefficient of the Li2O 10 wt% glass-ceramics was lower than that of the glass having the same composition, owing to the formation of a β-spodumene phase. For example, the thermal expansion coefficient of Li2O 10 wt% glass-ceramics was 20×10-7, which is enough for application in various heat-resistance fields. But above 20 wt% Li2O, the thermal coefficient expansion of glass-ceramics, on the contrary, was higher than that of the same composition glass, due to formation of mullite.

석탄회는 독특한 화학조성과 광물학적 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 석탄회의 철산화광물에는 중금속원소들이 다량 농집되어 있어서 침출이 일어나는 환경에서는 토양과 지하수 및 해양오염의 가능성이 높다. 본 연구에서는 해안가에 위치한 당진화력 발전소에서 배출하고 있는 석탄회와 주변 해수와의 반응과정에서 토착 미생물이 어떤 역할을 하는지를 알아보고자 하였다. 이를 위해 해수와 석탄회를 혼합하여 배양기에 60일 동안 보관하면서 물시료와 석탄회 시료를 분석함으로써 박테리아의 활동에 따른 광물의 상변화 및 해수의 지화학적 변화 정도를 살펴보았다. 매립호수에서 해수의 평균 pH는 8.97이다. 지화학적 변화 결과에 비추어 볼 때, 박테리아의 활동은 실험 시작 7일 이후부터 급격하게 활성화되었다. SO42-는 글루코스를 첨가한 시료에서 다른 처리방식에 비해 현저하게 감소하는 경향을 나타낸다. 매립호수에 서식하는 박테리아는 주로 Mn, Fe, Zn와 반응하여 매립호수로부터 금속이온을 제거시킬 수 있을 뿐 아니라 탄산염 광물을 형성하는 과정에서 이산화탄소를 고정시킬 수 있는 역할도 할 수 있을 것으로 기대된다.

Recycling industrial wastes such as fly ash from a coal burning heat power plant and shell from an oyster farming were investigated to prevent environment contamination as well as to enhance the value of recycling materials. In this study, the lightweight aggregates and the red bricks were fabricated from fly ashes with other inorganic materials and wastes. The starting materials of the lightweight aggregate were fly ash powder and water glass, and the compacts of these materials were heat treated at . The fabricated lightweight aggregates had low bulk density, , hence floated on the water and had the strength of 7.0-11.0 MPa and the modulus of 2900-3300 MPa which indicates it has enough strength as the aggregate. Another type of the light weight aggregate was prepared from fly ashes, shell powders and clays. The bulk density, porosity, and compressive strength of these aggregates were and 5-12 MPa, respectively. The addition of a small amount of fly ash powder prevented hydration of the light weight aggregates. The red brick was also fabricated from the fly ash containing materials. It is suitable for the brick facing of a building as it has moderate strength and low water absorption rate.

저가형 TiO2 광촉매의 개발과 광촉매의 활용범위를 확대하고자, 석탄회를 지지체로 이용하여 TiO2 광촉매를 제조하였다. 석탄회 표면에 TiO2 입자의 피복은 침전법에 의해서 수행되었다. TiO2의 공급원으로는 TiCl4수용액과 침전제로는 NH4HCO3가 사용되었다. 이들의 중화반응에 의해 석탄회 표면에 생성되는 Ti(OH)44는 300~700˚C의 열처리 과정에서 산화되었다. 여기서 생성된 TiO2의 결정구조는 anatase형을 나타내었다. 피복 TiO2의 결정립 크기는 열처리 온도의 상승에 따라 증가하였으나, NO가스의 제거능은 감소하는 경향을 보였다. TiO2피복 석탄회를 300~400˚C의 온도 범위에서 2시간 동안 열처리할 경우, TiO2의 결정립 크기는 약 9nm이었고, 질소산화물 제거율은 85~92%이었다. 또한, TiO2피복 석탄회의 백색도는 TiO2의 피복량이 증가할수록 열처리 온도가 증가할수록 상승하는 경향을 나타내었다.

Ash ball 배지의 이화학적특성과 사용배지의 염류집적 및 제거효과를 펄라이트 및 입상암면과 비교하였다. ash ball의 가비중, 진비중, 공극율은 각각 0.93 g.cm-3, 2.29 g.cm-3, 40.6%, 59.4%로서 그중 가비중은 펄라이트 및 입상암면에 비해 현저히 높았고 가공율은 낮았다. 배지의 포화수분함량(saturation moisture capacity)은 ash ball이 52%, 펄라이트가 71%, 입상암면이 90%로 나타났고, 배수 1시간 후 수분율은 ahs ball이가 21%, 펄라이트가 27%, 입상암면이 80%로 낮아졌다. Ash ball의 입도별 수분율은 소립(3~5 mm)이 대립 (7~15mm)에 비해 5% 정도 높았다. Ash ball의 배드내 수분율은 수직 및 수평방향의 분포가 균일하여 수분확산성이 좋은 것으로 나타났다. ash ball의 pH는 7.6으로 약염기성을 나타내었다. 배지를 침지한 배양액의 pH는 7.6으로 약염기성을 나타내었다. 배지를 침지한 배양액의 pH는 다소 증가하는 경향을 보였으며 EC는 거의 변호가 없었으며, 배지내 무기이온의 흡착은 ash ball과 입상암면은 인산의 흡착이 비교적 많았다. 토마토 재배에 사용된 ash ball의 염류집적은 펄라이트와 비슷하였고 8회 정도의 침수처리로 배지표면에 흡착된 무기염을 대부분 제거할 수 있었다. 위의 결과로부터, ash ball 배지는 보수력은 다소 낮지만 통기성 및 수분확산성이 우수하여 배지내의 수분조절이 용이한 배지임을 알 수 있었다.