본 연구는 바이오매스 전소 화력발전소에서 배출되는 저회에 유기 물질을 혼합하여 펠렛화한 후 배추 재배 미치는 영향을 평가하기 위해 수행되었 다. 배추 재배는 노지(UC, upland cultivation)와 시설재배지(GC, greenhouse cultivation)에서 진행되었으며, 처리조건은 대조구(Cont, control)와 저회(BA, bottom ash), 유기질 비료(OF, organic fertilizer), 저회 펠렛(BP, pelleted bottom ash) 처리구로 나누었고, 배추 이식 7일 전에 저회, 유기질 비료 및 저회 펠렛을 각각 1 ton 10a-1 수준으로 시용하였다. 배추의 생체중은 재배지역에 상관없이 OF와 BP 처리구에서 가장 높았으며, Cont 처리구에 비해 각각 15.7-41.6 및 9.7-51.5% 범위로 생체중이 증가하였다. BP 처리구에서 배추 수확 후 토양의 화학적 특성은 전반적으로 OM, TN, Avail. P2O5 등의 함량이 개선되는 효과를 보여주었으며, 이는 OF 처리구와 유사하였다. 노지와 시설재배지에서 배출된 N2O 배출량은 BP 처리가 OF 처리에 비해 29.7 및 11.0%로 각각 감소되는 결과를 보였다. 따라서, 저회 펠렛의 시용은 관행처리구와 비교해 볼 때, 배추 생육, 토양 특성 및 N2O 배출적인 측면에서 효과가 있는 것으로 판단된다.

본 연구는 고추 재배 시험을 통해서 발전소로부터 배출되는 저회 (BA, bottom ash)의 농업적 활용 가능성을 평가하고자 수행되었다. 저회의 시용수준은 5 (BA5), 10 (BA10), 15 (BA15) 및 20 (BA20) ton ha-1으로 조절하였으며, 대조구는 퇴비를 일반 기비로 사용한 관행처리 방법으로 하였다. 고추의 생육 특성은 퇴비 처리구가 저회 처리구에 비해 생육이 증가되었고, 저회 사용수준에 따른 고추의 생육은 전반적으로 BA15 ≓ BA10 > BA20 > BA5 처리구 순으로 증가되었다. 고추 재배 후 조사된 토양의 화학적 특성은 저회의 시용수준이 증가될수록 pH, EC, SOC, 그리고 CEC 함량이 증가되는 경향을 보였다. 특히, 작물의 생육과 관련이 깊은 pH, SOC 및 CEC의 지표는 저회 처리구가 대조구에 비해 각각 0.20~0.82, 1.16~8.92 g kg-1 및 0.29~0.74 cmolc kg-1 범위로 증가되어 저회가 토양 탄소 함량 증진을 포함한 토양 비옥도 개선에 효과적인 역할을 한 것으로 판단된다. 따라서 본 시험의 결과로 미루어 볼 때 저회의 시용은 관행처리에 비해 고추의 수확량은 적지만 토양환경을 개선하는데 효과적인 것으로 판단되어 토양개량제로서 저회의 농업적 활용은 가능하다고 판단된다.

When a new bonding agent using coal ash is utilized as a substitute for cement, it has the advantages of offering a reduction in the generation of carbon dioxide and securing the initial mechanical strength such that the agent has attracted strong interest from recycling and eco-friendly construction industries. This study aims to establish the production conditions of new hardening materials using clean bottom ash and an alkali activation process to evaluate the characteristics of newly manufactured hardening materials. The alkali activator for the compression process uses a NaOH solution. This study concentrated on strength development according to the concentration of the NaOH solution, the curing temperature, and the curing time. The highest compressive strength of a compressed body appeared at 61.24MPa after curing at 60˚C for 28 days. This result indicates that a higher curing temperature is required to obtain a higher strength body. Also, the degree of geopolymerization was examined using a scanning electron microscope, revealing a micro-structure consisting of a glass-like matrix and crystalized grains. The microstructures generated from the activation reaction of sodium hydroxide were widely distributed in terms of the factors that exercise an effect on the compressive strength of the geopolymer hardening bodies. The Si/Al ratio of the geopolymer having the maximum strength was about 2.41.

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.

Glass ceramics were made from coal bottom ash by adding CaO and Li2O as glass modifiers and TiO2 as a nucleating agent in a process of melting and quenching followed by a thermal treatment. The surface of the glass ceramics has 1.6 times more Li2O compared to the inner matrix. When TiO2 was not added or when only 2 wt% was added, the surface parts of the glass ceramics were crystalline with a thickness close to 130μm. In addition, the matrixes showed only the glass phase and not the crystalline phase. However, doping of TiO2 from 4 wt% to 10 wt% began to create small crystalline phases in the matrix with an increase in the quantity of the crystalline. The matrix microstructure of glass ceramics containing TiO2 in excess of 8 wt% was a mixture of dark-gray crystalline and white crystalline parts. These two parts had no considerable difference in terms of composition. It was thought that the crystallization mechanism affects the crystal growth, direction and shape and rather than the existence of two types of crystals.

바텀애쉬는 화력발전소에서 석탄을 연료로 사용하고 그 부산물로 발생되는 것으로, 현재까지 대부분 발전소 부지 내에 매립되어 왔다. 화력발전소에서 바텀애쉬 매립장을 확보하지 못한다면 발전이 불가능할 수 있으므로 바텀애쉬 재활용에 대한 연구가 많이 되어져 왔다. 그러나 바텀애쉬는 흡수율이 높고, 입도가 불규칙하여 골재로써 강도 발현에 한계가 있었다. 본 연구에서는 바텀애쉬를 콘크리트 잔골재로 사용할 수 있는 혼화제(무기경화제)를 개발하여 그 가능성을 실험하고자 하였다.

This study investigated both leaching of heavy metals and ecological toxicity when coal bottom ash (CBA) generated by power plants has been used to reduce both erosion and turbidity of surface runoff at construction sites. The Korean leaching test (KLT) method, sequential extraction method, and acute toxicity test using Daphnia magna were performed to evaluate the environmental impacts and the ecological risks of CBA. According to the results of the KLT method of CBA, trace amounts of Cu were leached at limit of quantitation whereas metal leaching was not monitored for other heavy metals. Through the sequential extraction method of CBA, the relatively high leaching potential was found for As and Pb due to greater fraction of exchangeable (F1) and bound to carbonates (F2), and reasonable probability of leaching under the reducing/anaerobic environment was expected for Cu due to high faction of bound to Fe?Mn oxides (F3). However, significantly low probability of leaching was expected for Cd, Cr, Ni, and Zn with grater fractions of bound to organic matter (F4) and residual (F5). Additionally, total amount of heavy metals in CBA was lower than criteria for soil pollution concerns, and were similar or slightly lower levels than the ‘15 National soil average concentration excluding Cr6+. Finally, acute toxicity test using Daphnia magna display no impact for mobilization and lethality in either the prefiltration or post-filtration experiment, indicating that the ecological toxicity was insignificant with zero values of toxic unit. Consequently, no environmental impacts or ecological toxicity are expected when CBA generated by power plants has been used to reduce both erosion and turbidity of surface runoff at construction sites.

In the case of solid refuse fuel manufacturing facilities, residues, which are left-over from the process, are buried at a rate of 34% of incoming amount, and some are disposed of by combustion. The residues were upgraded by mechanical biological treatment and subject to attempts at combustion, and the bottom ash generated from combustion tests was applied to fabricate bricks for recycling. The brick was manufactured by substitutions of stone powder, cement, sand ranging from by 3 to 30% according to experimental conditions. These could be used as an interlocking block for the sidewalk or open spaces. The basic characteristics of the bottom ash and the water absorption, bending strength, compressive strength, and dimensions of the mixed bricks were tested. Results showed that 10% of the stone powder substitution was regarded as an optimal condition, and the brick quality was satisfactory under given standards, because the pozzolanic and hydration reactions occurred effectively.

화력발전소 전기집진기에서 포집되는 FA(Fly ash)는 재활용률이 높으나 화력발전소 노에 떨어지는 BA(Bottom ash)는 FA에 비해 매우 낮은 편이다. 또한 FA에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있는 반면 BA에 대해서는 매우 저조하다. 한편 지속적으로 건축 공사 수요가 있지만 건축 재료를 과거처럼 용이하게 그리고 저렴하게 공급 받기는 더욱 어려워지고 있는 실정이므로 BA를 건축 재료로 활용할 수 있게 하는 연구는 매우 유용할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 재활용률이 저조하여 처리에 부담이 되었던 BA를 최대한 재활용할 수 있도록 건축 재료로 연구 개발하여 BA 재활용률을 높일 뿐만 아니라 BA 처리의 부담을 줄이고, 또한 저렴한 건축 재료를 용이하게 다량 확보할 수 있도록 화력발전소에서 발생한 BA가 건축 재료로 갖고 있는 다양한 특성에 대하여 연구하였다. 화력발전소에서 발생한 BA를 건축 재료로의 특성에 대하여 연구를 진행한 결과 타 재료에 비해 경량성과 단열성이 매우 우수함은 물론 원적외선 방사률 등도 비교적 우수하게 나타났다.

현재 우리나라 환경부에서 발간하는 ‘전국 폐기물 발생 및 처리현황’에 의하면 소각재의 구분은 ‘소각재’, ‘연소재’로 구분되어 있으며 ‘사업장배출시설계폐기물’ 항목으로 집계되고 있다. 소각재 및 연소재의 발생 현황을 살펴보면 연소재의 경우 최근 5년간의 발생량은 큰 변화 없이 약 8,000천톤 내외로 일정한 양을 보였지만, 소각재는 매년 증가경향을 보였으며 2010년 약 1,667천톤에서 2014년 약 3,054천톤으로 두 배정도가 증가하였다. 또한, 2014년 기준 소각재의 발생비율은 소각재 및 연소재의 총 발생량(11,410.3천톤) 중 26.8%를 차지하고 있다. 발생하고 있는 소각재의 재활용은 폐기물종류 및 업종에 따라 다르지만, 일반적으로 비산재는 중금속의 유해특성이 높아 재활용이 극히 제한적이고, 바닥재는 상대적으로 유해성이 낮아 재활용 가능성이 높아 다양한 용도로 재활용이 가능하다. 본 연구는 최근 자원순환법 제정, 폐기물관리법 개정 등 환경부의 재활용활성화 정책을 적극 추진하고 있고, 바닥재가 경량골재, 재활용 벽돌, 아스팔트 채움제 등으로 다양하게 재활용되고 있는 상황을 고려하여 중금속 용출특성과 물리･화학적 특성 중심으로 제지소각바닥재에 대한 재활용의 용도 및 방법을 다양화시키기 위한 목적이 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 7개 제지업체에서 발생하는 제지소각바닥재의 중금속 용출특성과 물리･화학적 특성을 중심으로 석탄재와 비교분석하였다. 그 결과 석탄재의 수분 및 강열감량에 대한 재활용 환경기준은 없으나, 재활용 제품 품질기준을 제시하고 있고, 제지소각재의 수분과 강열감량은 석탄재 재활용 제품의 품질기준을 만족하는 경우(유동상식)와 그렇지 않은 경우(스토커식)로 나타났다. 중금속용출은 전 항목 지정폐기물, 바닥재 재활용, 요업제품 원료기준의 용출기준을 모두 만족하였으며, 석탄재와 차이가 거의 없었다. 화학성분은 석탄재와 비교하였을 때 비슷한 범위를 보였지만, 재활용 제품 품질기준을 만족하는 경우(유동상식)와 그렇지 않은 경우(스토커식)로 나타났다. 이와 같이 유동상식에서 배출된 제지소각 바닥재의 물리화학적 특성, 중금속 용출농도가 석탄재와 큰 차이가 없고, 품질기준을 만족하는데도 불구하고 재활용이 활성화되어있는 석탄재와 비교하였을 때 제지소각 바닥재는 상대적으로 재활용의 제약을 받고 있는 것으로 보인다. 본 연구결과 유동상식에서 배출된 제지소각 바닥재는 ｢자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률｣ 별표 4에 제시되어 있는 석탄재의 재활용용도 중 콘크리트 및 시멘트 제품(콘크리트 혼화재, 시멘트 및 시멘트 클링커 제조 원료)으로서 재활용이 가능할 것으로 평가되며, 일부 품질기준을 충족시키지 못하는 경우(스토커식), 소각로 방식을 유동상식으로 변경할 경우 품질기준을 충족하는 것이 가능할 것으로 보인다.

The aim in this study was to remove Cl−, which can be problematic in the recycling of bottom ash, by identifying the optimum operating conditions for a soil electrolysis apparatus with spiral paddles and to use these as the base data in removing contaminants from various polluted soils using electrolysis. Unprocessed bottom ash collected from the openair storage yard at thermoelectric power plant H in Gyeong sang nam - do Province was used as the experimental material. The experimental methodology was to identify the optimum operating conditions to remove Cl− contained in the bottom ash using the following variables: use or not of spiral paddles, application or not of electrolysis, change of concentration of the electrolyte solution, electrolysis application time, and the voltage level during electrolysis. From the results, the highest removal efficiency of 91.4% was shown under the following conditions: use of the spiral paddles, use of 0.3% NaOH electrolyte solution, 20 min of electrolysis; and a voltage level of 5 V during electrolysis. It is evident that application of the soil electrolysis apparatus for removal of Cl− from bottom ash could be valuableas base data for purification of polluted soils in the future.

Bottom ash char, which is released and collected from a solid refuse fuel (SRF) gasification pilot plant, has been used as a feed material for one more step of the gasification process. This char contains higher unburned materials than the bottom ash collected from incineration plants. This could have sufficient potential for application to gasification technology. The lab-scale gasification experimental process consists of a downdraft gasifier, a cyclone, a scrubber, and a filtering system for the analysis of syngas. To find the optimal conditions and to decrease loss on ignition, the air equivalent ratio (ER) was adjusted from 0.1 to 0.5. The results of this experiment showed that 0.2 ER was the optimal condition, with 32.41% of cold gas efficiency and 40.41% of carbon conversion ratio. However, compared to the general gasification process, this efficiency and conversion ratio still seem to be low since the feedstock was the leftovers of the gasification process with a lower amount of volatile carbonaceous components. Furthermore, with increasing ER, the loss on ignition of the bottom ash in this experiment decreases due to the enhancement of the oxidation reaction. On average, it decreased by up to about 20% compared to the feedstock.

현재 우리나라 환경부에서 발간하는 ‘전국 폐기물 발생 및 처리현황’에 의하면 소각재의 구분은 ‘소각재’, ‘연소재’로 구분되어 있으며 ‘사업장배출시설계폐기물’ 항목으로 집계되고 있다. 소각재 및 연소재의 발생 현황을 살펴보면 연소재의 경우 최근 5년간의 발생량은 큰 변화 없이 약 8,000천톤 내외로 일정한 양을 보였지만, 소각재는 매년 증가경향을 보였으며 2010년 약 1,667천톤에서 2014년 약 3,054천톤으로 두 배정도가 증가하였다. 또한, 2014년 기준 소각재의 발생비율은 소각재 및 연소재의 총 발생량(11,410.3천톤) 중 26.8%를 차지하고 있다. 발생하고 있는 소각재의 재활용은 폐기물종류 및 업종에 따라 다르지만, 일반적으로 비산재는 중금속의 유해특성이 높아 재활용이 극히 제한적이고, 바닥재는 상대적으로 유해성이 낮아 재활용 가능성이 높아 다양한 용도로 재활용이 가능하다. 본 연구는 최근 자원순환법 제정, 폐기물관리법 개정 등 환경부의 재활용활성화 정책을 적극 추진하고 있고, 바닥재가 경량골재, 재활용 벽돌, 아스팔트 채움제 등으로 다양하게 재활용되고 있는 상황을 고려하여 중금속 용출기준을 중심으로 바닥재에 대한 재활용의 용도 및 방법을 다양화시키기 위한 목적이 있다. 따라서 본 연구에서는 중금속 용출기준으로 제지소각 바닥재를 고경량골재, 재활용 벽돌, 아스팔트 채움제로서 재활용시 유해성의 여부를 검토하였다.

앞으로 다가올 자원고갈 사회를 대비하기 위한 국내 정책으로 폐기물의 발생을 억제하고 발생된 폐기물을 적정하게 재활용, 회수, 처리하는 자원순환사회의 형성을 목표로 하고 있으며, 폐기물로부터 에너지를 회수하는 방안에 관한 연구가 적극적으로 진행되고 있다. 폐기물의 에너지화 기술 중에서 폐기물 가스화 공정은 폐기물의 열적처리 공정 중 하나로서 H2와 CO로 이루어진 합성가스를 생산하는 기술로 단순소각을 통한 열에너지의 회수가 아닌 청정연료로의 전환을 통해 고부가가치 에너지원으로 활용이 가능하다는 장점이 있어 높은 관심을 받고 있다. 그러나 가스화 공정에 의해 배출되는 바닥재는 공정특성상 소각공정을 통해 배출되는 바닥재에 비해 미연분 수치가 높게 나타난다. 이러한 미연분 함량은 폐기물관리법 시행규칙에서 강열감량 수치로 규정하고 있다. 본 연구에서는 비성형 SRF(Solid Refuse Fuel)를 활용한 Pilot scale 가스화 공정을 통해 배출된 바닥재의 재활용 방안을 마련하기 위해 강열감량 및 기초특성분석을 진행하였다. 재활용 방안으로 Lab scale의 고정층 가스화 공정을 적용하였다. 바닥재는 800 ℃에서 분당 10g씩 투입되었으며, 공기비 조건에 변화를 주어 생성된 합성가스의 특성분석을 진행하여 바닥재의 에너지회수 가능성을 알아보았다. 또한, 최종으로 배출된 바닥재의 감열감량을 측정하여 최적 감량조건을 도출하였다.

생활폐기물 및 산업폐기물로부터 고형연료를 제조하는 과정에서 폐기물 반입량 대비 30 ~ 45%의 비율로 잔재물이 발생되어 매립되거나 일부는 소각장으로 반입되어 처리되고 있다. 이러한 잔재물은 함수율 40% 이상을 나타내어 그대로 매립되었을 경우 오염부하를 증가시킬 수 있으며, 매립에 의한 처분비용으로 전체 시설 운영비의 약 20%가 요구되는 실정이다. 이러한 잔재물은 양 및 질적인 측면에서 볼 때 추가 공정을 통하여 충분히 고형연료로 생산이 가능하다. Bio-drying 기술은 폐기물 내에 존재하는 생분해성 유기물질에 대한 미생물의 호기성 분해열을 이용하여 폐기물의 수분을 건조시키는 건조에너지 소모 및 설치/운영비를 최소화 할 수 있는 경제성이 우수한 기술이다. 본 연구에서는 고형연료화 시설에서 발생된 잔재물을 대상으로 Bio-drying 기술을 적용시켜 생산된 비성형 고형연료의 벤치규모 연소실험을 통해 연소 공기비에 따른 바닥재와 비산재의 발생 특성을 고찰하였다. 또한 기존 시중에 판매되고 있는 비성형 고형연료와의 연소특성 비교/분석을 통해서 Bio-dyring 고형연료의 연소특성을 파악하고 연소 조건의 최적화를 진행하였다. Bio-drying 고형연료와 판매용 고형연료의 연소 바닥재의 XRF 분석 결과 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3가 주성분을 이루며 그 중에서 CaO 성분이 각각 36.6%와 48.6%로 가장 높게 나타났다.

전 세계적으로 지속적인 화석연료의 사용으로 인하여 화석 연료가 고갈되고 있을 뿐만 아니라 화석 연료를 사용하면서 발생하는 환경오염 때문에 대체에너지를 찾는데 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 더불어 정부는 신재생에너지 보급을 늘리기 위하여 노력하고 있으며, 국내 연간 신재생에너지 생산량 중 폐기물 및 바이오매스에 의한 신재생 에너지 보급률이 약 70% 이상을 차지하고 있다. 특히, 국내에서 발생되는 폐기물은 높은 재활용률 덕분에 가연분 함량이 높아 열 회수 시설에 적용 시 화석원료의 대체제로 사용 가능성이 크다고 할 수 있다. 그러나 폐기물 고형 연료화 시설의 경우 반입량 대비 30 ~ 45%의 비율로 잔재물이 배출되어 매립되거나 일부는 소각시설에 의해 처리되고 있는 실정이다. 특히 이를 그대로 매립 하였을 경우 오염부하를 증가시킬 수 있으며, 매립에 의한 처분비용으로 전체 시설 운영비의 약 20%가 소요되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 폐기물 고형 연료 잔재물을 이용한 소각 공정에서 적용하였으며 이러한 공정에서 발생한 바닥재를 보도나 광장의 포장에 사용되는 인터로킹 블록으로 활용하는 방안을 마련하였다. 이에 바닥재에 대한 기초특성분석을 하고 혼합된 벽돌의 흡수율, 휨강도, 압축강도, 치수 등을 분석하여 바닥재 혼합비에 따른 블록 특성 변화를 관찰하였다.

산업화 발전으로 인한 전력사용량 증가로 석탄발전소 부산물인 석탄회는 지속적으로 증가하여 배출되고 있다. 석탄회는 포집되는 장소에 따라 Fly ASH, Bottom Ash, Cinder Ash, Cenosphere 4가지 형태로 나누어진다. Fly ASH는 석탄연소 후 발생되는 먼지를 집진기에 포집하여 미분말 형태의 부산물로 현재 콘크리트 혼화재로 널리 사용 되어지고 있다. 하지만 Fly ASH를 제외한 부산물은 재활용 되지 못하여 해안 또는 육상에 매립되어지고 있다. 이는 매립지확보에 대한 경제적 손실 및 해안 침출수 환경을 크게 훼손시키고 있어 석탄회 활용 방안문제에 대한 대책이 시급한 상태이다. Bottom Ash는 연소될 때 괴상 또는 입자 크기가 큰 회 성분이 보일러 하부로 떨어진 부산물로 석탄회의 약 20%를 함유하고 있지만 Bottom Ash 부산물을 재활용하여 사용하는 연구개발이 매우 미비한 상태로 활용방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. 이에 따라 본 연구는 초속경, 초기 고강도, 고부착력, 무수축등의 우수한 특성을 가지고 있는 인산 마그네슘 시멘트(Magnesium Phosphate Cement)라는 신 건설 재료를 사용하여 석탄회 부산물인 Bottom Ash를 10%, 20%, 30% 함유량별 대체하여 KS F 2476에 의거하여 인산 마그네슘 모르타르의 물리적 특성을 비교 실험하였다. 실험결과 압축강도와 부착강도를 3시간, 1일, 3일, 7일을 측정한 결과 인산 마그네슘 시멘트에 Bottom Ash를 10%, 20% 대체하여 배합하였을 때 기존 인산 마그네슘 시멘트보다 초기 및 장기강도 성능이 향상된 것을 확인하였다. 하지만 Bottom Ash를 30%를 첨가하였을 때 초기강도 및 장기강도 성능이 저하 되었다.