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미세먼지 제어용 하이브리드필터 시스템 적용 시 발생하는 석탄연소잔류물의 수은화합물 안정도 평가
백승기 ( Seung-ki Back ),성진호 ( Jin-ho Sung ),정법묵 ( Bup-mook Jeong ),장하나 ( Ha-na Jang ),이은송 ( Eun-song Lee ),조수진 ( Soo-jin Cho ),강연석 ( Yeon-suk Kang ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.7
This study estimated the stability of mercury (Hg) compounds in coal combustion residuals (CCRs) from Hybrid Filter (HF) systems in coal power plants. The HF system, which was designed for the control of fine particulate matter, was found to have a performance to have a co-benefit effect by controlling mercury compounds in flue gas. The cascade impactor was used to measure the control efficiency of dust by particle size at the inlet and outlet of the HF system. Then, the particle size distribution of the HF fly ash was estimated by comparing the concentrations of the total suspended particles. The sequential extraction procedure consisting of five steps was applied to the CCRs: fly ash from the electrostatic precipitator and HF, and gypsum from the flue gas desulfurization. The behavior of Hg was affected by the development of air pollution control devices (APCDs), and as a result, we identified fly ash having a different form compared to previously reported data. The residual Hg fraction increased to a greater extent compared to the mobile Hg fraction in HF fly ash compared to ESP fly ash; the fraction estimated to be Hg<sup>0</sup> and Hg<sup>0</sup>-amalgam decreased. FGD gypsum contained a higher ratio of the mobile Hg fraction than the fly ash collected from ESP and HF. Information on the stability of Hg compounds regarding developed APCDs needs to be considered for the recycling and disposal of CCRs.
순환유동층보일러의 과열기 튜브 부식에 알칼리 금속과 염소가 미치는 영향
백승기 ( Seung-ki Back ),유흥민 ( Heung-min Yoo ),장하나 ( Ha-na Jang ),정현태 ( Hyun-tae Joung ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국공업화학회 2017 공업화학 Vol.28 No.1
본 연구에서는 순환유동층 보일러 과열기 튜브의 부식 원인물질을 규명하여, 부식방지를 위한 방안을 모색하고자 하였다. 연료, 과열기 튜브 부식부위, 과열기 튜브에 부착된 재 및 보일러 재를 채취하여 성분분석을 수행하였다. 과열기튜브 부식부위에서 산화로 인한 O성분이 함유되어 있는 것을 확인하였다. 과열기 튜브 부착 재 및 보일러 재에서 6.1% 및 4.3%의 Cl이 분석되었으며, 이는 설계값의 약 14-20배 정도 높은 수치이다. 또한 알칼리 금속물질(K, Na, Ca)의 함량이 매우 높게 분석되었다. XRF 데이터를 이용하여 보일러에서 재의 슬래깅과 파울링에 대한 영향을 예측하였다. Basicity는 과열기 튜브 부착 재 및 보일러 재에서 각각 3.62 및 2.72로 산정되었으며, 설계값인 0.35에 비하여 높은 수치를 갖는 것으로 확인되었다. This study provides the identification of corrosion cause substances in super heater tube from a commercial scale circulating fluidized bed boiler. Electricity is produced by the combustion of biomass mainly wood waste. The biomass, super heater tube, super heater tube ash, and boiler ash were collected and components associated with corrosion were analyzed. A large amount of oxygen-containing material was found due to oxidation. The chlorine content was analyzed as 6.1% and 4.3% in super heater tube ash and boiler ash respectively which were approximately 20 and 14 times higher than those of designed values. Also, alkaline metal contents (K, Na, Ca) were very high in ash samples collected from super heater tube and boiler. The tendency of slagging and fouling was predicted based on X-Ray Fluorescence (XRF) results. Basicity that can lead to slagging was estimated as 3.62 and 2.72 in super heater tube and boiler ash, respectively. Slagging would occur with ash content when considering the designed value as 0.35.
이은송 ( Eun-song Lee ),백승기 ( Seung-ki Back ),성진호 ( Jin-ho Sung ),김정훈 ( Jeong-hun Kim ),이주찬 ( Joo-chan Lee ),조수진 ( Soo-jin Cho ),( Ahm Mojammal ),서용칠 ( Yong-chill ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
수은의 배출로부터 국민의 건강과 환경을 보호하기 위하여 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)이 2013년도에 채택되다. Article 11에서는 수은폐기물을 수은 오염, 함유, 구성 폐기물 등 총 3가지 종류로 구분하여 정의하고 있다. 국내 폐기물관리법에 따라 수은 폐기물은 별도 분류되고 있지 않으나, 지정폐기물로 간주되어 안정화 또는 고형화 처리 후 관리형 매립지에 최종 처분하도록 지정하고 있다. 본 연구에서는 국내 산업시설로부터 배출된 비산재 등을 대상으로 킬레이트를 이용한 안정화 처리기술에 대한 연구를 진행하였다. 대표적인 킬레이트 물질로 알려진 EDTA 0.1 mol과 염화수은 (HgCl<sub>2</sub>) 등을 안정한 형태인 황화수은 (HgS)으로 전환시키기 위해 황이 포함된 황화나트륨 (Na<sub>2</sub>S) 0.2 mol, 비산재 10g을 6시간동안 혼합하였다. 안정화 처리 후 고체와 액체를 분리시키기 위해 105 ℃에서 충분히 건조시켜 수분을 증발시켰다. 이후 킬레이트 처리된 비산재의 화학적 안정도를 평가하기 위하여 pH에 따라 5단계 용출단계로 구성된 단계별용출법을 적용하였다. 각 단계별 용매로써 증류수(1단계), 0.1M CH<sub>3</sub>COOH+0.01M HCl(2단계), 1M KOH(3단계), 12M HNO3(4단계) 및 Aqua regia(5단계)를 사용하였다. F1 단계에서 3%, F단계 약 10%, F3~5단계에서는 80~90%의 수은이 용출되었다. 이러한 사실로 보아 염화수은 (HgCl<sub>2</sub>) 등 용해도가 높은 수은화학종이 화학적으로 안정한 형태로 전환되었다고 추측된다. 본 반응의 화학적 매커니즘을 파악하기 위하여 XRD 분석을 적용하였다. 분석결과 Schuetteite (Hg<sub>3</sub>O<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>))라는 물질의 광물이 생성되었다. 본 광물은 결정체를 이루어 약 pH 2~3의 조건에서 일부 용출될 뿐 물리화학적으로 안정한 형태로 조사되었다. 그러므로 본 연구결과 국내 산업시설로부터 배출된 비산재를 대상으로 안정화 처리기술을 적용할 경우 염화수은 (HgCl<sub>2</sub>) 등 용해도가 높은 수은화학종을 지구상에 존재하는 광물로 전환시켜주는 Secondary Mineral 효과를 검증할 수 있었다. 단, 저농도 수은 오염 폐기물만을 대상으로 적용 가능한 기술이며 고농도의 경우 열적처리 등 수은을 제거할 수 있는 기술적용이 필요하다. 사사: 이 연구는 국립환경과학원의 “수은 유출저감을 위한 BAT 및 BEP 관리방안” 연구 용역 및 한국에너지기술평가원의 “에너지인력양성사업”에서 지원받았으며, 이에 감사드립니다.
이주찬 ( Ojoo-chan Lee ),백승기 ( Seung-ki Back ),성진호 ( Jin-ho Sung ),( A H M Mojammal ),이은송 ( Eun-song Lee ),김정훈 ( Jeong-hun Kim ),장하나 ( Ha-na Jang ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
최근 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)의 채택에 합의함에 따라 회원국들은 수은사용 및 배출 저감에 대한 관리방안을 준비하고 있다. 국내 산업시설에서 발생되는 지정폐기물은 시료특성에 따라 적정처리하며, 일부는 매립하여 최종 처분한다. 용출시험기준을 만족하더라도 매립된 폐기물에 불안정한 형태로 함유된 수은화합물은 최종 매립 후 환경으로 유출될 수 있다. 따라서, 폐기물 및 처리 후 발생하는 부산물을 대상으로 수은에 대한 안정도평가가 필요하다. 본 연구에서는 UV램프 폐형광체를 대상으로 500℃ 및 600℃에서 열적처리를 진행하였다. 발생하는 잔류물을 대상으로 총 5단계로 구성된 단계별 용출법(Sequential Extraction Procedure, SEP)을 적용하여 시료에 함유된 수은 화합물의 안정도를 평가하고자 하였다. 각 단계별 용매로써 증류수(1단계), 0.1M CH<sub>3</sub>COOH+0.01M HCl(2단계), 1M KOH(3단계), 2M HNO<sub>3</sub>(4단계) 및 Aqua regia(5단계)를 사용하였다. 1~3단계에서 용출되는 수은화합물은 안정도가 약해 환경으로 쉽게 유출되는 것으로 알려져 있다. 4~5단계의 것은 강한 화학적 결합을 이루고 있으므로 이동성이 낮아 안정한 물질로 알려져 있다. 1~3단계를 S1,4~5단계를 S2로 분류하여 수은 화합물의 안정도를 평가하였다. 처리 전 시료의 수은 함량은 108.7 mg-Hg/kg이며, S1단계에서 62%, S2단계에서 37.5%가 용출되었다. 500℃, 600℃ 열적처리 후 발생된 잔류물의 수은 함유 농도는 각각 17.3 mg-Hg/kg, 11.6 mg-Hg/kg으로 분석되었다. S1단계에서 각각 25%, 20%가 용출되었으며, S2단계에는 각각 75%, 80% 용출되었다. 열적처리 과정에서 안정도가 약한 수은화합물이 제거되었다. 처리 후 잔류물에 함유된 안정한 형태의 수은화합물의 처분 방안에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
이은송 ( Eun-song Lee ),백승기 ( Seung-ki Back ),정법묵 ( Bup-mook Jung ),성진호 ( Jin-ho Sung ),서용칠 ( Yong-chill ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
수은의 배출로부터 국민의 건강과 환경을 보호하기 위하여 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)이 2013년도에 채택되었다. Article 11에서는 수은폐기물을 수은 오염, 함유, 구성 폐기물 등 총 3가지 종류로 구분하여 정의하고 있다. 현재 국내법 체계상 수은폐기물은 따로 분류 및 처리되고 있지 않은 상황이다. 국내 수은폐기물은 발생원에 따라 넓은 농도범위의 수은을 포함하고 있다. 산업시설에서 발생한 수은폐기물은 지정 폐기물로 분류되어 폐기물관리법에서 지정하고 있는 고형화 처리 후 매립되고 있다. 매립된 고농도 수은 함유 폐기물은 장기간에 걸쳐 환경에 노출되었을 때 시멘트 고화체로부터 고농도 수은 함유 침출수가 유출되어 2차 오염원이 발생할 가능성이 높다. 그러므로 본 연구에서는 고형화 처리를 거쳐 매립된 수은폐기물이 매립지에 장기간 존재하였을 때 환경에 미칠 영향을 알아보고자 하였다. 또한 수은폐기물의 처리방법으로써 고형화 처리법이 적절한 방법인지 알아보기 위해 장기용출 시험법을 적용해보았다. 대상 시료로써 국내 산업시설 발생 폐슬러지 및 원소수은을 사용하였다. 시멘트 고화체 제작을 위해 현재 국내 폐기물관리법에 명시된 고형화물 1 ㎥ 당 시멘트 150 kg 이상 첨가기준 및 28일의 양생기간을 준수하였다. 또한 장기용출 실험의 용출용매로써 pH 4, 7, 10의 버퍼용액을 사용하였다. 용출용매는 1, 3, 7, 28일 주기로 교체해 주었다. 용출액 수은 함량분석결과 초기단계에 용출시험 기준치 수은항목 0.005 mg/L 이상의 수은이 용출되었음을 확인하였다. 28일 이후에 용출되는 수은량이 점차 감소하는 추세를 나타내었으나 여전히 수은이 용출되는 것을 확인하였다. 이러한 실험결과로 보아 고농도 수은폐기물을 대상으로 고형화 처리를 진행하는 것은 적절하지 않은 방법으로 판단된다. 그러므로 고농도 수은폐기물은 고형화 처리 이외의 기술을 적용시킬 필요가 있으며 고농도의 수은을 포함하고 있는 수은폐기물의 매립을 제한할 필요가 있다고 판단된다.