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이주찬 ( Joo-chan Lee ),성진호 ( Jin-ho Sung ),이은송 ( Eun-song Lee ),김정훈 ( Jeong-hun Kim ),조수진 ( Su-jin Jo ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.7
The steel industry generally has been consuming a significant amount of raw materials and energy to manufacture steel. However, the discharge of various types of byproducts and waste were approximately 50%. In the case of iron manufacturing, many byproducts and wastes are generated from complicated production processes involving raw materials, rolled steel, and stainless steel. While the production of steel slag is increasing, the blast furnace and steel slag discharged from steel facilities are only partially recycled for use in low-value road aggregate and cement materials for reuse in the cement and iron facility processes. It is necessary to reduce the production of iron waste and thus reduce the cost of waste disposal through recycling while preventing environmental pollution. Furthermore, it is important to recycle steel slag produced in industrial activities and develop ways to extend recycling methods. In the previous study, the oxidation characteristics of elemental mercury were identified using steel slag. Previous research has found that mercury control efficiency is approximately 50% in domestic steel facilities and that mercury is oxidized by fly ash and steel oxide. In this study, experiments were performed at room temperature (100℃ and 200℃) for each air and syngas. The oxidation reaction of elemental mercury using was estimated using 1 mm, 2.36 mm, and 4.75 mm steel slag samples. Oxidation reactivity was approximately two times higher in the oxidation reaction at 100℃ and 200℃ than at room temperature. There was a slight variation in the oxidation reaction at 100℃ to 200℃. The level of oxidation reaction was not significant, regardless of the temperature and size of the samples. However, oxidation reactivity experienced the highest values under syngas conditions.
국내 비의도적 주요 배출원의 수은 대기 배출량 산정 및 미래 배출량 예측
이주찬 ( Joo-chan Lee ),성진호 ( Jin-ho Sung ),이은송 ( Eun-song Lee ),김정훈 ( Jeong-hun Kim ),조수진 ( Soo-jin Cho ),장하나 ( Ha-na Jang ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
수은은 2013년 채택된 국제수은 협약(The Minamata Convention on Mercury)에 따라 전 세계적으로 대기질 관리에 있어 관심이 집중되고 있는 환경오염물질 중 하나이다. 기존 다양한 연구에서는 인위적인 배출원에서 총 수은(T-Hg)에 대한 배출량을 산정하였다. 그러나, 수은은 입자상수은(Hg<sub>p</sub>), 원소수은(Hg<sup>0</sup>), 산화수은(Hg<sup>2+</sup>) 형태로 존재한다. Hg<sup>0</sup> 는 장거리 이동성을 가지며, Hg<sup>2+</sup>, Hg<sub>p</sub> 는 침적율이 높아 배출원 주변 환경에 영향을 미친다. 따라서, 인위적인 배출원에서 배출된 수은의 장거리이동 및 국지적 영향을 파악하기 위해 화학종별 배출량을 산정할 필요가 있다. 본 연구에서는 2가지의 시나리오를 설정하여 배출량을 산정하였다. 첫 번째 시나리오는 경제성장에 따라 활동도가 변화하며 인위적 배출원에서 대기 오염방지시설의 구성 및 제어효율이 변하지 않는 시나리오(경제성장 시나리오)이다. 이 시나리오는 과거 5개년도의 시설별 활동도를 이용하였으며, 가중이동평균법을 적용하여 미래 변화량을 예측하였다. 두 번째 시나리오는 위의시나리오와 같이 경제성장에 따라 활동도가 변화하며 최적가용기술을 적용한 시나리오(BAT시나리오)이다. 이 시나리오에서는 국내 인위적 배출원별 대기오염방지시설을 조사하였으며, 수은의 제어효율을 상승시키기 위해 최적가용기술을 적용하였다. 경제성장 시나리오의 T-Hg는 2015년 대비 2020년 11.3% 증가하였으며, 2025년에는 12.7% 증가하였다. 수은 화학종 별 배출량의 Hg<sub>p</sub>의 경우 2015년 대비 2020년 11.6% 증가하였으며, 2025년에는 12.7%증가 하였다. Hg<sup>2+</sup>은 2015년 대비 2020년 12.7% 증가하였으며, 2025년에는 15.7%증가 하였다. Hg<sup>0</sup>은 2015년 대비 2020년 10.8% 증가하였으며, 2025년에는 11.8% 증가하였다. BAT시나리오의 T-Hg는 2015년 대비 2020년 48.34% 감소하였으며, 2025년에는 52.43% 감소하였다. 수은화학종 별 배출량의 Hg<sub>p</sub>의 경우 2015년 대비 2020년 49.5% 감소하였으며, 2025년에는 53.3% 감소하였다. Hg<sup>2+</sup>는 2015년 대비 2020년 57.68% 감소하였으며, 2025년에는 65.78% 감소하였다. Hg<sup>0</sup>은 2015년 대비 2020년 45.09% 감소하였으며, 2025년에는 47.84% 감소하였다. 사사: 본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받았으며 이에 감사드립니다.
KSLT, TCLP 및 단계별용출법을 이용한 국내 산업시설부산물의 용출특성 평가
이은송 ( O Eun-song Lee ),백승기 ( Seung-ki Back ),성진호 ( Jin-ho Sung ),이주찬 ( Joo-chan Lee ),김정훈 ( Jung-hoon Kim ),( Ahm Mojammal ),장하나 ( Ha-na Jang ),서용칠 ( Yong-chill Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
수은의 노출로부터 국민의 건강과 환경을 보호하기 위해 국제수은협약이 2013년도에 채택되었다. Article 9에서는 토양, 수계 및 폐기물로 배출되는 수은의 관리를 요구하고 있으며, 수은 오염 폐기물의 처리에 대한 중요성이 증대되고 있다. 국내 폐기물은 용출시험기준치 만족 여부에 따라 지정폐기물로 분류되고 있으며, 이는 대부분 매립처분되는 것으로 조사되었다. 불안정한 형태로 결합되어 있는 수은화합물은 용매의 pH조건에 따라 용출되며, 매립지 환경으로 유출될 것으로 예상된다. 따라서 용출시험기준은 폐기물에 함유된 불안정한 형태의 수은화합물을 검출하는 역할을 수행해야 한다. 본 연구에서는 국내 산업시설 배출 폐기물을 대상으로 폐기물용출시험법(KSLT)과 TCLP 및 단계별 용출법(SEP)을 적용하여, 용매의 pH와 시험방법에 따른 수은화합물 용출특성을 비교분석하였다. 산업시설부산물(폐슬러지 (S1), 폐토사 (S2), 비산재 (S3))을 대상으로 3가지 시험법을 적용하였다. 5단계로 구성된 SEP를 적용하였으며, 각각 증류수(1단계), 0.1M CH<sub>3</sub>COOH+0.01M HCl(2단계), 1MKOH(3단계), 12M HNO<sub>3</sub>(4단계) 및 Aqua regia(5단계)를 용출용매로 사용한다. EPA Method 7470A를 적용하여 용출시험액의 수은 농도를 분석하였다. 1,2 단계에서 용출되는 수은화합물은 불안정한 형태로써 환경으로 쉽게 유출되는 것으로 알려져 있다. S1의 경우, KSLT 및 TCLP 용출액 수은농도는 각각 0.012 mg-Hg/L 및 0.194mg-Hg/L으로 분석되었다. 또한, SEP 1단계 0.013 mg-Hg/L, 2단계 0.167 mg-Hg/L로 분석되었다. SEP 1단계와 KSLT(pH 5-6) 그리고, 2단계와 TCLP(pH 2)의 결과값의 비교를 통해 pH가 용출에 중요한 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. 해당시료는 KSLT의 기준치를 초과하여 지정폐기물로 분류되나, TCLP 기준치를 만족하는 것으로 확인되었다. 이를 통해 용출시간, 교반방법 및 고액비 등의 시험인자가 수은화합물의 용출에 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 두 시험법의 직접적인 비교는 적절하지 않은 것으로 판단된다.
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.