년도

2007

분야

산학연협력연구

연구과제명

보령화력 Ash Pond 바닥재의 효율적 재활용을 위한 전처리 및 환경성 평가

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책임자/기관

장용철 교수/충남대

연구기간

07.4~08.2

참여 연구원수

5 명

연구사업비

35,000만원

연구목적

연구의 필요성 : 석탄자원은 비교적 전 세계적으로 널리 분포되어 있고 원자력과 더불어 장기적으로 지속적인 발전에너지원으로 활용될 것이다. 그러나 이러한 석탄의 대량소비는 석탄회를 필연적으로 발생시키고 이에 대한 경제적이고 환경적으로 안전한 처리를 필요로 하게된다. 2002년 기준으로 4,300만톤의 석탄을 소비하였고 이에 따른 석탄회가 소비량의 약 12%인 510만톤이 발생되었다. 이렇게 발생된 석탄재에서 비산재(fly ash)의 경우는 60%이상 정도 여러 방면에서 재활용이 이루어지고 있으나, 바닥재(bottom ash)는 그 재활용이 매우 제한적으로 이루어지고 있어 대부분 해안지역에 단순 매립되고 있는 실정이다. 따라서 화력발전소에서 지속적으로 발생하는 바닥재에 대한 안전하고 경제적인 재활용 기술개발이 절대적 필요한 실정에 있다.
연구의 목적 : 본 연구에서는 이러한 회사장(ash pond)에 축적되어 있는 폐석탄 바닥재의 재활용을 위한 전처리 기술 평가와 이에 다른 광물학적, 물리∙화학적 특성 규명과 잠재적 환경적 영향을 평가하고자 한다. 이를 통하여 전처리된 폐석탄 바닥재의 재활용 용도 범위 및 확대 가능성을 제시하고자 한다.

주요내용

1. 국내외 폐석탄 바닥재의 재활용 실태 및 문제점에 대한 이론적 연구: 국내 폐석탄 바닥재의 기존 연구사례를 통하여 재활용의 기술 현황을 제시하고 비용 효율적인 재활용을 위한 문제점 파악하고자 한다. 아울러 국외 사례연구를 통하여 폐석탄 바닥재의 재활용 용도 범위, 재활용을 위한 전처리 과정 및 규제기준에 대한 문헌연구를 수행하고자 한다.
2. 화력발전소 폐석탄 바닥재의 발생특성, 회사장(ash pond)의 바닥재 시료채취 및 전처리 기술 연구: 충남지역 화력발전소의 폐석탄 바닥재의 발생특성, 회사장으로 이송에 의해 야적되어 있는 바닥재의 통계적 시료채취 시행 및 시료의 물리화학적 특성을 조사하고자 한다. 또한 효율적 재활용을 위한 전처리 방안으로서 염분제거를 위한 세척조건 및 세척제 선정, 시료의 균질화를 위한 분쇄(shredding) 및 선별(screening), 건조 (drying), 그리고 입도분석에 의한 입도별 물질 특성 등에 대한 최적 전처리기술 연구를 수행하고자 한다.
3. 전처리 공정 후 입도별 바닥재의 광물학적, 물리∙화학적 특성 규명 및 비교 검토 : 채취된 폐석탄 바닥재의 입도별 전처리 과정을 거친 후 이를 물질의 구체적인 광물학적 구성 및 물리적, 화학적 구성성분의 특성규명을 통하여 폐석탄 비산재(fly ash)와의 특성 비교 및 국내외 연구 기존연구 자료와 비교분석을 수행하고자 한다.
4. 폐석탄 바닥재의 환경성 평가 : 폐석탄 바닥재의 재활용에 따른 환경오염 방지를 위하여 바닥재에 대한 환경성 평가를 수행하고자 한다. 환경성 평가에는 독성평가를 위한 국내외 표준용출실험법 (TCLP, ASTM D-3987, DIN-38414-S14, KSLT 등)과 컬럼실험을 수행하고자 한다. 표준용출실험법은 단기간의 오염물질의 이동성에 대한 평가를 위해 수행하며, 반면 컬럼실험은 바닥재가 야외노출시 강우에 의한 오염물질의 장기적 이동성 및 배출량 산정을 위해 수행하고자 한다. 이러한 평가를 통하여 석탄재의 재활용이 시멘트 콘크리트의 골재 용도로 제한적으로 이루어지고 있는 현재의 상황에서 환경영향을 고려한 석탄재 재활용의 다양한 용도 범위 및 활용을 환경적 관점에서 검증해 볼 수 있을 것이다.
5. 폐석탄 바닥재의 재활용 용도별 경제성 평가: 폐석탄 바닥재가 회사장에 야적되어 있어서 많은 자원의 낭비 및 연안매립에 따른 환경적 영향을 가져올 수 있다. 따라서 효율적인 폐석탄 바닥재의 재활용 극대화를 위해 바닥재의 전처리 최적 조건 및 이에 따른 시설투자에 대한 비용 및 최종 생성물의 재활용 용도에 따른 편익 분석 등을 통하여 경제성 평가를 수행하고자 한다.
6. 폐석탄 바닥재의 재활용 방안제시 : 화력발전소 폐석탄 바닥재의 재활용 용도 확대를 위한 기술적, 경제적 분석 결과를 바탕으로 효율적인 재활용 방안을 제시하고자 한다.

연구결과 활용

1. 폐석탄 바닥재의 재활용을 극대화를 위한 전처리의 최적 조건을 규명하고 이에 따른 광물학적, 물리화학적 특성에 대한 규명을 통하여 재활용의 기초자료 활용이 가능함
2. 국내외 폐석탄 바닥재의 재활용 기술 적용 타당성 및 범위에 대한 평가가 가능함
3. 폐석탄 바닥재 재활용을 위한 과학적 근거를 갖춘 합리적 재활용 및 관리방안의 수립에 활용이 가능함