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환경기술개발사업 최종보고서 요약서

요약문

목차

1. 연구개발 개요 19

가. 연구개발 목적 19

나. 연구개발의 필요성 21

(1) 연구개발 대상의 국내·외 현황 21

다. 기술개발의 차별성 43

(1) 선행연구 내용 및 결과 - 선행연구 1 43

(2) 선행연구 내용 및 결과 - 선행연구 2 44

(3) 선행연구 내용 및 결과 - 선행연구 3 45

(4) 기존 기술 대비 차별성 및 혁신성 47

라. 연구개발 범위 48

(1) 연구개발의 목표 및 내용 48

2. 연구수행내용 및 성과 57

가. 연구 내용 57

(1) 준설토 성상 분석 결과 57

(2) 오염퇴적물 준설토 선별 및 세척 기술개발 69

(3) 실증 부지(test-bed) 선정 113

(4) 오염퇴적물 준설토 처리 통합시스템 운전 결과 및 성능(효율)평가 117

나. 연구개발 성과 161

(1) 특허 및 저작권 등 지적재산권 성과 161

(2) 논문성과 161

(3) 학술발표 성과 162

다. 연구 결과 162

(1) 과학적 성과 162

(2) 기술적 성과 162

(3) 경제적 성과 163

3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 165

가. 목표 165

(1) 연구개발의 최종목표 165

(2) 연차별 연구개발 목표 165

나. 목표 달성여부 166

(1) 평가의 착안점 및 기준 166

다. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) 167

4. 연구개발성과의 활용 계획 등 169

가. 연구개발 결과의 활용방안 169

(1) 제품양산/현장적용 계획 169

(2) 판로 확보 및 마케팅 계획 169

나. 사업화 계획 및 효과 171

(1) 사업화 계획 171

(2) 사업화 전략 172

다. 기대효과 177

(1) 기술적 측면 177

(2) 경제·사회적 측면 178

(3) 환경적 측면 179

붙임 181

붙임 1. 참고 문헌 181

붙임 2. 성과관련 증빙 자료 183

표목차

표 1-1. 복합악취 배출허용기준 20

표 1-2. 4대강 살리기 사업 이전 지천 퇴적물 준설 사례 23

표 1-3. 퇴적물 예비기준(안) 및 제거기준(안) 24

표 1-4. 국내 hydrocyclone 활용 퇴적물 분리 연구 26

표 1-5. 국내 폐수처리 응집제 및 침전제 관련 연구 27

표 1-6. 국내 관련 유사 특허기술 분석 28

표 1-7. 국내 하수도 준설 시장 현황 30

표 1-8. 건설산업기본법 시행령 제7조의 준설공사사업 등록기준 34

표 1-9. 미국 환경청 하수 슬러지 오염물 기준 35

표 1-10. 미국 지역환경보호청의 오대호 담수 퇴적물 오염분류기준 36

표 1-11. 일본의 즉각 처분대상 유해 퇴적물판단기준 37

표 1-12. 캐나다 환경부의 담수퇴적물 환경기준 및 악영향 발생 확률 37

표 1-13. 국가별 해양 퇴적물 관리 동향 38

표 1-14. 세계 준설시장 전망 42

표 1-15. 준설토 발생특성 분석(예시) 51

표 2-1. 하천 퇴적물 항목별 오염평가 기준 58

표 2-2. 공단 1천 및 공단 2천 퇴적물 오염도 조사 결과 58

표 2-3. 구무천 퇴적물 오염도 조사 결과 59

표 2-4. 준설토 샘플의 체분리 실험 결과 62

표 2-5. 준설토 내 오염물질 농도 분석 결과 64

표 2-6. 중금속의 연속추출 방법(Tessier's method) 65

표 2-7. 오염퇴적물 준설토 샘플의 악취 분석 결과 68

표 2-8. 보성군 준설토 내 중금속 농도 69

표 2-9. 하이드로 사이클론의 규격 설계비 71

표 2-10. CFD 해석을 위해 설정한 하이드로 사이클론 설계 수치 71

표 2-11. 하이드로 사이클론 CFD 전산 해석 조건 상세 72

표 2-12. CFD 유입 입자 조건 73

표 2-13. Case A-1 및 Case A-2 조건에 대한 CFD 해석 결과 76

표 2-14. Case B-1 및 Case B-2 조건에 대한 CFD 해석 결과 78

표 2-15. 준설토 내 오염물질 세척 기술 선정 개요 81

표 2-16. 이젝터 유동해석의 경계조건 설정 84

표 2-17. 이젝터 유동해석을 위한 토양과 세척수의 물리적 특성 85

표 2-18. 버블젯 이젝터의 오염물질 제거효율 89

표 2-19. 버블젯 이젝터 효율검증을 위한 Case study 1 ○○시 오염부지 토양 89

표 2-20. 버블젯 이젝터 효율검증을 위한 Case study 2 ○○군 오염부지 토양 90

표 2-21. 버블젯 이젝터 효율검증을 위한 Case study 3 ○○시 오염부지 토양 91

표 2-22. 준설토 처리 폐액 수처리 단위공정 선정 개요 93

표 2-23. 용존공기부상법 설계기준 94

표 2-24. Jar-test 결과(Alum) 95

표 2-25. Jar-test 결과(Alum + A-polymer) 96

표 2-26. 용존공기부상공정 설계 인자 98

표 2-27. 준설토 처리 찌꺼기 탈수 단위공정 선정 개요 101

표 2-28. 예비 탈수 실험 결과 103

표 2-29. 제작된 탈수기 사양 104

표 2-30. 황화수소 제거 방법 효율 및 비용 분석 106

표 2-31. 악취제어 설비 시작품의 기자재 리스트 107

표 2-32. 오염퇴적물 준설토 처리 시작품의 기자재 리스트 109

표 2-33. 준설토 이송장치의 운전조건 119

표 2-34. 준설토 내 중금속 농도 127

표 2-35. Site A 세척 준설토 내 중금속 농도 및 제거효율 128

표 2-36. 자체 분석한 DAF 처리수의 중금속 농도 129

표 2-37. 오염 준설토 세척수 처리를 위한 DAF 순환수 비율 등 운영조건 요약 132

표 2-38. 최적 응집제 주입률 산정을 위한 현장 jar-test 결과 133

표 2-39. 최적 응집제 주입률 산정을 위한 현장 jar-test 결과(추가 실험) 135

표 2-40. 포항 준설토(Site-07 및 Site-08) 샘플의 조립율 계산 139

표 2-41. 보성 준설토(준설토 1 및 준설토 2) 샘플의 조립율 계산 145

표 2-42. 보성 준설토 회수 잔골재 성능 검증을 위한 모르타르 배합비 146

표 2-43. 사용 연료에 따른 연소재의 화학 성분 148

표 2-44. 목표 강도별 고화재 유해 물질 함유량 149

표 2-45. 목표 강도별 고화재 의 폐기물공정시험 결과 150

표 2-46. 고화재 투입비에 따른 준설토의 합수비 저감 실험 결과 151

표 2-47. 최적 고화재 배합비 152

표 2-48. 보성 준설토 찌꺼기의 토양특성 153

표 2-49. 보성 준설토 찌꺼기 적용 고화토의 압축강도 154

표 2-50. 친환경 고화재의 이산화탄소 저감율 157

표 4-1. 국내 하수도 준설 시장 현황 174

표 4-2. 폐기물 재활용 허가업체 현황 176

그림목차

그림 1-1. 연구개발 개념도 19

그림 1-2. 예상 활용 분야 21

그림 1-3. 퇴적물 발생원에 따른 분류 22

그림 1-4. 하수 퇴적물 기인 준설토사처리 현황 22

그림 1-5. 정부 4대강 살리기 사업개념 및 준설량 24

그림 1-6. 해양 퇴적물 준설량 및 항만별 준설 현황 25

그림 1-7. 일반적인 hydrocyclone 개념도 및 다양한 상용 hydrocyclone 예시 25

그림 1-8. 지천준설 및 관련 간척시장 공사금액 및 건수 변화 추이(07년~14년) 31

그림 1-9. 항만 및 어항 퇴적물 준설 공사금액 및 건수 변화 추이(07년~14년) 32

그림 1-10. 준설공사업 수주 공사건수 변화 추이 32

그림 1-11. 준설공사업 수주 공사금액 변화 추이 33

그림 1-12. 연도별 준설공사업 등록 사업자 현황 34

그림 1-13. 지천 및 항만 준설시장 규모 추세 35

그림 1-14. Vieira 등(2007)의 hydroclone 유동해석 결과 39

그림 1-15. Peng 등이 제안한 준설 퇴적물을 이용한 경량골재 생산 개념 40

그림 1-16. 2011년 국가별 세계 준설시장 규모 41

그림 1-17. 2011년 분야별 세계 준설시장 규모 42

그림 1-18. 선행연구에서 제안한 이동형 준설토 처리장치(시제품) 46

그림 1-19. 연구개발 목표 달성을 위한 공정 개념도 48

그림 1-20. 연구개발 목표 개념도 49

그림 1-21. 1차년도 연구개발 개념도 50

그림 1-22. 2차년도 연구개발 개념도 52

그림 2-1. 포항시 하천준설토 오염현황 57

그림 2-2. 하천 준설토 시료 채취지점 61

그림 2-3. 채취된 샘플의 수분 drain(준설토 적치장 모사) 61

그림 2-4. 준설토 내 수은의 존재 형태 66

그림 2-5. 이젝터를 이용한 중금속 제거 개념도 67

그림 2-6. 하이드로 사이클론의 부위별 명칭 70

그림 2-7. 하이드로 사이클론 도면 구축 72

그림 2-8. Case 별 상부에서 유출되는 입자의 누적분포 74

그림 2-9. Case A-1 및 Case A-2 조건에 대한 CFD 해석 결과 75

그림 2-10. Case B-1 및 Case B-2 조건에 대한 CFD 해석 결과 77

그림 2-11. 유량 5m³/hr(Case A) 조건에서의 하부 유량비에 따른 입자별 유출율 79

그림 2-12. 유량 10m³/hr(Case B) 조건에서의 하부 유량비에 따른 입자별 유출율 79

그림 2-13. 제작된 하이드로 사이클론 모습 80

그림 2-14. 버블젯 이젝터 모식도 82

그림 2-15. 버블젯 이젝터 전산해석을 위한 격자 구성 85

그림 2-16. 버블젯 이젝터 속도분포 86

그림 2-17. 고압수 분사 노즐의 속도분포 87

그림 2-18. 버블젯 이젝터 압력분포 87

그림 2-19. 이젝터를 이용한 준설토 세척특성 평가방법 개념도 88

그림 2-20. Case study 1 지역의 오염물 제거효율 90

그림 2-21. Case study 2 지역의 오염물 제거효율 91

그림 2-22. Case study 3 지역의 오염물 제거효율 92

그림 2-23. 용존공기부상 공정도 94

그림 2-24. Jar-test 실험전경(Alum) 95

그림 2-25. Bench scale 용존공기부상장치 96

그림 2-26. 순환수 비율에 따른 처리수의 탁도 변화 97

그림 2-27. DAF의 설계도면 99

그림 2-28. 용존공기 가압부상 공정 제작 사진 100

그림 2-29. 슬러지 농도 및 실리카/알루미늄 비와 여과 속도의 관계 102

그림 2-30. 예비실험에 사용된 필터프레스 탈수기의 사양 103

그림 2-31. 예비 탈수 실험 모습 104

그림 2-32. 제작된 필터프레스 탈수기 모습 105

그림 2-33. 금속수산화물과 황화수도 화학적 흡착 원리 106

그림 2-34. 오염퇴적물 준설토 처리 시작품의 P&ID 108

그림 2-35. 오염퇴적물 준설토 처리 시작품 배치도 111

그림 2-36. 시작품 설치 전경 112

그림 2-37. 실증 부지로 고려된 ○○고화재 업체 부지 115

그림 2-38. 실증 부지로 고려된 ○○오염토양 정화 업체 부지 116

그림 2-39. ○○군 실증부지에 적치된 준설토 모습(2020년 12월 기준) 117

그림 2-40. 시작품 내 준설토 투입 사진 118

그림 2-41. 시작품 내부 준설토 이송 개념 119

그림 2-42. 시작품 내부로 이송된 준설토의 Ejector 투입 120

그림 2-43. 세척된 준설토의 이송 흐름 121

그림 2-44. 시작품 내부 선별 공정(하이드로 사이클론) 흐름도 122

그림 2-45. 시작품의 수처리 공정 흐름 123

그림 2-46. 시작품 운영을 위한 컨트롤 패널 124

그림 2-47. 공인시험인증기관에서 발행한 시작품의 처리 용량 125

그림 2-48. 악취제어 설비 시작품 유량계 성적서 125

그림 2-49. 악취제어 설비의 처리 용량 126

그림 2-50. 공인시험인증기관에서 발행한 악취제어 성능 127

그림 2-51. Site A 세척 준설토 내 중금속 농도 및 제거효율 128

그림 2-52. DAF 수처리 능력 검증을 위한 원수 및 처리수 샘플링 129

그림 2-53. 탈수케익의 함수율 측정 전, 후 모습 130

그림 2-54. 탈수 케익 함수율 공인성적서 131

그림 2-55. DAF 운전조건 확인을 위한 계측기 설치 132

그림 2-56. 최적 응집제 주입률 결정을 위한 jar-test 결과 136

그림 2-57. 포항 준설토 샘플 중 잔골재 입도 범위 입자의 누적 분포 곡선 138

그림 2-58. 골재 품질 시험을 위해 준비된 포항 준설토 모습 140

그림 2-59. 포항 준설토 세척 골재의 X-선 회절 분석결과 141

그림 2-60. 포항준설토 및 ISO 표준사로 제조된 모르타르 시편 모습 142

그림 2-61. UTM을 이용한 압축강도 실험 모습 143

그림 2-62. 포항 준설토 혼입 모르타르의 압축강도 실험 결과 143

그림 2-63. 보성 준설토 회수 잔골재의 입도 분포 146

그림 2-64. 보성 준설토 회수 잔골재 성능 검증용 성적서 147

그림 2-65. 사용 연료별 연소재의 입형(SEM image) 148

그림 2-66. 준설토 찌꺼기의 입도시험 결과 151

그림 2-67. 초기 함수비 및 최적 고화재 투입비에 따른 압축강도 발현 153

그림 2-68. 친환경 고화재의 재령별 수화생성물 결정상 154

그림 2-69. 보성 준설토 찌꺼기 고화토의 압축강도 성적서(고화재 투입량 180kg/m³) 155

그림 2-70. 친환경 고화재 생산공정 개념도 156

그림 2-71. 보성 준설토 찌꺼기 중금속 용출 분석 결과 159

그림 2-72. 보성 준설토 찌꺼기 고화토의 중금속 용출 분석 결과 160

그림 4-1. 연구개발 결과의 활용방안 170

그림 4-2. 준설토사 처리방법별 처리현황 174

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