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문제 정의
- 독일의 폐목재 등급화와 본 연구의 폐목재 특성분석 결과를 바탕으로 우리나라 폐목재의 등급화 방안에 대하여 검토하였다. 2가지 등급화 방안을 검토해 볼 수 있는데 제 1안은 3등급화하여 원목상태 그대로이거나 기계적 가공처리만 거친 순수목재로 사용 중에 유해물질에 오염되지 아니한 폐목재는 1등급으로, 가공·처리·사용과정에서 접착제, 페인트, 기름, 콘크리트 등의 물질이 사용되었거나 이에 오염된 폐목재(단, 할로겐족 유기화합물이나 방부제가 사용된 폐목재는 제외)는 2등급으로, 그리고 1∼2등급에 해당되지 아니한 폐목재 및 가공·처리·사용과정에서 할로겐족 유기화합물이나 방부제가 사용되었거나 이에 오염된 폐목재 및 목재고형연료제품의 유해물질 함유기준을 초과하는 폐목재는 3등급으로 분류하는 것이다.
- 본 연구는 폐목재 발생원별 삼성분, 발열량, 그리고 중금속 및 Cl 함량을 분석하여 폐목재 특성을 평가함으로써 향후 폐목재 등급화를 위한 품질근거 기준을 마련하는데 필요한 기초자료를 제시하고자 하였으며, 도출된 결론은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 폐목재를 발생원에 따라 분류하고 각 발생원별 폐목재의 삼성분, 발열량, 그리고 중금속 및 Cl 함량을 분석하여 폐목재 특성을 평가함으로써 향후 폐목재 등급화를 위한 품질근거 기준을 마련하는데 필요한 기초 자료를 제시하고자 하였다.
- 폐목재 재활용 시스템이 잘 구축되어 있는 독일의 예를 살펴보고 본 연구의 폐목재 특성분석을 근거로 국내의 폐목재 등급화 방안에 대하여 살펴보았다. 폐목재 등급화관리를 위해서는 배출현장 및 지도점검 기관에서 폐목재를 등급별로 분류할 수 있는 쉬운 기준 제시가 필요하다.
제안 방법
- 폐목재는 각 발생원별로 분류 및 구분이용이하도록 임목부산물(Forest)은 ‘F’, 생활계폐목재(Living)는 ‘L’, 건설폐목재(Construction/Demolition)는 ‘C’, 그리고 사업장폐목재(Industry)는 ‘I’의 영문이니셜을 부여하였다(Table 1). 또한 재활용된 후 폐목재의 환경유해성 등을 검토하기 위하여 재활용 제품(연료제품 2종, 목재제품 4종) 6종도 채취하여 분석하였으며, RP (recycled product)라는 영문이니셜을 부여하였다(Table 1).
- 삼성분은 폐기물공정시험방법에 따라 분석하였다. 발열량은 단열열량계(Parr 6100, USA)를 이용하였으며, 중금속 함유량 시험은 질산-과염소산으로 전처리한 후 ICP-AES(Vista-Pro, Australia)로 분석하였고, 수은은 별도의 시료를 전처리 없이 수은분석기(Milestone, DMA-80, USA)로 분석하였다. 염소분석은 법적 규정시험방법이 없으나 가능한 표준화된 방법에 따르고자 미국재료시험협회시험법(ASTM D2361-02)을 이용하였다.
- 앞 절에서 4가지로 분류된 폐목재를 임목부산물 2종, 생활계폐목재 8종, 건설폐목재 7종, 그리고 사업장계 15종으로 세분화하였다(Table 1). 시료채취를 위하여 국내 최대규모의 폐목재 재활용업체인 인천소재 A사로 유입되는 폐목재를 대상으로 선택하였으며, 폐목재가 적재된 장소에서 폐목재 발생원 및 종류에 따라 채취하였다.
- 채취된 시료는 밀봉 후 운반하여 즉시 수분을 측정하고, 수분측정 후 건조된 시료를 볼밀(Pulverisette6, Gremany)을 이용하여 0.5 mm 이하로 미분쇄한 후 휘발성고형물 (volatile solids) 및 회분, 발열량, 중금속 및 Cl 분석에 사용하였다. 삼성분은 폐기물공정시험방법에 따라 분석하였다.
- A사에서 채취하지 못한 버섯재배폐목, 어(魚)상자, 철도침목, 폐선박 등은 인삼재배지, 수산물시장, 철도역사, 조선소에서 채취하였다. 폐기물공정시험법7)에서 규정하고 있는 시료채취 방법에 준하는 대표적인 시료를 채취하기 위해 원추사분법으로 수 회에 걸쳐 혼합 분취한 후 최종적으로 분석시료를 채취하였다. 폐목재는 각 발생원별로 분류 및 구분이용이하도록 임목부산물(Forest)은 ‘F’, 생활계폐목재(Living)는 ‘L’, 건설폐목재(Construction/Demolition)는 ‘C’, 그리고 사업장폐목재(Industry)는 ‘I’의 영문이니셜을 부여하였다(Table 1).
- 폐목재 특성분석에 앞서 발생특성에 따라 폐목재를 임목부산물, 생활계폐목재, 사업장폐목재, 그리고 건설폐목재의 4가지로 대별하였다. 임목부산물은 임지에서 벌목, 산림작업 후 발생되는 뿌리, 가지 등 잔재물 등이 포함되며, 임지 밖으로 반출되지 아니하고 임재 내에 방치되어 있는 잔재물이다.
- 폐목재의 경우 그 용도가 물질원료, 연료, 에너지회수 등의 용도로 사용되기 때문에 중금속 용출결과보다는 함유량결과가 더 합리적이라 판단되어 용출시험은 고려하지 않았으며, 함유량시험에 대해서만 검토하였다. 폐목재의 중금속함유량을 Table 4에 나타내었으며, 특히 CCA 함량은 Fig.
대상 데이터
- 시료채취를 위하여 국내 최대규모의 폐목재 재활용업체인 인천소재 A사로 유입되는 폐목재를 대상으로 선택하였으며, 폐목재가 적재된 장소에서 폐목재 발생원 및 종류에 따라 채취하였다. A사에서 채취하지 못한 버섯재배폐목, 어(魚)상자, 철도침목, 폐선박 등은 인삼재배지, 수산물시장, 철도역사, 조선소에서 채취하였다. 폐기물공정시험법7)에서 규정하고 있는 시료채취 방법에 준하는 대표적인 시료를 채취하기 위해 원추사분법으로 수 회에 걸쳐 혼합 분취한 후 최종적으로 분석시료를 채취하였다.
- 폐선박(I15)과 버섯재배폐목(L2)은 사용용도 특성상 다른 폐목재에 비하여 높은약 25%와 55%의 수분함량을 나타내었다. 시료채취 당시 폐선박은 소규모 조선소의 한 장소에서 덮개시설 없이 해체 및 보관이 이루어지고 있었고, 버섯재배폐목은 지름 15 cm 이상의 참나무로 표고버섯 재배후 폐기되어 젖은 상태로 방치되어 있는 폐목재를 수거하여 사용하였다. 재활용 연료제품인 착화탄(RP1)과 열탄(RP2)은 약 3∼4%로 수분함량이 낮았다.
- 앞 절에서 4가지로 분류된 폐목재를 임목부산물 2종, 생활계폐목재 8종, 건설폐목재 7종, 그리고 사업장계 15종으로 세분화하였다(Table 1). 시료채취를 위하여 국내 최대규모의 폐목재 재활용업체인 인천소재 A사로 유입되는 폐목재를 대상으로 선택하였으며, 폐목재가 적재된 장소에서 폐목재 발생원 및 종류에 따라 채취하였다. A사에서 채취하지 못한 버섯재배폐목, 어(魚)상자, 철도침목, 폐선박 등은 인삼재배지, 수산물시장, 철도역사, 조선소에서 채취하였다.
데이터처리
- 염소분석은 법적 규정시험방법이 없으나 가능한 표준화된 방법에 따르고자 미국재료시험협회시험법(ASTM D2361-02)을 이용하였다. 시료분석은 3회 이상의 평균값을 이용하여 정리하는 것을 원칙으로 하였다.
이론/모형
- 5 mm 이하로 미분쇄한 후 휘발성고형물 (volatile solids) 및 회분, 발열량, 중금속 및 Cl 분석에 사용하였다. 삼성분은 폐기물공정시험방법에 따라 분석하였다. 발열량은 단열열량계(Parr 6100, USA)를 이용하였으며, 중금속 함유량 시험은 질산-과염소산으로 전처리한 후 ICP-AES(Vista-Pro, Australia)로 분석하였고, 수은은 별도의 시료를 전처리 없이 수은분석기(Milestone, DMA-80, USA)로 분석하였다.
- 발열량은 단열열량계(Parr 6100, USA)를 이용하였으며, 중금속 함유량 시험은 질산-과염소산으로 전처리한 후 ICP-AES(Vista-Pro, Australia)로 분석하였고, 수은은 별도의 시료를 전처리 없이 수은분석기(Milestone, DMA-80, USA)로 분석하였다. 염소분석은 법적 규정시험방법이 없으나 가능한 표준화된 방법에 따르고자 미국재료시험협회시험법(ASTM D2361-02)을 이용하였다. 시료분석은 3회 이상의 평균값을 이용하여 정리하는 것을 원칙으로 하였다.
성능/효과
- 1) 4가지로 대분류한 발생원의 폐목재에서 수분함량은 대부분 5∼10%를 나타내었으며, 이를 수분함량을 제외한 건조기준으로 환산하였을 때 가연분함량은 95% 이상이었고, 회분함량은 5% 이하를 나타내었다.
- 2) 폐목재는 수분함량이 55%로 높았던 버섯재배폐목을 제외하고는 ‘건설폐기물의재활용촉진에관한법률’ [별표7]의 고형연료제품의 품질기준 중 발열량 기준(저위발열량 ≥3,500 kcal/kg)을 만족하였다.
- 3) CCA로 처리된 벤치목, 폐선박, 철도침목 등 방부목에서 Cr, Cu, As가 매우 높게 나타나 방부목의 사용과 관리, 폐기처분에 대한 엄격한 관리가 필요한 것으로 나타났다.
- 4) Cl 함량은 목재 어(魚)상자에서만 약 1.3%로 가장 높게 나타났고 나머지 폐목재 및 재활용제품에서는 0.2% 이하의 낮은 값을 보였으나 고형연료제품의 염소함량 품질기준(건조기준 2 wt.%)을 모두 만족시켰다.
- 5) 발생원별 폐목재를 3등급화할 경우 대부분의 폐목재가 1등급에 해당하였으며, 합판류(L4, C2, C6, I4, I7, I10), MDF(L5, C7, I5, I8, I11), 포면도색된 전선드럼(I13)은 2등급에 해당하였다. 3등급에 해당하는 폐목재는 벤치목(L7), 재활용공장목재분진(I2), 폐선박(I14)와 철도침목(I15)으로 나타났다.
- ‘자원의절약과재활용촉진에관한법률’ 시행규칙 [별표7]에는 고형연료제품의 품질기준에 저위 발열량이 3,500 kcal/kg 이상일 것으로 규정되어 있다.8)본 연구결과의 저위발열량만을 살펴보면, 수분함량이 55%로 높았던 버섯재배폐목(L2)을 제외하고는 모두 고형연료 제품의 발열량 기준을 만족하는 것으로 나타났기 때문에 폐목재를 이용한 고형연료제품의 직접 가공도 가능할 것으로 판단되었다.
- 965 mg/kg의 농도를 나타내었다. CCA로 처리된 목재로 지은 통나무 구조물과 방음벽 주변 토양의 CCA 농도를 분석한 결과 구조물에 인접한 토양에서 크롬, 구리 및 비소(CCA)의 농도는 배경 토양보다 높게 나타났으며, 3년 된 구조물에 인접한 표토의 농도는 8년 된 구조물에서의 농도보다 높게 나타났다.10)
- Cd은 0.05∼36.51 mg/kg의 범위를 보였으며, 이들 중 사업장계 전선드럼-원목(I12)과 목재박스포장재-MDF(I11)에서 각각 36.5와 22.1 mg/kg로 비교적 높게 나타났고, 총 Cr은 생활계의 벤치목이 709 mg/kg로 가장 높은 값을 보였고, 그 다음으로 생활계의 폐가구-원목(L3)과 사업장계의 전선드럼-표면도색 원목(I13)이 각각 96과 148 mg/kg으로 비교적 높은 값을 보였다.
- 건조기준으로 환산할 경우 수분의 영향 없이 건조시료 상태에서의 VS 및 회분 함량을 쉽게 비교할 수 있다. 건조기준 VS 함량은 대체적으로 95% 이상이었고, 회분함량은 5% 이하였다. 회분의 양이 비교적 많이 남아있는 항목으로는 가로수 전지목(L6)이 4.
- 건조발열량은 임목부산물(F code)이 4,890∼5,571 kcal/kg, 생활계폐목재(L code)가 4,904∼6,614 kcal/kg, 건설폐목재(C code)는 5,772∼6,910 kcal/kg, 그리고 사업장폐목재(I code)는 5,584∼7,096 kcal/kg의 범위를 보였다.
- 실제 페인트 업계를 대상으로 현장 탐문조사한 결과 할로겐이 함유된 페인트는 용도의 대부분이 금속제품을 대상으로 하고 있고, 목재제품에는 할로겐함유 페인트가 사용되지 않는 것으로 나타났다. 따라서 할로겐이 함유된 폐목재의 양이 소량이고 현장에서 할로겐족유기화합물이 사용되었거나 이에 오염된 폐목재와 방부폐목재의 구별이 용이하지 않은 점을 감안할 때 제 1안의 방안이 더 타당할 것으로 판단된다. 폐목재 등급화에 따른 재활용 용도에서 1등급은 모든 활용처에 사용할 수 있고, 2등급은 인체나 환경에 영향을 미치지 않는 범위에서 재생목제제품 원료, 연료화, 에너지화 시설 등에 사용될 수 있으며, 3등급은 대기오염방지설비가 완비된 에너지회수 시설에서의 사용이 가능할 것이다.
- 또한 성형탄 2개 시료를 대상으로 연소실험을 한 결과 연소가스에서 각각 납이 123.4와 24.0 µg/m3, 카드뮴이 24.0과 4.3 µg/m3이 검출되었다.
- 또한, 목재제품의 경우 수분함량에서는 다양한 값을 보인반면에 습윤기준 가연분에서는 원목을 제외하고 81∼89%로 비슷한 값을 나타냈으며 원목에서 68%로 다소 낮은 값을 보였다.
- 14%의 범위를 보였다. 또한, 재활용 목재제품에서는 MDF가 0.17%로 가장 높은 것을 제외하고 모두 0.01%의 낮은 염소함량을 보였다. 본 결과를 우리나라 ‘자원의절약과재활용촉진에관한법률’ 시행규칙 [별표7]의 고형연료제품의 품질기준 중 염소함량(건조기준 2 wt.
- 발생원별로 보면, 임목부산물은 0.01∼0.03%, 생활계폐목재는 불검출∼1.26%, 건설계폐목재는 불검출∼0.19%, 사업장계폐목재는 불검출∼0.14%의 범위를 보였다.
- 3배, Co-PCBs가 약 6배 높게 배출된다고 하였으며, 함상이 등4)은 PB 및 MDF를 저온에서 소각시 페놀계열의 접착제가 PCDDs/DFs 전구물질로 변환될 가능성이 있다고 하였다. 본 연구에서는 미국재료시험협회시험법에 의한 함유량시험 분석결과 목재어상자(L8)에서만 염소함량이 약 1.3%로 가장 높게 나타났고 나머지 폐목재 및 재활용 제품의 염소함량은 0.2% 이하로 낮은 값을 보였다(Table 4). 발생원별로 보면, 임목부산물은 0.
- 수분함량은 대부분 5∼10%를 나타내었으며, MDF(medium density fiber)가 약 5∼7%, 합판이 7∼8%, 원목 및 제재부산물 등은 8∼13%를 나타내었다.
- 그러나 국내의 폐목재 관리여건상 할로겐족유기화합물이 사용되었거나 이에 오염된 폐목재의 양은 많지 않다. 실제 페인트 업계를 대상으로 현장 탐문조사한 결과 할로겐이 함유된 페인트는 용도의 대부분이 금속제품을 대상으로 하고 있고, 목재제품에는 할로겐함유 페인트가 사용되지 않는 것으로 나타났다. 따라서 할로겐이 함유된 폐목재의 양이 소량이고 현장에서 할로겐족유기화합물이 사용되었거나 이에 오염된 폐목재와 방부폐목재의 구별이 용이하지 않은 점을 감안할 때 제 1안의 방안이 더 타당할 것으로 판단된다.
- 재활용 연료제품인 착화탄(RP1)과 열탄(RP2)에서 다른 폐목재들과 비교하여 모든 중금속에서 수 배∼수백 배(Pb 132∼346, Cu 157∼249, Cd 3.2∼5.5, Cr 26∼106, As 2.5∼5.7 mg/kg)가 높게 나타났으며, 재활용 목재제품에서는 PB(RP5)를 제외하고는 비교적 낮은 중금속 농도를 보였다(Table 4).
- 재활용제품 중 연료제품과 목재제품의 건조기준 가연분함량은 각각 69∼73%와 87∼98%, 회분함량은 27∼31%와 2∼13%의 분포를 보였다.
- 이는 목재재료나 생산제품 가공과정에서의 공정 및 첨가물 등에 따라 다르게 나타나는 것으로 생각된다. 전체적으로 수분함량은 발생원 보다는 목재의 사용소재와 용도 및 발생형태에 따라서 차이가 더 크게 나타나는 것으로 판단된다. 습윤기준일 때 최종생성물의 경우 휘발성 고형물(VS, volatile solids) 함량은 대개 84% 이상이었고, 회분은 6% 이하였다.
- 중금속함유량 결과를 종합적으로 평가해 보면, 폐목재의경우 CCA로 처리된 벤치목(L7), 폐선박(I14), 철도침목(I15) 등 방부목에서 Cr, Cu, As가 매우 높게 나타나 방부목의 사용과 관리, 폐기처분에 대한 엄격한 관리가 필요한 것으로 나타났다. 또한, 생활계의 폐가구-원목(L3), 건설계의 해체 폐목재(C3, C4), 사업장계의 목재박스포장재-MDF(I11), 전선드럼-원목(I12), 전선드럼-표면도색 원목(I13)이 특별 폐목재관리 대상물질로 고려되어야 할 것으로 판단된다.
후속연구
- 앞에서 제시된 폐목재와 재활용제품의 발열량 분석자료는 폐목재의 열적 재활용시 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나, 이들의 열적 재활용시 발열량 이외에 기타 건강 및 환경유해성에 관한 검토도 이루어져야 할 것이다.
- 중금속함유량 결과를 종합적으로 평가해 보면, 폐목재의경우 CCA로 처리된 벤치목(L7), 폐선박(I14), 철도침목(I15) 등 방부목에서 Cr, Cu, As가 매우 높게 나타나 방부목의 사용과 관리, 폐기처분에 대한 엄격한 관리가 필요한 것으로 나타났다. 또한, 생활계의 폐가구-원목(L3), 건설계의 해체 폐목재(C3, C4), 사업장계의 목재박스포장재-MDF(I11), 전선드럼-원목(I12), 전선드럼-표면도색 원목(I13)이 특별 폐목재관리 대상물질로 고려되어야 할 것으로 판단된다. 특히, 전선드럼-표면도색 원목(I13)의 경우 Cr과 Pb가 비교적 높은 함량을 보여 특별 관리가 요구된다.
- 앞에서 제시된 폐목재와 재활용제품의 발열량 분석자료는 폐목재의 열적 재활용시 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나, 이들의 열적 재활용시 발열량 이외에 기타 건강 및 환경유해성에 관한 검토도 이루어져야 할 것이다.
- 본 연구에서의 폐목재 특성분석 결과를 제 1안에 대하여 등급화하여 Table 4에 나타내었다. 이 등급화 방안은 국내 폐목재 재활용 활용화를 위한 참조자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 대부분의 폐목재가 1등급에 해당하였으며, 합판류(L4, C2, C6, I4, I7, I10), MDF(L5, C7, I5, I8, I11), 포면도색된 전선드럼(I13)은 2등급에 해당하였다.
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