[논문]나노폐기물의 소각 처리

김영훈

doi:10.7464/ksct.2016.22.1.001

[국내논문] 나노폐기물의 소각 처리
Nanowaste Treatment via Incineration 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.22 no.1, 2016년, pp.1 - 8

초록
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최근 나노기술의 급격한 발전은 산업 분야에 새로운 활용 가능성을 제시하고 있다. 그러나 나노물질의 연간 생산량 증가와 함께, 비의도적인 환경 노출이 야기되고 있다. 따라서 지속적인 나노기술의 발전을 위해서도 나노폐기물에 관한 효과적인 관리가 필요하다. 나노폐기물 처리의 최종 단계는 바로 소각시설을 이용하는 것으로 보고 있다. 나노물질의 소각처리에 관한 문헌자료가 부족하지만, 일부 선도적인 연구자들에 의하면 소각시 나노물질의 대기노출은 억제되지만 바닥재는 결국 매립되어 나노물질은 잔존하게 된다는 것이다. 아직까지는 소각장내 나노물질의 거동과 다양한 질문거리가 남아 있지만, 무엇보다도 소각을 통한 나노폐기물 처리가 인간 및 환경 영향을 최소할 할 수 있는 안전하고 효과적인 나노물질 처리법인지가 검토되어야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Rapid growth in nanotechnology promise novel benefits through the exploitation of their unique industrial applications. However, as increasing of production amount of nanomaterials, their unintentional exposure to the environment has been caused. Therefore, there is a need for effective management of nanowaste to the sustainable nanotechnology. One possible endpoint at the environmental exposure scenario for nanowaste treatment is incineration. Although a few study on the incineration of nanomaterials was reported, pioneering researchers found that although it is possible to incinerate nanowaste without releasing nanoparticles into the atmosphere, the residues (bottom ash or slag) with nanomaterials eventually end up in landfills. Though there are still many questions to understand the fate of nanomaterials in incinerator, firstly we have to study whether nanowaste treatment via incineration is safe to human and environment.

Keyword

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문제 정의

그러나 국내에서는 현재까지 나노물질 자체에 관한 유해성에 관한 연구는 많이 진행되었지만, 나노폐기물 처리에 관한 관심이 전무하며 해당 연구나 리뷰가 진행된 바 없는 것이 사실이다. 이에 본 논문에서는 나노폐기물의 처리 방법 중 대기영향 및 인체 호흡노출에 가장 즉각적으로 영향을 줄 수 있는 소각에 관심을 가지고 기존 나노폐기물의 소각 처리시의 문제점과 국내외 관련 연구 동향을 살펴보고자 한다. 이를 통해 국내에서도 나노폐기물 처리에 관한 관심이 필요함을 상기시키고 관련 연구에 관한 정부의 지원을 이끌어 내고자 한다.
이에 본 논문에서는 나노폐기물의 처리 방법 중 대기영향 및 인체 호흡노출에 가장 즉각적으로 영향을 줄 수 있는 소각에 관심을 가지고 기존 나노폐기물의 소각 처리시의 문제점과 국내외 관련 연구 동향을 살펴보고자 한다. 이를 통해 국내에서도 나노폐기물 처리에 관한 관심이 필요함을 상기시키고 관련 연구에 관한 정부의 지원을 이끌어 내고자 한다.
대기 노출은 없어 보이지만 소각시설에서의 비산 먼지나 바닥재, 침출수 형태로 나노물질이 함유되어 있을 수 있으므로 소각시설에 의한 토양 및 수계 영향도 크다고 볼 수 있다. 이에 소각에 의한 나노물질 또는 나노폐기물 처리시에 발생될 수있는 문제점을 우선적으로 살펴보고, 폐수처리에 관한 폐기물 처리의 효용성에 관해 살펴보고자 한다.
대기 노출은 없어 보이지만 소각시설에서의 비산 먼지나 바닥재, 침출수 형태로 나노물질이 함유되어 있을 수 있으므로 소각시설에 의한 토양 및 수계 영향도 크다고 볼 수 있다. 이에 소각에 의한 나노물질 또는 나노폐기물 처리시에 발생될 수있는 문제점을 우선적으로 살펴보고, 폐수처리에 관한 폐기물 처리의 효용성에 관해 살펴보고자 한다.
음식물쓰레기, 폐기물 자원화 등을 다루는 작업반이지만, 나노 폐기물에 관한 관심도 고조되고 있다. 해당 회의에서는 나노 폐기물의 4가지 처리 방법인 소각, 매립, 침출수 처리, 재활용 등을 통합한 연구가 필요하다고 결론 맺으며 연구결과에 대한 적극적인 정보공유가 필요함을 지적하였다. 해당 작업반에서는 나노폐기물에 관한 안전관리 보고서를 출간하여 온라인에 공개하고 있다[27].
음식물쓰레기, 폐기물 자원화 등을 다루는 작업반이지만, 나노 폐기물에 관한 관심도 고조되고 있다. 해당 회의에서는 나노 폐기물의 4가지 처리 방법인 소각, 매립, 침출수 처리, 재활용 등을 통합한 연구가 필요하다고 결론 맺으며 연구결과에 대한 적극적인 정보공유가 필요함을 지적하였다. 해당 작업반에서는 나노폐기물에 관한 안전관리 보고서를 출간하여 온라인에 공개하고 있다[27].

제안 방법

인간폐세포를 이용하여 나노폐기물 소각후 발생한 PM의 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)의 발생 유무를 관찰한 것으로, Ag, TiO2, 플러렌을 함유한 PMe 독성 유발 효과가 증가하지만, CeO2, F2O3, CdSe 등을 함유한 PM에서는 별다른 영향은 없었다.

성능/효과

현존 소각장내 비산재를 억제하는 필터는 초미세입자 제거에 사용되고 있지만 그보다 더 작은 크기인 나노물질의 대기 노출을 억제할수 있을지를 평가한 것이다. 상당부분의 나노입자들이 초미세입자 제거 필터에서 발견되어서 대기중 노출은 상당히 억제되는 것으로 보였으며, 비산재의 밀도는 입자의 크기에 의존하는 것으로 나타났다. 즉 100~150 nm의 비산재는 0.
현존 소각장내 비산재를 억제하는 필터는 초미세입자 제거에 사용되고 있지만 그보다 더 작은 크기인 나노물질의 대기 노출을 억제할수 있을지를 평가한 것이다. 상당부분의 나노입자들이 초미세입자 제거 필터에서 발견되어서 대기중 노출은 상당히 억제되는 것으로 보였으며, 비산재의 밀도는 입자의 크기에 의존하는 것으로 나타났다. 즉 100~150 nm의 비산재는 0.
나노입자 포함여부에 따른 폐지와 폐플라스틱 연소시 발생 되는 입자상물질(PM, particulate matter)의 증가 여부를 실험실 수준에서 분석한 사례도 있다[16]. 나노물질의 함량이 10 wt%를 넘기면 폐지, 폐플라스틱 연소시 PM의 입도분포가 더 작은 크기쪽으로 이동하는 것으로 나타났다. 즉 어느정도 이하의 나노물질 함량을 지닌 나노폐기물의 소각시 PM 분포도 영향은 없지만, 함량 초과시에는 초미세 입자의 대기 노출이 증가하게 된다는 것을 지적하고 있다.
TiO₂가 포함된 고형 페인트를 소각로의 연소 조건인 950 ℃에서 연소시킨 뒤, 바닥재로부터 Ti가 침출 되는지를 평가한 사례가 있다[18]. 실험실 수준의 연소로에서는 대기중으로 TiO₂배출은 안되었지만 소성을 통해 페롭스카이트(perovskite)의 일종인 CaTiO₃로의 변환이 관찰되었고, 1 mg/kg 정도의 Ti가 침출되는 것으로 파악되었다. 따라서 다양한 나노폐기물 또는 나노물질 연소후 발생되는 바닥재에 대한 침출 영향에 관한 연구도 필요하다.
소각후 발생되는 PM의 독성을 연구한 사례가 최근 공개되 었다[19]. 인간폐세포를 이용하여 나노폐기물 소각후 발생한 PM의 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)의 발생 유무를 관찰한 것으로, Ag, TiO₂, 플러렌을 함유한 PM은 독성 유발 효과가 증가하지만, CeO₂, F₂O₃, CdSe 등을 함유한 PM에서는 별다른 영향은 없었다. 이는 세포 수준의 독성평가로서 토양이나 수생 생물에 대한 노출을 통한 독성평가가 이루어져야 보다 명확한 결과를 얻을 수 있을 것으로 보인다.
재사용(reuse), 재생(recycling), 회 수(recovery)를 2~4수준으로 보고 있으며, 최종적으로 폐기 (disposal)를 생각하게 된다. 나노폐기물 또한 폐기물로서 최소한의 사용(1수준)과 회수, 재생, 재사용 등을 통해 공정내 선순환을 시키면 소각시설로 이동하는 5수준의 나노폐기물 처리량을 절감할 수 있을 것으로 보인다. 나노물질은 생산되는 순간 자발적으로 자연상에서 사라지지 않는다.
실험실 수준의 연소로에서는 대기중으로 TiO2 배출은 안되었지만 소성을 통해 페롭스카이트(perovskite)의일종인 CaTiO3로의 변환이 관찰되었고, 1 ㎎/㎏ 정도의 Ti가 침출되는 것으로 파악되었다.

후속연구

이는 입자가 작을수록 더 넓은 대기 공간내에 분포하여 입자 포집을 어렵게 하고, 환경중 노출을 보다 용이 하게 할 수 있다는 것이다. 따라서 기존 초미세입자 필터가 효과적으로 작동한다지만 향후 나노입자 제거 필터에 효용성에 관한 연구도 필요하다.
인간폐세포를 이용하여 나노폐기물 소각후 발생한 PM의 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)의 발생 유무를 관찰한 것으로, Ag, TiO₂, 플러렌을 함유한 PM은 독성 유발 효과가 증가하지만, CeO₂, F₂O₃, CdSe 등을 함유한 PM에서는 별다른 영향은 없었다. 이는 세포 수준의 독성평가로서 토양이나 수생 생물에 대한 노출을 통한 독성평가가 이루어져야 보다 명확한 결과를 얻을 수 있을 것으로 보인다. 이점은 저자도 동일하게 지적하고 있다.
그러나 여전히 나노폐기물에 관한 논의는 없었으나, 2015년말에 환경부를 중심으로 제2차 범부처나노안전관리종합계획(2017-2021)의 초안이 마련되면서, ‘나노물질 및 제품의 전주기 안전관리 체계 구축’이라는 중점과제내에 ‘나노폐기물 위해성관리 체계 구축’이라는 주요 추진과제가 자리 잡게 되었다(비공개). 이는 범부처 차원에서 나노폐기물에 관한 관심을 갖게 되었다는 증거이며, 향후 해당 분야에 관한 전기주 안전관리 관점에서 많은 연구 투자가 이루어지리라 판단된다. 또한 이를 통해 나노폐기물이 지닐 수있는 잠재적 인체 및 환경 영향을 최소한으로 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나 여전히 나노폐기물에 관한 논의는 없었으나, 2015년말에 환경부를 중심으로 제2차 범부처나노안전관리종합계획(2017-2021)의 초안이 마련되면서, ‘나노물질 및 제품의 전주기 안전관리 체계 구축’이라는 중점과제내에 ‘나노폐기물 위해성관리 체계 구축’이라는 주요 추진과제가 자리 잡게 되었다(비공개). 이는 범부처 차원에서 나노폐기물에 관한 관심을 갖게 되었다는 증거이며, 향후 해당 분야에 관한 전기주 안전관리 관점에서 많은 연구 투자가 이루어지리라 판단된다. 또한 이를 통해 나노폐기물이 지닐 수있는 잠재적 인체 및 환경 영향을 최소한으로 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
이는 범부처 차원에서 나노폐기물에 관한 관심을 갖게 되었다는 증거이며, 향후 해당 분야에 관한 전기주 안전관리 관점에서 많은 연구 투자가 이루어지리라 판단된다. 또한 이를 통해 나노폐기물이 지닐 수있는 잠재적 인체 및 환경 영향을 최소한으로 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
이는 범부처 차원에서 나노폐기물에 관한 관심을 갖게 되었다는 증거이며, 향후 해당 분야에 관한 전기주 안전관리 관점에서 많은 연구 투자가 이루어지리라 판단된다. 또한 이를 통해 나노폐기물이 지닐 수있는 잠재적 인체 및 환경 영향을 최소한으로 억제할 수 있을 것으로 기대된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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