초록 ▼

□ 연구개요
인은 모든 생물의 생명활동에 필수적이며 대체불가능한 원소로 그 사용량은 매년 증가하고 있다. 인은 인광석에서 추출하여 생산하며 대부분 농업 비료로 이용되고 있다. 그러나 인광석 자원의 고갈 우려로 인해 인의 회수 및 재활용에 대한 연구가 많은 관심을 끌고 있다. 슬러지 소각재는 높은 인 함량으로 인해 특히 많은 관심을 받는 인의 재활용 대상이다. 본 연구는 Aluminum과 인산염과의 surface complexation을 이용해 하수 슬러지나 슬러지 소각재로부터 인을 회수하는 기술개발에 관한 것이다. 슬러지로부터

□ 연구개요
인은 모든 생물의 생명활동에 필수적이며 대체불가능한 원소로 그 사용량은 매년 증가하고 있다. 인은 인광석에서 추출하여 생산하며 대부분 농업 비료로 이용되고 있다. 그러나 인광석 자원의 고갈 우려로 인해 인의 회수 및 재활용에 대한 연구가 많은 관심을 끌고 있다. 슬러지 소각재는 높은 인 함량으로 인해 특히 많은 관심을 받는 인의 재활용 대상이다. 본 연구는 Aluminum과 인산염과의 surface complexation을 이용해 하수 슬러지나 슬러지 소각재로부터 인을 회수하는 기술개발에 관한 것이다. 슬러지로부터 인을 선택적으로 회수하기 위해서 산 습식처리에 의해 액상으로 용출되는 인과 금속 양이온, 그리고 중금속의 종류와 농도를 조사하여 비료기준에 적합하도록 중금속을 제거한다. 슬러지 소각재에 포함된 금속중 Al은 응집제나 산화알루미늄으로 많이 존재하며 phosphate와의 surface complexation 형성한다. 금속과 인산염의 complexation 결합 특성에 따라 결정화와 용해 특성이 결정되며 이는 인 회수 성능에 중요한 영향을 미친다. 슬러지 처리액의 Al과 phosphate의 complex 불안정화에 의한 인(P) 회수 극대화 조건 도출하고,hydroxyapatite와 struvite 형성에 의해 회수된 인(P)와의 특성을 비교하고자 한다.
또한 비료로의 이용을 목적으로 기준을 초과하는 중금속에 대하여는 sulfide나 hydroxide와의 결합에 의하여 중금속을 제거하여 고순도의 비료로 재활용하려 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
총괄 연구목표: 하수 슬러지 소각재의 인산염-Al surface complexation 반응에 따른 최소한의 비용(산/알카리 소비량)으로 최대한의 인(P) 회수
세부 목표 대비 연구 결과:
1) 소각재를 대상으로 phosphate 침출실험에 앞서 주로 Al₂O₃를 대상으로 pH에 따라 phosphate의 착화물(complexation) 결합특성과 흡·탈착 평형 및 속도에 대한 연구
⇨ 소각재의 조성과 화학적 특성을 XRF와 XRD, ATR-FTIR, 화학분획으로 조사하고 pH에 따라 Al₂O₃와 phosphates와의 complexation 특성과 흡착 및 탈착 평형과 속도를 조사하였다.
2) 슬러지 소각재에서 P 침출을 위한 최적 조건 도출
⇨ Ca을 전처리하여 제거하는 조건으로 pH 4에서 HCl처리하고 다시 pH 13에서 NaOH로 인을 용출하는 조건을 도출하였다.
3) 슬러지 소각재 P 침출액에서 중금속 제거 및 고순도 P 회수를 위한 최적조건 도출
⇨ 산과 알카리로 전처리된 침출액에 CaCl₂를 주입하여 Ca-P로 인을 회수하고 물질수지로부터 슬러지 소각재의 인 함량 대비 약 70%의 인을 회수하였으며 중금속은 대부분 검출되지 않거나 비료 기준 이하로 나타났다.

□ 연구개발결과의 중요성
인(P)은 농업을 비롯한 생명체 성장에 필수불가결하며 대체불가능한 원소이다.
인광석은 세계적으로 5개국 정도가 세계 매장량의 92% 가량을 차지하고 있으며 우리나라는 전량 수입에 의존하고 있다. 국내 하수 슬러지 소각재의 인 함량을 조사한 결과 질량 기준 약 10% 가량이 되며 이는 인광석의 인 함량과 비슷한 수준으로 인을 회수하기에 충분한 조건을 갖추고 있다. 하수처리 과정에서 인을 회수하는 경우 슬러지 소각재에서 인을 회수하는 것이 가장 경제성이 높은 것으로 분석되었다. 현재 우리나라 슬러지 소각재에서 배출되는 인은 약 14,000 톤으로추산되고 이는 우리나라 인광석 1년 수입량의 8.2%가 된다. 따라서 슬러지 소각재에서 인을 회수하는 것은 우리나라의 농업, 축산, 식량 공급을 위해 매우 중요한 기술이며, 향후 우리나라가 본격적인 인 재순환 사회로 진입할 때 본 연구를 통해 축적된 기술적 기반이 초석이 되리라 사료된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 가. XRF에 의한 슬러지 소각재의 원소 조성과 결정 구조 ... 7
• 나. pH에 따른 인 및 금속의 용출 특성(소각재와 PAC 슬러지) ... 7
• 다. 회수된 인의 중금속 함량 및 생물이용가능성 평가 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 11
• 끝페이지 ... 12