가축매몰지침출수소각처리방안연구 경자원연구부폐자원에너지연구과,,,,,,,,, 2011

11-1480523-000886-01 가축매몰지침출수소각처리방안연구 경자원연구부폐자원에너지연구과,,,,,,,,, 2011

목차 ⅰ ⅱ ⅲ Abstract ⅳ Ⅰ. 1 Ⅱ. 2 1. 2 2. 2 3. 2 4. 3 5. 5 6. 5 7. 9 Ⅲ. 10 1. 10 2. 12 3. 17 4. 18 5. 21 6. 21 7. 27 Ⅳ. 31 32 i

목차 < 1> 5 < 2> 6 < 3> 7 < 4> 01 < 5> 1 < 6> 21 < 7> 31 < 8> 41 < 9> 51 < 10> 61 < 11>, 61 < 12> 71 < 13> 81 < 14> 91 < 15> 91 < 16> 02 < 17> 02 < 18> 2 < 19> 32 < 20> (VOCs) 4 2 < 21> 52 < 22> 52 < 23> 62 < 24> 92 ii

목차 < 1> 3 < 2> 4 < 3> 6 < 4> 7 < 5> 8 < 6> 9 < 7> 81 < 8> 12 < 9> 42 < 10> 92 < 11> 92 iii

Abstract AI 2..,.., (15~25%),,..,. iv

Ⅰ. 서론. 2. 1

Ⅱ. 연구내용및방법 2. 국내 외가축매몰지침출수관련사례조사.. 870 ~ 1200,.. (400~800 ) (400 ).. 2

Ⅱ. 연구내용및방법,,, 5~8 %.,,.,,,,,.,,,. 알톱밥 대패밥 < 그림 1> 실증실험톱밥. 4 2 3. 1 3.. (Elemental analyzer). 3

Ⅱ. 연구내용및방법., ASTM D5468( : LECO, AC-350).. 200 ml 10 g 0.5 24. < 그림 2> 톱밥의흡수율측정실험.,. 3,,,, 3.. 4

Ⅱ. 연구내용및방법.,,, ( ).. (Rotary Kiln). 1.5 ton (Rotary Kiln). Cyclone 2,., 1:4.,,,. < 1>. < 표 1> 적용성실험조건 ( ) (min) (kg/hr) 1 400 10 60 2 400 20 60 3 500 20 40 4 550 30 40 5 550 30 45 5

Ⅱ. 연구내용및방법. A 30 ton/hr( 40 ton/hr). < 2>. < 표 2> 실험시설현황 社 (Rotary Kiln). (Rotary Kiln). (Rotary Kiln)., Cyclone. Cyclone 1, 2. Cyclone 2 ( & ) B/F < 그림 3> 실증실험시설공정 : 6

Ⅱ. 연구 내용 및 방법 건조단 & 연소단 Cyclone & 폐열보일러 공랭식 열교환기 여과집진시설 Stack <그림 4> 실증실험 시설 주요 부분 실증 실험 방법 (가) 투입조건 투입 조건은 유류오염토양을 투입하는 통상조건과 본 실험인 톱밥, 침출수, 토양을 혼합(침출수 오염 토양)한 시료를 투입하는 두 가지 조건으로 실험을 하였다. 통상조건의 투입량은 운영용량인 시간당 30 ton을 투입하였고, 침출 수 함침 토양은 함수율을 고려하여 시간당 5.1 ton을 투입하였다. 투입조건은 <표 3>에 정리 하였다. (2) <표 3> 실증실험 투입 조건 투입 조건 통상 유류 오염 토양 투입 운전 ( 침출수 오염 토양과 비교를 위한 Blank Test) 토양 : 3.75 ton/hr 14 hr = 52.5 ton 침출수 오염 토양 톱밥(침출수 오염) =(0.27 ton(톱밥)+1.0 8ton(침출수))/ hr 14 hr = 18.9 ton 총 투입량(토양 + 톱밥 + 침출수) = 71.4 ton 투입 7

Ⅱ. 연구내용및방법 (1 R/K) (2 R/K) 250, 550, 2 850. LNG 1214 m 3 /hr, 30, 1. 4,.,,, 3. U-POPs(PCDD/DFs) (2008, ) (U-POPs) -HRGC/HRMS". < 그림 5> 배출가스시료채취방법 8

Ⅱ. 연구내용및방법 PCDD/DFs (2008, ) (U-POPs) -HRGC/HRMS". PCDD/DFs / (HRGC/HRMS). < 그림 6> 시료전처리및분석방법 7. 4,,. 9

Ⅲ. 연구결과및고찰 Ⅲ 1. 살처분가축의구성및침출수특성. 70 %, 20 25 %, 2 5 %,, < 4>. < 표 4> 가축별물질조성비 (%) (%) 수분 72.6±0.4 70.1±4.9 단백질 23.0±0.9 ( 섬유 70, 수용성 30) 21.2±0.8 지방 4.4±2.2 ( 팔미틱산 28.4, 올레인산 38.4, 스테아릭산 13.9) 6.7±4.1 ( 팔미틱산 31.6, 올레인산 37.1, 스테아릭산 18.6) 탄수화물 소량 ( 글리코겐 ) 소량 ( 글리코겐 ) 무기질 1.6±0.3 (K 0.326, P 0.248, Na 0.05, Ca 0.0067) 1.6±0.3 (K 0.335, P 0.155, Na 0.052, Ca 0.0073).,, AI. 50, (ph 6 ph 9 ), ph 5, ph 10. 10

Ⅲ. 연구결과및고찰.,,,. < 5> 1~2, 2~4, 4~14,. (, ),,,,.,,,. < 표 5> 매몰지침출수농도및성상변화추세 1 ~2 2~4 6 1 2 ~ 사체분해과정 침출수발생 ( 가스발생 ) 수질변화 ( mg /L) B O D 암모니아 소화기잔재, 분변혈액및체액분해 수분 50% 감소 ( 악취 ) 수분 95% 이상감소 ( 악취감소 ) 100,000~130,000 근육, 조직, 단백질 급격한감소 ( 가스발생 ) 360,000 50,000 5,000 44,000 ( 유기탄소 ) 28,000~23,000 4,000 48,000~54,000 ( 유기탄소 ) 2,000~10,000 3,000 740 무기물로안정화 미량침출수지속발생 ( 메탄가스발생및매몰지안정화 ) 68,000 ( 유기탄소 ) 70,000 ( 유기탄소 ) 2400 5,831~12,600 15,200 16,300 Vass (2001) USDA (2004) 과학원 (11.2) USDA (2004) Glanville (1993) Dyan (2009) 과학원 (11.2) USDA (2004) Glanville (1993) Dyan (2009) 11

Ⅲ. 연구결과및고찰.,. 1 50 %, 2, 2~3., 2~3, 6. 2. 국내 외가축매몰지침출수관련사례조사. EA 2001 FMD, < 6> 2 100 (500~600 kg) 17 m 3, 1000 16 m 3, 50 % 2. < 표 6> 가축별침출수발생량 (L) 2 소 (500~600 kg ) 80 160 송아지 10 20 양 7~8 14~16 어린양 1 2 돼지 6 12 발육이덜된돼지 3 6 어린돼지 0.4 0.8 12

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 표 7> 영국대량매몰지에서침출수조성 BOD( mg /L) 2,200~200,000-32,000 COD( mg /L) 1,100~300,000 10,000 - 암모니아성질소 ( mg /L) 140~9,600 600~6,000 205 칼륨 ( mg /L) 20~3,100 130~2,300 - 염소 ( mg /L) 75~1,400 75~1,400 4,047 TOC( mg /L) 210~41,000 1,200~28,000 - TON( mg /L) 1~710 40~700 - 인 ( mg /L) 10~334 ( 평균 110, 시료수 7 개 ) ph 5.8~9.0 6.0~8.0 - Marshland et al, Draft R & D Technical Report " Jointly produced by National Groundwater & Contaminated Land Centre, Environment Agency and WRc, UK 2001-13

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 표 8> 캐나다가축매몰지침출수평균농도조사결과 염소 mg /L 2,570 2,380 2,813 2,600 중탄산염 mg /L 39,133 48,467 50,733 46,100 ph 6.5 6.7 6.9 6.7 총알카리도 mg /L 22,500 39,700 41,600 34,600 암모니아성질소 mg /L 10,400 13,300 14,100 12,600 질산성질소 mg /L 2.3 3.1 3.8 3.1 무기탄소 mg /L 7,697 9,533 9,947 9,100 유기탄소 mg /L 79,000 65,000 68,000 71,000 알루미늄 mg /L 0.5 0.5 0.5 0.5 칼슘 mg /L 81 48 36 60 구리 mg /L 0.9 1.7 0.6 1.1 철 mg /L 18 19 18 20 마그네슘 mg /L 79 17 18 40 망간 mg /L 0.5 0.1 0.1 0.2 인 mg /L 1,927 1,513 1,150 1,500 칼륨 mg /L 2,400 2,400 2,000 2,300 용해성규소 mg /L 20 24 26 20 나트륨 mg /L 1,600 1,700 2,000 1,800 황산염 mg /L 3,970 3,900 2,900 3,600 황 mg /L 1,300 1,297 963 1,200 아연 mg /L 2.2 1.8 1.7 1.9 카드뮴 mg /L ND ND ND ND 크롬 mg /L ND 0.03 ND 0.01 납 mg /L ND ND 0.13 0.04 니켈 mg /L 0.04 0.07 0.09 0.2 실리콘 ( 용해성 ) mg /L 16.7 20.4 26.4 21.2. 14

Ⅲ. 연구결과및고찰 1 차수막위 1m 높이로투입한복토층에침출수가흡수됨 2 유공관깊이부족및막힘에의한침출수미발생 3 가축사체잔존물, 지방성분및흙등에의해유공관이막힘 < 표 9> 국내가축매몰에따른침출수발생예측량 ( 단위 : m3 ) 2 소 11,997.20 23,994.4 25,494.1 소발생량적용 돼지 18,746.96 37,493.16 돼지발생량적용 기타 62.8 71.82 125.69 143.65 양발생량적용 총계 30,806.96 30,815.98 61,613.25 63,130.91 예측가축수 ( 11.2.17 일중대본자료 ) : 3,282,336( 소 : 149,965, 돼지 : 3,124,493, 기타 : 8,978) 두 BOD, < 10>. BOD < 11> 10 mg /L( 15 mg /L) 5, 500. 14,400 mg /L, 1.0~2.2 mg /L. 15

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 표 10> 국내외가축매몰지침출수발생농도 전기전도도 ( μs / cm ) 1) ('02) 11,210 5~45,000 2) UK 3) 08 09 29,617 833~78,557 11,998 686~44,570 ('01) - BOD ( mg /L) 12,700 300~38,500 11,826 617~27,500 18,909 48.2~157,140 ( - ) 4) 2,200~200,000 COD ( mg /L) 20,414 500~134,200 21,235 1,853~50,367 7,346 51.2~55,524 (10,000) 1,100~300,000 암모니아성질소 ( mg /L) 3,294 28~19,200 3,922 6~13,618 1,356 2.4~8,062 (600~6,00) 140~9,600 질산성질소 ( mg /L) 2.1 0.2~10.0 2.2 0.0~4.6 1 0~2 (40~700) 1~710 염소이온 ( mg /L) - - 552.4 7.4~1,849.0 313 14~1,494 (75~1,400) 75~1,400 인산염인 ( mg /L) 55 1~476 486 0~3,464 7 0~45 (110) 10~334 ph 5.9~8.0 - - 6.0~8.0 1) 스코틀랜드매몰지에침출수의화학적조성 (MacArthur et al., 2002): 시료수 9~199 개 2) 국내 A.I 매몰지침출수조사평균결과 ( 한국환경공단, '08~'09): 시료수 15 개 3) 대량매몰지에서침출수조성 : Marshland et al, Draft R & D Technical Report " Jointly produced by National Groundwater & Contaminated Land Centre, Environment Agency and WRc, UK 2001 4) 침출수의전형적인농도를제시 < 표 11> 국내침출수, 하수처리장및가축분뇨처리장의평균농도 ( 11.2) ( 09) ( 08) BOD( mg /L) 82,000~148,000 17,650 161 COD( mg /L) 29,300~48,600 10,355 104 TN( mg /L) 16,700~23,472 3,837 44 TP( mg /L) 600~1,246 543 5 전국하수처리장, 가축분뇨처리장유입평균농도 영국 ( 01) 침출수농도 ( mg /L) : BOD(2,200~200,000), 암모니아성질소 (140~9,600), 인산염인 (10~334) 16

Ⅲ. 연구결과및고찰, 2 P. < 12>. < 표 12> 사용침출수오염물질분석 ( 단위 : mg /l) ( ) ph 5.8 ~ 8.0 7.9 CODcr 800 2,402.4 BOD 70 120.3 SS 70 37.0 n-h( 광우류 ) 5 0.6 n-h( 동식물유지류 ) 30 0.2 페놀 3 0.202 시안 1 0.000 크롬 2 0.256 용해성철 10 8.009 아연 5 0.064 구리 3 0.019 카드뮴 0.1 0.000 수은 0.005 0.000 유기인 1 0.000 비소 0.5 0.000 납 1 0.000 6가크롬 0.5 0.000 용해성망간 10 2.509 불소 15 0.523 PCB 0.005 0.000 총대장균수 3,000 군수 /ml 72군수 /ml 색도 300도 2,700 암모니아성질소 100 1,541.899 무기성질소 300 1,551.413 총인 8 8.466 트리클로로에틸렌 0.3 0.000 테트라클로로에틸렌 0.1 0.000 17

Ⅲ. 연구결과및고찰.,. < 표 13> 톱밥의삼성분 ( 단위 : %) 6.95 15.20 77.95 100 7.66 6.35 85.99 100 < 그림 7> 강열감량후모습., C, H, N, S, O 3 46.00 %, 7.67 %, 0.13 %, 1.41 %, 44.79 %, 46.69 %, 7.37 %, 0.23 %, 1.07 %, 44.63 %. 18

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 표 14> 톱밥의원소분석 ( 단위 : %) 알톱밥대패밥 C H N S O 1차 45.26 7.99 0.13 1.80 44.81 100 2차 45.50 8.01 0.14 1.78 44.56 100 3차 47.22 7.02 0.11 0.65 45.00 100 평균 46.00 7.67 0.13 1.41 44.79 100 1차 45.74 7.89 0.18 1.64 44.55 100 2차 47.66 6.86 0.27 0.38 44.83 100 3차 46.67 7.37 0.25 1.20 44.52 100 평균 46.69 7.37 0.23 1.07 44.63 100. 2 4415.9 kcal/kg, 4385.7 kcal/kg. < 표 15> 톱밥의 ( 단위 : kcal/kg) 1차 4408.6 4370.6 4389.6 2차 4438.2 4420.1 4429.2 3차 4439.5 4418.6 4429.0 평균 4428.8 4403.1 4415.9 1차 4405.4 4348.8 4377.1 2차 4399.3 4368.3 4383.8 3차 4372.2 4420.4 4396.3 평균 4392.3 4379.2 4385.7. 489 % 411 %, 1~2. 19

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 표 16> 각시간대별톱밥의흡수율 ( 그래프단위 : %, HR) 0.5 459.1 366.6 1 488.9 396.1 2 489.7 411.2 3 453.9 370.1 4 451.1 440.0 5 445.4 430.7 7 490.8 429.5 8 509.7 385.4 10 514.6 393.1 12 503.1 405.2 21 495.1 409.4 22 513.1 451.5 23 505.7 442.6 24 525.3 422.4 평균 489.0 411.0 < 표 17> 시간구간별톱밥흡수량 ( 그래프단위 : %, HR) (%) (%) 600 알톱밥 대패밥 500 0.5~7 468.4 406.3 400 300 8~24 509.5 415.7 200 100 0.5~24 489.0 411.0 0 0.5~7 8~24 0.5~24 20

Ⅲ.연구 결과 및 고찰 마. 톱밥의 선정 톱밥의 기초 특성 실험결과를 토대로 대패밥을 실증 실험에 사용할 톱밥으 로 결정하였다. 회분은 대패밥이 낮은 결과를 보였으나, 발열량과 흡수율에 있어서는 알톱밥이 다소 높은 수치를 보였다. 그러나 본 연구에서 사용될 톱 밥이 가축 매몰지 침출수를 흡수한 톱밥이라는 점을 고려할 때, 소각 잔재물 의 발생을 최소화하고자 하여, 가연분이 높고 회분이 낮은 대패밥을 실증 실 험에 사용하였다. 5. 고정식 소각로 적용성 실험 결과 6. 열탈착 시설 실증 실험 결과 스토커 방식, 유동상 방식, 로타리 킬른 방식, 고정상(회분식) 방식, 열분해가스 화용융방식 등 기존 고정식 소각시설에 톱밥과 물을 혼합하여 통상조건과 동일 하게 운전한 결과, 큰 문제없이 물을 흡수한 톱밥이 모두 연소되었다. 적용성 실험 결과를 비추어 볼 때, 매몰지에서 침출수 운반의 안전성 등이 문제가 없을 경우 고정식 소각로에서의 처리는 문제가 없을 것으로 판단된다. 가. 소형 열탈착 시설 적용성 실험 결과 400, 10min, 60kg/hr 400, 20min, 60kg/hr <그림 8> 500, 20min, 40kg/hr 550, 30min, 40kg/hr 550, 30min, 45kg/hr 소형 열탈착 시설 적용성 실험 결과 21

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 8>,,... ( ) 11.,.. < 표 18> 가스상오염물질분석결과 (3 ) O 2 4.71 5.33 8.86 9.17 % CO 2 9.05 8.70 6.73 6.55 CO ND ND 0.04 ND NOx 23.12 24.56 45.91 49.12 SOx ND ND ND ND 0.37 0.11 1.98 0.42 ppm 1.28 0.78 1.97 0.99 0.12 0.08 0.10 0.07 0.96 0.14 4.71 1.85 0.19 0.09 0.53 0.06 mg/sm³(12) 0.0011 0.0003 0.0013 0.0000 22

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 표 19> (3 ) 먼지 1984.1 33.9 1872.13 16.633 크롬 0.995 0.027 0.04 0.007 납 0.019 ND 0.00 ND 카드뮴 mg/sm³(12) ND ND ND ND 구리 0.263 0.006 0.01 0.005 수은화합물 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 ( ) PCDD/DFs 0.0060 ng I-TEQ/S m3, 0.0061(0.0055-0.0070) ng I-TEQ/S m3 0.1ng I-TEQ/Sm3. PCDD/DFs 2, PCDD : PCDFs 50 : 50, 43 : 57. PCDD/DFs. PCDD : PCDFs 50 : 50, 38 : 62. PCDD/DFs 56.7 %.,. 23

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 9> ( ) (VOCs). < 표 20> 휘발성유기화합물 (VOCs) 측정 ( 단위 : ppm) (3 ) Benzene 0.002 0.002 0.0020 0.0020 Toluene 0.010 0.008 0.0067 0.0110 Chlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000 Ethylbenzene 0.001 0.003 0.0010 0.0007 m,p -Xylene 0.001 0.005 0.0010 0.0013 Styrene 0.000 0.000 0.0000 0.0000 o-xylene 0.000 0.000 0.0003 0.0003 1,3,5-Trimethylbenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0003 1,2,4-Trimethylbenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0003 1,3-Dichlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000 1,4-Dichlorobenzene 0.001 0.000 0.0000 0.0000 1,2,4-Trichlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000 1,2-Dichlorobenzene 0.000 0.000 0.0000 0.0000 24

Ⅲ. 연구결과및고찰 ( ), < 21> < 22>.,. < 21> ( : %) 18.20 80.01 1.79 100 15.74 83.15 1.11 100 31.40 66.75 1.85 100 14.04 85.51 0.45 100 < 22> ( : %) 2.22 1.92 11.37 2.13 ( ),.. 25

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 23> ( : mg/kg) 카드뮴 (Cd) 4 1.43 1.50 1.47 구리 (Cu) 150 13.63 10.63 5.23 납 (Pb) 200 23.80 28.37 22.97 비소 (As) 25 ND ND ND 아연 (Zn) 300 65.27 69.50 72.40 니켈 (Ni) 100 12.53 13.60 14.37 TPH 500 235.20 42.79 28.94 수은 (Hg) 4 ND ND ND 6 가크롬 (Cr 6+ ) 5 ND ND ND 불소 (F) 400 116.80 97.45 58.75 유기인화합물 10 ND ND ND PCB 1 ND ND ND 시안 (CN) 2 ND ND ND 페놀류 4 ND ND ND 트리클로로에틸렌 (TCE) 테트라클로로에틸렌 (PCE) 8 ND ND ND 4 ND ND ND 벤조 (a) 피렌 0.7 0.03 0.01 ND 벤젠 (Benzene) 톨루엔 (Toluene) 에틸벤젠 (Etylbenzene) 크실렌 (Xylene) 1 ND ND ND 20 ND ND ND 50 ND ND ND 15 ND ND ND 토양환경보전법시행규칙별표 3 항의토양오염우려기준 1 지역기준 26

Ⅲ. 연구결과및고찰,,..,., : 1 : 14 1 : 10, 1 : 5, 1 : 1...,,,., 75 %., 260, 550, 850, 400 %, 15 %.. (q A ) = (q A1 ) + (q A2 ) + (q A3 ) + (q A4 ), q A = q A1 + q A2 + q A3 + q A4 27

( ) (q B ) = (q B1 ) + (q B2 ) + (q B3 ) + (q B4 ) ( ) (q B ') = (q B1 ') + (q B2 ') + (q B3 ')( 10%) + (q B4 ') (q B ) = (q B ') ( ) (q C ) = (q C1 ) + (q C2 ) + (q C3 )( 30%) + (q C4 ) (q C ') = (q C1 ') (q C ) = (q C '). < 24>, < 9> < 10>. 28

Ⅲ. 연구결과및고찰 < 24> : (kg/hr) (L/hr) ( m3 /hr) (L/ m3 ) 1 : 14 7,000 1,400 627 2.23 1 : 10 7,500 1,800 697 2.58 1 : 5 10,000 3,600 1,026 3.51 1 : 1 9,800 6,272 1,192 5.26 (L/ m3 ) 6 (L/hr) 7,000 5 6,000 4 3 2 5,000 4,000 3,000 2,000 1 1,000 0 1:14 1:10 1:05 1:01 0 1:14 1:10 1:05 1:01 < 그림 10> 단위연료당침출수처리량 < 그림 11> 시간당침출수최대처리량 1 : 1, 1 : 14. 1 : 1., : 1 : 1, 1.7~4.5. 1.5~2.4. 29

Ⅲ. 연구결과및고찰, 1 : 1., (Bag Filter). 4.25 kg/ m2 hr, 3.54 kg/ m2 hr, 9,800 kg/hr,. 30

Ⅳ. 결론 Ⅳ 31

참고문헌 1.,, (2009. 12) 2. (FRTR : Federal Remediation Technology Roundtable), (2002) 3.,,, (2009) 4.,,, 2008 5. (Thermal Desorption), ( ), (2010) 6.,, (2007) 7.,, (2009) 8.,, (2010) 9.,, (2009) 10. (LTTD),,, 2005 11. Dyan L.Pratt, Terrance A. Fonstad, 3rd International Symposium on Management of Animal Carcasses, Tissue & Related By-products, Livestock Mortalities Burial Leachate Chemistry after Two Years of Decomposition, 2009 12. MacArthur A.J. and J.C.Milne, Proceedings Waste 2002, Integrated Waste Management and Pollution Control, Leachate Characteristics and Management Requirements Arising from the Foot & Mouth Operations in Scotland, 2002 13. Dyan Lindsay Pratt, Environmental Impact of Livestock Mortalities Burial, Thesis of Master Degree, 2009 14. Carcass Disposal; A Comprehensive Revies, National Agricultural Biosecurity Center, Kansas State University, 2004 32

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