소각재 용융시설의 경제성 분석과 용융슬래그 재활용에 관한 의식조사

이재웅 연세대학교 대학원 2006 국내박사

고분자폐기물 열분해 용융시의 열적특성 및 PCDDs/PCDFs의 거동연구

김기헌 연세대학교 대학원 2003 국내박사

폐자동차에서 발생되는 Automobile Shredder Residue(ASR)의 특성 및 열감량 실험을 통하여 속도론적 연구와 실험실 규모의 실험 장치를 이용하여 다양한 온도에서 열분해 실험을 통하여 생성된 Gas, Oil, Char의 특성을 연구한다. 열분해 시 발생되는 다이옥신류 및 Coplanar-PCB의 발생특성 및 열분해 가스화 용융시 발생되는 슬래그에서의 다이옥신의 거동을 파악하여, 고분자 폐기물을 포함한 폐기물 처리에 열분해/가스화 용융 기술을 개발 및 도입 시 환경적 영향을 평가하는데 활용되도록 하였다. 국내 폐자동차에서 발생되는 ASR는 Light Fluff로 SD(Shredder Dust)의 약 75%로 대부분을 차지하고 있으며, 그 중 섬유류, 플라스틱류가 약 60%를 차지하고있다. Heavy Fluff는 SD의 약 10%롤 차지하고 그 중 고무류와 플라스틱류가 약 70%로 대부분이다. 토사류는 토사, 플라스틱류, 유리로 구성되어 있다. 기타로 분류된 항목은 5mm이하로 수선별이 곤란하였으며, 70-80%가 플라스틱이었다. 총 SD는 섬유(24-31%), 플라스틱(20-24%), 토사(9-17%), 스폰지(6-17%), 고무(6-8%), 전선(2-5%)의 순으로 구성되어 있다. SD의 특성에서도 나타난 것과 같이 자동차 폐기물은 대부분 고분자 물질로 PP, PE, EVA, PVC, ABS, POM, PC, PA6, PUR, NR, SBR, EPDM 등으로 구성되어 있으며, 이러한 물질들이 주요 처리 대상이 되며, 이들의 처리에 열분해/가스화 용융기술이 적절한 것으로 판단된다. 고분자물질의 비등온 조건에서의 열적특성을 파악하여 실험온도의 설정을 위해 TGA에 의한 열감량 실험을 승온속도 10, 20, 30℃/min에서 각 물질의 온도에 따라 실시하였다. 열적특성은 물질과 가열 속도에 따라서 약간의 차이가 있으나 대부분 300-600℃ 구간에서 활발한 반응을 하였다. EVA, PVC는 2단의 열분해 단계를 나타냈으며, 모든 반응물질이 승온속도가 증가함에 따라 열분해 온도도 증가를 보였다. SD의 발열량은 5,800-8,300kcal/kg로 열분해 또는 가스화/용융 등에 대해 기술적용의 가능성을 확인하였다. 등온 조건에서의 열적특성을 파악하여 실험온도를 설정하기 위해, 다양한 열분해 온도(400-800℃)에서 실험을 한 결과 Oil의 생성율은 12.3-18.2%, Gas는 38.7-45.8%, Char 36.0-49.0%로 나타났으며, Oil의 생성율을 통해서 ASR의 열분해 온도는 600℃가 적절할 것으로 판단된다. 실험온도 설정은 600℃로 고정하여 실험을 수행하였다. PVC의 함유에 따른 다이옥신류의 생성에 대한 논란이 많이 있으나, 열분해 시 생성이 된다는 것을 확인 할 수 있었다. 염소원으로서 PVC를 제거하고 실험한 경우는 산소의 유무에 관계없이 다이옥신류는 발생하지 않았다. PVC, 산소, 촉매의 주입 유무에 따른, 다이옥신류의 총량으로 비교하여 Char의 경우 조건에 관계없이 PCDDs, PCDFs의 비율이 대등하게 나타났으며, OCDD와 OCDF가 가장 높게 나타났다. 그러나 Oil. Gas의 경우, 질량분율로서 PCDFs가 지배적으로 나타났다. 열분해 시 PCDDs/PCDFs의 발생에 대한 산소 및 촉매의 영향을 파악하고자, 공기비를 0.5정도를 주입하는 경우와 주입하지 않는 조건에서 촉매의 유무를 고려한 경우를 비교하기 위하여 실험이 수행되었다. 열분해 시 발생하는 PCDDs/PCDFs의 농도는 Char의 경우에는 산소의 영향은 미비하였으나, 촉매의 영향이 크게 나타났다. 그러나 Oil 및 Gas의 경우에는 비교적 촉매의 영향보다는 산소의 영향이 큰 것으로 나타났다. Coplanar-PCBs는 거의 미미한 수준으로 발생되는 것으로 나타났다. 용융처리를 고려하여 소각재, 용융 슬래그에 존재하는 PCDDs/PCDFs의 농도를 분석하고 비교하였다. PCDDs/PCDFs의 분포 형태는 모두 비슷하였다. 총 다이옥신 농도는 재에서 268ng/g, 용융 슬래그에서 0.147ng/g으로 나타났으나, 이를 독성등가환산농도로 나타내면 각각 9.2ng-TEQ/g, 0.0016ng-TEQ/g이다. 이는 용융을 통해서 유해성이 상당히 낮아지는 것을 보여주며, 용융 슬래그가 노반재 등으로 사용될 수 있는 안정성을 가지는 것을 말해준다. 소각로 형식과 가스 정화 장치에 따른 재에서 슬래그로의 전환율에 대한 연구가 필요하다. 급냉 및 서냉의 슬래그에 대한 PCDDs/PCDFs의 분포를 보면, 독성등가계수 환산 농도로는 급냉 용융슬래그 0.00066ng-TEQ/g, 서냉 용융슬래그 0.00274ng-TEQ/g로 나타났다. 이는 유해도가 4배 증가하였으나, 재활용 가능한 낮은 값이므로 문제가 없다. 결론적으로, 본 연구를 통해 폐자동차에서 발생되는 고분자 폐기물의 조성에 따라서 발생되는 원료 및 기존 폐기물을 이용하여 무산소 분위기에서 온도별로 Char, Oil, Gas로 분배되는 수율 및 경제적인 온도를 결정하였다. 또한 발생된 Oil의 조성을 분석하여 발생 메커니즘을 해석하였다. 경제적인 온도에서 PVC의 유무에 따라 조제된 고분자물질에 이론 공기비를 각각 0, 0.5로 주입하면서 다이옥신류 및 Coplanar-PCBs의 배출 특성 및 거동을 파악함으로서 열분해 가스화 용융 기술을 개발 및 도입에 활용할 수 있는 토대를 마련하였다. Kinetics study was done by the characterization and experiments of thermal degradation experiment for Automobile Shredder Residue(ASR). Various pyrolysis temperatures were employed to characterize ASR to apply pyrolysis technique with checking the yields of produced gas, oil and char. Generation properties of dioxins and coplanar-PCBs during the pyrolysis experiments and their behaviors in a melted slag were investigated to observe the environmental impact of pyrolysis/gasification for waste treatment including polymer. 75% of shredder dust(SD) is light fluff and 60% of light fluff is textiles and plastics. Heavy fluff occupied 10% of SD and is mainly composed by rubbers and plastics. Soil/sand is containing soil, plastics and glass. SD is composed of textiles(24-31%), plastics(20-24%), soil/sand(9-17%), spongy(6-17%), rubbers(6-8%), and wires(2-5%). SDs mostly containing high molecular weight materials such as PP, PE, EVA, PVC, ABS, POM, PC, PA6, PUR, NR, SBR and EPDM, and pyrolysis/gasification can be a proper method to treat them. To define thermal characteristics in non-iso thermal conditions to find out an optimum operating temperature, a therm-gravimetric test was carried out at temperature ramp rates of 10, 20 and 30 ℃/min for each material. Results showed a little difference for each material and appeared that most of wastes showed violent reactions in 300-600℃. EVA and PVC had 2 reaction steps and pyrolysis temperatures were increased as the ramp rate increased. Calorific value of SD was ranged from 5800 to 8300kcal/kg which was feasible to apply pyrolysis/melting or gasification/melting technologies. As thermal characteristics of SD in iso-thermal conditions, yield rates of oil, gas and char were ranging 12.3-18.2%, 38.7-45.8% and 36.0-49.0%, respectively and 600℃ was found to be an optimal temperature for pyrolysis of ASR. When PVC was contained in polymer wastes for pyrolysis, dioxins could be generated. When PVC was removed, dioxins are not generated either with or without oxygen. In the results for char, total amount of dioxins for various conditions showed PCDFs/PCDDs ratio of around unity and high fraction of OCDD and OCDF in dioxin distribution was observed. For oil and gas, however, PCDFs/PCDDs ratio were much higher than 1. To check out the effects of oxygen and catalyst on the production of dioxins, air ratios of 0 and 0.5 were tested at the conditions with and without catalyst. For char, the impact of oxygen on dioxin concentration was not much, while the catalyst affected to the concentration much. In cases of oil and gas products, however oxygen was more effective factor than catalyst to generate dioxin in them. Concentration of coplanar-PCBs in all products were almost same at any conditions for oxygen and catalyst. Concentrations of PCDDs and PCDFs in incineration ash and melting slag were analyzed and compared in consideration of a melting process. Total dioxin concentrations in ash was 268 ng/g, and that in melted slag was only 0.147ng/g, however, their TEQ, concentrations were 9.2ngTEQ/g and 0.0016ng-TEQ/g, respectively. It showed that the melting process decreased toxicity, and the melted slag can be recycled to use as roadbed materials. Cooling method also had an impact to PCDDs and PCDFs distribution in slag. TEQ concentrations in the fast cooled slag was 0.00066ng-TEQ/g and slow cooled slag was 0.00274ng-TEQ/g. Therefore slow cooled slag was more toxic than the fast cooled slag. However both can still reused for roadbed.

가전폐기물에서 발생되는 열경화성수지의 열적처리 및 잔류물 재활용

정해영 연세대학교 보건환경대학원 2010 국내석사

국내 폐가전제품 처리 후 발생되는 열경화성수지는 Polyurethane과 styrofoam이 8.6 : 1의 비율로 혼합되어 있어 분리가 어렵고, 재활용이 어려워 현재 시멘트 소성로의 열원으로 사용되거나 매립되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 폐가전제품 처리업체에서 배출되는 열경화성수지의 물리?화학적 특성, 열적특성, 유해성 분석하였으며, 소형 반응기를 이용하여 에너지화 개념으로의 소각, 가스화, 열분해 특성 분석을 통해 열적처리 특성을 분석하였다. 열경화성수지는 대부분 휘발분으로 구성되어 있어, 타 폐기물에 비해 비교적 고발열량이었으며, 원소분석 결과를 통해 재확인할 수 있었다. TGA 분석결과 승온 온도가 낮을수록 반응이 빨리 일어났으며, 700℃에 온도범위 이후 반응이 종료됨을 확인 할 수 있었다. 소형 반응기를 이용하여 소각 실험결과 CO2는 7 - 12%, O2는 8 - 13%의 범위를 보였으며, NOx, SOx의 경우 농도가 낮거나 측정이 되지 않았다. 발생되는 비산재 및 바닥재에 중금속 함량 결과 바닥재 내 Cu와 Cr의 함량이 높게 나타났으며, Cu는 휘발성이 낮기 때문에 비산재에서의 함량은 낮게 나타났다. 가스화 실험 결과 ER값이 낮을수록 CO, H2, CH4 조성이 증가하는 경향을 보였으며, CO2와 N2 농도는 점차 감소하는 경향을 보이고 있었다. 생성가스의 발열량은 syngas의 조성에 따라 ER값이 증가할수록 발열량은 감소하는 경향을 보이고 있었다. 탄소전환율 산정결과 ER값이 증가할수록 탄소전환율은 증가하는 경향을 보이고 있었다. ER의 증가는 투입공기량의 증가를 의미하며, 투입공기량이 증가함으로써 투입공기 내 N2가 증가하게 된다. N2가 증가함으로써 분해 반응 및 휘발분제거 반응이 활발이 이루어지기 때문에 탄소화합물로의 전환율이 증가되는 것으로 사료된다. ER값의 변화에 따른 비산재 및 바닥재의 중금속 함량 결과 바닥재에서 ER값이 증가할수록 바닥재 내 Cu의 함량이 감소하는 경향을 보이고 있었으며, 반면 비산재 내 Cu 함량이 증가하였다. 열분해 실험결과 반응온도가 증가할수록 발생가스 및 생성오일 수율이 증가하는 경향을 보였으며, Char의 발생량은 감소하는 경향을 보였다. 발생오일의 발열량 측정결과 온도가 증가할수록 오일의 발열량이 증가하는 결과를 보였고, 온도변화에 따른 다이옥신 분석결과 온도범위 500℃에서 다이옥신 합성이 일어나 농도가 높게 나타났다. 열분해 부산물인 Char의 활성탄 흡착 실험결과 온도 변화에 따른 뚜렷한 흡착능의 차이는 보이지 않았지만, 향후 체계적인 연구를 통해 활성탄 대용으로 활용 가능할 것으로 판단된다.

열처리를 통한 형광등의 형광체 분말로부터 수은 회수 공정에 관한 연구

정법묵 연세대학교 대학원 2016 국내석사

수은은 자연적 오염원으로 화산활동, 지각, 바다, 토양, 식생 등이 있으며, 인위적 오염원으로 화석연료의 연소, 폐기물의 소각, 비철 금속 제련, 금 추출 등이 있다. 전체 수은 배출 중 수은의 인위적 배출의 기여도가 60 %를 차지하며, 자연적 배출의 2/3에 달하는 배출이 인위적 배출에 의해 발생된다. 따라서 수은의 배출은 인위적인 배출에 의한 것이라고 보아도 무방할 것이다. 배출된 수은은 대기, 수계, 토양 등으로 퍼져 자연계에서 생체 축적되며, 먹이사슬을 통해 인간에게 까지 미치게 된다. 이러한 수은의 이동성을 감안할 때 발생되는 수은 폐기물의 안전하고 체계적인 관리가 필요하다. 본 연구에서는 폐형광등 형광체 분말의 적정 처리를 위해 미국과 유럽에서 진행 중인 수은 회수 공정에 대한 개발을 위해 폐형광등 형광체 분말로부터 수은을 회수하는 공정에 관해 연구를 실시하였다. 폐형광등 형광체 분말로부터 수은을 회수하기 위하여 기초 특성 분석을 실시하였다. 기초 특성 분석은 TGA-701를 이용한 TG 분석, 공업 분석, ED-XRF를 이용한 XRF 분석, RA-915+를 이용하여 CVAA 분석법을 통한 수은 함량 분석, 연속추출법을 실시하였다. 폐형광등 형광체 분말의 기초 특성 분석 결과 수분 0.08 %, 휘발분 0.15 %, 고정 탄소 0.17 %, 회분 99.60 %의 공업 분석 결과를 나타냈으며, XRF 분석 결과 폐형광등 형광체 분말을 구성하는 성분으로 La(84.8 %), P(8.7 %), V(2.8 %), Si(1.7 %), Ca(1.2 %), S(0.5 %), Fe(0.2 %), K(0.1 %), Sr(0.1 %)로 나타났다. 폐형광등 형광체 분말의 수은 함량은 평균 108.68 mg/kg이 검출되었으며, 연속추출법 결과 55.4 %가 이온 교환성 수은 화학종, 36.4 %가 HgS 형태로 존재하는 것으로 사료된다. 이와 같은 폐형광등 형광체 분말의 기초 특성 분석 결과를 종합하여 수은을 회수하기 위해 Lab-scale의 Batch 타입의 반응기를 제작하였으며, 압력을 조절할 수 있게 하여 상압 및 감압 조건에서 응축 실험을 실시하였다. 폐형광등 형광체 분말을 전기로에서 300 ℃부터 600 ℃까지 50 ℃의 간격으로 수은의 열적 특성에 대해 실험하였다. 각 온도 조건에서 체류시간은 1분, 5분, 10분, 20분, 60분, 180분으로 진행하였으며, 열처리한 폐형광등 형광체 분말을 용출시험하여 법적 기준치를 만족하는 지를 분석하였다. 열처리 결과 온도 및 체류시간이 증가함에 따라 수은의 탈착 효율이 증가하였다. 또한, 용출시험 결과 온도 및 체류시간이 증가함에 따라 용출되는 수은의 양이 줄어드는 것을 알 수 있었다. 폐형광등 형광체 분말을 감압 조건 14.3 kPa에서 550 ℃ 및 600 ℃로 열처리한 결과, 상압에서 열처리하였을 때와 비교하였을 때 열처리한 폐형광등 형광체 분말에서 수은 함량이 낮게 검출되었다. 폐형광등 형광체 분말 내 수은의 함량이 비교적 적어 수은의 응축 효율을 판단하기 어려워 수은화합물 중 비교적 강한 결합을 가진 HgS를 이용하여 응축 및 회수 실험을 실시하였다. 압력 조건을 변경하며 상압, 61.3 kPa, 26.3 kPa, 14.3 kPa에서 HgS를 열처리하여 회수율을 산정하였다. 그 결과, 14.3 kPa의 압력 조건에서 수은 회수율이 72.49 % 로 가장 높은 회수율을 나타냈다. 이와 같이 감압하였을 때 상압에서 열처리하는 것보다 폐형광등 형광체 분말로부터 수은의 탈착 및 응축 효율이 증가하는 결과를 도출하였다. 이를 통해 폐형광등 형광체 분말의 열처리를 통한 수은의 회수 공정에 대해 제안하였다. There are two different sources of mercury emission, natural and anthropogenic. Natural source of emission includes volcanism, crust, ocean, soil and organism. Anthropogenic sources are combustion of fossil fuel, incineration of waste, smelt of non-ferrous metals and gold mining. The contribution of anthropogenic mercury emission accounts for 60% in the whole, and the emission which amounts two-thirds of natural emission is generated by anthropogenic emission. In this connection, the emission of mercury could be considered as anthropogenic mercury emission. Emitted mercury spreads throughout atmosphere, water system and earth, then it accumulated in organisms, finally reaches to human beings through the food chain. Considering these mobility of mercury, safe and systematic management is necessary. Fluorescence powder that is emitted from used fluorescent lamp was used as appropriate mercury containing waste for recover mercury by thermal treatment. Characteristic analysis was conducted to recover the mercury from fluorescence powder of used fluorescent lamp. For characteristics analysis, TG analysis conducted with TGA-701, proximate analysis, XRF analysis conducted with ED-XRF, mercury content analysis by CVAA analysis method conducted with RA-915, and sequential extraction method was conducted. As a result of proximate analysis, moisture 0.08%, volatile matter 0.15%, fixed carbon 0.17% and ash content 99.60% was gotten. As a result of XRF analysis, La(84.8 %), P(8.7 %), V(2.8 %), Si(1.7 %), Ca(1.2 %), S(0.5 %), Fe(0.2 %), K(0.1 %) and Sr(0.1 %) was gotten for the constituent of fluorescence powder of used fluorescent lamp. The average mercury content from fluorescence powder of used fluorescent lamp was 108.68 mg/kg, and as a result of sequential extraction method, it was verified that 55.4% of ion convertible mercury chemical species and 36.4% of mercury sulfide compose the powder. By putting every basic properties analysis results together, the reactor which is Batch type of Lab-scale was manufactured. The reactor was pressure adjustable, and the experiment was conducted under the condition of normal pressure and reduced pressure. The experiment were conducted to found thermal characteristics of mercury using waste fluorescent lamp phosphor powder in the muffle furnace under the degree of 300℃ to 600 ℃ at an interval of 50 ℃. The residence time was set 1 min, 5 min, 10 min, 20 min, 60 min, 180min for each temperature condition and leaching test was analyzed for whether satisfying the legal requirement after thermal treatment of waste fluorescent lamp phosphor powder or not. For the result of thermal treatment, as the temperature and residence time was increased, the desorption efficiency of the mercury was increased. Moreover, the result of leaching test, as the temperature and residence time increases, the amount of mercury leaching was decreased. As a result of thermal treatment of fluorescent lamp phosphor powder at 550 ℃ and 600 ℃ under the reduced pressure 14.3 kPa, when compared to the normal pressure, the lower mercury concentrations were detected from thermal treated fluorescent lamp phosphor powder. It was very difficult to determine the efficiency of the condensation of mercury, on account of the low mercury content of waste fluorescent lamp phosphor powder. Because of this, condensation and recovery experiments were performed by using mercury compound which have relatively strong bonding of the mercury sulfide. For the next, the recovery rate was calculated from thermal treated mercury sulfide under the various pressure conditions(101.3 kPa, 61.3 kPa, 26.3 kPa, 14.3 kPa). For the result, the highest mercury recovery rate(72.49 %) was found under the pressure condition of 14.3 kPa. On this account, this study suggests the improved process on the mercury recovery from waste fluorescent lamp phosphor powder.

폐자동차 분쇄 고분자 폐기물의 열분해/가스화/용융 생성물의 특성에 관한 연구

정현태 연세대학교 대학원 2008 국내박사

The mass fraction of 20% in vehicle converts to automobile shredder residue(ASR) which is shreddered waste consisted of polymer materials from end-of-life vehicles. ASR can be converted to be a recycling energy because it contains various polymer materials such as PP, PE, ABS, EPDM, Rubber, PET, PA, and PVC. However, it has some limitation to be recyclable because it contains various heavy metals and unusable inorganic residue. Even though it has this limitation, It can be usable as the recyclable energy and commercial products such as syngas and melting slag by the pyrolysis/gasification/melting process.The objective of this study was to propose the best approach of ASR recycling by the investigation of the composition and distribution of ASR. It focused the characteristics of ASR and the composition of byproduct and the emission characteristics of dioxin from ASR pyrolysis in terms of the operation temperature about in the lab-scale pilot plant. Finally, the emission characteristics and control of dioxins from the pyrolysis/gasification/melting process were investigated on the foundation of the best condition of the process.In Korea, end-of-life vehicles were recycled 42.4% in the garage, 37.4% in shredder plant, and 20.2% to ASR. In the shredding process, end-of-life vehicles were recycled to 60~70% of ferrous metals, 1.7~2.9% of non-ferrous metals, and left as 27~34% of ASR. The ASR composition was 23~24% of textile, 23~35% of plastic, 5~16% of soil, 9~17% of sponge, 6~12% of rubber, and 2% of wire. The composition shows it is consisted of the polymer materials to which pyrolysis/gasification/melting process might be the best approach for treatment and recycling. The ASR characterization was performed by the ultimate analysis, the proximate analysis, and the contents analysis of heavy metals and dioxins. Also, the concentration of dioxin was 6.08 pg-TEQ/g which was 40 times smaller than 0.25 ng-TEQ/g of other concentration.The thermal characterization of polymer materials in ASR was performed to establish the test temperature by the experiment of heat loss in TGA. The experiment of heat loss was performed by TGA to establish the temperature. The temperature of pyrolysis decided by the test of heat loss in TGA was 400~800℃. The byproducts of pyrolysis were 8.7~45.8% of gas, 12.3~18.2% of tar and 36.0~49.0% of char. As the temperature of gas from pyrolysis was increased, the concentration of hydrogen and methane were 1.24~11.3% and 4.04~33.53%, respectively. The heating value of tar and char were the value of 9,000 and 2,000kcal/kg, respectively. The large amount of heavy metals such as Fe, Al, Cu, and Zn were included large amount in the char.The effects of PVC and catalyst were performed with simulated ASR sample for the study of the emission characteristics of dioxins which might be emitted from pyrolysis/gasification/melting process. The results from this process show that dioxins were generated by PVC in the pyrolysis.The air ratio for each recycling ASR was 0 and 0.5 to investigate the emission characteristics of dioxins by the change of air ratio in pyrolysis. The concentrations of each PCDDs/PCDFs in gas were 82.648 pg-TEQ/g and 6,251.069 pg-TEQ/g, respectively. The concentration of dioxin was 75 times higher at the air ratio of 0.5 than no air introduced. In addition, the dioxin content of tar and char were investigated in this study. The dioxins in the gas, tar and char were emitted to PCDFs than PCDDs because of the limitation of oxygen in thermal treatment.The emission concentration of each PCDDs/PCDFs was 1.513, 1.376 and 2.321 pg-TEQ/g as the cooling condition of melting slag such as water cooling, air cooling and slow cooling.The pyrolysis/gasification/melting process by pilot plant was operated in the best condition when the oxygen feed rate was 0.76 Nm3/kg-ASR in this study. In this experiment, the flow rate was 213Nm3/hr, the distribution of each gas was 45.0% of CO, 26.4% of H2 and 26.3% of CO2, respectively.The emission concentration of dioxins from pyrolysis/gasification/melting process was 88.372 pg-TEQ/Nm3 which was very low. In addition, these pollutants were emitted the value of 30.001 pg-TEQ/Nm3 from the outlet of water treatment process which was 19.6 times lower than from the outlet of pyrolysis/gasification/melting process. The concentration of Co-PCBs was the value of 36.163 pg-WHO TEQ/Nm3 which was very low from the pyrolysis/gasification/melting process. The concentration from the outlet in water treatment process was 1.292 pg-WHO TEQ/g which was decreased to 68.8% than from the outlet of the pyrolysis/gasification/melting process.The melting slag from pilot plant was the crystallized slag, and the major content of each heavy metals was Fe, Mg, Zn, and Cu. Also, the content of dioxins in this slag was 0.943 pg-TEQ/g, and Co-PCBs was 0.0036 pg-WHO TEQ/g which was similar with the melting slag of municipal solid waste. The generation of dioxins was affected by the treatment process and operation condition than the content of dioxin in waste because these were emitted in the condition of high temperature.In conclusion, this study could be summarized about this subjects such as the characteristics of ASR which is the shredded waste consisting of polymers materials, the catalyst affecting the generation of dioxins and the byproduct from thermal treatment process, the emission characteristics of dioxins by the air ratio from pyrolysis/gasification/melting process in pilot plant reactor. This study could be the foundation for establishing the data when these process would be commercialize to treat ASR from end-of-life vehicles in the future. 폐자동차 분쇄 고분자 폐기물인 Automobile Shredder Residue(ASR)은 자동차 중량의 약 20%를 차지한다. 이 ASR은 PP, PE, ABS, EPDM, Rubber, PET, PA, PVC 등 다양한 고분자물질을 함유하고 있어 재활용 에너지로 사용 가능함에도 불구하고 다양한 중금속 및 이물질이 혼합되어 있어 재활용에 한계가 있다. 이에 대한 대안으로 떠오르고 있는 것이 열분해/가스화/용융 공정이며, 이 공정을 통하여 Syngas와 용융슬래그를 생산하여 재생에너지와 제품으로 재활용할 수 있다. 본 연구에서는 ASR의 성상 및 분배특성을 연구하여 최적의 재활용 방안을 제안하였고, ASR의 특성과 열분해 시 발생되는 생성물질의 조성과 적정 열분해 온도를 결정하여 ASR의 열분해 시 다이옥신류의 배출 특성을 실험실 규모의 장치를 통하여 모의 ASR과 실제 ASR로 연구를 수행하였으며, 최종적으로 Pilot plant(3톤/일)에서 최적 열분해/가스화/용융 조건을 확립하여 열분해/가스화/용융 시설에서 발생되는 다이옥신류의 배출 특성과 저감 영향을 연구하였다.국내 폐자동차에서 발생되는 폐자동차는 처리 공정에서의 분배비율을 폐차장에서 42.4%, 슈레더업체에서 37.4%가 재활용되며, 나머지 20.2%가 ASR로 발생하였다. 그리고 발생된 슈레더 공정에서는 금속류 60~70%, 비철금속류 1.7~2.9%, ASR이 27~34%가 발생하였다. 발생된 ASR의 성상별 비율은 섬유(23-24%), 플라스틱(23~35%), 토사(5~16%), 스폰지(9~17%), 고무(6~12%), 전선(2%)의 순으로 구성되어 있으며, 공정별로는 Light fluff, Heavy fluff, 토사류로 분류할 수 있는데 각각 66~74%, 8~13%, 13~26%의 비율로 발생하였다. 이처럼 ASR은 대부분 고분자 물질로 구성되어 있으며, 이러한 물질들의 처리 및 자원화 방법으로는 열분해/가스화/용융 기술이 적정한 것으로 판단된다.ASR 특성 분석을 위하여 원소분석, 공업분석, 용출시험, 중금속 함량, 다이옥신류 등을 분석하였으며, ASR의 중금속 함량은 주로 토사류에 많이 함유되어 있으며, 주요한 물질로는 Cu, Fe, Zn으로 각각 69,132, 51,411, 16,812 mg/kg이 함유되어 있었다. 또한, 다이옥신의 함량은 6.08 pg-TEQ/g으로 국외 0.25 ng-TEQ/g보다 40배가량 낮게 검출되었다.ASR에 함유된 고분자 물질의 열적특성을 파악하여 실험온도의 설정을 위해 TGA에 의한 열감량 실험을 실시하였으며, TGA의 열감량 데이터를 토대로 열분해 온도를 400~800℃로 결정하였으며, 다양한 온도에서 열분해 실험을 실시한 결과, Gas의 생성율은 8.7~45.8%, Tar 12.3~18.2%, Char 36.0~49.0%로 나타났다. 또한, 열분해 생성물인 Gas는 열분해 온도가 증가함에 따라 Hydrogen, Methane의 생성량이 각각 1.24~11.3%, 4.04~33.53%로 증가함을 보였고, Tar의 열량은 9,000 kcal/kg, Char의 열량은 2,000 kcal/kg이상이었고, Fe, Al, Cu, Zn 등의 중금속이 다량 함유하고 있었다.ASR의 열분해/가스화/용융 시 발생될 수 있는 다이옥신류의 배출 특성 연구를 위하여 현재 논란이 많이 있는 PVC 및 촉매 유무에 따른 실험을 모의 ASR을 제조하여 실시하였으며, 그 결과 열분해 시 PVC 물질이 존재할 경우 다이옥신류가 생성 된다는 것이 확인 할 수 있었다.열분해 시 공기비의 조건에 따른 다이옥신 발생 특성을 살펴보기 위하여 실제 ASR에 공기비를 0, 0.5로 조정하여 실험하였으며, Gas 중 PCDDs/PCDFs의 농도는 각각 82.648 pg-TEQ/g, 6251.069 pg-TEQ/g이 발생하였고, 공기비 0.5에서 75배 이상 높게 발생하였다. 그리고 Tar, Char에 함유된 다이옥신류의 분포 특성을 살펴보았으며, 열분해 시 산소의 부족으로 인하여 Gas, Tar, Char에 함유된 다이옥신은 PCDDs 보다는 대부분이 PCDFs로 발생되었다.융융 슬래그의 냉각조건(수냉, 공냉, 서냉)에 따른 PCDDs/PCDFs의 농도 분포는 각각 1.513, 1.376, 2.321 pg-TEQ/g이었고, 이성체 분포특성은 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF, OCDF, 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD, OCDD가 높게 나타났는데, 이는 소각재의 용융슬래그와 유사한 패턴을 보였다.Pilot plant를 이용한 ASR 열분해/가스화/용융 실험에서는 산소 투입량을 0.76 Nm3/kg-ASR일 경우에 최적 조건이 되었으며, 이때 생성가스의 유량은 213Nm3/hr, 생성가스의 평균농도는 CO 45.0%, H2 26.4%, CO2 26.3%였다.열분해/가스화/용융로 후단에서의 다이옥신류 발생량은 588.372 pg-TEQ/Nm3로 매우 낮은 농도를 나타냈다. 또한, 수분사식 후단에서 30.001 pg-TEQ/Nm3이 발생하여 열분해/가스화/용융로 후단에 비해 약 19.6 여배 감소되는 경향을 나타냈다. 그리고 Co-PCBs 농도는 열분해/가스화/용융로 후단에서 36.163 pg-WHO TEQ/Nm3의 매우 낮은 농도를 나타냈고, 수분사식 후단에서는 11.292 pg-WHO TEQ/g으로 약 68.8%가 감소하는 경향을 보였다.Pilot plant에서 발생된 슬래그는 결정질 슬래그였으며, 슬러지 내 중금속 함량은 주로 Fe와 Mg, Zn, Cu 성분이 주를 이루었다. 또한, 슬래그의 다이옥신류의 함량은 0.943 pg-TEQ/g, Co-PCBs는 0.0036 pg-WHO TEQ/g으로 생활폐기물 용융슬래그와 별 차이가 없었다. 이는 고온에서 폐기물이 처리되기 때문에 폐기물 자체의 다이옥신류 함량 보다는 처리공정의 특성과 운전 조건의 영향이 다이옥신류 생성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.결론적으로, 본 연구를 통해 폐자동차 분쇄 고분자 폐기물인 ASR의 특성과 재활용 방안, 최적 열분해 온도, 열분해 생성물의 특성과 다이옥신류 생성에 영향을 미치는 촉매, 염소 유무, 공기비에 따른 다이옥신류 배출 분포 특성을 연구하였고, Pilot plant 규모의 열분해/가스화/용융 시설에서 발생되는 다이옥신류의 배출특성을 연구함으로써, 향후 열분해/가스화/용융 기술을 도입하고 활용될 때 유용한 자료로 활용할 수 있는 토대를 마련하였다.

먼지와 질소산화물의 동시처리를 위한 촉매필터의 질소산화물 제거특성에 대한 연구

최현덕 연세대학교 대학원 2003 국내석사

본 연구는 실제 발전소 등에서 집진공정과 NOx저감 SCR공정이 함께 설치된 공정에서 나타나는 촉매의 활성저하 및 plugging 현상과 재 가열해야하는 에너지 손실 등의 문제점들을 해결하여 열효율 향상과 처리비용 절감 및 장치설비 공간, 설치비용 등의 절감 등의 효과를 얻기 위해 질소산화물 제거를 위한 촉매공정과 먼지제거를 위한 집진공정을 일체화한 hybrid system의 촉매필터를 고안하여 제작하였다. 일차적으로 촉매필터의 NOx 전환율에 대한 실험을 수행하였으며, 그에 따른 필터에 담지된 촉매의 양, NH₃/NOx 몰비, Face velocity, 시간, 온도 등에 대해 각각 NOx 전환율 test 및 slip되는 NH₃ 검출 등 기초적인 실험을 실시하여 실험결과를 토대로 NOx 저감용 촉매필터개발에 필요한 조건들을 알아보았다. 촉매를 코팅시키기 위해서는 필터의 표면뿐만 아니라 내부까지 코팅하기 위해 코팅장치를 제작하여 실시한 결과 SEM분석을 통해 필터의 각 fiber에 촉매가 내부까지 고르게 코팅이 되었으며, 필터의 pore를 막는 현상은 없었다. 하지만 바인더의 영향으로 고정층에서의 실험과 비교하여 전환율이 낮아졌으며, 이점에 대해서는 새로운 바인더의 개발을 필요로 한다. 촉매필터의 반응성 실험결과 먼저 face velocity 결과로부터 촉매필터는 불규칙하게 구성된 fiber에 의해 유체의 흐름이 불규칙하여 반응gas와 촉매와의 mass transfer를 증가시키게 되므로 honeycomb에 비해 space velocity가 2.5배 크더라도 같은 전환율을 얻었다. 촉매의 담지량은 필터의 압력손실을 감안하여 그 양을 결정해야하며, 촉매의 담지량별 실험결과 촉매의 담지량이 증가할수록 높은 전환율을 보였으나 그 담지량을 10.97g 이상 증가시킬 경우 증가율이 감소되는 경향을 나타냈다. 따라서 촉매의 최적 담지량을 10.97g로 결정했으며, 단위면적당 촉매코팅양은 0.46g/㎠이다. 반응온도는 230℃이상에서 NH₃가 자체산화와 고온에서의 NO₂생성으로 인해 반응에 필요한 NH₃의 감소로 전환율이 약간 감소하는 결과를 얻었으며, NH₃의 배출은 온도전역에서 NH₃/NOx mole ratio 1.0부터 배출되기 시작하므로 NH₃로 인한 2차 오염을 방지하기 위해 0.9 이하에서 결정해야한다. 또한 face velocity 실험결과 0.8에서 2.0사이에서 90~82%의 전환율을 얻었다. 따라서 0.46g/㎠의 촉매를 코팅한 필터에, 반응온도 190~230℃, face velocity 0.8~1.6m/min, NH₃/NOx mole ratio 0.9로 실험조건을 할 경우, NOx를 85% 제거할 수 있으며, 또한 NH₃에 의한 2차 오염도 방지할 수 있는 것으로 나타났다. The typical air pollution control devices (Bag filter or Selectively Catalyst Reactor) were used to have some troubles, such as plugging, catalyst activity drop, and energy loss for flue gas re-heating, during the operation to control the particulate matters and NOx from power plant as the emission source. This study was focused on the energy, cost, and spatial effective process which referred as hybrid system; combined process of catalytic process for NOx and particulate matter control. The NOx conversion rate and detection of slipped NH₃ were investigated to estimate the appropriate amount of catalyst, NH₃/NOx mole ratio, face velocity of flue gas, residence time, and temperature. To coat filter with catalyst, the coater, which was available to coat not only surface but also inner space of filter fiber, was needed. It was regarded that the catalyst was fluently coated on surface and inside without any stopping pore of filter as the result of SEM analysis. However, the NOx conversion rate in the experiment of coated filter was lower than the fixed bed experiment's because of the binder. The advanced binder will be required in further research. Even though the catalytic filter had 2.5 times faster space velocity than honeycomb's, it showed similar NOx conversion rate with honeycomb type because of its irregular flow by porous fiber. The amount of catalyst loaded on the fiber must be decided with the consideration of pressure drop of filter. The NOx conversion rate was increased with the amount of catalyst loaded on the filter; however, after more than 10.97g of catalyst loaded, the conversion rate was decreased. Thus, the optimum amount of catalyst loaded was regarded as 0.46g catalyst per unit area of filter. The NOx conversion rate was decreased at the temperature 230℃ and above, because NH₃ was oxidized by itself and was decreased by forming NO₂ under the high temperature. The drawing off of NH₃ was observed after the NH₃/NOx mole ratio 1.0 in all experimented temperature (150-230℃), so that the mole ratio must be below 0.9 to prevent secondary contamination. Additionally, the NOx conversion rate showed 90% and 82% at the mole ratio 0.8 and 2.0, respectively, as results from the face velocity experiment. As the conclusions, the optimum conditions of NOx control in hybrid system were regarded to the conditions such as 0.46g catalyst coated per unit area of filter, 190~230℃ of reaction temperature, 0.8~1.6m/min of face velocity, and 0.9 of NH₃/NOx mole ratio to eliminate 85% of NOx and to prevent the secondary contamination.

통합형 집진장치에서 미세 입자상물질 및 원소수은의 동시 제거 특성

정주영 연세대학교 대학원 2011 국내석사

중유 연소 시 발생되는 미세금속입자의 배출특성에 관한 연구

석정희 연세대학교 대학원 2003 국내석사

현재 우리나라에서는 벙커유(B-A, B-C) 등의 중유가 전체 사용되는 액체 연료의 31.4%를 차지하고 있으며, 이들은 주로 산업시설 및 발전시설에 활용되고 있다. 이러한 중유 연소시설에서는 인체에 유해성이 큰 마이크론 크기 이하의 미세 입자들이 대기로 배출되고 있어, 중유를 사용하는 산업용 보일러 및 발전용 보일러는 입자상 오염물질의 주요 발생원으로 인식되고 있다. 특히, 이러한 시설에서 배출되는 미세 입자에는 액체연료에 포함되어 있던 무기물 및 유해중금속이 많이 포함되어 있다. 이러한 미세입자 중 금속입자(Ni, V)의 배출특성을 Computer code를 이용하여 예측하고 실제 운전되고 있는 산업용 보일러2기, 중유발전소 1기, 미국 EPA의 Pilot-Scale Refractory Combustor와 실험실 규모의 drop-tube furnace를 이용하여 제시하였다. CEA computer code의 예측 결과 Ni, V 모두 황의 영향을 받아 저온에서 황화합물이 지배적이다. 특히 주 연소온도가 되는 1,000-1,900K 범위의 주 화학종은 NiO, V_(2)O_(5)와 V_(2)O_(4) 임을 예측할 수 있었고, 1,400K에서 휘발이 시작되어 1,700K에서는 완전히 휘발이 되는 것으로 나타났다. MAEROS2의 예측 결과 시간이 지남에 따라 Peak 농도가 줄어들면서 입자의 cut size가 커가고 있는 것을 알 수 있다. 온도, 압력, 초기농도, 입경이 다른 ash등의 조건을 변화 시켜 각각의 경향을 예측한 결과 온도, 압력, 입경이 다른 ash의 경우 입자의 성장 속도와 peak입경의 변화가 크게 없었으나 초기농도의 변화를 주었을 경우 입경의 성장이 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. Pilot-Scale Refractory Combustor에서 실험한 No. 6 oil의 입도분포는 작은 입자의 부피농도가 더 높게 나타났다. 이는 작은 입자의 개수가 더 많음을 의미하며 배출시 인체에 해로운 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 국내의 drop-tube furnace에서 실험한 국내 중유의 입도 분포는 입경이 작을수록 더 높은 mass fraction을 나타내었다. 또한 0.1um 이하의 입경에서 50% 이상의 높은 mass fraction을 나타내었다. Ni과 V은 0.1㎛와 1㎛에서 이봉분포를 나타내었으며, 실제 운전되고 있는 보일러 시설의 경우 방지시설 후단에서 1㎛이하에서만 peak 값이 나타났다. 이는 방지 시설에서 1㎛이상의 입자는 제거되고 그 이하의 입자는 제어되지 않는 것으로 판단된다. 또한 Ni의 mass fraction도 작은 입자에서 높은 값을 나타내었으며 PM-10과 TPM의 Ni enrichment는 PM-10이 더 높은 것으로 나타났다. In Korea, heavy fuel oil including bunker A or C oil comprises 31.4% of whole liquid fuel used in its domestic market, and is also mainly applied to industrial or power plants. These plants that burn such heavy fuel oil often exhaust very harmful fine particles with micron or even finer size into the air. In fact, industrial and power generating boilers that use heavy fuel oil are recognized as major source of granular pollutants in the air. In particular, fine particles emitted from these plants contain considerable amount of inorganic materials and harmful heavy metals, which are originally contained in liquid fuel. This study attempted to predict the emission characteristics of ultra fine particles(Ni, V) out of those fine particles via computer code, and suggested corresponding prediction results using 2 units of industrial boiler in actual operation, 1 unit of heavy fuel oil power plant, Pilot-Scale Refractory Combustor(originated by U.S. Environmental Protection Agency) and laboratory-scale drop-tube furnace. As a result of prediction via CEA computer code, it was found that both Ni and V tended to generate sulfide dominantly from heavy fuel oil at low temperature under the influence of sulfur. Especially, it could be predicted that NiO, V_(2)O_(5) and V_(2)O_(4) would be major chemical elements generated at major combustion temperature, i.e. temperature ranging from 1,000K to 1,900K. It was also found that those elements began to be volatilized at 1,400K and completely volatilized at 1,700K. The results of prediction via MAEROS2 show that peak concentration became gradually lower in course of time, while cut size of fine metallic particle became bigger side by side. On the other hand, this study attempted to predict each emission tendency by changing conditions such as temperature, pressure, initial concentration and ash with different particle diameters. As a result, it was found that the change of temperature, pressure and particle diameter did not any significant effect on accelerating particle growth and changing peak particle diameter, while the change of initial concentration had great impact on accelerating the growth of particle diameter in shorter time than before. For the grain size distribution of No. 6 oil as experimented in Pilot-Scale Refractory Combustor, it was noted that the volume concentration with small grain sizes was higher than that with bigger ones. This indicates that the number of particles with small grain size is more than those with bigger grain size, and any emitted pollutant particles may have more or less harmful impact on human body. For grain size distribution of domestic heavy fuel oil that was experimented in domestic drop-tube furnace, it was found that the smaller grain diameter led to the higher mass fraction. In addition, the particles with small grain diameter below 0.1 ㎛ showed 50% or higher mass fraction. Ni and V showed bi-modal distribution with grain diameter of 0.1 ㎛ and 1 ㎛, while boiler facilities in actual operation showed peak value only with grain diameter of 1 ㎛ or smaller at the rear end of anti-pollution facilities. In view of these results, it is possibly concluded that pollutant particles with 1 ㎛ or bigger are removed through anti-pollution facilities, while those below 1 ㎛ are not completely removed even through the facilities. Moreover, the mass fraction of Ni reached high level even in particles with small grain size. And it was found that PM-10 had higher Ni enrichment than TPM.

철강슬래그를 이용한 가스상 원소수은의 산화촉진 연구

이주찬 연세대학교 대학원 2019 국내석사

제철산업은 대량의 원료와 에너지를 소비하여 철강을 생산할 뿐만 아니라 다양한 종류의 부산물과 폐기물을 다량 발생시켜, 그 양이 약 50%에 이르고 있다. 일관제철공정을 갖춘 제철의 경우 원료, 제선, 제강, 압연 및 스테인레스 등 복잡한 생산 체제를 거치면서 수많은 종류의 부산물 및 폐기물을 다량 발생시키며, 이러한 폐기물은 철, 탄소 및 석회석 등의 재활용이 가능한 유효한 자원을 다량 함유하고 있다. 철강슬래그의 발생량은 증가하고 있는 반면, 철강시설에서 배출되는 고로 및 제강슬래그의 재활용 현황은 부가가치가 낮은 도로용 골재, 시멘트원료 및 공정에서의 재사용 등으로 활용되고 있다. 각종 제철 폐기물의 발생량을 가능한 줄이고, 발생된 폐기물은 재활용을 통해 폐기물 처리비용을 줄이는 동시에 환경오염을 방지할 필요가 있다. 또한, 산업 활동 과정에서 배출되는 철강슬래그의 재활용용도 및 방법 확대방안 마련이 필요하다. 본 연구에서는 철강 산업에서 배출되는 제강슬래그를 이용하여 원소수은의 산화특성을 파악하였다. 국내 철강시설의 경우 수은의 제어효율은 50%로 알려져 있다. 본 연구에서는 Air가스 및 합성가스 별 상온, 100℃, 200℃에서 온도별로 실험을 진행하였으며, 철강슬래그 시료 1mm, 2.36mm, 4.75mm에서 각각 철강슬래그의 온도 및 가스에 따른 가스상 원소수은의 산화반응을 파악하였다. 온도에 따른 원소수은 산화반응의 경우 상온에서 보다 100℃, 200℃ 구간에서 산화반응성이 약 2배 더 크게 나타났으며, 100℃~200℃ 구간에서는 산화반응에 대해 다소 편차가 있었다. 또한, Air 조건에서는 온도 및 시료의 입자와 관계없이 산화반응이 거의 일어나지 않았으며, 합성가스 조건의 경우 산화반응성이 크게 나타났다. 철강슬래그 시료 입도사이즈의 경우 입도사이즈가 작을수록 산화 반응성이 더 크게 나타났으며, 산화수은 비율은 각각 상온에서 48.3%, 43%, 41.3% 로 나타났으며, 100℃에서 86.2%, 82.1%, 78%, 200℃조건에서는 80%, 77.8%, 73.2%로 나타났다. 철강슬래그의 입도사이즈가 작을수록 산화반응성이 더 큰 것을 확인하였으며, 이는 비표면적이 클수록 산화반응이 더 많이 일어나는 것으로 사료 된다.

소각재 함유 유리고화체의 매질조성이 내구성에 미치는 영향에 관한 연구

김광종 연세대학교 대학원 2004 국내석사

유리고화체의 경우 다른 고화체에 비해 내마모성과 화학적 내구성이 우수한 장점이 있어 유해도가 높은 유해폐기물과 방사성폐기물을 대상으로 적용가능한 기술이며, 특히 방사성폐기물의 안전한 관리와 처분을 위해 내침출성이 강한 고화매질의 개발에 관한 연구가 국내에서 활발히 진행중에 있다. 또한, 플라즈마 용융, 아크 용융 등의 다양한 고온 용융기술을 도입하여 방사성폐기물을 안전하게 처리하려는 시도가 실험실 규모 및 실증용 규모에서 공정운전에 관한 연구를 포함하여 여러 연구기관에서 진행중에 있다. 용융시설에서 공정운전의 결과 생성되는 고온용융물인 유리고화체는 보다 안전한 관리를 거쳐 최종처분 된다. 처분장에서 노출될 수 있는 우수, 지하수, 누수 등에 의해 유리고화체가 물과 접촉될 경우 고화체에서 잡아주고 있는 방사성 핵종, 유해 중금속 등이 환경으로 빠져나올 수가 있다. 비결정질의 높은 내구성을 가지는 유리고화체는 미세경도, 압축강도, 밀도 등의 물리·기계적 특성이 우수한 것으로 알려져 있으며 유리고화 매질의 주를 이루는 Si가 고화체의 침출기전을 결정하는데 고화매질의 침출은 용해에 의한 침출이 지배적으로, 고화체 전체가 물에 잠기는 경우가 발생한다고 해도 수백년 이상의 장기 안정성을 가지고 있다. 본 연구에서는 모의 방사성폐기물을 모사한 소각재를 대상으로 기본유리 매질 및 모의 소각재를 일정한 비율로 변화시키면서 혼합하여 유리고화체를 제조하였으며, 또한 이를 산소-원자가 모델에 적용함으로서 간단한 구조적 모델로 수치화하고, 이에 대한 물리 화학적 고화체의 내구성을 검토함으로서 구조적 모델을 통해 유리고화체의 구조적 안정성 범위를 모색하고, 가장 안정적인 유리고화체의 구조적 모델을 규명함으로서 고화체의 제조 목적상 가장 중요한 목적인 유해성분을 안정적이고 장기적으로 포획할 수 있는 구조적 모델을 제안하는데 있다. 이러한 구조적 모델은 유리고화체의 성분별 침출특성의 에측과 종합적인 고화체의 내구성을 예측하는데 도움을 줄 수 있다. 고화체의 대표적인 물리특성과 기계적인 특성의 검토 그리고 침출기간에 따른 표면에서 성분들의 침출특성을 살펴보기 위해 단기간인 7일, 28일동안 각각 PCT침출실험 및 ISO 침출시험을 수행하였고, 또한 프랑스의 FT-02-031 시험법에 통해 동일 조성 고화체의 내후영향 특성을 비교하였다. 소각재 Ash Loading을 달리하여 제조한 고화체의 VOM값에 따른 유리고화체의 물리, 화학적 내구성 평가를 수행한 이상의 연구를 통하여 고온 유리고화체의 유리매질 조성에 따른 물리,화학적 내구성을 평가하였다. Ash Loading에 따른 다양한 조성의 고화체를 VO Modeling을 통하여 간단한 수치로 나타낼 수 있으며, 이를 통해 성분별 침출경향을 평가하고 제한적이지만 매질변화에 따른 각 성분의 침출특성을 예측하는데 유용하게 사용되어질 수 있으며, 고화매질의 조성에 따른 침출 경향성을 예측할 수 있었다. VOM 값이 감소하면서 고화체의 밀도는 증가하는 경향을 보였고, 미세경도는 미국의 PNL 76-68 유리의 미세경도 6.2GPa과 유사하게 측정되어 유리고화체의 제조상 건전성을 확인 할 수 있었다. 유리매질조성에 따른 소각재 함량에 의한 미세경도의 변화는 크지 않았다. ISO침출실험결과 주요 유리매질은 특정 VOM값 -0.78 ∼ -0.82의 범위에서 가장 안정적인 누적침출분율을 가지며, VOM값 -0.81을 기점으로 누적침출분율은 비교적 급한 기울기를 가지며 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 PCT Data를 이용한 유리매질의 침출경향성분석으로부터 경향특성을 확인하고자 시도하였다. 유리고화체의 열 및 온도특성 평가결과 매질조성에 따른 내후저항성의 변화는 확인 할 수 없었다. Vitrification technology which ensures higher volume reduction and better stability of vitrified waste forms has been recently recommended in many countries for safe disposal of low and intermediate level radioactive wastes. For safer disposal and treatment of the low and intermediate level radioactive wastes, they had been solidified using cement, asphalt, plastics conventionally. However recently some streams of low and intermediate level radioactive wastes have been treated by combustion. And ash could be melted, or waste itself could be used gasificetion and melting technology with resulting in the product of glassified product. Therefore the safety of new waste forms such as vitrified slag or glass must be evaluated. Several domestic institutions have studied for the application of vitrification technology to treat low and intermediate level radioactive wastes in the country. In this study, the stability of vitrified waste forms produced by vitrification plants be analyzed from the assessment of physical and mechanical properties and chemical durability with VO Modeling. The results from a fundamental study on leaching mechanisms and behavior of heavy metals leached from vitrified radioactive waste forms and hazardous waste forms are applicable to predict long-term leaching behavior. The results also affect to the development of materials for stabilization/solidification and the stability assessment of them.