[표지] 1
제출문 2
최종보고서 3
요약문 4
목차 8
1. 연구개발과제의 개요 16
가. 연구개발 목표 16
나. 핵심 연구내용 17
1) 수환경 유출사고 종료 후 수생태계 퇴적토 잔류 유해화학물질 제거기술 개발 (총괄) 17
2) 사고 종료 후 잔류 유해화학물질 확산방지를 위한 피복/준설 기술 개발 (세부1) 18
3) 수환경 유출 유해화학물질 퇴적예측 및 제거현장 생태안전성 평가기술 개발 (세부2) 19
다. 총괄 과제 연구개발 목표 및 핵심 연구내용 21
1) 연구개발 목표 21
2) 핵심 연구내용 22
라. 연구개발 대상의 국내·외 현황 29
1) 국내 기술 수준 및 시장 현황 29
2) 국외 기술 수준 및 시장 현황 32
마. 기술개발의 차별성 34
1) 선행연구 내용 및 결과 34
2) 기존 기술의 차별성 및 혁신성 37
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 41
가. 1차년도 연구개발 목표 및 수행내용 41
1) 당해연도 개발 목표 41
2) 처리 대상 잔류 유해화학물질의 물리화학적 특성 조사 및 분류 41
3) 잔류 유해화학물질별 분석기법 확립 46
4) 유해화학물질 그룹별 실험실 규모 물리화학적 탈착 및 무해화 기술 개발 47
5) Test-bed 선정 및 특성화 64
6) 유해화학물질 현장제거장치 구상 74
나. 2차년도 연구개발 목표 및 수행내용 78
1) 당해연도 개발목표 78
2) 유해화학물질 현장제거공정 구성 연구 78
3) 잔류성 평가를 통한 대상 유해화학물질 선별 88
4) 실험실 규모 잔류 유해화학물질 제거기술 최적화 92
5) 현장적용을 위한 준 파일럿 규모 공정설계 116
6) 수환경 유출 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거 장치 설계 및 단위공정 제작 121
7) 현장실험을 위한 대상부지 기반구축 133
다. 3차년도 연구개발 목표 및 수행내용 134
1) 당해연도 개발 목표 134
2) 실험실 규모 현장 적용성 평가 135
3) 현장제거장치 제작완료 및 시운전 168
4) 수환경 유출 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거장치 현장적용성 검증 및 성능평가 179
5) 수환경 유출 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거장치 최적 운전조건 도출 200
6) 각 기술의 운영방안, 기술간 연계방안을 고려한 유해화학물질 통합관리 가이드라인 개발 201
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 202
가. 연구수행 결과 202
1) 정성적 연구개발성과 202
2) 정량적 연구개발성과 203
3) 세부 정량적 연구개발성과 208
4) 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 (해당 시 작성합니다) 217
나. 목표 달성 수준 218
4. 목표 미달 시 원인분석 218
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 219
가. 기술적 측면 219
나. 경제·사회적 측면 219
다. 환경적 측면 219
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 220
[부록 1] 유해화학물질 통합관리 가이드라인 : 화학사고 종료 후 수환경 퇴적토 잔류 유해화학물질 통합관리 가이드라인 221
1. 개요 225
2. 수환경 유출 유해화학물질 퇴적예측 절차 227
3. 잔류 유해화학물질 확산방지 피복/준설 절차 241
4. 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거 절차 266
5. 생태안정성 평가기술 절차 291
6. [제목없음] 291
[뒷표지] 302
표 1.1. 국내 연구개발 동향 30
표 1.2. 국내 화학사고 발생 및 대응 31
표 1.3. 국외 연구개발 동향 32
표 1.4. 타 부처 유사과제에 대한 본 과제의 차별성 38
표 1.5. 관련기술 국내 등록특허 및 한양대학교 보유특허 40
표 1.6. 관련기술 주요 국외 등록특허 40
표 2.1. 당해연도 개발 목표와 세부내용 41
표 2.2. 대상 유해화학물질의 물리화학적 특성 42
표 2.3. 대상 유해화학물질 선별 및 특성화 43
표 2.4. 처리대상 화학물질 선별 (안) 45
표 2.5. 대상 유해화학물질의 추출법 46
표 2.6. 대상 유해화학물질의 정성·정량 분석법 47
표 2.7. 각 오염물질의 오존/초음파 산화에 대한 Langmuir-Hinshelwood 모델링 50
표 2.8. 물질별 국내 화학물질 유통현황 (2014년 기준) 64
표 2.9. Test-bed 후보군 비교 66
표 2.10. 회야강 (서생교 부근)의 특징 67
표 2.11. 외황강과 청량천 합류지점 (답사지역 1)의 특징 67
표 2.12. 외황강과 청량천 합류지점 (답사지역 2)의 특징 68
표 2.13. 형산강 (연일대교와 철교 중간지점)의 특징 69
표 2.14. 자문위원 의견 70
표 2.15. 시료 채취 시 현장측정 항목 및 결과 72
표 2.16. 물 시료 분석항목 및 결과 73
표 2.17. 퇴적토 시료 분석항목 및 결과 73
표 2.18. 당해연도 개발 목표와 세부내용 78
표 2.19. 국내외 퇴적토 및 토양 처리 사례 79
표 2.20. 유해화학물질 현장제거장치 상세사양 83
표 2.21. 주요 산화제의 산화환원전위 85
표 2.22. 대상 물질별 물리·화학적 특성 87
표 2.23. 포항 형산강 퇴적토 시료 채취 지점별 유기물 함량 87
표 2.24. 잔류성 평가 대상물질의 물리·화학적 특성 89
표 2.25. 기술정책활용위원회를 통해 결정된 잔류성 검토 물질 90
표 2.26. 잔류성 평가 대상물질의 물리·화학적 특성과 결과 91
표 2.27. 국내·외 퇴적물질권고기준 (Sediment Quality Guidelines, SQGs) 92
표 2.28. 열에 의한 과황산 활성의 현장 적용을 위한 경제성 평가 98
표 2.29. 대상 유해화학물질 제거 시 발생하는 부산물 114
표 2.30. 파일럿 플랜트 설계인자 121
표 2.31. 무해화 공정 전단의 입경 분리 공정의 규격 및 사양 124
표 2.32. 1차 무해화 공정 후단의 슬러리 고액 분리 공정의 규격 및 사양 126
표 2.33. 2차 산화조와 혼화 응집조의 규격 및 사양 126
표 2.34. 슬러리 고액 분리 공정의 규격 및 사양 129
표 2.35. 최종 처리수 방류 공정의 규격 및 사양 130
표 2.36. 입경 분리 공정 제작 단가 131
표 2.37. 1차 무해화 공정 및 고액분리 공정 제작 단가 131
표 2.38. 2차 무해화 공정 및 슬러리 고액 분리 공정 제작 단가 131
표 2.39. 최종처리수 방류 공정 제작 단가 132
표 2.40. 전기, 배관 등 기타 공사 단가 132
표 2.41. 시제품 총 제작비용 132
표 2.42. 당해연도 개발 목표와 세부내용 134
표 2.43. GC-FID 분석조건 136
표 2.44. 대상 유해화학물질 별 20 L 규모의 반응기를 이용한 과황산 공정의 처리효율 148
표 2.45. GC/MS 분석조건 150
표 2.46. 각 유해화학물질 별 GC-FID 조건 153
표 2.47. 용해된 오염물질을 사용한 경우의 처리효율 166
표 2.48. 퇴적토 존재 시 조건별 유해화학물질 처리효율 167
표 2.49. 시제품 장치 상세 사양 169
표 2.50. 페놀 (300 mg/kg) 처리를 위한 산화조 내 시약 주입량 181
표 2.51. 비스페놀A (300 mg/kg) 처리를 위한 산화조 내 시약 주입량 181
표 2.52. 톨루엔 (300 mg/kg) 처리를 위한 산화조 내 시약 주입량 181
표 2.53. 형산강 퇴적토 입경 분포 182
표 2.54. 파일럿 플랜트 설계인자 189
표 2.55. 현장제거장치를 통한 유해화학물질 처리효율 분석결과 190
표 2.56. 현장제거장치를 통한 시료의 독성평가 결과 (EH R&C) 192
표 2.57. 현장제거장치를 통한 시료의 독성평가 결과 (외부독성평가기관) 194
표 2.58. 투입설비 제작 단가표 196
표 2.59. 산화반응설비 제작 단가표 196
표 2.60. 혼화응집설비 제작 단가표 196
표 2.61. 방류설비 제작 단가표 197
표 2.62. 탈수설비 제작 단가표 197
표 2.63. 약품주입설비 제작 단가표 197
표 2.64. 기타 공사 단가표 198
표 2.65. 총 제작비용 단가표 198
표 2.66. 대상유해화학물질 1 종에 대한 현장제거장치 운전 시 경제성 평가 199
표 2.67. 현장제거장치를 통한 대상 유해화학물질 제거 최적 운전조건 도출 200
표 3.1. SCI 학술지 성과 204
표 3.2. 논문성과 우수성 (mrnIF) 결과 205
표 3.1. SCI 학술지 성과 206
그림 1.1. 연구개발 모식도 및 개발대상 요소기술 16
그림 1.2. 사고종료 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질의 제거기술 개발 및 통합 관리체계 구축 17
그림 1.3. 유해화학물질 확산 방지를 위한 준설·피복기술 개발 18
그림 1.4. 수환경 유출 유해화학물질의 퇴적예측 기술 개발 19
그림 1.5. 생태독성 기반 환경안전성 평가 기술 20
그림 1.6. 사고 종료 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거 기술 개발 21
그림 1.7. 수환경 유출 잔류 유해화학물질의 통합 관리 체계 22
그림 1.8. Cavitation에 의한 고온, 고압 발생 과정 23
그림 1.9. 초음파/오존을 이용한 퇴적토 탈착/산화 동시처리 공정 모식도 24
그림 1.10. 과황산을 이용한 고도세척/고도산화 복합공정 25
그림 1.11. 탈착 및 펜톤반응을 이용한 오염 준설퇴적토의 처리공정 모식도 26
그림 1.12. 현장 처리장치 운영 27
그림 1.13. 잔류 유해화학물질 제거기술 운영지침 28
그림 1.14. 퇴적토 처리기술의 국내외 특허 현황 39
그림 2.1. 유해화학물질의 물리화학적 특성과 수계거동에 따른 분류 42
그림 2.2. 독성 자료의 처리 순서 (EC₅₀, LC₅₀) 44
그림 2.3. 초음파 진동자 위치에 따른 (a) 용액의 온도변화와 (b) 용존 오존의 농도 변화 47
그림 2.4. pH와 초기온도에 따른 (a), (c) 외부진동자 초음파/오존(bath) 페놀 산화실험... 48
그림 2.5. 부산물 파악을 위한 (a) 페놀 완전 분해 후 TOC 측정 결과와 (b) 반응 10 분 후... 49
그림 2.6. 오존/초음파 산화 메타크레졸 분해 실험결과 49
그림 2.7. 오존/초음파 산화 톨루엔 분해 실험결과 50
그림 2.8. 온도조절을 한 주파수에 따른 페놀 분해율 변화 (a) 주파수 28 kHz 조건에서의 페놀... 51
그림 2.9. 온도조절을 하지 않은 주파수에 따른 페놀 분해율 변화 (a) 주파수 28 kHz... 52
그림 2.10. 과황산과 2가 철을 이용한 액상 페놀 분해 실험 52
그림 2.11. 과황산과 2가 철을 이용한 액상 비스페놀 A 분해 실험결과 53
그림 2.12. 과황산과 온도조절을 통한 비스페놀 A 산화실험 결과 53
그림 2.13. 동일한 온도에서 과황산의 농도에 의한 액상 페놀류 분해실험 결과 (a)... 54
그림 2.14. 동일한 온도, 과황산의 농도조건에서 염소의 결합위치의 영향에 의한 액상 페놀류... 55
그림 2.15. 과황산을 이용한 2,4,6-Trichlorophenol 산화실험 결과 55
그림 2.16. 형산강 모래를 이용한 페놀 흡착 Kinetic실험 결과 56
그림 2.17. 형산강 모래를 이용한 페놀 흡착 Isotherm실험 결과 56
그림 2.18. 과황산과 2가철을 이용한 슬러리상 페놀 분해 실험 결과 (a) 과황산/2가철의... 57
그림 2.19. 과황산과 퇴적토 내 2가 철을 이용한 슬러리상 비스페놀 A 분해 실험 결과 57
그림 2.20. 과산화수소와 철을 이용한 비스페놀 A 산화실험 결과 58
그림 2.21. 과산화수소와 철을 이용한 비스페놀 A 산화실험 결과 58
그림 2.22. 과산화수소와 철을 이용한 니트로벤젠 산화실험 결과 59
그림 2.23. 산화철을 이용한 비스페놀 A 산화실험 결과 60
그림 2.24. 산화철을 이용한 비스페놀 A 산화실험 결과 60
그림 2.25. 퇴적토을 이용한 비스페놀 A 산화실험 결과 61
그림 2.26. 과산화수소, 철과 clay를 이용한 니트로벤젠 산화실험 결과 61
그림 2.27. 과산화수소, 철과 sand를 이용한 니트로벤젠 산화실험 결과 62
그림 2.28. 과산화수소, 철을 이용한 니트로벤젠 산화실험 처리속도 도출 62
그림 2.29. 과산화수소, 철과 clay를 이용한 니트로벤젠 산화실험 처리속도 도출 63
그림 2.30. 과산화수소, 철과 sand를 이용한 니트로벤젠 산화실험 처리속도 도출 63
그림 2.31. 국내 화학사고 사례 65
그림 2.32. 포항 형산강 퇴적토 시료 채취 지점... 72
그림 2.33. 포항 형산강 퇴적토 시료 채취 사진 72
그림 2.34. 사고 종료 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거 기술 개발 초안 74
그림 2.35. 오염된 퇴적토 처리계통도 75
그림 2.36. 유동층 원리를 응용한 반응장치 76
그림 2.37. 이동식 장치 77
그림 2.38. 준설토 입도분류 및 탈수 공정 81
그림 2.39. METHA plant 공정 흐름도 81
그림 2.40. 1차 년도, 2차 년도 포항 형산강 퇴적토 시료 채취 지점 87
그림 2.41. 오존 주입 방식에 따른 퇴적토 슬러리 내 톨루엔 제거율 변화 93
그림 2.42. 초음파 발생장치 전력에 따른 퇴적토 슬러리 내 톨루엔 제거율 변화 94
그림 2.43. 초기 pH에 따른 퇴적토 슬러리 내 톨루엔 제거율 변화 94
그림 2.44. 초음파 주파수에 따른 퇴적토 슬러리 내 톨루엔 제거율 변화 95
그림 2.45. 초기 pH에 따른 퇴적토 슬러리 내 메타크레졸 제거율 변화 96
그림 2.46. 초기 pH에 따른 퇴적토 슬러리 내 비스페놀A 제거율 변화 96
그림 2.47. 2가 철-킬레이터에 의한 페놀 제거 효율 (a) 액상, (b) 슬러리상 97
그림 2.48. 열에 의한 과황산 활성을 이용한 페놀 분해 실험 98
그림 2.49. 2가 철 주입속도에 따른 슬러리상 (a) 페놀, (b) 페놀 0차 분해속도상수, (c)... 99
그림 2.50. 2가 철 주입속도에 따른 슬러리상 (a) 페놀, (b) 페놀 0차 분해속도상수 100
그림 2.51. 2가 철 주입농도에 따른 슬러리상 (a) 페놀, (b) 페놀 0차 분해속도상수, (c)... 101
그림 2.52. 2가 철 몰랄 주입속도에 따른 페놀 0차 분해속도상수 102
그림 2.53. pH에 따른 (a) 페놀 제거율 및 과황산 분해율, (b) TOC량, (c) pH 변화량 103
그림 2.54. 과황산과 액상의 2가 철 연속주입을 통한 슬러리상 비스페놀A 분해 실험 결과 (a) 액... 104
그림 2.55. 과황산과 고상의 2가 철 분할주입을 이용한 슬러리상 비스페놀A 분해 실험 결과 (a)... 105
그림 2.56. 용존상의 니트로벤젠 펜톤 산화분해 특성 105
그림 2.57. 니트로벤젠 펜톤 산화 반응의 염분에 의한 영향 106
그림 2.58. NAPL 상태의 니트로벤젠 펜톤 산화 처리 (좌: 전량 추출, 우: 상등액 추출) 107
그림 2.59. 퇴적토 존재 하의 니트로벤젠 펜톤 산화 처리 107
그림 2.60. 퇴적토 존재 하의 니트로벤젠 펜톤 산화분해 108
그림 2.61. 용존상의 비스페놀A 펜톤 산화 분해 109
그림 2.62. 용존상의 비스페놀A 펜톤 산화분해 110
그림 2.63. NAPL 상태의 비스페놀A 펜톤 산화 분해 (좌: 전량 추출, 우: 상등액 추출) 110
그림 2.64. 퇴적토 존재 하의 비스페놀A 펜톤 산화 처리 111
그림 2.65. 퇴적토 존재 하의 비스페놀A 펜톤 산화분해 112
그림 2.66. 비스페놀A의 탈착법에 따른 퇴적토 탈착률 113
그림 2.67. 형산강 퇴적토 채취 시 균질화 113
그림 2.68. (a) 슬러리상 2가 철 몰랄 주입속도에 따른 TOC량. 노란색 막대와 파란색 막대의... 115
그림 2.69. 과황산과 고상의 2가 철 분할주입을 이용한 슬러리상 비스페놀A 분해 실험 TOC 116
그림 2.70. 준 파일럿 규모 회분식 반응기를 이용한 퇴적토 존재하의 니트로벤젠과 비스페놀A 펜톤산화처리 117
그림 2.71. 과황산을 이용한 회분식 실험을 위한 준 파일럿 규모 반응기 설계 119
그림 2.72. 펜톤 반응을 이용한 무해화 실험을 위한 회분식 반응기 모식도 120
그림 2.73. 펜톤반응을 이용한 무해화 실험을 위한 회분식 반응기 120
그림 2.74. 슬러리상 시료를 교반하는 장치 122
그림 2.75. 수환경 유출 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거장치 계통도 123
그림 2.76. 경사판 침전조 단면도 127
그림 2.77. Media Filter 단면도 128
그림 2.78. Media Filter 단면도 130
그림 2.79. 공정별 비용 산정에 따른 경제성 평가와 예시 133
그림 2.80. 세부1-포항시 업무상호양해각서 (MOU) 133
그림 2.81. 2가 철 연속주입에 의한 과황산 활성을 이용한 대상 유해화학물질 분해 실험 137
그림 2.82. 토양 존재 유무에 따른 (a) 액상 반응조 내 비스페놀A, (b) 액상 반응조 내... 138
그림 2.83. 과황산과 2가 철 주입 농도 비율에 따른 슬러리상 반응기 내 (a) 비스페놀A, (b) 과황산이온의 변화량 139
그림 2.84. 2가 철 몰 주입속도에 따른 슬러리상 반응기 내 (a) 비스페놀A, (b) 과황산이온의 변화량 140
그림 2.85. 2가 철 단일주입에 의해 활성화된 과황산을 이용한 톨루엔 분해 실험 141
그림 2.86. 용존유기물질 존재에 따른 (a) 페놀, (b) 과황산 농도 감소 효율 143
그림 2.87. 용존유기물질 농도에 따른 (a) 페놀 제거효율, (b) 페놀 제거 속도 상수 144
그림 2.88. 2D-synchronous fluorescence 분석을 통한 용존 유기물질 분류 146
그림 2.89. 용존유기물질 EEMs 분석 (a) PPFA, (b) SRFA, (c) 용존유기물질 추출물 147
그림 2.90. (a) 오존 나노기포/초음파 캐비테이션 공정 구성, (b) 개선된 초음파 반응조 149
그림 2.91. 오존 나노기포/초음파 캐비테이션 공정에서 (a) 톨루엔, (b) 비스페놀 A, (c) 페놀 분해 실험결과 151
그림 2.92. 잔류시간에 따른 퇴적토 존재 시 비스페놀 A 펜톤산화분해 154
그림 2.93. 잔류시간에 따른 퇴적토 존재 시 비스페놀 A 처리효율 155
그림 2.94. 잔류시간에 따른 퇴적토 존재 시 니트로벤젠 펜톤산화분해 155
그림 2.95. 잔류시간에 따른 퇴적토 존재 시 비스페놀 A 처리효율 156
그림 2.96. 퇴적토 존재 시 NAPL상태의 비스페놀 A 처리효율 157
그림 2.97. 퇴적토 존재 시 (a) 용해된 상태의 비스페놀A, (b) NAPL상태의 비스페놀 A 분해 실험결과 157
그림 2.98. 퇴적토 존재 시 NAPL상태의 니트로벤젠 처리효율 158
그림 2.99. 퇴적토 존재 시 (a) 용해된 상태의 니트로벤젠, (b) NAPL상태의 니트로벤젠 분해 실험 결과 158
그림 2.100. 현장 적용성 평가를 위한 Scale - up 반응기 테스트 159
그림 2.101. Scale-up 반응기를 이용한 퇴적토 내 용해상태의 비스페놀 A 펜톤산화분해 160
그림 2.102. Scale-up 반응기를 이용한 퇴적토 내 용해상태의 니트로벤젠 펜톤산화분해 160
그림 2.103. 대상물질 용해 상태 시 대상물질 펜톤산화 분해 161
그림 2.104. 퇴적토 존재 시 대상물질 펜톤산화 분해 161
그림 2.105. 용해된 상태의 페놀 펜톤 산화 처리 실험 결과 및 처리효율 162
그림 2.106. 퇴적토 존재 시 페놀 펜톤 산화 처리 실험 결과 및 처리효율 162
그림 2.107. 용해된 상태의 톨루엔 펜톤 산화 처리 실험 결과 및 처리효율 163
그림 2.108. 퇴적토 존재 시 톨루엔 펜톤 산화 처리 실험 결과 및 처리효율 163
그림 2.109. 퇴적토 존재 하 과산화수소 분할주입을 통한 톨루엔 펜톤 산화 처리실험 결과 및 처리효율 164
그림 2.110. 과황산과 펜톤을 이용한 복합 무해화공정 실험 방법 165
그림 2.111. 과황산과 펜톤을 이용한 복합 무해화공정 실험 결과 166
그림 2.112. 수환경 유출 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거장치 배치도 168
그림 2.113. 수환경 유출 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질 제거장치 계통도 168
그림 2.114. 현장제거 장치 설치 지점 및 배치 개요도 180
그림 2.115. 인공오염토 제조를 위한 퇴적토 선별 184
그림 2.116. 시약저장조와 주입 펌프 및 산화조 185
그림 2.117. 필터프레스 및 필터를 통한 최종처리 185
그림 2.118. 현장검증 후 최종처리수 처분 188
그림 2.119. 현장제거장치 철거 및 현장정리 188
그림 2.120. 현장제거장치 내 유량계를 통한 유량 측정 189
그림 2.121. 대상 유해화학물질 처리효율 국제공인기관 분석결과서 191
그림 2.122. 단각류를 이용한 (a) 페놀, (b) 비스페놀 A, (c) 톨루엔의 퇴적토 내 독성시험... 193
그림 2.123. 단각류를 이용한 (a) 페놀 (b) 비스페놀 A의 퇴적토 내 독성시험 결과와... 194
그림 2.124. 대상 유해화학물질 무해화 효율 외부독성평가기관 결과 195
그림 3.1. 지식재산권 우수성 (SMART 분석) 요약 보고서 204
그림 3.2. 특허 출원 번호 통지서 206
그림 3.3. 계획하지 않은 성과에 대한 증빙자료 (저작권 등록증) 217