반도 국가인 우리나라는 삼면에 넓은 해안과 수많은 섬들이 분포해 있어, 어업 및 수산·양식업 등이 매우 발달해 있고, 해수욕, 섬 관광, 해양레저·스포츠 활동도 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 이로 인하여 연안 및 도서지역에서 발생하는 막대한 양의 폐기물은 심각한 사회적 및 환경적 문제를 야기하며 특히, 해안폐기물은 수거 및 운송에 있어서 인적, 시간적, 경제적 비용이 많이 소요되기 때문에 이에 대한 대책방안 마련과 폐기물의 경제적이고 친환경적인 처리·처분을 위한 노력이 필요한 상태이다.
해안폐기물은 친환경적 처리·처분 및 에너지자원화의 측면에서 고형연료화는 유용한 방안 중 하나이며, 에너지자원으로써의 충분한 잠재력을 가지고 있는 것으로 평가되어 왔다. 그러나 해안폐기물을 이용한 고형연료의 생산과 함께 활용성 및 안전성 등을 동시에 고려해야하며, 이를 위해서는 펠렛 연소에 따른 배기가스 등에 대한 환경성 평가가 필수적으로 이루어져야하지만 이에 대한 연구는 아직까지 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 펠렛난로를 이용하여 해안폐기물을 기반으로 다양한 혼합성형조건에서 생산된 고형연료의 연소실험을 수행하고, 이에 따른 대기오염물질의 배출특성과 실내공기질을 평가하였다.
본 연구에서 우리나라 전국 지자체 중 해양폐기물의 발생량이 가장 많은 전라남도 신안군 임자도를 대상으로 하여 해안지역에서 발생하는 대표적인 폐어구류의 성상으로 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 나일론(Nylon) 재질의 그물류, 폐밧줄류, 목재류, 부표 등을 대상 시료로 선정하였고 채취된 시료는 절단 및 파쇄하여 혼합조건(중량비)별로 총 5종류(S1∼S5)를 압출 성형하여 대기환경평가를 위한 연소실험을 수행하였다.
해안폐기물의 고형연료 연소에 따른 대기배출 오염물질은 일산화탄소(CO), 아황산가스(SO2), 이산화질소(NO2), 염화수소(HCl), 이산화탄소(CO2), 일산화질소(NO), 질소산화물(NOX), 먼지(TSP)를 대상으로 하였다. 고형연료의 연소시 실내 공기질의 변화를 확인하고자 실내공기질 유지기준 물질 중 PM10과 이산화탄소(CO2)를 측정하였고 환경성 평가를 위하여 펠렛난로를 이용하여 각 성형조건에 따라 생산된 펠렛의 연소실험을 수행하였으며, 이를 통하여 대기오염물질의 배출특성을 평가하였다. CO는 평균 395 ppm으로 배출허용기준의 약 2배 수준으로 나타났으며, 연소 시에 클링커 생성으로 인한 공기공급의 장애 및 불완전 연소를 최소화하기 위한 방안모색의 필요성이 제시되었다. SO2, NO2, HCl은 각각 대기오염물질 배출허용기준의 약 10%(평균 3.96 ppm), 약 25%(평균 19.93 ppm), 약 4%(평균 0.84 ppm) 수준으로 나타났으며, 전반적으로 해당물질의 배출허용기준을 만족하는 것으로 평가되었다. TSP는 평균 43.68 ㎎/㎥으로 배출허용기준의 약 1.5배 수준으로 평가되었으며, 입자상 물질의 대기배출량을 저감시키기 위한 집진설비의 필요성이 제시되었다. CO2는 평균 0.99%으로 나타났으며, NO 및 NOX의 경우 평균 농도는 18.12 ppm 및 38.22 ppm 으로 나타났다. 또한, 펠렛 연소시 실내공기질의 평가를 위하여 PM10을 측정하였고, 그 결과 평균 0.88 ㎍/㎥으로 실내공기질 유지기준 농도인 150 ㎍/㎥과 비교해 매우 낮은 수준(약 0.6%)으로 평가되었다. 실내공기질 중 CO2의 평균 농도는 482.6 ppm으로 실내공기질 유지기준 농도인 1,000 ppm보다 낮은 수준(약 48%)으로 검출되었다.
본 연구에서는 해안폐기물의 고형연료 연소에 따른 배기가스 등의 환경성 평가를 중점적으로 다루었으며, 향후 본 연구의 연속선상에서 연소조건 및 연소장치에 따른 연소특성평가, 연소 잔재물의 오염특성분석, 그리고 해안폐기물의 고형연료제품에 대한 품질평가 등에 관한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 사료된다.

As a peninsula country, South Korea has a large coastal area and a number of islands distributed on the three sides. Accordingly, the country has highly developed fishery, aquaculture, and artificial aquaculture industries, and activities such as sea bathing, island sightseeing, and marine leisure and sports are actively operated. However, this generates enormous amounts of wastes in the coastal and island areas, causing serious social and environmental problems. Since coastal waste, in particular, requires a lot of human resources, time, and costs for collection and transportation, it is necessary to develop countermeasures and take efforts to treat and dispose of waste in economical and environmentally friendly ways.
In terms of environmentally friendly treatment, disposal, and energy recycling of coastal waste, solid refuse-derived fuel is one of the most useful methods and revealed to have sufficient potential as energy resources. However, it is necessary to consider both utilization and safety at the same time along with the production of solid fuel using coastal waste, and it is essential to conduct environmental assessment for exhaust gas caused by pellet combustion for this. However, insufficient studies have been carried out on this. Therefore, this study performed combustion tests of solid fuel that was produced under various mixed molding conditions based on coastal waste using a pellet stove and evaluated the emission characteristics of air pollutants and indoor air quality.
For the research, Imjado, Shinan-gun, Jeollanam-do that produced the most coastal waste among the local governments in Korea was selected as the research target, and waste fishing nets made of polyethylene (PE) and nylon, waste ropes, waste wood, waste buoys, etc. were used as raw samples as representative features of waste fishing gear in coastal regions. The collected raw samples were cut, crushed, and extrusion molded into a total of 5 kinds of pellets by combination condition (weight ratio) to perform combustion tests for assessment of environmental air quality. Air pollutants emitted from combustion of the solid fuel from coastal waste included carbon monoxide (CO), sulfur dioxide (SO2), nitrogen dioxide (NO2), hydrogen chloride (HCl), carbon dioxide (CO2), nitrogen monoxide (NO), nitrogen oxides (NOX), and dust (TSP). In order to investigate changes in the indoor air quality during combustion of the solid fuel, PM10 and carbon dioxide (CO2) were measured among the criteria substances for indoor air quality maintenance, and a pellet stove was used to perform combustion tests for pellets produced according to each molding condition for environmental assessment through which the emission characteristics of air pollutants were evaluated.
As a result, the average amount of CO was 395 ppm, which is about twice the emission limit, and this suggests that it is necessary to explore measures to minimize the obstacle to aeration and incomplete combustion due to formation of clinkers during combustion. The emission amounts of SO2, NO2, and HCl were about 10% (average 3.96 ppm), about 25% (average 19.93 ppm), and about 4% (average 0.84 ppm) of the allowable air pollutant levels, respectively, and they were generally within the allowable limits. The average TSP was 43.68 ㎎/㎥, which was estimated to be about 1.5 times the emission limit, and this suggests that it is required to install dust collectors to reduce particulate matter emissions. The average amount of CO2 was 0.983%, while the average concentrations of NO and NOX were 18.12 ppm and 38.22 ppm, respectively. In order to evaluate the indoor air quality during combustion of pellets, PM10 was measured; as a result, the average amount of PM10 was 0.88 ㎍/㎥, which is much lower than the indoor air quality maintenance standard of 150 ㎍/㎥ (about 0.6%). The average concentration of CO2 in the indoor air was 482.6 ppm, which is lower than the indoor air quality maintenance standard of 1,000 ppm (about 48.26%).
This research focused on the environmental assessment of emissions released by combustion of solid fuel from coastal waste, and it is considered that further research will be necessary to evaluate the combustion characteristics according to the combustion condition and devices, analyze the pollution characteristics of combustion residues, and assess the quality of solid fuel products from costal waste.