나노폐기물의 안전처리를 위한 관리전략 수립 연구

Title
나노폐기물의 안전처리를 위한 관리전략 수립 연구
Authors
조지혜
Co-Author
오세천; 이소라; 이정은
Issue Date
2016-04-30
Publisher
한국환경정책·평가연구원
Series/Report No.
정책보고서 : 2016-02
Page
134 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/20385
Language
한국어
Keywords
나노폐기물, 안전처리, 소각시설, 물질흐름분석, 연구 로드맵, 관리전략, Nanowastes, Safe Treatment, Mass-flow Analysis, Research Roadmap, Management Strategies
Abstract
With the rapid development of nanotechnology, the use of nanomaterials has increased sharply in various industrial, medical and environmental sectors. A considerable amount of nanomaterials have been discharged in the form of nanowastes in manufacturing plants or laboratories, or after being used by consumers. Concerns over the safety risks of these nanomaterials or nanoproducts to human health have also been continuously raised. In Korea, the world's third largest producer of nano-goods, there are little data about how nanowastes are exposed to the environment and discharged. In case nanowastes are recycled, nanoparticles containing dust are discharged in the crushing process and released, having negative effects on workers’ health and the environment. In the incineration process, materials coated onto nanoproducts are converted to toxic substances such as dioxin and are likely to be released into the atmosphere. In addition, sludges and ashes generated during wastewater treatment and incineration, respectively, which contain large amounts of nanomaterials end up in landfills and are discharged back into the environment in the form of leachate as secondary nanowastes. In this study, we examined the behavior of nanomaterials based on the mass flow analysis (MFA) applied from the major sources of nanowastes to the final landfill by way of waste treatment facilities. By analyzing the available domestic and international papers and official data, we derived implications and analyzed the management system and issues by estimating the flows of well-known nanomaterials (n-TiO2, n-ZnO, n-Ag, CNT) with focus on waste treatment facilities and especially on incineration process (scenario I~III). According to scenario III which reflects the domestic waste treatment rates, about 48 tons of n-TiO2 and 178 tons of n-ZnO would be landfilled per year after incineration. In case of n-Ag, a relatively small amount is produced, among which 7 tons would be processed in incinerators. While around 1 ton of carbon nanotubes are incinerated, around 99% are estimated to be removed after combustion. In conclusion, other nanomaterials except CNT would not be removed in the incineration process and end up in landfill sites, leading to predictions that a small amount of nanomaterials or less than 0.04% would be emitted into the atmosphere. Based on the results, we suggest research roadmaps (consisted of 3 focus areas and 11 initiatives) and management strategies for the safe disposal of nanowastes that are divided into the categories of monitoring of nanomaterials in each waste treatment step, development of basic nanowaste technologies, and risk assessment of nanowastes.


나노기술의 발전으로 의료기기, 전기·전자제품, 세라믹 및 촉매, 화장품, 배터리 등 다양한 산업, 의학 및 환경분야에서 나노물질(ENMs, Engineered nanomaterials)의 사용이 급격히 증가하고 있다. OECD 및 유럽위원회에 따르면, 2009년 2천억 유로에서 2015년 2조 유로 수준으로 나노제품 시장이 성장한 것으로 보고되고 있다. 하지만 이에 상응하여 나노물질이 인체 건강과 환경에 미치는 잠재 위험성에 대한 논란 또한 지속적으로 제기되고 있다. OECD(2015)에서는 일부 나노물질이 환경에 노출될 경우 항박테리아성으로 인해 생태계에 악영향을 줄 뿐만 아니라 폐암 및 신경독성 등을 유발할 가능성을 제기한 바 있으며 실제 국내외적으로 나노물질을 취급하는 사업장에서 다양한 질환들이 발생한 사례가 보고되고 있다. 이러한 상당량의 나노물질은 제조사업장이나 실험실에서 폐기되거나 일반 소비자들이 나노제품을 사용한 후 결국 나노물질이 함유된 폐기물, 즉 나노폐기물(WCNMs, Waste Containing Nanomaterials)의 형태로 배출되고 있으나, 현재 별도의 관리 없이 기존 일반폐기물과 함께 처리되고 있는 실정이다. 그간 제품 생산 및 사용과정에서 나노물질이 지니는 위해성 평가 및 환경규제방안이 검토된 바 있으나, 나노물질이 포함된 제품의 “폐기 이후 단계”의 흐름에 대한 국내 정책 연구는 거의 수행된 바 없으며 관리방안 또한 부재한 실정이다. 2015년 OECD 자원생산성 및 폐기물작업반 회의(WPRPW, Working Party on Resource Productivity and Waste)에서는 주요 폐기물 처리시설을 대상으로 나노폐기물의 거동에 관한 내용을 주요 이슈로 다룬 바 있다. 이들 보고에 따르면, 나노폐기물은 주로 소각시설 또는 하폐수 처리시설로 집결되나 기존 설비는 나노물질을 완벽하게 제거할 수 없어 소각재, 슬러지, 침전물 등의 2차 나노폐기물로 배출되어 이들이 최종 매립될 경우 환경적으로 부정적인 영향을 발생시킬 수 있음을 지적하며 이에 대한 심층연구의 필요성을 제기한 바 있다. 한국은 미국, 독일 다음으로 세계 3위의 나노소비재 생산국으로서 135종의 나노소비재가 판매되어 폐기되고 있는 만큼 나노폐기물로 인한 환경노출이 상당히 우려된다 할 수 있다. 또한 ??제2차 범부처 나노안전관리종합계획?? 수립을 위한 연구가 진행되고 있으며 이를 통해 본격적인 제도화가 논의되고 있으나 상대적으로 ‘폐기 이후 단계’에 대한 정책 연구는 미흡한 상황이다. 나노폐기물 관리가 국제사회의 주요 이슈로 부상하고 국내에서도 나노폐기물 안전관리에 대한 제도적인 검토 및 정책 수립 필요성이 강조되는 상황에서 이에 대한 조속한 대응이 필요하다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 나노폐기물의 주요 배출원 및 노출경로를 조사하고, 특히 주요 폐기물 처리시설 중 소각시설에서의 처리실태 및 나노물질 검출량 분석 등을 바탕으로 향후 나노폐기물 안전처리를 위한 연구로드맵 및 관리전략을 마련하였다. 국내 유통량 및 선행연구 적용사례, 해당 물질의 유해 특성에 기반하여 n-TiO2, n-ZnO, n-Ag, CNT를 물질흐름 추정을 위한 대상물질로 우선 선정하였으며, 국내 나노물질 사용량을 바탕으로 소각시설로의 유입 및 배출 시나리오(I, II, III)를 통해 물질흐름을 추정하였다. 이 중, 국내 폐기물 처리비율을 반영한 시나리오 III에 따르면, n-TiO2의 경우 연간 약 48톤이, n-ZnO는 178톤이 소각시설로 유입된 후 대부분 매립되며(65%), n-Ag는 상대적으로 소량 생산되어 7톤 정도 소각시설로 유입될 것으로 추정되었다. 한편, CNT는 1톤 정도 소각되나 대부분 연소되어 제거될 것으로 분석되었다. 결과적으로 CNT를 제외한 나머지 나노물질은 소각과정에서 제거되지 않아 대부분 매립으로 이동할 것이며 대기로 배출되는 양은 0.04% 이내의 소량인 것으로 예측되었다. 또한 생활 및 사업장 폐기물 소각재를 대상으로 나노물질 검출량을 분석하고 해외 시설사례와의 비교·분석을 통하여 나노폐기물 적정 처리 가능성을 분석하였다. 그 결과, SEM-EDS를 통해 소각시설의 비산재 및 바닥재 내 Ti, Zn, Si 등의 원소가 분석되었으며, ICP-OES를 통해 SiO2 > ZnO > TiO2 순으로 높은 농도로 검출되었으나 Ag의 경우 4~18mg/kg으로 매우 미량이거나 검출되지 않았다. 폐기물 소각시설의 경우 주요 집진장치의 특징과 처리효율 등을 비교하였을 때 나노입자 제거를 위한 입자상 물질 제거 기술로는 여과 집진기와 전기 집진기가 활용될 수 있을 것이며, 해당 집진기를 주로 사용하고 있는 대형 폐기물 소각시설의 경우 원심력 및 세정집진기를 사용하는 중소형 소각로 대비 집진효율이 상대적으로 더 높을 것으로 판단된다. 앞서의 흐름 파악 및 현장조사를 바탕으로 향후 나노폐기물 안전처리를 위한 추진과제 및 관리전략을 도출하였다. 우선, 추진과제로는 총 3개 중점 분야별 11개 세부과제 - ① 폐기물 처리단계별 나노물질 모니터링: ‘나노폐기물 배출원 및 유통량 조사’, ‘폐기물 처리공정에서의 나노물질 흐름분석’, ‘나노폐기물의 환경모니터링 기법 개발 및 조사’, ‘폐기물 처리공정에서의 나노물질 처리효율 조사’, ② 나노폐기물 기초기술 개발: ‘폐기물 내 나노물질별 물리화학적 특성 연구’, ‘폐기물 시료 내 나노물질 분석 기법 개발’, ‘나노폐기물 처리를 위한 최적가용기술(BAT) 개발’, ‘폐기물 내 나노물질 회수 및 재활용 기술 개발’, ③ 나노폐기물 위해성 평가: ‘나노폐기물의 노출평가 기법 개발’, ‘나노폐기물의 독성평가 기법 개발’, ‘나노폐기물의 환경 및 인체위해성 평가 기법 개발’ -를 제안하고자 한다. 또한 현 상황에서의 나노폐기물 관리전략으로는 사전예방원칙에 따라 나노물질/나노제품 제조 사업장(다량 단종 배출원) 내 나노폐기물의 배출 정보 관리가 우선적으로 필요하다. 발생량이 많거나 유해한 속성을 지녔다고 알려진 나노물질에 초점을 맞춰 우선순위가 높은 나노폐기물에 대해서는 발생량 및 나노물질의 종류, 함량, 용도, 처리(폐기) 방법 등 정보를 사전에 등록하도록 할 필요가 있다. 이와 더불어 폐기물 처리공정에서의 집중 관리 대상 폐기물(잔여물)의 안전처리가 요구된다. 소각 및 하폐수 처리를 통해 상당량의 나노물질이 슬러지, 비산재, 바닥재 등으로 이동하는 것으로 분석되므로 이들 잔재물에 남은 나노물질로 인한 2차 오염 또한 고려되어야 할 것이다. 가령, 하수슬러지를 재활용하는 경우 이에 포함된 나노물질이 토양에서 변형되거나 식물과 박테리아와 상호 작용하는 등 위험가능성도 고려해야 할 것이다. 또한 집중적으로 나노물질이 비산될 가능성이 높은 폐기물 처리시설의 경우 작업장 근로자를 위한 최소한의 안전 가이드라인 마련 및 보건 관리 기술지원이 필요하다. 마지막으로, 나노폐기물 관련 OECD 및 부처 간 협업 체계를 구축할 필요가 있다. 나노폐기물 위해성 평가기법 개발 및 유해성 검증의 경우 국내에서만 국한하지 않고 국제 협업을 통해 보다 효율적으로 수행하는 것도 검토할 수 있다. 국내의 경우에도 원활한 정보 교류를 위해 부처 간 협업체계를 강화해야 하며, 폐기물 부문, 화학물질 부문과 수처리 부문(슬러지류의 경우) 간 통합적 협력 및 정책 개발을 통해 나노폐기물을 보다 안전하게 관리할 수 있는 시스템이 마련되어야 할 것이다.

Table Of Contents

제1장 서 론
1. 연구의 목적
2. 연구의 배경 및 필요성
3. 연구 목표 및 범위

제2장 나노폐기물의 정의 및 범위
1. 나노물질의 정의
2. 나노폐기물의 정의
3. 전 세계 나노물질 유통 현황
4. 나노폐기물 대상 범위
5. 나노폐기물의 환경위해성 평가에 관한 연구

제3장 해외 나노폐기물 관리 및 규제동향
1. OECD
2. EU
3. 프랑스
가. 개요
나. 등록 대상 물질
다. 나노물질 생애주기에 대한 연구
4. 미국
5. 일본
가. 제정 배경
나. 관리 주체별 대책

제4장 나노폐기물 처리현황 및 문제점 분석
1. 나노폐기물의 주요 배출원 및 노출경로
가. 나노폐기물의 주요 배출원(소각시설로 들어오는 유입원)
나. 나노폐기물의 노출경로
2. 폐기 이후 단계 흐름 파악을 통한 문제점 분석
가. 소각시설로의 유입 및 배출 등 나노물질 흐름 추정
나. 소각재 내 나노물질 분석결과
3. 해외 시설사례와의 비교분석을 통한 나노폐기물의 적정 처리 가능성 분석
가. 나노물질을 함유한 폐기물의 소각시설 개요
나. 입자상 오염물질의 제어기술 현황
다. 입자상 오염물질 처리공정의 나노입자 제거 가능성 검토

제5장 나노폐기물 안전처리를 위한 관리전략
1. 나노폐기물 안전처리를 위한 추진과제 도출
가. 폐기물 처리단계별 나노물질 모니터링
나. 나노폐기물 기초기술 개발
다. 나노폐기물 위해성 평가
2. 현 상황에서의 나노폐기물 안전처리를 위한 관리전략 제안

제6장 종합 및 제언

참고문헌

부록
부록 Ⅰ. 소각재 시료 사진
부록 Ⅱ. 설문조사 결과

Abstract

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