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문제 정의
- 그러나 소각처리의 경우 플라스틱 자체가 고발열량의 물질이기 때문에 소각설비의 수명을 짧게하여 경제적 부담을 가중할 수 있고 소각시 발생되는 배출가스 (HC1, HCN, NOx, 다이옥신, VOCs 등) 및 분진에 의한 대기환경 오염이 심각한 사회문제화 되고 있다(이재효 등, 2004; 석광설 등, 2004; 동종인, 2001). 이에, 본 연구에서는 폐플라스틱류로 많이 발생되는 7가지 종류의 플라스틱을 600℃ 정도의 온도에서 소각할 시 발생되는 휘발성 유기화합물의 배출성분 및 성분들의 농도분석을 통해 소각처리에 따른 오염물 배출감소에 대한 기초자료를 확보하고자 하였다.
가설 설정
- , 1990). 그래서 가능하면 균일한 복합시료를 만들어 골고루 혼합한 후 그 종류의 플라스틱을 대표한다고 가정하여본 소각 실험을 진행하였다. PETE는 생수병과 사진필름을 혼합하였고, HDPE로는 우유병과 비닐장갑을 혼합하였고, PVC로는 파이프와 고무호스를 혼합하였고, LDPE로는 형광등 보호비닐과 크린랩을 혼합하였고, PP로는 병마개, 청소도구와 바구니를 혼합하였고, PS로는 스티로폼, 컵라면용기 및 과자 포장지를 혼합하였고, Other로는 케찹 및 겨자병, 기타 종류가 확인이 안 된 플라스틱류를 혼합하여 실험에 사용하였다.
제안 방법
- 그래서 가능하면 균일한 복합시료를 만들어 골고루 혼합한 후 그 종류의 플라스틱을 대표한다고 가정하여본 소각 실험을 진행하였다. PETE는 생수병과 사진필름을 혼합하였고, HDPE로는 우유병과 비닐장갑을 혼합하였고, PVC로는 파이프와 고무호스를 혼합하였고, LDPE로는 형광등 보호비닐과 크린랩을 혼합하였고, PP로는 병마개, 청소도구와 바구니를 혼합하였고, PS로는 스티로폼, 컵라면용기 및 과자 포장지를 혼합하였고, Other로는 케찹 및 겨자병, 기타 종류가 확인이 안 된 플라스틱류를 혼합하여 실험에 사용하였다.
- 1 cm)로 가위로 잘라서 원추사분법에 의하여 골고루 혼합한 다음 각 플라스틱의 종류에 해당되는균질 시료를 제조하였다. 이러한 균질 대표 시료들을 각각 10 g씩 취하여 도가니 (Cruci비e) 안에 담은 다음 전기로(HY-8000S) 안에 넣고 소각실(16cmx 10.5 cm X 31.5 cm) 중앙에 도가니를 수평으로 위치시켰다. 다음 압축공기 봄베로부터 압축공기 (약 21%의 산소)를 60mL/min의 유량으로 전기로에 공급하면서 전기로의 온도를 올리기 시작하였다.
- 다음 압축공기 봄베로부터 압축공기 (약 21%의 산소)를 60mL/min의 유량으로 전기로에 공급하면서 전기로의 온도를 올리기 시작하였다. 전기로에 온도를 올리는 순간부터 전기로의 출구에 특수하게 제작한 배출구를 통하여 승온과정에서 발생하는 배출가스(휘발성 유기화합물 : Volatile Organic Compounds, VOCs)를 개 인공기 시료펌프(Personal air sampling pump)를 이용하여 60mL/min의 유량으로 Tedlar bag에 포집하였다. 이때 전기로의 소각실 출구에서 비산되는 입자상 물질을 제거하여 효과적인 VOCs 시료 포집이 가능하도록 필터를 설치하였다.
- 전기로에 온도를 올리는 순간부터 전기로의 출구에 특수하게 제작한 배출구를 통하여 승온과정에서 발생하는 배출가스(휘발성 유기화합물 : Volatile Organic Compounds, VOCs)를 개 인공기 시료펌프(Personal air sampling pump)를 이용하여 60mL/min의 유량으로 Tedlar bag에 포집하였다. 이때 전기로의 소각실 출구에서 비산되는 입자상 물질을 제거하여 효과적인 VOCs 시료 포집이 가능하도록 필터를 설치하였다. 입자상물질이 필터에 의하여 여과된 후 배출가스 시료는 저온으로 냉각된 염기성 용액 (O.
- 이때 전기로의 소각실 출구에서 비산되는 입자상 물질을 제거하여 효과적인 VOCs 시료 포집이 가능하도록 필터를 설치하였다. 입자상물질이 필터에 의하여 여과된 후 배출가스 시료는 저온으로 냉각된 염기성 용액 (O.INNaOH 용액 250 mL) 이 든 Impinger를 2개 설치하여 시료 소각시 생성되는 산성가스를 포집하여 시료채취용 펌프의 부식방지와 공기시료 봉지에서의 VOCs의 포집이 용이하게 하였다(그림 1). 이들 Impinger는 또한 소각실에서 배출되는 뜨거운 배기가스의 온도를 감소시켜 VOCs 포집백에 포집된 공기의 고온에 의한 유출 가능성을 감소시키는 역할도 할 수 있게 된다.
- 이들 Impinger는 또한 소각실에서 배출되는 뜨거운 배기가스의 온도를 감소시켜 VOCs 포집백에 포집된 공기의 고온에 의한 유출 가능성을 감소시키는 역할도 할 수 있게 된다. Impinger에 든 용액은 실험의 전후에 일어나는 pH 변화는 pH 미터로 분석하였다. 전기로에 일정한 속도로 압축공기를 계속적으로 공급하면서 전기로를 작동시킬 경우, 평균 95분 후에는 전기로의 온도가 25℃ 정도의 상온에서 600℃까지 승온하게 된다.
- 전기로내의 온도가 600℃에서 안정화되면 그 온도에서 60분 동안 유지 (압축공기에 의한 소각 및 고온 열분해)시킨다. 전기로의 소각실 온도를 상온에서 600℃로의 승온하는전과정과 600℃에서 일정시간동안 유지시키는 전 과정 (약 155분 동안)에서 그때 발생되는 VOCs 시료를 Tedlar bag에 계속적으로 포집하였다. 이러한 일련의 시료 포집 과정과 관련 장치에 대한 개략적 내용을 그림 1에 나타내었다.
- 이러한 일련의 시료 포집 과정과 관련 장치에 대한 개략적 내용을 그림 1에 나타내었다. 포집된 VOCs 시료는 저온 농축 장치를 통과시 킨 후, 가스분리관 (Column : 50 m X 0.2 mm x 0.5 um)에 He가스 (0.7 mL/min, 1.5 kgf/cnF)를운반가스로 한 가스크로마토그래피 (GC-MSD : HP 5971AMS)를 이용하여 발생된 VOCs 성분확인과 그 성분들에 대한 정량적 농도를 분석하였다. 소각실험이 완료된 뒤 상온으로 전기로의 온도를 낮춘 후 소각 잔재를 모아서 항온항습된 황산데시게이터에 방치한 다음 Gravimetric 방법으로 소각재의 함량을 분석하였다.
- 5 kgf/cnF)를운반가스로 한 가스크로마토그래피 (GC-MSD : HP 5971AMS)를 이용하여 발생된 VOCs 성분확인과 그 성분들에 대한 정량적 농도를 분석하였다. 소각실험이 완료된 뒤 상온으로 전기로의 온도를 낮춘 후 소각 잔재를 모아서 항온항습된 황산데시게이터에 방치한 다음 Gravimetric 방법으로 소각재의 함량을 분석하였다. 소각실험과 휘발성유기화합물의 포집은 폐플라스틱의 종류별로 2회 이상 반복하여 실시하였고, 본 소각실험 과정에서 얻어지는 각종 성분분석과 함량분석도 2회 이상 반복하여 실시되었다、이러한 일련의 시료제조과정, 승온 및 소각과정, 그리고 분석과정을 3번 이상 반복하여 VOCs의 정성 및 정량분석을 수행하였다.
- 소각실험이 완료된 뒤 상온으로 전기로의 온도를 낮춘 후 소각 잔재를 모아서 항온항습된 황산데시게이터에 방치한 다음 Gravimetric 방법으로 소각재의 함량을 분석하였다. 소각실험과 휘발성유기화합물의 포집은 폐플라스틱의 종류별로 2회 이상 반복하여 실시하였고, 본 소각실험 과정에서 얻어지는 각종 성분분석과 함량분석도 2회 이상 반복하여 실시되었다、이러한 일련의 시료제조과정, 승온 및 소각과정, 그리고 분석과정을 3번 이상 반복하여 VOCs의 정성 및 정량분석을 수행하였다. 매 실험때 마다 발생되는 VOCs의 성분농도는 5~7% 정도의 편차 범위내에서 양호한재현성을 나타내었다.
- 매 실험때 마다 발생되는 VOCs의 성분농도는 5~7% 정도의 편차 범위내에서 양호한재현성을 나타내었다. 사용된 시료의 비중은 항온항습이 유지된 실험실에서 일정량의 건조 플라스틱의 무게를 잰 다음 이를 비중병 (Pycnometer)에 넣어서 측정 플라스틱시료에 의하여 늘어나는 증류수의 부피를 측정하여 시료의 밀도를 계산하였다.
- 이때 배출되는 휘발성 유기화합물은 압축공기의 산소성분에 의한 폐플라스틱의 산화분해 및 고온에서의 열분해 과정에서 발생된 것이다. 표 2에는 또한 소각실험과정에서 얻어진 휘발성 유기화합물의 화학적 구조에 따라 알데하이드(aldehydes)나 퓨란(furans)과 같이 산소에 의한 산화된 화합물 (oxidized compounds), 뷰텐 (butenes)이나 헥센 (hexenes)과 같은 지방족 알켄 화합물(aliphatic alkenes), 펜테인(pentanes)이나 헥세인 (hexanes)과 같은 지방족 알케 인 화합물 (aliphatic alkanes), 벤젠 (benzene)이나 톨루엔 (toluene)과 같은 방향족화합물 (aromatics), 그리고 클루 루-:平-름 (chloroform) 이나 디크로로메테인 (dichloromethane)과 같은 염소계 화합물 등으로 구분하였다. 그래서 폐플라스틱의 화학적 구조특성과 분류된 휘발성 유기화합물의 구조적 특성을 연관지어 분석하였다.
- 표 2에는 또한 소각실험과정에서 얻어진 휘발성 유기화합물의 화학적 구조에 따라 알데하이드(aldehydes)나 퓨란(furans)과 같이 산소에 의한 산화된 화합물 (oxidized compounds), 뷰텐 (butenes)이나 헥센 (hexenes)과 같은 지방족 알켄 화합물(aliphatic alkenes), 펜테인(pentanes)이나 헥세인 (hexanes)과 같은 지방족 알케 인 화합물 (aliphatic alkanes), 벤젠 (benzene)이나 톨루엔 (toluene)과 같은 방향족화합물 (aromatics), 그리고 클루 루-:平-름 (chloroform) 이나 디크로로메테인 (dichloromethane)과 같은 염소계 화합물 등으로 구분하였다. 그래서 폐플라스틱의 화학적 구조특성과 분류된 휘발성 유기화합물의 구조적 특성을 연관지어 분석하였다.
- 5 wt%로 구성되어 있었다. 이들 폐플라스틱의 상대적 발생량과 그림 2에 나타낸 각각의 폐플라스틱을 소형 전기로에서 600℃까지의 승온을통한 소각실험과정에서 발생되는 휘발성 유기화합물의 배출인자(emission factors)에 기초하여 1톤의 플라스틱을 본 연구에서와 같은 소형소각시설의 소각과정에서 배출되는 휘발성 유기화합물의 총량을 평가(estimate) 하였다. 표 3과 그림 6에서도 나타내었듯이, 1-헥센, 1-펜텐, 2-뷰텐, 1, 3-펜타디엔, 그리고 2-펜텐과 같은.
- 본 연구는 압축공기 공급하에서 폐플라스틱 (PETE, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS, Other)을 소형전기로에서 상온에서부터 90~95분간에 걸쳐 600℃ 까지 승온하였고 600℃를 60분간 유지하면서 소각시킬 때 발생하는 소각잔재 함량, 휘발성 유기화합물의 성분 및 농도특성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 분류된 플라스틱류 시료를 일정한 크기 (0.2cmx2 cm X 0.1 cm)로 가위로 잘라서 원추사분법에 의하여 골고루 혼합한 다음 각 플라스틱의 종류에 해당되는균질 시료를 제조하였다. 이러한 균질 대표 시료들을 각각 10 g씩 취하여 도가니 (Cruci비e) 안에 담은 다음 전기로(HY-8000S) 안에 넣고 소각실(16cmx 10.
대상 데이터
- 본 연구의 대상시료는 환경부의 재생/재활용 플라스틱 분류 (Code)에 따른 7가지 종류의 플라스틱류 [PETE (polyethylene telepthalate), 너DPE (high density polyethylene), PVC (polyvinyl chloride), LDPE (low density polyethylene), PP (polypropylene), PS (polystyrene), Other]을 대상으로 하되, 가능하면 우리의 생활 주변에서 흔히 많이 쓰면서 연소 가능한 플라스틱 제품을 위주로 각각 2 ~ 3개의 제품을 혼합하여 사용하였다(표 1 참조). 코드별로 분류된 각 플라스틱 제품에는 산화방지저], 가소제 및 색소제 등의 여러가지 첨가물질이 용도에 따라 다양하게 들어있을 수 있기 때문에, 같은 종류의 플라스틱 제품이라도 다른 연소 특성을 나타낼 수 있다.
- 이러한 소각잔재 함량의 차이는 본 연구에 사용된 고분자들의 화학적 구조의 차이보다는 그 분자들에 포함된 가소제나 이들의 사용 중에 첨가된 물질, 그리고 그들의 성상(구조)에 더 많이 영향을 받았을 가능성이 크다고 볼 수 있다. 즉, PP의 경우 HDPE나 LDPE에 비하여 소각재의 함량이 상대적으로 높은 것은 본 연구에 사용된 PP 시료는 병마개, 청소도구와 바구니 등을 혼합하여 사용하였다. 그래서 이들 PP 재료 속에는 그러한 제품의 용도에 맞는가 소제나 첨가물 또는 사용 중에 표면에 묻어있거나 고분자 구조 속으로 함침된 성분들로 인하여 소각효율에 영향을 주었을 가능성이 있는 것으로 해석된다.
성능/효과
- 소각실험과 휘발성유기화합물의 포집은 폐플라스틱의 종류별로 2회 이상 반복하여 실시하였고, 본 소각실험 과정에서 얻어지는 각종 성분분석과 함량분석도 2회 이상 반복하여 실시되었다、이러한 일련의 시료제조과정, 승온 및 소각과정, 그리고 분석과정을 3번 이상 반복하여 VOCs의 정성 및 정량분석을 수행하였다. 매 실험때 마다 발생되는 VOCs의 성분농도는 5~7% 정도의 편차 범위내에서 양호한재현성을 나타내었다. 사용된 시료의 비중은 항온항습이 유지된 실험실에서 일정량의 건조 플라스틱의 무게를 잰 다음 이를 비중병 (Pycnometer)에 넣어서 측정 플라스틱시료에 의하여 늘어나는 증류수의 부피를 측정하여 시료의 밀도를 계산하였다.
- 이는 소형소각로에서 소각되는 폐기물의 종류와 양, 그리고 소각율의 변화에 따라 소각온도의 변화가 민감하며, 실제 운영되는 소형소각로는 적절한 소각 온도보다 적여도 100T 이상 낮게 운전되고 있는 상황이었다. 본 연구에서 사용된 소형 전기로의 특성상 700-C 이상의 온도를 올리는데 시간이 너무 많이 소요되고, 이러한 높은 온도를 일정 기간 동안 유지하는 것도 현실적으로 어려웠다. 또 플라스틱류의 질소분위기하의 열분해 (Pyrolysis) 특성에서 대부분의 경우 500℃ 이하에서 거의 100% 가까이 다분해가 일어난다(장은석 등, 2004; Bhandare et al.
- 또한 본연구에서 사용된 소형 전기로 내에 사용되었던 소형도가니에 플라스틱의 많은 양을 담기가 현실적으로 어려웠다. 연구 조사된 플라스틱의 밀도는 밀도가 다른 일반 고체폐기물에 비하여 훨씬 낮으므로 무게에 비하여 부피의 과다로 많은 양(무게)의 플라스틱을 실험하기가 용이 하지 않았다. 이러한 여러 상황을 종합하여 볼때, 연구 조사된 플라스틱의 대부분이 600℃ 전에 산화분해되므로 600℃ 정도의 온도도 본연구의 목적을 달성하기에는 적합할 것으로 판단되었다.
- 연구 조사된 플라스틱의 밀도는 밀도가 다른 일반 고체폐기물에 비하여 훨씬 낮으므로 무게에 비하여 부피의 과다로 많은 양(무게)의 플라스틱을 실험하기가 용이 하지 않았다. 이러한 여러 상황을 종합하여 볼때, 연구 조사된 플라스틱의 대부분이 600℃ 전에 산화분해되므로 600℃ 정도의 온도도 본연구의 목적을 달성하기에는 적합할 것으로 판단되었다.
- 05 mol이나 될 정도로 상대적으로 큰 농도인데 비하여 플라스틱들의 연소과정에서 발생된 산이 염기성 용액에 흡수된 양은 상대적으로 매우 작은 양이었기 때문으로 판단된다. 즉, 10g의 플라스틱의 연소실험에서 Scrubbing 용액에서 검출된 Proton 이온농도 (H*) 비교에서 가장 낮은 농도인 LDPE의 경우 2.12X 10-l4mol 인데 비하여, 가장 높은 PVC의 경우 4.17X 10 l4mol 로 확인되었다. PVC의 경우 pH의 감소가 다른 플라스틱에 비하여 상대적으로 크게 나타났다.
- 그래서 검출된 PVC의 분해에 의한 H +가매우 적은 농도로 검출되었다고 볼 수 있다. 본 연구에서 PETE의 산화분해 및 열분해에서 검출된 염소 화합물의 총 농도는 PVC 의 경우보다 높지만, pH는 PVC의 경우가 높다(표 2 및 그림 3), 앞서 논■의된 바와 같이 디클로로메탄이나 클로로포름의 농도는 플라스틱 자체나 플라스틱의 사용 중에 남아있던 염소계 화합물의 열분해에서 얻어졌을 것으로 추정되지만, 본 연구의 결과에서 이들 화합물의 검출이 HC1 농도에 대한 비례적인 상승으로 보기가 어렵다. 따라서, 본 연구에서 검출된 염소계 유기화합물의 총 농도는 pH와의 직접적인 연관성은 크다고 볼 수 없다.
- 매립에 의한 폐플라스틱 처리는 매립장의 공간을 폐기물의 무게에 비하여 너무 많이 차지하는 게 가장 큰 단점 중에 하나였는데, 폐플라스틱의 소각 처리는 이러한 고민을 해결하는 방법이 될 수도 있을 것이다. 연구된 플라스틱의 연소에서 PVC는 다른 플라스틱과 달리 소각잔재의 함량이 7.49% 정도나 되었다. 소각잔재의 함량 측면에서 PVC는 PS보다는 7.
- 49% 정도나 되었다. 소각잔재의 함량 측면에서 PVC는 PS보다는 7.2배 정도 많았고 가연성이 좋은 플라스틱에 비하여 서는 수십 배 내지는 백배 이상으로 소각재의 함량이 높았다. 이는 본 연구에 사용된 PVC 시료의 두께가 다른 플라스틱에 비하여 다소 두껍고 또 PVC에 함유된 Chlorine에 의한 난연성 때문으로 판단된다.
- 따라서, PETE의 소각에서 배출되는 휘발성 유기화합물은 여름철의 고농도 오존형성에 상당히 기여할 가능성이 크다고 할 것이다. 또한 PETE 의 구조적인 측면에서는 전혀 형성될 가능성이 없는 발암성 물질인 디클로로메테인이 상당히 높은 농도로 검출되었다. 분자 구조 내 염소를 가진 PVC 의 소각에서보다 디클로로메테 인의 농도가 훨씬 높은 농도로 검출되었고, 반복된 소각실험에서도 비슷한 높은 농도로 검출되었다.
- 또한 PETE 의 구조적인 측면에서는 전혀 형성될 가능성이 없는 발암성 물질인 디클로로메테인이 상당히 높은 농도로 검출되었다. 분자 구조 내 염소를 가진 PVC 의 소각에서보다 디클로로메테 인의 농도가 훨씬 높은 농도로 검출되었고, 반복된 소각실험에서도 비슷한 높은 농도로 검출되었다. 이는 본 연구에 사용된 PETE의 일부 제조과정이나 또는 사진필름의 제조과정 또는 사용과정에서 염소계 화합물이 사용되었거나, PETE병의 라벨에서 염소계 화합물이 포함되었을 가능성을 암시한다.
- 분자 구조 내 염소를 가진 PVC 의 소각에서보다 디클로로메테 인의 농도가 훨씬 높은 농도로 검출되었고, 반복된 소각실험에서도 비슷한 높은 농도로 검출되었다. 이는 본 연구에 사용된 PETE의 일부 제조과정이나 또는 사진필름의 제조과정 또는 사용과정에서 염소계 화합물이 사용되었거나, PETE병의 라벨에서 염소계 화합물이 포함되었을 가능성을 암시한다.
- 8%나 될 정도 매우 높게 검출되었다 (그림 5b). 총 농도적 인 측면에서 PETE의 소각실험에서 검출된 지방족 알켄화합물의 농도의 10배가 훨씬 넘었다. PETE의 소각실험에서보다 벤젠의 농도는 1.
- 총 농도적 인 측면에서 PETE의 소각실험에서 검출된 지방족 알켄화합물의 농도의 10배가 훨씬 넘었다. PETE의 소각실험에서보다 벤젠의 농도는 1.2배 정도 높았지만, 톨루엔의 농도는 상대적으로 매우 낮게 검출되어 전체적으로 방향촉화합물의 총 농도는 18.1% 정도로 PETE의 경우에 비하여 상대적으로 다소 낮았다. HDPE의 소각실험에서 배출되는 휘발성 유기화합물에 의한 오존형성 잠재성의 수치적인 측면에서는 PETE와 비교해 볼 때 3.
- 3배 이상으로 높다고 볼 수도 있다. PETE의 경우 아세트알데히드의 농도가 높게 검출되었지만, HDPE의 경우 퓨란계 화합물의 농도가 높았다. 그러나 염소계 화합물은 검출되지 않았다.
- 또한 난연성 염소성분에 의한 불완전연소율이 높아서 소각재의 비율이 다른 폐플라스틱에 비하여 매우 크므로 발생된 휘발성 유기화합물이 소각재에 흡착되었을 가능성도 상대적으로 크기 때문으로도 생각할 수 있다. 검출된 휘발성 유기화합물의 화학적 구조별 분석에서는 벤젠과 같은 방향족 화합물의 농도가 64.1 %로 가장 높게 검출되 었고, 다음으로 지방족 알켄 화합물이었다(그림 5c). 그러나 이들의 전체 농도가 상대적으로 낮음으로 PVC 소각과정에서 발생된 휘발성 유기화합물에 의한 오존형성 잠재성은 상대적으로 낮다고 볼 수 있다.
- 에틸렌 구조를 가진 LDPE의 소각실험에서 배출되는 휘발성 유기화합물의 배출성분의 종류와 농도 특성은 거의 유사한 화학구조를 가진 HDPE의 소각실험 결과와 매우 유사였다(표 1). 고분자내 결정도가 HDPE보다는 낮은 LDPE의 소각실험에서는 전체적으로 배출되는 휘발성 유기화합물의 총량은 HDPE 의 약 79% 정도였다.
- 결과와 매우 유사였다(표 1). 고분자내 결정도가 HDPE보다는 낮은 LDPE의 소각실험에서는 전체적으로 배출되는 휘발성 유기화합물의 총량은 HDPE 의 약 79% 정도였다. 이는 LDPE와 HDPE의 같은 무게에 비례한 소각효율은 비슷하였지만, LDPE는 HDPE보다 결정도와 밀도가 다소 낮아서 소각에 이용될 수 있는 표면적이 더 커서 단위 부피에 대한 소각효율은 더 좋을 가능성이 있기 때문으로도 볼 수 있을 것이다(Hamid "以, 1990).
- 이는 LDPE와 HDPE의 같은 무게에 비례한 소각효율은 비슷하였지만, LDPE는 HDPE보다 결정도와 밀도가 다소 낮아서 소각에 이용될 수 있는 표면적이 더 커서 단위 부피에 대한 소각효율은 더 좋을 가능성이 있기 때문으로도 볼 수 있을 것이다(Hamid "以, 1990). 또 LDPE의 소각 실험에서는 HDPE의 경우보다 전체적으로 지방족 알켄 화합물의 배출비중은 상대적으로 적었지만, 방향족화합물의 배출비중은 상대적으로 높게 검출되었다 (그림 5b, 5d).
- 1). PP의 경우 특징적으로 지방족 알켄의 상대적 배출 비중은 HDPE와 유사하게 높게 나타났고, 벤젠과 같은 방향족화합물의 상대적 배출비중은 HDPE나 LDPE보다 훨씬 낮게 나타났다(그림 5e). 전체적인 휘발성 유기화합물의 배출농도는 HDPE의 70% 정도 및 LDPE의 89% 정도로 에칠렌 구조를 가진 고분자의 소각에서보다 다소 낮았다(박영권 등, 2003).
- 스틸렌 구조를 가지고 있는 PS의 소각실험에서 휘발성 유기화합물의 배출 총량은 HDPE의 93% 정도로 다른 플라스틱 시료보다는 높은 농도로 검출되었다(표 1). 특히, 발암성 물질인 벤젠의 발생농도는 본 연구에서 실험된 다른 모든 시료들의 약 3배에서 5배 정도로 높았다.
- 1). 특히, 발암성 물질인 벤젠의 발생농도는 본 연구에서 실험된 다른 모든 시료들의 약 3배에서 5배 정도로 높았다. 이는 PS 또는 스틸렌의 화학적 구조에서 다른 시료들과는 달리 벤젠링을 포함하고 있기 때문에 소각산화 또는 열분해 과정에서 벤젠링이 떨어져 나온 것으로 판단된다.
- 따라서, PS의 소각과정에서는 벤젠과 같은 발암성 휘발성 유기화합물의 배출방지에 다른 폐플라스틱의 소각에서보다 더 많은 노력을 기울여야 할 것이다. 벤젠의 경우와 유사한 이유로 에칠벤젠의 농도도 다른 시료들에 비하여 매우 높았으며, 배출되는 휘발성 유기화합물중 방향족 화합물이 73.1 %나 될 정도로 높게 검출되었다 (그림 5f). 반대로 HDPE, LDPE, 그리고 PP 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출비중이 65% 이상으로 가장 높았지만, PS 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출비중은 단지 21.
- 1 %나 될 정도로 높게 검출되었다 (그림 5f). 반대로 HDPE, LDPE, 그리고 PP 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출비중이 65% 이상으로 가장 높았지만, PS 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출비중은 단지 21.1% 정도에 불과하였다. 이도 역시 PS의 화학적 구조속에는 무게비로 볼 때 벤젠링이 전체적인 구조의 75% 이상이므로 지방족 알켄화합물의 발생 가능성이 상대적으로 매우 작기 때문으로 판단된다.
- 이 역시 PS나 PETE에서와 같이 사용된 시료 중에는 벤젠링을 포함하는 화학적 구조를 가진 물질이 상대적으로 많이 포함되어 있음을 암시한다. 이런 결과를 종합하여 볼 때, 소각되는 시료의 화학적 구조와 소각과정에서 검출되는 휘발성 유기화합물의 성분이나 화학적 구조 간에 밀접한 연관성이 있는 것으로 판단된다. 따라서, 소각되는 물질의 화학적 구조나 소각되는 폐기물에 포함된 화학적 성분과 관련된 정보를 활용하게 되면, 페기물의 소각효율 향상이나 소각장에서의 오염물의 배출방지에도 기여할 수 있을 것이다.
- 나타내었다. 폐플라스틱 중에는 PP가 27.1 wt%로가장 많은 비중을 차지하였고, 다음으로 HDPE가 25.7 wt%를 차지하였으며, LDPE와 PVC가 각각 17.6 wt% 및 14.5 wt%로 구성되어 있었다. 이들 폐플라스틱의 상대적 발생량과 그림 2에 나타낸 각각의 폐플라스틱을 소형 전기로에서 600℃까지의 승온을통한 소각실험과정에서 발생되는 휘발성 유기화합물의 배출인자(emission factors)에 기초하여 1톤의 플라스틱을 본 연구에서와 같은 소형소각시설의 소각과정에서 배출되는 휘발성 유기화합물의 총량을 평가(estimate) 하였다.
- 특히, 발암성 물질로 알려진 벤젠이 상당한 농도로 검출되는 결과로 볼 때, 플라스틱류 소각에서 발생된 휘발성 유기화합물 가스는 소각장 주변의 거주자나 작업자들에게 상당한 위해성을 가할 수도 있다. 또, 본 연구에서는 휘발성 유기화합물중 분자 내에 이중결합을 가지고 있으며 오존형성 잠재성이 매우 큰 지방족 알켄류와 방향족 화합물의 발생이 91 wt% 이상이나 되는 것으로 나타났다. 그래서 폐플라스틱을 소각처리 할 시 폐기물의 부피를 획기적으로 줄일 수 있으며 소각과정에서 생긴 열을 이용할 수 있다는 장점이 있는 반면, 대기 중의 고농도오존에 상대적으로 크게 기여할 수 있는 휘발성 유기화합물의 배출 비중이 큰 것은 소각처리의 단점이 될 수도 있음을 암시한다.
- 폐플라스틱의 구조 속에 에틸렌 구조를 가진 HDPE, LDPE, 그리고 PP 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출 비중이 적어도 65% 이상으로 가장 높았지만, 폐플라스틱의 구조속에 벤젠 링을 가진 PETE나 PS, 그리고 PVC 시료의 소각에서는 방향족 화합물의 발생 비중이 적어도 59% 이상으로 가장 높았다. 폐플라스틱의 생산량과 소형소각실험에서 얻어진 배출인 자를 고려한 휘발성 유기화합물의 총농도 분석에서 1-헥센, 1-펜텐, 2-뷰텐' 1, 3-펜타디엔, 그리고 2-펜텐과 같은 지방족 알켄화합물의 발생비중이 64.
- 폐플라스틱의 구조 속에 에틸렌 구조를 가진 HDPE, LDPE, 그리고 PP 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출 비중이 적어도 65% 이상으로 가장 높았지만, 폐플라스틱의 구조속에 벤젠 링을 가진 PETE나 PS, 그리고 PVC 시료의 소각에서는 방향족 화합물의 발생 비중이 적어도 59% 이상으로 가장 높았다. 폐플라스틱의 생산량과 소형소각실험에서 얻어진 배출인 자를 고려한 휘발성 유기화합물의 총농도 분석에서 1-헥센, 1-펜텐, 2-뷰텐' 1, 3-펜타디엔, 그리고 2-펜텐과 같은 지방족 알켄화합물의 발생비중이 64.2 wt% 정도로 가장 많았다. 다음으로, 벤젠, 에칠벤젠, 그리고 톨루엔과 같은 방향족 화합물이 26.
- 이러한 결과는 분자내에 이중결합을 가지고 있으며 고농도 오존형성 전구체로써 잠재성 이 큰 지방족 알켄류와 방향족 화합물의 배출비중이 91%나 됨을 나타낸다. 또한, 발암성 물질로 알려져 소각장 주변의 거주자나 작업자들에게 상당한 위해성을 가할 수도 있는 벤젠이 상당한 농도로 검출되었다.
- 에틸렌 구조를 가진 HDPE의 소각실험에서 얻어진 전체 휘발성 유기화합물의 총농도(산술적으로 더한 값)는 같은 양의 PETE 소각실험에서 얻어진 농도에 비하여 약 2.8배 이상으로 높게 검출되었다(표 1). PETE와는 달리 1-헥센이나 2-헥센, 1-펜텐이나 2-펜텐, 2-뷰텐 및 시클로펜텐과 같은 지방족 알켄 화합물의 농도가 74.
후속연구
- 방향족화합물이나 지방족알켄화합물은 공통적으로 분자내 이중결합을 가지고 있으며, 오존형성 잠재성 (Ozone Formation Potential)이 높은 것들이 많다. 따라서, PETE의 소각에서 배출되는 휘발성 유기화합물은 여름철의 고농도 오존형성에 상당히 기여할 가능성이 크다고 할 것이다. 또한 PETE 의 구조적인 측면에서는 전혀 형성될 가능성이 없는 발암성 물질인 디클로로메테인이 상당히 높은 농도로 검출되었다.
- 이는 PS 또는 스틸렌의 화학적 구조에서 다른 시료들과는 달리 벤젠링을 포함하고 있기 때문에 소각산화 또는 열분해 과정에서 벤젠링이 떨어져 나온 것으로 판단된다. 따라서, PS의 소각과정에서는 벤젠과 같은 발암성 휘발성 유기화합물의 배출방지에 다른 폐플라스틱의 소각에서보다 더 많은 노력을 기울여야 할 것이다. 벤젠의 경우와 유사한 이유로 에칠벤젠의 농도도 다른 시료들에 비하여 매우 높았으며, 배출되는 휘발성 유기화합물중 방향족 화합물이 73.
- 이런 결과를 종합하여 볼 때, 소각되는 시료의 화학적 구조와 소각과정에서 검출되는 휘발성 유기화합물의 성분이나 화학적 구조 간에 밀접한 연관성이 있는 것으로 판단된다. 따라서, 소각되는 물질의 화학적 구조나 소각되는 폐기물에 포함된 화학적 성분과 관련된 정보를 활용하게 되면, 페기물의 소각효율 향상이나 소각장에서의 오염물의 배출방지에도 기여할 수 있을 것이다.
- 폐플라스틱의 소각과정에서 PVC를 제외한 전 플라스틱의 소각재 함량은 1 wt% 이하로 나타났으므로 폐플라스틱의 소각처리는 폐기물의 부피를 획기적으로 줄여 매립장 공간절약에 기여할 것이다. 폐플라스틱의 구조 속에 에틸렌 구조를 가진 HDPE, LDPE, 그리고 PP 시료의 소각에서는 지방족 알켄의 상대적 배출 비중이 적어도 65% 이상으로 가장 높았지만, 폐플라스틱의 구조속에 벤젠 링을 가진 PETE나 PS, 그리고 PVC 시료의 소각에서는 방향족 화합물의 발생 비중이 적어도 59% 이상으로 가장 높았다.
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