[논문]폐기물 소각시설 단위방지장치 다이옥신류 처리효율 특성분석

동종인; 서성석; 윤종수

문제 정의

최근 들어 SDRBF의 조합이 선호되고 있는 추세이며 보통 이 시스템을 하나의 시스템으로 간주하기도 한다. 또한 다이옥신을 비롯한 미량 독성물질의 보다 안정적인 처리를 위해 소석회와 함께 활성탄을 분사하여 활성탄 흡착에 의한 제거 효과를 본 사례가 많다.3.
본 연구에서는 기존에 적용되었던 생활폐기물 소각시설들의 저감 시스템과 현재 적용되고 있는 사업장폐기물 소각시설들의 저감 시스템에 대하여 다이옥신 저감 효율성을 평가, 분석하여 보았다.
이 수치는 우리나라와 비슷한 여건인 일본 및 유럽국가들의 처리율을 고려했을 때 많이 부족한 실정이다. 소각시설의 개선은 주로 운전의 개선과 방지시설의 개선 및 추가설치 위주로 진행되고 있는데 여기서는 방지시설에 대해서 중점적으로 분석하여 보고자 한다. 특히, 대형소각시설을 위주로 생활계폐기물과 사업장폐기물을 구분하여 알아보기로 하겠다.
EP 통과 후 다이옥신 농도가 오히려 증가한 것은 EP 전단 온도가 약 350℃ 정도로 다이옥신의 재합성이 용이한 온도 조건이었기 때문이라 사료된다. 앞에서 살펴본 생활폐기물 소각시설에서도 이러한 경향을 보인 사례가 있었으며, 이를 개선하기 위하여 EP 운전온도의 저온화와 EP 전단에 활성탄을 분사하여 효과를 본 사례가 있다."'D
소각시설의 개선은 주로 운전의 개선과 방지시설의 개선 및 추가설치 위주로 진행되고 있는데 여기서는 방지시설에 대해서 중점적으로 분석하여 보고자 한다. 특히, 대형소각시설을 위주로 생활계폐기물과 사업장폐기물을 구분하여 알아보기로 하겠다. 먼저 많은 개선이 진행되었던 생활계폐기물의 현황 및 개선사항들을 점검하면 이후 사업장폐기물 소각시설의 나아갈 방향을 찾을 수 있을 것으로 생각된다.

제안 방법

2004년 현재 운영중인 시간당 소각용량 2톤 이상인 대형사업장폐기물 소각시설 중 소각로형식, 소각대상폐기물 및 냉각방식에 따라 20개 시설을 선정하여 각 방지시설별 다이옥신류의 제거효율 및 배출특성을 분석하였다.

대상 데이터

이에 생활폐기물은 1996~1997년, 사업장폐기물은 2003~2004년을 기준으로 소각시설 및 방지시설의 현황을 파악하는 것이 합리적일 것으로 사료된다. 생활폐기물 소각시설의 방지시설 현황 및 효율은 1999년 국립환경연구원에서 발표한 자료를 위주로 살펴보았고 사업장폐기물 소각시설에 대해서는 2003 ~2004년에 본 연구진이 실측한 자료를 위주로 정리하였다.
조사대상시설은 소각로 형식별로 구분하여 스토커식 소각로 10개, 로타리킬른식 소각로 4개, 스토커 . 로타리킬른 혼합형 1개, 유동상식 소각로 4개, 회전로상식 소각로 1개 시설이었다.

성능/효과

또한, 매립률은 지속적으로 감소하는 추세를 보이고 있으나, 소각률은 큰 변화를 보이지 않고 있다.1) 사업장폐기물의 경우, 2011년까지 감량목표율 8%, 재활용률 80%로 계획하고 있으며, 처리해야 할 사업장페기물 중 소각이 가능한 것은 가급적 소각처리 후 매립을 원칙으로 하여 소각률을 점차 높이려는 계획을 하고 있다.2,5)
6%)로 나타났다. D 소각시설 1개소에 대하여 SCR 의 운전온도를 315℃에서 240℃로 변화시켜 측정한 결과 온도가 낮아질수록 다이옥신류의 제거효율은 36.8%에서 96.5%로 증가하는 것으로 나타났다. 이에 따라 SCR에 의한 다이옥신류의 효율적인 제거를 위해서는 다이옥신이 합성되기 쉬운 300~320℃에서 운전되는 환원촉매보다는 210~260℃에서 운전되는 산화촉매가 효율적인 것으로 판된되나, 아황산가스에 의한 촉매독을 고려하여 운전온도를 결정하는 것이 타당할 것으로 보인다.
그 결과, 과거에 주로 설치되었던 전기집진기 및 습식세정시설들보다 활성탄 및 반응제 투입, 여과집진기에 의한 집진 시스템이 다이옥신 제거측면에서 월등한 성능을 나타내고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
그리고 산성가스 제거용 시설에서는 WS가 SDR보다 다이옥신 제거효율이 높게 나왔다. 그러나 SDR이 BF와 조합할 경우(SDRRBF)는 훨씬 높은 제거효율 뿐만 아니라 안정적인 효능을 보였다(방지시설 중 유일하게 제거효율이 전부 양(+)의 영역임). SCR의 경우는 비교적 높은 제거효율을 보였지만 실험대상이 1개로 향후 실험대상 수를 늘려 객관성을 확보해야 할 필요가 있다.
7%)로 나타났다. 세정수에 활성탄을 혼합사용하지 않는 경우는 전부 습식세정탑 후단에서 농도가 증가하는 것으로 나타났고, 세정수에 활성탄을 혼합 사용하는 경우는 -44.3%에서 82.5%까지 활성탄의 사용농도가 증가할수록 제거효율이 향상되는 것으로 조사되었다. 한편 세정수를 순환하여 사용할 경우에는 다이옥신이 중가하였는데 이는 기억효과(memory effect)에 의한 것으로 사료된다.
9%)로 나타났으며 J시설의 경우 전기집진기 유입온도를 200℃ 이하로 낮추고 전단에 활성탄을 분무하여 최고 95%까지 향상시켰으나 H 소각시설과 I 소각시설에서는 오히려 전기집진기 후단에서 농도가 증가하였다. 위의 결과를 토대로 판단해 보았을 때 전기집진기에서는 운전온도의 저온화와 활성탄 분무의 적용으로 효율 향상을 유도할 수 있을 것으로 판단된다.
5%)로 조사대상 방지시설 중에서 가장 높은 제거효율을 나타내고 있다. 위의 결과를 토대로 판단해 보았을 때 폐기물 소각시스템에서는 활성탄의 분무가 필요하며 소석회와의 혼합 또는 분리 분무에 따른 효과의 차이는 보이지 않고 있음을 알 수 있다.
이 시스템의 다이옥신 제거효율은 Table 4와 같이 97.7%~ 98.9%(평균 98.5%)로 조사대상 방지시설 중에서 가장 높은 제거효율을 나타내고 있다. 위의 결과를 토대로 판단해 보았을 때 폐기물 소각시스템에서는 활성탄의 분무가 필요하며 소석회와의 혼합 또는 분리 분무에 따른 효과의 차이는 보이지 않고 있음을 알 수 있다.
5%로 증가하는 것으로 나타났다. 이에 따라 SCR에 의한 다이옥신류의 효율적인 제거를 위해서는 다이옥신이 합성되기 쉬운 300~320℃에서 운전되는 환원촉매보다는 210~260℃에서 운전되는 산화촉매가 효율적인 것으로 판된되나, 아황산가스에 의한 촉매독을 고려하여 운전온도를 결정하는 것이 타당할 것으로 보인다.
전기집진기의 다이옥신 제거효율은 Table 3과 같이 -113.3- 95.4%(평균 47.9%)로 나타났으며 J시설의 경우 전기집진기 유입온도를 200℃ 이하로 낮추고 전단에 활성탄을 분무하여 최고 95%까지 향상시켰으나 H 소각시설과 I 소각시설에서는 오히려 전기집진기 후단에서 농도가 증가하였다. 위의 결과를 토대로 판단해 보았을 때 전기집진기에서는 운전온도의 저온화와 활성탄 분무의 적용으로 효율 향상을 유도할 수 있을 것으로 판단된다.
조사결과 SDR/BF에 활성탄을 분무하는 시스템이 가장 안정적이면서 높은 효율을 보였다. 그다음이 SCR이지만 이것에서는 저온 운전이 요구된다.

후속연구

그러나 SDR이 BF와 조합할 경우(SDRRBF)는 훨씬 높은 제거효율 뿐만 아니라 안정적인 효능을 보였다(방지시설 중 유일하게 제거효율이 전부 양(+)의 영역임). SCR의 경우는 비교적 높은 제거효율을 보였지만 실험대상이 1개로 향후 실험대상 수를 늘려 객관성을 확보해야 할 필요가 있다. SCR의 경우는 생활폐기물소각시설에 비해 설치된 수가 적었다.
이 중 SNCR 과 SCRe 여러가지 요소들을 고려하여 둘 중 한 방지시설이 선정될 수 있을 것이다. 그러나 향후 소각시설에서 질소산화물의 규제가 강화됨에 따라 두 방지시설 모두를 설치하는 Hybrid System도 고려될 수 있을 것이다.
특히, 대형소각시설을 위주로 생활계폐기물과 사업장폐기물을 구분하여 알아보기로 하겠다. 먼저 많은 개선이 진행되었던 생활계폐기물의 현황 및 개선사항들을 점검하면 이후 사업장폐기물 소각시설의 나아갈 방향을 찾을 수 있을 것으로 생각된다. 앞에서 언급되었듯이 1996년 다이옥신 파동 이후 생활계폐기물 소각시설에 대해서는 많은 시설개선이 이루어졌지만 사업장폐기물 소각시설은 최근에서야 개선되기 시작하였다.
현재 여러가지 방지시설의 조합이 시도되고 있지만 대형 사업장폐기물 소각시설에서는 SDR/AC/BF 시스템이 효율성 뿐만 아니라 안정성면에서도 우수함이 확인되었다. 앞에서 살펴본 대형 생활계폐기물 소각시설에서도 확인되었듯이 향후 사업장폐기물 소각 시설의 신설 시에는 이 SDR/AC/BF 시스템 및 이를 응용한 시스템이 유리할 것으로 사료된다.
S-3 와 S-4시설의 경우는 다이옥신 제거효과가 있었으며 이는 CY전단에 소석회와 활성탄을 분사하였기 때문이라 사료된다. 이로 판단해 볼 때 CY에서의 다이옥신 제거효율은 그 전단에 소석회 또는 활성탄의 분사유무가 더욱 증요할 것으로 판단된다.

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