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문제 정의
- 이에 환경정 책 적으로 이를 활용하기 위해서는 열분해 용융시설에서 발생되는 오염물질에 대한 기본적인 데이터 구축이 필요하며, 특히 생활폐기물 열분해용융공정에서 발생되는 다양한 종류의 유해화학물질에 대한 생성과 거동에 대한 체계적인 조사연구가 필요하다. 본 연구에서는 최근 많은 환경선진외국에서 커다란 관심과 집중적인 연구를 수행하고 있으나 국내에서는 체계적인 연구가 미흡한 생활폐기물 열분해-용융공정시설을 대상으로 다이옥신에 대한 분석과 분포 특성을 조사하였다.
제안 방법
- 합한 추출액 중 일부를 분취하여 헥산 100 mL 가 포함된 250 mL 분액깔때기에 첨가하고, 농축과 정제과정에서 손실평가 및 정 량분석을 위하여 13C12 2, 3, 7, 8-TCDD 등 15종의 내부표준물질을 첨가한 후, 액의 색이 맑아 질 때까지 황산을 첨가하여 황산처리를 한 다음, 두층 중 헥산 층은 다시 중성이 될 때까지 증류수로 세척하였다. 그리고 불순물을 제거하기 위하여 실리카겔 14 g이 충진된 컬럼에 150 mL 헥산을 천천히 전개한 다음, 염기성 알루미나 14g이 충진된 컬럼에 50% 디클로로메탄(Dichloromethane)으로 천천히 전개하고 농축하였다. 내부표준물질로 13C12 2, 3, 7, 8-TCDD 및 13C12 1, 2, 3, 7, 8, 9-HCDD를 주입 하여 분석용 시료로 하였다.
- 그리고 불순물을 제거하기 위하여 실리카겔 14 g이 충진된 컬럼에 150 mL 헥산을 천천히 전개한 다음, 염기성 알루미나 14g이 충진된 컬럼에 50% 디클로로메탄(Dichloromethane)으로 천천히 전개하고 농축하였다. 내부표준물질로 13C12 2, 3, 7, 8-TCDD 및 13C12 1, 2, 3, 7, 8, 9-HCDD를 주입 하여 분석용 시료로 하였다. 이때 HRGC/HRMS로 분석한 조건은 Table 2에 나타내었다.
- 2에 나타낸 것처럼 채취된 두 가지 시료 중 액체 시료는 톨루엔으로 액-액추출하고, 고체시료는 톨루엔으로 16시간동안 속실렛 추출을 실시하여 두 추출액을 합친다. 합한 추출액 중 일부를 분취하여 헥산 100 mL 가 포함된 250 mL 분액깔때기에 첨가하고, 농축과 정제과정에서 손실평가 및 정 량분석을 위하여 13C12 2, 3, 7, 8-TCDD 등 15종의 내부표준물질을 첨가한 후, 액의 색이 맑아 질 때까지 황산을 첨가하여 황산처리를 한 다음, 두층 중 헥산 층은 다시 중성이 될 때까지 증류수로 세척하였다. 그리고 불순물을 제거하기 위하여 실리카겔 14 g이 충진된 컬럼에 150 mL 헥산을 천천히 전개한 다음, 염기성 알루미나 14g이 충진된 컬럼에 50% 디클로로메탄(Dichloromethane)으로 천천히 전개하고 농축하였다.
대상 데이터
- 4.8ton/day과 3 ton/day 규모의 열분해-가스화-용융공정으로 제작한 2개 시설로서(Pilot Plant), A 시설은 폐기물 투입장치— 열분해로— 2차 연소실— 용융로 및 배가스 처리설비로 구성이 되어있고, B시설은 열분 * 해-가스화-용융로- 수* 분사냉각장치- 가스 처리 장치로 구성되어있다(fig. 1). A시설과 B시설에 투입되는 폐기물은 도시생활폐기물로서 각각 160 kg/hr과 125 kg/hr 로 주입된다.
- B시설은 1400℃ 온도에서 열분해/가스화/용융공정이 하나의 로에서 동시에 일어난 다음, 배가스는 수분사 냉각장치에서 냉각과정을 거친 후 가스처리시설로 배출되게 된다. 시료 채취는 A시설에서 2차연소로후단, 보일러후단, 굴뚝에서 실시하였으며, B시설은 열분해-가스화-용융로후단과 굴뚝에서 실시하였다(3g. 1).
이론/모형
- 배출가스중의 다이옥신 시료채취는 대기오염 공정시험법의 다이옥신 및 퓨란류의 분석방법에 따라서 실시하였다 M
성능/효과
- 1. A시설과 B시설에서 PCDDs/PCDFs의 최종 배출농도는 각각 0.16, 0.05 ng I-TEQ/m3 이 었으며, 본 시설들이 중형(Pilot Plant)임을 감안 할 때, 보다 대형으로 상업화 될 경우 최종배출농도는 더욱 저감될 수 있을 것으로 보인다.
- 특히 고온영역인 열분해-가스화-용융로 후단에서 PCDDs가 40%> 차지하고 있어, PCDFs와유사한 분포를 나타내고 있었다. 2, 3, 4, 7, 8-PeCDF 의 분포는 열분해-가스화-용융로 후단과 굴뚝에서 각각 30%, 40%를 나타내어, A시설과 마찬가지로 공정의 후단쪽으로 갈수록 농도 분포가 증가하는 것으로 나타났다.
- 2. A시설과 B시설에서의 다이옥신류 중 PCDFs농도가 PCDDs에 비하여 상대적으로 높은 농도의 분포를 나타내 었으며, 냉 각공정의 보일 러 후단에서 PCDDs/ PCDFs농도가 급격하게 증가함을 보였음을 미루어 볼 때 고온에서보다 대체적으로 약 250~30CTC에서 다이옥신이 재합성됨을 알 수 있었다.
- 3. A시 설의 경우 모든 지 점 에서 2, 3, 4, 7, 8-PeCDF, 2, 3, 4, 6, 7, 8-HCDF, 1, 2, 3, 6, 7, 8-HxCDF 순서로 높은 농도분포가 확인되 었으며, B시설의 경우 2, 3, 4, 7, 8-PeCDF, 1, 2, 3, 7, 8-PeCDD, 2, 3, 4, 6, 7, 8-HCDF 순으로 나타났다.
- 있다. 4 첫째로, 폐기물 중에 원래 함유되어 있던 PCDDs/PCDFs가 열적으로 분해되지 않고 배출가스와 함께 배출되는 경우이다. 두 번째는 PCBs, Chlorobenzenes, Chlorophenols와 같은 전구물질과 반응하여 PCDDs/PCDFs가 형성되는 경우가 있고, 세 번째는 PVC, Lignin 등의 유기물질과 무기염소 및 HC1 등의 염소 원과 반응을 해서 PCDDs/PCDFs가 형성되는 경우가 있다.
- 3%의 제거효율을 보여주었다. A 시설에서 검출된 농도는 국내 폐기물 소각시설 다이옥신 배출허용기준 중 신설시설에 대하여 시간당 처리능력 2톤 미만~25킬로그램 이상에서는 5 ng LTEQ/m3의 규제기준 보다 훨씬 이하로 처리됨을 알 수 있었다. 또한 이 시설이 시험시설 (pilot plant)임을 감안할 때 현장에 적용하고 상용화하기 위해 보다 전문적이고 많은 연구를 수행한다면, 폐기물 투입이나 교반부하 등이 보다 효율적으로 개선될 수 있을 것으로 사료된다.
- A시설과 B시설의 시료채취 전지점에 대한 PCDFs 의 농도는 PCDDs의 농도에 비하여 상대적으로 높게 나타났다. A시설의 경우, 냉각구간에 해당하는 보일러 공정에서의 PCDDs/PCDFs 농도 2.
- PCDDs/DFs의 이성질체의 배출 분포를 살펴보면, A시설의 경우 모든 시료채취 지점에서 2, 3, 4, 7, 8- PeCDF의 농도가 가장 높게 나타났으며, 다음으로 2, 3, 4, 6, 7, 8-HCDF, 1, 2, 3, 6, 7, 8-HxCDF의 순서로 높은 농도를 나타내었다. 이 세가지 이성질체의 농도 합은 2차연소로후단, 보일러후단, 굴뚝에서 전체 다이옥신 농도의 각각 52%, 60%, 55%를 차지하여 WHO 독성등가의 17종 중 가장 큰 비중을 차지하고 있었다.
- 이 세가지 이성질체의 농도 합은 2차연소로후단, 보일러후단, 굴뚝에서 전체 다이옥신 농도의 각각 52%, 60%, 55%를 차지하여 WHO 독성등가의 17종 중 가장 큰 비중을 차지하고 있었다. 또한 2, 3, 4, 7, 8-PeCDF가 전체 다이옥신 농도에 차지하는 비율은 2차연소로후단에서 26%, 보일러에서 35%, 굴뚝에서 40%로 공정의 후단쪽으로 갈수록 점차 증가하는 경향을 보여주었다(fig. 4).
- 또한 A시 설과 비교했을 때, PCDD의 이성 질체 농도분포가 A시설보다 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 높게 나타났다. 열분해-가스화-용융로 후단과 굴뚝에서 이들 세가지 이성질체의 농도 합은 전체 다이옥신 농도의 각가 55%와 60%를 차지하는 높은 분포를 나타내었다. 특히 고온영역인 열분해-가스화-용융로 후단에서 PCDDs가 40%> 차지하고 있어, PCDFs와유사한 분포를 나타내고 있었다.
- 농도를 나타내었다. 이 세가지 이성질체의 농도 합은 2차연소로후단, 보일러후단, 굴뚝에서 전체 다이옥신 농도의 각각 52%, 60%, 55%를 차지하여 WHO 독성등가의 17종 중 가장 큰 비중을 차지하고 있었다. 또한 2, 3, 4, 7, 8-PeCDF가 전체 다이옥신 농도에 차지하는 비율은 2차연소로후단에서 26%, 보일러에서 35%, 굴뚝에서 40%로 공정의 후단쪽으로 갈수록 점차 증가하는 경향을 보여주었다(fig.
후속연구
- 것이라 기대된다. 또한 국내의 많은 전문가들에게도 본 연구에 결과를 토대로 실용화 단계를 거쳐 세계적으로 상용화 연구에 밑바탕이 될 것이라 판단된다.
- A 시설에서 검출된 농도는 국내 폐기물 소각시설 다이옥신 배출허용기준 중 신설시설에 대하여 시간당 처리능력 2톤 미만~25킬로그램 이상에서는 5 ng LTEQ/m3의 규제기준 보다 훨씬 이하로 처리됨을 알 수 있었다. 또한 이 시설이 시험시설 (pilot plant)임을 감안할 때 현장에 적용하고 상용화하기 위해 보다 전문적이고 많은 연구를 수행한다면, 폐기물 투입이나 교반부하 등이 보다 효율적으로 개선될 수 있을 것으로 사료된다.
- 상기의 연구결과는 기존의 소각시설보다 열분해/가스화/용융공정시설에서 PCDDs/PCDFs 저감이 보다 효율적이라는 것을 감안할 때, 환경정책적으로 소각시설에 의한 다이옥신 배출 관리를 위해서 기초자료로 활용될 것이라 기대된다. 또한 국내의 많은 전문가들에게도 본 연구에 결과를 토대로 실용화 단계를 거쳐 세계적으로 상용화 연구에 밑바탕이 될 것이라 판단된다.
- 따라서 국내에서는 열분해-가스화-용융공정을 거친 소각시설 운영에 대해 실증단계를 거쳐 상용화 단계로 진보되고 있는 실정이며, 더 나아가서 국내의 많은 전문가들이 지속적으로 많은 관심과 연구를 수행중에 있다. 이에 환경정 책 적으로 이를 활용하기 위해서는 열분해 용융시설에서 발생되는 오염물질에 대한 기본적인 데이터 구축이 필요하며, 특히 생활폐기물 열분해용융공정에서 발생되는 다양한 종류의 유해화학물질에 대한 생성과 거동에 대한 체계적인 조사연구가 필요하다. 본 연구에서는 최근 많은 환경선진외국에서 커다란 관심과 집중적인 연구를 수행하고 있으나 국내에서는 체계적인 연구가 미흡한 생활폐기물 열분해-용융공정시설을 대상으로 다이옥신에 대한 분석과 분포 특성을 조사하였다.
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