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문제 정의
- 또한 소각시설에서 배출한 다이옥신의 대기 중 거동을 기상상태, 바람장미, 풍향 등을 고려 분석하여 대기 중 농도분포 특성을 파악하는 등 소각시설 가동에 따른 주변환경에 미치는 영향을 삼차원모델을 이용하여 조사 분석하여 고찰 하였다. 따라서, 본 연구에서는 단위장치의 개선효과에 의한 장치별 개선효과, 최종 배출농도 저감 그리고 이로 인한 주변 환경개선에 미치는 영향을 종합적으로 분석해 보고자 하였다.
- 본 소각시설은 B시 일원에서 수거되는 주거지역 및 상가지역의 도시고형폐기물이 주 처리대상으로 300 ton/day 용량의 1기를 이용하여 생활폐기물을 소각 처리하고 그에 따른 2차 공해를 방지하여 주변환경오염을 최소화하면서 자원의 회수 및 여열을 회수하기 위한 시설이다. 대상 소각시설의 위치는 B시에 설치되어 있고 소각로 형식은 연속연소식 왕복운동식 화격자이다.
- 본 연구에서는 소각시설에서 배출되는 다이옥신 농도를 최소화시키기 위해 사용되는 각 방지시설의 성능 및 배출 특성을 파악하고 각 방지시설별 효율 및 운전조건을 조사·분석함으로써 대기오염물질, 특히 다이옥신을 중심으로 집중 분석하여 고찰하였다.
- 본 연구에서는 소각시설에서 배출되는 다이옥신 농도를 최소화시키기 위해 사용되는 각 방지시설의 성능 및 배출 특성을 파악하고 방지시설별 효율 및 운전조건을 조사 분석함으로써 대기오염물질, 특히 다이옥신을 중심으로 집중 분석하여 고찰하였다. 이를 위하여 소각시설의 주연소실 후단의 열교환기시설, 집진시설, 가스처리시설 등의 단위 장치에 있어서 입구 및 출구의 다이옥신 농도수준, 운전상태, 일산화탄소·산소 등 연소와 관련된 인자 등을 분석하였고 이들의 상관성을 분석하여 보고자 하였다.
제안 방법
- 가스크로마토그래프/질량분석계(HRGC/HRMS)에 의한 다이옥신류의 분석은 각 동족체의 2개 이온을 선택이온검출법(SIM)으로 검출하였고, 그 선택이온의 면적비를 검사하여 그 면적비로서 다이옥신류인 것을 확인한 다음 가스크로 마토그램의 피이크 면적으로부터 내부표준법으로 정량하였다.
- 이를 위하여 소각시설의 주연소실 후단의 열교환기시설, 집진시설, 가스처리시설 등의 단위 장치에 있어서 입구 및 출구의 다이옥신 농도수준, 운전상태, 일산화탄소·산소 등 연소와 관련된 인자 등을 분석하였고 이들의 상관성을 분석하여 보고자 하였다. 또한 소각시설에서 배출한 다이옥신의 대기 중 거동을 기상상태, 바람장미, 풍향 등을 고려 분석하여 대기 중 농도분포 특성을 파악하는 등 소각시설 가동에 따른 주변환경에 미치는 영향을 삼차원모델을 이용하여 조사 분석하여 고찰 하였다. 따라서, 본 연구에서는 단위장치의 개선효과에 의한 장치별 개선효과, 최종 배출농도 저감 그리고 이로 인한 주변 환경개선에 미치는 영향을 종합적으로 분석해 보고자 하였다.
- 이를 위하여 소각시설의 주연소실 후단의 열교환기시설, 집진시설, 가스처리시설 등의 단위 장치에 있어서 입구 및 출구의 다이옥신 농도수준, 운전상태, 일산화탄소·산소 등 연소와 관련된 인자 등을 분석하였고 이들의 상관성을 분석하여 보고자 하였다. 또한 소각시설에서 배출한 다이옥신의 대기 중 거동을 기상상태, 바람장미, 풍향 등을 고려 분석하여 대기 중 농도분포 특성을 파악하는 등 소각시설 가동에 따른 주변환경에 미치는 영향을 삼차원모델을 이용하여 조사 분석하여 고찰 하였다. 따라서, 본 연구에서는 단위장치의 개선효과에 의한 장치별 개선효과, 최종 배출농도 저감 그리고 이로 인한 주변 환경개선에 미치는 영향을 종합적으로 분석해 보고자 하였다.
- 본 소각장 주변지역의 다이옥신 시료채취는 국립환경과학원이 작성한 “내분비계 장애물질측정분석방법”을 기준으로 하였으며, EPA TO9A 및 일본 후생성 다이옥신 시료채취방법을 참고하였다. 또한 시료채취 중에는 현장에서 온도, 습도, 대기압, 풍향, 풍속 등 기상측정자료를 함께 측정하였고, 측정 직후 여지와 PUF는 유리용기에서 알루미늄 호일로 빛을 차광하여 보관하였다. Table 1에 시료채취 현황을 나타내었다.
- 방지시설별 다이옥신류 배출농도를 동시에 측정하여 소각로 및 대기오염 방지시설의 성능을 파악했고, 이 후 최종배출구인 굴뚝으로 배출되는 다이옥신의 주변환경에 미치는 영향을 파악하기 위해 대기 중 다이옥신 농도와 토양 중 다이옥신 농도를 측정·분석하였다.
- 소각시설 운영에 따른 주변지역에 미치는 환경상 영향을 파악하기 위해서 대기 중 다이옥신을 4계절(각 계절당 6개 지점)에 걸쳐 측정하였다. 다이옥신 측정지점은 Fig.
- 이를 위하여 소각시설의 주 연소실 후단의 열교환기시설, 집진시설, 가스처리시설 등의 단위장치에 있어서 입구 및 출구의 다이옥신 농도수준, 운전상태, 일산화탄소·산소 등 연소와 관련된 인자 등을 분석하였고 이들의 상관성을 분석하여 보고자 하였다.
- 이를 위하여 소각시설의 주연소실 후단의 열교환기시설, 집진시설, 가스처리시설 등의 단위 장치에 있어서 입구 및 출구의 다이옥신 농도수준, 운전상태, 일산화탄소·산소 등 연소와 관련된 인자 등을 분석하였고 이들의 상관성을 분석하여 보고자 하였다.
- 본 연구에서의 다이옥신류 시료채취는 대기오염공정시험방법 제3장 제2절 제 1항, 제29항(환경부고시 제 1996-49호)에 따라 이루어졌으며, 채취된 모든 시료는 배출가스 유속과 동일한 속도로 흡인(이하 등속흡인)하였다. 이를 위해 배출가스의 유속, 온도, 압력(동압, 정압), 수분량 등을 측정하여 즉시 등속흡인 유량을 조절하였다.
- A소각시설의 지리적 위치를 보면 주변이 평야지대인 전답으로 둘러싸여 있으며, 주거지역이나 상업지역 및 공업 지역의 경우 A소각시설과는 약간의 거리를 두고 있다. 이번은 A소각시설에서 배출된 대기오염물질이 주변의 전답과 주거지역에 미치는 영향을 삼차원모델을 이용하여 조사하였으며 A소각시설이 정상상태로 가동될 경우 풍향(동, 서, 남, 북)과 풍속의 변화에 따라 대기환경에 미치는 영향을 조사하였고 또한, A소각시설과 인근 소각시설이 동시에 가동되었을 때의 풍향과 풍속에 따른 영향을 조사하였다.
대상 데이터
- A 소각시설 300 ton/day 1기와 B 소각시설 200 ton/day 1기를 동시 가동하여 발생되는 오염물질을 대상으로 예측하였다. 기상자료는 최인접 거리에 있는 인천기상대의 2002년도까지의 10년치 자료를 사용하였다.
- A 소각시설 300 ton/day 1기와 B 소각시설 200 ton/day 1기를 동시 가동하여 발생되는 오염물질을 대상으로 예측하였다. 기상자료는 최인접 거리에 있는 인천기상대의 2002년도까지의 10년치 자료를 사용하였다.
- 다이옥신 분석에 이용된 High Resolution Gas Chromatograph(HRGC)는 Fisons사의 GC 8000이며, 다이옥신 분석용 칼럼으로는 강극성 칼럼인 Fused Silica Capillary Column으로 SUPELCO 사의 SP-2331(0.32mm ID. 0.20 µm film thickness)을 사용하였다.
- 본 소각시설은 B시 일원에서 수거되는 주거지역 및 상가지역의 도시고형폐기물이 주 처리대상으로 300 ton/day 용량의 1기를 이용하여 생활폐기물을 소각 처리하고 그에 따른 2차 공해를 방지하여 주변환경오염을 최소화하면서 자원의 회수 및 여열을 회수하기 위한 시설이다. 대상 소각시설의 위치는 B시에 설치되어 있고 소각로 형식은 연속연소식 왕복운동식 화격자이다. 본 소각시설은 보일러 출구에서 배출되는 연소가스 내의 유해물질을 제거하기위해 대기오염 방지시설을 설치하고 있는데 보일러 출구에서 배출된 배기가스는 조온탑(Gas cooler), 백필터(Bag filter), 선택적촉매환원장치(SCR)을 거쳐 굴뚝으로 배출된다.
- 본 소각시설은 주변광역시와 경계부인 평야지대 내에 위치하고 있다. 또한, 본 소각시설 부근에는 하수처리사업소(분뇨처리장 포함)가 위치하고 있다.
이론/모형
- 다이옥신 분석은 Fisons instrument의 VG Autospec을 이용하였다. 다이옥신 분석에 이용되는 High Resolution Mass Spectrometry(HRMS)는 일반적으로 이중수속형이고, 분해능이 10% Valley를 기준으로 10,000 이상을 달성하여야만 하는데, 본 분석에서는 이러한 조건들을 모두 충족하였다.
- 본 소각장 주변지역의 다이옥신 시료채취는 국립환경과학원이 작성한 “내분비계 장애물질측정분석방법”을 기준으로 하였으며, EPA TO9A 및 일본 후생성 다이옥신 시료채취방법을 참고하였다.
- 본 연구에서의 다이옥신류 시료채취는 대기오염공정시험방법 제3장 제2절 제 1항, 제29항(환경부고시 제 1996-49호)에 따라 이루어졌으며, 채취된 모든 시료는 배출가스 유속과 동일한 속도로 흡인(이하 등속흡인)하였다. 이를 위해 배출가스의 유속, 온도, 압력(동압, 정압), 수분량 등을 측정하여 즉시 등속흡인 유량을 조절하였다.
- 이 후 전처리 및 분석 또한 위에서 언급한 “내분비계 장애물질측정분석방법”을 기준으로 하였다.
- 주입구의 온도는 260℃였으며, 시료의 주입방법은 전량주입법(Splitless injection, 60∼120초)으로 행하였다.
- 채취된 시료는 대기오염공정시험방법 제3장 제2절 제29항(환경부고시 제 1996-49호)에 의해 전처리하였다.
성능/효과
- 다이옥신은 인류 활동과 관련하여 생성되는 물질중 가장 독성이 큰 물질 중의 하나로서, 염소계 탄소나 다른 물질들의 소각에 의해 자연계에 많이 존재하고 있다.1) 다이옥신은 도시고형폐기물을 포함한 다양한 소각공정에 의해 대기로 배출되고, 대류에 의해 주변환경으로 전파된다.2) 또한 다이옥신은 수중 물고기, 육상동물과 같은 먹이사슬중 최종개체들에서 발견된다.
- 3과 Table 3에 나타낸 이성체별 분포 패턴은 각 방지시설 모두에서 유사함을 알 수 있으나 활성탄 분사 이전(폐열보일러 후단과 백필터 전단)과 활성탄 분사 이후(백필터 후단, SCR 전·후단)를 비교해 볼 때, 활성탄 분사 후 2,3,4,7,8-PCDF는 상대적으로 감소하고, 헥사-PCDDs는 상대적으로 증가하는 특징을 보이고 있다.
- 그러나 전반적으로 북서계열(A-3), 남서계열(A-1, A-6)지점의 농도가 높음을 알 수 있는데 이는 인천 지역의 풍향이 북서 및 남서계열이 우세(인천기상대 10년간 분석자료)하기 때문이라 사료된다.7) 그러므로 측정당시의 풍향보다는 장기간에 걸친 그 지역의 주풍향에 의한 영향을 더 많이 받고 있음을 알 수 있었다. 그리고 계절에 따른 농도 수준은 가을철의 농도가 0.
- Table 5에는 계절별 실측농도와 예측결과를 나타내었다. 각 계절별로 실측치와 예측치와는 다소 차이가 발생하나, 실측치와 예측결과를 연간평균으로 비교해 보면, 거의 유사(차이 : 0.038 pg-TEQ/Nm3)함을 알 수 있었다.
- 또한 인근 소각시설과의 상승작용은 풍향이 남풍 또는 북풍일 때 어느 정도 있음을 관찰할 수 있었는데 기존 오염도와 비교할 때 영향정도는 그리 크지 않았다. 각 지점의 실측치와 예측결과는 다소 차이가 발생하나, 실측치와 예측결과를 연간 평균으로 비교해보면, 거의 유사함을 알 수 있었다.
- 계절별 대기 중 다이옥신 농도를 분석하여 본 결과 소각 시설과 가장 가까운 지점이 가장 높게 나타났으며, 또한 주 풍향과 어느 정도 유사한 농도분포를 보이지만 반드시 일치하지는 않는 특성을 보이고 있음을 알 수 있었다. 그러나 전반적으로 북서계열, 남서계열 지점의 농도가 높음을 알 수 있는데 이는 인천지역의 풍향이 북서 및 남서계열이 우세하기 때문이라 사료된다.
- 다이옥신 분석은 Fisons instrument의 VG Autospec을 이용하였다. 다이옥신 분석에 이용되는 High Resolution Mass Spectrometry(HRMS)는 일반적으로 이중수속형이고, 분해능이 10% Valley를 기준으로 10,000 이상을 달성하여야만 하는데, 본 분석에서는 이러한 조건들을 모두 충족하였다.
- 03 ng-TEQ/Nm3이었다. 다이옥신의 농도는 각 방지시설을 통과하면서 저감됨을 알 수 있었다. 또한, 활성탄 분사 후 2,3,4,7,8-PCDFs가 상대적으로 크게 감소하였는데 이로부터 활성탄에 의한 제거효과가 주로 PCDFs에, 그리고 고염화물보다는 저염화물의 저감효과가 상대적으로 큼을 간접적으로 알 수 있었다.
- 소각시설이 인근에 미치는 대기오염 영향은 바람이 약할수록 심함을 알 수 있었다. 또한 인근 소각시설과의 상승작용은 풍향이 남풍 또는 북풍일 때 어느 정도 있음을 관찰할 수 있었는데 기존 오염도와 비교할 때 영향정도는 그리 크지 않았다.
- 또한 인근 소각시설과의 상승작용은 풍향이 남풍 또는 북풍일 때 어느 정도 있음을 관찰할 수 있었는데 기존 오염도와 비교할 때 영향정도는 그리 크지 않았다.
- 다이옥신의 농도는 각 방지시설을 통과하면서 저감됨을 알 수 있었다. 또한, 활성탄 분사 후 2,3,4,7,8-PCDFs가 상대적으로 크게 감소하였는데 이로부터 활성탄에 의한 제거효과가 주로 PCDFs에, 그리고 고염화물보다는 저염화물의 저감효과가 상대적으로 큼을 간접적으로 알 수 있었다.
- 03 ng-TEQ/Nm3로서 다이옥신 배출허용기준 이하의 수치를 보이고 있다. 본 실험결과 다이옥신은 각 방지시설을 통과하면서 점차적으로 저감됨을 알 수 있다. Fig.
- 소각시설 방지시설별 성능평가 결과 폐열보일러 후단의 농도는 4.788 ng-TEQ/Nm3이었고, 최종 배출구인 SCR 후단의 농도는 0.03 ng-TEQ/Nm3이었다. 다이옥신의 농도는 각 방지시설을 통과하면서 저감됨을 알 수 있었다.
- 1%)이 우세한 것으로 조사되었다. 연중 강우일수는 98일, 눈 20일, 안개 54일로 조사되었고, 맑은 날은 116일, 흐린 날은 86일로 조사되었다.
- 오염물질의 확산은 바람장미와 밀접한 관계를 가지고 있어 풍하방향으로 고농도 영역이 형성되며, 바람이 약할 때 특히 주변 풍하지역에 높은 오염농도가 나타났다. A지역 소각시설 주변 1 km 이내에는 대부분 논이다.
- 3과 Table 3에 나타낸 이성체별 분포 패턴은 각 방지시설 모두에서 유사함을 알 수 있으나 활성탄 분사 이전(폐열보일러 후단과 백필터 전단)과 활성탄 분사 이후(백필터 후단, SCR 전·후단)를 비교해 볼 때, 활성탄 분사 후 2,3,4,7,8-PCDF는 상대적으로 감소하고, 헥사-PCDDs는 상대적으로 증가하는 특징을 보이고 있다. 이것은 활성탄에 의한 제거효과로 활성탄은 PCDDs보다는 PCDFs, 고염화물보다는 저염화물의 저감효과가 큼을 간접적으로 알 수 있었다.
- 4 ppm으로서 매우 낮은 수준이었다. 이로 판단해 볼 때 SCR 장치의 성능은 제대로 발휘되고 있음을 알 수 있었다.
- 475 pg-TEQ/Nm3로서 가장 높았다. 전체적인 다이옥신 농도수준은 국내의 전국 평균과 비슷한 수준임을 알 수 있었다. 최고 농도는 역시 A-1 지점의 가을철 농도로 1.
- 55%이다. 최종배출구인 굴뚝에서 다이옥신 농도는 0.031 ng-TEQ/Nm3로서 제거효율 56.41%임을 알 수 있다. 이 때 최종 배출구 다이옥신 법적규제치가 0.
- 9 m/sec(9월)이다. 풍향별 풍속 및 발생빈도는 봄, 여름 SW계열(각각 10.1%, 11.1%), 가을 N계열(10.3%), 겨울 NW계열(14.7%)이 각각 우세한 것으로 나타났으며, 전년에 걸쳐 NW계열(9.1%)이 우세한 것으로 조사되었다. 연중 강우일수는 98일, 눈 20일, 안개 54일로 조사되었고, 맑은 날은 116일, 흐린 날은 86일로 조사되었다.
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