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문제 정의
- 이 중 L3와 D3성분에 대해서는 흡착실험에서 야자계 및 석탄계 활성탄에 의한 L3와 D3의 높은 제거효율과 실리카겔의 D3에 대한 흡착제거효과가 나타났으나 유입되는 매립가스 중 L3와 D3의 경우에는 매우 낮은 농도분포를 보이고 불검출되는 경우도 많이 나타나는 등 그 흡착특성을 제시하기는 곤란하였다. 따라서 본 연구에서는 매립가스에서 가장 높은 함유정도를 나타내는 L2, D4, D5의 세 가지 주요 실록산 성분을 대상으로 하여 흡착전후의 매립가스 중 농도를 비교함으로써 각 흡착제에 대한 성분별 흡착 특성을 확인하였다.
- 본 연구를 통하여 실제 매립가스에 포함되어 있는 유기규소화합물(실록산)에 대하여 상용 흡착제 등 여섯 가지 흡착제의 제거특성을 살펴보았다. 실험에 사용된 매립가스 중 실록산 성분을 분석한 결과, D4성분이 3.
- 이에 본 연구에서는 가스의 흡착처리에 일반적으로 사용되고 있는 흡착제를 이용하여 실제 매립가스에 포함되어 있는 실록산 성분의 제거특성을 확인하고 비교하고자 하였다. 이를 위하여 매립지에서 발생하여 포집되고 있는 매립가스 중의 실록산을 대상으로 하고, 매립가스 및 소화가스(바이오가스)와 산업공정의 가스처리에 널리 사용되고 있는 야자계 활성탄, 석탄계 활성탄, 실리카겔, 탈황제, molecular sieve 13X의 상용 흡착제와 재활용을 목적으로 제조된 슬러지탄화물을 포함한 총 여섯 가지 흡착제를 선정하여 연속식 흡착실험을 수행하였다.
제안 방법
- 한편, 각 흡착제별 흡착실험 이후에는 흡착제의 직렬배열의 효과를 확인하기 위하여 흡착칼럼 두 개에 야자계 활성탄을 채워 직렬로 연결하고 실제 매립가스를 통과시키는 실험을 수행하였다. 그 실험조건 및 방법은 흡착제별 흡착실험과 동일하였으며 유입가스 및 최종 유출가스와 함께 1단계 흡착칼럼의 유출가스에 대해서도 시료를 채취하여 분석하였다. 따라서 1단계 흡착칼럼의 유출가스의 일부를 시료채취에 사용하므로 그 나머지인 750 mL/min의 가스가 2단계 흡착칼럼에 유입되었다.
- 대상 흡착제 약 5 g을 유리 재질(borosilicate glass)의 흡착칼럼(120 mm length × 12 mm I.D.)에 넣은 후 분석용 고순도 공기(덕양에너젠, Air 99.999% 이상)를 통과시켜 흡착제의 특성에 영향을 미치지 않고 흡착제가 최대한 건조되도록 하였다.
- 실제 매립가스는 매립지의 여러 가지 조건과 포집시설의 운영에 따라 양적∙질적 변동이 일어나기 때문에 실험에 사용하는 매립가스의 특성을 일정하게 유지하는 것은 불가능하다. 따라서 실험진행과정에서 흡착제를 통과한 이후의 가스와 함께 흡착칼럼에 유입되는 매립가스에 대한 측정∙분석도 동시에 수행하여 실험 전후의 결과를 비교하였다.
- 매립가스 중 실록산을 확인하기 위하여 임핀저(SIBATA, 080100-01)에 용매를 채우고 여기에 매립가스를 통과시켜 실록산이 흡수되도록 한 후 그 흡수액을 분석하였다.2) 시료채취에는 3개의 임핀저(용량 6 mL)가 사용되었으며 각 임핀저에는 용매로써 5 mL의 메탄올(J.
- 시료의 분석에는 mass selective detector(MSD, Varian, Saturn2000)를 검출기로 하는 가스크로마토그래프 (Varian, CP-3800)를 이용하였으며 성분분리를 위하여 Varian CP-Sil 5/MS (1 μm film thickness, 60 m×0.32 mm I.D., Varian) 칼럼 2개를 연결하여 사용하였다.
- 임핀저에는 100 mL/min 내외의 유량으로 매립가스가 유입되도록 하였으며, 이 과정에서 가스 중 실록산이 용매로 흡수되어 그 흡수액을 분석용 시료로 하였다. 시료채취 후 분석용 시료는 약 4℃의 냉장상태로 운반 및 보관하였으며 가능한 한 신속하게 분석이 이루어지도록 하였다.
- 실험을 위하여 매립지로부터 포집된 후 시설물의 냉난방에 사용되고 있는 매립가스를 이송관로의 시료채취구로부터 실험장치에 연결하여 공급되도록 하였다. 실제 매립가스는 매립지의 여러 가지 조건과 포집시설의 운영에 따라 양적∙질적 변동이 일어나기 때문에 실험에 사용하는 매립가스의 특성을 일정하게 유지하는 것은 불가능하다.
- 앞에서 흡착제별 실록산 제거특성을 확인하여 가장 우수한 결과를 보인 야자계 활성탄에 대하여 직렬배열에 따른 효과를 살펴보았다. 이를 위하여 활성탄을 채운 두 개의 흡착칼럼을 직렬로 연결하여 실제 매립가스를 통과시키는 실험을 수행하였다.
- 흡착칼럼을 통과하기 전후의 매립가스에 대해서 시료채취를 수행하였으며, 각 시료에 대한 분석을 실시함으로써 실록산 성분의 가스 중 농도를 평가하고 시간경과에 따른 농도변화를 관찰하였다. 용매흡수에 의한 매립가스 중 실록산 성분의 시료채취에 요구되는 시간을 고려하여 시료는 3시간 간격으로 채취하였다.
- 이에 본 연구에서는 가스의 흡착처리에 일반적으로 사용되고 있는 흡착제를 이용하여 실제 매립가스에 포함되어 있는 실록산 성분의 제거특성을 확인하고 비교하고자 하였다. 이를 위하여 매립지에서 발생하여 포집되고 있는 매립가스 중의 실록산을 대상으로 하고, 매립가스 및 소화가스(바이오가스)와 산업공정의 가스처리에 널리 사용되고 있는 야자계 활성탄, 석탄계 활성탄, 실리카겔, 탈황제, molecular sieve 13X의 상용 흡착제와 재활용을 목적으로 제조된 슬러지탄화물을 포함한 총 여섯 가지 흡착제를 선정하여 연속식 흡착실험을 수행하였다.
- 앞에서 흡착제별 실록산 제거특성을 확인하여 가장 우수한 결과를 보인 야자계 활성탄에 대하여 직렬배열에 따른 효과를 살펴보았다. 이를 위하여 활성탄을 채운 두 개의 흡착칼럼을 직렬로 연결하여 실제 매립가스를 통과시키는 실험을 수행하였다. 매립가스에 함유되어 있는 성분 중 고리 형태의 D3, D4, D5성분은 유입농도의 변동과는 상관없이 각 성분의 활성탄 단위중량당 누적유입량 0.
- 분석대상 실록산 성분은 선형구조를 가진 hexamethyldisiloxane (L2), octamethyltrisiloxane (L3), decamethyltetrasiloxane (L4), dodecamethylpentasiloxane (L5)과 고리구조를 가진 hexamethylcyclotrisiloxane (D3), octamethylcyclotetrasiloxane (D4), decamethylcyclopentasiloxane (D5), dodecamethylcyclohexasiloxane (D6)으로 하였다. 정량된 분석결과는 시료채취시의 가스량을 고려하여 매립가스 중의 농도(mg siloxane/m3 LFG)로 환산하였으며, 각 분석대상 성분별 농도를 합산함으로써 매립가스 중 실록산 총 농도를 구하였다.
- 한편, 각 흡착제별 흡착실험 이후에는 흡착제의 직렬배열의 효과를 확인하기 위하여 흡착칼럼 두 개에 야자계 활성탄을 채워 직렬로 연결하고 실제 매립가스를 통과시키는 실험을 수행하였다. 그 실험조건 및 방법은 흡착제별 흡착실험과 동일하였으며 유입가스 및 최종 유출가스와 함께 1단계 흡착칼럼의 유출가스에 대해서도 시료를 채취하여 분석하였다.
- 흡착칼럼에 충전된 흡착제를 건조한 상태에서 동일한 조건으로 흡착칼럼에 실제 매립가스를 유입시켰다. 실험장치에 공급되는 매립가스는 mass flow controller (MFC, KOFLOC, 3660-LP)를 이용하여 850 mL/min의 일정한 유량으로 조절하였으며, 이 때 흡착칼럼을 통과하는 매립가스의 선속도는 0.
- 125 m/sec이었다. 흡착칼럼을 통과하기 전후의 매립가스에 대해서 시료채취를 수행하였으며, 각 시료에 대한 분석을 실시함으로써 실록산 성분의 가스 중 농도를 평가하고 시간경과에 따른 농도변화를 관찰하였다. 용매흡수에 의한 매립가스 중 실록산 성분의 시료채취에 요구되는 시간을 고려하여 시료는 3시간 간격으로 채취하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 수도권매립지 제1매립장에서 발생하여 포집된 실제 매립가스를 실험에 이용하였다. 해당 매립지는 1992년부터 2000년까지 서울특별시, 인천광역시, 경기도의 생활 폐기물을 중심으로 사업장일반폐기물과 건설폐기물 등 총 6,425만여 톤이 매립된 후 사용종료되었다.
- , Varian) 칼럼 2개를 연결하여 사용하였다. 분석대상 실록산 성분은 선형구조를 가진 hexamethyldisiloxane (L2), octamethyltrisiloxane (L3), decamethyltetrasiloxane (L4), dodecamethylpentasiloxane (L5)과 고리구조를 가진 hexamethylcyclotrisiloxane (D3), octamethylcyclotetrasiloxane (D4), decamethylcyclopentasiloxane (D5), dodecamethylcyclohexasiloxane (D6)으로 하였다. 정량된 분석결과는 시료채취시의 가스량을 고려하여 매립가스 중의 농도(mg siloxane/m3 LFG)로 환산하였으며, 각 분석대상 성분별 농도를 합산함으로써 매립가스 중 실록산 총 농도를 구하였다.
- 야자계 활성탄은 파쇄된 형태를 가지고 있었으며 석탄계 활성탄은 pellet 형태였다. 탈황제는 산화철 성분을 주로 포함하고 있어 일부 매립지나 소화시설 등에서 바이오 가스 중 황화수소 등의 황화합물 제거에 이용되고 있으며, pellet 형태로 성형되어 있으나 입자의 크기가 비교적 커서 활성탄 정도의 크기로 파쇄한 다음 실험에 사용하였다. 슬러지탄화물은 하수슬러지를 탄화시킨 것으로 크기가 작은 입자형태를 가지고 있으며 흡착능력이 있는것으로 알려져 있어12) 재활용 가능성에 대한 확인을 위해 실험대상 흡착제에포함시켰다.
- 본 연구에서는 수도권매립지 제1매립장에서 발생하여 포집된 실제 매립가스를 실험에 이용하였다. 해당 매립지는 1992년부터 2000년까지 서울특별시, 인천광역시, 경기도의 생활 폐기물을 중심으로 사업장일반폐기물과 건설폐기물 등 총 6,425만여 톤이 매립된 후 사용종료되었다. 여기서 발생한 매립가스는 1997년부터 수평가스포집방식에 의해 포집되기 시작하였으며 매립이 종료된 이후에는 최종복토 및 수직가스포집시설이 설치되어 지속적으로 매립가스를 포집하여 소각처리하거나 냉난방, 발전 등에 활용하고 있다.
성능/효과
- 1) 그러나 흡착이 매립가스 전처리를 위한 주요 공정으로써 사용되고 있음에도 불구하고 전처리대상인 실록산의 흡착특성에 대한 연구는 물론, 그 함유정도 등에 대한 조사도 거의 찾아보기 힘든 실정이며,2) 결국 실록산 성분별 특성 및 배출농도, 흡착제의 실록산 제거용량과 효율 등을 고려하지 않은 상태에서 실제의 매립가스 흡착처리공정이 운영되고 있음을 알 수 있다. 또한 소수의 관련 연구8,9)는 실록산 중 일부 단일성분만을 대상으로 흡착실험이 수행되었고 그 실험 대상물질이 매립가스에 포함된 주요 실록산 성분이 아니기 때문에 수백종의 매우 다양한 물질이 포함되어 있는 실제 매립가스4,10,11)에서 나타나는 실록산 흡착특성을 파악하기는 곤란한 것으로 확인되었다.
- 이 중 실록산은 규소원자가 산소와 함께 Si-O-Si 형태로 연결되어 있고 각 규소원자에 메틸기가 결합된 선형 또는 고리형의 분자구조를 가지고 있는 물질이며, 생활용품이나 산업용품에 고분자 유기규소화합물의 사용이 증가하면서 폐기물에 포함된 양이 증가되고, 매립 폐기물의 분해과정에서 저분자화된 실록산 성분이 휘발함으로써 매립가스에도 함유된 상태로 배출되는 것으로 알려져 있다.2) 에너지회수를 위하여 매립가스를 연소하면서 실록산 성분도 이산화규소(SiO2) 형태로 전환되어 침적물을 형성하고 가스엔진의 내부에 축적됨으로써 발전효율 저하 및 피스톤이나 배기밸브 등에 심각한 마모를 일으키는 것으로 보고되고 있으며, 가스엔진 외에도 매립가스를 이용한 전력생산 적용사례가 증가하고 있는 마이크로터빈이나 연료전지는 물론, 별다른 전처리 없이 매립가스를 활용하여 열을 회수하는 보일러에서도 효율이 저하되고 관련 설비의 손상이 나타나고 있음을 알 수 있다.3) 따라서 주요 자원화설비 제조사에서는 해당성분에 대한 매립가스 중 농도 기준을 설정하여 제시하고 있으며 실록산도 반드시 전처리를 통해 제거해야 할 대상물질로 인식되고 있다.
- 77 mg silxoane/m3 LFG인 것으로 나타나 실록산의 경우에도 수분이나 황화수소와 마찬가지로 비교적 큰 변동성을 나타낼 수 있음을 보였다. 따라서 매립가스 중 각 물질의 함유 정도와 배출특성에 따라 적절한 매립가스의 전처리가 중요함을 확인할 수 있었다.
- 실리카겔의 경우에는 실험초기에 70% 이상의 제거효율을 보이면서 D5성분에 대한 흡착에 제한적인 것으로 나타났으나 오히려 실험이 진행됨에 따라 유입되는 양의 대부분이 제거되었으며 추가적인 실험을 통해 확인한 결과에서도 매우 높은 제거효율을 가지는 것으로 평가되어 단일성분에 대한 연구결과8)에서 제시된 바와 같이 실리카겔이 D5성분의 제거에 효과적임을 알 수 있었다. 따라서 야자계 활성탄이나 실리카겔은 매립가스뿐만 아니라 혐기성 소화가스에서 보다 높은 함유정도를 보이는 D5성분7,13)의 제거에도 적절한 것으로 판단된다. 한편, 탈황제와 슬러지탄화물은 매립가스 중 D5성분을 거의 제거하지 못한 반면, molecular sieve 13X는 약간의 D5성분을 제거하여 단일성분에 대한 연구8)에서 보여준 것과 같이 어느 정도의 흡착능력을 확인할 수 있었으나 실제 매립가스의 전처리에 이용하기에는 한계가 있는 것으로 판단되었다.
- 한편, 가장 양호한 실록산 제거특성을 나타낸 야자계 활성탄을 두 단계로 직렬배열하고 실제 매립가스를 통과시킨 결과, 급격한 농도변동의 요인인 L2성분에 대한 안정적인 처리가 가능한 것으로 나타났다. 따라서, 실제 매립가스의 다양한 성분들의 농도분포 변동과 이들 물질들 사이의 상호 영향에 따른 실록산 흡착특성의 변화에 대응하기 위하여 매립가스에 포함된 전처리 대상물질의 배출특성 및 흡착제와 대상물질 사이의 흡착특성을 고려한 전처리공정의 구성과 운전∙관리가 필요함을 확인할 수 있었다.
- 이들 메탄과 이산화탄소의 농도는 매립가스에서 일반적으로 확인되는 수준으로 대상 매립가스는 매립된 폐기물의 활발한 혐기성 분해가 지속적으로 유지됨에 따라 발생하고 있음을 보여주고 있다. 또한, 산소의 농도는 평균 0.23%로 나타나 대상 매립가스가 비교적 양호한 상태로 포집 및 이송되고 있음을 확인할 수 있었다.
- 97 mg siloxane/m3 LFG의 실록산 총 농도를 확인할 수 있었으며, 일부 매립지에서 높게 나타난 연구결과에 비해서는 낮은 농도분포지만 대부분의 연구사례에서 보고된 실록산 총 농도의 범위에 포함되는 것으로 관찰되었다. 또한, 흡착실험시 유입가스의 실록산 총 농도는 1.20-9.77 mg silxoane/m3 LFG인 것으로 나타나 실록산의 경우에도 수분이나 황화수소와 마찬가지로 비교적 큰 변동성을 나타낼 수 있음을 보였다. 따라서 매립가스 중 각 물질의 함유 정도와 배출특성에 따라 적절한 매립가스의 전처리가 중요함을 확인할 수 있었다.
- 매립가스 자원화시 전처리의 주요대상물질인 수분의 농도는 평균 9.48 g H2O/m3 LFG로 상당히 높은 수준을 유지하고 있었으나 실험이 진행되는 동안 4.67-12.51 g H2O/m3 LFG로 비교적 큰 변동을 나타내었다. 이는 매립지 내부에서 수분이 포화 또는 과포화된 상태로 배출되어 매립가스에 높은 농도의 수분이 함유되어 있으나 포집된 매립가스가 이송되면서 기온이 낮은 경우에는 관로 상에서 수분이 응축되어 상당량의 수분이 미리 제거되기 때문인 것으로 판단된다.
- 이를 위하여 활성탄을 채운 두 개의 흡착칼럼을 직렬로 연결하여 실제 매립가스를 통과시키는 실험을 수행하였다. 매립가스에 함유되어 있는 성분 중 고리 형태의 D3, D4, D5성분은 유입농도의 변동과는 상관없이 각 성분의 활성탄 단위중량당 누적유입량 0.86 mg D3/g, 4.11 mg D4/g, 0.34 mg D5/g coconut activated carbon이 될 때까지 유출농도의 증가가 나타나지 않아 1단계 및 2단계 흡착칼럼을 통과하면서 높은 효율로 제거되고 있는 것으로 나타났다. 이는 매립가스에 가장 많이 함유되어 있는 D4성분과 소화가스에 가장 많이 함유되어 있는 D5성분에 대하여 야자계 활성탄이 양호한 흡착능력과 제거특성을 가지고 있어 이들 성분의 전처리에 유용함을 보여주는 결과라고 할 수 있다.
- 이러한 실제 매립가스를 대상으로 한 흡착실험에서 각 흡착제의 실록산 제거특성을 비교할 때, 흡착된 L2성분의 탈착에 따른 유출가스 중 실록산 농도의 급격한 변동이 발생하였지만 야자계 활성탄이 실록산에 대하여 가장 양호한 제거 효율과 흡착특성을 보였다. 반면, 실록산 단일성분의 제거 효과가 우수한 것으로 알려진 실리카겔은 D4와 D5성분을 효과적으로 흡착하여 제거하지만 L2성분의 제거는 이루어지지 않아 전체적인 실록산 제거효율이 낮게 평가되었으며, 결국 L2성분의 제거가 매립가스 흡착처리에 있어서 가장 중요한 인자임을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 선정한 분석대상 실록산 성분 중 흡착칼럼에 유입되는 실제 매립가스에서 주로 검출된 성분은 L2, L3, D3, D4, D5로 나타났다. 이 중 L3와 D3성분에 대해서는 흡착실험에서 야자계 및 석탄계 활성탄에 의한 L3와 D3의 높은 제거효율과 실리카겔의 D3에 대한 흡착제거효과가 나타났으나 유입되는 매립가스 중 L3와 D3의 경우에는 매우 낮은 농도분포를 보이고 불검출되는 경우도 많이 나타나는 등 그 흡착특성을 제시하기는 곤란하였다.
- Table 4에는 매립가스 중 분석대상 실록산 각 성분의 농도를 합산한 실록산 총 농도를 나타내었다. 본 연구의 대상 매립가스에서는 평균 5.97 mg siloxane/m3 LFG의 실록산 총 농도를 확인할 수 있었으며, 일부 매립지에서 높게 나타난 연구결과에 비해서는 낮은 농도분포지만 대부분의 연구사례에서 보고된 실록산 총 농도의 범위에 포함되는 것으로 관찰되었다. 또한, 흡착실험시 유입가스의 실록산 총 농도는 1.
- 실록산 성분 중 일반적으로 매립가스에 가장 높은 농도가 포함되어 있는 D4성분2,13)은 탈황제, 슬러지탄화물, molecular sieve 13X에 의해서도 약간 제거되었으나 실험 초기부터 빠르게 흡착능력이 소진되어 흡착효과를 기대하기는 어려운 것으로 나타났다. 이와는 대조적으로 야자계 및 석탄계 활성탄, 실리카겔의 경우에는 Fig.
- 야자계 활성탄은 대부분의 D5성분을 제거하는 것으로 나타나 가장 높은 제거효율을 나타내었으나 석탄계 활성탄은 제거효율이 높지 않았다. 실리카겔의 경우에는 실험초기에 70% 이상의 제거효율을 보이면서 D5성분에 대한 흡착에 제한적인 것으로 나타났으나 오히려 실험이 진행됨에 따라 유입되는 양의 대부분이 제거되었으며 추가적인 실험을 통해 확인한 결과에서도 매우 높은 제거효율을 가지는 것으로 평가되어 단일성분에 대한 연구결과8)에서 제시된 바와 같이 실리카겔이 D5성분의 제거에 효과적임을 알 수 있었다. 따라서 야자계 활성탄이나 실리카겔은 매립가스뿐만 아니라 혐기성 소화가스에서 보다 높은 함유정도를 보이는 D5성분7,13)의 제거에도 적절한 것으로 판단된다.
- 실험대상 흡착제 중 야자계 활성탄의 경우는 2.0 mg siloxane/g coconut activated carbon에 도달하기까지 유입된 총 실록산에 대하여 95% 이상의 제거효율을 나타내어 가장 양호한 흡착능력을 보였다. 그러나 실록산 유입량이 그 이상 증가함에 따라 유출가스 중 실록산의 농도가 매우 큰 폭으로 상승한 후 다시 하강하는 급격한 변동이 관찰되었다.
- 본 연구를 통하여 실제 매립가스에 포함되어 있는 유기규소화합물(실록산)에 대하여 상용 흡착제 등 여섯 가지 흡착제의 제거특성을 살펴보았다. 실험에 사용된 매립가스 중 실록산 성분을 분석한 결과, D4성분이 3.69 mg D4/m3 LFG 로 가장 높게 나타났으며 L2와 D5성분도 비교적 높은 함유 정도를 나타내어 주요 실록산 성분으로 확인되었고 실록산 총 농도는 평균 5.97 mg siloxane/m3 LFG로 평가되었다.
- 2에 보이는 바와 같다. 야자계 활성탄에서 나타난 결과를 살펴보면 실제 매립가스를 통과시켰을 때 매우 높은 효율로 L2성분 대부분을 제거하였다. 이러한 흡착특성은 흡착제에 대한 L2성분의 유입량이 증가하더라도 유지되었으나 누적유입량이 0.
- 원료가 다른 석탄계 활성탄의 경우에도 야자계 활성탄과 유사한 흡착특성을 보이고 있으나 그 제거효율은 80-95%로 야자계 활성탄에 비해서는 낮은 제거효율을 나타내었으며, 실리카겔의 경우에는 활성탄에서 나타난 큰 변동은 보이지 않았으나 L2성분의 제거가 이루어지지 않아 50-85%의 낮은 실록산 제거효율을 보였다. 이들 흡착제 이외에 탈황제와 molecular sieve 13X에 있어서도 20% 내외의 제거효율을 나타내기는 했지만 총 실록산에 대한 흡착능력은 크지 않은 것으로 파악되었으며, 슬러지탄화물의 경우에는 변동이 심하여 일정한 수준의 실록산 흡착제거는 기대하기 어려운 것으로 나타났다.
- 2b)에 동일조건으로 실제 매립가스를 통과시킨 결과, 이들 흡착제에 의해서는 L2성분이 제거되지 않았다. 이는 단일성분으로 조제된 가스를 이용한 흡착실험을 통하여 activated charcoal과 함께 L2성분의 제거에 적절한 것으로 제시된 실리카겔이나 일부 제거특성을 보여준 molecular sieve 13X에 대한 결과8)와는 큰 차이를 보이는 것이며, 이들 흡착제의 경우에는 다양한 성분이 포함된 실제 매립가스 중 L2성분의 제거에 있어서 효과적이지 못함을 확인할 수 있었다.
- 50 mg D3/m3 LFG의 농도로 평가되었다. 이들 실록산 성분들은 다른 매립지의 매립가스에 대하여 분석한 결과에서도 분석대상물질에서 제외하거나 불검출 또는 매우 낮은 농도로 나타나고 있는 것을 볼 수 있었다. 반면, L2성분은 1.
- 원료가 다른 석탄계 활성탄의 경우에도 야자계 활성탄과 유사한 흡착특성을 보이고 있으나 그 제거효율은 80-95%로 야자계 활성탄에 비해서는 낮은 제거효율을 나타내었으며, 실리카겔의 경우에는 활성탄에서 나타난 큰 변동은 보이지 않았으나 L2성분의 제거가 이루어지지 않아 50-85%의 낮은 실록산 제거효율을 보였다. 이들 흡착제 이외에 탈황제와 molecular sieve 13X에 있어서도 20% 내외의 제거효율을 나타내기는 했지만 총 실록산에 대한 흡착능력은 크지 않은 것으로 파악되었으며, 슬러지탄화물의 경우에는 변동이 심하여 일정한 수준의 실록산 흡착제거는 기대하기 어려운 것으로 나타났다.
- 특히 야자계 활성탄과 실리카겔에 있어서는 95% 이상의 높은 제거효율을 보였으며, 석탄계 활성탄의 경우에는 85% 이상의 D4성분이 흡착되는 것으로 확인되었다. 이들 흡착제의 경우에도 누적유입량이 일정수준을 넘어서면서 유출가스에서 대상성분의 농도변화가 피크형태를 보였으나 흡착되지 않고 배출되는 D4성분의 경우에도 유입량의 50%를 초과하지 않는 것으로 나타나 L2성분에 비하여 흡착제에 대한 친화력이 더 큰 것으로 나타났다. 흡착능력에 있어서는 누적유입량 1.
- 이러한 실제 매립가스를 대상으로 한 흡착실험에서 각 흡착제의 실록산 제거특성을 비교할 때, 흡착된 L2성분의 탈착에 따른 유출가스 중 실록산 농도의 급격한 변동이 발생하였지만 야자계 활성탄이 실록산에 대하여 가장 양호한 제거 효율과 흡착특성을 보였다. 반면, 실록산 단일성분의 제거 효과가 우수한 것으로 알려진 실리카겔은 D4와 D5성분을 효과적으로 흡착하여 제거하지만 L2성분의 제거는 이루어지지 않아 전체적인 실록산 제거효율이 낮게 평가되었으며, 결국 L2성분의 제거가 매립가스 흡착처리에 있어서 가장 중요한 인자임을 알 수 있었다.
- 야자계 활성탄에서 나타난 결과를 살펴보면 실제 매립가스를 통과시켰을 때 매우 높은 효율로 L2성분 대부분을 제거하였다. 이러한 흡착특성은 흡착제에 대한 L2성분의 유입량이 증가하더라도 유지되었으나 누적유입량이 0.34 mg L2/g coconut activated carbon을 초과하면서 유입농도의 2.7배에 달하는 유출가스농도의 급격한 상승을 보였으며, 시간이 경과함에 따라 유출되는 L2성분의 농도가 다시 감소하는 현상이 관찰되었다. 이는 L2성분이 흡착되어 제거되다가 다른 여러 가지 성분들과 함께 누적 유입량이 증가됨에 따라 L2성분이 탈착되어 유출가스 중 농도상승이 일어났기 때문으로 판단된다.
- 97%이었다. 이산화탄소의 농도는 32-40%의 범위로 나타나 메탄에 비해서는 변화폭이 작은 것으로 관찰되었으며 실험시의 유입가스 중 평균농도는 37.19%로 평가되었다. 이들 메탄과 이산화탄소의 농도는 매립가스에서 일반적으로 확인되는 수준으로 대상 매립가스는 매립된 폐기물의 활발한 혐기성 분해가 지속적으로 유지됨에 따라 발생하고 있음을 보여주고 있다.
- 3와 같은 흡착특성을 보이며 효과적으로 실제 매립가스에 함유되어 있는 D4성분을 제거함을 볼 수 있었다. 특히 야자계 활성탄과 실리카겔에 있어서는 95% 이상의 높은 제거효율을 보였으며, 석탄계 활성탄의 경우에는 85% 이상의 D4성분이 흡착되는 것으로 확인되었다. 이들 흡착제의 경우에도 누적유입량이 일정수준을 넘어서면서 유출가스에서 대상성분의 농도변화가 피크형태를 보였으나 흡착되지 않고 배출되는 D4성분의 경우에도 유입량의 50%를 초과하지 않는 것으로 나타나 L2성분에 비하여 흡착제에 대한 친화력이 더 큰 것으로 나타났다.
- 한편, 가장 양호한 실록산 제거특성을 나타낸 야자계 활성탄을 두 단계로 직렬배열하고 실제 매립가스를 통과시킨 결과, 급격한 농도변동의 요인인 L2성분에 대한 안정적인 처리가 가능한 것으로 나타났다. 따라서, 실제 매립가스의 다양한 성분들의 농도분포 변동과 이들 물질들 사이의 상호 영향에 따른 실록산 흡착특성의 변화에 대응하기 위하여 매립가스에 포함된 전처리 대상물질의 배출특성 및 흡착제와 대상물질 사이의 흡착특성을 고려한 전처리공정의 구성과 운전∙관리가 필요함을 확인할 수 있었다.
- 이는 매립지 내부에서 수분이 포화 또는 과포화된 상태로 배출되어 매립가스에 높은 농도의 수분이 함유되어 있으나 포집된 매립가스가 이송되면서 기온이 낮은 경우에는 관로 상에서 수분이 응축되어 상당량의 수분이 미리 제거되기 때문인 것으로 판단된다. 황화수소의 경우에는 매립가스가 포집되는 대상 매립지의 포집구역 및 포집조건의 변화에 따라 비교적 크게 변동하여 120-868 ppm의 범위를 보였으며, 대상 매립가스의 황화수소 평균농도는 475.31 ppm으로 확인되었다.
- 이들 흡착제의 경우에도 누적유입량이 일정수준을 넘어서면서 유출가스에서 대상성분의 농도변화가 피크형태를 보였으나 흡착되지 않고 배출되는 D4성분의 경우에도 유입량의 50%를 초과하지 않는 것으로 나타나 L2성분에 비하여 흡착제에 대한 친화력이 더 큰 것으로 나타났다. 흡착능력에 있어서는 누적유입량 1.53 mg D4/g silica gel 이후에 피크를 보인 실리카겔이 가장 큰 것을 볼 수 있었으며, 피크가 나타난 때의 누적유입량은 석탄계 활성탄에 비해 약간 적었지만 보다 효율적으로 D4성분을 제거하는 야자계 활성탄이 실리카겔 다음으로 흡착능력이 양호한 것으로 판단할 수 있었다.
- 한편, 본 연구의 매립가스 중 실록산 성분별 농도분포와 다른 연구결과에서 나타난 매립가스의 실록산 성분별 농도 평가결과를 Table 3에 비교하여 나타내었다. 흡착실험에 사용된 대상 매립가스에서는 L4와 L5성분은 검출되지 않았으며, L3와 D6성분은 평균농도 0.03 mg/m3 LFG 이하의 매우 낮은 농도분포를 나타내었고 D3성분은 평균 0.50 mg D3/m3 LFG의 농도로 평가되었다. 이들 실록산 성분들은 다른 매립지의 매립가스에 대하여 분석한 결과에서도 분석대상물질에서 제외하거나 불검출 또는 매우 낮은 농도로 나타나고 있는 것을 볼 수 있었다.
- 5에 나타내었다. 흡착제별 흡착특성에 있어서 야자계와 석탄계 활성탄과 실리카겔은 상대적으로 높은 실록산 제거효과를 보인 반면(Fig. 5a), 탈황제, 슬러지탄화물, molecular sieve 13X는 50%에도 미치지 못하는 낮은 제거효율을 나타내었다(Fig. 5b).
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