본 연구에서는 도시고형폐기물 소각시설을 대상으로 2018년 8월 27일부터 2018년 10월 22일 동안 총 3회에 걸쳐 도시고형폐기물의 소각에 의해 발생되는 $N_2O$ 농도를 24시간 동안 연속적으로 측정하여 발생량과 배출특성을 조사하였으며, 배출가스 중 $N_2O$ 농도측정은 비분산 적외선 분석기(NDIR)를 이용하였다. $N_2O$ 배출특성을 조사한 결과 도시고형폐기물 소각시설의 $N_2O$ 발생량 및 발생농도는 폐기물의 성상 보다는 소각시설의 소각로 온도와 산소농도 같은 운전조건에 따라 상이하게 발생하는 것으로 판단된다. 도시고형폐기물 소각시설의 $N_2O$ 일일평균 발생농도는 53.6 ~ 59.5 ppm이며, 전체 평균농도는 55.6 ppm으로 측정되었다. 또한 $N_2O$ 농도를 이용하여 계산된 $N_2O$ 발생량은 $90.41{\sim}108.44kg\;day^{-1}$이며, 평균 발생량은 $98.05kg\;day^{-1}$로 조사되었다. 이러한 결과를 바탕으로 도시고형폐기물 소각시설의 $N_2O$ 배출계수를 산출한 결과 $1,066.13g_{N_2O}\;ton_{waste^{-1}}$로 생활폐기물의 Tier 2 방법으로 산출된 $N_2O$ 배출계수에 비해 약 20배 정도 높은 결과를 얻었다. 따라서, 폐기물 종류와 소각량을 이용한 폐기물 소각시설의 $N_2O$ 발생량 산출방식은 정확성에 대한 보완이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 도시고형폐기물 소각시설을 대상으로 2018년 8월 27일부터 2018년 10월 22일 동안 총 3회에 걸쳐 도시고형폐기물의 소각에 의해 발생되는 $N_2O$ 농도를 24시간 동안 연속적으로 측정하여 발생량과 배출특성을 조사하였으며, 배출가스 중 $N_2O$ 농도측정은 비분산 적외선 분석기(NDIR)를 이용하였다. $N_2O$ 배출특성을 조사한 결과 도시고형폐기물 소각시설의 $N_2O$ 발생량 및 발생농도는 폐기물의 성상 보다는 소각시설의 소각로 온도와 산소농도 같은 운전조건에 따라 상이하게 발생하는 것으로 판단된다. 도시고형폐기물 소각시설의 $N_2O$ 일일평균 발생농도는 53.6 ~ 59.5 ppm이며, 전체 평균농도는 55.6 ppm으로 측정되었다. 또한 $N_2O$ 농도를 이용하여 계산된 $N_2O$ 발생량은 $90.41{\sim}108.44kg\;day^{-1}$이며, 평균 발생량은 $98.05kg\;day^{-1}$로 조사되었다. 이러한 결과를 바탕으로 도시고형폐기물 소각시설의 $N_2O$ 배출계수를 산출한 결과 $1,066.13g_{N_2O}\;ton_{waste^{-1}}$로 생활폐기물의 Tier 2 방법으로 산출된 $N_2O$ 배출계수에 비해 약 20배 정도 높은 결과를 얻었다. 따라서, 폐기물 종류와 소각량을 이용한 폐기물 소각시설의 $N_2O$ 발생량 산출방식은 정확성에 대한 보완이 필요할 것으로 판단된다.
In this study, nitrous oxide ($N_2O$) emission concentration was measured 3 times continuously for 24 hours from August 27, 2018 to October 22, 2018 and non-dispersive infrared (NDIR) spectrometer was used to calculate $N_2O$ concentration of exhaust gas from municipal solid wa...
In this study, nitrous oxide ($N_2O$) emission concentration was measured 3 times continuously for 24 hours from August 27, 2018 to October 22, 2018 and non-dispersive infrared (NDIR) spectrometer was used to calculate $N_2O$ concentration of exhaust gas from municipal solid waste (MSW) incinerator. As a result of $N_2O$ emission characteristics, it is estimated that $N_2O$ emission concentration is due to the difference of furnace temperature, oxygen concentration rather than the chemical component of waste. The measured $N_2O$ emission concentration of MSW incinerator was obtained in the range of 53.6 ~ 59.5 ppm and the total average concentration was measured 55.6 ppm. Therefore, the amount of $N_2O$ emissions calculated from the $N_2O$ concentration was $98.05kg\;day^{-1}$ on average and the amount of $N_2O$ distribution in the range of $90.41{\sim}108.44kg\;day^{-1}$ was obtained. As a result, the $N_2O$ emission factor of the MSW incinerator was estimated to be $1,066.13g_{N_2O}\;ton_{waste^{-1}}$. The estimated $N_2O$ emission factor of the MSW incinerator was 20 times higher than calculated emission factor used in the Tier 2 method. Consequently, it is considered that the method of calculating the amount of $N_2O$ emission in the MSW incineration facilities using waste type and incineration amount needs to be supplemented to ensure accuracy.
In this study, nitrous oxide ($N_2O$) emission concentration was measured 3 times continuously for 24 hours from August 27, 2018 to October 22, 2018 and non-dispersive infrared (NDIR) spectrometer was used to calculate $N_2O$ concentration of exhaust gas from municipal solid waste (MSW) incinerator. As a result of $N_2O$ emission characteristics, it is estimated that $N_2O$ emission concentration is due to the difference of furnace temperature, oxygen concentration rather than the chemical component of waste. The measured $N_2O$ emission concentration of MSW incinerator was obtained in the range of 53.6 ~ 59.5 ppm and the total average concentration was measured 55.6 ppm. Therefore, the amount of $N_2O$ emissions calculated from the $N_2O$ concentration was $98.05kg\;day^{-1}$ on average and the amount of $N_2O$ distribution in the range of $90.41{\sim}108.44kg\;day^{-1}$ was obtained. As a result, the $N_2O$ emission factor of the MSW incinerator was estimated to be $1,066.13g_{N_2O}\;ton_{waste^{-1}}$. The estimated $N_2O$ emission factor of the MSW incinerator was 20 times higher than calculated emission factor used in the Tier 2 method. Consequently, it is considered that the method of calculating the amount of $N_2O$ emission in the MSW incineration facilities using waste type and incineration amount needs to be supplemented to ensure accuracy.
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문제 정의
본 연구는 도시고형폐기물 소각설비에서 발생하는 N2O 농도를 24시간 동안 연속적으로 측정하고, 해당 소각시설의N2O 배출계수를 개발하였다. 본 소각시설은 소각용량은 100ton day-1 규모이며, 도시고형폐기물 이외의 일부 하수슬러지를 같이 소각하는 처리시설이다.
본 연구를 수행한 도시고형 폐기물 소각로는 도시고형 폐기물 이외에 N2O 발생계수가 가장 높은 것으로 알려져 있는 하수슬러지를 함께 혼합하여 소각하고 있어 하수슬러지의 소각량과 소각비율에 따른 N2O 발생특성을 조사하였다[7].
본 연구에서는 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 배출량을 보다 정확하게 산정하기 위해 N2O 배출농도를 연속측정을 통하여 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 배출량을 산출하고, N2O 배출계수를 개발하였다. 또한 본 연구를 수행한 도시고형폐기물 소각시설에서 처리하고 있는 폐기물 성상과 소각시설의 운전조건에 따른 N2O 배출특성을 조사하였다.
또한 본 연구를 수행한 도시고형폐기물 소각시설에서 처리하고 있는 폐기물 성상과 소각시설의 운전조건에 따른 N2O 배출특성을 조사하였다. 이러한 연구결과를 통해 정확한 온실가스 인벤토리 작성을 위한 산정방식의 개선에 대한 기반을 마련하고자 한다.
제안 방법
O의 농도를 연속측정분석기기를 이용하여 분석하였다. N2O 농도는 24시간 동안 연속으로 측정하였으며, 분당 1회 측정된 N2O 농도 값을 이용하여 그 결과를 나타내었다.
본 소각시설은 소각용량은 100ton day-1 규모이며, 도시고형폐기물 이외의 일부 하수슬러지를 같이 소각하는 처리시설이다. N2O 발생농도의 연속측정은 2018년 8월 27일부터 10월 22일까지 3회에 걸쳐 NDIR 방식의 분석기를 이용하여 수행하였다. 본 연구에서 측정된 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 배출농도를 연속측정한 결과 일일평균농도는 53.
O의 농도측정은 NDIR방식의 실시간 가스측정기(Fuji Electric, Model ZKJ)를 이용하였으며. N2O를 정량 분석하기 위하여 가스분석기의 측정범위에 맞는 표준가스를 이용하여 검교정을 수행한 후 측정을 수행하였다. 이 때 분석기로 유입되는 시료의 유량은 1L min-1으로 조절하여 연속적으로 분석하였다.
N2O의 농도측정은 시료 채취관을 굴뚝에 장착한 후 냉각장치를 연결하고, 유량펌프를 연결한 다음 정속으로 시료를 가스분석기로 유입시켜 측정하였다.
NDIR 방식의 분석기기로 N2O를 측정할 경우 시료의 수분제거는 가장 중요한 요인으로 작용하기 때문에 전처리 장비를 이용하여 수분을 먼저 제거한 후 가스측정을 수행하였다. 수분제거용 전처리 장비로는 수분트랩과 저온동결크랩을 활용하였으며, 연속측정기 전단에 수분트랩을 설치하여 연소가스에서 응축된 수분을 먼저 제거한 후 저온동결트랩을 설치하여 연소가스 온도를 - 40 ℃ 이하로 냉각하여 수분을 완전히 제거하였다.
도시고형폐기물의 화학적 원소분석은 자동원소분석기(automatic elemental analyzer, Thermo finnigan Flash EA 1112, Italy)를 이용하여 수행하였으며, 시료를 1,021 ℃ 이상의 고온에서 연소시켜 석영관의 구리층을 통과하면서 조성 원소별로 분석에 용이한 기체분자(CO2, N2, H2O, SO2)로 전환시킨 다음 가스크로마토그래피 분석기의 열전도도검출기(thermal conductivity detector, TCD)를 이용하여 원소분석을 수행하였다. 원소분석은 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S), 염소(Cl)의 6개 항목을 실시하였다.
폐기물 내의 질소성분은 소각공정에서 HCN으로 전환되어 N2O를 발생할 수 있으며, 소각로 운전조건에 따라 N2O 또는 NOx로 전환되어 배출되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 도시고형폐기물과 하수슬러지에 대한 화학성분을 분석을 시행하여 Table 4에 나타내었으며, 화학성분 분석결과와 N2O 발생량의 상관성을 조사하였다.
O 배출계수를 개발하였다. 또한 본 연구를 수행한 도시고형폐기물 소각시설에서 처리하고 있는 폐기물 성상과 소각시설의 운전조건에 따른 N2O 배출특성을 조사하였다. 이러한 연구결과를 통해 정확한 온실가스 인벤토리 작성을 위한 산정방식의 개선에 대한 기반을 마련하고자 한다.
수분제거용 전처리 장비로는 수분트랩과 저온동결크랩을 활용하였으며, 연속측정기 전단에 수분트랩을 설치하여 연소가스에서 응축된 수분을 먼저 제거한 후 저온동결트랩을 설치하여 연소가스 온도를 - 40 ℃ 이하로 냉각하여 수분을 완전히 제거하였다. 또한 연속측정기에 유입되는 유량을 조절하기 위해서 진공펌프를 이용하여 가스측정을 수행하였다.
본 연구에서 N2O 배출계수 개발을 위한 배출량의 산정방법은 Tier 4 Method에 따라 N2O 분석장치로 24시간 동안 연속 측정된 N2O 농도와 TMS 데이터의 건식 유량을 이용하여 Equation (2)에 적용하여 산정하였으며, 일일 폐기물 소각량을 이용하여 N2O 배출계수를 산출하여 Table 5에 나타내었다.
본 연구에서 소각로에서 배출되는 N2O의 농도측정은 최종 배출구인 굴뚝에 연결하여 비분산 적외선분석방법(non-dispersive infrared, NDIR)의 가스분석기(Model : ZKJ, Fuji Electric Co.)를 사용하여 실시간 측정하였다. 연소가스는 분석기로 유입되기 전에 chiller 내의 수분 trap에서 수분을 제거시킨 후 유입하였다.
본 연구에서는 N2O 분석은 EPA Method 18(US EPA, 2001)에 연속적인 시료 채취방법(Tier 4 Method)에 따른 온실가스배출량 산정을 위해 시료 채취관을 굴뚝에 장착한 후 연속측정기를 연결하여 배출가스를 연속적으로 측정하였다. N2O 측정은 실시간으로 장시간 측정이 가능한 비분산 적외선분석장치를 이용하여 측정하였으며, N2O 측정기기로 NDIR 분석기는 글로벌 시험인증기관인 독일 TÜV에서 승인되어 신뢰성이 확보된 분석기기라 할 수 있다.
삼성분 및 유기물 함량은 도시고형폐기물을 일정량 채취하여 열풍건조기(forced convention drying oven, Heraeus Co.)에서 105 ± 5 ℃로 24시간 동안 건조한 후 수분의 재흡수가 일어나지 않도록 데시케이터에서 방냉시킨 후 무게를 측정하여 수분의 함량을 측정하였다.
소각로에서 배출되는 N2O 발생농도의 현장측정은 2018년 8월 27일부터 2018년 10월 22일까지 도시고형폐기물 소각로를 대상으로 비분산적외선분석기(non-dispersive infrared analyzer, NDIR)를 이용하여 각각 총 3회에 걸쳐 회당 24시간동안 연속측정방법으로 시행하였으며, 폐기물 소각시설의 연돌에서 1분 간격으로 N2O 농도를 측정하였다.
소각시설에서 발생하는 온실가스의 발생량은 소각로로 투입되는 폐기물의 성상이 일정하지 않기 때문에 발생량의 변화가 클 수 있어 본 연구에서는 2 ~ 3회에 걸쳐 시료를 채취하여 폐기물의 성상분석을 시행하였고, 온실가스 발생량의경우도 3회에 걸쳐 배출가스 중에 N2O 농도를 측정하여 발생량을 조사하였다.
소각시설에서 채취된 배출가스의 N2O의 농도를 연속측정분석기기를 이용하여 분석하였다. N2O 농도는 24시간 동안 연속으로 측정하였으며, 분당 1회 측정된 N2O 농도 값을 이용하여 그 결과를 나타내었다.
O를 측정할 경우 시료의 수분제거는 가장 중요한 요인으로 작용하기 때문에 전처리 장비를 이용하여 수분을 먼저 제거한 후 가스측정을 수행하였다. 수분제거용 전처리 장비로는 수분트랩과 저온동결크랩을 활용하였으며, 연속측정기 전단에 수분트랩을 설치하여 연소가스에서 응축된 수분을 먼저 제거한 후 저온동결트랩을 설치하여 연소가스 온도를 - 40 ℃ 이하로 냉각하여 수분을 완전히 제거하였다. 또한 연속측정기에 유입되는 유량을 조절하기 위해서 진공펌프를 이용하여 가스측정을 수행하였다.
수분측정이 끝난 시료는 폐기물공정시험법에 따라 600 ± 25 ℃에서 30분간 강열하고 남은 무게를 측정하여 가연분과 회분의 함량을 측정하였다.
)로 전환시킨 다음 가스크로마토그래피 분석기의 열전도도검출기(thermal conductivity detector, TCD)를 이용하여 원소분석을 수행하였다. 원소분석은 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S), 염소(Cl)의 6개 항목을 실시하였다.
대상 데이터
본 연구를 수행한 소각시설은 C시의 도시고형폐기물 소각시설로 소각설비는 소각로-폐열보일러(waste heat boiler, WHB), 반건식 반응탑(semi dry reactor, SDR), 백필터(BagFilter, BF), 촉매반응탑(selective catalytic reduction, SCR), 굴뚝으로 구성되어있다. 소각설비의 소각로는 로터리 킬른 방식으로 운전온도는 950 ℃이며, 회전 rpm 1.
이론/모형
N2O 배출량의 산정방법은 ‘온실가스·에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침’에서 제시하고 있는 연속 측정에 따른 배출량 산정식을 이용하여 아래 Equation (4)에 의해 산정하였다.
본 연구에서 소각로에서 배출되는 N2O의 농도측정은 NDIR방식의 실시간 가스측정기(Fuji Electric, Model ZKJ)를 이용하였으며. N2O를 정량 분석하기 위하여 가스분석기의 측정범위에 맞는 표준가스를 이용하여 검교정을 수행한 후 측정을 수행하였다.
폐기물의 채취방법은 폐기물공정시험법의 원추4분법에 따라 시료를 채취하여 분석을 수행하였다.
성능/효과
6 ppm으로 측정되었다. N2O 발생계수가 높은 하수슬러지의 혼합비율에 따른 N2O 발생농도에 대한 영향을 조사한 결과 하수슬러지의 소각비율이 14.2%로 가장 많았던 3차 측정일의 N2O 발생농도는 53.6 ppm으로 다른 측정일의 N2O 농도와 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서, 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 발생량 및 발생농도는 폐기물의 성상 보다는 소각시설의 소각로 온도와 산소농도 같은 운전조건에 따라 상이하게 발생하는 것으로 판단된다.
O의 일일배출량에 대하여 산정한 결과이다. 도시고형물 폐기물 소각로의 3차 측정일은 전체 폐기물 소각량 중 하수슬러지의 소각비율이 14.2%로 가장 높았으나 N2O 발생농도는 53.6 ppm으로 거의 유사하였으며, N2O 발생량도 폐기물 1톤당 900.08g으로 1차와 2차의 발생량 보다 낮아 하수슬러지의 소각량과 소각비율이 N2O 발생농도와 발생량과의 상관관계를 찾을 수 없었다. 또한 N2O의 일일 배출량은 1차 108.
도시고형폐기물 소각로의 N2O 일일 배출량과 폐기물 소각량을 이용하여 산출된 N2O 배출계수는 1차 1,100.11 # tonwaste-1, 2차 1,198.20 # tonwaste-1, 3차 900.08 # tonwaste-1로 산출되며, 이러한 결과를 바탕으로 본 연구의 대상시설인 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 배출계수는 이를 평균하여 1,066.13 # tonwaste-1로 산출되었다[11].
6 ppm으로 다른 측정일의 N2O 농도와 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서, 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 발생량 및 발생농도는 폐기물의 성상 보다는 소각시설의 소각로 온도와 산소농도 같은 운전조건에 따라 상이하게 발생하는 것으로 판단된다. 본 소각시설에서 연속측정한 N2O 발생농도를 바탕으로 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 배출계수는 1,066.
일반적으로 질소함량이 높은 폐기물을 연소할 경우 N2O 발생량도 증가할 수 있지만 본 연구결과에서는 질소성분 함량이 높은 폐기물의 소각량의 증가에 따른 N2O의 발생농도 및 발생량의 증가를 확인할 수 없었다[8]. 따라서, 본 연구의 소각시설에서 배출되는 N2O의 발생농도 및 발생량의 차이는 소각시설의 운전조건에 따른 가장 영향을 많이 받는 것으로 판단된다.
08g으로 1차와 2차의 발생량 보다 낮아 하수슬러지의 소각량과 소각비율이 N2O 발생농도와 발생량과의 상관관계를 찾을 수 없었다. 또한 N2O의 일일 배출량은 1차 108.44 kg day-1, 2차95.29 kg day-1, 3차 90.41 kg day-1로 산출되었으며, 평균적으로 N2O 일일 배출량은 98.15 kg day-1로 조사되었다.
664 # ton sewage sludge-1로 tier 1과 tier 2 산정방법의 배출계수에 비해 발생농도와 배출계수가 차이가 있는 것으로 보고되고 있다[8-10]. 본 연구결과에서도 연속측정방법에 의해 산출된 N2O 배출계수가 tier 1과 tier 2 산정방법의 생활폐기물 N2O 배출배수에 비해 약 20배 정도 높은 것으로 조사되었으며, 이러한 연구결과를 통해 도시고형폐기물 소각시설의 실제 N2O 발생량을 산정하기 위해서는 연속측정방식을 도입하는 것이 유용하다고 판단된다[12-14].
N2O 발생농도의 연속측정은 2018년 8월 27일부터 10월 22일까지 3회에 걸쳐 NDIR 방식의 분석기를 이용하여 수행하였다. 본 연구에서 측정된 도시고형폐기물 소각시설의 N2O 배출농도를 연속측정한 결과 일일평균농도는 53.6 ~ 59.5 ppm의 범위의 농도분포를 갖고, 전체 평균배출농도는 55.6 ppm으로 측정되었다. N2O 발생계수가 높은 하수슬러지의 혼합비율에 따른 N2O 발생농도에 대한 영향을 조사한 결과 하수슬러지의 소각비율이 14.
하수슬러지는 유기성 폐기물인 관계로 질소성분 함량이8.3%로 도시고형폐기물에 비해 높게 측정되었다. 일반적으로 질소함량이 높은 폐기물을 연소할 경우 N2O 발생량도 증가할 수 있지만 본 연구결과에서는 질소성분 함량이 높은 폐기물의 소각량의 증가에 따른 N2O의 발생농도 및 발생량의 증가를 확인할 수 없었다[8].
후속연구
1 # tonwaste-1에 비해 약 20배정도 높은 결과이다. 이와 같이 폐기물 소각시설의 N2O 발생량은 폐기물의 종류와 소각량을 이용한 산출방식으로는 정확하게 산정하기 어렵고, 실제 발생량과 큰 차이를 보이므로 보다 정확한 산정방식을 위해서는 소각시설별 배출계수를 개발하여 활용하는 방법이 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 폐기물 분야 온실가스 배출량 증가 추세는?
5%가 증가하였다. 국내 폐기물 분야 온실가스 배출량도 2013년 15.0 백만톤 CO2 eq.으로 국가 총배출량의 2.2%를 차지하고 있으며, 매년 증가하는 추세이다. 폐기물 소각에 의한 온실가스배출량은 7.
우리나라의 2013년 온실가스 총배출량은?
우리나라의 2013년 온실가스 총배출량은 694.5백만톤 CO2 eq.이며, 1990년도 총배출량 292.
국내 폐기물 분야 온실가스 종류는?
폐기물 분야에서 배출되는 온실가스는 이산화탄소(CO2),메탄(CH4), 아산화질소(N2O)이며, 2013년 폐기물 분야의 CO2배출량은 6.7 백만톤 CO2 eq.
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