[논문]마이크로버블 장치를 이용한 제지공정 소성로 배기 오염물질 처리

정재억; 정용준

doi:10.5322/jesi.2020.29.11.1025

마이크로버블 장치를 이용한 제지공정 소성로 배기 오염물질 처리
Treatment of Exhaust Pollutants from a Lime Kiln of Paper-mill with Micro-bubble System 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.29 no.11, 2020년, pp.1025 - 1032

정재억 (부산가톨릭대학교 환경공학과) , 정용준 (부산가톨릭대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This work was performed to develop a dip injection wet scrubber (DIWS) system with chlorine dioxide as the oxidant. The exhaust pollutants from a lime kiln of paper-mill were introduced to the system. When NaClO3 was used to oxidize NO into NO2, the oxidation was unsatisfactory and the combination of HNO3 or H2SO4 was required for 100% oxidation. ClO2 is recommended to oxidize NO and SO2 effectively. With the combination of 1st stage of DIWS and ClO2, 57.1% of NOx and 98% of SO2 were effectively removed. In the case of 2nd stage of DIWS and ClO2, 93.5% of NOx and 99% of SO2 were removed. The ClO2+DIWS process was superior to the ClO2+Scrubber process in terms of investment, running cost and NOx removal efficiency.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

질소산화물의 경우 오염물질의 대부분을 차지하는 NO를 NO₂로 산화시키기 위한 산화제가 필요함에 따라 NaClO₃와 ClO₂ 산화제의 성능을 평가한 후, 스크러버 및 DIWS 장치와의 결합에 의한 처리 성능을 중점적으로 검토하면서 경제성까지 고찰하였다. 본 연구는 pilot 테스트에 사용된 설비 용량이 600 N㎥/hr로서 실제 현장을 대상으로 운전한 결과를 제시함에 따라 향후 유사 연구 또는 다른 공정으로도 응용할 수 있는 사례를 소개하는 데 목적이 있다.
본 연구에서는 화학펄프 생산시설 중 석회소성로에서 배출되는 황산화물과 질소산화물의 산화를 위한 산화제 선정과 최적의 산화제와 DIWS 공정 결합에 의한 처리 가능성을 평가하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이에 본 연구에서는 현재까지 국내에서 실증 연구된 사례가 없었던 화학펄프 생산시설 중 석회소성로에서 배출되는 황산화물과 질소산화물의 동시 처리 공정을 검토하였다. 질소산화물의 경우 오염물질의 대부분을 차지하는 NO를 NO₂로 산화시키기 위한 산화제가 필요함에 따라 NaClO₃와 ClO₂ 산화제의 성능을 평가한 후, 스크러버 및 DIWS 장치와의 결합에 의한 처리 성능을 중점적으로 검토하면서 경제성까지 고찰하였다.

제안 방법

ClO₂를 산화제로 한 스크러버 공정에서는 장치 내부로 배기가스를 통과시켜 액상의 약품을 분사하여 오염물질을 제거하였다. ClO₂를 산화제로 한 DIWS 공정에서는 배기가스를 통과시켜 분산장치에서 미세공기방울로 오염물질을 제거하는 공정으로, 마이크로 버블이 약품과의 접촉면적을 매우 크게 형성하여 가스의 용해성과 반응성이 스크러버 보다 높은 것으로 판단된다.
등의 산화제가 교대로 유입되면서 DIWS장치와 스크러버 장치를 통한 제거 성능을 평가하였다. 가스 공급부 전단 및 후단에 가스 분석기(Testo 350XLK, NO/NO₂/SO₂ analyzer)를 설치하여 가스를 분석하였다.
석회소성로에서 배출되는 배기가스는 먼지, SOx, NOx등이 주요 오염원이며, 본 연구에서는 Fig. 1(b)에 나타낸 바와 같이 DIWS 장치 유입부와 유출부의 오염원 농도를 측정하였다. DIWS 장치는 배기능력 10 ㎥/min(가로: 1,200 ㎜ × 세로: 700 ㎜ × 높이: 2,300 ㎜), 반응조내 순환수 용량 800 L, 송풍기 동력 3.
석회소성로에서 배출된 오염원들은 NaClO₃와 ClO₂ 등의 산화제가 교대로 유입되면서 DIWS장치와 스크러버 장치를 통한 제거 성능을 평가하였다. 가스 공급부 전단 및 후단에 가스 분석기(Testo 350XLK, NO/NO₂/SO₂ analyzer)를 설치하여 가스를 분석하였다.
용해도가 낮은 NO를 용해도가 높은 다른 NOx의 형태로 산화시키기 위해 ClO₂보다 보관과 이동 등의 안전성이 높고, ClO₂의 제조 원료인 NaClO₃를 산화제로 사용하여 NOx제거 성능을 평가하였다.
4에 표시하였다. 전체 4단의 DIWS 장치에서 1단은 ClO₂와 NaOH 처리가 병행되고, 2~4단 DIWS 장치에서는 NaOH 처리만 진행하였다.
5에 제시하였다. 전체 4단의 DIWS 장치에서 1단은 먼지 제거 및 스팀가열만 하였고, 2단에 ClO₂와 NaOH 처리를 3~4단에서는 NaOH처리만 진행하였다.
이에 본 연구에서는 현재까지 국내에서 실증 연구된 사례가 없었던 화학펄프 생산시설 중 석회소성로에서 배출되는 황산화물과 질소산화물의 동시 처리 공정을 검토하였다. 질소산화물의 경우 오염물질의 대부분을 차지하는 NO를 NO₂로 산화시키기 위한 산화제가 필요함에 따라 NaClO₃와 ClO₂ 산화제의 성능을 평가한 후, 스크러버 및 DIWS 장치와의 결합에 의한 처리 성능을 중점적으로 검토하면서 경제성까지 고찰하였다. 본 연구는 pilot 테스트에 사용된 설비 용량이 600 N㎥/hr로서 실제 현장을 대상으로 운전한 결과를 제시함에 따라 향후 유사 연구 또는 다른 공정으로도 응용할 수 있는 사례를 소개하는 데 목적이 있다.
처리 설비는 크게 4단으로 구성한 후 ClO₂와 화학약품 주입 탱크를 각각 연결하였다.

대상 데이터

1(b)에 표시하였다. 처리 대상 가스에 함유된 미세분진 및 미세분진 기인 질소산화물과 황산화물에 산화제를 포함하는 산화제 수용액을 스프레이형태로 분무하여 가스에 포함된 일산화질소와 이산화황을 각각 이산화질소와 삼산화황으로 산화시키는 산화제 분무장치를 포함하고 있다.

성능/효과

1) 석회소성로 배기가스를 NaClO₃ 단독으로 처리할 경우 NO를 NO₂로 산화시키기 부족하였으나, HNO₃나 H₂SO₄와 같은 산화제와의 혼합사용에서 100% 산화되었다.
2) ClO₂는 NOx제거율이 55%, 0 ppm의 유입가스 농도에서 5 ppm의 SO₂ 농도를 나타낼 만큼 산화제로서 적합한 것으로 나타났다.
3) DIWS 1단 입구에 ClO₂를 주입했을 때 NOx는 57.1%, SO₂는 98%의 제거율을 나타냈고, DIWS 2단 입구에 ClO₂를 주입했을 경우 NOx는 93.5%, SO₂는 99%의 제거율을 나타냈다.
4) ClO₂+DIWS공정은 ClO₂+스크러버 공정에 비해 투자비와 운영비는 경제적이고, NOx제거율은 5% 높게 나타났다
6,000 ppm의 ClO₂가 제 1산화제 분무장치를 통해서 분사되었을 경우 평균 유입 NOx 농도는 34.3 ppm 57.1%의 NOx 제거율을 나타냈고, 평균 유입 SO₂ 농도는 50 ppm, 유출 지점에서 1 ppm을 유지하여 98%의 제거율을 나타냈다.
ClO₂결합 DIWS 공정은 ClO₂결합 스크러버 공정과 비교하여 투자비와 연간 운영비는 각각 9,400만원과 8,200만원 경제적이었고, NOx 의 제거효율은 5% 높게 나타났다.
본 연구 대상 시설인 제지공정의 특성상 ClO₂를 제조하는 시설이 구비되어 있으므로, 석회소성로에서 배출되는 SOx와 NOx 및 부가적인 배출가스 오염물질 처리를 위한 산화제로는 ClO₂가 적합한 것으로 판단되었다.
2%로 변화가 나타났다. 본 연구에서는 소량의 황화합물과 NaOH를 동시에 주입했을 경우 NOx 제거율이 98% 이상 급증하는 것으로 나타났다.
유입 가스중의 SO₂ 농도는 검출되지 않았으나, ClO₂를 과량으로 투입했을 때는 NO₂ 농도의 증가와 함께 SO₂ 농도도 112 ppm까지 증가한 후, ClO₂를 적정량으로 투입하였을 때 5 ppm으로 소량 증가한 것으로 분석되었다. Jin(Jin et al.
가스가 과량으로 산화된 원인으로 분석되었다. 이후 ClO₂를 적정량이 투입하였을 때는 60 ppm으로 안정된 상태를 나타내어 NOx 제거율이 55% 정도로 관찰되었다.
5(a)는 DIWS 장치 2단에 ClO₂ 6,000 ppm을 투입하여 5시간 연속 제거 성능을 평가한 것이다. 평균 유입 NOx 농도는 7.7 ppm, 최대 처리에서 17.8 ppm을 유지하여 평균 93.5%의 NOx 제거율을 나타냈고, 평균 유입 SO₂ 농도는 60 ppm, 유출 지점에서 1 ppm을 유지하여 99%의 제거율을 나타냈다.

후속연구

석회소성로 배출가스 중 CaCO₃가 15,000 ㎎/N㎥ 농도로 포함되어 있어 ClO₂와 NaOH의 약품사용량 증가가 예상됨에 따른 현장 운영비의 증가 또한 예상되어 추가 대책이 필요한 것으로 나타났다.
이상과 같이 석회소성로 배기가스 처리를 위해 NaClO₃ 단독으로 사용할 경우는 NO를 NO₂로 산화시키기 위한 산화력이 부족함에 따라 HNO₃나 H₂SO₄와 같은 산화제의 혼합 사용이 필요한 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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