5. 환경오염방지기술 – 김석준박사
- 날짜
- 2021.01.20 10:14
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사회자 : 박영훈(목포 MBC 기자) / 패널 : 김석준 박사(한국폐자원에너지기술협의회)
0:00 사회자 : 그렇다면 시민분들은 이 기준치에 부합한다 하더라도 이런것들이
건강에 누적이 되면 이렇게 되는거냐.
이렇게 물어 보고 계씹니다. 김석준 박사님 어때요?
0:13 김석준 박사 : 참 걱정이 많으시죠.
그래서 일반 독성 물질에 대해서 WHO에서 규정을 하고 있습니다.
하루에 섭취할 수 있는 허용양이 얼마인가 그게 이제 몸무게 키로그람당
다이옥신의 경우는 4피코그램으로,
지금 4피코그람 이라면 약 1조분의 4그람인데 그 정도까지는 허용이 되는 걸로
규정을 하고 있습니다.
0:45 사회자 : 그렇다면 여기에서 환경오염 저감 시설들의 최근에 동향은 어떻고
여러분의 이해를 돕기 위해서 이런 부분에 대해서
우리 김석준 박사님의 설명 자료 한번 보시고 애기를 나누도록 하겠습니다.
설명을 좀 해 주실까요?
1:04 김석준 박사 : 자료를 보시면 소각시설 배출 환경오염 물질에 전체적으로 한번 보면
대기 배출 오염물질과 소각재 악취 폐수 이렇게 들 수 있습니다.
이 중에서 가장 우리의 관심을 갖고 있는게 대기배출 오염물질이기 때문에
오늘은 주로 여기에 대해서 말씀을 드리겠습니다.
[김석준 한국폐자원에너지 기술협의회 박사 : 환경오염 방지기술동향]
소각시설 배출 환경오염 물질
○대기 배출 오염 물질
-입자상 오염 물질
-가스상 오염 물질
-다이옥신
○소각재 : 바닥재, 비산재
○악취
○폐수
1:32 김석준 박사 : 환경부에서 지금 소각배출 허용기준을 가지고 있는데 그게 98년 이전부터
지금 2000년 이후까지 비교를 해봤습니다.
가장 위에 있는 먼지 같은 경우는 98년 이전에는 80미리그램퍼 입방미터였는데
2000년 이후에는 10까지 줄었습니다. 8분위 1로 규정이 강화된 거죠.
다음 보시면 가스상 물질입니다.
파란색으로 나오는게 입자상과 같이 6개 항목이 TMS해가지고 굴뚝에서 자동 측정해서
이것이 환경부 환경공단 관제센터로 가서 환경부의 직접관리하는
그런 사항이 되겠습니다.
그다음엔 나머지 것들은 측정을 해서 별도로 이제 관리를 받게 되는데
여기서도 가장 중요한 게 이제 염화수소 같은 경우는 60에서 8까지 8ppm
ppm이라면 전체 100만분의 일 수준이 되겠습니다. 부피비로
그 다음에 이제 황산화물 같은 경우는 300에서 2004년도에 30까지 줄었어요.
10분의 1 주는데 그보다 더 줄여 가지고 2000년 이후에는 20ppm으로 줄었습니다.
특히 미세먼지에 주범으로 보고 있는 질소산화물을 같은 경우에는
200ppm에서 지금 50ppm까지 줄었습니다.
이렇게 강화되고 나가고 있는 중에서도 소각로들이 거기에 맞춰 나가고 있습니다.
소각 배출 허용 기준의 변화 - 입자상 오염물질
[출처 : 호나경부, 대기오염물질의 배출혀용기준]
1.굴뚝자동측정전송(TMS)항목
2.배출가스량 40,000 이상
3.단일특정대기유해물질 연간 10톤 이상 배출 사업장
3:32 김석준 박사 : 대기오염 방지기술을 간단하게 설명을 드리면 우선 먼지를 제거하는 집진장치
그 다음에 산성 가스를 처리하는 장치 이것은 주로 염화수소와 아황산 가스를 주로
제거하게 되겠습니다.
습식 반건식 건식 3가지가 있구요.
그 다음에 질소산화물을 제거하는 탈질장치 용어가 어렵습니다.
촉매를 써서하는 SCR, 즉 선택적 촉매 환원법하고 촉매를 쓰지 않는 비촉매환원법
SNCR이라고 그럽니다.
그 다음에 다이옥신 제거는 실제 굉장히 복합적으로 제거가 되고 있습니다.
그게 추가로 이제 활성탄을 분사해서 하거나 활성탄 흡착탄을 세워서하는 경우가 있습니다
[대기 오염 방지 기술]
○집진 : 먼지제거
-원심 집진기(Cyclone)
-전기 집진기(Electrostatic Preecipitator)
-여과포 집진기(Bag Filters / Fabric Filters)
○산성가스 처리 : 염화수소(HCI), 아황산 가스(SO2)제거
-습식 세정기(Wet Scrubber)
-번건식 세정기(Semi-Dry Scrubber)
-건식 세정기(Dry Scrubber)
○탈질 : 질소산화물 제거
-선택적 촉매 환원법(SCR:Selective Catalytic Reduction)
-선택적 비촉매 환원법(SNCR:Selective Non-Catalytic Reduction)
○다이옥신 제거 : 복합적
-활성탄 분사(Activated Carbon Spray)
-활성탄 흡착탑(Activated Carbon Adsorption Tower)
4:24 김석준 박사 : 좀 자세히 설명을 드리면 먼지는 사이클론이 되겠습니다.
이거는 물리적으로 원심력에 의해서 먼지를 큰입자만 제거하게 되겠습니다.
오른쪽에 있는 부분이 화력발전 쪽에서 많이 쓰는 전기집진기가 되겠습니다.
요거는 입자에다가 전화를 하전시켜서 전기력에 의해서 먼지를 잡아내는 방식이구요.
[먼지 제거 기술 비교 - 환경부 최적가용기법]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
4:54 김석준 박사 : 소각로의 많이 쓰는 방식이 여과포 방식인데 오른쪽에 있는 캡 바깥에 필터를 넣고
그 필터를 왼쪽에서 보시면 여러 겹으로 쌓아놓았죠 그렇게 해서 먼지를 잡는 방식입니다.
세 가지를 비교해 보면
비교해보면 사이클론로 전기집진기, 건식, 습식, 있고 여과집진기 있는데
배출 농도를 보시면 사이클론에 비해서 여과집진기와 규빅미터당 5미리그램
이하로 나오고 있고 소각에 많이 사용해봐서 경험이 많고 또 추가 흡착작용까지
있게 되겠습니다.
비록 에너지 소비가 조금도 있고 하겠지만 소각로에서 가장 많이 사용되고 있습니다.
[먼지 제거 기술 비교 - 환경부 최적가용기법]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷먼지제거 시스템 : 사이클론(멀티사이클론) / 일반적인 배출 농도 : 200~300mg/㎥(100~150mg/㎥) / 장점 : 구조가 튼튼하고 간단 / 단점 : 큰먼지만 제거하여 효율이 낮음, 높은 에너지 소비
▷먼지제거 시스템 : 건식 전기 집진기 / 일반적인 배출 농도 : <5~25mg/㎥ / 장점 : 낮은 전력 소비량, 150~300℃ 가스 온도 사용 가능 / 단점 : 450~200℃에서 사용시 다이옥신류 재생성 가능
▷먼지제거 시스템 : 습식 전기 집진기 / 일반적인 배출 농도 : <5~20mg/㎥ / 장점 : 낮은 배출 농도 / 단점 : 소각 적용 경험 적음, 공정 폐수 생성, 매연의 가시성 증가
▷먼지제거 시스템 : 여과 집진기 / 일반적인 배출 농도 : <5mg/㎥ / 장점 : 소각에 널리 사용, 잔여물층은 추가 흡착 작용 / 단점 : 높은 에너지 소비, 물의 응축에 민감
5:53 김석준 박사 : 산성가스 제거기술은 습식, 반건식, 건식이 있습니다. 습식은 보시는 바와 같이
충진탑을 만들어 가지고 거기에 알칼리 용액을 물에 흡수시켜서 내려보내면서
가스를 중성화시키는 작용을 하는 탑입니다.
[산성 가스 제거 기술]
습식, 반건식
6:21 김석준 박사 : 반건식은 가성소다, 소석회 같은 것을 넣어가지고 슬러리로 만들어서 액체 상태로
분무를 해서 잡는 거고 건식은 입자를 하는 방식입니다.
표를 보시면 주요 반응재로는 습식은 가성소다 등 알칼리 수용액을 쓰고
반건식은 소석회 슬러리, 건식법은 소석회 분말을 주로 쓰고
제거 효율을 보시면 습식이 제일 높고 반건식이 그 아래고
건식은 50% 내외로 낮습니다만 가격이 간단해서 싸게 되겠습니다.
[산성 가스 제거 기술 비교-환경부 최적가용기법]
출처:환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷방식 : 주요 반응제 / 습식법 : 가성소다 등 알칼리 수용액 / 반건식법 : 소석회 슬러리 / 건식법 : -(노내분무)석회, 탄산칼슘, 돌로마이트 등 고체 입자 -(연도분무)소석회 분말
▷방식 : 제거 효율 / 습식법 : -HCI : 95% 정도 -SO2 : 90% 정도 / 반건식법 : -HCI : 90% 정도 -SO2 : 70% 정도 / 건식법 : -HCI : 50~70% 정도 -SO2 : 30~60% 정도
▷방식 : 운전 / 습식법 : 비교적 복잡 / 반건식법 : 용이 / 건식법 : 용이
▷방식 : 전력 사용량 / 습식법 : 많음 / 반건식법 : 비교적 적음 / 건식법 : 적음
▷방식 : 장점 / 습식법 : -사용반응제량이 적음 -고효율 냉각 / 반건식법 : -폐수 발생 없음 -BF와 연계시 2차 유해가스 제거 효과 / 건식법 : -폐수 발생 없음 -설비 간단 - 경제성 높음
▷방식 : 단점 / 습식법 : -건설비 높음 -폐수발생 -백연방지시설 필요 / 반건식법 : 슬러리 사용으로 스케일 부착 우려 / 건식법 : -사용반응제량이 많음 -집진 부하가 높음
7:06 김석준 박사 : 질소산화물 제거 기술은 크게 두가지인데 SNCR방식하고 SCR방식
SCR은 오른쪽에 보시는 것 같이 촉매를 써서 하기 때문에 가격이 비싸게 됐습니다.
[질소산화물(NOx) 제거 기술]
선택적 비촉매 환원법(SNCR), 선택적 촉매 환원법(SCR)
7:19 김석준 박사 : 비교표를 보시면
제거 효율은 선택적비촉매환원법 SNCR은 최고 70%까지 보고 있습니다.
그렇지만 SCR같은 경우는 90% 정도까지 되구요, 운전온도는 SNCR이 높기 때문에
이거는 로내에 바로 분사하는 방식이고 SCR은 별도의 탑을 만들어서
거기에 촉매를 넣어서 하는 방식입니다.
근데 하다보면 안에 암모니아를 공급하게 되는데 약간 슬립이 생길 수 있습니다.
SCR 같은 경우 훨씬 작은 양을 할 수가 있고 가격적인 측면에서 SNCR이 싸지만
그 효율이 낮고 또 SCR은 고가이지만 효율이 높은 장단점이 있습니다.
[질소산화물 제거 기술 비고 - 환경부 최적가용기법]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷항목 : 제거효율 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 30~70% / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 90% 정도
▷항목 : 운전온도 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 850~950℃ / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 220~400℃
▷항목 : 설치공간 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 적음 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 촉매탑 설치공간 필요
▷항목 : 암모니아 슬립 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 10~100ppm / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 5~10ppm
▷항목 : 다이옥신 제거기능 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 약간 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 촉매 분해 가능
▷항목 : 경제성 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 설치비 저렴 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 유지관리 및 설치비 고가
▷항목 : 장점 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : -배출가스 생성과 무관 -운전 보수 용이 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : -높은 탈질 효과 -암모니아 슬립이 매우 적음
▷항목 : 단점 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : -적정 연소가스 온도 중요 -약제 과다 투입시 암모니아 슬림, 백연 현상 우려 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : -촉매 수명 유한, 운영비 고가 -먼지, 황산화물로 인한 제거 효율 저하 -압력 손실 큼
8:17 김석준 박사 : 다이옥신 발생 저감책은 사실 상당히 복작합니다.
앞에 박현서 교수님께서도 말씀을 하셨지만 일단 다이옥신의 발생을 줄이기 위해서
폐기물을 저장조에서부터 파쇄를 한다든지 분리를 한다든지 이런 방법을 쓰고
소각로에서는 완전연소를 시키는게 굉장히 중요합니다.
그래서 CO를 50ppm 이내로 줄이고 출구 온도도 법규상으로 580℃ 이상으로 해서
만일 생성되었던 다이옥신도 로에서 다시 분해가 되도록 하고 있습니다.
그 다음에 아까도 말씀드렸다시피 냉각설비에서 재생성이 안되도록 하는게
굉장히 중요합니다.
그래서 급속냉각을 시키는데 보일러에서 급속 냉각을 시킬 수도 있고
또 습식이나 반건식 새정탑에서 급속냉각을 시킬수가 있습니다.
그래서 온도를 200℃ 까지 떨어뜨리면 거기서 재생성이 줄어들도록 하는 방법
그 다음에 어쩔 수 없이 만들어진 다이옥신은 후처리 장치에서 제거하게 됩니다.
이것도 굉장히 복합적으로 하던데 SNCR과 SCR다
어느 정도 효과가 있다고 보고 있고
특히 활성탄을 뿌려주면 그 활성탄 내에 다이옥신이 흡착이 되가지고
그게 여과집진기에서 먼지 상태로 걸러지게 되면 다이옥신 제거가 됩니다.
이렇게 복합적으로 전체적으로 같이 다이옥신을 줄이는 방안이 되겠습니다.
[소각시설에서의 다이옥신 발생 저감책]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷단계 : 1 / 장소 : 폐기물 저장조 / 목표 : 폐기물의 균질화 및 균일화, 적정 발열량 유지 / 방법 : -쓰레기의 파쇄 및 파봉 -쓰레기의 분별 -쓰레기의 수분함량 저감 -쓰레기의 숙성
▷단계 : 2 / 장소 : 소각로 / 목표 : 안정연소 및 완전연소, CO를 50ppm이하 유지, 850℃에서 2초 이상 체류 / 방법 : -1차 및 2차 공기비 적정화 -2차 공기주입 위치 및 방법의 개선 -노 형상 변화 -연소속도의 조절 -2차 연소의 의한 완전연소의 촉진 - 시작 및 종료시간의 단축(준연속식 및 화분식) -자동제어의 적용
▷단계 : 3 / 장소 : 냉각설비 / 목표 : 재합성 억제(급속냉각, 비산재 퇴적방지) / 방법 : -급속냉각 -수분사 위치 및 방법 변경 -보일러 전열 촉진 -보일러 체류시간 단축 -먼지가 퇴적하지 않는 구조 및 형상 -Soot Blow의 철저
▷단계 : 4 / 장소 : 방지시설 / 목표 : -적정 방지시설에 의한 다이옥신류의 고효율 제거(SNCR-SDA) 채용 -최적 운전조건에 의한 재생성 억제(집진시설의 저온화, 활성탄 사용) / 방법 : -선택적 비촉매환원 장치 -반건식세정탑 -여과집진기:소석회 및 활성탄 주입, 운전 온도의 저온화, 여과속도 조절
10:11 김석준 박사 : 그래서 보면 목포에서 하는 것은 220톤 이기 때문에
시간당으로 보면 4.5톤 정도 될겁니다.
그래서 생활폐기물의 2톤퍼시간당을 보시면 배출허용 기준은
2000년도 초반이나 지금이나 0.1나노그람으로 되어 있습니다.
근데 실제 배출 농도를 보시면 2000년대 초반에는 0.051나노그람입니다.
실제 90년대에는 0.01도 맞추지 못해서 굉장히 어려웠던 소각로 기술도
그래서 가동이 준단되기도 하고 주민들하고 굉장히 불협화음에 많이 일어난
소각로들 있지만 이제 2018년에서 보시면 평균치가 0.01나노그람이 되어 있습니다.
요것은 거의 10분의 1을 수준이 되었습니다.
[소각시설의 다이옥신 배출실태]
출처 : 국립환경과학원, 2020. 6. 12 자원순환포럼 발표자료
▷구분 : 생활 폐기물
-용량(톤/시간) : 1-2 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (40), 2018(1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (10.251), 2018(0.163) / 배출율(%) : 2003-2004 (28), 2018(16)
-용량(톤/시간) : 2이상 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (0.1), 2018(0.1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (0.051), 2018(0.010) / 배출율(%) : 2003-2004 (51), 2018(10)
▷구분 : 사업장 폐기물
-용량(톤/시간) : 0.4-2 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (40), 2018(5) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (7.87), 2018(0.114) / 배출율(%) : 2003-2004 (19), 2018(2)
-용량(톤/시간) : 2-4 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (40), 2018(1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (3.876), 2018(0.157) / 배출율(%) : 2003-2004 (10), 2018(16)
-용량(톤/시간) : 4이상 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (20), 2018(0.1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (2.430), 2018(0.035) / 배출율(%) : 2003-2004 (13), 2018(35)
배출율 = (실제 배출농도/배출허용 기준) * 100(%)
※ TMS 설치 의무 시설 (생활:1ton/hr 이상, 사업장:0.4 ton/hr 이상)의 배출율 현황
※ TMS 미설치 시설에 대한 현황조사 미반영
11:10 김석준 박사 : 요것은 거의 10분의 1을 수준이 되었습니다.
제가 목포시에서 자료를 받아 가지고 제가 확인을 해봤습니다.'
그 중요한 환경오염 배출물질들이 있는데 황산화물은 경우를 보시면
배출허용기준 지금 20ppm으로 되있는데 장래 목포시는 5ppm 정도로 굉장히
낮게 잡고 있습니다.
다이옥신은 0.1로 같지만 먼지 수준도 보면 2mg으로 낮게 잡고 있고
이게 이중으로 처리한 부분이 있습니다.
[최근 대기오염물질 배출 허용 기준]
출처 : 목포시 제공 자료
11:53 김석준 박사 : 화면은 환경부에서 최적가용기법 요즘 통합환경관리가 법으로 재정되서
운영되고 있습니다
거기서 추천하는 최적 대기오염 방지시설은 3가지로 나와 있는데
가장 위에 부분이 목포시에서 구상하는 것과 비슷한 것 같습니다.
거기에다 목포시는 SNCR이 추가돼 있고 또 건식이 같이 추가가 되어 있습니다.
[최적 대기오염 방지시설 구성 사례 - 환경부 최적가용기법]
출저 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
-최적연소 → 가스냉각 → 반건식 반동탑 → 활성탄 분무장치 → 여과 집진기 → SCR → 연돌
-최적연소 → 가스냉각 → 전기집진기 → 흡수팀 → 재가열기 → 연돌
-최적연소 → SNCR → 가스냉각 → 반건식 반동탑 → 활성탄 분무장치 → 여과 집진기 → 연돌
12:29 김석준 박사 : 그 종합적으로 검토를 해보니까 오른쪽 하단에 있는게 소각재 처리시설이 되겠고
그 다음에 이제 왼쪽이 폐열회수 장치부분이 되겠고
위의 왼쪽 윗부분이 폐기물 저장장치가 되겠습니다.
소각로에서 악취는 주로 이 폐기물 저장 장치에서 일어나는데
여기에 차단을 잘하면서 여기 악취나는 공기를 소각로에 흡입을 해서
폐기물과 같이 태우는 방식입니다.
그래서 이런 것들이 비교적 잘 돼 있고, 그 다음에 소각로 안에 SNCR이 설치 돼 있고,
반건식 장치, 건식 장치, 활성탄 주입장치, 여과집진장치, SCR 이런게 전체가
다 잘 설치되어 있는 것을 비교적 잘 계획이 잘 되고 있구나 느꼈습니다.
[목포시 소각시설의 환경오염방지 계획]
반입공급설비 → 소각 및 연소가스 냉각설비 → 연소가스 처리설비
증기 및 여열이용설비 : 고압증기헤더, 보일러, 증기식 가스열기, 제매기, 저압증기 헤더, 증기터빈, 저압증기 복수기, 보일러 급수펌프, 탈기기, 탈기기 급수펌프, 복수탱크
바닥재 처리설비 : 재크레인, 재크레인 조정실, 바닥재저장조, 재추출기, 바닥재 이송컨베이어
비산재 처리설비 : 비산재 이송컨베이어, 비산재 저장조, 비산재 톤백 이송용 호이스트, 장외반출
김석준 박사(한국폐자원에너지기술협의회)
-한국과학기술원 기계공학 박사 졸업
-환경부 중앙환경정책위원회 위원(2015~2020)
-2019 과학기술훈장 혁신장
-(주)엘엠엘코리아 CTO (2020. 25 ~ 현재)
0:00 사회자 : 그렇다면 시민분들은 이 기준치에 부합한다 하더라도 이런것들이
건강에 누적이 되면 이렇게 되는거냐.
이렇게 물어 보고 계씹니다. 김석준 박사님 어때요?
0:13 김석준 박사 : 참 걱정이 많으시죠.
그래서 일반 독성 물질에 대해서 WHO에서 규정을 하고 있습니다.
하루에 섭취할 수 있는 허용양이 얼마인가 그게 이제 몸무게 키로그람당
다이옥신의 경우는 4피코그램으로,
지금 4피코그람 이라면 약 1조분의 4그람인데 그 정도까지는 허용이 되는 걸로
규정을 하고 있습니다.
0:45 사회자 : 그렇다면 여기에서 환경오염 저감 시설들의 최근에 동향은 어떻고
여러분의 이해를 돕기 위해서 이런 부분에 대해서
우리 김석준 박사님의 설명 자료 한번 보시고 애기를 나누도록 하겠습니다.
설명을 좀 해 주실까요?
1:04 김석준 박사 : 자료를 보시면 소각시설 배출 환경오염 물질에 전체적으로 한번 보면
대기 배출 오염물질과 소각재 악취 폐수 이렇게 들 수 있습니다.
이 중에서 가장 우리의 관심을 갖고 있는게 대기배출 오염물질이기 때문에
오늘은 주로 여기에 대해서 말씀을 드리겠습니다.
[김석준 한국폐자원에너지 기술협의회 박사 : 환경오염 방지기술동향]
소각시설 배출 환경오염 물질
○대기 배출 오염 물질
-입자상 오염 물질
-가스상 오염 물질
-다이옥신
○소각재 : 바닥재, 비산재
○악취
○폐수
1:32 김석준 박사 : 환경부에서 지금 소각배출 허용기준을 가지고 있는데 그게 98년 이전부터
지금 2000년 이후까지 비교를 해봤습니다.
가장 위에 있는 먼지 같은 경우는 98년 이전에는 80미리그램퍼 입방미터였는데
2000년 이후에는 10까지 줄었습니다. 8분위 1로 규정이 강화된 거죠.
다음 보시면 가스상 물질입니다.
파란색으로 나오는게 입자상과 같이 6개 항목이 TMS해가지고 굴뚝에서 자동 측정해서
이것이 환경부 환경공단 관제센터로 가서 환경부의 직접관리하는
그런 사항이 되겠습니다.
그다음엔 나머지 것들은 측정을 해서 별도로 이제 관리를 받게 되는데
여기서도 가장 중요한 게 이제 염화수소 같은 경우는 60에서 8까지 8ppm
ppm이라면 전체 100만분의 일 수준이 되겠습니다. 부피비로
그 다음에 이제 황산화물 같은 경우는 300에서 2004년도에 30까지 줄었어요.
10분의 1 주는데 그보다 더 줄여 가지고 2000년 이후에는 20ppm으로 줄었습니다.
특히 미세먼지에 주범으로 보고 있는 질소산화물을 같은 경우에는
200ppm에서 지금 50ppm까지 줄었습니다.
이렇게 강화되고 나가고 있는 중에서도 소각로들이 거기에 맞춰 나가고 있습니다.
소각 배출 허용 기준의 변화 - 입자상 오염물질
[출처 : 호나경부, 대기오염물질의 배출혀용기준]
1.굴뚝자동측정전송(TMS)항목
2.배출가스량 40,000 이상
3.단일특정대기유해물질 연간 10톤 이상 배출 사업장
3:32 김석준 박사 : 대기오염 방지기술을 간단하게 설명을 드리면 우선 먼지를 제거하는 집진장치
그 다음에 산성 가스를 처리하는 장치 이것은 주로 염화수소와 아황산 가스를 주로
제거하게 되겠습니다.
습식 반건식 건식 3가지가 있구요.
그 다음에 질소산화물을 제거하는 탈질장치 용어가 어렵습니다.
촉매를 써서하는 SCR, 즉 선택적 촉매 환원법하고 촉매를 쓰지 않는 비촉매환원법
SNCR이라고 그럽니다.
그 다음에 다이옥신 제거는 실제 굉장히 복합적으로 제거가 되고 있습니다.
그게 추가로 이제 활성탄을 분사해서 하거나 활성탄 흡착탄을 세워서하는 경우가 있습니다
[대기 오염 방지 기술]
○집진 : 먼지제거
-원심 집진기(Cyclone)
-전기 집진기(Electrostatic Preecipitator)
-여과포 집진기(Bag Filters / Fabric Filters)
○산성가스 처리 : 염화수소(HCI), 아황산 가스(SO2)제거
-습식 세정기(Wet Scrubber)
-번건식 세정기(Semi-Dry Scrubber)
-건식 세정기(Dry Scrubber)
○탈질 : 질소산화물 제거
-선택적 촉매 환원법(SCR:Selective Catalytic Reduction)
-선택적 비촉매 환원법(SNCR:Selective Non-Catalytic Reduction)
○다이옥신 제거 : 복합적
-활성탄 분사(Activated Carbon Spray)
-활성탄 흡착탑(Activated Carbon Adsorption Tower)
4:24 김석준 박사 : 좀 자세히 설명을 드리면 먼지는 사이클론이 되겠습니다.
이거는 물리적으로 원심력에 의해서 먼지를 큰입자만 제거하게 되겠습니다.
오른쪽에 있는 부분이 화력발전 쪽에서 많이 쓰는 전기집진기가 되겠습니다.
요거는 입자에다가 전화를 하전시켜서 전기력에 의해서 먼지를 잡아내는 방식이구요.
[먼지 제거 기술 비교 - 환경부 최적가용기법]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
4:54 김석준 박사 : 소각로의 많이 쓰는 방식이 여과포 방식인데 오른쪽에 있는 캡 바깥에 필터를 넣고
그 필터를 왼쪽에서 보시면 여러 겹으로 쌓아놓았죠 그렇게 해서 먼지를 잡는 방식입니다.
세 가지를 비교해 보면
비교해보면 사이클론로 전기집진기, 건식, 습식, 있고 여과집진기 있는데
배출 농도를 보시면 사이클론에 비해서 여과집진기와 규빅미터당 5미리그램
이하로 나오고 있고 소각에 많이 사용해봐서 경험이 많고 또 추가 흡착작용까지
있게 되겠습니다.
비록 에너지 소비가 조금도 있고 하겠지만 소각로에서 가장 많이 사용되고 있습니다.
[먼지 제거 기술 비교 - 환경부 최적가용기법]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷먼지제거 시스템 : 사이클론(멀티사이클론) / 일반적인 배출 농도 : 200~300mg/㎥(100~150mg/㎥) / 장점 : 구조가 튼튼하고 간단 / 단점 : 큰먼지만 제거하여 효율이 낮음, 높은 에너지 소비
▷먼지제거 시스템 : 건식 전기 집진기 / 일반적인 배출 농도 : <5~25mg/㎥ / 장점 : 낮은 전력 소비량, 150~300℃ 가스 온도 사용 가능 / 단점 : 450~200℃에서 사용시 다이옥신류 재생성 가능
▷먼지제거 시스템 : 습식 전기 집진기 / 일반적인 배출 농도 : <5~20mg/㎥ / 장점 : 낮은 배출 농도 / 단점 : 소각 적용 경험 적음, 공정 폐수 생성, 매연의 가시성 증가
▷먼지제거 시스템 : 여과 집진기 / 일반적인 배출 농도 : <5mg/㎥ / 장점 : 소각에 널리 사용, 잔여물층은 추가 흡착 작용 / 단점 : 높은 에너지 소비, 물의 응축에 민감
5:53 김석준 박사 : 산성가스 제거기술은 습식, 반건식, 건식이 있습니다. 습식은 보시는 바와 같이
충진탑을 만들어 가지고 거기에 알칼리 용액을 물에 흡수시켜서 내려보내면서
가스를 중성화시키는 작용을 하는 탑입니다.
[산성 가스 제거 기술]
습식, 반건식
6:21 김석준 박사 : 반건식은 가성소다, 소석회 같은 것을 넣어가지고 슬러리로 만들어서 액체 상태로
분무를 해서 잡는 거고 건식은 입자를 하는 방식입니다.
표를 보시면 주요 반응재로는 습식은 가성소다 등 알칼리 수용액을 쓰고
반건식은 소석회 슬러리, 건식법은 소석회 분말을 주로 쓰고
제거 효율을 보시면 습식이 제일 높고 반건식이 그 아래고
건식은 50% 내외로 낮습니다만 가격이 간단해서 싸게 되겠습니다.
[산성 가스 제거 기술 비교-환경부 최적가용기법]
출처:환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷방식 : 주요 반응제 / 습식법 : 가성소다 등 알칼리 수용액 / 반건식법 : 소석회 슬러리 / 건식법 : -(노내분무)석회, 탄산칼슘, 돌로마이트 등 고체 입자 -(연도분무)소석회 분말
▷방식 : 제거 효율 / 습식법 : -HCI : 95% 정도 -SO2 : 90% 정도 / 반건식법 : -HCI : 90% 정도 -SO2 : 70% 정도 / 건식법 : -HCI : 50~70% 정도 -SO2 : 30~60% 정도
▷방식 : 운전 / 습식법 : 비교적 복잡 / 반건식법 : 용이 / 건식법 : 용이
▷방식 : 전력 사용량 / 습식법 : 많음 / 반건식법 : 비교적 적음 / 건식법 : 적음
▷방식 : 장점 / 습식법 : -사용반응제량이 적음 -고효율 냉각 / 반건식법 : -폐수 발생 없음 -BF와 연계시 2차 유해가스 제거 효과 / 건식법 : -폐수 발생 없음 -설비 간단 - 경제성 높음
▷방식 : 단점 / 습식법 : -건설비 높음 -폐수발생 -백연방지시설 필요 / 반건식법 : 슬러리 사용으로 스케일 부착 우려 / 건식법 : -사용반응제량이 많음 -집진 부하가 높음
7:06 김석준 박사 : 질소산화물 제거 기술은 크게 두가지인데 SNCR방식하고 SCR방식
SCR은 오른쪽에 보시는 것 같이 촉매를 써서 하기 때문에 가격이 비싸게 됐습니다.
[질소산화물(NOx) 제거 기술]
선택적 비촉매 환원법(SNCR), 선택적 촉매 환원법(SCR)
7:19 김석준 박사 : 비교표를 보시면
제거 효율은 선택적비촉매환원법 SNCR은 최고 70%까지 보고 있습니다.
그렇지만 SCR같은 경우는 90% 정도까지 되구요, 운전온도는 SNCR이 높기 때문에
이거는 로내에 바로 분사하는 방식이고 SCR은 별도의 탑을 만들어서
거기에 촉매를 넣어서 하는 방식입니다.
근데 하다보면 안에 암모니아를 공급하게 되는데 약간 슬립이 생길 수 있습니다.
SCR 같은 경우 훨씬 작은 양을 할 수가 있고 가격적인 측면에서 SNCR이 싸지만
그 효율이 낮고 또 SCR은 고가이지만 효율이 높은 장단점이 있습니다.
[질소산화물 제거 기술 비고 - 환경부 최적가용기법]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷항목 : 제거효율 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 30~70% / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 90% 정도
▷항목 : 운전온도 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 850~950℃ / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 220~400℃
▷항목 : 설치공간 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 적음 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 촉매탑 설치공간 필요
▷항목 : 암모니아 슬립 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 10~100ppm / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 5~10ppm
▷항목 : 다이옥신 제거기능 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 약간 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 촉매 분해 가능
▷항목 : 경제성 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : 설치비 저렴 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : 유지관리 및 설치비 고가
▷항목 : 장점 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : -배출가스 생성과 무관 -운전 보수 용이 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : -높은 탈질 효과 -암모니아 슬립이 매우 적음
▷항목 : 단점 / 선택적 비촉매 환원법(SNCR) : -적정 연소가스 온도 중요 -약제 과다 투입시 암모니아 슬림, 백연 현상 우려 / 선택적 촉매 환원법(SCR) : -촉매 수명 유한, 운영비 고가 -먼지, 황산화물로 인한 제거 효율 저하 -압력 손실 큼
8:17 김석준 박사 : 다이옥신 발생 저감책은 사실 상당히 복작합니다.
앞에 박현서 교수님께서도 말씀을 하셨지만 일단 다이옥신의 발생을 줄이기 위해서
폐기물을 저장조에서부터 파쇄를 한다든지 분리를 한다든지 이런 방법을 쓰고
소각로에서는 완전연소를 시키는게 굉장히 중요합니다.
그래서 CO를 50ppm 이내로 줄이고 출구 온도도 법규상으로 580℃ 이상으로 해서
만일 생성되었던 다이옥신도 로에서 다시 분해가 되도록 하고 있습니다.
그 다음에 아까도 말씀드렸다시피 냉각설비에서 재생성이 안되도록 하는게
굉장히 중요합니다.
그래서 급속냉각을 시키는데 보일러에서 급속 냉각을 시킬 수도 있고
또 습식이나 반건식 새정탑에서 급속냉각을 시킬수가 있습니다.
그래서 온도를 200℃ 까지 떨어뜨리면 거기서 재생성이 줄어들도록 하는 방법
그 다음에 어쩔 수 없이 만들어진 다이옥신은 후처리 장치에서 제거하게 됩니다.
이것도 굉장히 복합적으로 하던데 SNCR과 SCR다
어느 정도 효과가 있다고 보고 있고
특히 활성탄을 뿌려주면 그 활성탄 내에 다이옥신이 흡착이 되가지고
그게 여과집진기에서 먼지 상태로 걸러지게 되면 다이옥신 제거가 됩니다.
이렇게 복합적으로 전체적으로 같이 다이옥신을 줄이는 방안이 되겠습니다.
[소각시설에서의 다이옥신 발생 저감책]
출처 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
▷단계 : 1 / 장소 : 폐기물 저장조 / 목표 : 폐기물의 균질화 및 균일화, 적정 발열량 유지 / 방법 : -쓰레기의 파쇄 및 파봉 -쓰레기의 분별 -쓰레기의 수분함량 저감 -쓰레기의 숙성
▷단계 : 2 / 장소 : 소각로 / 목표 : 안정연소 및 완전연소, CO를 50ppm이하 유지, 850℃에서 2초 이상 체류 / 방법 : -1차 및 2차 공기비 적정화 -2차 공기주입 위치 및 방법의 개선 -노 형상 변화 -연소속도의 조절 -2차 연소의 의한 완전연소의 촉진 - 시작 및 종료시간의 단축(준연속식 및 화분식) -자동제어의 적용
▷단계 : 3 / 장소 : 냉각설비 / 목표 : 재합성 억제(급속냉각, 비산재 퇴적방지) / 방법 : -급속냉각 -수분사 위치 및 방법 변경 -보일러 전열 촉진 -보일러 체류시간 단축 -먼지가 퇴적하지 않는 구조 및 형상 -Soot Blow의 철저
▷단계 : 4 / 장소 : 방지시설 / 목표 : -적정 방지시설에 의한 다이옥신류의 고효율 제거(SNCR-SDA) 채용 -최적 운전조건에 의한 재생성 억제(집진시설의 저온화, 활성탄 사용) / 방법 : -선택적 비촉매환원 장치 -반건식세정탑 -여과집진기:소석회 및 활성탄 주입, 운전 온도의 저온화, 여과속도 조절
10:11 김석준 박사 : 그래서 보면 목포에서 하는 것은 220톤 이기 때문에
시간당으로 보면 4.5톤 정도 될겁니다.
그래서 생활폐기물의 2톤퍼시간당을 보시면 배출허용 기준은
2000년도 초반이나 지금이나 0.1나노그람으로 되어 있습니다.
근데 실제 배출 농도를 보시면 2000년대 초반에는 0.051나노그람입니다.
실제 90년대에는 0.01도 맞추지 못해서 굉장히 어려웠던 소각로 기술도
그래서 가동이 준단되기도 하고 주민들하고 굉장히 불협화음에 많이 일어난
소각로들 있지만 이제 2018년에서 보시면 평균치가 0.01나노그람이 되어 있습니다.
요것은 거의 10분의 1을 수준이 되었습니다.
[소각시설의 다이옥신 배출실태]
출처 : 국립환경과학원, 2020. 6. 12 자원순환포럼 발표자료
▷구분 : 생활 폐기물
-용량(톤/시간) : 1-2 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (40), 2018(1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (10.251), 2018(0.163) / 배출율(%) : 2003-2004 (28), 2018(16)
-용량(톤/시간) : 2이상 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (0.1), 2018(0.1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (0.051), 2018(0.010) / 배출율(%) : 2003-2004 (51), 2018(10)
▷구분 : 사업장 폐기물
-용량(톤/시간) : 0.4-2 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (40), 2018(5) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (7.87), 2018(0.114) / 배출율(%) : 2003-2004 (19), 2018(2)
-용량(톤/시간) : 2-4 / 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (40), 2018(1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (3.876), 2018(0.157) / 배출율(%) : 2003-2004 (10), 2018(16)
-용량(톤/시간) : 4이상 배출 허용 기준(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (20), 2018(0.1) / 실제 배출 농도(ng-TTQ/S㎥) : 2003-2004 (2.430), 2018(0.035) / 배출율(%) : 2003-2004 (13), 2018(35)
배출율 = (실제 배출농도/배출허용 기준) * 100(%)
※ TMS 설치 의무 시설 (생활:1ton/hr 이상, 사업장:0.4 ton/hr 이상)의 배출율 현황
※ TMS 미설치 시설에 대한 현황조사 미반영
11:10 김석준 박사 : 요것은 거의 10분의 1을 수준이 되었습니다.
제가 목포시에서 자료를 받아 가지고 제가 확인을 해봤습니다.'
그 중요한 환경오염 배출물질들이 있는데 황산화물은 경우를 보시면
배출허용기준 지금 20ppm으로 되있는데 장래 목포시는 5ppm 정도로 굉장히
낮게 잡고 있습니다.
다이옥신은 0.1로 같지만 먼지 수준도 보면 2mg으로 낮게 잡고 있고
이게 이중으로 처리한 부분이 있습니다.
[최근 대기오염물질 배출 허용 기준]
출처 : 목포시 제공 자료
11:53 김석준 박사 : 화면은 환경부에서 최적가용기법 요즘 통합환경관리가 법으로 재정되서
운영되고 있습니다
거기서 추천하는 최적 대기오염 방지시설은 3가지로 나와 있는데
가장 위에 부분이 목포시에서 구상하는 것과 비슷한 것 같습니다.
거기에다 목포시는 SNCR이 추가돼 있고 또 건식이 같이 추가가 되어 있습니다.
[최적 대기오염 방지시설 구성 사례 - 환경부 최적가용기법]
출저 : 환경부, 폐기물 소각시설 최적가용기법 기준서 2016
-최적연소 → 가스냉각 → 반건식 반동탑 → 활성탄 분무장치 → 여과 집진기 → SCR → 연돌
-최적연소 → 가스냉각 → 전기집진기 → 흡수팀 → 재가열기 → 연돌
-최적연소 → SNCR → 가스냉각 → 반건식 반동탑 → 활성탄 분무장치 → 여과 집진기 → 연돌
12:29 김석준 박사 : 그 종합적으로 검토를 해보니까 오른쪽 하단에 있는게 소각재 처리시설이 되겠고
그 다음에 이제 왼쪽이 폐열회수 장치부분이 되겠고
위의 왼쪽 윗부분이 폐기물 저장장치가 되겠습니다.
소각로에서 악취는 주로 이 폐기물 저장 장치에서 일어나는데
여기에 차단을 잘하면서 여기 악취나는 공기를 소각로에 흡입을 해서
폐기물과 같이 태우는 방식입니다.
그래서 이런 것들이 비교적 잘 돼 있고, 그 다음에 소각로 안에 SNCR이 설치 돼 있고,
반건식 장치, 건식 장치, 활성탄 주입장치, 여과집진장치, SCR 이런게 전체가
다 잘 설치되어 있는 것을 비교적 잘 계획이 잘 되고 있구나 느꼈습니다.
[목포시 소각시설의 환경오염방지 계획]
반입공급설비 → 소각 및 연소가스 냉각설비 → 연소가스 처리설비
증기 및 여열이용설비 : 고압증기헤더, 보일러, 증기식 가스열기, 제매기, 저압증기 헤더, 증기터빈, 저압증기 복수기, 보일러 급수펌프, 탈기기, 탈기기 급수펌프, 복수탱크
바닥재 처리설비 : 재크레인, 재크레인 조정실, 바닥재저장조, 재추출기, 바닥재 이송컨베이어
비산재 처리설비 : 비산재 이송컨베이어, 비산재 저장조, 비산재 톤백 이송용 호이스트, 장외반출
김석준 박사(한국폐자원에너지기술협의회)
-한국과학기술원 기계공학 박사 졸업
-환경부 중앙환경정책위원회 위원(2015~2020)
-2019 과학기술훈장 혁신장
-(주)엘엠엘코리아 CTO (2020. 25 ~ 현재)
