대기오염방지시설과 집진기 관리

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대기오염방지시설과 집진기 관리

제1장 대기오염 방지시설(집진기 관리)

1절. 대기오염 방지시설 개요 / 101
2절. 대기오염 방지시설의 종류 및 원리 / 107
3절. 전기집진장치(EP)의 실무기술 / 109
4절. 여과집진장치(Bag Filter)의 실무기술 / 121
5절. 세정집진장치의 실무기술 / 135
6절. VOC 처리설비 / 148
7절. 배연탈황설비(De-SOx) / 168
8절. 배연탈질설비(De-NOx) / 172
9절. 다이옥신 제거설비(De-Dioxin) / 176

제1장 대기오염 방지시설(집진기 관리)

1절 대기오염 방지시설 개요

1. 대기오염 방지시설의 선정
배출시설에서의 오염물질 배출양상이 다르고 방지시설의 종류와 적용범위가 매우 다양하기 때문에
적절하고 효과적인 방지시설을 선정하기 위해서는 여러 가지 사항을 고려하여야 한다.
일반적으로 방지시설을 선정함에는 다음과 같은 사항을 고려하는 것이 좋다.

가. 설치목적과 처리대상물의 명확화
방지시설을 설치하고자 하는 목적이 무엇이며 어떤 오염물질을 얼마만큼 제거할 것인가를 검토한다.

나. 형식조사
목적을 달성할 수 있는 방지시설의 종류, 형식 등을 광범위하게 조사하고 최적 방지시설을 선정하기 위한 준비를 행한다.
이 경우 단순히 형식 뿐만 아니라 그 성능, 용량, 소요동력, 재질, 가격까지도 조사하는 것이 좋다.

다. 기초적 인자의 해석
나항에서 조사된 장치의 형식에 대하여 유량, 온도, 압력 등의 조작조건과 오염물질의 성상,
분진의 경우에는 평균입경, 입도분포, 밀도, 마모성, 점착성, 부식성 등을 파악하고 장치의 성능에 미칠 영향을 충분히 검토한다.

라. 예비선정
설치목적에 적합하다고 생각되는 형식에 대한 조사와 선정시 고려해야 할 기초적인 인자의 해석이 끝나면
이 자료에 근거하여 그 형식에 대한 예비적 선정을 행한다.
여기에는 각 형식마다 각각의 인자에 대해서 요구 조건이 충족되는가의 여부를 차례로 검토하고 확실하게
그 조건을 충족시키지 못하거나 결점을 쉽게 개선할 방법이 없는 형식을 우선 제외하고 나머지 것에 대하여
운전 자료나 가격을 포함한 종합적인 특성을 비교 검토하여 가장 좋다고 생각되는 형식으로부터 차례로 여러 종류를 선정한다.

마. 시험
위에서 선정된 형식에 대하여 될 수 있는 한 중요인자에 관한 시험을 하는 것이 바람직하며 되도록이면
실제 사용상태에 가까운 조건에서 시험을 하는 것이 좋다.
이와 같은 실제적 시험 외에도 개개 인자에 관하여 간단한 실험실적 시험에 의하여 자료가 얻어지는 수가
많기 때문에 되도록 이러한 시험을 행하는 것이 좋다.

바. 최종선정
상술한 시험결과에 따라서 장치비나 운전비, 사용년수 등을 고려하여 최종적으로 가장 적합한 형식을 선정한다.
이상의 선정방법은 가장 일반적인 방지시설 선정요령으로서 위 순서를 따르면 별로 경험이 없는 사람도 올바른 선정이 가능하다.
특히 집진장치의 경우에는 중요한 선정인자로서 분진의 입경과 집진효율 및 장치의 설비에 소요되는 비용이며
일반적으로 함진기류 중에는 상당히 큰 입자가 포함되어 있는 경우도 있고 중력침강실이나 싸이크론
등에 의해서 조대입자를 제거하고 나머지의 미세입자는 백필터나 전기집진기로 처리하는 경우가 많다.
또 벤츄리 스크러버를 사용하는 경우에는 상당히 큰 입자로부터 미세한 입자까지 처리할 수 있는 특징이 있지만 수중에
포집된 입자를 다시 처리해야 하는 문제가 생긴다.

[그림 1-1]은 방지시설의 선정요령이다.

(참고 : A: 건식전기집진기, B: 분무탑, 벤튜리스크라바-전기집진기, C: VZ-, MC-, SC-EP, D: EP-CY?EP,
MC?EP-CY, -MC, E: 습식EP, F: 타이젠-, VZ, SC-습식 EP, G: 아토마이저-EP, H: CY-,MC-EP)
2. 대기오염 방지시설의 유지 관리
분진이나 배출가스의 성상은 그 오염물질 배출시설의 종류, 구조, 원재료 및 연료의 종류와 혼합화,
또는 연소방법이나 기타 조업조건 등에 따라 소정의 성능을 발휘하지 못하는 경우가 발생한다.
또한 설계상으로는 완전한 방지시설을 설치했다 해도 장치의 결함이나 운전의 미흡, 유지관리 등의 잘못으로
기대만큼의 효과를 내지 못하는 경우도 있다.
따라서 방지시설의 효율적인 운영과 유지관리를 위해서는 체계적인 점검과 유지관리 지침을 마련하여 이를 시행해 나가야 한다.
일반적으로 대기오염 방지시설은 장치의 본체, 송풍기, 회분처리 및 수송장치, 세정수의 공급 및 폐수처리장치,
CO가스 산화장치 및 방재장치, 가스냉각장치, 가스의 조습 또는 조절장치, 집연설비, 각종 계측기, 제어장치 등으로 구성된다.
방지시설을 운점함에 있어서 최우선적으로 고려해야 할 사상은 안전대책과 방재대책으로 이 안전과 방재가 확인되고 난 다음에 방지시설의 조작을 시작해야 한다.
[그림 1-2]는 일반적인 방지시설에 대한 유지관리 체계를 나타낸 것이다.
각종 방지시설을 유지관리하기 위한 공통적인 사항으로는 다음과 같은 것들을 고려할 수 있다.

가. 시동시
1) 안전장치, 방재장치, 냉각장치 또는 온도계, 압력계 등의 계측기 작동 및 성능을 확인한다.
2) 필요에 따라 연도 및 닥트에 잔류하는 폭발성 가스의 유무를 분석하여 확인한다.
3) 송풍기, 압축기, 전동기, 로타리 밸브, 에어로크댐퍼, 집진장치 본체 등의 회전부의 상황을 확인한다.
4) 집진장치본체 및 닥트에 접속된 송풍기, 밸브, 댐퍼, 회수송장치 또는 맨홀, 핸드홀 등 접속부 기밀상태를 확인한다.
5) 송풍기용 전동기는 통상 처리가스 온도에서 출력을 설계하고 있기 때문에 시동시에는
배출가스 밀도가 커져서 과부하가 될 우려가 많다. 따라서 댐퍼를 줄여서 작동을 시작하고 점차로 댐퍼를 열어준다.
나. 운전시
1) 집진장치의 운전시에는 특히 배출가스의 온도 및 압력손실, 사용수량, 배수의 pH, 또는 연기의 색깔상태 등에 주의하여 운전한다.
2) 운전중에 발생하는 사고로서는 마모, 부식 또는 발생로(爐)의 조업상태 등에 따라서
폭발성가스가 한계를 넘는 경우 폭발의 위험성이 있다.
3) 연료의 교체 및 혼소율을 변화할 경우 또는 원재료를 바꿀 경우에는 집진효율에 큰 영향을 주기 때문에
교체 전후에 배출가스 온도, 압력손실, 소요시간 등을 기록해 둔다.

다. 정지시

1) 배출가스 중에는 부식성, 유해성, 폭발성 가스를 포함하는 경우가 많으므로 오염물질 발생로의 조업을 정지한 후에도
최소한 10~15분간은 방지시설의 송풍기를 계속 가동하여 방지시설에 부착된 분진을 충분히 떨어내고
배출가스에 의하여 일어나는 분진의 고착 또는 부식을 방지하기 위하여 배출가스를 공기로 치환한 후 송풍기를 정지시킨다.

2) 송풍기 각종 전동기 등의 정지 또는 접지 등을 확인하고 집진본체, 연도, 송풍기 회출장치 등의 분진고착이나
폐쇄여부를 점검하며 장기간 정지할 경우에는 되도록 분진을 청소해 놓는다.

3) 안전장치, 냉각장치, 전동기, 회전기, 전기설비 등에 대해서는 그 작동을 점검하고 필요에 따라 보수해 놓는다.
또 맨홀, 핸드홀 등의 Packing은 장기간 정지할 경우는 교체하는 것이 바람직하다.

4) 압력계, 온도계, 차압계, 기타 자동계측기에 대해서도 정기적인 정도검사와 교정을 행한다.

2절 대기오염 방지시설의 종류 및 원리

1. 중력집진장치
입자의 중력을 이용하여 처리가스 내의 분진을 제거하는 것으로 장치가 비교적 간단하여 시설비용이 적게 들며,
원리는 stokes 법칙이 적용되며 주요인자로는 중력가속도, 분진입경, 분진 및 공기의 밀도, 처리가스의 점도 등이 있다.
중력침강에 의한 제진장치는 단독으로 사용될 수도 있으나, 큰 입경의 처리에 유효하기 때문에
주처리장치의 전처리 단계로도 많이 이용된다.

2. 관성력집진장치
분진을 함유한 처리대상 가스를 baffle에 충돌시킴으로써 속도의 변화와 방향전환을 유도하여
발생된 입자의 관성력에 의해 가스 중의 분진을 제거한다.
이때 입자의 분리속도에 영향을 주는 인자로는 입자의 면적과 원주속도, 선회기류의 반경 등이 있다.

3. 원심력집진장치
처리대상가스를 Cyclone에 유입시키면 분진은 선회류를 일으키며, 이때 생겨난 원심력에 의해 집진장치 내부에 충돌,
침강하여 제진이 된다.
원심력집진기의 효율은 장치설계의 치수비(値數比)에 의해 좌우되며 체적을 기준으로 몸통길이,
원추길이, 출구경, 입구폭 등을 결정한다.
그리고 입자의 분리속도에 영향을 주는 인자로는 반경과 원주속도, 분진입경, 분진 및 공기의 밀도, 처리가스의 점도 등이 있다.
또한 원심력집진장치는 비용이 적게 들고 효과적인 제진이 가능하여 널리 작용되는 집진장치 중의 하나이다.

4. 여과집진장치
나일론이나 양모같은 섬유를 여재로 사용하는 여과집진장치는 분진을 함유한 처리 대상가스가 여재를 통과하면서 관성충돌,
직접흡수, 확산 등에 의하여 포집된다. 이러한 과정을 반복하게 되면 여재 표면에 분진층이 형성된다.
분진층이 형성되는 압력손실이 커져 제진효율이 저하되기 때문에 압력손실이 일정한 수준에 이르면 분진층을 제거해야 한다.
이를 탈진이라 하며 장치내에서 포집과 탈진이 반복되면서 분진을 제거하게 된다.
여과집진장치 설계시 주요 인자로는 압력손실, 가스상태, 집진효율, 여재에 대한 저항, 공기여재비 등을 들 수 있다.

5. 세정집진장치
처리대상가스 중의 분진은 물론 유해가스의 처리도 가능한 세정집진장치는 액적, 액막,
기포 등을 이용하여 함진가스를 세정시킴으로써 입자의 부착 또는 응집을 유발시켜 먼지를 분리하는 장치이다.
액적에 의한 주요 분진포집의 원리는 관성충돌에 의한 부착에 의해서 제거되거나, 미립자의 경우 액적의 표면에 확산 부착하여
가스로부터 분리 포집되기도 하며, 가스의 증습(增濕)현상에 의해 입자가 응집됨으로써 제거되기도 한다.
세정집진장치는 종류가 다양하고 효율이 비교적 높으나, 부산물의 회수가 어렵고 폐수를 처리해야 하는 문제점이 있다.

6. 전기집진장치
집진원리는 특고압 직류전원을 사용하여 적당한 불평등 전계를 형성하여,
이 전계에 Corona방전을 이용하여 가스중의 입자에 電荷를 주어(-)로 帶電된 입자를 Coulomb력에 의해
집진극(+)으로 이동시켜 분리포집한다.
장치의 주요 구성부분은 방전극(discharge electrode), 집진극(collection electrode),
방전극과 집진극에 부착된 분진을 털어내는 기능이 있는 추타봉(rapper), 분진의 퇴적 저장의 기능이 있는 hopper로 되어 있다.
전기집진장치는 성능이 우수하며 0.1㎛ 이하의 미세한 입자까지도 포집이 가능하며 99.9% 이상의
높은 효율이 장점이나 초기시설비가 많이 들며 주어진 조건에 따라 변동이 어렵다는 문제점이 있다.

3절 전기집진장치(EP)의 실무기술

1. 전기집진장치의 윈리와 특성
전기집진장치는 대기 중에 부유하는 액체, 고체 등의 미립자에 직류전원을 이용하여 불평등 전계를 형성케 하고,
이 전계에 코로나방전을 이용 가스 중의 입자에 전하를 주어 (-)로 대전된 입자를 coulomb력(전기력)에 의해
집진극(+)로 이동케 하여 분리, 포집하는 장치이다.

2. 전기집진장치의 분류
가. 하전식(荷電式)
하전식에는 1단식과 2단식이 있으며, 1단식은 입자에 하전시키면 하전작용과
대전입자의 집진작용 등이 같은 전계에서 일어나는 것으로 보통 산업용으로 사용된다.

1) 1단식
입자의 전하와 집진을 동일 공간에서 실시하는 형식으로서 평판형과 원통형인 두 가지로 분류된다.
방전극과 집진극 사이에 직류 고전압을 가하면 방전극의 주변에 코로나 방전이 생겨
그 주위부에는 방전극과 동일 극성의 이온이 충만해져 가스 중의 미립자는 이것과 흡착하여 대전한다.
이것은 기내에 존재하는 전계의 작용을 받아 쿨롱힘에 의해 집진 전극으로 모아진다.
원통형 집진기는 공업용 외에 기체 기중의 먼지밀도 측정, 방사성 물질의 정량,
공업용 집진기의 성능 시험 등의 계측분야에 사용될 때도 있다.
공업용 집진기는 그 외에 실제로 용도에 따라 건식과 된다.
집진극면에 물을 흐르게 하여 수막을 형성, 포습식으로 분류집된 Dust가 흘러 내리게 하는 구조를 가진 것을 습식이라 하며,
Spray식에 의해 일정 간격으로 집진극의 표면에 물을 분무시켜 먼지의 재비산을 막는 반습식도 있으며,
집진극에 포집된 Dust를 추타 장치에 의해 박리시키는 구조의 건식 등이 있다.
습식(반습식)전기집진기의 장·단점을 비교해 보면 다음과 같다.

* 장점
- 집진판(극)이 항상 청결히 유지되어 강한 전계를 얻을 수 있다.
- Dust의 전기저항에 의한 역전리나 낮은 전기저항에 의한 재비산을 방지 할 수 있다.
- 처리가스 속도를 건식보다 크게 할 수 있다.

* 단점
- 다량의 Slurry가 발생하므로 처리시 문제가 된다 (2차오염물질 발생) ; 별 도의 폐수처리장이 필요하다.
- Slurry 농축한 후 입구 가스의 열을 이용하여 건조시키는 순환 방식을 적 용시 구조가 복잡해진다.

2) 2단식
먼지에 전하를 주는 전하부와 이것을 포집하는 집진부로 구분된다.
하전의 원리는 1단식과 2단식이 똑같지만 전극의 구조상 그렇게 포집되지 않고
다음 집진부에 들어가 여기서 평행 평판 사이의 균등 정전계에 의해서 포집된다.
이 방식은 공업용으로서 특수한 경우에 적용되는 일도 있지만 보통 공기청정용으로서 이용되고 있다.
방전극은 공업용으로는 flash over 전압의 높은 부(負:음)의 극성이 사용되지만 공기청정용으로는
코로나 방전에 의한 오존이나 산화질소 등의 유해가스의 발생을 억제하는 의미에서 정(正:양) 극성이 사용된다.

나. 집진극식(集塵極式)
평판형·관형·원통형 및 격자형 등으로 대별하며 흔히 사용되는 것은 주로 건식으로 평판형과 습식으로 사용되는 관형이다.
전기집진기의 size를 결정하는 집진율 η는 집진극 형식에 따라 다음과 같이 계산된다.

Ve . L. K
평판식 : η = 1-exp (----------------)
Vo . b

L : 집진극의 가스기류 방향의 전 유효 길이(cm)
Vo : 처리가스 평균속도(cm/sec)
b : 집진극과 방전극과의 거리(cm)
D : 관형 집진극의 직경(cm)
K : 전극의 기하학적 형태, 응집, 재비산 등에 의한 보정계수

4Ve . L . K
원통식 : η = 1 - exp ( ------------ )
Vo . D
2Ve . 1
= 1 - e - --------
Ru

AVe
= 1 - e - ------
Q

L : 원통길이
R : 원통반경
Ve : 분자입자속도(Migration Velocity)
U : 가스유속
A : 원통형 면적
Q : 유량

즉 전기 집진율은 L/Vo와 같이 하전시간에 따라 크게 영향을 받는다.

3. 전기집진장치(EP)의 설계

가. 전기집진장치의 요소
집진장치의 포집성능에 관여하는 다른 주요인자는 아래 사항과 같다.

1) 유전력과 쿨롱힘에 의한 전기적 응집, 포집작용을 강하게 하기 위한
높은 전압발생장치 및 이것을 안정하게 유지하는 제어장치와 절연구조.

2) 먼지입자의 하전에 필요한 왕성한 코로나방전을 하는 전극구조와 배치에 의해서 이온풍에 의한 응집과 집진도 촉진된다.

3) 왕성한 방전을 유지하기 위한 방전극의 착진(着塵)방지장치와 집진극의 적정 탈진장치

4) 원할한 집진작동을 진행하기 위한 포집물 배출장치

5) 기기내에 가스를 균등하게 흐르게 하는 가스분포장치

6) 이상방전을 방지하여 집진작용을 촉진하기 위해 필요한 가스조정조 또는 보조장치 전기집진에 있어서는
단순히 먼지를 전극면에 포집하는 일에 국한되지 않고 장기간 안정하게 초기의 기능이 유지되도록 제반요인의 면에
고려가 강구되어야 한다. 이상에 의해서 집진기와 전기설비의 용량, 형식, 규모의 개요가 정해지는 일이 되지만 제반조건에 따라서 형식과 구조가 달라진다.

7) 설치장소, 전기, 증기, 용수 등의 방법, 환경, 폐수처리, 포집물처리, 장래계획

나. 형식의 종류와 그 선정 요령
먼지의 성질 상태와 집진의 목적, 목표에 따라서 가장 경제적인 형식을 선택하게 되지만
집진기의 특징과 조작조건에 대해서 집진장치 시설업자와 사용자(user)가 협력해 종합적으로 검토해서 결정하는 것이 필요하다.
형식을 대별하면 건식(미스트를 포함), 습식과 반건식으로 된다.
건식은 고체나 액체 미립자를 가스흐름으로부터 분리포집하며, 그동안 널리 사용되어 온 형식이다.
건식의 결점인 포집물의 재비산을 방지하기 위해 집진극 면을
적당한 액막으로 덮는, 말하자면 액막전극의 습식이 고안되었다.
이때 집진과정을 건식이라고 하고 포집물의 회수취출(取出) 과정을 습식이라고 하는 반습식도 이용된다.
미스트(mist)도 상태에 따라서는 전극에 관성충돌하여 부착하지 않는 경우가 있어 이때는 습식을 선택해야만 한다.

1) 건식집진
* 분체(粉體)집진
먼지의 성질이 아주 광범위하기 때문에 도약방전, 역방전과 공간전하현상을 함께 할 경우가 있다.
이러한 경우에는 쓸데없이 집진기를 크게 하는 것보다는 전극형식을 함께 할 경우가 있다.
이러한 경우에는 쓸데없이 집진기를 크게 하는 것보다는 전극형식, 전처리장치와 후처리장치 보조기계로서 제진기의 병용,
가스상태의 조정?조업조건의 수정 등에 의해 설비의 합리화를 도모하는 일이 많다.
예를 들면, 도약방전을 함께 하는 낮은 저항먼지에 대해서는 반도체전극을 채용하거나 후처리장치인 기계제진기를 병용
(<표 3-1>의 D형식)하는 방안이 좋다.
또는 역코로나방전을 동반한 높은 저항먼지의 집진에 있어서는 가스습도를 증가하거나
후처리장치 기계제진기를 병용하는 일이 바람직하다.
이와 같은 조건에서는 전기집진의 특성을 살리는 연구가 아주 중요하다.

(참고 : A: 건식전기집진기, B: 분무탑, 벤튜리스크라바-전기집진기, C: VZ-, MC-, SC-EP, D: EP-CY?EP, MC?EP-CY, -MC, E: 습식EP, F: 타이젠-, VZ, SC-습식 EP, G: 아토마이저-EP, H: CY-,MC-EP)

mist 집진
먼지와 가스의 습윤이나 용해가 허용될 경우에는 가스청정장치를 전처리해서 먼지를 함유한 미스트(mist)
상태로 해서 취급하는 일이 높은 집진율을 얻기 위해 경제적이거나 용이하다.
분산상이 원래 미스트가 될 경우에는 문제없다. 단, 미스트량이 아주 적거나 아주 미세입자가 될 경우에는
역시 세정장치를 전처리로 설비해 두는 것이 유리하다.

2) 습식집진
먼지가 아주 미세할 경우에 응집용량밀도가 너무 작을 때 전기저항이 이상하게 낮거나 높을 경우, 또는
습윤한 경우나 끈적거리는 미스트를 함유할 경우에는 포집물을 전극으로부터 쉽게 소제, 회수해 코로나방전을
안정으로 하기 때문에 집진전극면에 유하액막을 형성한 습식집진의 채용이 바람직하다.
이 경우에는 폐수로부터 먼지를 회수해서 공해를 방지하는 일이 필요하고 반드시 경제적이라고 말할 수 없지만 용수를
순환해 재이용하는 것에 의해 현탁물 회수나 폐수의 수질조정이 비교적 쉽게 된다. 습식집진에 있어서는 보통
이상방전현상이 일어나지 않고 입자의 재비산이 없어서 처리가스 유속을 수 m/sec으로 높일 수가 있다.
습식집진에 있어서도 예를 들면 ZnO fume처럼 먼지의 전기저항이 이상하게 크거나 함진량이 과대할 경우에는
역전리 방지를 고려해 두어야 한다.

다. 구조
전기집진장치의 구조를 전기부품과 기계부품으로 대별할 수가 있고, 전기부품의 주요부분은 고전압의 발생기,
감시제어기와 송전계로 구성되며, 기계부품의 주요 부분은 방전전극과 집진전극, 전극탈진기구, 포집물 배출기구,
가스분포기로 구성된다. 이 밖에 보안기와 경우에 따라서는 보조제진기나 오수처리설비가 설치되어 있다.

1) 고전압 발생기
전기집진에 있어서는 정전응집을 주요 작용으로서 이용할 경우에는 교류전압도 사용되지만 일반적으로 직류전압,
특히 음극코로나방전이 사용된다.

2) 집진판
장치의 주체는 코로나방전이 왕성하게 일어나는 불평등전계를 구성하는 전극의 구조와 배치가 된다. 종래의 전극배치는
평판 또는 원통 집진전극 중앙에 코로나방전극을 보유하고 있다. 그러나 방전극을 설치하는 일로서 평균전계 강도가 높아져
경제적이라고 한다.
공업장치로서 실용적인 방전방법이 60 ~ 100kV가 되기 때문에 상온 ~ 450℃, 상압 ~ 30atm인 가스상태를 대상으로 하는
집진전극거리 2S는 약 15~40cm, 수직방향의 전극높이 H는 전극의 진동이나 매연의 재비산 방지 위해 H≤600cm 정도로 제한된다.
즉, (25~40)×600㎠ 이내의 단면에서 단위가스 통로(duct)가 구성된다. 따라서 대용량 가스처리에 있어서는 이러한 닥트를
소요 수만큼 병렬로 설치한다. 이들 1군을 수용하는 집진실(chamber)의 경제적인 설계사양과 집진전극의 유효 탈진기구로서는
28ducts/chamber 이내가 보통이고, 그외에는 대용량 가스처리에 있어서는 집진실을 병렬로 설치한다.

3) 방전극
집진기에 아주 높은 전압 50~60KV/12.5cm가 주어지고 있을 경우에는 방전극의 굵기가 아주 커야 좋으나 높은 능률이나 안정
전하의 입장에서는 가능하다면 아주 작은 방전극을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나 공업장치에 있어서는 부식, 방전극의 착진(着塵) 방지 위해 충격에 의한 피로(被路) 등에 의한 단선사고와 자기진동에
의한 지속 불꽃섬락 등에 다음의 형상인 규격이 많이 사용된다.

둥근선
직경이 2~6mm인 것

각선
꼬임형 또는 직각면이 4×4~6×6m인 것

별모양선
외접형 직경이 5~11mm인 것

4) 추타장치
방전극은 코로나방전이 활발하면 먼지의 부착이 없고 항상 정상적인 집진동작이 행해지면 코로나 휘점의 비정상성,
집진전압파형, 운전요령과 코로나 영역 내의 먼지 침입 등 원인으로서 먼지가 달라붙을 기회가 있다.
그리고 착진(着塵)이 증대하게 되면 코로나 시발전압 Ec가 높게 되고 급격히 방전극의 증대가 진행할 가능성이 있다.

방전극의 착진방지에 적절한 함마(hammer) 두들김이 필요해서 보통은 연속적으로 두들기며,
높은 함진가스처리에 있어서는 함마 두들김 빈도를 높여야만 한다
방전극의 위치가 정확하고 집진극면의 중심으로 유지하여 가스 흐름의 변동에 따라 요동변위하지 않아서 적당한 장력(張力)을 주어서 적정위치로 유지된다.
이 방법으로서 보통 각 방전극은 상부격자에 부착하도록 했으며 하부에 추를 부착시켰다.
따라서 방전극은 함마두들김에 의해 종진동과 횡진동 가속을 반복할 때 피로단선을 촉진시키지 않도록 하여야 한다.
집진전극면은 먼지를 포집퇴적시키는 역할을 다하며, 전극면에 퇴적한 먼지층은 다음 식으로 나타낸다.

Ed = K·Wt·ρ·t·I

Wt : 집진전극 단위면적당 함진량
ρ : 먼지의 전기저항
t : 경과시간
I : 방전전류
Ed : 집진층의 표면전위

따라서, 표면전위가 높아지고 어느 정도(Ed>Ec) 이상으로 퇴적하면 집진동작을 원활하지 않게 된다.
이들 운전 조건에서는 퇴적먼지를 재비산시키지 않고 전극에서는 박리회수하기 위해 적당한 강도와
빈도로서 좀더 전극계에 손상을 주지 않는 운영요령으로 집진전극의 두들김을 실시하도록 해야만 한다.
전극두들김방식에서는 회전추타법, 전자추타법, 공기추타법 및 요동추타법 등이 이용된다.
어느 경우도 추타기능의 확인이 집진시 운전 중에 수시로 할 수 있는 구조가 되어야 한다.

5) 포집분진 배출장치
Mist용 EP(전기집진기) 또는 습식EP에서 포집물은 요컨대 밀봉장치로서 쉽게 분리처리된다.
건식EP로는 전극 부착물을 hopper로 먼저 분리하여 이것을 연속 또는 간헐적으로 집진기 밖으로 인출시 포집물의 성질에 따라
이것이 자연유동하는 기벽의 구배(slope)로서 적당한 보유용량을 선택한 곳에 모아 두어야 한다.
연속해서 짧은 시간의 간격으로 배출하면 hopper 용량을 적게 해 설비를 값싸게 할 수 있어
hopper dust를 오랜 시간 방치하면 설비비가 많이 드는 것 뿐만 아니고 먼지의 흡습에 의해 원활한 배출의 곤란과 장치의 부식에 대한 염려가 있다.
Hopper dust를 EP계외로 배출하는 방법으로는 screw conveyor, chain conveyor, pneumatic conveyor, vacuum ejector 등이 사용된다.
이들은 먼지의 성질에 의해 선택되지만 어느 것으로 할지라도 기밀구조로 되어야 한다는 것이 중요하다.
기밀불량은 EP내가 정압(+압)이 된다면 주위를 오손(汚損)하고 부압(-압)이 되면 EP의 집진율을 크게 저하시킨다.
배출계의 맨 끝부분은 rotary, flap, double-air-lock식 등의 valve로서 기밀배출을 한다.
Pneumatic conveyor로서는 건조공기를 순환해서 이용하는 것이 바람직하며,
방전선의 단선사고가 드물어, 현재는 배출이 원활하지 못해서 EP 사고의 대부분을 차지하고 있다.

6) 가스분포기
집진기에 있어서 계획과 실적의 차이점은 주원인이 배출가스성상조사의
불충분 또는 조사결과의 적용요령이 부적당해서 가스유속의 평균값으로 되지 않음과 포집물의 재비산이라고 말할 수 있다.
이 가스 분포기에는 충돌과 와류 흐름에 의해 먼지가 퇴적해 기능을 떨어뜨려서 적당한 탈진기구가 설치되도록 해야만 한다.
똑같은 목적으로 출구에도 분포기가 설치되지만 출구분포기는 재비산
먼지의 포집과 집진전극의 역할을 동시에 함으로서 역시 적절한 탈진장치를 설치할 필요가 있다.

7) 보조장치
집진설비는 각자 그 특징을 살려 사용하고 전기집진기로서 매연입자의 하전을
충분히 유지함과 동시에 원할한 집진작동을 촉진하는 전계를 유지하는 것이 중요하며,
전자에 대해서도 먼지입자경에 의한 함진농도의 제한이 있고 후자는 가스상태의 조정이 필요한 경우가 있으며
함진가스가 과대하면 코로나방전이 감소되어서 입자가 하전이 불충분하게 되고 집진동작이 만족하게 될 수 없게 된다.
이처럼 함진가스를 EP에 도입하기 전에 적당히 예비 제진해주는 것이 경제적이다.

4. 전기집진장치의 유지보수 요령

가. 안전장치
집진기에 대한 어떠한 작업을 하더라도 사전에 적용받는 규칙이나 규정에 따라 안전점검을 꼭 실시하여야 한다.
독일지역서는 VDI-guide line 2264와 VDE-guide line 0105로 규정되어 있다.
전기 집진기 운전에 대해서는 part에 명기된 사항을 특히 주의해야 한다.
작업시 전원을 완전히 차단하여야 하고, H. V. system과 drive system에 대해 안전유지할 것.
(Main switch를 off 위치에 두고, main fuse를 제거할 것) 이 경우 경고 표지만으로는 부족하다.
운전시 전류가 흐르는 모든 부분에는 육안으로도 접지되어 있는 것을 볼 수 있어야 한다.

1) EP 내부에서 작업할 때는 작업위치에 접지를 연결할 것(passage가 50 이상일 때는 각 실당 2개의 방전 system이 있는 것에 유의).
보수기간이 장기화될 때는 H. V. cable을 아예 EP로부터 떼어라.
불의의 사고를 방지하기 위해 배출 가스를 damper로 막아 EP 점검에 대한 담당자나 담당부서를 확실히 정해둘 것.
혹은 폭발성 가스일 경우 안내서에 따라 특별히 유의할 것.
모든 회전체나 구동부가(말하자면 rapping system과 배출장치) 완전히 stop인 상태일 때만 안으로 들어갈 것.

2) Rapping system이나 배출시설은 그 자체가 점검 대상일 때만 가동할 것.
이러한 검사가 실시될 때는 아무도 구동 part에 손대지 못하도록 한다.
일반적으로 EP 내부에 들어갈 때는 상처를 받지 않도록 안전 헬멧, 안전화 및 보호장갑을 필히 착용할 것.

3) 내부에 부식되어 있는 상태면 점검시 밟고 다니는 부분이 충분히 강도가 있는지 여부를 점검하고,
측벽이나 천장 roof beam으로부터 부식물질이 사람에게 떨어질 수 있는지 여부도 점검할 것.
안전을 위해 EP 내부로 올가가거나, walkway에서 움직이거나 작업할 때 rope로 묶는 것이 필요하다.

나. 일일점검
일일점검이란 집진기를 정상상태로 유지하고 측정이나 조절계기를 운전상태로 유지하기 위해서 필요한 검사나 측정을 말한다.
가능하다면 필요시 운전중에 구동부분을 검사하여야 한다.
매일 점검에는 아래 사항들이 해당된다.

1) Fan과 구동부는 공급의 instruction을 잘 따를 것.

2) 먼지 배출장치와 그 구동부는 tightness와 운전상태를 점검한다.

3) 추타장치는 구동부의 운전상태를 살피고, 오일 주입 안내를 따를 것.

4) Control 계기, 담파, 조절장치 점검.

5) H. V. system의 설치 상태.

6) Hopper와 chute는 hot gas EP일 경우 manual probing으로, cold gas EP일 경우에는 두드려 보아서 초과하여 쌓였는지 여부를 점검할 수 있다.
이 러한 경우 hopper와 chute는 뒤에 연결된 배출시설이 over load가 걸리지 않도록
조심스럽게 빼내면서 비워야 한다.
가연성 혹은 폭발성 물질이 함유한 먼지나 가스일 경우에는 특별한 안전규칙을 준수하며, hopper와 chute를 비운다.
뜨거운 부분이나, 먼지가 새어 나올 위험이 있는 부분은 어떠한 상황에서도 열어서는 안된다.
먼지의 level 측정을 위하여 opening하여서는 안된다.
EP가 shut-down되고 식은 후에 쌓인 먼지는 stick 등으로 모두 배출시킨다.

7) 화재나 폭발방지 장치는 특히 폭발방지 장치를 점검한다.

8) 모든 측정, 지시 및 기록장치, 예를 들면 액주계기를 점검한다.
기록계의 기록 tape 교환, 노출된 부분의 접합부에 먼지 청소 및 sensor 등을 점검한다.

9) Duct line의 damper는 어떠한 상태에서도 작동상태가 정상인가 확인하기 위해 정기적으로 시운전을 해본다.
이러한 점검한 최소한 매달 1번 이상 실시한다.

10) Flange 연결 부위의 sealing 및 duct line의 opening 상태는 물론 먼지 배출시설의 작동상태 및 설치상태를 점검한다.

다. 주 검사
주 검사란 오랜 간격을 두고 내부설비 등의 마모 및 부식 등을 검사할 때 전체적으로 검사하는 것을 말한다.
주 검사 때 손상이 생긴 부분이나 수명이 오래 가지 않을 것이라고 예상되는 부분을 보수 및 교체해야 한다.
VDI-guide line에는 주 검사를 6~12개월에 한번씩 하게 되어 있다.
주 검사는 특별히 점검이 요구되어 최소한 일년에 한번씩 실시하여야 하며,
주 검사를 위한 최적화 시기는 정기적으로 실시하는 것이 보수하기가 좋다.
주 검사에는 아래 사항들이 해당된다.

1) EP를 shut-down 시키고, 접지한 후 안전규정을 점검한다.

2) Casing의 기밀을 점검하고, cover, hopper 등의 부식에 의한 손상을 보수한다.

3) EP 내부 특히 내부설비(internal equipment)에 먼지가 과중하게 부착된 것을 조심스럽게 제거한다.
분배판에는 절대로 먼지가 쌓이지 않아야 한다.
hopper와 배출설비에 먼지가 뭉치거나 쌓였으면 제거해야 한다.
특히 전반적으로 청소를 깨끗이 실시한다.

4) 집진판 열간의 거리가 적정한 허용값 범위의 안에 들어가는지 검토한다.
정상조건에서는 방전 frame이 passage center에서 ±15mm 범위 내에 있어야 한다.
만약 EP의 passage가 50까지이고 roof beam 밑에 central support가 있다면
cold 상태에서 passage의 중앙에 매달려야 하며, 운전중에도 center에 매달려 있어야 한다.

5) wearing parts
wearing parts란 기계적인 하중으로 마모되고 이로 인해 주 검사시에 꼭 보수 혹은 교체되어야 하는 부분을 말한다.
이러한 부문은 반드시 검사해야 되고, 마모의 한계점에 도달하면 교환해야 된다.
이러한 부분은 실제 검사 확인하는 것 외에 주검사 전에도
마모의 한계에 도달할 수도 있다는 것을 염두에 두어야 한다.
만약 예상이 된다면 반드시 제때에 교체해야만 한다.

4절. 여과집진장치(Bag Filter)의 실무기술

1. 여과집진장치의 윈리와 특성
함진가스를 여재(濾材:Filter)로 통과시켜 입자를 포집, 분리하는 장치로 내면 여과와 비교적 얇은 여과재를 이용하여
표면에 초기 부착된 입자층을 여과층으로 하여 입자를 포집하는 표면여과방법으로 구분된다.
표면여과의 경우 초층(初層)의 눈막힘 방지를 위해 처리가스의 온도를 산노점(Acid dew point) 이상으로 유지하여야 한다.

대부분 산업용 여과집진장치는 보통 직물의 여포를 사용함으로 Bag Filter라 칭한다.
초기 여포에 부착된 입자층이 여과층으로 되며 1μm이하의 입자에 대해 95% 이상의 높은 효율로 집진할 수 있다.
Type은 여표의 모양에 따라 원통식(Tube type), 평판식(Flat type), 봉투식(Envelope type) 등으로 구분된다.
Filter Bag(濾材)에 포집된 dust는 퇴적층이 두터워져 압력 손실이 증가하면 fan은 본래의 용량을 발휘할 수 없으므로
보통 Filter의 clean 및 flue gae line과의 차압이 150mmH₂0 전후에서 탈진시키도록 하여야 한다.

2. 여과포에 의한 Dust 포집원리
가. 관성작용
여포에 의한 dust 포집에는 관성력(관성충돌,inertia), 길항력(차폐,interception), 확산력(diffusion),
중력(gravity)등의 집진작용력이 이용된다. 주로 입자경이 1μm전후 이하로서는
관성부착과 길항부착, 0.1μ 정도 이상에서는 확산부착이 지배적이다.
입자경이 3~100μ의 범위에 있는 구형입자인 경우, 즉 stokes 영역에
있을 때는 충돌효율은 다음 식으로 표시되는 관성 parameter Ψ(무차원 수)가 크게 될수록 높게 된다.

         dp² × V × pp
Ψ = ------------------
18μ·df

dp : 입자경
V : 가스유속
pp : 입자밀도
μ : 가스점도
df : 연사직경(실의 직경)

따라서 관성충돌에서는 dust의 입자경이나 밀도, 가스속도는 클수록 충돌효율은 높게 되며,
한편 한편 가스점도, 연사직경은 적을수록 충돌효율은 높아진다.

나. 길항작용
관성력에 의해 가스흐름의 괘도에서 분리 안되는 미세입자로도 가스분자는 10-8cm 정도가 되고
집진대상이 되는 쪽이 2~3항(杭) 더 크다. 따라서 연사(燃)와의 접촉에 의해서 입자가 부착포집하도록 되었다.
이것을 길항작용이라고 하며, bag filter에 있어서 아주 효과적인 집진작용력이 된다.

다. 확산작용
함진가스 중의 dust 농도에 차(差)가 있으면 고농도영역에서 저농도영역으로
dust는 확산이동하여 dust 농도를 균일화하려고 하는 성질이 있다
. 또는 dust 농도에 차이가 없어도 dust의 입경이 미세하게 되면 가스의 분자운동영향을 받아
소위 말하는 Brown 운동이 활발하게 된다.
이 때문에 기류의 흐름방향과 직각된 면(面)내에 생기는 운동에 의해 여포에 dust를 부착시키게 된다.
Brown 운동이 활발하게 되는 입경 0.1μm정도 이하인 미세한 입자의 표집에 있어서는 이 확산작용에 의한 포집이 주체로 된다.
dust의 확산에 의한 부착량은 입자경, 가스온도와 가스점도가 적을수록 부착량은 많아지며
, 한편 dust 농도는 높을수록 부착량은 많게 된다.

3. Pulse Jet 형 Bag Filter

가. 개요
Pluse Jet 여과집진기는 지난 15~20년동안 발전되어 왔으며, 산업용 여과집진기 시장의 약 50%를 차지하고 있다.
이 방법에서는 처리가스가 여과포의 외부에서 내부로 투과되기 때문에 먼지는 여과포 외벽에 포집된다.
각 여과포 내부에는 철물지지대(cage)가 있어, 여과포가 붕괴되는 것을 막아준다.
여과포는 하부가 막혀있고, 자루의 상부는 청정공기 조절장치에 연결되어 있다.
여과포의 먼지는 0.03~0.10초 정도의 짧은 시간내에 90~100PSI의 높은 충격분출압으로 제거된다.
공기의 충격은 「벤츄리」를 통과하여, 여과포를 수축시키는 충격파를 생성하고 여과자루 외벽에 포집된 집진층은 떨어져 나간다.
여과자루에의 충격은 수분 간격으로 계속된다.
충격분출 방식의 장점은 오염된 가스를 연속적으로 여과집진기에 통과시키면서 일부 여과포를 청소할 수 있다는 점이다.
따라서 단위집진실이 없으며, 여분의 여과포가 필요없어 비용이 절감된다. 또한 오염된 처리가스에 노출된 이동 부분도 없다.
충격분출에 의한 또 다른 장점은 모전여과재(felted fabrics)를 기존의 탈진방법보다
2~4배의 매우 높은 공기/여과재 비율(air-to-cloth ratio)에서 사용할 수 있다는 점이다.
여과속도가 빨라질수록 필요 여과면적은 감소하고, 자본비용도 감소한다.
다. 여과속도 계산방법
여과속도를 계산하기 위하여 아래 <표 4-1>에 의하여 물성치 파악을 하여 다음 내용을 각 표에서 구한다.
① Dust 물질명별 보정치(A1)
② 집진기 설치 용도 보정치(B1)
③ 집진기 내부온도 보정치(C1)
④ 먼지의 입도 보정치(D1)
⑤ 먼지의 농도 보정치(E1)

물질명별 변수 값은 아래 <표 4-1>과 같다.

A = A1 ' 60 ' 0.00785(m/min)
A1 = 물질명별 변수 값
B = { ( 38 + B1 ) / 2 ) / 60 ( Fa ) }
B1= 설치 용도별 변수 값

r′a
C = --------- (Ratio)
ra

273
r′a = 1.2931·--------·0.968(kg/㎥)
273+t

ra = 표준공기 비중량 (1.2) (kg/㎥)

ra = 건공기 비중량(kg/㎥)
D1
D = ------ (Fa)
3

D1= 입도 보정치에 대한 변수 값

E1
E = ( -------- )-0.9(Fa)
38

E1 = 농도 보정치에 대한 변수 값

위의 A, B, C, D, E로서 여과속도 Vf를 구한다.
∴ Vf = A, B, C, D, E (m/min)

라. 여과포 재질 선정 기준

1) Filter Bag의 요건
* 강도가 충분할 것
(물리적 강도)         (화학적 강도)
- 인장강도         내약품성
- 파열강도         내열성
- 평면마모강도
- 굴곡마모강도


* 집진효율이 좋은 것
* 압력손실이 낮고 안정되어 있는 것
* 치수 안정성이 좋은 것
* 가격이 안정되어 있는 것
* 박리가 좋은 것

2) Filter Bag 선정시 검사사항
* 처리 gas의 온도 * dust의 마모성
* 처리 gas의 성분 * dust의 대전성
* 처리 gas의 부착성 * 여과 속도
* 처리 gas의 수분율 * Blower정압
* dust의 입도분포 * 집진방식(장치의 특성)

3) Filter Bag 파손의 주원인
Bag이 파손되었을 때에는 즉시 bag filter의 운전을 중지하고 파손된
bag을 교환해야 하며 bag 파손의 주원인은 아래와 같이 몇가지 원인이 있다.
* Bag이 고온으로 인하여 취약해지거나, 진공 및 역류반복을 파손되는 경우
* Bag의 취부불량에 의해서 장력이 과해서 이탈된 경우나 장기간 운전으로 하단부가 파손되는 경우
* Bag실과 하부 hopper와의 간격이 있어 여기서 분출되는 분진에 의하여 bag 외부로부터 마모공이 생기는 경우
* 취부 지입시 또는 운전시, 임의적으로 기물에 의하여 파손되는 경우

4. 여과집진장치의 운전관리
가. 성능검사 방법
1) 효율측정방법

Χ = [ ( Ci - Co ) / Ci ] × 100(%)

Ci : 입구 먼지 또는 가스 농도
Co : 출구 먼지 또는 가스 농도

2) 압력손실 측정방법
Bag filter의 입구와 출구의 평균 전압을 측정하고 그 차를 계산하여 방지시설의 압력손실을 측정한다.
특히 manometer(차압계)가 부착되어 있어 항시 차압확인과 점검을 하도록 계기가 설비되어 있다.

P = Pti - Pto
Pti : 방지시설 입구 평균 전압
Pto : 방지시설 출구 평균 전압

나. 배출시설 및 방지시설 정상운전 및 유지관리 계획
제진장치의 관리에 있어서는 시동시, 운전시와 정지시에 다음과 같은 사항들을 준수해야 한다.

1) 시동시
① 송풍기, 제진장치 등의 기밀상태를 점검하고, 냉각장치, 안전장치의 성능을 확인해야 한다.
② 주전동기는 처리배기온도로 설계되었으므로 시동시의 가스 비중이 크기 때문에
전동기는 과부하될 때가 많고 각 부분에 damper 개도를 조정하여 풍량변화를 주면서 가동해야 한다.
③ 먼지탈락 시설을 작동시킨 후 배기 fan을 가동해야 한다.

2) 운전시
각 부분의 정압, 온도, 풍압, 송풍기, 전류, 진동, 집진먼지량 등에 대해서
매일 또는 정기적으로 운전기록을 작성해 두어야 한다.
점검시 공기부하(air load)와 배기부하(gas load) 특성을 다음 내용을 참조해 기록해야 한다.
① 발생원 : 설비의 출력 또는 처리능력
② 연료 : 종류, 사용량, 성분, 혼소율, 공기 및 산소 사용량
③ 원료 : 종류, 사용량, 성분, 혼합도
④ 가스성상 : 가스량, 성분, 온도, 습도, 노점, 압력, 기타
⑤ 먼지 : 농도, 성분, 입경분포, 비중, 전기저항, 기타
⑥ 운전특성 : 차압지시계를 확인하여 규정된 차압은 100㎜Aq로 운전해야 한 다.

3) 정지시
① 송풍기, 냉각장치, 안전장치 등의 작동을 확인한다.
② 송풍기, 먼지배출장치 등에 먼지부착 또는 퇴적여부를 점검한다.
③ 압력계, 온도계, 차압계 등의 계측기에 대하여 정기적으로 정밀검사를 한다.
④ 처리가스 중에 유해가스, 폭발가스, 용융가스가 있을 때가 많으므로 조업정지 후에도
최소한 청정공기로 10분 이상 가동해 배가스를 완전히 신선한 외부공기로 치환시켜야 한다.
⑤ 먼지탈락장치는 배기 fan 정지 후에도 일정시간 작동해 부착된 먼지를 탈락시킨 후
포집된 먼지는 위탁 또는 원료로 재사용해야 한다.
다음 <표 4-5>는 여포제진장치의 고장 발생과 보수 방법을 간단히 요약한 것이고,
<표 4-6>은 여포제진시설의 각 부위별 정기점검 주기와 수리 소요 시간을 추정한 것이다.

5절 세정집진장치의 실무기술

1. 세정집진장치의 원리와 특성
세정집진장치는 세정액을 분산 또는 함진가스를 분산시켜서 생성되는
액적, 액막, 기포 등에 의하여 함진가스 중의 미립자를 분리포집하는 장치이다.
이러한 세정집진에서는 관성력, 확산력, 응집력, 중력 등이 이용되고,
관성력과 중력 등은 입자경이 클수록 커지고, 확산력과 응집력은 입자경이 작을수록 큰 집진작용을 나타낸다.

가. 관성충돌
세정집진에서는 생성된 액적, 액막과 dust와의 접촉에 의하여 입자의 분리가 이루어지며,
dust 입자경이 1㎛ 이상의 경우에는 관성충돌이 가장 지배적인 집진작용력으로서 작용한다.
유선을 따라 이동하는 입자는 액적인 장해물에 의하여 유선이 방산시 관성력 때문에
유선을 벗어나 액적에 충돌되어 제진되며, 액적에 충돌된 입자는 분리계수(Ns)에 지배되는데 다음 식으로 나타낸다.

Cf . Pp . dp². V
Ns = --------------------------
18μ . dw

Ns : 관성충돌분리계수
dw : 액적 직경
Pp : 입자 밀도
Cf : 커닝함 계수
V : 함진가스 유입속도

이때 실제 액적에 충돌한 먼지 입자의 총수와 액적에 충돌 가능한 먼지 입자의 총수의 비를 충돌에 의한 집진효율(η1)이라 하며, 다음 식으로 나타낸다.

먼지 타격 면적           d p'
η1 = ---------------------= ( ------------ )2
액적 분사 면적            dw

따라서 분진의 입경이 커지면 운동량이 커져 높은 관성력을 나타내 유선(stream line)으로부터
이탈해 장애물에 충돌(impaction)하기 때문에 액적 분사면적(frontal area)중에 청정면적(cleared area)이 넓어져
타격효율(target efficiency)은 좋아진다.
반면에 입경이 작아지면 관성력이 상대적으로 작아져 유선과 함께 발산됨으로 타격효율은 떨어지게 된다.

일반적으로 액적의 흐름 방향으로의 투영면적에 대한 분리 가능한 흐름에
수직 방향의 단면적의 비율을 충돌효율(ηt)이라 부르고 다음 식과 같이 나타내며,
이 값이 1에 가까울수록 집진율(ηt)은 높아진다.

ηt = ( l / dw)2

입자경이 3~100μ의 범위에 있는 구형입자의 경우, 즉 스토크스 영역에 있어서는 충돌효율은 다음 식으로 나타내게 되는 관성파라메타(무차원수)에 의한다.

dp² . ur .Pp
Ψ = ---------------------
18μ . dw

dp : 입자경
Pp : 입자의 밀도
ur : 가스와 액적과의 속도
dw : 액적경
따라서 관성충돌인 점에서 본다면 더스트의 입자경 및 밀도 가스와 액적과의
상대속도는 클수록 또는 가스의 점도 및 액적 지름이 작을수록 집진율은 높아진다.

나. 확산작용
함진가스 중의 입자농도에 차이가 생기면, 입자는 고농도 영역에서 저농도 영역으로 확산이동하여,
입자농도를 균일화시키려고 하는 성질이 있다.
입자가 Brown 운동을 할 정도로 미세하면 이 확산작용에 의하여
입자는 액적 포면에 접촉 부착하여 분리된다.
특히 0.1㎛ 이하의 미세한 입자의 분리에 있어서는 이 확산작용에 의한 부착이 지배적이다.

확산에 의한 입자의 부착속도는 입자의 확산계수에 비례하고,
이 계수는 입자경이 작을수록 커지고, 입자의 액적에의 부착량도 증가한다.
<표 5-1>에는 입자의 확산계수를 나타낸다.
또한 확산에 의한 부착량은 확산계수이외에도 입자 농도에 비례하고, 가스의 점도 및 가스와 액적과의 상대속도에는 반비례한다.
따라서 dust의 입자경이 같을 경우에는 액적경과 가스점도는 작을수록,
가스와 액적과의 상대속도는 낮을수록, 확산에 의한 dust의 액적에의 부착량이 많아지고, 집진율도 높아진다.
다. 응집작용
매연에는 일반적으로 수증기, 무수황산, 그외의 유기물 등을 함유하는 경우가 많고,
가스온도가 낮아지면 이들 응축성분이 dust 표면에 흡착 내지는 흡수되어,
dust 입자는 상호응집하여 커다란 2차 입자를 형성한다.
또한 배가스의 세정을 행하면 가스온도는 거의 수노점(水露点)에
도달하기 때문에 dust의 표면은 응축수로 덮혀져서 응집은 한층 더 효과적이 된다.
따라서 세정집진에 있어서는 처리가스 온도를 가능한한 낮게 하고,
함진가스를 증습시킨 상태에서 처리하는 것이 높은 집진율을 얻기 때문에 유효한 수단이 된다.
미세입자는 액적에서 형성되는 유선과 같이 이동하면서 분리되는데
액적과 미세입자의 중심과 거리 (dp / 2)보다 짧게 되면 입자는 액적과 직접 충돌되어 제진된다.
유수식에서는 처리가스 속도(기본유속)가 클수록 엷은 액막이 다량으로 형성되어 함진율도 높아지지만
세정가스에 동반되는 미스트량이 많아지므로 출구측의 가스 속도는 될 수 있는 대로 느리게 하거나 출구측에
데미스터(demistor) 즉 미스트 분리장치를 설치하여 미스트의 일출(逸出)을 억제하여야 한다.

2. 세정집진장치의 구조에 의한 분류
세정집진장치에서는 액적에서 dust 부착 및 dust 상호의 응집이 효과적으로 이루어지게 하기 위하여, 액적,
액막 등의 형성과 세정방법을 여러 가지로 연구하여, 다양한 것이 시판되고 있다.
이것을 성능표시의 측면에서 대별해 보면은 유수식(溜水式), 가압수식, 충전탑식(가압수식의 일종), 회전식으로 분류된다.
< 표 5-2>에는 세정집진장치의 특징을 나타낸다.

가. 유수식
유수식에서는 집진실내에 일정한 물 또는 그 외의 액체를 보유하고,
함진가스를 빠른 속도로 통과시킴에 의하여, 액적이나 액막을 형성시켜 함진가스를 세정한다.
따라서 이 형식에서는 수위의 조절, 액막의 형성 상태 등의 양, 불량의 성능을 좌우하게 된다.
유수식의 특징은 보유수를 순환 사용하기 때문에 약간의 보충수로 세정집진이 된다는 점이다.
통상 50% 분리한계 입자경은 1㎛ 정도이다. 압력손실은 형식과 성능에 따라 다르지만, 대체로 100~200㎜H2O의 범위가 된다.
(a) S impeller형은 역S자형 impeller에 연하여 함진가스를 고속도로 통과시키고,
(b)가스 선회형에서는 guide vane에 의하여 함진가스를 고속회전 시키고,
(c) 가스 분출형에서는 유수 중에서 함진가스를 고속으로 불어내고, 또한
(d) Rotor형에서는 수차(水車)를 고속회전시켜서 액적이나 액막을 형성시켜 함진가스를 세정한다.

유수식에서는 처리가스속도(기본유속)가 클수록 미세한 액적이 다량으로 형성되어 집진율도 높아지므로,
청정가스에 동반되는 mist량이 많게 되어서, 출구측의 가스속도는 가능한한 느리게 하고,
출구측에서 demister 즉 mist 분리장치를 설치하여 mist의 빠져나옴을 억제한다.

나. 가압수식
가압수식에서는 물을 가압하여 공급함으로서 함진가스를 세정한다.
이 형식의 것을 venturi scrubber, jet scrubber, spray탑, cyclone scrubber가 있으나
집진율이 가장 높고 가장 광범위하게 사용하는 것은 venturi scrubber이다.

1) Venturi scrubber
Venturi scrubber는 유량측정용의 venturi와 같은 형이다.
함진가스는 slot 부에 조여져서 세정수는 이 주위에 설치된 분사 노즐에서 공급하여, 60~90m/s의 고속가스 유속에 의하여 미세한 수적이 되고,
전단면에 분산되어 dust와 접촉된다. 또한 diffuser(확대관)에서는 가스가 감속되어
가속된 수적과 dust와의 관성충돌에 의한 부착은 한층 더 효과적이 된다.
집단 venturi에서는 기액분리에 관성력을 이용한 demister를 사용한다.
제2단 venturi에 의해서는 제1단 venturi의 기액분리, 처리가스 온도의 저하에 의하여,
1단의 경우와 비교하여 동력비는 커지지만 보다 높은 집진율을 얻는다.

① 최적 수적경과 액가스비
Venturi scrubber에 있어서 관성충돌에 의한 수적의 dust 포집은 대상 dust경 dp 에
대한 최적수적경 dw와 slot부의 가스속도 v와의 관계를 나타낸다.
최적 수적경은 dust 입경의 150배 정도가 최적이며 이보다 커지거나 작아지면 충돌효율은 나빠진다.
Venturi scrubber의 처리가스량당 사용수량, 즉 액가스비 L(ℓ/㎥)는 dust의 입자경, 농도, 친수성, 점착성,
또는 처리가스온도에 따라 변화하지만, 일반적으로 0.5~1.5ℓ/㎥가 되며, 10㎛ 이상의 조입자 또는
친수성의 dust에서는 0.5ℓ/㎥, 10㎛ 이하의 미세입자 또는 소수성의 dust에서는 1.5ℓ/㎥ 정도가 된다.

② 압력손실
Venturi scrubber의 50% 분리한계 입자경은 0.1㎛ 정도에서 세정집진장치의 성능이 가장 높게 나타난다.
그러나 slot부의 처리가스속도가 크면 압력 손실은 일반적으로 300~800㎜H2O가 된다. Slot부의 압력손실은 실험적으로 다음 식으로 구한다.

γg υ²
ΔPt = ( 0. 5 + L ) -------------
2g

이 식에서 ΔPt : 압력손실(㎜H2O), L : 액가스비(ℓ/㎥), υ : slot에서의 가스 속도(m/s), γg : 가스의 비중량(㎏/㎥), g : 중력가속도(m/s²)

2) Jet scrubber
일종의 gas booster로서 구조는 증기 또는 물의 ejector와 같다.
세정수는 나선형 날개가 있는 분무노즐에서 회전류가 되어 고속으로 분사되고, 주위의 함진가스를 흡인하여 slot부에서 가속되고,
확대관을 통과하는 사이에 기액의 혼합, 수적과 dust와의 충돌, 확산 등에 의하여 dust를 분리한다.
Jet scrubber의 사용수(水)량은 다른 세정집진장치의 10~20배가 되어 10~50ℓ/㎥ 정도로 높고, 운전비가 높지만,
압력이 상승하기 때문에 송풍기가 불필요하게 된다.
이 때문에 일반적으로 송풍기를 계통적으로 설치할 수 없는 경우에, 비교적 처리가스량이 적은 경우에 사용한다.

3) Spray탑
Spray탑을 분무탑이라고도 부르며, 공탑내에는 3~4단의 spray단을 설치해, 함진가스와 액적과의 접촉시간을 충분히 취한다.
Spray탑의 특징은 구조가 간단하고, 보수가 별로 없으며 또한 충전재를 사용하지 않기 때문에 dust 부착 등에 따라서 압력손실이 증가하는 염려가 없다.
통상 액가스비는 2~3ℓ/㎥ 정도로서, 처리가스의 기본유속은 1~2m/s이기 때문에 압력손실은 적어서 30㎜H2O 전후가 된다.
spray탑은 습식 전기집진장치의 1차 집진장치로서 사용하는 경우가 많고, 가스냉각을 겸하기 때문에 고온측의 spary 단에서는
수적을 미세하게, 저온측 spray 단의 수적은 약간 조립으로 하여 청정가스에 동반되는 mist를 적게 한다.

4) Cyclone scrubber
Cyclone scrubber에서는 탑하부의 중심에 다수의 spray nozzle을 가지는 분사관을 비치하고, 함진가스를 접선 유입시킨다.
가스는 탑내를 선회하면서 상승하고, spray nozzle에서 분사된 수적에 의하여 함진가스가 세정되고 수적에 충돌,
부착된 dust 또는 mist는 원심력에 의하여 탑벽에 포착된다.
액기비는 일반적으로 1~2ℓ/㎥ 정도로서, 압력손실은 원심력을 이용하기 때문에 120㎜H2O 전후가 된다.
이 형식은 액적 또는 수용성 dust의 포집에 매우 효과적이며, venturi scrubber의 기액분리기로서 널리 사용되고 있다.
특히 세정액을 저장해야 하는 tank는 최소한 체류시간을 15~30분 정도가 알맞다.
분무탑의 노즐은 특수재질이거나 구멍이 큰 노즐을 사용해야 하는데 통상 수두손실은 25-~50㎜H2O이어야 하며,
집진율은 5μ은 94%, 25μ은 100% 제거된다. 그러나 최근에 습식집진기술이 발달되어 충전식은 5μ은 97%, 10μ은 100% 제거할 수 있으며,
1μ 정도의 mist, fume과 gas도 90% 이상 제거될 수 있다.

다. 충전탑
충전탑은 가압수식으로 분류되지만 성능의 표시를 분명히 하기 위하여 여기서는 분류를 나누어서 취급한다.

1) 충전탑
충전탑에 있어서는 일반적으로 함진가스는 탑 하부로 송입되고, spray 수와는 향류로 된다.
통상 충전부에 있어서의 처리가스의 기본유속은 1m/s 이하로 한다.
압력손실은 충전물의 종류, 층의 높이, demister의 유무에 따라서 대폭적으로 상이하며 100~250㎜H2O 범위가 된다.
액가스는 일반적인 세정집진장치와 같은 정도의 2~3ℓ/㎥ 전후가 된다.

① 충전물 : 충전탑에서는 충전물의 표면에 형성되는 수막과 함진가스와의 관성충돌,
미세입자의 확산 부착에 의하여 dust의 포집이 이루어진다.
따라서 충전물은 표면적이 클수록, 수막형성이 쉬울수록, 가스흐름에 대한 저항이 적을수록, 익류나 편류가 적을수록,
또한 가벼우면서도 견고한 것이 좋다. 충전물은 종래에는 자기제와 그외 raschig ring, lessig ring 또는 목재로 된 hurdle, cokes 등이 사용되지만,
최근에는 plastic제의 tellerette, berl saddle 등이 많이 사용된다.

② 유해가스의 동시 처리 : 충전탑의 50% 분리한계 입자경은 1㎛ 전후로서 유해가스의 제거장치이기도 하지만,
dust 및 반응생성물의 부착에 의하여 압력 손실이 급격히 증가하여 운전이 곤란해지는 경우가 많다.
일반적으로 유해가스의 동시처리 또는 비교적 처리가스량이 적은 경우에 사용한다.

2) 유동층 scrubber(flooding band)
이것은 충전층의 상하 grid 사이에 plastic제의 구(球)를 부유시켜 구표면에 수막에 의하여 함진가스를 집진하는 것으로서
유해가스를 동시에 처리하는 경우에 많이 사용한다. 집진성능은 50% 분리한계 입자경이 1~3㎛ 정도가 된다.
청정가스 출구 측에는 동반하는 mist를 관성력으로 포집하는 demister가 설치되어 대략 20~30㎛ 이상의 mist가 여기서 포집된다.

3) 충전층 scrubber
여과층에는 충전물이 가라앉아 있어서 여과층의 아래에서 spray수를 분사하고,
여과층의 상부에는 소용돌이 흐름층을 형성하여, 여기서 함진가스가 세정된다.
압력손실이 상당히 크고, demister가 붙은 것이 200㎜H2O 정도가 된다.

라. 회전식
회전식은 fan의 회전을 이용하여 공급수와 함진가스를 교반하고,
공급수에 의하여 형성된 다수의 수적, 수막 또는 기포에 의하여 dust가 세정집진된다.

1) Theisen washer
Theisen washer는 다수의 impeller를 부착한 runner와 casing 측에 runner impeller와 교호로 고정날개를 설치해,
공급수와 함진가스를 runner에 설치된 casing에 도입시킨다.
runner는 350~750rpm의 고속회전으로, 함진가스는 공급수와 함께 교반, 세정집진된다.
액가스비는 대체로 7~12ℓ/㎥ 정도로서 압력 손실은 부(負)가 되고,
일반적으로 50~150㎜H2O의 승압이 된다.
집진성능은 대개 venturi scrubber 정도로서, 50% 분리한계 입자경은 0.2㎛ 정도가 된다.

2) Impulse scrubber
Impulse scrubber는 runner에 설치된 분무원판에 의하여 공급수를 수적으로 형성시키고 이에 의하여 함진가스를 세정한다.
집진성능은 Theisen washer보다 약간 못하지만, 액가스비는 0.3ℓ/㎥ 전후로 적고,
소요전력이 0.1㎾/㎥ 정도로서 운전비가 적은 특징이 있다.

3. 세정집진장치의 기능
세정집진장치에 있어서 다음의 항목을 검토하여 그 성능의 양?불량을 판정한다.

1) 유수식으로 함진가스가 유수를 말아 올려 액적, 액막 등을 형성하는
가스의 유속(기본 유속)이 클수록, 액막이 미세할수록, 미세한 입자의 포집이 가능하다.

2) 가압수식의 venturi scrubber, jet scrubber에서는 slot부의 가스속도 즉 기본 유속이 클수록 미세액적이 형성되고,
미세한 입자의 포집이 가능하다. 한편 spray 탑, cyclone scrubber에서는 탑내의 겉보기 가스속도(기본 유속)이 적을수록,
액가스비가 클수록, 함진가스와 액적과의 접촉시간이 길수록 집진율이 높아진다.
또한 spray nozzle의 공경이 같은 경우에는 수압이 높을수록 수적이 미세하게 되고 미세한 입자의 포집이 가능하다.

3) 충전탑에서는 탑내의 겉보기 가스속도(기본 속도)가 적을수록, 충전층에 있어서의
함진가스의 체류시간이 길수록, 또한 충전물의 표면적 및 충전 밀도가 클수록, 충전층에 있어서의 가스흐름이 균일할수록 집진율은 높아진다.

4) 회전식에서는 일반적으로 회전수가 클수록, 액가스비가 클수록 운전동력비가 커지고 집진율이 높아진다.

5) 미세한 액적을 형성하여 미세입자를 액적에 분리 부착시켜도, 이 액적을 포집하지 않으면 높은 집진율을 얻지 못한다.
따라서 전부의 세정집진장치에 있어서 집진율을 높이려면 기액 분리기에 있어서의 액적포집율을 높게 할 필요가 있다.

4. Venturi scrubber의 유지관리

가. 운전요령
세정집진장치 중에서 가장 높은 집진율의 성능을 나타내는 것이 벤츄리 스크러버로 구조는 간단하지만 압력손실이 대단히 높다.

1) 가동
Venturi scrubber에는 먼저 slot부에서 세정수를 공급한 다음 배가스를 통해 운전에 들어간다.
다른 세정집진장치도 같지만 고집진율을 발휘하기 위해서는 가능한 처리가스온도를 낮추어 사용하는 것이 바람직하다.
특히 배가스 냉각장치, 처리가스 온도에 더욱 주의해 운전에 들어가는 것이 필요하다.

2) 운전
Venturi scrubber에 있어서 액가스비를 높게 취할 경우는 먼지가 미세한 고농도 먼지이고,
먼지가 친수성이 부족하고 먼지에 점착성이 있으며 처리가스온도가 높을 때 등이다.
따라서 먼지의 성상 및 처리가스온도에 주의하고 상시 이것에 합당한 액기비로 운전하는 것이 바람직하다.
또 slot부의 가스속도가 빠르기 때문에 slot부의 마모에 주의를 하여 운전하는 것이 꼭 필요하다.

3) 정지
Venturi scrubber 및 기액분리기는 배출시설이 정지해도 잠시동안은 공기부하로 운전을 계속하고
부착먼지 및 매연에 의한 산성의 세정수를 완전히 장치 밖으로 제거한 후에 정지한다.
또한 장기간 휴지(休止)할 경우에는 필요에 따라 알칼리수용액 등으로 부식을 방지한다.

4) 휴지시 점검과 보수
- 장치부식에 대해서는 설계시에 함진가스의 성분을 충분히 파악하고
이것에 적합한 재질을 선정하든가 적당한 lining을 하는 것이 필요하다.
그렇지만 실제로 완전한 부식대책을 실시하는 일은
극히 곤란한 경우가 많음으로 휴지시에는 충분한 점검을 하고 부식부분은 보수하거나 대체품과 교환해 두는 것이 필요하다.
- Slot부는 처리가스속도가 빠르고 아주 마모하기 쉽기 때문에
보통 이 부분은 항상 교체가 가능하게 하고 마모가 심할 경우는 대체품과 교환한다.
- 급수노즐은 노즐 선단부의 처리가스측에 발생한 와류에 의해서
일반적으로 먼지가 막히기 쉬움으로 점검해 보수하여 두는 것이 필요하다.
급수노즐은 전부 집진장치, 가스냉각장치, 가스조습장치 등에 공통된 문제이고,
노즐의 막힘 및 마모는 운전중에 있어서도 자주 발생하기 때문에 급수노즐은 운전중에 교체가 될 수 있도록 만전을 기해 두어야 한다.

나. 유지관리상 유의점

1) 생성되는 수적경(水滴經)
Venturi scrubber의 slot부에서 생성되는 수적경의 수평경 dwn(:10-6m),
액기비를 L(ℓ/㎥), slot부의 가스속도를 V(m/sec)라고 하면 다음 식으로 수적경(물방울 직경)을 산출할 수 있다.

4,980
dwn = ----------- + 29L1.5[μ]
V

즉, 처리가스속도가 클수록, 액기비는 적을수록 생성되는 수적경은 작아진다.
액기비 0.6, 처리가스속도 75m/sec로 하면 생성되는 수적 평균경은 80μ 정도이다.
반대로 액기비를 0.8로서 수적의 평균경을 80m/sec으로 하는데는 처리가스속도의 증가에 의해서 더 크게 된다.

2) 기액분리의 난이도
평균수적경을 80μ로 한 경우 수적의 집진율을 95%로 높이기 위해서는
약 4μ까지의 수적으로 완전히 포집할 수 있는 기액분리장치가 필요하게 된다.
Venturi scrubber의 후단에 설치된 기액분리장치에는 일반적으로 관성집진장치,
cyclone, cyclone scrubber 등이 있지만 수μ의 수적을 포집하는 것은 곤란하다.
μ 전후의 수적까지 완전히 포집하기 위해서는 venturi scrubber 다음에 전기집진기를 후단에 설치하는 것이 필요하다.

3) Slot부 마모
일정 액기비로 운전하고 있을 때 slot부가 마모하면 가스속도와 압력손실은 저하된다.
Venturi scrubber의 압력손실은 먼지의 입도에 거의 무관하고 주로 가스속도에 지배된다.
가스속도가 저하하면 수적은 커져서 집진율도 저하함으로 압력손실에 유의해 운전하는 것이 필요하다.

다. 방지시설 설치 후 성능검사
제작도면에 의거해 제작하고 자체 성능시험을 실시한 다음 현장에 설치한 후
대기오염공정시험법에 의해 정성분석검사를 실시해 적합판정을 받은 후 방지시설이 정상 가동되어야 한다.

1) 정상운전 및 유지관리 계획
배출시설 및 방지시설은 서로 연결시켜 가동됨으로 배출시설 관리인이 해당 업종에 따라
다르나 최소한 월 4회 이상 배출시설 및 방지시설의 가동상태를 점검하고 오염물질은 자기측정대행업소 등에
측정대행을 의뢰해 그 결과를 3년간 기록 보존해야 한다.
정기적인 점검을 실시해 본 시설의 부식, 변형상태 등에 따라
정비계획과 그 대책을 수립하고 그 규명이 종료되기까지는
조업을 원칙적으로 일시적 정지해서 오염물질의 배출을 억제시켜야 한다.

2) Hood의 점검사항
- 마모, 부식, 찌그러짐
후드의 표면상태를 점검해 흡인기능을 감소시키는 마모, 부식, 찌그러짐의 원인이 없어야 하며,
이들에 의해 부식의 원인이 되는 도장 등에 손상 이 없어야 한다.
- 흡인 기류상태 및 방해물질
후드의 개구면 근처에 예상환기량 흡인기류를 방지하고 연기 발생기를 사용 해기류 방향을 조사해야 한다.
절대로 흡인기류를 방해하는 물건을 놓 아서는 안되며, 기류가 후드 밖으로 유출되지 않고 완전히 후드 내로 흡인되도록 해야 한다.

3) Duct의 점검사항
- 외면상태
송풍관통의 외면상태를 조사하고 공기의 누출원인이 되는 마모,
부식, 찌그 러짐에 의한 부식의 손상이 없어야 한다.

- Damper 상태
배출가스량 조정용 댐퍼에 대한 개도 및 고정상태를 조사하며,
댐퍼가 국소 환기장치의 기능을 보존하도록 지정되었을 경우는 개도에서 조정되어야 한 다.

- 내면상태
점검구(sampling point)나 송풍관의 연결구를 떼어서 점검하며,
공기누출의 원인이 되는 마모, 부식, 도장의 손상과 먼지의 퇴적이 없어야 한다.

라. 송풍기(Fan)
1) Casing의 표면상태를 조사해 송풍기의 기능을 저하시키는
마모, 부식, 찌그러짐, 이외의 손상과 먼지의 부착이 없도록 해야 한다.

2) Casing 내면 impeller와 propeller 상태
점검구나 duct의 접속부를 떼어서 casing의 내면 상태를
조사 또는 impeller, propeller의 표면을 기사계로 닿게 해 먼지의 부착상태를 조사한다.
판정은 송풍기의 기능을 저하시키는 마모, 부식,
찌그러짐이 없어야 하며, 송풍기의 기능을 저하시키는 먼지의 부착이 없어야 한다.

3) 송풍량
측정구에서 피토관(pitot tube)을 사용해 산출하며, 판정은 실제 송풍량보다 높아야 한다.

마. 전동기
절연 저항계를 사용해 전선과 외관 사이나 전선과 접지단자 사이의 틈이 절연저항을 측정할 수 있게 된다.

6절. VOC 처리설비
1. VOC 제거기술 현황

VOC를 처리하기 위하여 현재까지 상용되었거나 개발 중인 제어기술로는 직접소각, 촉매소각, 흡착, 흡수, 응축, 플레이어,
보일러/히터, 생물막, 막분리, 자외선산화, 코로나, 플라즈마 등 10여 가지나 된다.
그러나 이 기술들은 적용 가능한 공정조건(배출원, 유량, 필요한 유틸리티, 전처리),
VOC특성(성분, 농도, 저해물질 등), 기타 조건(2차 오염도, 유지관리 등)이 각각 다르므로 이에 따라 적절히 선정되어야 한다.

가. 직접 소각
직접소각 혹은 열소각으로 알려져 있는 이 공정에서는 VOC를 함유한 기체를 공조시스템에서 모아 예열하고
잘 섞어 고온에서 연소시키므로서 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)로 산화시키는 것으로서 일반적인 유기화합물의 자동점화온도를 보면
<표 6-1>과 같다. 일반적으로 이 공정은 VOC 함유 기체를 이송하는 fan(필요하다면 연소용 공기를 이송하는 fan도 포함),
한 두 개의 버너가 설치되어 있고 실내부가 내화재로 되어 있는 연소기, 열회수장치, 그리고 처리된 가스를 대기중으로 방류하는 굴뚝 등으로 구성된다.

경우에 따라서는 적정연소온도인 1200℉~1600℉를 유지해 주기 위하여 natural gas나 oil을 부가연료로 사용한다.
VOC 농도가 낮은 가스흐름에서는 이 온도를 유지하는데 필요한 양의 산화에너지를 갖지 못하므로 부가연료가 필요하게 된다.
반면에 VOC의 농도가 매우 높아 저위폭발한계(LEL, Lower Explosive Limit)의 25%를 넘어서면 폭발방지를 위해 오히려 희석공기가 필요하다.

열회수장치는 연소 전에 들어오는 가스를 예열시키기 위해 설치하는데 이는 도입가스의 연소온도에 필요한 부가연료를 줄여준다.
연소온도 이외도 이 공정의 VOC 제거효율에 큰 영향을 미치는 중요한 두 인자는 체류시간(residence time)과 혼합도(degree of mixing)이다.
체류시간은 VOC를 완전히 산화시키는데 필요한 시간으로 보통 0.5~1.0초이다.
만약 할로겐 성분이 포함된 특정 VOC를 처리할 경우에는 체류시간이 조금 더 길어진다.
또한 연소 전에 VOC를 함유한 기체흐름을 혼합도에 따라서도 체류시간이 달라진다.
즉 혼합만 잘 되면 체류시간이 짧아도 완전산화가 가능하게 된다.

이 공정은 열회수에 사용되는 장치에 따라 직화형(direct flame), 열교환기형(recuperative), 축열형(regenerative) 등이 세가지 형태로 나뉜다.
직화형은 열회수장치가 없으며 afterburner로 더 잘 알려져 있다. 열교환기형은 여러 가지 형태(crossflow, counterflow, 혹은 concurrent flow)의 열회수장치가 장착되어 있다.

이에 비해 축열형은 세라믹재료를 이용해 열을 회수하는
시스템으로 축열식 열소각설비(Regenerative Thermal Oxidizer, RTO)라고 불리워진다.
축열식 열소각설비는 1970년대 미국에서 개발된 새로운 형태의 직접소각설비로 가장 큰 특징은 소각설비의 단점이었던
비싼 연료비가 최소한으로 줄어들었다는 것인데 최근 들어 국내는 물론 구미 선진국에서 급속도로 각광을 받고 있다.
원리는 분리되어 있는 몇 개의 층에 세라믹 물질은 충전하고 여기에 열을 축적하므로써 다음에 도입되는 가스를 예열하는 것이다.
즉 배기가스는 축열체를 통과하여 예열되고 고온에서 산화되어 다시 출열체에 열전달 후 배출되며,
나머지 한 개의 세라믹층은 인입 세라믹층이 바뀌면서 생긴 일부 미처리된 가스를 깨끗한 가스로 purge하여
연소실에서 산화된 후 바뀐 배출 세라믹층을 통하여 배출되게 된다.
축열식 열소각법은 높은 제거효율의 유지가 가능하며, 열효율이 높아 보조연료의 사용량을 최소화할 수 있고,
유지보수가 편리하며, 대용량의 배기가스를 처리할 수 있다는 장점을 가지고 있으나,
설비가 크고 무거운 단점을 가지고 있다. 따라서 VOC 농도가 낮아 부가연료가 필요한 공정에 특히 효과가 있다.

나 촉매소각
촉매 소각은 연소기 내에 충진되어 있는 촉매가 연소에 필요한 활성화에너지를 낮춤으로서 비교적 저온에서 연소가 가능하도록 하는
연소방식으로 대개 직접소각의 경우 연소실의 온도를 800~900℃를 유지하여야 하나 촉매를 이용하면
<표 6-2>에서 보는 바와 같이 이 온도를 300~400℃로 낮출 수 있다.
결과적으로 촉매산화에 소요되는 연료비는 같은 성능의 열소각공정에 비해 훨씬 싸다.

이 공정에 사용되는 전형적인 촉매로는 백금과 파라듐,
그리고 Chromealumina, Cobalt, Oxide, Copper, Oxide-Manganese Oxide 등의 금속산화물이 포함된다.
촉매의 평균수명은 2~5년인데, 이는 저해물질(inhibitors)이나, 분진에 의한 막힘, 그리고 열노화(thermal aging) 등에
의해 촉매활성이 떨어지기 때문이다. 단일체(monolithic) 혹은 구형(bead)의 형태를 갖춘 촉매가 연소기 내에 삽입된다.
단일체 형태의 촉매는 기체에 비산/손실되는 것을 방지하기 위해
특징 지지체에 설치되는데, 손실량은 줄일 수 있으나 산화가 일어나는 촉매의 표면적을 줄이는 역효과를 보인다.
이에 비하여 층내에 충진되는 구형촉매는 단일체에 비해 훨씬 넓은 표면적을 갖지만 비산손실량과 침식량이 커진다.
이 공정은 배출흐름과 공정조건 등의 특성에 매우 민감하기 때문에 촉매산화계에 대한 최적조건이 먼저 거론되어야 한다.

첫째, Pb, As, P, Bi, Sb, Hg, Fe2O3, Sn, Zn 등의 방해물질이 있는 흐름에서는 촉매의 작용이 효과적이지 못하다.

둘째, 농도의 VOC나 열용량이 높은 물질을 함유한 가스는 연소열을 높혀 촉매를 비활성화시키므로
이 공정은 일반적으로 VOC의 함유량이 적은 가스에만 사용된다.
마지막으로, 촉매주위의 온도와 압력을 항상 주시하여 촉매의 생존력 혹은 작용능을 확인하여야 한다.
촉매 주위의 온도상승은 VOC 산화 정도를 알려주므로 그 온도상승율의 감소가 일어나면 VOC 산화가 불안전한 것이다.
과다한 열은 대부분의 촉매의 활성을 떨어뜨리므로 촉매층으로 들어가는 가스의 온도는 촉매보호를 위해 충분히 낮추어 주어야 한다.
촉매산화계의 정상적인 운전온도는 500~900℉ 사이이다.
촉매층간의 압력강하 역시 촉매층의 생존력을 알려주는 지표가 되므로
압력강하가 떨어지면 촉매의 비산이 심해 VOC 제거능력이 떨어진다는 것을 의미한다.
촉매의 수명을 연장시키기 위해서는 방해물질이나 분진을 주기적으로 제거해 주어야 한다.
촉매를 청소하는 일반적인 방법은 다음과 같다.
우선 촉매층을 통해 깨끗한 공기나 수증기를 불어 넣어 촉매표면을 막는 분진을 제거한 후,
촉매활성을 떨어뜨리는 VOC 성분을 산화시킨다.
마지막으로 촉매를 산성 혹은 알칼리용액으로 처리하여 방해화학물질을 제거한다.
열산화공정에서와 마찬가지로, VOC 함유 도입가스를
예열시키도록 열회수장치를 연소기와 연계시키면 완전연소를 위해 사용되는 부가연료의 양을 줄일 수 있다.
그러나 앞에서 이미 언급한 바와 마찬가지로
촉매층 입구의 온도를 충분히 낮게 유지하여 촉매의 비활성화를 지양하여야만 한다.
한편 최근에는 일정한 중?저농도를 유지할 경우에도 보조연료 없이
운전이 가능한 축열식 촉매소각공정(Regenerative Catalytic Oxidation, RCO)이 개발되어 실용화되고 있다.
다. 흡착 여기서 흡착이란 가스 중의 VOC 분자가 고체흡착제와
접촉하여 분자간의 약한 힘으로 결합하는 과정을 일컫는다.
흡착제의 수명을 연장하기 위해서는 VOC를 회수하거나 폐기하여야만 한다.
흡착제로 사용되는 것으로 실리카겔, 알루마나, 제올라이트 등도 있으나 VOC제거용으로
현재 가장 많이 사용되는 흡착제는 활성탄이다. 탄소는 여러가스 목재, 석탄, 혹은 코코넛껍질 같은 다른 탄소성 원재료로부터 만들어진다.
세가지 형태의 탄소흡착제가 많이 사용되는데 입자활성탄, 분말활성탄, 그리고 탄소섬유가 그것이다.
여기서 활성(activated)이라 함은 흡착에 사용될 수 있는 표면적을 증가시키기 위해
원재료를 매우 높은 온도에서 가열함으로써 휘발성 비탄소물질을 제거하는 과정을 일컫는다.
입자활성탄은 표면적이 넓고 재생이 손쉽다는 장점 때문에 현재 가장 많이 사용된다.
분말활성탄에 비해 질이 떨어져 싸기는 하지만 압력강하가 크고 재생이 불가능하여 사용후 폐기하여야 한다는 단점이 있다.
회부조작에서는 분말을 코팅하여 사용하는 사례가 많으며, 탄소섬유는 강력한 대체흡착제로 부상되고 있다.
대부분 honeycomb 형태의 structure로 성형되어 표면적을 최대화하고 섬유표면에서 흡착이 일어나도록 만든다.
제올라이트는 화산석과 같이 자연적으로 얻을 수도 있고,
합성제조할 수도 있는 수화 실리케이트(hydrous silicate)로서 최근 탄소대체용으로 떠오르고 있다.
배연가스 흐름내에 물이 존재하는 상태에서 VOC를 흡착할 수 있도록 친수흡착제로 변화제조가 가능하다.
이는 탄소흡착제가 수분(상대습도)에 약한 단점을 보완한다는 점에서 유리하다.
또한 탄소가 가연성인 단점을 제올라이트는 보완할 수 있어 연소나 흡착물간 발열반응에 의한 고온에 적용이 용이하다.
제올라이트는 1800℉까지 사용가능하며 탄소흡착제에서 어려운 고비점용제의 탈착을 수행할 수 있다.
마지막으로 제올라이트는 흡착성능이 탄소에 비해 우수해 저농도,
고유량의 배연에도 효율적이다. 현재 상용되어 있는 탄소흡착장치는 다음과 같다.

- 재생형태의 고정층
- 폐기 및 재이용 가능한 캐니스터
- 이동층
- 유동층

재생형태의 고정층은 두 개 이상의 활성탄 층으로 이루어져
하나 이상의 층에서는 흡착이, 그리고 다른 층에서는 탈착이 이루어져 concurrent로 연속조작이 가능하다.
탄소층의 탈착은 이미 사용된 탄소를 재생하는 과정을 일컫는데,
이를 통해 흡착성능을 재생함으로써 사용기간(수명 2~5년)을 연장할 수 있다. 이 과정은 1시간에서 1시간 반 동안에 탄소재생,
층건조, 운전온도로 가열 등의 순서를 따르게 된다.
탄소는 수증기를 넣고 온도를 증가시키므로써(수증기 탈착), 혹은 층내의
압력을 진공조건으로 내리므로써(진공탈착) 흡착된 성분을 휘발하여 재생된다.
여기서 탈착된 성분은 보통 액상으로 응축, 회수되어 부가가치가 있을 경우는 재사용되고 기타 폐기된다.
탄소캐니스터는 적은 양의 VOC를 처리하는데 사용된다.
탄소를 재생하기 보다는 캐니스터를 교체하는 것이 비용적으로
더 효과적이기 때문에 일단 사용되어 포화된 탄소는 폐기된다.
이동층 흡착기에 한 층이 이동하여 동시에 흡착과 탈착이 진행되어
같은 용량의 고정층 흡착기에 비해 탄소요수량이 훨씬 작다.
몇몇 이동층 반응기는 앞에서 언급한 바 있는 honeycomb 형태의 탄소섬유를 회전바퀴(rotating wheel) 내에 넣어 사용하기도 한다.
또 다른 형태의 이동층 반응기는 VOC 함유가스가 소위 crossflow 형태를 갖는다.
탈착은 층 밑에서 이루어지면 재생된 탄소를 기계적으로 층 위로 이송된다.
이동층 반응기와 마찬가지로, 유동층 반응기는 한 장치 내의 분리된 영역에서 흡착과 탈착이 순방향(concurrent)으로 이루어진다.
따라서 단 하나의 층만이 요구된다. VOC 함유가스는 층 밑에서 위로, 반면 가스는 위에서 아래로 흘러 소위 역방향흐름(countercurrent)이 형성된다.
깨끗한 가스는 장치 위로 배출되고, 탄소는 장치 아래로 빠져나가 탈착이 이루어진다.
다른 탄소흡착장치와는 달리 가스와 탄소가 열을 갖고 배출되므로
열의 축적이 없으며 유체가 탄소를 유동화하므로써 침강이 가속화되기 때문에 경도가 큰 흡착제가 요구된다.
흡착제의 비활성 혹은 흡착계의 비효율성으로 최적공정에서의 운전이 요구된다.
즉 분자량 40 이상의 고분자는 흡착이 잘 안되며 분자량이 130 이상이거나
비점이 300℉ 이상인 비휘발성 VOC는 탈착이 잘 안되므로 이 경우 탄소흡착공정은 비효과적이다.
열은 흡착제의 활성을 떨어뜨리므로 이 경우 탄소흡착공정은 비효과적이다.
열은 흡착제의 활성을 떨어뜨리므로 층내의 열축적을 피하기 위해
흡착기로 들어오는 VOC의 농도를 최고 10,000ppmv로 한정한다.
마지막으로 특정 오염물질은 탄소의 활성을 떨어뜨린다.
예를 들어 케톤은 탄소층 위에서 고분자화되어 흡착점(adsorption site)을 막는
한 탄소의 흡착파괴현상을 피하기 위해서는 가스출구에서의 VOC 농도를 정기적으로 모니터링하여야 한다.
또한 입자성분도 흡착점을 막기는 마찬가지다.
탄소의 완전한 비활성은 파괴곡선(breakthrough curve)를 통해 확인되는데,
이 경우 VOC가 전혀 흡착되지 못하므로 재생하여야만 한다.

라. 흡수(세정)
흡수 혹은 세정이란
VOC를 함유한 가스에서부터 액상흡수제로 VOC가 물질전달되는 현상을 일컫는다.
이 물질전달의 구동력은 가스상과 액상 내의 VOC의 특성에 좌우된다.
예를 들어 물은 수용성 VOC를 제거하는 최적의 흡수제이다.
흡수장치에 있어서 concurrent나 cross 형태로 가스상과 액상이 흐르는 경우도 있으나,
대부분은 countercurrent 형태가 일반적이다. 흡수장치의 4가지 형태는 다음과 같다.

- Packed Tower
- Spray Chamber
- Venturi Scrubber
- Plate or Tray Tower

충전탑(packed tower) 흡수기는 세라믹이나 플라스틱제의 물질을 채워 이 표면에서 흡수가 일어나도록 한다.
액상흡수제는 탑 위에서 아래로 흘러내리며 충전물질의 표면에 박막(thin film)을 형성한다.
VOC를 함유한 가스는 탑저에서 위로 흘러 올라가며 충진제 위의 액상박막에 흡수된다.
충진제는 액상박막이 넓게 형성되어 결국 흡수면적이 커지도록 설계한다.
또한 흡수에 필요한 표면적을 줄이는 입자상 물질에 의한 plugging이나 fouling에 강하도록 설계된다.
그리고 흡수제 분배장치는 충진제 전반적으로 고루 흡수제가 퍼지도록 설계되어야 한다.
분사실(spray chamber)은 VOC 흡수를 위해 충진제를 사용하지는 않는다.
대신 액상흡수제를 매우 적은 액적으로 만들어 분사하므로써 VOC가 흡수될 면적을 극대화한다.
액적의 정상적인 분배, 완전하고 연속적인 흐름을 위해서는 액상분산기가 plugging을 일으키지 않아야 한다는 점이 매우 중요하다.
액상과 기상의 접촉시간이 매우 짧기 때문에 이 형태의 흡수기는 대부분의 VOC 제거에 적당하지는 않다.
단지 SO2나 NH3 같이 용해도가 높은 가스에만 적용된다.

벤츄리세정기(venturi scrubber)는 VOC 함유가스와 액상흡수제가 벤츄리노즐의 목에서 접촉하므로써 VOC가 제거되는 원리를 갖는다.
이 형태도 액상과 기상의 접촉시간이 매우 짧기 때문에 대부분의 VOC 보다는 용해도가 높은 가스의 제거에 적당하다.
단(plate), 혹은 트레이탑(plate or tray tower) 형태는 각 단 위에 존재하는 액상흡수제에 VOC 함유가스가 접촉하므로서 접촉시간이 길어진다.
약간 복잡하더라도 흡수계는 VOC의 분리는 물론 흡수제로부터의 회수도 가능하다.
또한 VOC와 액상흡수제의 반응가능성에 따라 물리적인 흡수계가 될 수도 있고 화학적인 흡수계가 될 수도 있다.
상기는 4종류 중에 충전탑과 단(plate) 혹은 트레이탑이 VOC를 효과적으로 제거할 수 있는 반면에 세정기는 VOC 제거효율이 낮다.

마. 응축
응축은 비응축성 가스흐름에서 VOC를 제거하는 과정을 말한다.
응축은 가스흐름의 온도를 정압상태에서 떨어뜨리거나 정온상태에서 가압하거나 혹은 두 경우를 조합하므로서 일어날 수 있다.
여기에는 2가지 형태의 일반적인 응축기가 있는데 하나는 표면형(surface)이고 다른 하나는 직접접촉형(direct contact)이다.
표면형은 일반적으로 tube형의 열교환기인데, tube 내로 응축제가 흐르고 tube 밖으로는 VOC 함유가스가 흘러 전열되므로서 응축된다.
접촉형은 찬 액체를 가스흐름 내로 직접 분사함으로써 VOC를 차게 하여 응축시킨다.
두 가지 형태 모두 VOC는 재생되어 재사용될 수 있다.
응축제로는 냉각수, brine 용액, CFCS, 그리고 cryogen 유체 등이 사용된다.
응축수는 약 45℉로 냉가시키는데는 효과적인 응축제이고, brine 용액은 -30℉로, CFCS는 -90℉로 냉각시키는데 유용하나,
CFC의 생산과 사용은 제한받고 있는 상태이다. Cryogen 유체는 주로 액체질소와 액체이산화탄소(드라이아이스)인데 -320℉ 이하로 냉각시키기에 적절하다.

바. Boiler-Process Heaters
이 기술은 VOC 제거에 단속적으로 사용되지는 않으며,
농축된 VOC는 boiler-process heaters의 주요 연료 혹은 2차 연료원으로 사용된다.
농축되어 완전 처리될 수 있다.
만약 저농도의 VOC가 빠른 속도로 처리되면 불완전연소가 일어날 수 있다.
산업용 boiler-process heaters는 열에너지가 뜨거운 연소가스로부터 뜨거운 물과 수증기를 담고 있는 전열 튜브를 통해 전달되므로써 작동된다.

사. Flares
Flares는 연소장비 중의 하나로 평소 공정의 비이상적인 작동시 비상용으로 사용되며
때로는 VOC제거에 도움을 주는 경우도 있다.
석유정제와 같은 몇몇 공정에서는 flares가 주로 VOC 제거용으로 사용된다.
VOC함유 폐가스가 collection header를 통해 들어오게 되는데 여기서 필요하면 물과 유기액적을 없애기 위해 knockout drum이
사용되는데, 물은 불을 끌 수 있기 때문에 제거되어야만 하고 유기액적은 소각후에 입자를 발생하기 때문에 제거되어야만 한다.
VOC 함유 가스흐름이 knockout drum을 빠져 나온 후에는 water seal과 stock seal을 통과하고
가스가 퍼어지되어 불꽃이 역화(flashback)되지 않도록 한다. 마지막으로 폐가스는 flares를 통해 대기로 방출되는데
여기에 설치되어 있는 버어너는 처리가스를 태워 VOC를 파괴하게 된다. 만약 VOC 함유가스의 순수 열용량(Net Heating Value)이
VOC를 완전연소시키는데 부족하면 natural gas와 같은 부가연료를 넣어준다.
Flares는 그 팁(tip)의 높이에 따라 ground와 elevated로 나뉜다.
Elevated 형태는 작업장보다 훨씬 높은 위치에서 연소오염물질을 분산시켜 열, 소음, 연기, 악취 등의 영향을 줄일 수 있다.
게다가 작업상, 운전상의 안전을 기할 수 있다. 또한 non-smokeless, smokeless 혹은 endothermic의 세가지로도 나뉜다.
non-smokeless 형태는 연기 없이 쉽게 탈 수 있는 유기물질의 연소에 사용된다.
Smokeless 형태는 수증기나 공기를 사용하여 난류를 유도하므로써 효율적인 혼합과 VOC의 완전연소를 꾀한다.
이 형태는 메탄보다 무거운 유기물을 함유하는 배출흐름에 적용된다.
수증기는 많은 양의 배가스에, 공기는 보통 정도의 흐름량에 적용된다.
Endotheric 형태는 VOC를 파괴하는데 부가에너지에 더 필요하다.

아. 생물박법(Biofiltration)
생물막법이란 미생물을 사용하여 VOC를 이산화탄소, 물, 그리고 광물염으로 전환시키는 일련의 공정을 언급하는 것이다.
생물처리공정은 생물막, bioremediation, bioreclamation, 생물처리 등을 포함한다.
이들 중 생물막이 악취제거기술로 효과적이라는 것이 판정된 후에 타당성 있는 VOC 제어기술로 부각되고 있다.
생물막은 토양이나 퇴비층을 사용하여 그 안에 담겨 있는 미생물이 VOC를 무해한 성분으로 바꾼다.
그 층은 대기 중에 노출될 수도 있고 격리될 수도 있다. 단일층 혹은 다층구조로도 사용이 가능하다.
생물막법에 있어서 VOC 함유가스는 우선 탈진되거나 냉각되고 필요에 따라서는 가습되어지기도 한다.
그 후 blower와 구멍 뚫린 파이프 망을 통하여 토양층으로 들어간다.
이 층에는 미생물, 활성탄, 알루미나, 실리카 및 석회(lime) 등이 들어 있다.
여기에 사용되는 미생물은 제어하려는 VOC의 종류에 따라 다르며, 폐가스 내의 VOC는 토양 혹은 퇴비층의 밑으로 들어가
위로 이동하면서 유기점( organic sites)과 만나게 되는데, 여기서 VOC는 이산화탄소와 물, 그리고 광물염으로 바뀐다.
VOC 제거율은 VOC의 종류에 따라 변하는데, 예를 들어서 알데히드, 케톤, 알코올, 에테르, 에스테르,
그리고 유기산은 빨리 제거되는 반면, 할로겐이 치환된 탄화수소와 고분자상태의 방향족탄화수소는 늦게 분해한다.
연급한 바와 같이 VOC를 함유한 폐가스는 탈진, 냉각, 가습 등 전처리를 실시하는데,
이러한 전처리 요소들은 필터층을 오래도록 유지하는데 매우 중요하다.
폐가스 내의 분진입자는 필터층으로 들어가는 파이프를 막거나 유기점을 막아 결국 VOC를 산화시키는 활성점을 줄이게 된다.
폐가스의 온도를 최적 운전온도인 약 100℉로 만들기 위한 냉각조작은 미생물의 활성저하를 방지한다.
필터층은 크래킹이 일어나지 않도록 습도를 유지하여야 하는데 크래킹이 일어나면 미반응된 VOC가 대기로 배출되기 때문이다.
필터층으로 토양이나 퇴비를 선택하는 것은 몇 개의 운전조건에 의존한다.
토양은 퇴비에 비하여 작은 기공을 갖기 때문에 폐가스처리에 덜 효과적이다.
그러므로 같은 양의 폐가스를 처리하는데 퇴비에 비하여 토양은 베드(bed)의 면적이 훨씬 많이 필요하다.
퇴비층은 기공이 커서 통풍율이 크므로 많은 양의 폐가스를 처리할 수 있다.

자. 막기술
막기술이란 반투과성(semi-permeable)막을 사용하여 VOC를 폐가스로부터 분리하는 것이다.
막은 음용수를 처리하는데 수년간 사용되어 왔으며, 최근에는 대기중의 VOC를 제거하는 기술로 응용되고 있다.
막기술은 예전에 회수가 안되었던 염화탄화수소, 염화불화탄소,
그리고 수염화불화탄소 등을 회수하는데 매우 효율적인 것으로 판명되었다.
반투과성막은 구멍난 파이프 주위에 합성고분자를 입혀 만드는데,
막주위의 공간망(mesh spacer)은 막을 지지하고 공기의 흐름을 채집관으로 유도한다.
공기가 흐르는 구동력은 막 양편의 압력강하에 좌우되므로 채집관 쪽에
저압을 유지하기 위하여 갑압펌프가 사용되어 VOC 함유가스는 막을 통해 이동하게 된다.
막은 VOC만 통과시키고 공기는 통과시키지 않는다.
그러므로 VOC는 선택적으로 막을 통하여 채집관으로 이동하는 반면 정화된 공기는 대기로 방출되고,
농축된 VOC의 일부는 feed stream으로 순환되어 VOC 제거효율을 높이는데 사용된다.
희석된 경우에는 2개의 막을 직렬로 연결하여 앞의 막에서 나온 농축 VOC를 뒤의 막에 넣어준다.

차. UV 산화기술
오존, 퍼록사이드, OH 및 0-라디칼 같은 산소를 기본으로 한 산화제를 사용하여
UV 빛이 존재하는 상태에서 물로 전환시키는 방법이 새로이 부각되고 있다.
우선 VOC를 함유하는 가스를 채집장치로 보내고 여기서 분진제거용 필터를 거치게 한 다음 폐가스를 다시 반응기로 보내서
UV 빛의 존재하에 앞에 언급된 산화제가 VOC를 산화하여 CO2와 물로 전환시킨다.
UV 빛의 주기범위는 폐가스 흐름 내에 존재하는 VOC의 특성에 따라 최고 제거율이 나오도록 조절한다.
반응기에서 나오는 배출가스는 다른 VOC 제거시스템(보통은 흡수(세정)나 탄소흡착)으로 보내져 2차로 VOC를 제거하게 된다.
흡수제로는 물을 사용하는데 물은 산화제와 함께 분사되어 제거효율을 높여주고,
흡착제는 산화제의 농도가 높은 용액으로 탈착되어 VOC 제거효율을 높인다.
이러한 다단계 조작을 거친 후에 정화된 공기는 대기 중으로 방출된다.

2. VOC 제거기술간 비교
VOC 제거기술을 선정하는데 설계기준, 설계시 고려사항, 적용도, 제거효율 및 비용 등을 고려하나
대부분의 VOC 제거기술의 성능은 주로 운전특성이나 배출흐름의 특성에 의존하기 때문에 제어효율은 주요하지 않다.
VOC 제어기술은 어떠한 기술이 우수하다라고 하기 보다는 배출특성 및 경제성, 현장상황을 고려하여 선정하는 것이 무엇보다도 중요하다.

가. 설계기준
VOC 제거기술의 크기와 모양을 결정하는데 사용되는 여러 인자들을 설계기준이라 한다.
때때로 이러한 설계기준은 특정기술을 선택하거나 배제하는데 사용된다.
또한 제거효율이나 적용도와 같은 다른 조건에 기초를 두어 선택된 특정기술의 비용이나 크기를 결정하는데도 가끔 유용하다.
<표 6-3>은 VOC 제어기술을 선택하는데 주요한 설계기준을 요약한 것이다.

나. 설계시 고려사항
1) 유틸리티와 유지
연료, 수증기, 냉각수와 전기 등과 같은 유틸리티는 VOC 제거기술이나 부가장비
(응축기나 보일러 같은)를 운전하는데 필요하다. 적용도와 유틸리티의 비용이 어떤 기술을 선택하거나 배제하는데 결정적인 역할을 할 것이다.

< 표 6-4>는 선택된 VOC 제거기술에 대한 유틸리티와 필요한 유지사항을 나열한 것이다.
성숙된 기술들을 유지가 중요치 않은 곳에 있기 때문에 기술선정에 유지가 미치는 영향은 크지 않다.
2) 2차 환경영향
2차 환경영향이란 특정 환경기술을 운전하므로써 발생되는 대기오염물질, 폐수 혹은 고체폐기물의 방출을 언급한다.
매립가능한 탄소를 발생시키는 흡착계도 이에 속한다.
특히 폐수나 고체폐기물 배출처가 한정되어 있는 경우, 2차 환경영향은 VOC 기술을 선정할 때 중요하게 고려된다.
< 표 6-5>는 2차 환경영향을 기술별로 나열한 것이다.
직접소각, 촉매소각 그리고 응축계는 2차 폐수와 고체 폐기물을 생성한다. 연소부산물은 일반적으로 NOx와 CO이다.
촉매소각장치는 또한 폐촉매의 제거나 폐기시 고체폐기물을 발생한다. 흡착, 흡수 그리고 응축계는 2차 폐수와 고체폐기물을 생성한다.
VOC를 회수하기 위해 수증기 탈착을 하는 흡착계의 경우에는 VOC를 응축하고
배출흐름으로부터 분리시킬 때 폐수를 생성하며 이 액상흐름은 잔여 VOC를 함유하기도 한다.
흡수는 증기흐름으로부터 VOC를 제거하기 위하여 용매를 사용하는데 폐용매가 수처리계로 방출될 때 폐수가 생성된다.
흡착과 같이 응축은 배출계로부터 VOC를 분리할 때 폐수를 방출한다.
흡착, 흡수 및 응축계는 순수 VOC를 액상 VOC 흐름으로부터 회수하기 위해 증류장치를
사용하는데 이때 고체 혹은 반고체 슬러지가 생성되며
이들은 폐기될 수 밖에 없다.
막기술과 UV산화기술은 장치 중에 탄소흡착기나 응축기를 부분적으로 포함하므로 폐수와 고체폐기물을 많이 배출한다.
생물막시스템은 폐필터물질을 폐기할 때 고체폐기물을 생성하는데 이것이 잔여 VOC를 함유하기도 한다.

3) 전처리 사항
전처리란 VOC 함유 가스흐름이 VOC 처리기술로 들어가기 전에 조건을 맞추기 위해 사용하는 방법을 말한다.
전처리가 장치를 선택하는데 큰 장애역할을 하지는 않으나 특정기술의 환경적, 경제적 영향이나
최종운전의 성공여부 등을 평가할 때 중요하다.

< 표 6-6>은 기술별로 고려해야 할 전처리 사항들을 정리한 것이다.
전처리 사항은 배출흐름의 특성에 따라 필요성에 좌우된다.
그러므로 이 표에 열거된 사항들은 모든 경우에 있어 반드시 필요한 것은 아니다.
직접소각과 촉매소각은 전처리로 들어오는 가스흐름의 희석과 예열이 필요하다.
고농도의 VOC 함유가스를 희석하는 것은 폭발을 방지하고 최고온도를 조절하기 위함이고,
예열하는 것은 연소온도를 유지하기 위해 필요한 부가연료량을 절감하기 위함이다.
입자제거는 촉매소각, 흡착, 흡수, 생물막 공정에 매우 중요한 전처리 사항이다.
입자는 촉매층, 탄소층, 필터층 그리고 흡수분무계를 막아 장치의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
VOC 함유가스 흐름을 냉각하는 전처리단계는 흡착과 생물막 공정에 매우 중요하다.
흡착효율은 고온에서 낮아지며 생물막층은 또한 100℉ 근처의 온도에서 효율이 높고,
고온은 VOC를 CO2, 물, 광물염으로 바꾸어 주는 미생물을 파괴하기 때문이다.
가습이 생물막 공정에 중요한 반면 감습은 흡착과 응축공정에 중요한 전처리 사항이다.
흡착공정에 있어서 수증기는 VOC와 경쟁관계에 있으므로 감습은 수증기의 흡착을 줄이므로 결국 VOC의 흡착을 증가시킨다.
응축에 있어서 수증기는 응축관 내에서 응축, 응결될 수 있으므로 결국 시스템의 전열능력을 떨어뜨린다.
반면 생물막공정은 필터가 건조, 파괴되는 것을 방지하기 위해 수분이 필요하며
이는 결국 미반응된 VOC가 대기로 빠져나가는 것을 막는다.

다. 적용도
1) 배출원
<표 6-7>은 5가지 종류의 배출원 즉, 공정배출, 저장탱크, 폐수처리, 이송조작, 누출(주로 장치누출) 등에 대해 기술별로 응용도를 요약한 것이다.
이 표는 각 기술의 사용자와 공급자로부터 얻은 정보를 사용한 것이다.
연소기술(즉 직접소각과 촉매소각 그리고 flares)은 생산시설 전반에 걸쳐 널리 이용된다.
이들은 위 표에 기재된 5가지 종류의 배출원을 조절하는데도 이용된다.
그러나 어느 기술도 노출만을 위해 사용되지는 않는다. VOC 회수기술(특 흡착, 흡수, 그리고 응축)은 주로 공정배출이나 저장탱크에 적용된다.

2) 처리가능한 VOC 종류
<표 6-8>은 각 기술별로 처리할 수 있는 VOC 종류를 다음의 몇가지로 나누어 정리한 것이다.

- Aliphatic hydrocarbons
- Aromatic hydrocarbons
- Halogenated hydrocarbons
- Alcohols, glycols, ethers, epoxides and phenols
- Ketones and a idehydes

a Alternative VOC abatement strategies generally used in
place of the end-of-pipe technologies listed in this table.
Alternative VOC abatement strategies include floating roofs with primary and secondary seals.
b Alternative VOC abatement strategies generally used in place of the end -of-pepe technologies listed in this table.
Alternative VOC abatement strategies include equipment leak detection and
repair programs and leakless equipment technology.
c The full range of applicability of this emerging technology is unknown at this time.
직접소각과 촉매소각은 모든 종류의 VOC에 적용된다.
그러나 설계 인자가 배출흐름 중의 VOC 종류에 따라 달라지게 되는데
예를 들어 할로겐이 치환된 탄화수소는 치환되지 않은 유기물에 비해 산화하기가 힘들어 고온의 연소온도와 긴 체류시간이 필요하다.
흡착시스템은 케톤을 제외한 모든 종류의 VOC에 적용되는데
케톤은 탄소층 위에서 고분자화되어 결국 흡착점을 막기 때문이다.
흡수장치는 몇몇 VOC에 제한되나 무기물이나 극성화합물에 효율적이다.

3) 흐름량과 VOC 농도
가장 효율적이고 적당한 VOC 제어기술을 결정하는데 중요한 두가지 인자는 배출흐름과 유량과 VOC 농도이다.
이 적용범위는 다음과 같은 몇가지 이유로 인해 변경될 수 있다.
첫째, 생물막, 막기술, UV산화기술 등과 같은 VOC를 제거하기 위한 신기술의 적용범위가 제한되고 있으나,
이 기술들이 점차 발전되고 여러 가지 배출흐름에 널리 적용되고 있으므로 곧 그 적용범위가 넓어질 것이다.
둘째, 적용범위는 제한된 수의 조사에 의한 정보를 반영하므로 몇몇 시설은 다른 VOC 제거기술을 이용하고 있다.
셋째, 이러한 VOC 제어기술의 적용도는 배출흐름과 유량과 VOC 농도의 변화에 의존한다.
예를 들어 열소각과 촉매소각은 고농도의 VOC에는 경제적이나 저농도인 경우에는 부가연료의 사용으로 경제적이 없어진다.
마지막으로 이러한 VOC 제어기술이 단순히 흐름량과 농도에만 의존하지는 않는다.
기타 흐름이나 설계, 그리고 비용과 관련된 인자가 특정기술을 제한할 수도 있다.

7절. 배연탈황설비(De-SOx)
1. 개요
배연탈황(FGD, Flue Gas Desulfurization)기술은 화석연료가 연소될 때 이 중에 포함되어 있는 유황분이 연소되어
발생한 황산화물을 흡수, 산화, 중화, 흡착 등 화학적 또는 물리적인 방법으로 제거하는 기술을 말한다.
배연탈황기술도 1960년대부터 개발하기 시작하여 기술적으로 거의 완성단계에 있는 상황으로
그 동안 수많은 종류의 배연탈황공정이 개발되었으며 현재는 기술적인 우위를 나타낸 소수의 공정들만이
상용화되어 미국, 일본, 독일 등 선진국을 중심으로 많이 설치되어 운영 중이다.
배연탈황공정은 흡수제의 형태에 따라 습식과 건식,
반응생성물로부터 흡수제의 회수여부에 따라 재생법과 비재생법으로
분류할 수 있으며 현재 전 세계적으로 가장 널리 상용화되어 있는 처리공정은 비재생 습식 석회석-석고 공정으로서
전체 설치용량의 80% 이상을 점유하고 있는 것으로 알려져 있다.
또한 배연탈황 연구개발 방향에도 많은 변화가 있었고 특히 탈황설비의 신뢰도 향상을 위한 기기 부식방지,
탈황효율향상, Scale 생성방지등 문제점을 해결하여 설비의 신뢰성을 향상시키는데 연구의 초점이 모아졌으나 최근에는 설비의 신뢰성을 바탕으로 loop의 구성을 단순화하고 장치를 소형화하는 등
배연탈황설비의 설치비 및 운전비용을 절감할 수 있는 방안에 관한 연구가 주류를 이루고 있다.
우리나라에서는 환경에 대한 국민적인 관심 고조로 환경규제정책을 점진적으로 강화하기에 이르렀으며
이러한 정책의 변화에 따라 한국전력공사에서는 현재 국내 석탄화력발전소를 대상으로 배연탈황설비의 도입을 추진하여 총 24기의 설비가 설치되었다.

2. 공정의 분류
현재 전세계적으로 상용화되어 운전되고 있는 습식 석회석-석고법 배연탈황공정을 운전특성에 따라
분류하면 대략 <표 7-1>과 같이 분류할 수 있으며 이번에 한국전력에서 개발된 공정은 가스분사방식과 강제산화방식을
한 loop로 구성하는 single loop 방식을 채택하고 있다.
가. 가스분사방식에 따른 분류
기-액접촉을 통한 물질전달과정에서 물질전달효율을 결정하는 가장 큰 변수는 기체와 액체의 접촉시간과 접촉면적이다.
기-액접촉을 위해 유체를 분산하는 방법은 액체를
기체상에 분사하는 액분산방식(Liquid Dispersion)과 기체를 액상에 분사하는 가스분사방식(Gas Dispersion)으로 대별할 수 있다.
액분산 방식을 이용하는 대표적인 탈황공정에는 흡수액슬러리를
배기가스흐름에 분무하는 Spray Tower가 있고 가스분사방식을 이용하는 탈황공정에는 Perforated Tray Tower와 Jet Bubbling Reactor가 있다.
Sieve Tray Tower는 보통 칼슘계 화합물의 슬러리인 흡수액을 탑상부에 공급하고
탑의 중간 또는 하부에서 배기가스를 불어 넣어 여러 단의 기-액 접촉 분사판을 거치며
SO2를 제거하는 향류식 기-액 접촉방식으로 여러 단의 가스분사판을 사용하기 때문에
장치의 압력손실이 크고 탑상부로 흡수액을 이송해야 하기 때문에 흡수액의 펌핑을 위한 동력 소모가 클 뿐만 아니라
flooding이나 weeping 현상을 방지하기 위해서는 흡수탑에서의 가스처리량의 범위가 제한을 받는다는 단점이 있다.
또한 spray tower도 마찬가지로 탑의 중간 또는 하부에서 배기가스를 불어 넣고 탑상부에서 수많은 노즐을 통해
흡수제가 포함된 액을 분무하는 방식으로 기-액 접촉이 공간상에서 일어나고 저속의 가스속도로 운전되므로
압력손실은 적으나 흡수액 순환을 위해 탑상부로 흡수액을 이송하여 고압으로 분무해야 하기 때문에
펌프의 동력소모가 클 뿐만 아니라 흡수탑의 높이가 커져야 하는 단점이 있다.
Jet Bubbling Reactor는 가스스퍼저를 이용하여 배기가스를 흡수액에 직접 분사하기 때문에 흡수액의 순환을 위한 펌프의 동력은 필요하지 않으나
스퍼저 한 개당 처리가스량이 한정되어 있어 장치 내부에 수많은 가스 스퍼저를 설치해야 하기 때문에 장치 내부가 복잡하다는 단점이 있다.
Perforated Tray Tower는 70년대 초에 Babcock-Hitachi사에 의해 개발이 시작되어 80년까지 상용화 되었으나
이후 spray tower로 개발방향을 전환한 것으로 알려져 있으며 현재 탈황공정에 가스분사방식을 채택하고 있는
유일한 공정은 Chiyoda사의 CT-121 Process이다.

이외에 효율적인 기-액접촉과 균일한 가스상 흐름을 유도하기 위해 spray tower에 perforated tray를 결합시킨 공정이 비교적 최근에 B&W사에 의해 개발되었다.

나. 산화방식에 따른 분류
습식 석회석-석고법을 이용하는 배연탈황공정에서 지난 70년대와 80년대 초까지
설비의 운영에 가장 큰 문제를 야기한 것이 바로 Gypsum Scaling 문제였다.
배기가스 중에는 보통 3~10% 정도의 산소가 함유되어 있으며 이에 따라 보통 15~95%의 산화반응이 일어나게 된다.
이를 자연산화(Natural Oxidation)라고 하며 이러한 조건 하에서 석고 스케일이 생성된다. Gypsum Scale은
생성된 석고의 양이 Calcium sulfite와 공침(Co-precipitation)하여 Calcium Sulfate-Sulfite Solid Solution(χCaSO4?(1-χ)CaSO3?½H2O)을
형성하기에는 너무 과잉이고, 결정성장 반응만으로 반응이 진행되기에는 Gypsum seed의 양이 적은 경우에 발생한다.
따라서 석고 스케일의 생성을 방지하기 위한 방법에는 Thiosulfate 이온(S2O32-)이나 Emulsified sulfur 등의
산화억제제를 첨가하여 흡수액 내의 sulfate 이온의 농도를 포화농도 이하로 유지시키는 산화억제방식(inhibited Oxidation)과
흡수액 내에 추가적으로 산소를 도입함으로써 거의 완전한 산화반응을 유도하는 강제산화방식(Forced Oxidation)이 있다.
어떤 산화방식을 선택할 것인지를 결정하기 위해서는 투자비, 운전비, 부산물 처리방법등 여러 가지 인자들을 고려하는 것이 필요하나
일반적으로 천연석고자원이 풍부하고 매립부지를 확보하기 용이한
미국 이외의 나라에서는 상품가치가 있는 석고를 생산하기 위하여 강제산화방식을 채택하고 있다.

다. loop 구성에 따른 분류
일반적으로 배기가스 중에는 SOx와 NOx 뿐만 아니라 소량의 HCl, HF 및 Fly Ash가 포함되어 있다.
흡수액 중의 Cl 농도가 높아지면 금속재질의 부식문제가 초래되어 재질선택에 제약이 따르게 된다.
또한 F이온은 부식문제를 야기할 뿐만 아니라 흡수액중의 Al 이온과 반응하여 흡수제인 석회석 표면에서
AlFn Complex를 형성함으로써 limestone blinding을 유발하는 것으로 알려져 있으며
Fly Ash는 석고에 혼입되어 부산석고의 품질을 저하시키는 원인이 된다.
이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 흡수탑 전단에 흡수탑과 별도의
loop로 구성된 전단세정기(prescrubber)를 설치하여 유입가스의 온도를 단열포화온도까지
냉각시킴과 동시에 이들 물질들을 사전에 제거하는 방법을 dual loop(또는 Double loop) system이라고 한다.
습식 석회석-석고공정에 있어서 설비는 소형화하면서 설비의 효율은 극대화하기 위한 지속적인 성능개선 연구결과에
힘입어 최근에 설치되는 탈황설비는 전단세정기를 제거하고 하나의 흡수탑에서 모든 화학반응을 완결하는 single loop system이 주류를 이루고 있다.
또한 분진제거용 전기집진기(EP) 전단에서 탈황설비로부터 발생된
폐수를 분사하여 폐수 중의 물은 증발시키고 dissolved solid는 고체화하여
집진, 제거함으로써 궁극적으로는 FGD설비로부터
폐수를 발생시키지 않으려는 시도가 이루어지고 있다.

3. 탈황공정 선정시 고려사항
- 기술적인 신뢰성
- 탈황 성능
- 연료에 따른 적응성
- 흡수제의 공급 안정성
- 부산물 처리 및 2차 공해 여부
- 경제성

8절 배연탈질설비(De-NOx)
1. 개요
질소산화물(NOx)은 질소(N)와 산소(O)의 결합상태로 나타나며
NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O, NO3 등의 형태로 존재한다.
통상 질소산화물중 대기에 존재하면서 영향을 미쳐서 오염을 일으키는 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 NOx로 총칭하여
질소산화물의 측정시도 NO는 NO2로 산화시킨 다음 측정하므로 NOx에는 NO와 NO2를 합하여 표기하게 된다.
NOx의 생성과정을 및 배출원을 살펴보면 다음과 같다.

1) 자연적 생성 질소산화물
자연적인 NOx 방출량은 인위적인 방출량의 10배 이상 15배 정도로 계산되고 있으며
생물 반응에 의하여 생성된 자연 질소산화물은 지구 전체로 보아서 500×106 ton/year로 추정되고 있으며
대기중 가수분해되어 질산염으로 침전하여 지표면에서 식물의 신진대사를 위한 비료가 되고 있다.
그 자체는 오염되지 않은 환경에서는 심각하게 생각할 정도는 아니다.

2) 인위적인 생성 질소산화물
인위적 생성 NOx 배출량은 자연적 배출량보다 훨씬 적지만 이동오염원인 자동차에 의한 방출 및 고정오염원인
석탄, 석유를 연소시 발생하는 질소산화물과 쓰레기 소각로에서 연소시 발생되는 NOx 및 기타 산업공정에서
발생되는 질소산화물은 도시 및 근교의 인구밀도가 높은 지역에서 NOx 농도를 증가시키고 광화학적 smog 발생시 탄화수소와 반응하여
oxidant를 형성하여 radical들은 O3를 소모시키지 않고, NO를 바로 NO2로 산화시켜 O3 농도를 증가시키므로써 어려가지 부작용을 야기하는
원인이 되며 이것이 바로 인체에 심각한 영향을 미치는 독성물질이 되는 것이다.

3) 인위적 질소산화물(NOx) 발생원
- 화석연료 연소시 생성
- 쓰레기 소각시 생성(fuel-NOx, thermal NOx)
- 비연소성 주요 생성원

2. 제어기술
질소산화물 저감을 위한 연소개선의 방법은 크게 운전조건을 변경하는 방법과
연소장치를 개조하는 두가지 방법으로 나눌 수 있으며, 이를 세부적으로 설명하면 다음과 같다.

가. 운전조건 변경
1) 과잉공기량 삭감(저과잉공기 연소)
대부분의 연소과정에서는 공기를 과잉으로 사용한다.
즉 연소가 완성되기에 필요한 공기량 보다 더 많이 공기가 공급된다.
이렇게 함으로써 공기와 연료의 불완전혼합을 벗어나 완전한 연소가 달성된다.
대부분의 보일러 운영시에는 10~20%의 과잉공기를 사용한다.
이런 경우 연료의 산화가 완성된 다음에도 질소와 반응할 수 있는 산소가 많이 남아 있게 된다.
2) 공기온도 조절(연소공기 예열 조절)
수많은 공장에서 연소과정으로 유입하는 공기를 예열시키기 위하여 발열을 이용하는 경우가 많다.
이렇게 하면 상당한 양의 에너지를 절약할 수 있지만 화염온도를 증가시켜 NOx 배출이 증가된다.
실제 규모의 보일러에서 측정된 자료에 의하면 연소공기가 80℉로 예열됨에 따라 NOx 배출량은 3배 증가하였으며,
대부분의 NOx 증가는 450~600℉의 온도범위에서 발생하였다.

3) 연소부분 냉각
NO 생성에서 온도가 큰 영향을 미치므로 주위 표면으로 열을 전달시킴으로써 일차소염구역을
냉각시키는 것이 효과적인 NOx 통제방법이 될 수 있다. 연소실 유효면적당의 열방출율이 높으면 높을수록
연소구역의 온도가 높아지면서 NOx 방출이 증가한다고 예측할 수 있다.

나. 연소장치 개조

1) 2단 연소
과잉공기를 삭감시키는 실제적인 방법으로 2단연소법을 들 수 있다.
버너부분에 연소용 공기를 이론공기량보다 약간 적게 공급하며 불완전연소를 시키고
버너 윗부분에서 부족분의 공기를 공급하여 완전연소시키면 NOx의 생성량이 상당히 줄어든다.
이러한 2단연소에서는 버너부분에서의 불완전연소와
이에 따른 복사열전달의 증가가 불꽃의 온도를 낮추어 NO의 생성을 감소시키며 산소의 부족은 이를 뒷받침한다.
불완전연소로 인한 CO 및 나머지 연료는 버너 윗부분에서 완전히 연소되는데
이 때의 온도는 낮아져서 NO의 생성을 막게 된다. 2단연소에서는 버너 부분에
이론공기량의 30~90%를 공급하고 상부의 공기구멍에서 10~30%의 공기를 더 공급한다.
이 방법을 사용하면 보통 연소보다 NOx의 생성이 10~30% 감소된다고 알려졌다.
석탄의 연소에 2단연소법을 적용시키는 경우에는
과잉공기의 부족으로 타지 않은 연료와 일산화탄소의 방출을 증가시킬 위험이 있다.

2) 배기가스 재순환
종래 대형 boiler에서 발생증기의 온도조절 목적으로 일부의 연소배가스를
재순환하였으나 이것을 발전시켜 저NOx 연소법으로 되었으며
이 방법은 thermal NOx에 효과가 크고 fuel NOx에는 효과가 없다.
배가스 재순환율을 높이면 NOx 저감율은 증가하는
경향으로 되고 안정된 연소가 되므로 재순환율은 15~20% 정도가 좋다.
배가스를 재순환시키는 것은 NOx의 방출을 조절하는
가장 실제적인 방법이다. 연소용 공기에 일부 냉각된 배기를 섞어
연소실로 보내면 재순환된 배기가 불꽃을 냉각시키는 효과를 가져오며
산소의 농도가 낮아 연소가 지연되어 불꽃이 길어진다.
따라서 불꽃의 최고온도가 낮아져 NOx의 생성량이 줄어든다.

일반적으로 재순환시키는 배기의 양은 소요 공기량의 15~20이며,
이 방법에 의하면 NOx의 생성량은 10~30% 감소된다고 한다.
그러나 이 방법은 연료중의 질소가 산화하여 생기는 NOx의 조절에는 효과가 없으며,
보다 많은 양의 기체를 다루어야 하기 때문에
배관설치 등에 추가로 드는 비용이 큰 단점으로 지적되고 있다.

3) 농염연소
1 set의 burner에는 적용되지 않으며 복수의 burner를 설치한 연소설비에서
연소과잉 연소버너와 공기과잉 burner를 적절히 배치함으로써 연소과잉대에서의
NOx 생성을 억제 분해시키고 공기과잉 zone의 온도저하를 가져와
thermal NOx 억제가 가능하고 그 기본원리는 2단연소와 유사하다.

4) 유동상(FBC) 연소법
2단연소법은 석탄이 연료인 경우에는 적용시키기가 어렵다.
이는 과잉공기가 없으면 연료/공기비가 크게 부적합해서
연료가 완전히 타지 않고 CO 방출이 증가하기 때문이다.
석탄연소기내의 온도를 줄이는 한 방법으로 유동상을 사용할 수 있다.
이렇게 하면 열전달율이 매우 높아서 화염온도는 낮아지게 되며
이러한 낮은 온도에서 분자상태의 질소로부터 생성되는 NOx의 양은 무시할 수 있을 정도이다.
그러나 실제에 있어서는 유동상연소에서도 재래식 연소와 마찬가지로 NOx가 생성된다.
따라서 NOx의 생성을 감소시키는데 있어서 유동상의 역할을 좀 더 충분히 알 수 있도록 연구가 요구된다.

5) 저 NOx burner
이 방법은 신규시설은 물론 기존 신설된 연소설비에 비교적 낮은 cost로 설치가 가능하며
설비의 대소에 무관하게 적용이 가능한 이점이 있다. NOx 저감의 원리는 기술한 바와 같이 2단연소,
배가스 재순환 기능이 간단한 burner 내에 compact하게 내장되어 종합적 효과를 가져와 NOx 저감을 실현할 수 있다.

9절 다이옥신 제거설비(De-Dioxin)

1. 개요
다이옥신은 월남전에 고엽제로 사용되어 인간과 자연에 대한
피해가 이미 잘 알려져 있는 극독성분인 만큼 국민과 정부의 관심이 크다.
국제적으로 미국, 일본 및 유럽 각국들은 자국민의 보건위생상 다이옥신의 배출을 항상 감시하고 있으며
그 저감을 위해 다각적으로 연구하고 있다.
국내적으로 폐기물의 발생량은 계속 증가하는데 비해 매립장은
한계에 이르러 안정화와 유독성 물질의 파괴효과가 큰 소각방식이 증가할 것이며
이에 따라 다이옥신 처리시설의 확충 또는 신설이 요구된다.
최근 목동자원회수시설에서 다이옥신이 검출되자
이 지역은 물론 현재 소각로가 건설중이거나 혹은 예정된 지역의 주민까지 민감한 반응을 보이고 있으므로
소각로 건설에 앞서 다이옥신 처리방안의 해결이 중요하다 하겠다.
선진국에서는 다이옥신을 저감하기 위하여 촉매분해, 광분해, 소각,
열분해, 오존분해, 화학적 분해, 물리화학적 분해, 생물학적 분해 방법 등을 이미 개발,
적용하고 있는데 비해 국내에는 이와 관련된 연구는 물론 제어기술이 적용된 공정이 전무한 상태이다.
환경오염은 국민의 건강과 복지에 직결된 문제이므로 오염원이 존재하는 한 계속적으로 시장이 확보될 것이다.
특히 다이옥신은 인간생활의 잔유물인 쓰레기를 처리할 때 생성되는 물질이므로 이 시장은 인류와 공존할 것으로 본다.

2. 제어기술
다이옥신의 발생억제를 위해 생성에 영향을
미치는 인자에 대해 우선 서술하고 소각전, 소각중, 소각후에서의
다이옥신 저감방안을 설명하면 다음과 같다.

가. 다이옥신류 생성에 미치는 인자
쓰레기, 연소조건, 배가스상태, 조업상태,
연소실형상 등의 5가지로 구분하여 각각의 영향인자들을 <표 9-1>에 정리하였다.

1) 쓰레기
① 성상(性狀)
- 다이옥신류 및 PVC, PCB, 크롤로페놀류, 유기염소계 화합물과 같은 다이옥신류 기원물질
- NaCl과 같은 무기물 형태의 염소화합물
- 후연소공정에서 다이옥신 생성에 촉매역할을 하는 Cu나 Fe와 같은 금속성분

② 질(質)
- 쓰레기의 발열량, 수분함량, 함유성분
- 소각로 연소상태를 일정하게 유지하기 위한 필요조건
- 불완전연소 및 다이옥신의 생성의 억제

2) 연소조건(3T)
① 로내온도(Temperature)
- 저온영역에서는 온도의 증가에 따라
다이옥신 배출은 급속히 감소되다가최소값을 보인 후 다시 증가,
다이옥신류의 파괴가 일어나는 750℃ 이상에서 다시 감소

② 체류시간(Time)
- 독성유기물질이 충분히 파괴될 수 있는 체류시간이 필요

③ 난류개선(Turbulence)
- 쓰레기와 공기의 적절한 혼합에 필수
- 난류형성에 의한 혼합도 개선으로 저온구역 발생을 억제하므로써 불완전 연소로 인한 다이옥신류 파괴의 방해 지양

3) 배가스상태
① 비산회재 : 후연소공정에 들어가 다이옥신 생성시 촉매작용

② 수분함량 : 수분은 로내온도와 산소농도를 모두 떨어뜨려 효과적인 연소를 방해

③ 산소농도 : 농도 범위가 7~9% 범위를 벗어날수록 다이옥신류의 농도는 모두 증가

④ CO농도 : 산소와 같이 일정구간을 벗어날수록 총 다이옥신류의 생성량 증가

⑤ 황 비율 : SO2가 반응성이 높은 Cl2를 HCl로 전환시키는 작용을 하므로 연료 (쓰레기)중 염소성분에 대한 황의 비율이 높을수록 다이옥신의 농도가 낮음.

4) 조업상태
- 비정상상태 : 소각로 가동개시, 조업중단시, 운전상의 문제발생시와
같이 비정상상태로 운전될 때, 노후화된 소각로일 경우 다이옥신류가 많이 배출.

5) 연소실의 형상
- 비이상적 유체 흐름 : 비이상적인 유체의 흐름을 야기하는 연소실의 형태는 혼합불량,
로내의 온도분포로 인한 저온부의 형성, 클링커의 축적 등 문제를 발생해 다이옥신 배출 증가.

나. 다이옥신 제어기술
1) 소각전 기술
① 쓰레기의 사전분리 방법
다이옥신 생성원인이 되는 물질인 상,하수도배관, 전선피복, 벽지, 카페트, 접착제류,
랩류, 유기염소계 화합물이 함유되어 있는 방충제, 항진균제, 불연처리된 의복, 목제품,
피혁, 건제, 가전류, PCB가 함유된 축전지를 사용하고 있는 소형 중고 TV나 라디오,
헥사클로로펜을 함유한 비누, 화장품, 표백분 등을 분리해야 한다.
다이옥신 생성의 촉매효과를 내는 캔류, 전선, 전등, 건전지 등도 사전에 분리, 제거해야 한다.

② 쓰레기의 균질화
쓰레기의 양은 화격자상의 부하상태를, 쓰레기의 크기는 국부적인
연소환경을 변화시키므로 안정된 연소상태의 유지를 위해서 균질화가 중요하다.

2) 소각 기술

① 연소조건
- 가스체류시간과 연소온도를 충분히 높게유지해 로내에서 독성유기물질을파괴

- 다이옥신류 전구물질들은 640~740℃의 온도에서 열분해 일어나므로
연소과정에서 다이옥신류가 생성되더라도 온도가 국부적으로 740℃보다 높으면 열적으로 쉽게 분해.
- 연소로의 형태, 연소기법, 쓰레기의 상태 등을 고려 적정량의 연소공기 공급.

- 소각로의 형태, 공기노즐의 크기 및 배열 등을 감안하여 난류 형성.

- 소각로에 공급되는 연소공기의 양과 분포, 그리고 배가스 중의 CO 및 산소를 모니터링할 수 있는 장치의 설치.

② 배가스상태
- 비산회재는 다이옥신류의 생성을 조장하는 금속류 및
유기오염물의 배출에 영향을 미치기 때문에 배가스내의 비산입자 유출량을 필히 측정.

- 연소가스 중의 산소농도, 연소공기의 분포,
운전부하 등의 간접지표로부터 연소공기량과 운전조건등을 제어, 조절.

-비산회재의 배출을 지양할 수 있는 형태의 소각로 설계.

-산소함량이나 일산화탄소와 농도로서 간접적으로 다이옥신의 배출상태를 파악.

-연료(쓰레기)내에 황화합물을 첨가하면 다음반응식과 같은 다이옥신 저감효과.

2HCl + 1/2O2 → Cl2 + H2O
Cl2 + Aromatic → Chlorinated aromatic compounds (partially dioxiin)
SO₂ + Cl₂+ H₂O = > SO₃ + 2HCl

③ 조업상태 관점
- 소각로 가동개시의 경우 소각로내 승온속도를 빠르게 함으로써 다이옥신 배출을 저감.
- 조업중단의 경우 소각로내 잔유물의 완전연소를 유도.
- 정상조업의 경우운전상태를 양호하게 하기 위한 보수, 유지, 정상상태의 가동.
④ 연소실형상 관점
- 배가스가 고온부를 통과, 1차 연소실의 출구에서 충분한 혼합,
2차 연소실에서 먼지의 역류를 막는 구조, 클링커의 축적이 생기지 않도록
연소실 형상의 심한 굴곡이 없게 설계.

3) 소각후 기술

① 촉매분해
- 다이옥신을 함유한 가스와 공기를
촉매층에 흘러 보내 산화분해 제거.

- 촉매표면에 다이옥신과 산소가 흡착, 흡착된
반응물 사이에 산화반응, 다이옥신 분해후 생성물이 촉매로부터 탈착.

- 적절한 촉매의 선정과 반응조건(온도, 공간속도, 산소량 등)의 유지가 필요.

- 촉매로는 금속산화물(V2O5, TiO2 등), 귀금속(Pt, Pd)이 사용되고 있으며
분해효율을 높이기 위해 Pt, Pd 등을 TiO2나 SiO2 등에 담지시켜 사용.

- 귀금속 촉매는 고가인데 비해 피독에 강해 연구가 활발함.

② 광분해
- 특정파장의 빛을 조사하면서 빛 에너지에 의해 화학물질이 분해되는 원리를 이용.

- 다이옥신의 광분해에는 자외선 파장(250~340㎚)이 가장 효과적.

- 염소화 방향족 화합물의 광분해는 염소분자가
자유 라디칼로 제거되거나 용매 기질분자와의 친핵 치환반응에 의해 제거.

- 빛이 통과하는 층에 용해, 유기수소 공여체의 존재,
적합한 파장의 자외선 등이 다이옥신 광분해의 필수조건.

③ 소각
- Fly ash와 공기를 충분히 접촉, 보조연료를 사용,
연소실내의 온도 및 온도분포, 산소농도, 체류시간 등을 적절히 제어.

- 소각장치로는 스토카, 로타리킬른, 유동층 방식들이 있으나
다이옥신의 처리에는 주로 로타리킬른 방식이 적용.

- 보조연료 이용, 1,300~1,400℃의 고온용융로가 다이옥신류의 분해방법으로 유망.

- 용융염 연소법은 황산나트륨을 10% 함유한 탄산나트륨이나 탄산칼륨을 사용하여 유기염소 화합물 등을 분해.

④ 열분해
- 산소가 아주 적은 환원성 분위기에서 탈염소화, 수소첨가 반응 등에 의해 다이옥신을 분해.

- 최근 열분해에 의한 다이옥신 함유 fly ash 처리방법의 실용화 연구가 추진.

- 처리후 재생성이 일어나지 않도록 분해처리의 신뢰성을 높이는 것이 중요.

⑤ 오존분해
- 오존을 이용하여 다이옥신을 산화분해하는 방법.

- 순수의 경우는 20℃에서도 1시간 반응하여 93~99%가 분해되며
염기성 조건일수록, 그리고 온도가 높을수록 분해속도가 큼.

- 오준분해법의 효율을 높이기 위해 오존분해와 광분해를 조합한 방법이 개발.

⑥ 화학적 분해
- 금속나트륨을 이용하는 방법은 다이옥신을 함유한 폐유 중에 금속나트륨을
미립자 상태로 분사시켜 다이옥신 등의 분자 중에서 염소원자를 염화나트륨으로 제거,
금속나트륨만 있으면 가능한 기술이고 부생성물이 없다는 장점을 갖고 있으나
금속나트륨을 사용하기 때문에 기름속에서 분해가 일어나야 하고 대상도 폐유에 한정된다는 단점.

- 알칼리성 폴리에텔렌글리콜을 이용하는 방법은 알코올이나 글리콜과 수산화칼륨
또는 수산화나트륨을 반응시켜 생성된 알콕시드가이옥신의 염소원자와 치환하는 반응을 이용.

⑦ 물리화학적 분해
- 열과 압력을 가해서 다이옥신을 분해시키는 방법으로 초임계유체를 이용한
수중의 다이옥신 분해방법이 검토중. 즉 초임계 수의 경우 유전율이 감소하며
유기물의 용해도가 매우 커져 통상의 조건에서는 용해하지 못하는 유기물도 용해.

- 유기염소계 용제의 산화분해처리가 검토되어 99.9% 이상의 높은 분해율을 나타냄.

- 석유크래킹 기술을 유기염소화합물에 적용시킨 탈염소-수소첨가 방법도 99% 이상의 분해율을 보임

⑧ 생물학적 분해
- 일반적으로 유기염소화합물들은 생물학적으로 난분해성이며
토양중의 유기물이나 물 속의 부유입자 등에 강하게 흡착하는 특성이 있어 미생물 분해는 어려움.

- 다이옥신을 분해하는 미생물로는 백색부후균증의
호기성균 Phanerochaete Chrysosporinm와 세균중의 Pseudomononas 속, alcaligenes 속, Nocardiopsis 속, Bacillus 속 등.

- 미생물 분해는 속도가 느려 실용화를 위해서는 분해능력이 높은 미생물의 탐색이 필요.

3. 국내, 외 기술동향

가. 일본
1990/1991년 당시 1,841개의 도시 쓰레기 소각로를 보유하고
전체 쓰레기의 73%인 연간 3,700여만톤을 소각하고 있는데 여기에 설치되어 있는
배연처리시설의 현황은 다음 <표 9-2>, <표 9-3>과 같다. 즉 집진시설은 전기집진기가,
산성가스 제거시설은 건식 많다. 다이옥신의 배출농도 규제치를 신설로 기준 2, 3, 7, 8-TCDDeq 0.5ng/Nm3로 설정하고 활성탄흡착,
황첨가반응, 활성탄과 lime을 이용한 건식세정, 촉매소각, 백필터 성능제고 등의 연구를 통해 제어방안을 다방면으로 강구중이다.
1980년부터 다이옥신의 측정, 분석 및 제어방안을 다방면으로 강구 중에 있다.
미쓰비시 중공업이나 히타치 조선을 위시한 대부분의 기업에서 다이옥신의 저감을 위해 노력중이며,
완전연소를 통한 발생억제와 백필터를 사용한 제거기술에 역점을 두어 독일의 기준치(0.1ng-TEQ/Nm3)에 접근 중이다.
나. 유럽
각국은 기준치를 다음 <표 9-5>와 같이 강력하게 설정하고
이를 만족하기 위한 방안을 연구중이다.
특히 활성탄흡착법(독일, 오스트리아), 황첨가법(오스트리아),
건식 세정법(스웨덴, 프랑스), 열소각법(러시아), 촉매소각법(독일), γ-광선분해법(러시아) 등에 관한 연구가 활발하다.

다. 독일
세계에서 가장 까다로운 폐기물 소각시설의 배출기준(<표 9-6> 참조)을 마련하고
이를 소화시킬 수 있는 기술능력을 배양하여 현재 세계 소각로 시장의 약 20%를 장악하고 있다.
과거 독일내 구 MSWI 시설은 약 10ng I-TE/N㎥의 다이옥신을 방출, 고전적인 grate incinerator의 설계,
운전조건, 폐기물 투입조건 등을 변화시켜 현대 grate incinerator는 약 5ng I-TE/N㎥의 다이옥신을 방출하고
몇몇은 특정한 휠터나 스크러버 없이 약 3ng I-TE/N㎥까지 줄였다.

최근 몇 년간 고전적인 grate MSWI plants 대신 thermal combination plants가
건설되었으나 기술이 초기단계라 full-scale로 성능시험이 완료된 것은 없다.
모든 소각로에는 흡착제거나 산화소멸 중 하나가 설치된다. 흡착제거법은
여러 종류의 탄소로 고정층 휠터를 설치하거나 입상활성탄을 배연 흐름 내로 분사시킨다.

< 표 9-7>은 독일의 구식 MSWI 공장의 배연정화시설에 부착된 다이옥신 저감 기술의 점유율이다.

촉매산화는 시설후단에 질소산화물 제거장치와 함께 설치할 수 있다는 장점이 있다.

<표 9-8>은 독일내 구식 MSWI공장의 질소산화물 제거를 위한 기술의 점유율이다.

정부가 0.1ng-TEQ/N㎥로 규제하고 있으나 기업은 이미 0.01ng-TEQ/N㎥까지
줄이고 있으며 오는 2000년까지의 목표는 제로 수준이다. 독일내 쓰레기 소각시의 배출가스에 적용되는
다이옥신 제어공정으로는 활성갈탄 코우크나 활성탄을 이용하여 흡착시키는 방법, 활성코우크와 lime(Ca(OH)2)의
혼합물을 백필터와 같이 사용하는 방법, 백필터 대신 습식스크러버를 사용하는 동일기술 등 크게 3가지로 요약된다.

값싼 활성갈탄 코우크(activated lign)나 활성탄을 이용해 흡착시키는 방법은 이슬점보다
높은 온도를 갖는 배연처리공정의 끝에 입상탄 충전층을 설치하여
여기서 다이옥신과 수은 그리고 중금속이 흡착제거 혹은 기계적으로 분리(다이옥신과 중금속은 분진에 존재)된다.
사용된 코우크는 소각로에서 태우는데 이때 다이옥신은 분해되고 중금속은 배연스크러버의 액상내에 주로 흡수된다.

다이옥신제거율은 약 90% 정도이다. 흡착된 유기물이 촉매산화를 일으켜 화재를 일으킬 수 있으므로
온도와 일산화탄소의 농도를 정확히 조절할 수 있는 기술이 필요하다.
이 기술의 공급사는 Deutsche Babcock, Oberhausen, Germany;Huge Petersen, Wiesbaden, Germany 등 다수이다.
활성코우크(혹은 갈탄코우크나 활성탄)와 lime(Ca(OH)2)의 혼합물을 조제하여
이슬점보다 높은 온도의 배연에 넣어주고 후단의 백필터에서 입자를 분리시키는 방법은
혼합물을 사용하므로 코우크가 한 곳에 쌓인거나 불이 나지 않는 특징이 있다.

백필터까지 가는 관내에서, 특히 filter cake에서 배연과 혼합물이 접촉하는 동안
다이옥신과 퓨란은 코우크 내에 흡착된다. 혼합물은 몇 번 재사용되며 매순화시 약간량은 빼내어 소각로에서 태운다.
다이옥신 제거율은 위의 기술과 엇비슷하다. 이 기술의 선도자는
스웨덴 회사인 ABB-Flakt Lufttechnic(Asean Brown Bovey), Butzbach, Germany이다.
백필터를 쓰지 않고 습식스크러버를 하단에 사용하는 동일기술은
백필터 표면의 필터케이크에 흡착되는 양이 배제되므로 제거율은 위의 기술보다 낮다.
산업폐기물을 소각할 때는 NOx가 존재하고 따라서 SCR 반응기가 설치되므로,
이 경우에는 촉매산화를 이용하여 다이옥신류와
기타 배연 중의 유기성분을 제거하는 방법이 가장 많이 사용된다.
다이옥신 제거율은 95% 이상. Steinmuller, Gummersbach, Germany;Babcock, Oberhausen,
Germany;Lentjes, Ratingen, Germany;Kraftanlagen, Heidelberg,
Germany;und SGP, Wien, Austria 등이 이 기술을 소유하고 있다.

독일내의 구식설비도 대부분 배출허용 기준을 만족한다
(<표 9-9> 참조).
1995년 3월 현재 MSWI 구역에서 배출되는 다이옥신량은 약 50g I-TE/a이며
계속 현저히 감소중이다. 따라서 다른 배출원에 비해 상대적으로 적다.

(<표 9-10> 참조) BASF AG(Ludwigshafen, Germany)가 기존의 탈질용 SCR 촉매를 개조해
다이옥신을 독일의 17번째 BlmSchV(Order concerning incineration plants for wastes and similar combustible substances)
기준치인 0.1ng - TE/㎥ 이하로 제거하도록 하여 1990년부터 pilot plant에 적용
(<표 9-11> 참조), 소각로에 설치 운영(<표 9-12>참조) 중이다.
활성탄공정의 단점이라 할 수 있는 다이옥신의 농축, 극독성 물질의 부반응과 고가의 폐기비용 등을
개선하는데 주력하여 Bayer는 이 장치를 Dormagen의 신주거지의 소각장, Ludwigshafen의 가정쓰레기 소각장,
Rheinische Olefinwerk Wesseling(ROW)의 화학물질생산공장의 소각설비 등에 설치를 고려하고 있다.
기존의 화콜활성탄은 가스 1㎥를 처리하는데 50㎎이 필요하며 매번 갈아주어야 하는데 탈진 혹은
아황산가스 세정탑 직후에 적절한 촉매를 사용하면 탈질과 함께 다이옥신도 제거가 가능하다.
이 촉매장치는 한 모듈에 티타늄, 텅스텐, 산화바나듐의 혼합물로 이루어진 3층구조이다.
115,000㎥/h를 처리하는데 15개의 모듈에 70㎥의 촉매가 필요하다.
첫 층에서 암모니아에 의해 SCR 탈질반응이 일어나고 나머지 두 층에서
다이옥신이 이산화탄소와 HCl로 산화되는데 이 때의 온도는 약 300℃이며 아래의 원리에 의거한다.

C12HnC18-nO2 + ( 9 + 0.5n )O2 + ( 4 - n ) H2O → 12CO2 + ( 8 - n ) HCl
C12HnC18-nO + ( 9 + 0.5n )O2 + ( 4 - n ) H2O → 12CO2 + ( 8 - n ) HCl

HCl이 부산물로 나오기는 하지만 거의 무시할 정도이다. BASF가 시험한 결과,
제거율은 촉매층의 부피에 의존하고 농도에는 영향을 받지 않지만 자체적으로 99% 이상을 보인다.
농도에 영향을 받지 않는다고는 하지만 농도가 한계 이상 높아지면 촉매층의 부피 또한 커져햐 한다.
또한 암모니아의 영향은 고농도로 주입될 때만 약간 보이는 것으로 나타났다.
탈질의 경우는 특정온도 범위가 필요하지만 다이옥신 제거에 있어서는 250℃ 이상이면 가능하다.
다이옥신이 최고 15ng TE/㎥의 농도로 유입될 때에도 0.1ng TE/㎥으로 배출이 가능하다.
Bayer AG(Dormagen)와 BASF 촉매공정은 활성탄에 비해 25% 정도 retrofit cost가 저렴하다.
촉매의 수명은 탈질과 탈다이옥신 촉매 공히 24,000시간 혹은 3년 이상이다.
탈질과 탈다이옥신의 동시기능으로 활성탄에 의한 흡착공정에 비해 25~30% 정도 비용을 절감하는 효과가 있다.
전형적인 SCR 방법에 비하면 질소와 물로 되고, 하층에서는 다이옥신이 촉매작용에 의하여 이산화탄소와 물로 변환된다.

라. 북미
미국은 기존의 배연처리공정을 retrofit하고 주요 공정조건을
최적화하는 외에도 광분해법, 생물분해법 등의 연구를 진행, 배출기준은 <표 9-13>과 같다.

기설로(250톤/일 이상)의 500ng/N㎥는 TEQ 환산(O2=12%)으로 약 1ng/N㎥에 해당.
(주 : 다이옥신 핸드북, 한국과학기술연구원)
캐나다의 Diochem corp. (Interquest Technogies Inc., Toronto의 subdiary)은
DIT(Dioxin Inhibition Technology)를 소유, 적절한 무기화학물을 주입하여 연소중에
생성된 다이옥신을 파괴하는 것은 물론 후단의 재표면을 코팅하므로써 다이옥신과 퓨란의 생성을 막는 원리,
파괴제는 590±60℃에서, 방해제는 375±50℃에서 주입한다. 노즐은 6-8bars로 화학물질을 세밀하게 분사한다.
1995년 12월까지 Dow Environmental(Midland, Mich.)이 exclusive option을 갖고 있다.
Nalco Fuel Tech (Naperville, Ill.)는 Dow와 공동으로 연구개발하고 있는 중으로 상업화시에는 전세계 공급권을 가진다.
94년 스위스에서 pilot 시험한 결과 90%의 제거율을 보였으며 현재 full scale의
도시쓰레기 소각장에 시험중인데 이것이 성공하면 산업쓰레기에 시험할 예정이다.
세계적으로는 우선 기존의 배연처리공정을 retrofit하고
주요 공정조건인 온도, 난류도, 체류시간 등을 최적화하는 추세이다.
배연처리공정을 부하하는 것으로
가장 많이 적용되고 있는 배연처리공정은 다음의 두가지이다.
소각로→반응탑(활성탄+Ca(OH)2)→백필터→SCR→배출
소각로→전기집진기→습식세정탑→SCR→배출

촉매에 의한 다이옥신의 저감은 그 자체가 탈질공정과 비슷하다는
특성을 일본과 독일 등에서 많이 연구하고 있다. 주로 사용되는 촉매는
Ti-V-W계로 TiO2-V2O5-WO3(Kawasaki Heavy Industry), Pt/SiO2(NGK Insulators),
V2O5/TiO5-W(Hitachi Zosen), hydrogen peroxide(GSF-Forschungszentrum fur Umwelt und Gesundheit GmbH),
TiO2(Deutsche Babcock Anlagen GmbH) 등이 있다.

마. 국내
다이옥신을 발생, 배출시키는 오염원은 폐기물소각장 외에도 화합물이나 펄프, 종이를 제조하는 공장,
자동차 등 다양하다. 또한 폐기물소각장도 도시폐기물소각장(MWI), 산업폐기물소각장(IWI),
의료폐기물소각장(HWI) 등이 있으나 여기서는 대규모로
처리가 가능하고 통계가 가능한 도시폐기물소각로에 대해서만 언급한다.

서울시는 도시폐기물의 증가와 매립지의 한계, 그리고 매립장의 환경오염으로
인한 주민과의 마찰 등을 고려해 소각처리율을 1994년 0.9%에서 2001년 38.1%로 상향,
이에 따라 소각처리량 또한 150톤/일에서 6760톤/일로 증가할 것으로 예상된다.

반면에 소각처리 용량은 현재 공사중인 소각로가 완성되는 1997년이 된다 하더라도
3,150톤/일에 그쳐 전체 발생량에 절대적으로 모자라는 실정이다.

대부분의 소각장이 수도권에 설치되어 있음을 고려하면 전국적으로는
더 많은 소각장이 필요하다. 이에 따라 환경부는 2005년까지 총 3조 3천억원을 투입해 전국에
2천 6백개의 도시폐기물소각장을 설치한다는 계획을 수립, 이 중 200개의 대규모 소각장 건설에 2조 7천억원을,
2,000개 중규모 소각장에는 5천억을, 그리고 400개 소규모 소각장에는 1천억을 각각 배당하기로 하였다.

다이옥신을 제거하는 기술로는 촉매분해법, 광분해법, 소각,열분해법, 오존분해, 화학적분해법,
물리화학적 분해법, 생물학적 분해법 등이 이미 개발, 적용되었거나 시험중이다.
따라서 이들의 기술적, 경제적 평가가 완료된 뒤에야 정확한 시장규모가 계산되겠으나
탈황, 탈진 증을 포함한 배연처리시설비용을 전체소각장 건설비용의 50%로,
이 중 다이옥신 제어설비에 투자되는 비용을 30%로 추산하면 약 5천억의 시장이 형성된다.

쓰레기소각시설의 국내기술 자립도가 5%에 불과, 환경부가 ’96. 6월 현재 가동중이거나
건설중인 전국의 대형 소각장(<표 9-14>, <표 9-15> 참조)을 조사한 결과 20개중 19개가 외국에서 로열티를
지불하고 들여온 기술에 의존, 순수 국내기술로 시공된 소각시설은 한국에너지자원연구소의
기술협조로 92년말 LG건설이 완공하여 기증한 대전소각장이 유일하다.
가동중인 소각장 중 1일 처리능력 50톤인 의정부소각장은 롯데기공이 일본 구보다사의 기술을 일부 도입한 것이다.
서울 목동(150톤/일)과 대구(200톤/일) 소각장은 대우가 일본 히타치조선의 기술을
지원받았고, 또 성남(100톤/일)은 쌍용과 일본 미쓰이조선이, 평촌(200톤/일)은
동부건설과 독일 슈타인밀러사가, 일산(300톤/일)은 삼성중공업과 일본 미쓰비시가 각각 기술을 공조하여 건설하였다.

1) E : Excellent, G : Good, N : Normal
2) Dry and semi-dry with activated carbon.
3) Wet completed with activated carbon.

다이옥신 제어기술에 관한 국내의 기술은 아직도 저조한 상태이며, 단지 기존의 소각로에 설치한 배연처리공정을 이용,
저감하는 상태이다. 현재 소각로에 설치되어 있는 배연처리공정은 주로 분진제거용 전기집진기나 백필터, HCl이나 SO2를 제거하기 위한
scrubber, 그리고 NOx 제거용 촉매반응기 등을 조합하여 사용하고 있다.

목동 제1소각로의 경우, 전기집진기와 scrubber를 사용하고 있는데
이미 1995년 과다한 다이옥신의 배출(3.9ng-TEQ/N㎥)이 확인되었다.
부산과 창원 소각로의 경우, 다이옥신의 발생이 단순히 불완전한 연소에서
기인된다고 판단하여 완전연소 유도를 위한 CO 농도만 감시하고,
안양?평촌소각로 집진율을 고려하여 전기집진기를 사용하려 했으나 다이옥신의 발생저감을 위해 백필터로 변경, 설치하였다.
대구 성서소각로와 목동소각로의 경우, 백필터 앞에서 소석회와 첨가제(활성탄, 규조토)를 사용하여 다이옥신을 흡착, 제거한다.

4. 다이옥신을 위한 향후 전망

가. 다이옥신 문제해결을 위한 감시체제 구축의 필요성
다이옥신의 발생원은 다양하므로 그 발생원의 파악이 우선 되어야 할 것이며,
환경중 동태와 현황을 파악하기 위한 대기, 수질, 토양 및 생물권의 생체를 비롯한
.환경상태계 전반에 걸친 막대한 다이옥신 분석데이타의 확보가 이루어져야 한다.

또한 발생원의 연속적인 감시를 위한 다이옥신 관련물질과의 상호관련성에 입각한 연속적인
모니터링 기술과 분석장비의 도입?구축이 필요하며, 다이옥신 그 자체의 일시적인 분석결과에
근거한 평가가 아닌 관련화합물의 정기적이고 연속적인 모니터링에 의한 현장 평가데이터의
중앙관리에 의한 종합적 평가데이타베이스 구축을 달성할 수 있는 체계를 확립함으로써
다이옥신 문제에 대한 위해성관리 및 사회안정의 정책적 대안의 확립이 이루어질 수 있을 것이다.

나. 소각잔사와 집진재중의 다이옥신대책과 기술의 적용
다이옥신의 발생경로는 다양하지만 현재 알려진 발생원에서의 대책수립은 선행되어져야 할 문제라고 할 수 있을 것이다.
발생원 중 하나로 규명되어진 소각을 비롯한 제강분야 등에서의 배기가스에 대한 문제 뿐만 아니라
잔재물에 대한 처리와 그 대책도 다이옥신의 환경방출을 최소화하기 뒤한 최대의 과제라고 할 수 있을 것이다.

한 예로서 소각잔사는 바닥재를 비롯한 비산재의 배출을 생각할 수 있으며,
이들 잔사중의 다이옥신 함유량도 무시해서는 안될 것이다. 중간처리과정에서
발생한 잔사가 최종처분장으로의 유입은 또다른 환경문제의 발생을 초래할 수 있기 때문에
잔사중의 다이옥신 문제도 기술적인 방법으로서 해결할 수 있으며, 적극적인 기술적 대응을 강구해 나갈 필요가 있다.

다. 소각시설 운영주체의 운영개선 노력과 주민, 전문가 상호협력의 중요성
소각시설은 개인의 영리추구시설이 아니며, 국민의 건강과 생활의 복리추구를 위한
기반시설로서의 인식의 공유가 다이옥신 문제해결을 비롯한 환경문제 해결의 실마리를 구축하는 것이라고 할 수 있다.
이를 위해서는 소각시설의 운영주체와 주민을 비롯한 전문가의 상호협력에 의한 개선?발전의 관계를 이끌어가는 것이 필요하다.

라. 용융처리기술에 의한 쓰레기 문제와 다이옥신 문제의 미래
선진국을 중심으로 한 용융의 개념이 쓰레기와 다이옥신 문제의 해결에 접목되기 시작했으며,
그 유용성의 미래가 점쳐지고 있다. 원래 이 기술은 에너지의 개발차원에서 카본의 회수에
더욱 무게가 실려 연구가 추진되었던 기술이었으며,
90년초 다이옥신 문제의 극복을 위해 재창출된 기술 중의 하나이다.
초창기에는 소각재중의 다이옥신을 비롯한 중금속의 용출억제를 위하여, 또한 최종처분량의 최소화달성에 주목하였다.

쓰레기처리의 입장에서의 최종목적의 관점에서 볼 때 최종처분장의 수명연장,
환경에서의 안정화 및 무해화를 위한 안전성의 달성은 그 가치를 높이 평가해야 할 것이며,
운영과 경제성에 대한 지적이 제기되고 있다. 그러나 소각이전의 쓰레기를
대상으로 용융처리하고 소각잔사와 배기가스대책을
비롯한 에너지회수라는 측면에서 종합적으로 고려한 직접열분해 용융방식의 채용에 대한 유용성은 더욱 높아질 것으로 전망된다.

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