소각시설 방지시설 공정

왜 배우는가: 도시 생활폐기물 소각시설은 처리 과정에서 먼지, 산성가스, 질소산화물, 다이옥신을 함께 배출하므로 방지시설 공정이 설계의 핵심이다. 이 공정은 설비의 순서와 조합을 묻는 4교시 논술형 문항의 대표 주제이다. 개념을 정확히 알아야 배출가스 조건에 맞는 설비를 고르고, 순서와 이유를 함께 답안에 쓸 수 있다.

출제 이력: 제111회 4교시 6번, 제89회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

소각시설 방지시설 공정은 소각로 배출가스를 냉각, 집진, 산성가스 제거, 탈질, 다이옥신 저감 순으로 처리하여 굴뚝으로 배출하는 공정이다.

도시 생활폐기물 소각로에서 나오는 배출가스에는 먼지, 염화수소(HCl)와 황산화물(SOx) 같은 산성 유해가스, 질소산화물(NOx), 다이옥신이 함께 포함된다. 이 오염물질은 종류마다 제거 원리가 달라서 하나의 설비로 모두 잡을 수 없다. 방지시설 공정은 원리가 서로 다른 단위 설비를 정해진 순서로 연결하여 배출 기준을 만족시키는 체계이다. 앞 단계의 온도와 성분이 뒤 단계의 효율을 좌우하므로, 설비의 순서 자체가 설계 요소가 된다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 배출가스 냉각: 고온 연소가스의 온도를 낮춰 후단 설비를 보호하고 다이옥신 재합성을 억제하는 단계이다.
• 여과집진: 여재로 먼지를 포집하는 단계이며, 미세한 입자까지 높은 효율로 제거한다.
• 산성가스 제거: 알칼리 흡수제로 염화수소와 황산화물을 중화하여 고체 염으로 바꾸는 단계이다.
• 탈질: 환원제를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 바꾸는 단계이다.
• 다이옥신 저감: 활성탄을 주입하여 다이옥신과 중금속을 흡착하는 단계이다.
• 유인통풍: 배출가스를 공정 전체에 통과시키고 굴뚝으로 보내는 송풍 설비이다.

이 여섯 단계는 모두 필수 구성이다. 소각로에서 가장 먼저 배출가스를 식히고, 먼지를 잡은 뒤에 산성가스와 질소산화물을 제거하며, 마지막에 다이옥신을 흡착하는 흐름이 일반적인 순서이다.

2. 개념 풀이

정식 정의는 다음과 같다. 소각시설 방지시설 공정은 폐기물 소각로에서 발생하는 배출가스를 오염물질 농도가 배출허용기준 이하가 되도록 단계별 설비로 처리하는 공정 체계이다. 여기서 공정은 설비 하나가 아니라 설비가 정해진 순서로 이어진 흐름을 뜻한다.

원리는 오염물질의 물리·화학적 성질에 맞춘 제거에 있다. 먼지는 입경과 가스 온도에 따라 여과 또는 정전기력으로 포집된다. 산성가스는 알칼리 흡수제와 중화 반응하여 고체 염으로 바뀌고, 이 고체는 집진장치에서 걸러진다. 질소산화물은 환원제가 질소산화물을 선택적으로 환원하는 반응으로 제거되며, 다이옥신은 활성탄 표면에 흡착되어 여과 단계에서 함께 포집된다.

순서가 정해지는 이유도 원리에서 나온다. 고온의 배출가스를 여과포에 바로 보내면 여재가 열로 손상되므로 냉각이 집진보다 앞선다. 먼지를 산성가스 제거 전에 잡아야 흡수액이나 반응 생성물에 먼지가 섞이지 않아 후단 슬러지 처리가 쉬워진다. 이처럼 앞 단계가 뒤 단계의 조건을 만들기 때문에 공정 순서를 바꾸면 효율과 설비 수명이 함께 떨어진다.

핵심 용어는 다음 세 가지이다.

• 재합성: 배출가스의 온도가 떨어지는 구간에서 다이옥신이 다시 만들어지는 현상이다. 재합성은 이 온도 구간에 가스가 오래 머물 때 일어나므로 냉각 설계의 기준이 된다.
• 급냉: 배출가스를 짧은 시간에 낮은 온도로 낮추는 냉각 방식이다. 재합성 구간을 빠르게 통과시켜 다이옥신이 다시 생성되는 것을 줄인다.
• 반건식 흡수: 흡수제를 물과 함께 분무하여 산성가스를 흡수하고, 생성된 고체를 집진장치에서 제거하는 방식이다. 습식보다 폐수가 적게 발생한다.

다이옥신은 재합성을 막기 위해 급냉한 뒤 활성탄으로 흡착하여 제거한다.

이 세 용어를 정확히 쓰면 냉각 설비와 다이옥신 저감 설비가 공정 순서에서 왜 그 위치에 놓이는지 설명할 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

도시 생활폐기물의 소각은 매립지 확보가 어려워지면서 확대되었다. 소각은 폐기물 부피를 크게 줄이고 발생하는 열을 회수할 수 있어 중간처리 방식으로 널리 쓰인다. 다만 소각은 열적으로 불안정한 유기성 폐기물을 태우는 공정이므로 먼지, 중금속, 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물, 염화수소, 다이옥신이 함께 발생한다. 이 오염물질은 굴뚝을 통해 대기로 바로 확산되므로 방지시설 공정은 소각시설의 필수 구성이 된다.

도시 생활폐기물은 성상이 일정하지 않아 연소 조건에 따라 오염물질 발생량이 달라진다. 염소 성분이 많은 폐기물을 태우면 염화수소와 다이옥신이 늘고, 연소가 불완전하면 일산화탄소와 탄화수소가 증가한다. 따라서 한 가지 집진 설비만으로는 배출 기준을 맞추기 어렵고, 산성가스, 질소산화물, 다이옥신을 별도 공정으로 나누어 제거해야 한다.

기존 시설을 개선하는 경우에도 같은 필요가 나타난다. 전기집진기와 습식 세정탑으로 구성된 설비에는 탈질 설비와 다이옥신 저감 설비가 없으므로, 이를 추가하는 개선이 필요하다. 이때 새 설비는 기존 공정의 온도 조건과 풍량에 맞춰 배치해야 하며, 추가 설비가 앞 단계의 흐름을 방해하지 않도록 설계해야 한다.