대기환경기사 유해가스 특성 및 처리이론 — 흡수·흡착·환원·탈황

흡수는 기체 상태의 오염물질을 액체에 녹여 떼어 내는 방법이고, 흡수제로는 주로 물이나 수용액을 쓴다. 이때 자주 등장하는 것이 헨리 법칙인데, 이 법칙은 용해도가 작은 기체가 낮은 농도로 녹아 있을 때 잘 들어맞는다. 물에 잘 녹지 않는 기체일수록 압력과 용해도의 비례 관계가 잘 지켜진다. 반대로 용해도가 큰 기체는 분자 사이의 끌림 같은 다른 요인이 개입하여 비례 관계를 벗어나므로 이 법칙이 그대로 성립하지 않는다. 녹아드는 과정에서 화학반응이 함께 일어나면 더더욱 단순한 물리 법칙으로 설명되지 않는다. 그래서 「용해도가 큰 기체에 헨리 법칙이 적용된다」고 적은 선지는 적용 범위를 뒤집은 것이다.

흡착은 다공성 고체의 표면에 분자를 붙잡아 두는 방법이다. 공기나 다른 기체에 섞인 습기를 없애는 데 쓰이고, 악취와 오염물질을 떼어 내는 데도 유효하며, 붙잡아 둔 것을 다시 떼어 내어 쓸모 있는 용매를 회수할 수 있다. 회수라는 부가 기능이 이 방법을 다른 방법과 갈라 놓는 표시이다. 연소법은 태워 없애고, 흡수법은 액체에 녹이며, 촉매산화법은 산화시켜 버리므로 회수는 흡착 쪽의 몫이다.

질소산화물을 환원제로 없애는 방법에서는 선택성이라는 낱말이 핵심이다. 촉매를 쓰는 접촉환원법은 산소가 있는 상태에서도 질소산화물만 골라 환원시키므로, 산소를 먼저 소모한다고 적은 선지는 원리와 반대이다. 환원제로는 암모니아와 일산화탄소, 수소가 쓰이고 각각 온도 관리나 부산물 문제를 안고 있다. 메탄은 환원제로 작용하지 않고 불활성 기체처럼 행동하므로, 메탄을 환원제로 적고 공기를 충분히 공급한다고 적은 선지가 거리 먼 보기가 된다.

황산화물 처리는 습식과 건식의 장단점이 갈린다. 석회석을 쓰는 습식 공법은 제거 효율이 높아 대용량 발전소에 쓰이지만 초기 투자비가 많이 들고 부대설비가 많다. 반대로 보일러 안에 석회석 분말을 뿌리는 건식 석회석 주입법은 설비가 간단하고 초기 투자비가 적으며 폐수가 생기지 않고 배기가스 온도도 크게 떨어지지 않는다. 대신 석회석과 가스가 닿는 시간이 짧아 제거 효율은 습식보다 낮다. 그래서 건식법의 제거 효율이 비교적 높다고 적은 선지가 틀린다. 석회석법 문항 하나는 재료 안에서 어느 선지를 답으로 삼았는지가 스스로 흔들리므로(초기 투자비가 적게 든다는 설명을 오답으로 보는 대목과, 부대설비가 많고 효율이 높다는 설명을 옳게 보는 대목이 뒤섞여 있다) 선지의 번호를 외우기보다 고효율·대용량·부대설비 많이라는 확실한 특징으로 판단한다.

약품 소요량은 몰수를 거쳐 질량으로 간다. 염소 농도가 0.2%인 배출가스 3,000Sm³/h라면 염소의 부피는 3,000에 0.002를 곱한 6Sm³/h이고, 표준 상태에서 기체 1몰이 22.4L인 것을 써서 몰수는 6을 22.4로 나눈 약 0.268kmol/h가 된다. 염소와 수산화칼슘이 1대 1로 반응하므로 수산화칼슘도 같은 몰수가 필요하고, 분자량 74를 곱하면 약 19.8kg/h가 된다. 몰부피 상수와 분자량을 잘못 잡으면 값이 크게 어긋난다.

휘발성 유기화합물질을 다룰 때는 방법마다 잘하는 범위가 다르다. 흡수법은 설비가 간단하고 값이 싸 소규모에 붙이기 쉽지만, 흡수제의 선택성과 용해도에 따라 효율이 제한되어 고농도 처리에는 소각 쪽이 낫다. 그래서 흡수법의 제거 효율이 가장 높다고 적은 선지가 거리 먼 보기가 된다. 흡수탑은 액체와 기체가 서로 반대 방향으로 흐르는 향류가 일반적이고, 촉매소각은 촉매의 수명과 저해 물질을 살펴야 하며, 생물막법은 미생물이 분해하는 방식이다.