개념 한 쪽
사업장폐기물의 연소 적합성은 가연성 여부와 발열량, 그리고 유해 성분 유무로 판단한다. 연소 과정에서 발생하는 다이옥신은 폐기물의 염소 함유, 배출가스의 온도 구간, 연소공기 상태에 의해 좌우하므로 이를 중심으로 운전·설계를 검토해야 한다.
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출제기준 단원 「사업장폐기물 연소특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 성상변화의 인과관계 판별 | 1 | 음식물 분리수거가 수분·발열량·폐열에 미치는 인과 관계를 가리기 |
| 구조·흡착과 소각 적합성 판단 | 1 | 염소 함유 물질의 소각 적합성 및 유해 생성 가능성을 구별하기 |
| 활성탄 흡착 특성 비교 | 1 | 분자 구조별 활성탄 흡착 성향(극성·할로겐·불포화 등)을 판별하기 |
음식물쓰레기를 분리수거하면 폐기물 내부의 수분이 감소한다. 수분은 연소 시 열을 흡수하는 요인이므로 수분 감소는 저위발열량의 증가로 이어지고, 결과적으로 소각 효율과 회수 가능한 폐열의 발생량이 늘어난다. 이 인과관계를 바르게 이해하면 관련 선지의 앞뒤 모순을 바로 잡을 수 있다.
소각 적합성은 주로 가연성 및 발열량으로 판단한다. 폐종이·폐목재·폐유처럼 가연성이고 발열량이 높은 물질은 소각과 열회수에 적합하다. 반면 PVC처럼 염소를 포함한 고분자계 폐기물은 연소 시 염화수소(HCl)와 조건에 따라 다이옥신이 생성되므로 소각 처리에 부적합한 사례로 본다.
다이옥신 생성 메커니즘은 두 가지 경로가 핵심이다. 하나는 불완전연소에 의해 생성되는 경로이고, 다른 하나는 배출가스가 약 250~400℃ 구간을 통과하면서 재합성되는 경로이다. 따라서 다이옥신 저감은 투입 폐기물의 성상 관리, 배출가스 온도의 제어, 연소공기의 충분한 공급과 분포 확보를 중심으로 진행해야 한다.
다이옥신 저감 대책으로는 안정된 연료 공급에 따른 완전연소 유지, 완전혼합 상태에서의 고온 연소(예: 평균 980℃ 이상 목표로 하는 경우 언급됨), 그리고 후류 온도 제어에 의한 재합성 방지가 대표적이다. 또한 이월(carryover) 입자는 다이옥신이 흡착되어 배출되는 경로가 되므로 집진장치로 최소화해야 한다.
촉매에 의한 다이옥신 분해에서는 V2O5, TiO2 계열과 Pt·Pd 같은 귀금속 촉매가 효과적이다. Al2O3는 주로 촉매의 담체(지지체)로서 활성이 작아 단독으로는 다이옥신 제어 촉매로서는 비효과적이다.
유동상식 소각로는 유동매체가 열을 축적하여 폐기물을 골고루 고온에서 태우므로 연소 효율이 높고 일반적으로 별도의 이차연소실이 불필요하다는 특징을 가진다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. 음식물 분리수거가 수분을 줄여 저위발열량을 '감소'시킨 뒤 폐열이 증가한다고 설명한 선지는 인과의 방향이 뒤집혀 틀리다. PVC를 소각에 적합하다고 한 선지는 염소 함유에 따른 HCl·다이옥신 생성 문제로 오답이다. 다이옥신 영향인자에서 NOx 농도를 정답으로 고른 선지는 다이옥신 생성과 무관하므로 오답으로 판단해야 한다.
생활폐기물 성상 변화에 따른 영향에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 음식물쓰레기를 분리 수거하게 되면 폐기물 내의 수분 함량이 크게 감소합니다. 이는 소각로의 보조 연료 사용량을 절감시키고 연소 효율을 높여 결과적으로 폐열 발생량이 증가하는 효과를 가져옵니다.
음식물 분리수거는 수분을 줄여 저위발열량을 '증가'시켜 폐열도 늘린다 — '감소하여 증가'는 모순이다.
화학구조에 따른 활성탄의 흡착정도에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 활성탄 흡착 특성상 방향족 화합물 내 할로겐 족의 수가 증가하면, 분자의 극성은 감소하고 소수성(친유성)이 증가하여 활성탄 표면과의 친화력이 높아집니다. 따라서 일반적으로 흡착률은 증가하는 경향을 보입니다.
할로겐 수가 증가하면 극성 감소·소수성 증가로 활성탄 흡착률은 증가한다 → ④가 틀리다.
소각시설에서 다이옥신 생성에 미치는 영향인자가 아닌 것은?
정답 ② · 소각시설에서 다이옥신 생성에 영향을 주는 인자가 아닌 것을 고르는 문제이다. 다이옥신 생성의 주요 영향 인자는 투입 폐기물의 종류(염소 함유 여부), 배출가스 온도(250~400℃ 구간에서 재합성 발생), 연소공기의 양과 분포(불완전연소 방지)이다.
다이옥신 생성 인자는 폐기물 종류·배출가스 온도(250~400℃ 재합성)·연소공기량이며, NOx 농도는 무관하다.
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