개념 한 쪽
유기성 폐기물의 에너지 회수에는 열분해가 사용되며, 고화처리에는 보통 포틀랜드 시멘트나 유기중합체법이 쓰인다. 용매추출은 수용해도가 낮은 유기오염물의 회수에 적합하고, 특정 중금속은 환원·침전 공정으로 처리한다는 점을 핵심으로 다룬다.
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출제기준 단원 「기타 열적처리 기술」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열분해의 장단점 판정 | 1 | 열분해의 무산소·환원 특성과 설비·비용 관련 장단점을 구분하기 |
| 시멘트 성분 확인 | 1 | 보통 포틀랜드 시멘트의 최다 성분을 묻기 |
| 열분해의 운전인자 영향 | 1 | 산소 존재와 열공급 속도가 생성물 분포에 미치는 영향 구분하기 |
열분해는 유기성 폐기물을 산소가 없거나 매우 적은 환경에서 가열해 가스·유기성 액체(오일)·탄(char)으로 분해하는 에너지 회수 처리법이다. 이 공정은 무산소·환원 분위기에서 외부열을 공급하여 반응을 진행하므로 배기가스량이 적고 NOx 생성이 소각보다 적게 나타나는 경향이 있다는 설명이 제시된다.
열분해는 열공급 속도에 따라 생성물 분포가 변한다는 원리를 가진다. 열을 빨리 공급할수록 CO, H2, CH4 같은 가스 생성율이 증가하고 유기성 액체나 고형 잔류물(char)의 생성량은 감소한다는 설명이 제시된다. 또한 산소가 일부 존재하면 불완전 산화에 의해 CO가 많이 생성되며, CO2가 최대가 되려면 충분한 산소 공급에 따른 완전연소 조건이 필요하다는 구분이 제시된다.
고화처리는 유해폐기물을 고체화하여 유해물질의 용출을 억제하는 방법이며, 가장 많이 쓰이는 고화제는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)라는 점이 제시된다. 보통 포틀랜드 시멘트는 주원료 석회석의 영향으로 CaO가 약 60~65%로 최다 성분이고 SiO2가 그 다음이라는 화학조성 정보가 제시된다. 유기중합체법은 상온에서 낮은 혼합률로 고형분을 대상으로 고화하는 공정이며, 물이 많으면 중합이 곤란하고 일부 촉매의 부식성으로 특수 혼합장치나 라이너가 필요하다는 단점이 제시된다.
용매추출은 오염물질이 물보다 용매에 잘 녹는 경우에 적합한 분리·회수 기술이며, 용매는 대상 물질에 대한 선택성이 크고 물과 섞이지 않으며 점도가 낮아 혼합·분리가 쉬워야 한다는 조건이 제시된다. 또한 수용해도가 높은 물질은 용매추출에 부적합하다는 점이 명확히 제시된다.
중금속 처리에서는 6가크롬(Cr⁶⁺)을 환원시켜 Cr³⁺으로 만든 뒤 알칼리 침전으로 제거하는 환원침전법이 표준 처리법으로 제시된다. 이때 Fe²⁺(황산제1철)가 환원제로 사용되어 Cr⁶⁺를 Cr³⁺로 환원한 뒤 pH를 올려 Cr(OH)₃로 침전시키는 절차가 설명된다.
열분해 관련 문제에서는 '무산소·저산소·환원 분위기'와 '설비 복잡·유지관리비가 높음'이라는 장단점 세트를 기억하면 선택지를 빠르게 걸러낼 수 있다. 예를 들어 설비가 복잡해 유지관리비가 소각보다 저렴하다는 서술은 열분해의 단점과 어긋나므로 오답으로 판정해야 한다.
시멘트 관련 문제에서는 보통 포틀랜드 시멘트의 성분 구성을 근거로 가장 많은 성분이 CaO라는 점을 활용해 정답을 가릴 수 있다. 'SiO2가 최다'라는 선지는 제시된 성분 순서와 어긋나므로 소거한다.
용매추출이나 유기중합체법 관련 문제는 적용 대상와 물성 조건을 기준으로 판별하면 된다. 용매추출은 수용해도가 낮고 용매에 잘 녹는 오염물에 적합하므로 수용해도 높음이라는 설명은 용매추출의 적합성에서 거리가 먼 서술로 처리해야 한다. 유기중합체법은 상온·저혼합률 특성 때문에 '고온·고혼합률'이라는 설명은 단점으로 보기 어렵다.
다음 유기성 폐기물로부터 에너지회수를 위한 열분해 처리공법과 거리가 먼 것은?
정답 ② · 유기성 폐기물의 열분해 처리공법의 특징과 거리가 먼 것을 고르는 문제이다. 열분해는 저산소 또는 무산소 분위기에서 진행되며, 환원분위기이기 때문에 질소산화물이나 황산화물 같은 대기오염물질 발생이 적다.
열분해는 무산소·환원분위기라 대기오염물은 적지만 설비가 복잡해 유지관리비는 오히려 비싸다.
보통 포틀랜드 시멘트의 화학성분중 가장 많은 부분을 차지하고 있는 것은?
정답 ④ · 보통 포틀랜드 시멘트의 화학성분 중 최다 함량을 차지하는 것을 묻는 문제이다. 보통 포틀랜드 시멘트의 성분비는 대략 석회 CaO 약 63%, 규산 SiO2 약 22%, 알루미나 Al2O3 약 6%, 산화철 Fe2O3 약 3%의 순서이다.
보통 포틀랜드 시멘트의 최다 성분은 석회(CaO, 약 60~65%)이고, 규산(SiO₂)이 그다음(약 20~25%)이다.
유기성 폐기물로부터 에너지회수를 위한 열분해 처리 공법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ② · 유기성 폐기물의 열분해 공법에 대한 설명 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 열분해는 무산소 또는 저산소 조건에서 비교적 낮은 온도로 진행되므로 발생하는 배가스량이 소각보다 적고, 저온 연소이기 때문에 열적 NOx 발생량도 적다.
열분해는 무산소·저온·환원 분위기라 배가스와 NOx가 적고, 황·중금속은 회분에 고정되는 비율이 소각보다 '많다'.
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