개념 한 쪽
재활용과 자원회수 기술에서 각 처리공정의 원리와 장단점을 이해하면 재활용 제품의 품질기준을 판단하는 데 도움이 된다. 열분해는 무산소·환원 분위기에서 유기물을 분해해 가스·오일·탄을 얻는 반면 설비·유지비가 높다. 습식산화는 고온·고압 수중 산화로 유기물 분해에 유효하나 질소 제거와는 거리가 있다. 활성탄 흡착·용매추출·슬러지 안정화·포졸란 성질 등은 재활용 원료의 처리·고정·회수 전략을 결정하는 핵심 기준이다.
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출제기준 단원 「재활용 제품의 품질기준 파악」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열분해 특징 판단 | 1 | 열분해의 장단점과 무산소·환원 분위기 특성을 가리기 |
| 흡착 원리 이해 | 1 | 활성탄 흡착이 잘 되는 물질의 특성 판별 |
| 습식산화 특성 판별 | 1 | 습식산화의 목적과 질소 제거 관련 서술의 옳고 그름 구분 |
열분해는 유기성 폐기물을 산소가 없거나 매우 적은 상태에서 가열하여 가스·오일·탄(고형 잔류물)으로 분해하는 에너지 회수 처리법이다. 이 공정은 환원분위기이며 대기오염물질 배출이 소각보다 적은 장점이 있지만, 고온 장비와 생성물의 정제설비가 필요해 설비가 복잡하고 유지관리비가 높아 비용 측면에서 단점이 있다.
열분해의 운전인자에서 산소의 존재와 열공급속도는 생성물 조성에 큰 영향을 준다. 산소가 일부라도 있으면 불완전 산화로 일산화탄소(CO) 생성이 증가하고, CO2는 완전연소 상태에서 최대가 된다. 또한 열을 빠르게 공급하면 CO·H2·CH4 같은 가스의 생성율이 증가하고 유기성 액체와 탄(char)의 생성량은 감소한다.
습식산화는 고온·고압의 수중 환경에서 산소를 이용해 유기물을 산화적으로 분해하는 공정으로, 통상 200℃대와 약 70기압 수준의 운전조건에서 가동한다. 주된 목적은 유기물 분해이며 이로써 처리 슬러지의 탈수성이 개선되지만 암모니아성 질소 등 질소성 분해물의 제거에는 효과적이지 않으므로 질소 제거를 목적에 둔 공정으로 보지 않는다.
활성탄 흡착은 다공성 탄소 표면의 기공에 오염물질을 물리·화학적으로 흡착해 제거하는 방법으로, 흡착이 잘 일어나려면 대상 물질이 분자량이 크고 극성이 낮으며 물에 대한 용해도가 낮아야 유리하다. 물과 친화성이 높은 물질은 수상 상태에서 활성탄에 잘 붙지 않으므로 용해도가 높다는 조건은 흡착의 유리 조건과 반대가 된다.
슬러지 안정화는 석회(CaO) 투입으로 pH를 크게 올려 미생물 활동과 부패를 억제하는 공정으로, 석회 주입 시 강알칼리로 인해 병원균 억제와 발열로 탈수에 유리한 효과가 있다. 포졸란은 자체로는 자경성(스스로 굳지 않는 성질)이나 활성 규산(SiO2)이 풍부한 미분상 물질로서 석회와 만나 불용성의 수밀성 화합물을 형성해 고형화에 기여한다.
용매추출은 비수용성 유기용매를 이용해 오염물질을 선택적으로 용해·분리하는 처리법으로, 적용 대상은 생분해가 어려운 물질·활성탄 처리에 부적합할 만큼 고농도인 물질·휘발성이 낮아 탈기가 곤란한 물질 등이다. 이 방법은 추출용매에 대한 선택성(분배계수)이 높아야 경제적으로 적용 가능하므로 선택성이 낮은 물질은 용매추출에 부적합하다.
문항 유형 예시는 다음과 같다. 열분해의 장단점을 묻는 문제에서 '유지관리비가 저렴하다'는 선지는 열분해의 실제 단점인 높은 설비 및 유지관리비와 배치되어 있으므로 오답으로 판정한다. 습식산화 관련 문항에서 '질소 제거율이 높다'고 서술한 선지는 습식산화의 목적(유기물 산화)과 배치되므로 오답으로 판정한다. 활성탄 흡착 관련 문항에서 '용해도가 높은 물질은 흡착이 잘 된다'는 선지는 활성탄의 흡착 원리와 반대 관계이므로 틀린 설명으로 본다.
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.
유해폐기물을 물리화학적으로 처리하기위한 방법중 활성탄 흡착에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 활성탄 흡착에 관한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 활성탄 흡착은 분자량이 크고 극성이 낮으며 수중 용해도가 낮은 화학물질일수록 잘 이루어지는 경향이 있다.
활성탄 흡착은 분자량이 크고, 극성이 낮으며, 용해도가 낮은 물질일수록 잘 된다.
다음 습식산화(Wet Oxidation)에 관한 설명 중 잘못된것은?
정답 ① · 습식산화에 관한 설명 중 잘못된 것을 고르는 문제이다. 습식산화는 약 70기압, 210℃ 정도의 고온·고압 조건에서 수중에 산소를 공급하여 유기물을 산화 분해하는 공정이다.
습식산화는 고온·고압 수중 산화 공정으로 유기물 분해가 목적이며 질소 제거율이 높지 않다.
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