개념 한 쪽
가용화 기술 범주에는 유기성 폐기물의 열적 분해, 폐액 중 중금속 침전법, 그리고 수중에서의 고온·고압 산화와 같은 화학적 처리법이 포함된다. 처리법별로 요구되는 산소 조건과 온도, 생성물의 성상 및 설비 특성이 달라 적용과 장단점이 상이하다.
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출제기준 단원 「가용화 기술」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열분해의 장단점 판별 | 1 | 열분해의 특징과 단점 중 거리가 먼 서술 가리기 |
| 중금속 폐액 처리법 선택 | 1 | 수은 폐액에 적합한 처리법 매칭하기 |
| 습식산화와 열분해 구분 | 1 | 산소 유무에 따른 처리공법 구별하기 |
열분해는 유기성 폐기물을 산소가 없거나 매우 적은 상태에서 가열하여 가스·오일·탄(고형 잔류물)으로 분해하는 에너지 회수 처리법이다. 반응이 환원분위기(무산소)에서 진행되어 소각보다 배가스 중 일부 대기오염물질이 적게 발생하는 특징이 있다. 다만 생성물의 정제장치와 고온 장비가 필요해 설비가 복잡하고 유지관리비가 높아지는 단점이 있다.
열분해의 운전인자에서는 산소의 유무와 열공급속도가 핵심 변수이다. 산소가 일부 존재하면 불완전 산화로 인해 일산화탄소(CO)가 많이 생성되고, 완전연소에 가까운 조건에서 이산화탄소(CO2)가 최대가 된다. 또한 열을 빨리 공급할수록 CO·H2·CH4 같은 가스 생성률은 커지고, 유기성 액체나 char 생성량은 줄어드는 경향이 있다.
습식 고온·고압 산화(WAO)는 폐수 속 유기물을 물속에서 고온·고압으로 유지하면서 공기(산소)를 공급해 산화분해하는 기술이다. 이름 그대로 산화가 핵심이므로 산소 공급이 필수적이며, 고온·고압·부식성 조건으로 시설 수명이 짧고 투자·유지비가 큰 점이 특징이다. 주요 설비로는 공기압축기·고압펌프·열교환기가 포함된다.
중금속 제거는 유기물 분해와 다른 접근이 필요하다. 수은(Hg)과 같은 중금속은 분해로 사라지지 않으므로 황화물침전법처럼 용액 중에서 불용성 화합물로 전환시켜 침전물을 제거하는 방법이 대표적이다. 예컨대 황화나트륨(Na2S)을 투입하면 수은과 반응해 황화수은(HgS)을 형성하고, HgS는 물에 거의 녹지 않아 침전으로 걸러 제거할 수 있다.
고형화·열가소성·유기적 고형화 등 고체화 방법은 재료 특성에 따라 용출률·수밀성·재가열 회수 가능성 등에서 차이를 보인다. 열가소성 재료는 소수성이므로 시멘트법보다 용출손실률이 낮고, 재가열하면 재활용·성분 회수가 가능한 점이 장점이며 고온 분해 물질에는 부적합한 점이 단점이다.
흡수·제거율 계산 문제는 불흡수 가스량을 고정해 잔류 물질을 역산하면 풀이가 쉬워진다. 예를 들어 기준 배가스 100 mol 중 CO2가 30 mol이고 NH3가 70 mol일 때, 처리 후 배가스에서 NH3의 비율이 40 vol% 즉 NH3/(NH3+CO2)=0.4라면 잔류 NH3를 x라 하고 x/(x+30)=0.4를 세우면 x=20 mol이 된다. 따라서 제거된 NH3는 70-20=50 mol이고 제거율은 50/70×100≈71.4%로 계산된다.
또 다른 유형은 열분해의 장점·단점을 대비해 '거리가 먼 것'을 고르는 문제이다. 열분해는 무산소·환원분위기·생성물 정제 필요·비용 상승이라는 네 가지를 한 세트로 기억하면 오답을 쉽게 소거할 수 있다.
수은 같은 중금속 폐액 처리에서는 산화·자외선·오존 처리가 아닌 침전법, 특히 황화물침전법이 표준적 해결책이라는 점을 적용해 선지를 판단해야 한다.
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.
수은을 함유한 폐액처리방법으로 가장 알맞는 것은?
정답 ① · 수은 함유 폐액에 적합한 처리방법을 고르는 문제이다. 수은은 중금속이므로 화학적 산화분해보다 침전법으로 제거하는 것이 표준적이며, 황화나트륨 등의 황화물을 투입하면 불용성인 황화수은(HgS) 침전이 생성되어 침전분리로 제거할 수 있다.
수은은 중금속이므로 황화물과 반응시켜 불용성 황화수은(HgS) 침전으로 제거하는 황화물침전법이 정석이다.
습식 고온 고압 산화처리에 관한 설명으로 옳지 않는 것은?
정답 ① · 습식 고온 고압 산화처리(WAO)에 관한 설명 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 습식 산화는 공기나 산소를 공급하여 고온·고압 상태의 액상에서 유기물을 산화 분해하는 방법으로, 산소가 충분히 공급되어야 한다.
습식 고온고압 산화(WAO)는 충분한 산소로 수중 유기물을 산화분해한다 — '산소 부족·연료화'는 열분해 개념.
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