소각장에서 배출되는 다이옥신의 위해성이 알려진 뒤로 소각시설의 설치시 주민의 반발이 거세져 설치가 어려워지고 있다. 또한 기존에 설치된 소각장들도 운영미숙이나 성능미달로 인해 다이옥신이 기준치를 넘어서 주민들의 민원이나 가동중단요구가 거세지고 있으며, 배출허용기준을 초과하는 일부 소각장들은 과태료를 내거나 관련규정에 따라 운영을 중단하는 사태도 벌어져 도시에서 발생하는 쓰레기들을 처리하지 못하는 사태가 발생하기도 한다. 일부 시설에서는 다이옥신 측정결과를 유리하게 시설을 조작하는 일을 벌여 파문이 커지기도 하였다. 따라서 다이옥신을 효과적으로 처리하고 주민들의 건강을 지킬수 있는 효율적인 다이옥신 처리기술에 대한 요구가 높아지고 있으며 그 대안으로 고려되는 기술이 이중백필터 기술이다. 이중백필터(DBF: dual bag filter) 공정은 2개의 필터를 이용하여 폐기물 소각장의 다이옥신을 이중으로 제거하는 기술로서 그동안 소각장의 골칫거리인 다이옥신 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 획기적 저감기술이며, 안정적인 이중제거설비와 다이옥신 제거용 활성탄의 재이용으로 경제성도 우수한 친환경 기술이다.

　△ 개발기술 개요

　현재 전세계적으로 배출가스 중 다이옥신을 제거하는 공정은 통상 단일 백필터 전단에 특수 활성탄을 주입하는 방식이 적용되고 있다. 활성탄을 재이용하고 제거 효율이 높은 공정 중 세계적  수준의 기술로는 외국에서 개발한 경찰필터(police filter)를 들 수 있는데, 이는 1차백필터ㆍSCR촉매탑ㆍ2차필터(경찰필터)를 두고 2차필터에 사용되는 활성탄은 다시 1차필터로 보내어 활성탄을 재사용하는 설비이다. 세계적 수준의 경찰필터는 활성탄을 1회만 재이용하는 기술인데 반해 본 이중백필터공정은 활성탄 다순환(multi cycle)재활용 구조로 다이옥신의 ND(불검출)~0.01ng -TEQ/N㎥ 수준으로 처리가 가능하며, 활성탄 소모량을 기존 공정 대비 1/5이하로 줄여  경제적인 공정으로 평가받고 있는 순수 국내기술이다.

　특히 이 기술은 활성탄 다순환을 통한 다이옥신 고도처리공정 및 활성탄 순환 재이용기술ㆍ하부 분리배출과 관련하여 세계 최초의 기술이라 할 수 있다. 이중백필터 공정이 적용된 인천 남부, 부천 하수슬러지 소각, 진해시 폐기물소각장 다이옥신 발생량이 기체 ㎥당 각각 불검출, 0.002, 0.01ng(나노그램)으로 나타나 법정 배출허용 기준치(0.1ng)의 10분의 1 이하로 발생량이 거의 없는 이상적인 공정으로 인정받았으며, 최근에는 도시 폐기물 소각장보다 다이옥신 발생농도가 높은 사업장폐기물을 대상으로 실 공정을 설치 운영한 바 있으며 사업장 폐기물 소각장에서도 다이옥신의 우수한 제거성능으로 운영관계자들에게 호평 받은 바 있다. 실 공정 사업장 폐기물 소각시설 배출 가스 처리에 적용시 고농도로 배출되는 다이옥신에 대하여 제거효율 99% 이상과 기존 공정대비 30% 이상 운영비 절감을 달성했다.

　△ 개발기술 특징

　이중백필터공정은 두개의 필터백으로 구성되어 있어, 1차백필터에서는 소각과정 발생된 입자상 다이옥신과 비산재, 유해한 산성가스를 제거하기 위하여 분무되는 SDA(Spray Drying Absorber)에서 발생하는 건조반응물과 같은 입자상 오염물질과 1차적으로 다이옥신을 먼저 제거한다. 1차백필터를 통과한 후 2차필터백의 입구에 분말 활성탄을 분사하여 1차필터를 통과한 가스상의 다이옥신을 흡착 제거하여 최종 다이옥신류의 고도처리를 가능케 한다. 2차백필터 하부에는  배출용 로터리밸브와 재순환용 로터리밸브가 일정 비율로 운전되어 배출용 활성탄은 1차백팔터에 분무하여 추가로 사용 후 비산재 등과 같은 입자상 오염물질과 배출되도록 하고, 다량의 재순환 활성탄은 활성탄공급탱크로 보내져 일정량 새 활성탄과 혼합되어 다시 2차백필터 입구에서 주입되도록 구성되어 있다.

　기존 단일백공정은 다이옥신을 고도처리하기 위해서 필요한 활성탄 주입량에 한계를 가지며, 한번 사용하고 폐기되는 활성탄의 양이 너무 많은 반면에 본 공정은 1차 백필터에서  입자상의 다이옥신을 처리하고 2차 백필터에서 주입되는 활성탄에 의하여 가스상 다이옥신까지 고효율로 제거하는 이중처리방식으로 안전하고 높은 효율로 다이옥신이 처리가능하다. 아울러 사용된 활성탄을 재순환 사용이 가능한 공정으로 기존 단일 백필터 공정의 단점을 보완하여 다이옥신의 안정적인 처리가 가능할 뿐 만 아니라 활성탄 재사용으로 인한 활성탄 운영경비를 1/5이하로 절감가능한 경제성을 향상시킨 공정이다.

　① 1차 백필터

　1차 백필터에서는 소각로에서 배출되는 입자상 다이옥신과 비산재, 산성가스 제거용 반건식반응기(SDA)의 반응생성물을 제거한다. 아울러 이들 각각의 입자상 오염물에 흡착된 다이옥신류를 필터백의 필터작용으로 제거하여 외부로 배출시킨다.

　반응기 내부에 설치된 백필터에 의하여 하부에서 유입된 대상가스가 필터를 거친후 상부로 배출되어 다음 공정인 2차백필터로 도입 된다. 입자상 오염물이 흡착되어 백표면에서 차압증가가 발생되는데, 일정 시간(또는 차압)간격으로 3~5kg/㎠ 고압 펄스를 가스흐름과 역으로 주입하여 부착된 입자상 오염물에 의하여 형성된 분진층을 탈진시킨다.

　② 2차 백필터

　2차 백필터에서는 1차백필터에서 정제된 처리가스 속에 미제거된 미세 입자상 다이옥신과  입자상 물질에 흡착되어 있거나 혹은 단독으로 존재하는 가스상 다이옥신을  활성탄과 같은 흡착제를 이용하여 제거시키는 공정으로 장치의 구성과 기능은 상기 1차 백필터와 동일하다. 2차 백필터 입구에는 활성탄 주입장치가 설치되어 있어 250mesh 입자상의 신규활성탄과 재활용활성탄이 혼합되어 덕트 사으로 주입되며 이송중과 백필터 표면에 활성탄층을 통과 하면서 미량 잔류 다이옥신을 제거하게 된다. 일정 차압에 의하여 탈진된 활성탄은 호퍼에 떨어지는데, 이는 1차 백필터에서 입자상 오염물이 제거 된 상태이므로 순수 활성탄으로 분리 배출하여 재순환 사용이 가능하도록 한다. 재순환비는 약 20회 정도이며, 하부 로터리 밸브에 의하여 외부 배출용 활성탄과 재순환용 활성탄이 분리배출 되도록 하였다.

　③ 활성탄 순환장치 및 기술

　순환 활성탄은 2차백필터의 하부 호퍼에 분리장치에서 분리된 활성탄을 활성탄 공급탱크에 이송되고, 아울러 공급탱크에 공급되어지는 신규활성탄과 혼합되어 정량 주입장치에 의하여 2차백필터 입구 활성탄 주입장치로 이송된다. 활성탄 이송라인은 수분응축을 방지시키기 위하여 80℃정도로 상시 가열이 필요하고, 혼합장치의 가교현상에 의한 분체이송 장애를 막기 위하여 하부에 주기적 펄스공기 주입이 필요하다. 또한, 순환설비에서는 활성탄 재순환효율을 극대화하고 운영경비를 절감하기 위하여 운전조건에 따라 순환비의 조절이 가능하도록 되어 있으며, 사용활성탄을 1차백필터로 이송하여 최종적으로 다시 사용한 후에 비산재와 같이 폐기가 이루어진다.

　△ 개발기술 적용실적

　대우건설의 이중백필터공정은 인천 남부, 파주 교하, 진해, 보령, 부천하수슬러지소각시설, 안산 사업장 폐기물 소각시설등 국내의 6건의 기술적용과 시공실적을 가지고 있으며, 환경부 신기술, 국내 특허등록 5건, 환경부 우수기술 50선, 환경부 녹색기술에 선정되는 등 그 기술력과 환경친화적인 녹색기술로 인정받고 있다.

 

<표> DBF 공정 적용실적

　

　△ 개발기술 파급효과

　현재 본 기술과 관련하여 국내 6건 이상의 적용실적을 보유하고 있으며, 적용 후 관련지역의 다이옥신 처리에 대한 운영 만족도는 매우 높은 것으로 평가되고 있다. 특히, 본 기술은 소각로 배출가스 처리 분야를 위하여 개발되었으나, 주입물질 종류에 따라 질소산화물, HCl, 다이옥신 등 동시처리가 가능하여 발전분야 및 화학 플랜트 후처리 공정, 열분해 시설 후처리 등 다양한 적용분야에 확대 적용이 가능하다. 다이옥신 배출 제로(zero discharge) 기술로 소각장 건설시 님비(NIMBY, 지역이기주의) 현상 등으로 인한 문제를 해소하고 있으며, 소각장 운영시 들어가는 다이옥신 처리비용을 1/5 이하로 감소시킴으로써 연간 비용절감액이 약 0.8억원/기(70t/일규모), 15년 운영시 약 8억원의 비용이 절감 가능하다.

　# 용어설명

　백필터(bag filter) : 오염물질을 거르기 위해 주머니(bag) 형태로 만들어진 여과망으로, 걸러진 오염물질은 필터를 털어서 제거하고, 필터는 재사용함.

　경찰 필터(police filter) : 이중백필터와 유사한 외국 백필터 기술이나 활성탄 재순환사용 공정없이 운영되는 공정으로 1차 백필터에서는 다이옥신과 중금속이 제거되고, 2차에 설치되는 경찰필터에 대하여 지칭하는 말로 설치된 2차 경찰필터에서 미세 다이옥신과 유해 중금속을 최종 제거하는 공정.

　김병환ㆍ김정헌 대우건설 환경에너지연구팀 연구원

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