다이옥신 및 제어장치 Dioxin and Control Unit 2조 : 09 윤지현 06 최재명 06 김두원 07 최재훈 2조 : 09 윤지현 06 최재명 06 김두원 07 최재훈 09 정수영

1 다이옥신이란? 2 인체에 미치는 영향 3 제어방법 4 처리방법 5 개선방향

다이옥신이란? 다이옥신류 퓨란류 다이옥신의 사전적 의미는 [폴리염화디벤조-파라-디옥신] 약어로써 영어로polychlorinated dibenzo-p-dioxins로 기재합니다. 폴리(poly)는 「많은」, 염화는 「본래는 수소원소가 붙어 있지만 염소로 치환되어 있는」이라고 하는 것을 의미합니다. di는 「두 개」의 의미로, 디벤조(dibenzo)는 「벤젠환이 둘」, dioxin은 「산소가 둘」, 파라(p)는 「두개의 산소가 대변하고 있는」이라는 의미입니다. 즉 다이옥신은 「다수의 염소가 치환되어 있는 두 개의 벤젠환이 두 개의 산소와 대면하고 있는」이라고 하는 기본골격을 가진 화학물질이라고 하는 것이 됩니다. 영문의 약어로는 PCDD또는 PDSSs로 기재하고 있습니다.다이옥신의 화학적 구조는 두 개의 벤젠고리에 염소가 여러개 붙어 있는 화합물로 산소가 두 개인 다이옥신류와 산소가 한 개인 퓨란류를 합하여 말하며 210종류가 있습니다. 다이옥신의 분자구조는 아래와 같습니다.

다이옥신의 배출원 다이옥신의 배출원을 알아보기 전에 다이옥신이 어떻게 생성되는지 알아보겠습니다. 먼저 다이옥신은 일반적으로 산소와 염소가 존재하는 상황에서 여러가지 유기물이 연소하는 과정 및 연소 후 과정에서 발생 합니다. 탄소를 함유한 유기물이 산소가 부족하여 불완전 연소상태가 되면 탄소를 함유한 유기물이 연소되면서 벤젠고리를 생성하게 되고, 염소를 함유한 유기화합물에 열반응이 일어나면 벤젠고리에 염소원자가 결합된 폴리염화벤젠이 만들어 집니다. 이 폴리염화벤젠이 2개 결합하면 폴리염화비페닐, PCB 되고, 이 PCB이 연소하면 PCDF가 됩니다. 그리고 폴리염화벤젠이 고온에서 산화하면 폴리염화페놀이 되고, 이 두 분자가 결합하면 PCDD가 됩니다. 폴리염화페놀, 폴리염화벤젠 등은 다이옥신에 비교적 근사한 분자구조를 갖고 있고 연소과정에서 다이옥신을 생성시키는 물질이라 하여 “다이옥신 전구물질”이라고 부르기도 합니다.

다이옥신의 배출원 구 분 종 류 소 각 (비)철/금속생산 전력 생산/난방 광물질 생산 운 송 비제어 연소공정 구 분 종 류 소 각 도시고형폐기물(생활), 유해폐기물, 의료 폐기물, 하수슬러지, 폐목재 및 기타, 바이오 연료소각, 동물사체의 소각 (비)철/금속생산 철광산업 소결 공정, 코크스 생산, 철 및 철광생산, 구리생산, 알루미늄 생산, 납 생산, 아연생산, 황동생산, 마그네슘 생산, 기타 비금속 생산 전력 생산/난방 화석연료 전력공장, 생물자원 전력공장, 매립/바이오가스 연소, 주택의 연소, 설비(바이오 연료), 주택난방(화석연료) 광물질 생산 시멘트 생산, 석회 생산, 벽돌 생산, 유리 생산, 세라믹 생산, 아스팔트 혼합 운 송 디젤 엔진, 중유연소 엔진 비제어 연소공정 생물자원 소각, 폐기물 소각 및 화재 화학물질 및 소비상품의 생산 펄프 및 종이 제조, 화학산업, PCP 및 PCP-NaPCB, 2,4,5-T및 유도체, CNP, Chlorobenzen, Chloringe 제조, EDC, Chlorinated aliphatic 화합물, 석유산업, 섬유산업 기타 배출원 건조된 생물자원, 화장, Smoke Houses, 드라이 클리닝, 담배연기 처분, 매립 매립 및 폐기물 덤프, 하수/하수처리퇴비, 폐수방류, 폐유처분 다이옥신류 오염토양 및 저질 염소화합물 관련 지점, PCB 함유 변압기, 폐기물 및 잔재물의 덤프사고지점, 퇴적물의 준설 다음으로 다이옥신의 배출원을 알아보겠습니다. 먼저 자연적 배출원에는 화산활동, 산불, 번개 등의 원이이 있지만 양이 미비하여 인체에 큰 영향을 주지 않기 때문에 인위적 배출원에 대해 알아보겠습니다. 인위적 배출원은 다음 표와 같습니다.

소각(연소)과정에서 배출되는 원인 소각과정에서 배출 쓰레기 내에 존재하는 염소화된 다이옥신 연소시 전구물질로부터 파괴되지 않고 배기가스로 배출 염소화된 전구물질로부터 형성 소각과정에서 배출 저온에서 플라이 애쉬 표면에 염소공여체와 반응 염소공여체가 유기물과 반응하여 형성

다이옥신 다이옥신의 물리·화학적 특성 유기성 고체물질로서 비점이 높아 열적안정성 ↑ 비산재 같은 입자상 물질의 촉매반응을 받을 경우 재생성 증가 증기압↓ 물에대한 용해도↓ 지용성 입자상 물질에 강하게 참착되는 경향 → 토양오염의 원인 다이옥신 용출실험에 의해서도 거의 추출되지 않는 특성 열적 안정성 높아 700℃ 이상의 고온에서 열분해 개시 1000 ℃~1200 ℃ 최소화 이성질체 개수 PCDD는 75개 PCDF는 135개 300~400 ℃ 범위에서 재생성 가짐 방지시설 선정시 충분히 고려

다이옥신의 이성질체의 수 다이옥신류와 퓨란류를 분류해 보면 다음과 같습니다. 동족체란 구조적으로 관련이 있는 그룹으로 다이옥신 및 퓨란은 1염화물에서 8염화물까지 8종이 있습니다. 이성체는 분자량은 같지만, 물리 화학적 성질이 다른 물질을 뜻합니다.

DCDD, DCDF 300℃ ~600℃ 발생원인 전구체 Fly Ash (촉매작용 특히 Cu) ① 폐기물의 잔류화학물질로서 열변형이 거의 이루어지지 않으며 소각과정에서 휘발되어 방출 ② 클로로페놀 또는 PCB 그리고 이와 유사한 물질과 같은 구조체가 부분산화 또는 불완전연소되어 발생 ③ PCDDs 및 PCDFs와 무관한 염소 공급원으로부터 생성. 이때 염소 공급원은 PVC, 염화탄소, 무기염소이온과 다른 석유화학물질 Fly Ash (촉매작용 특히 Cu) 전구체 300℃ ~600℃ 벤젠핵은 가지고 있으나 Cl은 함유하고 있지 않은 전구체 1 과 벤젠핵이 없는 염소화합물인 전구체 2가 동시에 존재할 때 염소화 반응에 의해 다이옥신이 생성

다이옥신의 영향

다이옥신의 독성(실험동물) 발암성 급성 독성 아만성 및 생식독성면 만성독성 실험동물에 대한 독성 아만성 : 3개월간을 연속투여했을때 생기는 특성 아만성 및 만성독성 생식독성면

다이옥신의 인체영향

다이옥신의 인체 노출 사례 다이옥신은 100년 전 합성 되었으나 베트남 전쟁으로 인해 환경오염이 전세계적으로 알려지게 되었습니다. 베트남전에서 살포된 제초제 중에 다이옥신이 불순물로 혼합되어 100여만명이 다이옥신에 오염되었습니다. 따라서, 다이옥신 오염에 의한 기형아 출산이 계속 보고되어 왔으며, 20여년이 지난 지금도 오염지대에 살고 있는 사람들의 혈액과 모유중의 다이옥신 함량이 높은 것으로 나타나고 있으며 다음 표에 모유중 검출된 다이옥신 농도를 정리하였습니다.

다이옥신 측정결과 http://blog.naver.com/bmi24?Redirect=Log&logNo=150104350270 http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=102&oid=014&aid=0002266595

다이옥신의 배출 현황 다이옥신의 국가별 배출 현황입니다. 이 자료에 의하면 22.3~4000g I-TEQ/년의 범위에서 다이옥신이 매년 배출되고 있는것으로 조사되었습니다. 몇몇의 국가에서는 높은 다이옥신 배출량을 보고하였는데, 특히 일본의 경우 폐기물 소각시설에서 많이 배출되고 있는 것으로 조사되었습니다. 다음은 미국과 일본의 다이옥신 배출량을 비교한 도표입니다. 일본의 경우 1997년 이후 계속적으로 감소하고 있으나, 여전히 폐기물 소각이 대기중 다이옥신 배출량의 대부분을 차지하고 있는 것으로 알려져 있습니다.

다이옥신 제어장치

다이옥신 관련 규정 측정주기 배출기준 처리능력 측정주기 2톤/시간 이상 6개월에 1회 이상 200㎏/시간 이상 ~ 2톤/시간 미만 12개월에 1회 이상 25㎏/시간 이상 ~ 200㎏/시간 미만 24개월에 1회 이상 배출기준 폐기물 관리법 제 30조의1(폐기물처리시설의 관리) 환경부령이 정하는 폐기물처리시설의 설치를 마친 자는 환경부령이 정하는 검사기관으로부터 검사를 받아야 한다고 했으며 30조의 3에서는 검사에서 적합 판정을 받지 않으면 폐기물처리시설을 사용할 수 없다고 되어 있습니다. 폐기물관리법 제 30조의3(폐기물처리시설의 관리) 및 시행규칙 제24조 제1항 관련 별표 8의2에서 다이옥신 관련 기준을 제시하고 있으며 그 내용은 아래와 같습니다. 이 1997년 7월 19일은 환경부령 제 27호 폐기물관리법시행규칙중개정령의 시행일입니다. TEQ는 Toxicity Equvalency의 약자이며, 이는 분석 검출된 다이옥신의 농도단위에 TEF(Toxic Equivalent Factor)를 환산한 값입니다. 이 TEF는 2,3,7,8-TCDD를 1로 하여, 나머지 독성이 있는 PCDD/DFs에 독성등가계수를 정한 값입니다. 2톤/시간 이상인 생활폐기물 소각시설 1997년 7월 19일 당시 공사 중 이었거나 그 이후 설치된 시설 1997년 7월 19일전 설치된 시설 2003년 6월 30일 까지 2003년 7월 1일 이후 0.1 ng-TEQ/N㎥ 0.5 ng-TEQ/N㎥ (단위 : ng-TEQ/N㎥, 표준산소농도 12% 및 국제독성등가 환산계수(I-TEF)로 환산한 농도)  

다이옥신 제어 대책(2) 발생원 사전 제거 노 온 도 유 지 급속 냉각법 활성탄 투입 포집 처리 재(Ash) 처리 조건 제어 유기염소계 클로로 페놀계 염소치환형 벤젠핵 가진채 산화반응을 하는 화합물 페인트가 칠해진 목재, 가구류 소각시 폐기물의 조성성분 균일화, 균질화 발생원 사전 제거 노 온 도 유 지 급속 냉각법 활성탄 투입 포집 처리 재(Ash) 처리 조건 제어 노 내 온도850℃ 이상 으로 유지 다이옥신류를 분해시키고 최적연소상태의 유지 및 수분이 많은 쓰레기연소시 국부적인 온도저하 현상을 방지 배기가스 Conditioning시 칼슘 및 활성탄 분말을 투입하여 다이옥신과 반응후에 집진 냉각설비에서 급속냉각을 통하여 다이옥신의 재합성을 억제 300℃전후 온도 회피 (다이옥신 발생 최적온도) 비산재 체류시간 짧게 배기가스상태 적정한 방지시설을 통해 생성된 다이옥신을 포집처리 소각재에 함유된 다이옥신 제거

다이옥신 제어 대책

다이옥신 처리대책

다이옥신 처리 대책 촉매분해법 광분해법 생물학적 분해법 초임계유체 분해법 오존산화법 금속산화물(V2O5, TiO2) 또는 귀금속(Pt, Pd) 촉매를 사용하여 다이옥신을 분해시키는 방법으로 현재 사용되고 있는 SCR시스템이 여기에 속한다 광분해법 250~300mm의 파장범위를 갖는 자외선을 배기가스에 조사시켜 다이옥신의 결합을 파괴하는 방법 생물학적 분해법 토양 중에서 리그닌을 분해하는 백색 부후균 및 세균등을 이용하여 다이옥신을 생물화학적으로 분해시키는 방법 초임계유체 분해법 초임계유체(374℃, 218atm)의 극대 용해도를 이용하여 다이옥신을 흡수제거하는 방밥 오존산화법 수중에 함유된 다이옥신을 처리하기 위해 개발된 방법으로 용액중에 오존을 주입하여 PCDDs를 산화분해시키는 방법

다이옥신 처리 대책 연소 배기가스의 온도를 850℃이상의 고온으로 유지하여 열적으로 다이옥신을 분해시키는 방법으로 현재 생성억제기술로 많이 이용되고 있다 기체중의 다이옥신을 850℃ 이상 2초 이상 체류(3TO 충족)시킬경우 분해된다 비산재 중의 다이옥신은 로터리킬른등을 이용하여 1000~1300℃에서 분해시킨다 플라즈마 소각로 등을 이용하여 고온 열분해 시킨다. 용융염(NaSO4-10% 함유한 탄산나트륨 또는 탄산칼륨)으로 고온 분해시킨다. 고온 열분해법

진공 열분해 시스템 공해발생 유해물질 에너지 소비 2차오염 진공열분해 시스템 폐기물 처리시 발생되는 다이옥신, 냄새 등 공해발생 억재 완전연소와 무산소 또는 저산소 분위기에서 물질을 분해, 다이옥신 등 유해물질 발생 및 재생성이 적음 진공열분해 시스템 에너지 소비 2차오염 장치 내부는 진공상태에 있어서 장치 내를 감압, 무산소상태 분위기로 장치내에 설치된 발열체무수의 스파크를 발생시켜 발열체를 2,000℃~3,000℃의 고온으로 유지시켜 폐기물을 초고온으로 열분해 처리 합니다 산소와 결합시키지 않는 열분해 즉 무산소분위기에서 고온열분해 하는 것 진공고온열분해는 화학반응 등을 이용하는 것 없이 열분해 원리를 응용해서 폐기물을 원자까지 분해, 처리하는 것이 가능 따라서 폐기물을 발열체에 고밀도전류를 가함으로써 초고온 유지와 장치내를 감압하여 진공 무산소분위기에서 구성원자가 산소와 결합하는 것을 막아 Sox, Nox, CO2, 다이옥신등의 유해물질의 생성을 최소한에 억제하는 것이 가능 합니다 진공상태의 빠른 열전도를 이용하여 열분해 탄화처리로 에너지 소비 최소화 발생되는 분진형성이 최소화 되기 때문에 제 2차 오염문제가 적음

다이옥신 처리 방안 항목 반건식 + SCR 습식 시스템 + SCR 선정설비 다이옥신 제거능력 HCl, Sox 제거설비 반건식 반응탑 연소가스 온도를 낮추어 기체상 다이옥신을 응축시켜 분진 표면에 부착시킨다 전기집진기 보일러 재와 전기집진기 포집재의 다이옥신 함량 비교시 전기집진기 포집재가 10~100배 정도 커진다. 즉, 전기집진기는 다이옥신을 많이 발생시킨다. 최근 일본에서는 전기 집진기를 소각로에서 사용하지 않고 있다 활성탄 주입설비 슬러리 분사 시스템 일부 기체상 다이옥신의 완벽한 제거 낮은 온도 구간분사로 화재 사전 방지 채택 불가 고온운전(250℃)으로 화재 발생 가능 질소산화물 SCR 촉매탑 분해에 의한 다이옥신 일부제거 분해에 의한 다이옥신 일부 제거 다이옥신 함유비산재 다이옥신 함유 비산재 백필터에서 포집된 다이옥신 함유 비산재는 산성가스 흡수재로 사용된 소석회로 인해 단단히 굳어져 매립시에도 용출되지 않는다 비산재고형화 처리 및 슬러리 별도 처리 설비 전기집진기에서 포집된 재는 백필터에 비해 다이옥신 함유량이 10~100배이상 커지며, 이의 고형화에 상당향의 약품이 필요하다. 또한 , 다이옥신 발생기인 습식 세정탑의 폐수내 다이옥신은 오니 상태로 방출되므로 별도 처리가 요구된다.

운용시스템의 현황 전기집진기 단독운전 전기 + 세정 설비 조합 전기 + 세정 + SCR 조합 반건식 반응탑 + 운용 방식 아만성 : 3개월간을 연속투여했을때 생기는 특성 전기 + 세정 + SCR 조합 반건식 반응탑 + 여과 + SCR 조합

개선 방향

스토커 소각로에 관한 제거장치 흡착탑과 재생탑에 의한 제거장치 1 고주파유도가열에 따른 제거장치 2 스토커 소각로에 관한 제거장치 3 흡착탑과 재생탑에 의한 제거장치 4 다이옥신 제거용 흡착제 기술

효 과 장 치 고주파 유도가열에 따른 제거장치 설치가 간단 탈부착형식으로 이동이 편이 에너지 절감 효과 스토커 소각로 장 치 효 과 고주파 유도가열에 따른 제거장치 설치가 간단 탈부착형식으로 이동이 편이 에너지 절감 효과 스토커 소각로 연소 속도 향상 및 연소 효율 향상 흡착탑과 재생탑에 의한 제거장치 운전경비 절감 후처리 필요 없음 기존 설치된 노에도 설치 가능 다이옥신 제거용 흡착제 기술 기존 흡착제 보다 성능 향상 기존 가격보다 상대적으로 저렴

Q & A