최근 들어 생활환경의 질과 삶의 질에 대한 관심이 높아지면서 환경오염방지기술의 개발이 요구되고 있다.
환경오염 중에 대기오염, 수질오염, 토양오염, 각종 쓰레기 및 폐기물에 의한 오염, 지하수 오염 등 여러 가지가 있지만 이중에서 대기오염에 대한 제어는 다른 오염원들과 비교해 볼 때 눈에 보이지 않는 현상으로 인식돼 판단하기 어렵기 때문에 대기오염에 대한 현상은 더욱 피해가 클 수밖에 없는 실정이다.
산업생산활동 각 공정에서 발생하는 각종 유해가스는 주로 악취, 휘발성 유기화합물, 유독성 가스 등 그 종류도 다양하다.
유해가스 중 상당수의 가스가 산업용가스 업체에서 제조·정제과정을 거쳐 산업 곳곳에 사용되는 것을 보면 아이러니하지만 유해가스는 가스 자체로 인체에 미치는 해는 엄청나다.
각 산업 사업장을 비롯해 정부차원에서도 유해가스에 대한 인식과 제어기술 발전 필요성이 크게 대두되고 있는 시점에서 본지는 대기오염의 근원인 유해가스의 특징을 알아보고 현재 유해가스 처리기술에 관해 알아보기로 한다.
유해가스는 종류도 많고 물리 화학적 특성이 다양하므로 가스 성분과 성상을 정확하게 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 유해가스는 가스 종류에 따라 인체에 독성이 강해 급성이나 만성중독을 가져오는 물질이 있는데 이러한 유해가스가 발생되는 작업장에서는 작업자의 건강 보호와 주위 주민들에게 피해가 발생되지 않도록 유해가스 처리에 주의를 기울여야 한다.
유해가스를 처리하는 기술에는 물리적인 방법, 화학적인 방법, 생물학적인 방법, 연소방법 등의 다양한 처리방법이 있으며 한가지 방지시설 설치로 처리하는 경우와 2가지 이상의 방지시설을 병렬로 설치해 유해가스를 처리하는 방법 등이 있으며 복수의 처리시설을 설치 운영시에는 압력손실에 높게 되어 송풍기 마력이 커지게 되며 또한 배기 풍량이 적어져서 방지시설 효율 저하를 발생하기도 한다.
유해가스를 처리할 때에는 단일성분의 유해가스 혹은 여러 성분의 복합 유해가스인가에 따라 방지시설을 선정하여야 하며 방지시설 설치비용 및 운전비용, 유지 보수비용을 조사하여 효율적이고 경제적인 유해가스 처리가 이루어지도록 해야 한다.
이번호에서는 여러 유해가스 처리 장치중 흡수법 처리 과정을 중심으로 유해가스의 제거 방법을 알아보도록 했다.
■ 유해가스 처리장치
▶ 흡수
헨리법칙- 일정온도에서 기체중의 특정상분의 분압P(ATM)와 이와 접한 액상중 액농도C(Kmol/m³)는 다음과 같은 관계식인 헨리법칙이 성립된다.
P = HC H : 헨리 정수(용해도가 적을수록 H의 값은 크다.)
헨리정수 H값은 온도에 따라 변하며 온도가 높을수록 H가 크다. 헨리법칙의 적용을 받는 가스는O2, N2, CO, NO 등이다.
유해물질 중 카드뮴과 그 화합물, 납과 그 화합물은 분진으로서 배출되며 제진이나 집진기술에 의해 처리된다.
염소 및 염화수소, 불소 및 그 화합물(불화규소, 불화수소)은 기체상으로 배출되며 모두 습식흡수법에 의하여 주로 처리된다. 질소산화물로 기상이며 연소중의 NOx처리 기술은 아직 연구 중에 있다. 질산제조 및 금속표면처리의 배기가스에 포함된 고농도 NOx의 탈질산은 습식흡수법 또는 접촉 산화법에 의해 처리된다.
흡수의 원리는 오염된 기체를 액체의 흡수액과 접촉시켜 오염가스가 잘 용해하거나 화학적으로 반응하는 성질을 이용해 유해가스를 제거하는 것이다.
유해가스를 포함한 기체를 흡수액이 들어있는 흡수탑을 통과시키면 기체 중에 들어있던 유해가스 성분이 제거되거나 변질된다. 이때의 효율은 기액 접촉면과 접촉시간에 관계가 있고 흡수액제의 농도와 반응속도에 영향을 받는다.
흡수액은 특별한 경우를 제외하고는 물 또는 수용액을 사용하며 물에 대한 기체의 용해도가 중요하다.
Cl2, HCl, HF, SiF4등은 물의 용해도가 크나 N2, O2, CO2, NO 등은 물에 녹기가 힘들다.
이같은 용해도가 적은 기체의 경우에는 헨리의 법칙이 성립한다.
흡수장치
혼합가스중 가스를 순수하게 분리·정제하는 데는 흡수, 흡착 등의 방법이 사용되며 가스흡수는 화학공학의 중요한 분야이다.
대기오염을 일으키는 가스는 공기중에 매우 소량(ppm단위) 포함돼 있으나 이것은 공기의 질, 환경, 사람의 건강 및 동식물에 막대한 피해를 끼친다.
이들 대부분 배출원(공정)으로부터 대기중으로 이동 확산되면서 오염을 일으킨다. 따라서 배출원으로부터 배출되는 배기가스중에서 오염성분을 제거하기 위해 흡수및 흡착법이 사용된다.
흡수라함은 처리가스 내에 들어있는 가스상 대기오염물질을 액체에 흡수시키는 방법으로 좋은 흡수효과를 얻기 위해서는 가스상 오염물질(용질)이 잘 용해(흡수)되는 흡수액(용매)을 사용해야 하며 오염물질과 흡수액 사이에 충분한 시간동안 균일한 접촉이 이루어져야 한다.
접촉방법
물질이동 즉 흡수는 평형조건 뿐 아니라 접촉방법에도 크게 영향을 받는다.
접촉방법을 구체적으로 살펴보면 향류, 동류 및 교차류 등으로 분류할 수 있다.
향류라 함은 흡수액은 탑의 상부에서 아래로 처리가스는 탑의 바닥에서 상부쪽으로 서로 반대 방향으로 흐르게 하여 가스와 흡수액을 접촉시키는 것을 말한다.
동류란 흡수액과 처리가스가 모두 탑의 상부로 유입해서 아래로 이동하면서 접촉하도록한 것을 말하며 교차류란 흡수액과 처리가스가 서로 수직으로 접촉하도록 한 것을 말한다.
살수탑(Spray chamber)에서 가스는 수평으로 이동하고 세정액은 이에 직각으로 분무되는데 이는 교차류의 일종이다. 또다른 예로 단탑이 있으며 단탑에서는 수평으로 이동하는 흡수액을 처리가스가 수직으로 관통하게 한 것이다.
▶ 평형 및 흡수
배기가스 내 가스상 대기오염물질을 흡수원리로 제거할 때 흡수 원동력은 오염가스-흡수액 접촉면에서의 오염가스의 농도차에 좌우되게 된다. 흡수이론에 따르면 오염가스가 쉽게 계면을 통해서 흡수되게 하려면 계전에서의 농도구배를 크게 하고 접촉면과 물질 확산계수를 크게 하기 위해서 계면내에 난류가 잘 이루어지도록 해야 한다.
흡수가스-흡수액 접촉을 제공하며 계면확산을 일어나게 하는 장치를 흡수장치라 하며 흡수장치를 통한 물질 이동량은 가스-흡수액 계면적의 크기에 비례하므로 효율적인 흡수장치는 가스-흡수액계면적을 크게 할 수 있으며 이에 필요한 압력손실을 최소로 할 수 있도록 설계 설치되어야 한다.
구체적인 가스-흡수액 접촉 방법은 흡수액을 가스내에 확산시키는 것과 가스를 흡수액내로 확산시키는 것이 있으며 흡수장치의 접촉 방법이 전자에 속할 때 이를 액분산형흡수장치, 후자에 속할 때를 가스분산형 흡수장치라고 분류한다.
액분산형흡수장치에는 충전탑, 살수탑, 벤츄리 등이 있으며 가스분산형 흡수탑에는 기포탑, 포종탑, 단탑 등이 있다.
