이 글의 목적은 폐기물 소각시설에서 발생하는 주요 유해가스의 생성 원인을 이해하고, 공정 조건과 설비 제약에 맞는 저감 기술 조합을 선택·운전·점검할 수 있도록 현장 중심의 실무 기준을 정리하는 것이다.
1. 소각시설 유해가스의 범위와 저감 전략의 기본 구조
소각시설에서 말하는 유해가스는 단일 성분이 아니라 복합 오염물질 묶음으로 관리해야 한다. 대표적으로 산성가스(HCl, HF, SO2), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 휘발성유기화합물(VOC), 다이옥신류(PCDD/F), 수은(Hg) 및 중금속 증기·미스트, 암모니아(NH3) 잔류, 미세먼지(PM) 등이 포함된다. 저감 전략은 “연소단에서 덜 만들기”와 “배가스 처리에서 확실히 제거하기”의 2단 구조로 설계하는 것이 기본이다.
연소단 최적화는 NOx·CO·VOC·다이옥신 전구물질을 동시에 줄이는 방향으로 작동하며, 배가스 처리는 산성가스·분진·중금속·다이옥신을 설비적으로 제거하는 역할을 한다. 두 단계가 분리된 것처럼 보이지만 실제로는 강하게 연결되어 있다. 예를 들어 연소 불안정으로 CO가 상승하면 다이옥신 재합성 위험이 커지고, 분진 부하가 커지면 여과집진기 성능과 흡착제 사용량이 동시에 악화한다.
2. 주요 유해가스의 생성 메커니즘과 관리 포인트
2.1 산성가스(HCl, HF, SO2)
염소·불소·황을 포함한 폐기물 성상에 따라 산성가스 발생량이 크게 달라진다. PVC류, 염소계 난연재, 불소계 수지, 황함유 슬러지·고무류가 혼입되면 순간 피크가 생기기 쉽다. 산성가스는 후단 중화설비가 담당하나, 전단에서 수분·온도 조건을 안정화하지 않으면 반응 효율이 떨어지고 부식·스케일이 증가한다.
2.2 NOx
NOx는 연료유래와 열유래가 동시에 기여한다. 연소온도, 과잉공기비, 혼합상태, 체류시간이 핵심 변수가 된다. 전단에서 NOx가 과도하게 높아지면 후단의 SNCR/SCR 용량이 커지고, 암모니아 주입에 따른 부산물 관리 부담이 증가한다.
2.3 CO·VOC
CO와 VOC는 불완전연소의 지표이자 악취·유해성 이슈의 동반 지표이다. 폐기물 투입 변동, 화격자/로터리킬른 운전 편차, 2차 공기 분포 불량, 연소실 단면 혼합 불량이 원인이 되기 쉽다. CO는 다이옥신 관리에서도 중요한 간접 지표로 다루는 것이 일반적이다.
2.4 다이옥신류(PCDD/F)
다이옥신류는 전단에서 “완전연소로 전구물질을 줄이는 것”과 후단에서 “재합성 조건을 만들지 않는 것”이 동시에 필요하다. 후단에서 온도 구간과 분진 표면, 염소 공급원이 맞물리면 재합성이 촉진될 수 있으므로 급랭 및 집진·흡착 조합이 중요하다. 배가스 처리 온도 범위가 다이옥신 저감 성패를 좌우하는 경우가 많다.
2.5 수은(Hg) 및 중금속
수은은 기상 형태로 배출되기 쉽고, 산화상태에 따라 포집 난이도가 달라진다. 활성탄(또는 특수 흡착제) 주입과 여과집진기 조합이 대표적이며, 습식 스크러버 계열에서는 용해·산화 조건에 따라 포집이 달라질 수 있다. 다른 중금속은 분진에 부착되어 여과집진기에서 포집되는 비중이 크지만, 미스트·초미세 분획 관리를 위해 보조 설비가 필요한 경우도 있다.
| 오염물질 | 주요 발생 원인 | 전단(연소) 관리 포인트 | 후단(배가스) 핵심 저감 기술 |
|---|---|---|---|
| HCl/HF | 염소·불소 함유 폐기물, 혼입 변동 | 투입 균질화, 수분·온도 안정화 | 건식/반건식/습식 중화, 흡수탑, 여과집진기 |
| SO2 | 황함유 폐기물, 일부 연료 보조 연소 | 투입 성상 관리, 과잉공기비 적정화 | 석회계 중화, 습식 스크러버, 다단 흡수 |
| NOx | 연소온도·공기비·혼합 조건 | 2차 공기 분배, 온도·체류시간 최적화 | SNCR, SCR, 저NOx 버너·공기단 분할 |
| CO/VOC | 불완전연소, 혼합 불량, 부하 변동 | 연소 안정화, 교반·혼합 개선 | 연소개선 우선, 필요 시 산화 촉매·보조 연소 |
| 다이옥신류 | 전구물질 잔류 + 후단 재합성 조건 | 완전연소, CO 저감, 급격한 변동 억제 | 급랭(퀀치), 활성탄 주입, 촉매/촉매필터, 여과집진 |
| 수은(Hg) | 기상 배출, 산화상태 영향 | 성상 관리, 온도·염소/황 조건 간접 영향 | 활성탄/흡착제 주입+여과집진, 필요 시 습식 보조 |
| 분진(PM) | 비산재, 반응생성염, 미세분획 | 연소 안정화로 비산 최소화 | 여과집진기(백필터), 전기집진기, 습식ESP(선택) |
3. 연소단 저감 기술: “덜 만들기”가 비용을 결정한다
3.1 3T+O 관점의 연소 최적화
소각로 연소 최적화는 Temperature(온도), Time(체류시간), Turbulence(혼합), 그리고 Oxygen(산소) 균형으로 접근하는 것이 실무적으로 유효하다. 온도는 높을수록 완전연소에 유리하지만 NOx는 증가할 수 있으므로 공기단 분할과 혼합 설계를 함께 고려해야 한다. 체류시간과 혼합이 확보되지 않으면 동일한 산소 농도에서도 CO가 치솟을 수 있다.
주의 : CO가 낮게 유지되지 않으면 후단에서 활성탄·흡착제 투입량을 늘려도 다이옥신과 VOC 문제가 반복될 수 있다. CO 저감은 배가스 처리 비용을 줄이는 “선행 조건”으로 관리해야 한다.
3.2 폐기물 전처리·투입 안정화
유해가스 저감은 배가스 설비만으로 해결되지 않는다. 파쇄·혼합을 통한 성상 균질화, 수분 변동 완화, 고염소·고황 스트림의 분리·완충, 투입 속도 제어가 중요하다. 피크 부하가 줄면 후단 설비를 과대 설계하지 않아도 되고, 약품 소비량과 잔재물 발생량이 동시에 줄어드는 경향이 있다.
3.3 공기 분배 및 2차 공기 제트 개선
그레이트 소각로에서는 1차 공기와 2차 공기의 분배가 혼합과 온도장을 결정한다. 2차 공기 제트의 각도·속도·분포가 나쁘면 국부 과잉산소 구간과 산소부족 구간이 동시에 생겨 CO와 NOx가 동시에 악화할 수 있다. 연소실 단면에서 산소·온도 분포를 평탄화하는 것이 목표이다.
4. 후단 유해가스 저감 기술: 설비 조합으로 완성한다
4.1 분진 제거: 여과집진기(백필터) 중심의 설계
여과집진기는 분진 자체를 제거할 뿐 아니라 활성탄·중화제 등 분말 반응제를 포집하는 “반응 플랫폼” 역할을 한다. 동일한 약품을 쓰더라도 여과집진기 전후의 온도·습도·분진 특성이 맞아야 반응과 포집이 안정된다. 차압, 여과속도, 탈진 방식(펄스제트 등), 필터 재질 선택이 성능과 유지비를 좌우한다.
4.2 산성가스 중화: 건식·반건식·습식의 선택
산성가스 저감은 적용 가능한 기술이 다양하나, 시설 조건과 배출목표에 따라 최적해가 달라진다. 건식은 구조가 단순하고 폐수 발생이 없다는 장점이 있으나 반응 효율 확보를 위해 약품 소비가 증가할 수 있다. 반건식(분무건조흡수 방식 등)은 수분을 활용해 반응성을 높이되 폐수는 최소화하는 방향으로 설계하는 방식이다. 습식은 높은 제거 효율과 다성분 동시 처리가 가능하지만 폐수·부식·스케일 관리가 필수이며 운전 난이도가 높아질 수 있다.
| 구분 | 대표 구성 | 장점 | 유의점 | 적합한 적용 조건 |
|---|---|---|---|---|
| 건식 | 분말 중화제 주입 + 여과집진기 | 구조 단순, 폐수 없음, 가동률 확보 용이 | 약품 소비 증가 가능, 반응·혼합 설계 중요 | 부지·설비 단순화가 중요하고 중간 수준의 산성가스 부하에 적합하다 |
| 반건식 | 흡수탑(분무) + 여과집진기 | 제거 효율 향상, 약품 효율 개선 | 수분·온도 제어 실패 시 부착·막힘 위험 | 산성가스 변동이 크고 효율과 폐수 최소화를 함께 추구할 때 적합하다 |
| 습식 | 습식 스크러버(다단) + 미스트 제거 | 높은 제거 효율, 다성분 동시 처리 | 폐수·부식·스케일, 미스트 관리, 운전 복잡 | 엄격한 배출목표와 높은 산성가스 부하에 적합하다 |
주의 : 습식 계열은 “미스트(액적) 비산”이 발생하면 후단 굴뚝에서 백연, 염류 비산, 부식 이슈가 확대될 수 있다. 미스트 제거기 성능과 세정수 관리가 핵심이다.
4.3 NOx 저감: SNCR과 SCR의 실무 선택
SNCR은 비교적 단순한 설비로 NOx를 저감할 수 있으나 반응 온도 창이 좁고, 운전 조건이 흔들리면 암모니아 슬립이 증가할 수 있다. SCR은 높은 저감 성능을 기대할 수 있지만 촉매 관리, 분진·황산염 등에 의한 막힘, 온도 조건 유지가 중요하다. 현장에서는 연소단에서 가능한 만큼 NOx를 낮춘 뒤, 요구 저감률과 운전 안정성에 따라 SNCR 단독 또는 SNCR+SCR 조합을 선택하는 접근이 흔하다.
주의 : 암모니아 주입은 과다 주입 시 후단에서 암모늄염 생성으로 백필터 막힘, 덕트 부착, 차압 상승을 유발할 수 있다. NOx 수치만 보고 주입량을 올리는 방식은 장기적으로 설비 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다.
4.4 다이옥신·수은 저감: 활성탄(흡착제)과 온도 관리
다이옥신과 수은은 활성탄 또는 전용 흡착제 주입 후 여과집진기에서 포집하는 방식이 널리 쓰인다. 이 방식은 설비 구성은 단순하지만, 실제 성능은 온도·체류시간·분진 특성·주입 위치·혼합 품질에 의해 크게 좌우된다. 촉매를 이용하는 방식(촉매 반응기, 촉매필터 등)은 안정적인 제거를 기대할 수 있으나 온도 조건, 촉매 피독 관리, 초기 투자비를 함께 검토해야 한다.
4.5 다오염물질 통합 시스템: “조합 최적화”가 핵심이다
현장에서는 단일 장치로 모든 문제를 해결하기 어렵다. 보편적인 조합은 “급랭(필요 시) → 반응제 주입(중화제/흡착제) → 여과집진기 → NOx 저감(SNCR/SCR) → 습식(선택)”과 같은 다단 구조이다. 각 단의 목표는 명확히 분리하되, 앞단 변동이 뒷단을 망치지 않도록 제어 로직과 모니터링을 설계해야 한다.
5. 기술 선정 체크리스트: 시설 조건별로 판단하는 방법
유해가스 저감 기술은 “제거율”만으로 결정하면 실패하기 쉽다. 폐기물 성상 변동, 피크 부하, 가동률 목표, 잔재물 처리(비산재·반응생성염), 폐수 처리 여력, 부식 허용도, 정비 인력 수준까지 함께 평가해야 한다. 아래 표는 현장 의사결정에 바로 쓰도록 질문 형태로 정리한 것이다.
| 검토 항목 | 질문 | 의사결정에 미치는 영향 | 현장 점검 포인트 |
|---|---|---|---|
| 성상 변동 | 염소·황·수분 변동이 큰가? | 피크 대응 용량, 완충/전처리 필요 | 투입 기록, 성상 분석, 피크 발생 시점 확인 |
| 배출 목표 | NOx·산성가스·다이옥신·수은 중 어떤 항목이 병목인가? | SNCR/SCR, 흡착제, 습식 적용 여부 결정 | 최근 데이터의 항목별 초과 패턴 확인 |
| 잔재물 처리 | 반응생성염과 비산재 처리가 안정적인가? | 건식/반건식 적용성, 약품 선택 | 비산재 성상, 저장·운반, 최종처리 계약 |
| 폐수 여력 | 폐수 처리 용량과 수질 기준이 여유로운가? | 습식 스크러버 적용 가능성 | 폐수 처리공정 병목, 재이용 가능성 |
| 부식/스케일 | 부식 허용도가 낮거나 다운타임이 치명적인가? | 재질·라이닝·온도 제어·미스트 관리 강화 | 덕트/굴뚝 부식 이력, 누설·결로 구간 점검 |
| 운전 인력 | 약품·수질·촉매까지 관리할 역량이 있는가? | 습식·SCR 등 고난도 설비의 현실성 판단 | 교대 운전 숙련도, 정비 체계, 예비품 확보 |
6. 운전·유지관리(O&M) 핵심: 성능은 ‘점검 루틴’에서 나온다
6.1 모니터링 지표를 계층화해야 한다
배출농도만 보는 방식은 원인 규명이 늦다. 연소지표(로내 온도, 산소 농도, CO), 반응지표(약품 주입량, 덕트/탑 차압, 반응기 온도), 포집지표(백필터 차압, 펄스 주기, 호퍼 배출), 그리고 최종 배출지표(CEMS/샘플링 결과)를 계층화해 “어디에서 흔들렸는지”를 빠르게 찾는 체계가 필요하다.
6.2 설비별 점검 주기 예시
| 설비/항목 | 점검 내용 | 권장 주기 | 이상 징후 | 즉시 조치 방향 |
|---|---|---|---|---|
| 연소(로) | CO·O2·로내 온도 안정성 확인 | 상시(트렌드) | CO 급등, 온도 편차 확대 | 투입 안정화, 공기 분배 조정, 연소 제어 재튜닝 |
| 약품 주입 | 주입 노즐 막힘, 이송 라인 누기 | 일 1회 이상 | 주입량 대비 제거율 저하 | 혼합 구간 확인, 주입 위치·분산 개선, 라인 청소 |
| 여과집진기 | 차압, 펄스, 호퍼 배출 상태 | 상시 + 주 1회 점검 | 차압 상승, 분진 재비산 | 탈진 점검, 필터 손상 확인, 호퍼 브리징 해소 |
| SNCR/SCR | 주입량, 온도 창, 암모니아 잔류 | 상시 + 월 1회 상세점검 | 슬립 증가, 덕트 부착 | 주입 로직 조정, 온도 확보, 설비 세정/정비 |
| 습식 스크러버(해당 시) | pH·전도도·순환수 탁도, 미스트 제거기 | 상시 + 주 1회 청소 | 백연, 염류 비산, 부식 가속 | 수질 관리 강화, 미스트 제거기 세정, 누설·결로 점검 |
| 측정계(CEMS) | 제로/스팬, 샘플 라인 응축, 필터 | 일/주 단위 루틴 | 드리프트, 데이터 결측 | 라인 히팅 점검, 필터 교체, 교정 절차 준수 |
주의 : 약품 투입량을 늘려 배출농도를 맞추는 방식은 단기 처방일 뿐이며, 장기적으로 비산재 증가·차압 상승·부착·부식으로 정지 시간을 키울 수 있다. 원인(연소 안정성, 온도, 혼합, 장치 상태)을 먼저 확인하는 절차를 고정해야 한다.
7. 현장에서 자주 발생하는 문제와 진단 로직
7.1 산성가스가 갑자기 치솟는 경우
첫째로 투입 성상(염소/황) 피크 가능성을 확인해야 한다. 둘째로 중화제 이송·주입이 실제로 정상인지 점검해야 한다. 셋째로 반응 구간의 온도·습도 조건이 바뀌었는지 확인해야 한다. 넷째로 여과집진기의 차압 상승이나 누설로 인해 포집이 흔들렸는지 확인해야 한다.
7.2 다이옥신/수은 이슈가 반복되는 경우
흡착제 종류와 주입량만 조정하는 방식은 실패하기 쉽다. 주입 위치에서의 혼합 품질, 배가스 온도 트렌드, 분진 부하, 여과집진기의 누설, 활성탄 품질 편차, 호퍼 재비산까지 함께 확인해야 한다. 특히 CO 트렌드가 불안정하면 전단 문제를 우선 해소하는 것이 재발 방지에 유리하다.
7.3 NOx는 낮은데 설비가 막히는 경우
암모니아 슬립과 황산염/염류 생성에 의한 부착 가능성을 의심해야 한다. SNCR/SCR에서 온도 창을 벗어난 주입이 있었는지, 연속적으로 과다 주입이 있었는지, 덕트 저온부 결로가 있는지 확인해야 한다. 설비 막힘은 배출농도보다 먼저 “차압·온도·육안 상태”로 나타나는 경우가 많다.
8. 최소 구성 예시: 현장에서 많이 쓰는 조합 패턴
8.1 표준형(건식/반건식 중심)
연소 최적화 + 중화제 주입 + 흡착제 주입 + 여과집진기 + SNCR(또는 SCR 선택) 조합이 대표적이다. 폐수 부담을 줄이면서 산성가스·분진·다이옥신·수은을 동시에 관리할 수 있다. 다만 피크가 큰 시설은 약품 소비와 비산재 증가를 감수해야 할 수 있다.
8.2 고성능형(습식 및 촉매 적용 포함)
연소 최적화 + 급랭 + 여과집진기 + SCR + 습식 스크러버(미스트 제거 강화) + 필요 시 습식ESP(선택) 형태로 구성하는 경우가 있다. 엄격한 배출목표와 변동 큰 부하에 대응할 수 있으나, 폐수·부식·정비 부담이 커지므로 운영 역량을 전제로 해야 한다.
8.3 다오염물질 통합 최적화의 핵심
어떤 구성이라도 “온도 관리, 혼합 품질, 차압 관리, 잔재물/폐수 처리 체계, 계측 신뢰성”이 받쳐주지 않으면 성능이 유지되지 않는다. 설비 도입 단계에서부터 운전 데이터를 기반으로 한 성능 진단 체계와 예비품·정비 계획을 포함하는 것이 총비용을 낮추는 길이다.
FAQ
건식과 반건식 중 어떤 방식이 산성가스 변동에 더 강한가?
산성가스 변동이 큰 경우에는 반건식이 반응성을 확보하기 유리한 편이다. 다만 반건식은 수분·온도 제어 실패 시 부착과 막힘이 발생할 수 있으므로 운전 제어와 정비 체계가 함께 준비되어야 한다.
활성탄 주입량을 늘리면 다이옥신과 수은이 항상 개선되는가?
항상 그렇지 않다. 주입 위치 혼합이 나쁘거나 배가스 온도 조건이 불리하면 흡착 효율이 떨어질 수 있다. 여과집진기 누설이나 호퍼 재비산이 있으면 주입량을 늘려도 배출이 개선되지 않을 수 있다.
NOx 저감에서 SNCR과 SCR을 동시에 쓰는 이유는 무엇인가?
SNCR로 1차 저감을 수행하고, 잔여 NOx를 SCR로 정밀 저감하는 방식은 높은 저감 목표를 달성하면서도 SCR의 부담을 줄이는 목적이 있다. 다만 암모니아 주입 관리가 미흡하면 암모늄염 생성으로 설비 막힘이 커질 수 있으므로 제어 전략이 중요하다.
백필터 차압이 계속 상승할 때 가장 먼저 볼 항목은 무엇인가?
탈진(펄스) 동작 이상, 필터 손상 또는 표면 막힘, 호퍼 브리징으로 인한 재비산, 약품 주입 과다 또는 분진 부하 증가를 순서대로 확인하는 것이 일반적이다. 동시에 덕트·집진기 내부 결로 여부도 확인해야 한다.
습식 스크러버 적용 시 현장에서 가장 흔한 실패 요인은 무엇인가?
세정수 수질 관리 실패로 인한 스케일·부식, 미스트 제거기 관리 미흡으로 인한 액적 비산, 저온부 결로로 인한 부식 가속이 흔하다. 설비 자체 성능보다 운전·정비 체계가 성패를 좌우하는 경우가 많다.