환경공학도라면 누구든 들어봤을 대기오염방지시설 스크러버에 대해서 정리해 보았습니다.
이론적인 내용이라고 할 수 있지만, 해당 내용들이 뒷받침 되어줘야 실무 시 활용할 수 있습니다.
1. 스크러버 작동 원리
대기 방지시설 중 스크러버(Scr')는 배출가스 내 유해 물질을 액체와 접촉하게 해 제거하는 방지시설입니다.
스크러버는 주로 습식 방식으로, 가스와 세정액(주로 물, 수산화나트륨 등)의 기액 접촉을 통해 오염물질을 포집합니다.
오염된 배출가스가 스크러버 Chamber로 유입되면 노즐에서 분사된 세정액 방울이나 액막과 충돌하며 물리적·화학적 반응이 일어납니다.
이 과정에서 입자상 물질은 관성 충돌이나 확산으로 세정액에 부착되고, 가용성 가스는 용해 또는 중화되게 됩니다.
세정액은 중력에 의해 하부로 모여 순환되거나 폐기되며, 정화된 가스는 상부로 배출됩니다.
효율 증대를 위해 충전물(Packing)을 사용하여 접촉 면적을 확대하기도 합니다.
압력손실이 적고 유지관리가 용이한 점이 장점입니다.
※ 실무 Point
- 세정액은 주로 순환되며 pH, TOC 등의 기준과 함께 관리됩니다.
- Packing은 가스 성상에 따라 재질이 상이하며, 최초 공정 설계 시 요구되는 표면적에 따라 충전물 높이를 설정하게 됩니다.
2. 스크러버 주요 제거 물질
스크러버는 분진, 미스트, 유해가스 등 다양한 대기오염물질을 처리합니다.
입자상 물질로는 미세먼지(PM), 에어로졸이 주요 대상이며, 가스상 물질로는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 염화수소(HCl), 암모니아(NH3) 등이 해당하게 됩니다.
특히 반도체 공정에서 발생하는 과불화합물(PFCs)이나, 화학 공정에서 발생하는 휘발성유기화합물(VOC)을 효과적으로 제거하며, pH 조절 세정액으로 산성/알칼리성 가스를 선택적으로 처리합니다.
제거 효율은 가스 성분과 세정액 농도에 따라 90% 이상 달성 가능합니다.
※ 실무 Point
- 반도체나 디스플레이 공정에서 발생하는 과불화합물(PFCs)은 사실 스크러버로 거의 제거되지 않습니다.
POU Scr'라는 1차 스크러버를 통해서 입자를 쪼개줘야 스크러버에서 처리되며, 이는 나중에 다시 다루도록 하겠습니다.
3. 스크러버 종류
스크러버는 구조와 세정 방식에 따라 여러 유형으로 나뉩니다. 벤츄리 스크러버, 충전탑 스크러버, 유수식 스크러버, 사이클론 스크러버 등이 대표적입니다.
① 벤츄리 스크러버 : 고속 기류로 압력을 낮춰 세정액을 미세 방울로 분무하여 고농도 분진 제거에 적합합니다.
② 충전탑 스크러버 : 충전물을 채워 기액 접촉을 극대화하여 가스 흡수에 우수합니다.
③ 유수식 스크러버 : 집진실에 채워진 물에 처리가스를 고속으로 통과시켜 수적과 수막을 형성하여 제거합니다.
④ 사이클론 스크러버 : 회전 기류를 발생시킴으로 원심력을 활용하여, 입자 제거 효율이 높습니다.
※ 실무 Point
- 건식 스크러버도 있긴 하나, 흡착제 사용으로 주로 입자상 물질 처리에 적합하고 만약 가스가 고온일 시 화재·폭발에 유의하여야 합니다.
4. 적용 공정 및 주의사항
화학, 반도체, 철강, 발전소 등 고농도 배출공정에서 기본적으로 활용되는 대기오염물질 방지시설입니다.
세정액 순환 시스템으로 물 사용량을 최소화하나, 세정액 내 제거물질 농도를 관리하여야 하며, 폐액 처리와 부식 방지가 핵심입니다.
설비 규모에 따라 처리 가스량은 3㎥/min 이상으로, 효율은 90% 내외입니다.
또한 배출 단에 미스트 분리기(Demister)를 설치하여 분무된 세정액이 배출되지 않도록 방지하여야 합니다.
5. 스크러버 실무 활용 가이드
대기방지시설 스크러버를 효과적으로 활용하려면 공정 특성에 맞게 종류 선정을 해야 합니다.
제거해야 하는 오염물질을 설정하고 법규 준수를 위한 관리 Target 농도를 설정하면 스크러버 종류 선정이 가능합니다.
그 후 세부 스펙을 조율하고 관리 인자에 대한 모니터링 시스템까지 고려하여 설계하면 됩니다.(ex. 세정액 농도)
설계 및 설치가 끝나면 유지보수를 위한 관리 인자를 설정해야 합니다.
스크러버의 주 관리 인자로는 압력 손실 게이지, 노즐 분무 상태 육안 점검, 세정액 관리 인자 등이 있으며,
해당 인자들이 고장 난 경우에는 최대한 빨리 보수하여 관공서 적발을 방지해야 합니다.
법에는 '기계·기구류를 고장난 상태로 방치한 경우'라고 작성되어 있으나, 그동안 관공서에서 배포한 자료에 따르면 통상 7일 정도로 추정됩니다.
그렇기 때문에 고장을 확인한 경우에는 수리 계획을 수립하고, 방지시설이 비정상 가동하여 오염물질이 법적 기준(배출허용기준)을 초과하는 지 점검하여 대응하도록 해야 합니다.