화력발전시설, 소각시설 등 대기오염배출시설에서 배출되는 미세먼지의 심각성이 대두되면서 유해성이 높은 미세먼지를 관리하기 위해 노후 화력발전시설 가동중지, 국내 미세먼지 배출량 30% 감축 추진계획 등 대책 수립을 위해 다양한 정책들을 수행하고 있다. 미세먼지 관리대책이 성공적으로 수립·시행되기 위해서는 배출원(화력발전시설, 소각시설)별 미세먼지에 대한 배출실태 및 특성을 파악하고, 기초자료 구축하는 것이 필요하다.
본 연구는 대기오염배출시설 중 발전시설과 소각시설을 중심으로 미세먼 지 배출특성을 살펴보았다. 발전시설은 여수·광양국가산단지역에 가동 중인 화력발전소중 사용연료 종류에 따라 기체, 액체, 고체 각각 1개, 총 3개 사업장을 선정하였다. 소각시설 1개소와 고온소각시설 1개소를 선정하여 먼지(TPM)·미세먼지(PM10 및 PM2.5)를 채취·분석한 결과는 다음과 같다. TPM농도는 기체연료 0.248 mg/Sm3, 액체연료 0.890 mg/Sm3, 고체연료 335.6 mg/Sm3, 고온소각시설 801.6 mg/Sm3, 일반소각시설 699.0 mg/Sm3로 고온소각시설 〉일반소각시설 〉고체연료 〉액체연료 〉기체연료 순으로 나타났다. PM10 농도는 기체연료 0.185 mg/Sm3, 액체연료 0.400 mg/Sm3, 고체연료 234.2 mg/Sm3, 고온소각시설 610.9 mg/Sm3, 일반소각시설 374.5 mg/Sm3로 고온소각시설 〉일반소각시설 〉고체연료 〉액체연료 〉기체연료 순으로 나타났다. PM2.5 농도는 기체연료 0.121 mg/Sm3, 액체연료 0.318 mg/Sm3, 고체연료 183.4 mg/Sm3, 고온소각시설 448.1 mg/Sm3, 일반소각시설 232.3 mg/Sm3로 고온소각시설 〉일반소각시설 〉고체연료 〉액체연료 〉기체연료 순으로 나타났다. 먼지발생량은 소각시설이 고체연료 발전시설보다 모든 입경에서 높은 값을 보였다.
먼지 중 PM2.5이하의 입경분율은 기체연료 48.8%, 액체연료 35.7%, 고체연료 54.6%, 고온소각시설 55.9%, 일반소각시설 33.2%로 고온소각시설〉고체연료 〉기체연료 〉액체연료 〉일반소각시설 순으로 나타났다.
PM2.5 ~ PM10의 입경분율은 기체연료 25.8%, 액체연료 9.2%, 고체연료 15.2%, 고온소각시설 20.3%, 일반소각시설 20.3%로 기체연료 〉고온소각시설 = 일반소각시설 〉고체연료 〉액체연료 순으로 나타났다.
PM10 이상의 입경분율은 기체연료 25.4%, 액체연료 55.1%, 고체연료 30.2%, 고온소각시설 23.8%, 일반소각시설 46.4%로 액체연료 〉일반소각시설 〉고체연료 〉기체연료 〉고온소각시설 순으로 나타났다.
발생 먼지 중 PM10 이하의 입경은 고온소각시설, 고체연료 발전시설에서 높은 비율을 보인 반면, PM10 이상의 큰 입자상 물질은 액체연료 발전시설에서 높은 비율을 보였다. TPM의 금속화합물 농도는 기체연료 0.0733 mg/Sm3, 액체연료 0.1095 mg/Sm3, 고체연료 127.02 mg/Sm3로 고체연료 〉액체연료 〉기체연료 순 으로 나타났다.
PM10의 금속화합물 농도는 기체연료 0.0144 mg/Sm3, 액체연료 0.0066 mg/Sm3, 고체연료 22.76 mg/Sm3, 고온소각시설 215.60 mg/Sm3, 일반소각시설 138.08 mg/Sm3로 고온소각시설 〉일반소각시설 〉고체연료 〉액체연료 〉기체연료 순으로 나타났다. PM2.5의 금속화합물 농도는 기체연료 0.0044 mg/Sm3, 액체연료 0.0009 mg/Sm3, 고체연료 12.71 mg/Sm3, 고온소각시설 37.22 mg/Sm3, 일반소각시설 35.26 mg/Sm3로 고온소각시설 〉일반소각시설 〉고체연료 〉액체연료 〉기체연료 순으로 나타났다. 미세먼지 중 중금속 농도는 고온소각시설, 일반소각시설, 고체연료 순으로 나타났으며, 소각시설 중 중금속이 발전시설에 비해 PM10에서는 6배 ~ 10배 많은 것으로 나타났으며, PM2.5 이하에서는 3배 정도 높은 값을 보였다. 소각시설이 고체연료 발전시설보다 발생가스 중 먼지 농도가 3배 많은 것을 고려해도 PM10에서의 중금속 발생량은 소각시설에서 높게 나타나고 있다. 반면 PM2.5의 경우 단위 먼지당 중금속 함량은 비슷한 것으로 나타났다. 고체연료를 사용하는 발전시설의 TPM Uncontrolled 배출계수는 2.042 g/kg, PM10, PM2.5의 Uncontrolled 배출계수는 각각 1.393 g/kg, 1.085 g/kg로 조사되었다. 기체연료의 TPM, PM10, PM2.5의 Uncontrolled 배출계수는 0.00090 g/kg, 0.00068 g/kg, 0.00044 g/kg이고, 액체연료는 0.028 g/kg, 0.020 g/kg, 0.016 g/kg로 조사되었다.
발전시설의 연료사용시간당 TPM 배출량은 고체연료가 45.74 kg/hr 으로 가장 높은 값을 보였고, 가스, 액체연료는 0.26 kg/hr, 0.22 kg/hr으로 거의 비슷한 값을 보였다. 전기생산량당 TPM 배출량도 고체연료가 0.7080 kt/PJ으로 가장 높은 값을 보였지만 가스, 액체연료의 경우는 시간당 TPM 배출량 결과 값과 다르게 액체연료가 가스연료에 비해 3.7배 높은 값을 보였다. 소각시설의 유기탄소와 원소탄소를 분석한 결과, OC의 경우 PM2.5, PM10 모두 일반소각시설이 고온소각시설 보다 높은 값을 보였다. EC는 일반소각시설에서 PM2.5, PM10이 검출된 반면 고온소각시설에서는 검출되지 않았
다.
이번 연구는 화력발전시설을 고체, 액체, 기체연료로 구분하여 먼지와 미세먼지의 배출량 조사, 성분 분율, 입경별 중금속 변화를 살펴봄으로써 연료별 배출특성을 조사하였고, 소각시설은 소각온도에 따라 고온소각시설과 일반소각시설로 구분하여 미세먼지 배출특성을 파악함으로서 향후 배출원관리 정책 등 국가와 지역대기의 환경관리에 기여할 수 있는 자료를 제공하였다.

In this study, TPM, PM10 and PM2.5 emission were measured by different types of fuel(gas, liquid, solid) used in thermal power plants; and two different types of incineration which high temperature incineration facility(HTIF) and general incineration facility(GIF) operating in Yeosu and Gwangyang National Industrial Complexes.
TPM concentrations were in the order of HTIF > GIF > solid fuel>liquid fuel> gas fuel. PM10 concentrations were in the order of HTIF> GIF> solid fuel> liquid fuel> gas fuel. PM2.5 concentrations were in the order of HTIF> GIF> solid fuel> liquid fuel> gas fuel. Particle size fraction of PM2.5 or less in dust was in the order of
HTIF> solid fuel> gaseous fuel> liquid fuel> GIF. Particle size fraction of PM2.5 ~ PM10 was gas fuel> HTIF = GIF> solid fuel>liquid fuel. The particle fractions above PM10 were in the order of liquid fuel> GIF> solid fuel> gas fuel> HTIF. Heavy metal concentrations in fine dusts were in the order of HTIF, GIF and solid fuels. Heavy metals in the incineration facilities were 6 to 10 times higher in PM10 than in power generation facilities, and 3 times higher in PM2.5 or lower. As a result of estimating the emission factors of thermal power plants, In
the case of solid fuel, TPM emissions per electricity production were found to be 0.7080 kt/PJ, followed by liquid fuel and gas fuel. PM10 and PM2.5 emissions per hour of electricity production were similar to those of TPM. Analysis of Organic carbon (OC) and Elemental carbon (EC), In the case of OC, both PM2.5 and PM10 showed higher values in GIF than in HTIF. EC detected PM2.5 and PM10 in GIF but not in HTIF.
This study investigated the emission characteristics of fuels by examining the emissions of dust and fine dusts, the fraction of components, and the changes in heavy metals by particle size, by classifying the thermal power
plants as solid, liquid, and gaseous fuels. The incineration facilities were divided into HTIF and GIF according to the incineration temperature to grasp the particulate emission characteristics. And future resource management policies, as well as contributing to the environmental management of national and regional air.