폐기물관리와 환경화학

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폐기물관리와 환경화학

한국공학대학교
정윤성

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주제분류

공학 >화공 >공업화학
강의학기

2026년 2학기

조회수

220

폐기물의 발생·분류·수거·처리·재활용 과정과 환경 중 오염물질의 화학적 거동 및 관리 방법을 학습한다.

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폐기물관리 개론과 환경화학의 역할

차시별 강의

1.	폐기물관리 개론과 환경화학의 역할	폐기물의 법적 정의와 분류 체계(생활·사업장·지정폐기물)를 학습하고, 폐기물 관리 위계(3R)와 순환경제의 개념을 이해한다. 환경화학이 폐기물 처리 각 단계에서 담당하는 역할을 조망하고, 국내외 최신 통계와 순환경제사회 전환 촉진법 등 정책 동향을 파악한다.
	폐기물의 물리화학적 특성분석	폐기물의 물리적 특성(밀도·입도·함수율)과 대표 시료 채취법을 학습한다. 삼성분(수분·가연분·회분)과 공업분석, 원소분석(C·H·O·N·S)의 원리와 활용을 이해하고, 고위·저위발열량의 차이와 Dulong 식에 의한 발열량 추정을 익힌다.
2.	유기성 폐기물의 화학과 생분해 원리	탄수화물·단백질·지질 등 3대 생체분자의 구조와 분해 특성을 학습한다. 리그노셀룰로오스 구조가 생분해 저항성을 유발하는 원리와 전처리 방법을 이해하고, C/N 비의 개념과 계산, 호기성·혐기성 분해 경로의 차이를 파악한다.
	열역학과 반응속도론 기초	열역학(가능성)과 반응속도론(속도)의 두 축을 구분하여 이해한다. 반응 엔탈피(발열·흡열)와 헤스의 법칙, 깁스자유에너지에 의한 자발성 판단(ΔG=ΔH−TΔS), 활성화 에너지와 촉매의 역할, Arrhenius 식에 의한 온도 의존성을 학습한다.
3.	미생물학 및 생화학 반응 기초	생물학적 처리의 주역인 미생물(세균·고세균·곰팡이)과 산소 요구성에 따른 분류를 학습한다. 효소의 촉매 작용과 이화·동화 대사, 생장곡선의 4단계, 중온성·고온성 미생물의 특성을 이해하고 호기성·혐기성 처리와의 연결을 파악한다.
	열분해의 원리와 반응 메커니즘	무산소 조건에서 열로 유기물을 분해하는 열분해의 본질과 흡열 특성을 학습한다. 산소 공급량에 따른 열분해·가스화·연소의 3분법을 구분하고, 온도 구간별 반응 단계와 1차·2차 반응, Arrhenius 식 기반 반응속도론을 이해한다.
4.	열분해 생성물과 공정 유형	열분해의 3대 생성물(바이오차·바이오오일·합성가스)의 특성과 용도를 학습한다. 저속·급속·순간 열분해의 차이와 주 생성물, 고정층·유동층·회전로 반응기의 구조와 특징, 온도·가열속도·체류시간이 수율에 미치는 영향과 업그레이딩을 이해한다.
	열분해 기술의 응용과 사례	폐플라스틱 열분해(도시유전)의 원리와 화학적 재활용의 의의, 국내 정책 동향(2030년 처리 비중 10% 목표)을 학습한다. 열분해유의 연료 대 원료 활용 논쟁, 바이오차의 탄소 저장 원리, 폐타이어·폐목재·슬러지 등 다양한 응용 사례를 파악한다.
5.	퇴비화의 원리와 미생물 반응	호기성 미생물이 유기물을 안정한 부식질로 전환하는 퇴비화의 화학 반응을 학습한다. 안정화·감량·자원화의 세 가지 가치, 중온기→고온기→냉각기→숙성기의 온도 변화 4단계와 고온기의 위생화 효과, 단계별 미생물 천이를 이해한다.
	퇴비화 공정 인자와 제어	퇴비화의 5대 공정 인자(산소·수분·온도·C/N비·입도)와 각각의 최적 범위를 학습한다. 통기의 역할과 방법, 팽화제를 이용한 수분·공극 조절, 인자 간 상호 연결과 문제 진단, 퇴비단·강제통기식·반응기식 시스템의 특징을 비교한다.
6.	퇴비화 시스템과 활용	음식물류·가축분뇨·농림부산물 등 원료별 특성과 혼합 퇴비화를 학습한다. 음식물류폐기물의 수분·염분·악취 과제와 다양한 자원화 경로, 퇴비 품질 4대 요소(부숙도·비료성분·유해물질·염분), 토양개량 효과와 자원 순환을 이해한다.
	혐기성 소화의 생화학적 원리	무산소 조건에서 유기물을 분해해 메탄을 생산하는 혐기성 소화의 원리를 학습한다. 가수분해→산생성→아세트산생성→메탄생성의 4단계 메커니즘, 절대혐기성 메탄생성균의 특성과 산생성균과의 균형, 바이오가스의 조성과 메탄의 기후적 의미를 이해한다.
7.	혐기성 소화 공정 설계와 운전	완전혼합형(CSTR)·플러그흐름형(PFR)·UASB 소화조와 습식·건식 소화의 특징을 학습한다. 핵심 운전 인자 HRT·SRT·OLR의 의미와 상호관계, washout 방지를 위한 SRT 연장 기술, 교반과 모니터링, 암모니아·황화물 등 저해인자와 대책을 이해한다.
	바이오가스 생산과 에너지화	바이오가스 정제(탈황·탈수·고질화)의 필요성과 기술(물세정·PSA·막분리·아민흡수)을 학습한다. 열병합발전(CHP)·도시가스·차량연료·수소 등 활용 경로, 소화액의 자원화와 처리, 바이오가스법(2023)과 그린수소 전망을 이해한다.
8.	연소 원리와 화학양론	완전연소와 불완전연소의 반응식과 환경 문제를 학습한다. 폐기물 연소의 3단계(건조·열분해·연소), 이론공기량(A0=O0/0.21)과 공기비(λ)의 개념과 계산, 완전연소의 3대 조건(3T: 온도·시간·난류)과 다이옥신 억제, 발열량과 자체연소 가능성을 이해한다.
	소각 시스템과 열회수	소각의 3대 목적(감량·위생화·에너지화)과 WtE 시스템의 흐름을 학습한다. 스토커식·유동층식·회전로식 소각로의 구조와 특징, 1·2차 연소실과 단계연소, 폐열보일러의 열회수와 급냉 효과, 증기 활용(발전·지역난방), 바닥재와 비산재의 특성과 처리를 이해한다.
9.	배출가스와 대기오염 제어	소각 배출가스의 주요 오염물질(다이옥신·NOx·SOx·HCl·먼지·중금속)과 발생 원리를 학습한다. 탈질 기술 SNCR·SCR의 원리와 촉매의 역할, 소석회에 의한 산성가스 중화, 백필터 집진, 다이옥신 다단계 관리, 처리 계통과 TMS 자동측정을 이해한다.
	국내외 폐기물 정책과 규제 동향	국내 폐기물 정책의 발전(처리→재활용→순환경제·탄소중립)과 정책 수단(종량제·EPR·처분부담금)을 학습한다. 순환경제사회 전환 촉진법(2024)의 4대 목표, 2026년 수도권 직매립 금지 등 규제 동향, EU CEAP 등 국제 정책과의 비교를 이해한다.
10.	폐자원에너지화와 탄소중립 기술 전망	폐자원이 탄소중립에 기여하는 세 방식(온실가스 저감·탄소 저장·청정에너지 생산)을 학습한다. WtE 기술의 종류와 선택 기준, SRF 고형연료의 생산·활용·품질, 바이오차와 CCUS의 탄소 저장·제거 원리, 그린수소·통합 자원화 전망과 위계 원칙을 이해한다.
	폐자원 산업의 경제적 가치와 사업성	폐자원 산업의 가치사슬(배출-수집-선별-처리-제품화-판매)과 시장 성장 동력을 학습한다. 경제성 분석의 비용·수익 요소와 처리 수수료+생산물 판매의 독특한 수익 구조, 공공·민간·PPP 사업 모델과 성공 조건을 이해하고, 20강 전 과정을 종합 정리한다.