02-국내(냄.환).151100.pdf415.2KB

• 1. 서 론
• 2. 연구 방법
• 2. 1. 조사대상 사업장 및 개요
• 2. 2. 시료 채취 및 분석방법
• 3. 결과 및 고찰
• 3. 1. 최종배출구 복합악취 측정결과
• 3. 2. 공정별 악취발생원인 및 개선사례
• 3. 2. 1. 원료 반입 및 저장과정
• 3. 2. 2. 원료 배합/혼합공정
• 3. 2. 3. 반응공정
• 4. 결 론

1. 서 론

 도시화에 따른 인구밀집과 국민소득의 향상으로 인해 산업시설에서 발생되는 악취로 인한 불쾌감을 호소하는 사례가 증가되고 있다. 특히 국가산업단지와 공단지역 주변에 대규모 아파트 단지가 들어서면서 이들 지역에 대한 악취 민원이 폭발적으로 증가되고 있는 추세이다.

 공업단지에 입지해 있는 다양한 악취배출시설 중 도료와 합성수지 제조시설은 유기용제의 사용량이 많고, 악취를 유발하는 다양한 휘발성유기화합물 (VOCs)이 배출되고 있어 공단지역의 대표적 악취배출시설로 인식되고 있다. 특히 VOCs는 대기 중에서 오존발생을 유발하는 전구물질로써 인체에도 직접적인 유해성이 있는 것으로 알려져 있어 대기 중 배출을 최대한 억제할 필요가 있다.¹⁾ 

 도료는 보호대상 위에 덧칠하여 외부의 충격 등으로부터 보호하는 것이 주 목적으로 이러한 도막을 형성하기 위한 주요 요소에 따라 유성도료, 수성도료, 아크릴수지 도료, 합성수지 도료, 알키드수지 도료, 비닐수지 도료 등으로 분류되고 있다.²⁾

 국내 도료 제조시설에서는 악취방지시설로 활성탄흡착탑이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 도료 제조과정에서는 매우 고농도의 악취가 다량 발생하므로 활성탄흡착탑만으로는 완벽한 제거가 어렵고, 효과적인 처리를 위해서는 활성탄을 자주 교체해야 하지만, 유지관리 비용의 증가로 인해 사업주가 정기적 교체를 기피하고 있다.³⁾  권보연 등⁴⁾이 시화∙반월산업단지 사업장을 대상으로 활성탄의 교체주기를 조사한 결과, 활성탄의 교체주기가 연 2~3회 미만으로 나타났다.

 더욱이 도료 제조 산업은 완성품 생산업체의 하청을 받아 납품하는 업체가 대부분으로 매출 및 자산규모를 고려할 때 전형적인 중소기업들로 이루어져 있다. 또한 도료의 생산은 상위 업체로부터의 주문이 있을 경우에만 이루어지므로 공장 가동률도 시기에 따라 달라진다. 이로 인해 영세한 중소 도료 제조업체들은 악취방지시설 투자를 기피하게 되고, 시설면에서도 매우 열악하기 때문에 악취물질이 지속적으로 배출되어 악취 민원이 빈번히 발생하고 있다. 동시에 공정 중에서 발생한 악취 물질로 인해 작업자가 위해환경에 직접적으로 노출되어 있는 상황에 직면해 있는 것이 현실이다.

 국내의 도료제조 시설의 악취발생과 관련한 연구를 살펴보면, 박주철 등⁵⁾ 이 시화/반월 산업단지의 일부 페인트 제조업의 VOCs 배출특성에 대해 보고하였고, 조덕희 등⁶⁾도 시화/반월 산업단지에 위치한 10개의 도료제조시설을 대상으로, 도료의 종류별로 제조과정 중의 악취물질 종류와 농도특성 등을 보고하고 있다. 다만, 전술한 논문들은 도료 제조시설에서 배출되는 악취물질의 종류와 농도를 중심으로 조사된 사례로써 악취를 저감할 수 있는 방법과 관련된 연구는 국내에서는 현재까지 보고되고 있지 않다.

 본 연구에서는 국내 도료제조 20개 사업장을 대상으로 최종배출구에서 악취측정을 통해 악취배출허용기준 여부 등의 배출 실태를 조사하였고, 악취관리 측면에서 도료제조 시설의 공정별 문제점과 개선 사례 등을 파악하여 향후 도료제조 사업장의 효율적인 악취관리 방안 수립을 위한 정보를 제공함을 목적으로 한다.

2. 연구 방법

2. 1. 조사대상 사업장 및 개요

 본 연구의 조사대상 사업장은 수도권 및 지방 공업단지에 위치한 총 20개 업체를 대상으로 하였다. 지역별로는 수도권에서는 안산 7곳, 인천 4곳으로 모두 악취관리지역에 위치하고 있다. 지방은 김해와 진해 각각 1곳, 양산 2곳, 창녕 1곳, 진천 1곳, 완주 2곳 등 총9개 업체를 대상으로 하였고, 악취관리 이외 지역에 위치하고 있다. 사업장의 생산제품별 분류는 일반도료(유성, 수성) 11곳, 접착제 4곳, 기타 합성수지 5곳이었다.

 악취 측정지점은 공정 배출가스의 최종배출구(굴뚝)에서 실시하였고, 측정항목은 악취방지법에서 정하는 복합악취 희석배수를 대상으로 하였다. 측정결과를 토대로 사업장별 악취배출허용기준의 초과여부, 악취관리지역과 비관리지역의 차이 및 악취방지시설의 종류에 따른 배출 현황 등을 평가하였다. 또한 현장조사를 통해 도료 제조공정의 악취관리 실태와 문제점 등을 진단하였고, 시설개선을 통해 악취 발생을 저감한 사업장의 사례를 조사하였다. Fig. 1은 도료 제조 공정도를 나타낸 것이다.

Fig. 1. The paint manufacturing process.

2. 2. 시료 채취 및 분석방법

 악취 시료 채취는 각 개별 사업장의 생산일정을 확인하고, 정상적인 작업이 유지되는 상태에서 이루어졌다. 시료 채취는 악취방지시설 최종배출구 시료채취구에서 실시하였다. 복합악취 시료는 간접 흡인방식으로 채취하였고, 시료 채취주머니는 차광성 및 시료의 흡착성이 비교적 적은 10 L 알루미늄 코팅백을 사용하였다.

 복합악취 희석배수는 악취방지법에서 정하는 공기희석관능법 시험기준에 따라 5명의 악취판정요원에 의해 분석되었다.⁷⁾  공기희석 배율은 무취공기 제조장치와 활성탄이 채워진 6방 분배기를 통해 제조된 무취공기를 무취 주머니에 담고, 시료를 주입하여 단계별로 희석해 가면서 판정요원들이 관능적으로 평가하였다.

 전체 판정요원의 시료희석 배수 중 최대값과 최소값을 제외한 나머지를 기하 평균하여 판정요원 전체의 희석 배수로 산정하였다.

3. 결과 및 고찰

3. 1. 최종배출구 복합악취 측정결과

 도료제조 사업장 굴뚝에서의 복합악취 희석배수를 살펴보면, 가장 낮은 희석배수를 나타낸 사업장은 A-4 사업장으로 67배였고, 가장 높은 희석배수를 나타낸 사업장은 A-10 사업장으로 300,000배로 나타나, 사업장 별로 편차가 매우 큰 것으로 조사되었다. 사업장에 따라 복합악취 희석배수의 차이가 큰 이유는 생산도료의 종류에 따른 원료의 차이, 유기용제의 사용량, 악취가스의 배출 형태, 악취방지시설의 제거효율 등에 의한 것으로 판단된다.

 악취배출허용기준의 만족여부를 살펴보면 총 20개 사업장 중 10개 사업장이 기준치 이내였고, 나머지 10개 사업장은 초과하는 것으로 나타났다. 이를 지역별로 살펴보면 수도권 (안산, 인천) 악취관리지역의 경우 총 11개 사업장 중 3곳이 기준을 초과한 반면 지방 공업단지에 위치한 사업장은 9개 사업장 중 7곳에서 초과하는 것으로 나타났다. 주목할 점은 지방 공업단지의 경우 수도권 악취관리지역에 비해 배출허용기준이 상대적으로 완화되어 있음에도 불구하고 기준을 초과하는 곳이 많았다. 그 이유로는 수도권의 악취관리지역은 과거부터 악취문제가 사회적 이슈화가 되어 그동안 지자체 공무원의 지속적인 단속과 함께 사업장의 자발적인 노력으로 악취 발생이 상당히 저감된 반면, 지방 공업단지의 경우는 최근 들어 악취문제가 대두되어 아직까지 지자체와 사업주의 악취저감을 위한 노력이 상대적으로 부족했기 때문으로 판단된다. 따라서 지방 공업단지에서의 악취발생을 저감하기 위해서는 사업주의 인식전환과 함께 악취관리지역 지정 등의 지자체의 적극적 의지가 필요할 것으로 판단된다.

 악취방지시설 종류에 따른 복합악취 기준 만족 여부를 살펴보면, 활성탄흡착탑의 경우 사업장별로 차이가 매우 큰 것으로 나타났는데, 그 이유는 악취처리효율이 활성탄의 교체주기와 직접적인 관련이 있기 때문이다. 예를 들어 최종배출구 복합악취가 고농도로 조사된 곳은 활성탄 교체가 지연되어 파과점(Breakthrough point)에 이르러 악취제거 성능이 낮아졌기 때문인 것으로 판단된다. 습식세정탑을 설치한 2개 사업장은 모두 기준을 크게 초과하였는데, 이는 도료제조 과정에서 배출되는 악취물질이 대부분 유기용제 성분으로 물에 용해성이 높지 않아 제거율이 낮았던 것으로 판단된다. 따라서 습식세정탑은 도료제조 사업장의 단일방지시설로의 활용은 부적절할 것으로 판단된다.

 RTO를 설치한 3개 사업장의 복합악취도 기준을 크게 초과하는 것으로 나타났다. 연소방식의 RTO는 비교적 최신 기술로 분류되지만, 적정한 연소조건이 유지되지 못하면 악취물질의 불완전연소에 의해 알데하이드류 등 매우 낮은 농도에서도 냄새를 유발하는 중간생성물이 발생될 수 있다. 따라서 RTO는 완전연소를 위한 최적의 운전조건, 즉 적절한 연소온도, 충분한 연소실 체류시간, 적합한 연소실 혼합구조의 설계가 필요하다. 특히 도료와 합성수지 제조를 위해서는 보통 안료 성분 중 실리카(Si) 성분이 첨가되는데, 이 실리카 성분이 RTO 연소실로 유입되면 고온에서 입자상 이산화규소(SiO₂)로 전환되어 RTO 축열재에 다량 흡착됨으로써 축열성능을 저하시키고, 불완전연소의 원인이 되는 것으로 알려져 있다.⁸⁾  상기 문제점을 해결하기 위해서는 배출가스 중 실리카 성분을 사전에 제거하거나, 압축공기 등을 이용하여 축열재에 흡착된 이산화규소 입자를 정기적으로 제거할 필요가 있다.

 CTO 설비를 적용한 사업장의 경우 복합악취가 모두 배출허용기준을 만족하는 것으로 조사되었다. CTO 방식은 활성탄 등의 흡착제를 이용하여 악취물질을 일정시간 포집∙농축시킨 후 고온의 열풍으로 탈착시켜 촉매산화 장치에 의해 처리하는 방식이다. 따라서 CTO 설비는 도료 제조시설의 효과적인 악취방지시설로 적용이 가능할 것으로 판단된다. 다만, 배출가스 중에 흡착제 피독물질이 함유되어 있으면 흡착제 수명이 짧아지므로 적절한 전처리 설비 구축과 주기적 교체가 필요할 것으로 판단된다.

3. 2. 공정별 악취발생원인 및 개선사례

본 연구에서는 조사대상 사업장을 대상으로 도료제조 공정별 악취 발생원인과 문제점을 파악하였고, 이러한 문제점의 개선 사례를 중심으로 조사하였다. 

3. 2. 1. 원료 반입 및 저장과정

 도료 (합성수지) 및 유기용제 원료는 탱크로리 차량으로 운반하여 원료 탱크에 저장한다. 이때 탱크로리 차량에서 원료를 공기압에 의해 저장탱크로 주입하는 과정에서 고농도의 악취가 통기관 (Vent line)을 통해 배출되어 악취 민원이 유발되는 사례가 종종보고된다.⁹⁾ 이로 인해 일부 사업장은 원료를 특정시간에 반입하는 등의 조치를 취하고 있다. Fig. 2는 이러한 문제점을 개선한 사례를 나타낸 것으로 원료 유입시 통기관의 배출가스를 별도의 배관을 통해 탱크로리 차량에 재유입시켜 회수함으로써 악취가스의 외부 확산을 최소화하는 방법으로 악취 민원이 저감된 사례이다.¹⁰⁾

Fig. 2. An improvement of storage tank for reduction of odor gas diffusion.

3. 2. 2. 원료 배합/혼합공정

 Fig. 3(A)는 도료의 배합/혼합공정을 나타낸 것으로써 전용용기에 도료와 유기용제를 투입한 후 일정시간 교반하는 과정에서 휘발성이 높은 악취가스가 작업장 내부로 확산된 후 개방된 출입구 또는 창문을 통해 배출되어 악취 민원의 직접적 원인이 되고 있다. 대부분의 사업장에서 캐노피 후드를 사용하여 악취를 포집하나, 후드의 부적절한 설계 및 낮은 흡인용량으로 인해 효과적인 포집이 어려운 것으로 조사되었다. Fig. 3(B)는 원료의 배합/분산공정에 설치된 캐노피 후드에 비닐 덮개를 씌우는 간단한 개선으로 악취가스가 작업장 내부로 확산되는 것을 최소화시킨 사례를 나타낸 것이다.

Fig. 3. Installation method of hood for efficient gas collection in a paint mixer.

3. 2. 3. 반응공정

 일반적으로 도료(합성수지)는 원통형의 반응기에 원료와 유기용제를 혼합한 후 일정시간동안 가온시켜 제조한다. 이때 가온과정에서 휘발된 가스는 반응기 후단에 응축기 (또는 콘덴서)를 설치함으로써 휘발되는 가스를 응축∙회수하여 반응기로 재투입하고, 응축기에서 미응축된 잔류가스는 덕트를 통해 악취방지시설로 유입된다. 그러나 많은 사업장에서 배기 덕트를 응축기와 직접 연결시켜 운영하고 있는데, 이 경우 송풍기의 흡인력에 의해 반응기 내부에 음(-)압이 형성되어 원료 및 유기용제가 과도하게 휘발됨으로써 원료의 손실과 악취방지시설의 유입 부하를 증가시키는 문제점이 있다.¹¹⁾ 

 본 연구에서는 상기한 문제점을 해결하기 위해 A-15 사업장을 대상으로 응축기에 직접 연결된 배기 덕트를 분리하여 캐노피(Canopy) 후드 형식으로 변경한 후 배기 덕트에서 악취농도 측정을 실시하였다. 실험 결과 Fig. 4와 같이 배기 덕트를 반응기에서 분리하기 전에는 복합악취 희석배수가 10,000배로 측정되었으나, 배기 덕트를 분리한 이후에는 668배로 크게 저감되는 것으로 나타났다. 이는 송풍기의 흡입력에 의한 원료의 과다 배출이 감소된 결과로 판단되고, 본 사례와 같이 배기 덕트의 접속 방법 개선에 의해 원료의 손실 방지와 배출구에서 악취발생을 저감시키는 효과가 기대된다. Fig. 5는 실제로 배기 덕트를 분리하여 악취를 저감시킨 업체의 사례를 나타낸 것이다.¹²⁾ 

Fig. 4. The variation of odor concentration in the stack when the gas suction duct was connect in the reactor and not.

Fig. 5. An example of the reformed gas emission duct of reactor.

4. 결 론

 본 연구는 국내 도료제조 사업장을 대상으로 최종배출구에서 악취측정을 통해 악취배출허용기준 여부 등 배출 실태를 조사하였고, 도료 제조 공정별 악취관리 문제점과 시설 개선을 통해 악취를 저감한 사례를 조사하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

 1) 20개 조사 사업장 중 50%의 사업장이 악취배출 허용기준을 만족하는 것으로 나타났고, 대부분 악취관리지역에 소재한 사업장으로 나타났다. 이는 악취관리지역 지자체의 지속적인 지도단속과 함께 사업장의 자발적인 노력에 의한 것으로 판단된다. 따라서 향후 악취관리지역 지정의 지속적 확대가 필요할 것으로 판단된다.

 2) 활성탄흡착탑을 설치한 경우 업체별로 배출되는 악취농도에 큰 차이를 나타냈는데, 이는 활성탄의 교체주기와 직접적인 관련이 있다. 습식세정탑의 경우 도료 제조공정에서 배출되는 악취물질이 대부분 난수용성인 특성을 고려할 때 도료제조 시설에 단일방지시설로 적용하는 것은 부적절할 것으로 판단된다. RTO를 설치한 사업장은 모두 복합악취 희석배수가 배출허용기준을 초과하였는데, 이는 부적절한 연소실 운전조건에 의한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 CTO 설비를 적용한 사업장의 경우 복합악취가 모두 배출허용기준을 만족하는 것으로 나타나, 도료 제조시설의 효과적인 악취방지시설로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

 3) 탱크로리 차량에 의한 원료 유입시 통기관의 배출가스를 별도의 배관을 통해 차량에 재유입시키면 악취가스의 외부 확산을 최소화할 수 있다. 원료의 배합/분산공정에 설치된 캐노피 후드에 비닐 덮개를 씌우는 간단한 개선으로도 악취의 포집효율이 향상되고, 반응공정에서 송풍기 압력에 의해 과다하게 배출되는 원료 및 악취가스는 배기 덕트의 접속 방법 개선에 의해 저감이 가능하다.