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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.24 No.3 pp.217-230
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2025.24.3.217

Odor and white smoke reduction in textile tenter emissions through periodic cleaning of a wet electrostatic precipitator system

Hyeok Jin Oh1, Seung Yol Yoo1, Yeal Soon Hwang2, Moon-Soon Im3, Eui-Suk Jung4, Hee-wook Ryu1*
1Department of Chemical Engineering, Soongsil University
2HANDOK ENG CO., LTD.
3Siheung Green Environment Center
4Envors CO., Ltd.
* Corresponding Author: Tel: +82-2-820-0611 E-mail: hwryu@ssu.ac.kr
01/08/2025 15/09/2025 23/09/2025

Abstract


The textile tentering process generates exhaust gases characterized by elevated temperature and humidity, accompanied by complex odors, fine particulate matter, and visible white smoke, all of which frequently contribute to public grievances and environmental concerns. This study evaluated a field-installed, multi-stage emissioncontrol system consisting of a scrubber, a wet electrostatic precipitator (WEFC), and a heat exchanger, with emphasis on the effect of routine plate cleaning over a ht ree-month operation. Real-time monitoring at 5-minute intervals measured temperature, humidity, total volatile organic compounds (TVOCs), particulate matter (PM2.5, PM10, TSP), and odor intensity. Odor activity values (OAVs) and odor contributions (OC) were determined from samples collected according to the Korean Odor Measurement Standard. The emission-control system reduced exhaust temperature from 150°C to below 50°C while maintaining stack outlet temperature differences within 5°C, thereby suppressing visible white smoke. The multistage system achieved mean removal efficiencies of 88.6±5.0% for TVOCs and 96.2±6.5% for PM10, with a gravimetric PM10 removal of 99.4%. Weekly cleaning of the electrostatic plates constrained day-to-day variability in odor and PM levels within ±10%, significantly lowering the frequency of white-smoke episodes. Isovaleraldehyde and acetaldehyde accounted for >90% of total OAVs, indicating the need for supplementary treatment targeting aldehydes. These results provide quantitative evidence to guide maintenance scheduling and emission-control policy for the textile processing industry.


Wet electrostatic precipitator (WEFC) , Textile tenter process , Odor reduction , Visible plume suppression , Multistage emission treatment

습식 전기집진기 시스템의 주기적 세척을 통한 섬유 텐터공정 배출가스의 악취 및 백연 저감

오혁진1, 유승열1, 황열순2, 임문순3, 정의석4, 류희욱1*
1숭실대학교 화학공학과
2(주)한독이엔지
3시흥녹색환경지원센터
4(주)엔버스

초록

    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    섬유산업의 대표적인 열처리 공정인 텐터(Tenter) 공정은 원단의 건조 및 수축 방지를 위해 고온에서 운전되며, 이 과정에서 원단과 첨가제의 열분해 반응을 통해 다양한 휘발성 유기화합물(VOCs)과 악취물질이 배출되며(Paeng et al., 2008;Park et al., 2009;Kim et al., 2018), VOC 조성 및 악취 강도가 온도 변화에 따라 크게 달라질 수 있다(Barthod‑Malat et al., 2023). 특히, 수분과 미세입자를 포함한 고온 배출가스는 백연(visible plume)의 형태로 대기 중에 확산되며, 산업단지 인근 주거지로 유입되어 악취 민원의 주요 원인으로 지적되고 있다(Jang, 2015;Chae et al., 2022;Cho et al., 2023). 텐터공정은 고온, 고습 조건에서 배출가스가 발생하는 공정 특성상 백연과 악취물질이 동시 배출되며, 이는 시각적 불쾌감과 후각적 자극이 복합적으로 작용하여 민원 발생 가능성을 높인다(Lee et al., 2021).

    현재 텐터공정의 배출가스 처리를 위해 활성탄 흡착탑, 백필터, 전기집진기 등 전통적인 방지시설이 사용되고 있으나, 고온·다습한 배출 특성으로 인해 난분해성 VOCs 및 미세입자 제거에는 한계가 있다(Kim et al., 2011;Kim et al., 2012). 특히 전기집진기는 집진판 오염 누적에 따른 효율 저하와 주기적인 세척 및 정지운전이 필요하다는 점에서 현장 적용에 제약이 있다(Hwang et al., 2011;Hansen et al., 2023).

    이러한 한계를 보완하기 위해 습식 전기집진기(Wet Electrostatic Precipitator, WEFC)의 적용이 확대되고 있으며, 고온·고습 환경에서도 안정적인 미세먼지 제거가 가능하고 세척이 용이하다는 점에서 운전 효율성과 유지관리 측면에서 유리한 장점이 있는 것으로 보고되고 있다(Bologa et al., 2009;Kim et al., 2022;Lee and Ryu, 2022).

    한편, 악취물질 평가는 전통적으로 복합악취의 희석배수(Dilution-to-threshold)를 기준으로 수행되어 왔으나, 악취 성분의 자극 강도 및 최소감지농도(Threshold)에 따라 인체가 느끼는 악취 강도는 실제 농도와 일치하지 않을 수 있다. 일부 성분은 극미량으로도 강한 자극을 유발하기 때문에, 개별 물질의 악취활성값(Odor Activity Value, OAV)과 기여도(Odor Contribution, OC)를 기반으로 한 정량적 해석이 필요하다(Wu et al., 2016;Hansen et al., 2021;Chae et al., 2022). 이러한 분석은 주요 악취물질을 선별하고, 표적 저감 전략을 수립하는 데 기초 자료로 활용될 수 있다.

    따라서 텐터공정의 복합 배출 특성을 이해하기 위해서 백연(PM10, TSP 등)과 같은 입자상 지표와 악취지표(OAV, OC)를 함께 정량적으로 분석하고, 처리 공정별 저감 특성과의 관계를 평가하는 것은 효과적인 저감 전략을 수립하는 데 핵심적인 요소이다.

    이에 본 연구는 실제 텐터공정을 대상으로 실시간 센서 모니터링과 현장 시료 채취 후 기기분석을 병행 수행하여, 다단계 처리 시스템에서 주기적인 전기집진판 세척이 배출 안정성에 미치는 영향을 장기간 현장 수준에서 정량적으로 평가하였다. 본 연구의 목적은 복합 악취, TVOCs, 백연(PM2.5, PM10, TSP)의 배출 특성을 정량적으로 규명하고, 스크러버-WEFC-열교환기로 구성된 다단계 처리 시스템의 주기적인 전기집진판의 세척에 따른 성능 안정성을 평가하며, 주요 악취물질의 OAV 및 OC 분석을 통해 주요 물질의 제거 경향과 한계점을 도출하는데 있다. 이를 통해 텐터공정에 최적화된 배출가스 관리 전략 수립을 위한 기초 근거를 제공하고자 한다.

    2. 연구 방법

    2.1 섬유 텐터공정의 악취 및 백연 저감을 위한 배 출가스 처리 시스템

    본 연구에 사용된 배출가스 처리 시스템은 텐터 공정에서 발생하는 고온의 유증기 및 분진을 효과적으로 제어하기 위해 설계되었으며, 처리 용량은 600 m3·min–1 이다. 핵심 장치인 습식 전기집진기(Wet Electrostatic Fume Collector, WEFC)는 자동 세척 기능을 갖춘 전기 집진판을 포함하고 있으며, Fig. 1은 현장에 설치된 시스템의 전경과 각 장치 및 측정 지점을 나타낸 모식도를 제시한다.

    전체 시스템은 네 가지 주요 처리 단계로 구성된다. 먼저, 약 150°C의 고온 배출가스는 일반 물을 이용한 스크러버를 통해 냉각되며, 1차적으로 유증기와 분진이 제거된다. 이후 스크러버를 통과한 가스는 WEFC를 지나면서 정전기 원리를 이용해 잔류 오염물질을 제거한다. WEFC 처리 후에는 열교환기(Heat Exchanger, H/ E)를 통해 외기를 활용한 냉각 및 응축이 이루어져 수분이 제거되고, 백연 발생이 억제된다. 마지막으로, 처리된 가스는 외기와 혼합되어 굴뚝을 통해 대기 중으로 배출된다.

    각 장치의 주요 설계 치수는 다음과 같다: 스크러버 Ø2700 × H6500 mm, WEFC W3600 × L6480 × H2840 mm, 열교환기 W3890 × L1510 × H4980 mm. 시스템은 제어판을 통해 운전되며, 웹 기반 실시간 모니터링 시스템을 통해 운전 상태 및 오염물질 저감 효율을 확인할 수 있다. 실시간 모니터링 시스템은 온도, 습도, 복합악취, 총 휘발성유기화합물(TVOCs), 입자상 물질 농도, 전력 소비량, WEFC 운전 상태 등의 데이터를 수집·기록한다. 실시간 모니터링 센서의 자세한 제원 및 작동원리는 선행연구에서 자세히 기술하였다(Jung et al., 2025).

    오염물질 및 온·습도 측정을 위한 센서는 시스템의 주요 지점에 설치되었다(Fig. 1b). 오염물질은 텐터공정 유입구(P1), 스크러버 후단(P2), WEFC 및 열교환기 처리 후 굴뚝 유입부(P3)에서 모니터링되었으며, 온도 센서는 공정 유입부 T1, 스크러버 전·후단 T2~T3, WEFC 상·하류 T4~T5, 굴뚝 유입·배출 T6~T7, 총 7 지점에 설치하고 5분 간격으로 로깅하였다. 상대습도 센서는 백연 형성에 영향을 주는 열교환기 이후 구간(T4~T7)에 설치되었다.

    해당 시스템은 2023년 12월에 설치되어 가동되었으며, 본 연구 기간인 2025년 3월부터 5월까지는 텐터공정이 운영되지 않는 매주 일요일에 자동 세척 기능을 통해 집진판을 세척하도록 설정하였다. 이 기간 동안 실시간 모니터링 시스템을 통해 지속적으로 데이터를 수집하였으며, 추가로 총 4회에 걸쳐 P1~P3 지점에서 시료를 채취하여 ⸢악취공정시험기준⸥에 따라 오염물질 농도를 분석하였다.

    2.2 가스상 오염물질의 측정 항목 및 방법

    2.2.1 복합악취

    복합악취는 유입구(P1), 스크러버 후단(P2), 최종 배출구(P3)에서 실시간 모니터링 시스템과 ⸢악취공정시험기준⸥(국립환경과학원 고시)에 따라 공기희석관능법(ES09301.d)으로 측정하였다(NIER, 2024). 실시간 악취 측정은 실시간 모니터링 시스템(Envors Co., Ltd., Korea)을 활용하여 5분 간격으로 수행되었으며, 시간에 따른 악취 농도를 정량적으로 분석하였다. 실시간 모니터링 시스템에 장착된 악취 센서는 반도체식 센서(Metal oxide sensor, MOS)이며, 선행연구에서 사용한 동일한 모니터링 시스템을 사용하였다(Jung et al., 2025). 측정 결과는 공정 가동 조건과 연계하여 악취 발생 특성 분석에 활용되었다.

    2.2.2 휘발성유기화합물(VOCs) 및 알데하이드류 의 측정 및 분석 방법

    섬유 텐터 공정에서는 고온 조건에서 유연제 성분이 증발하면서 주로 VOCs 계열의 악취물질이 배출된다. 이에 따라 환경부 지정 악취 유발물질 중 텐터 공정과 관련성이 높은 13종의 VOCs 및 알데하이드류를 선정하여 분석하였다(ME, 2023). VOCs 및 알데하이드류는 ⸢악취공정시험기준⸥(국립환경과학원 고시)에 따라, 각각 휘발성유기화합물-저온농축-기체크로마토그래피법(ES 09307.b)과 알데하이드-DNPH 카트리지-액체크로마토그래피법(ES 09305.1c)을 이용하여 분석하였다(NIER, 2024). VOCs 분석에 사용된 기기 및 조건은 Table 1에 요약하였다.

    가스상 시료는 간접흡입상자를 통해 폴리에스터 알루미늄 백(10 L)에 포집한 후, TenaxTA가 충진된 고체흡착관과 미니펌프(시바타, Japan)를 이용하여 분당 100 mL로 총 500 mL를 채취하였다. 채취된 시료는 저온 농축 열탈착기 및 GC/MS를 통해 분석하였다. 분석에는 벤젠, 에틸벤젠, 환경부 지정 악취물질 7종(MEK, MIBK, n-butylacetate, iso-butylalcohol, toluene, styrene, xylene (o-, m-, p-))이 포함된 10 ppmv 농도의 가스상표준물질(한국표준과학연구원, KRISS, Korea)를 이용하여 검정곡선 작성에 사용하였다.

    알데하이드류는 자외선 검출기(UV Detector)가 장착된 HPLC 시스템(Ultimate 3000, Dionex, USA)을 이용하여 분석하였다. 분석 조건(칼럼 규격, 이동상 조성, 유속, 검출 파장 등)은 Table 2에 정리하였다. 시료는 KI 결정이 충진된 오존 스크러버와 2,4-DNPH 카트리지(Waters, USA)를 연결하여 분당 1 L 유량으로 총 3 L를 채취하였으며, 알루미늄 포일로 포장 후 비닐봉지에 이중 밀봉하여 저온(10°C 이하), 차광 상태로 운반하였다. 추출 전까지는 냉장(4°C 이하) 조건에서 보관하였으며, Acetonitrile을 용매로 사용하여 성분을 추출하였다.

    실시간 TVOCs 농도 측정은 실시간 모니터링 시스템(Envors Co., Ltd., Korea)을 활용하여 5분 간격으로 수행되었으며, 시간에 따른 VOC 농도 변동을 정량적으로 분석하였다. 실시간 모니터링 시스템에 장착된 VOC 센서는 광이온화 검출 방식 센서(photoionization detector sensor, PID)이며, 선행연구에서 사용한 동일한 모니터링 시스템을 사용하였다(Jung et al., 2025). 본 연구에서 부하(load)는 실시간 모니터링 시스템으로 측정한 TVOCs의 농도(ppm)기반 질량유량(오염부하)으로 정의하였다. 유량은 600 CMM (= 10 m3·s–1)을 사용하였으며, TVOCs 농도는 isobutylene으로 등가(25°C, 1 atm 기준 1 ppm ≈ 2.29 mg·m–3)로 환산하여 사용하였다.

    2.2.3 악취 활성수치 및 기여도 평가

    악취는 인간의 후각을 통해 인지되므로, 단순한 농도 측정만으로는 악취 강도를 정량적으로 평가하기 어렵다. 동일한 농도일지라도 각 물질의 최소감지농도(odor threshold value, OTV)에 따라 감지 강도가 달라질 수 있으며, 고농도 물질이 반드시 강한 악취로 인식되는 것은 아니다.

    이에 따라 본 연구에서는 각 악취물질의 실측 농도를 해당 물질의 OTV로 나눈 악취활성수치(Odor Activity Value, OAV)를 활용하여 악취 강도를 평가하였다. OAV는 물질이 인간의 후각에 미치는 상대적 영향력을 정량화한 지표로, 값이 클수록 강한 악취로 인지될 가능성이 높다. 특정 지점에서의 OAV 총합(Sum of Odor Activity Values, SOAV)은 해당 지점의 총 악취 강도를 나타내며, 개별 물질이 SOAV에 기여하는 비율은 상대적 악취 기여도(Odor Contribution, OC) 산정에 활용된다.

    본 연구에서는 텐터 공정에서 채취한 배출가스를 대상으로 악취물질의 특성을 평가하기 위해 식(1)~(3)을 적용하여 OAV, SOAV 및 OC를 산출하였다.

    OAV =  Odor concentration i  (ppb) OTV i  (ppb)
    (1)

    SOAV =  ∑ i = 1 n Odor concentration i  (ppb) OTV i  (ppb)
    (2)

    OC i  =  OAV i SOAV
    (3)

    2.3 백연과 미세먼지의 측정

    백연은 고온다습한 배출가스가 외기와 혼합되며 생성되는 수증기를 의미하며, 미세먼지는 입자상의 오염물질을 의미한다. 백연은 상대습도를 중심으로 측정하였고, 미세먼지는 지름 2.5 μm 미만의 미세입자(PM2.5), 지름 10 μm 미만의 미세입자(PM10), 그리고 총 부유 분진(Total suspended particulates, TSP)으로 구분하여 실시간 모니터링 시스템(Envors Co., Ltd., Korea)을 통해 측정하였다. 실시간 모니터링 시스템에 장착된 미세먼지 센서는 광학식 미세먼지 센서(optical particulate matter sensor)이며, 자세한 측정 원리는 선행연구에 기술되어 있다(Jung et al., 2025).결과는 μg·m–3 단위로 정량화 하였다.

    측정은 동일한 시간대에 시스템 유입구(P1), 스크러버 후단(P2), 그리고 WEFC 및 열교환기를 통과한 최종 배출 지점(P3)에서 이루어졌다. 실시간 모니터링 데이터는 전체 연구 기간 동안 시간대별 상대습도와 입자상 물질 농도 변화를 분석하는 데 활용되었으며, 이를 통해 텐터 공정의 운영 조건에 따른 백연과 미세먼지 배출 특성의 변화를 정량적으로 파악하였다.

    특히 공정의 실제 저감 효과를 분석하기 위해, 공정 가동일(월요일~금요일)의 가동 시간대를 기준으로 평균 농도 및 제거 효율을 산정하였다. 이를 바탕으로 각 장치의 처리 전후 성능을 평가하고, 전체 농도 추이와 비교함으로써 백연과 미세먼지 저감 효과의 시계열적 차이를 분리, 분석하였다.

    추가적으로, ⸢대기오염공정시험법⸥(NIER, 2022)에 따라 중량농도법(gravimetric method)을 적용하여 PM10 및 TSP에 대한 입출구 시료 분석을 병행하였다. PM10 은 시스템 유입구와 배출구에서, TSP는 배출구에서 각각 필터를 이용해 시료를 채취한 후 중량 분석을 통해 정량하였다. 이 결과는 실시간 모니터링 데이터와 비교하여 측정의 신뢰성을 확보하고, 장치별 저감 효과를 보완적으로 평가하는 데 활용되었다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 저감 시스템의 온·습도 거동 특성

    배출가스가 외기와 혼합되어 포화상태에 도달하면 수분의 응축과 입자 성장으로 백연이 형성되므로 온도, 상대습도, 이슬점 도달 여부에 대한 병행해석이 필요하고(Tyagi et al., 2012;Li and Flynn, 2021), 헨리의 법칙에 따라 스크러버 세정액의 온도가 낮을수록 악취와 VOCs의 용해 효과가 증가한다(Sander, 2023). 따라서 공정온도 제어는 악취 저감에 핵심 변수 중 하나이다.

    텐터 배출가스는 P1(Inlet) 유입 시 130~160°C의 고온을 나타냈다(Fig. 2a). 주중 텐터 공정 가동 시간에는 온도(T1)가 반복적으로 상승과 하강을 보였으며, 주말 세척 기간(▼ 표시)에는 40°C 이하로 떨어져 가동 여부가 명확히 구분되었다.

    스크러버(P2)에서는 배기가스가 50°C 이하로 급랭 되었고, WEFC 내부 온도(T3)는 45~55°C 범위로 유지되어 후단 공정의 열부하가 안정적으로 제어됨을 확인하였다. 열교환기 전후의 외기 온도(T4, T5)는 모두 5~25°C 범위를 유지하였으며, T5는 외기 기온과 유사한 패턴을 보여 열교환기의 냉각 성능이 외기 조건에 크게 영향을 받음을 시사한다(Fig. 2b). 최종 배출부(T6, T7)에서도 온도는 35~45°C로 수렴하였고, 굴뚝 전후 온도 차는 5°C 미만으로 나타나 열교환기만으로도 백연 억제를 위한 온도 안정화가 충분히 달성되었음을 보여준다(Fig. 2c).

    상대습도(RH)는 Fig. 3에 요약되어 있으며, 열교환기 이후 구간(T4~T7)에서는 50~100% 범위에서 짧은 시간 간격의 급등락이 반복되었다(Fig. 3a, b). 이는 외기 조건의 온도 및 습도 변화 외에도 수분 응축 및 재기화, 센서 응답 지연 등이 복합적으로 작용한 결과로 해석된다. 특히 WEFC 세척 직후와 조업 전환 구간에서 Poststack의 RH가 90~100%까지 증가하였다가 수 분 내 급락하는 스파이크가 반복된다. 이 패턴은 대기 상태 변화라기보다 센서 표면의 국소 결로, 미스트 부착으로 인한 일시적 과대표시와 복원 지연의 전형적 양상으로 판단된다(Farahani et al., 2014;Li and Flynn, 2021;Gandhi et al., 2024). 이는 백연, 응축을 판별하는데 RH 단독 사용의 한계점을 나타낸다.

    요약하면, 온도는 장치별 열관리 효과와 공정 가동 상태를 명확히 구분할 수 있는 유효 지표인 반면, RH는 외기 영향과 센서 간섭이 커서 보조 지표로 활용하는 것이 적절하다. 이에 따라 본 연구에서는 백연 형성 해석 시 PM 농도와 시각 관측 결과를 주요 판단 기준으로 사용하였다.

    3.2 장기 연속 모니터링을 통한 텐터공정의 오염 물질 저감 특성

    3.2.1 복합악취 및 TVOCs 배출 특성

    3개월간 수집한 실시간 데이터를 분석한 결과, 텐터 공정의 원가스(P1)는 평균 76.6±118.3 OU의 복합악취 농도를 보였으며, 조업 부하가 집중되는 오전 시간대에는 최대 1,600 OU까지 급등하는 피크가 반복적으로 나타났다(Fig. 4).

    스크러버를 통과한 가스(P2)는 평균 72.6±105.2 OU로 수치상 큰 차이를 보이지 않았고, 간헐적으로 P1보다 높은 농도를 기록하기도 했다. 이는 순환 세정액이 고온 배출가스와 접촉하면서 수분이 증발하고, 액상에 녹아 있던 악취물질이 기화되어 농도가 역전되는 현상으로 해석된다. 반면, WEFC와 열교환기를 거친 최종 배출부(P3)에서는 악취 농도가 평균 13.5±31.8 OU로 감소하여, 후단 공정이 탈취 안정성 확보에 결정적인 역할을 하는 것으로 나타났다.

    TVOCs 농도도 유사한 경향을 보였다. 텐터 공정에서 배출된 최초 유입가스(P1)는 평균 0.603±0.681 ppm 였으며, 순간적인 피크 발생으로 인해 농도 변동 폭이 크게 나타났다. 텐터 공정에서 배출된 가스는 스크러버를 거치며 0.154±0.154 ppm으로 저감되었고, WEFC 와 열교환기를 거친 후에는 0.143±0.157 ppm으로 추가 저감되었다. 공정 가동 기준 스크러버 단독 제거율은 80.1±10.2%, 전체 시스템(P1 → P3) 제거율은 88.6±5.0%로 약 8%p 향상되었으며, 일정한 제거 성능을 보였다. 이는 난분해성 TVOCs가 WEFC의 전기응집 및 열교환기의 응축 효과로 안정적으로 제거된 결과로 판단된다.

    Isobutylene으로 등가(25°C, 1 atm 기준 1 ppm ≒ 2.29 μg·m–3)로 환산한 평균 TVOCs 부하는 약 49.7 g·hr–1 (P1) → 12.6 g·hr–1 (P2) → 11.9 g·hr–1 (P3)로 단계별 감소하였다. 그러나 같은 구간의 OU는 약 77 OU (P1) → 73 OU (P2) → 14 OU (P3)로 평균 차이가 미미했고(간헐적 역전 포함), P3에서야 안정적으로 낮아졌다. 즉, 스크러버에서 질량 부하는 크게 줄지만 악취 강도는 상반된 양상이 관찰되었다.

    이 상반된 패턴은 부하(질량기반)와 악취 강도 지표 간의 상관성이 낮음을 의미한다. 물만 사용하는 스크러버는 다성분 TVOCs의 부하 저감에는 효과적이지만, 낮은 역치의 주요 악취 성분에는 제거 한계 및 재기화 가능성이 있어 악취 강도가 크게 줄지 않을 수 있다. 반면 WEFC + 열교환기는 미스트, 응축분 제거와 냉각을 통해 악취 강도를 안정적으로 저감시킨다. 따라서 본 시스템의 의미는 부하 감축(스크러버)과 체감악취 안정화(후단)가 역할분담으로 나타난다는 데 있으며, 향후 주요 악취물질 표적 후단 저감(산화/흡착)을 병행하면 악취 강도 개선 여지가 크다.

    3.2.2 미세먼지(PM2.5, PM10, TSP) 배출 특성과 처리 성능

    미세먼지 농도를 3개월간 연속 측정한 데이터(Fig. 5) 분석 결과, 텐터 공정 유입가스(P1)에서는 간헐적인 고농도 피크가 반복적으로 나타났다. 이는 텐터 공정의 불연속적인 운전과 부하 변동에 따라 배출량이 변화하기 때문으로 해석된다. 평균 농도는 PM2.5 34.4±133.0 μg·m–3, PM10 34.8±139.1 μg·m–3, TSP 46.4±182.7 μg·m–3로, 세 지표 모두 큰 변동 폭을 보였다.

    스크러버(P2)를 통과한 직후에는 PM 농도가 오히려 상승하는 구간이 빈번하게 관측되었다(PM2.5 64.8±183.6 μg·m–3, PM10 65.2±185.6 μg·m–3, TSP 65.2±185.6 μg·m–3). 저에너지 스프레이 및 팩드타워가 3 mm 미만 입자에 대해 낮은 제거효율을 보이는 것은 잘 알려져 있다(EPA U.S, 2002). 이는 PM 제거효율의 한계를 설명할 수 있지만 ‘농도 증가’를 설명하는데 한계가 있다. P2에서의 PM 농도 상승은 증기, 미스트(액적) 동반배출로 광학 센서가 액적을 입자로 계수한 결과로 해석된다. 고습, 응축 환경에서 광학 및 레이저 기반 PM 센서가 농도를 과대 측정하는 현상은 선행 연구에서도 보고된 바 있다(Kim et al., 2023a).

    WEFC와 열교환기를 추가로 거친 최종 배출부(P3)에서는 모든 지표가 대폭 저감되었다(PM2.5 12.9±41.7 μg·m–3, PM10 8.2±29.7 μg·m–3, TSP 10.0±30.1 μg·m–3). 공정 가동 기준, 스크러버 단독 제거율은 PM10 기준 77.0±12.8%였으며, WEFC와 열교환기를 포함한 전체 시스템의 제거율은 96.2±6.5%로 19%p 향상되었고, 일정한 저감 성능을 보였다. PM2.5와 TSP 역시 공정 가동 기준 전체 시스템 기준 평균 제거율이 각각 94.9±7.8%, 94.9±7.4%로 확인되었다.

    실시간 센서 결과의 신뢰성을 검증하기 위해 중량농도법으로 PM10을 분석한 결과, 유입구는 52.6 mg·Sm–3, 배출구는 0.3 mg·Sm–3로, 99.4%의 제거 효율이 산출되었다. 이는 광산란 센서의 PM10 값(약 35 μg·m–3 (P1) → 65 μg·m–3 (P2) → 8 μg·m–3 (P3))과 대비되는 결과이다. 고습 구간에서 고체 입자(핵) 표면에 수분이 흡습, 응축되어 입경과 산란계수가 증가하고, 스크러버 후단에서 액적의 동반배출(드리프트)이 발생하면서 광학적 과대계수가 나타난 것으로 해석할 수 있으며, 상대습도 상승 시 에어로졸의 광산란이 증폭되는 선행 연구와 일치한다(Titos et al., 2016). 동일 구간(P2)에서 PM10 (65.2±185.6 μg·m–3)과 TSP (65.2±185.6 μg·m–3)가 유사한 양상으로 동시 증가한 사실도 흡습, 응축에 따른 입경 성장 및 액적 계수에 의한 신호 확대와 일치한다. 반면 중량농도법은 필터를 건조(항량)하여 수분 성분을 제거한 후 질량을 계수하므로, 동일상황에서도 더 낮은 값을 보일 수 있다. 추가적인 중량농도법을 통한 결과는 다단계 시스템이 실제로도 고효율로 입자상 오염물질을 제거하고 있음을 입증한다.

    요약하면, 스크러버는 온도·습도 조절에 기여하지만, 미세 수분입자 생성으로 인해 실시간 PM 농도가 과대 계측될 위험이 있다. 반면 주기적으로 전기 집진판을 세정하는 WEFC와 열교환기는 수분과 입자를 동시에 제거하여 PM2.5부터 TSP까지 약 95% 수준의 안정적인 저감 효과를 달성하였다. 따라서 텐터 배출가스의 입자상 오염 제어에는 다단계(스크러버 + WEFC + 열교환기) 공정이 필수적이며, 광학 센서는 고습 조건에서는 부정확할 수 있으나, 전체 시스템의 저감 성능 모니터링에는 유용하게 활용될 수 있다.

    3.2.3 공정 가동/비가동에 따른 오염물질 거동

    장기 모니터링 결과(Fig. 6)는 텐터 공정의 가동 여부가 배출 농도 변동의 핵심 인자임을 명확히 보여준다. 공정이 가동되는 날에는 오전 9시경부터 P1 (Inlet)의 복합악취가 급격히 상승하여 최대 1,600 OU에 도달한 뒤, P2 (Post Scrubber)와 P3 (Outlet)를 거치며 점진적으로 감소하였다. WEFC와 열교환기가 가동 중일 경우 P3 농도는 대부분 20 OU 이하로 안정화되었으며, 비가 동일에는 모든 지점에서 검출한계 수준으로 수렴하였다(Fig. 6a).

    TVOC 역시 유사한 패턴을 보였다. 가동일 P1에서는 1 ppm 이상의 피크가 반복적으로 관측되었으나, 스크러버를 통과한 직후 급감하고 P3에서는 사실상 0 ppm 수준을 유지하였다(Fig. 6b). TSP는 스크러버 직후 일시적으로 농도가 상승했으나, 이는 앞서 논의한 미세 수분입자에 의한 광산란센서의 과대 계측으로 해석된다. WEFC와 열교환기를 거친 P3에서는 10 μg·m–3 이하로 감소하여 비가동일과 유사한 수준을 나타냈다(Fig. 6c).

    결론적으로, 텐터 공정은 가동 시에만 고농도 오염물질이 집중적으로 배출되며, 다단계 처리 시스템이 정상 작동할 경우 최종 배출 농도는 비가동일과 큰 차이를 보이지 않는다. 이는 실시간 모니터링 데이터가 공정 운전과 직접적으로 연동됨을 의미하며, 조업 스케줄 기반의 운전 최적화가 배출 관리의 핵심 전략임을 시사한다.

    3.2.4 요일별 배출 변동성과 다단계 시스템의 안 정성

    요일별 분석(Fig. 7, 8)을 통해 조업 스케줄과 유지관리 주기가 배출 농도에 미치는 영향을 확인하였다. P1 복합악취는 청소 주기 직후인 주초(월요일)와 주중 작업으로 인해 집진판에 이물질이 쌓인 주말 직전(금요일)에 상대적으로 높았으며(평균 90~120 OU), TVOC도 0.70~0.95 ppm 범위에서 유사한 패턴을 보였다. 이는 단순한 요일 효과라기보다, 주말 정지 및 세척 이후 초기 가동 시의 축적 오염 부하 방출과, 주중 연속 가동으로 인한 집진판 오염물 축적을 반영하는 현상으로 해석된다.

    스크러버 통과 후 일부 요일에 일시적 농도 증가가 관찰되었으나, 이는 순환액의 재기화 현상과 일치한다. 반면 WEFC와 열교환기를 거친 P3에서는 요일과 무관하게 복합악취 20 OU, TVOC 0.18 ppm 이하로 유지되어, 처리 공정이 주간 공정 처리량에 상관없이 효과적으로 흡수하고 있음을 확인하였다.

    PM 지표(Fig. 8) 역시 P1에서 큰 변동폭을 보였다(PM2.5 22~70 μg·m–3, PM10 22~73 μg·m–3, TSP 26~96 μg·m–3). 스크러버 직후에는 고습 간섭으로 인해 과대 계측되는 사례가 있었지만, 최종 배출 농도는 모든 요일에서 20 μg·m–3 이하로 수렴하였다.

    요약하면, 텐터 공정의 배출 특성은 요일 및 가동 패턴에 따라 최대 30%까지 변화하지만, 스크러버-WEFC-열교환기로 구성된 다단계 시스템은 이러한 부하 변동을 안정적으로 완충하였다. 따라서 요일 분석은 공정 스케줄에 따른 부하 주기를 간접적으로 보여주며, 주기적 세척 관리가 성능 저하를 예방하고 규제 준수를 유지하는 핵심 요건임을 재확인하였다.

    3.3 악취 공정시험법으로 측정한 악취 배출 특성

    두 차례에 걸쳐 실시한 공정시험법 기반 현장 샘플링 결과(Table 3, 4)는 텐터 배출가스의 악취 농도와 성분 구성이 공정 조건에 따라 크게 변동함을 보여준다. 공정 유입구(P1)의 복합악취는 1차 조사에서 208 OU, 2차 조사에서 650 OU로 3배 이상 차이를 보였으며, 이는 텐터 공정의 온도, 배출 부하 등 운전 조건의 영향을 반영한 결과로 해석된다. 최종 배출부(P3)의 복합악취는 각각 19 OU(1차), 300 OU(2차)로 나타나, 습식 전기집진기(WEFC)의 악취 저감 효과가 공정시험법을 통해서도 확인되었다.

    개별 악취물질 분석 결과, iso-valeraldehyde와 acetaldehyde가 텐터 악취의 주요 성분으로 확인되었다. 1차 조사에서는 iso-valeraldehyde가 P1에서 359±38 ppb로 검출되었으며, 스크러버와 WEFC를 거친 후에도 300 ppb 이상 잔류하였다. 이 물질의 OAV는 1,795±191로, 총 악취활성값(SOAV)의 93% 이상을 차지하였다. 이는 스크러버 및 전기집진기 단계만으로는 알데하이드류의 제거가 거의 이루어지지 않음을 의미한다. 반면 2차 조사에서는 iso-valeraldehyde가 불검출(B.D.L)로 전환되고, acetaldehyde가 173~222 ppb 범위로 검출되어, 알데하이드류 농도가 원단 및 가공제 조성에 따라 급격히 변화함을 보여주었다.

    OAV 및 OC 분석을 통한 상대 기여도에서도 이러한 경향은 더욱 뚜렷하게 나타났다. 1차 시료에서는 isovaleraldehyde가, 2차 시료에서는 acetaldehyde가 각각 SOAV의 80~95%를 차지하며 지배적인 기여를 보였다. propionaldehyde는 두 차례 모두 10~18% 수준의 보조 기여를 나타냈으며, 이는 낮은 농도에도 불구하고 감지 역치가 낮은 알데하이드류가 체감 악취에 미치는 영향이 크다는 점을 시사한다.

    SOAV 자체는 1차 조사에서 P1 1,921 → P3 1,584, 2차 조사에서 P1 103 → P3 84로 감소하였으나, 희석배수(D/T) 지표 대비 상대적 감소 폭은 작아 알데하이드류의 잔존이 체감 악취를 지속시키는 주요 요인임을 확인할 수 있었다.

    결론적으로, 텐터 배출 악취는 시간, 원단 조성, 가공제 종류에 따라 성분이 급변하며, 특히 알데하이드류가 체감 악취를 대부분 차지하는 것으로 관찰되었다. 물만 사용한 스크러버와 WEFC 시스템에서 알데하이드류 저감이 제한적으로 나타난 경향은, 가스 흡수가 물 용해도와 액상 반응성에 크게 좌우되고 화학반응이 수반되지 않는 물 흡수만으로는 VOC 제거가 비효율적이라는 기존 보고와 일치한다(Tokumura et al., 2016;EPA U.S, 2021;Idris et al., 2022;Kim et al., 2023b). 따라서 알데하이드류에 특화된 고도 산화, 광촉매, 선택 흡착 등의 후단 공정과의 복합처리가 필요하다.

    4. 결 론

    본 연구는 섬유 텐터 공정에서 발생하는 고온·고습·고변동 특성의 배출가스를 효과적으로 제어하기 위해, 스크러버-습식 전기집진기(WEFC)-열교환기로 구성된 다단계 처리 시스템을 현장에 적용하고, 3개월간의 실시간 센서 모니터링 및 공정시험법 기반 시료 분석을 통해 성능을 정량적으로 평가하였다. 그 결과, 배출가스 온도는 130~160°C에서 50°C 이하로 안정적으로 저감되었으며, 굴뚝 전·후 온도차가 5°C 미만으로 유지되어 백연 발생이 효과적으로 억제되었다. TVOC는 평균 88.6±5.0%, PM10은 96.2±6.5%의 제거율을 보였고, 중량농도법 기준 PM10 제거율은 99.4%로 확인되었다. 집진판 청소를 위해 주말 동안 가동이 정지된 이후, 월요일에는 공정량이 일시적으로 증가한다. 또한, 주중 지속적인 가동으로 인해 청소 주기 직전(금요일)에는 집진판 효율이 저하될 가능성이 있다. 요일별 분석 결과, 월요일과 금요일의 고부하 구간을 포함한 요일별 분석에서도 최종 배출 농도는 규제 기준 이하로 안정적으로 유지되었다. 따라서 정기적인 세척 관리가 집진판의 효율 저하를 효과적으로 억제하여, 주중 연속 가동 및 고부하 구간에서도 규제 기준 이하의 안정적인 배출 농도를 유지할 수 있음을 확인하였다.

    스크러버는 온도·습도 조절 및 거대 입자 제거에 기여하였으나, 미세 수분입자 생성으로 인해 실시간 PM 농도가 과대 계측될 가능성이 있었다. 반면, 주기적으로 세정된 WEFC와 열교환기는 수분과 입자를 동시에 제거하여 PM2.5부터 TSP까지 약 95% 수준의 안정적인 저감 효과를 달성하였다.

    악취 성분 분석 결과, iso-valeraldehyde와 acetaldehyde가 전체 악취활성값(OAV)의 80~95%를 차지하는 주요 악취물질로 확인되었으며, 기존 공정만으로는 충분한 제거가 어려웠다. 이는 해당 물질들의 높은 휘발성과 수용성으로 인해 재기화 및 잔류가 발생하기 때문으로, 광촉매, 고도산화, 선택적 흡착 등 특화된 후단 공정의 병합이 요구된다. 본 연구는 다단계 처리 시스템과 정기적인 유지관리, 그리고 대상 물질에 특화된 보완 공정의 통합이 섬유 텐터 공정의 입자상 및 악취 배출 제어에 효과적인 전략임을 정량적으로 입증하였다.

    감사의 글

    This work was supported by Korea Environment Industry & Technology Institute (KEITI) through R&D Project for Intelligent Optimum Reduction and Management of Industrial Fine Dust Program (or Project), funded by Korea Ministry of Environment (MOE) (2022003580001).

    <저자정보>

    오혁진(박사과정), 유승열(박사), 황열순(대표이사), 임문순(박사), 정의석(박사), 류희욱(교수)

    Figure

    JOIE-24-3-217_F1.jpg

    Photographic image and schematic illustration of the exhaust treatment system and monitoring setup. (a) Installed exhaust gas treatment system at the textile tentering facility. (b) Schematic diagram of the treatment process and the measurement locations. Odor, total volatile organic compounds (TVOCs), and particulate matter(PM) were monitored at three points: P1 (Inlet), P2 (Post-Scrubber), and P3 (Post-WEFC & H/E (Heat exchanger), Outlet). Grab sampling was conducted for complex odor (P1~P3), odorous chemicals (P1~P3), and particulate matter (P1, P3). Temperature and relative humidity were measured at eight points (T1~T7) along the system: T1 (Inlet), T2 (Post- Scrubber), T3 (Within the WEFC (wet electrostatic fume collector)), T4 and T5 (Cooling air before and after the heat exchanger, H/E), and T6 and T7 (Pre- and Post-Stack). Note that relative humidity was measured only at T4~T7.

    JOIE-24-3-217_F2.jpg

    Temperature trends measured at each internal location of the exhaust treatment system. (a) Inlet, Post-Scrubber and within the WEFC, (b) Pre-H/E(Heat exchanger) and Post-H/E (ambient cooling air), (c) Pre- Stack and Post-Stack.

    JOIE-24-3-217_F3.jpg

    Relative humidity (RH) trends measured at the downstream sections of the exhaust treatment system. (a) Pre-H/E (Heat exchanger) and Post-H/E (ambient cooling air), (b) Pre-Stack and Post-Stack.

    JOIE-24-3-217_F4.jpg

    Concentration trends and removal efficiency of complex odor and total volatile organic compounds (TVOCs) measured at each monitoring location. (a, b) Complex odor and TVOCs concentration trends over the full monitoring period and (c) Removal efficiency of TVOCs trends over the operating period.

    JOIE-24-3-217_F5.jpg

    Concentration trends and removal efficiency of particulate matter (PM) measured at each monitoring location. (a~c) Concentration trends over the full monitoring period and (d~f) Removal efficiency of PM trends over the operating period.

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    Concentration trends of complex odor, total volatile organic compounds (TVOCs), and total suspended particles (TSP) on operating and nonoperating days. (a) Complex odor, (b) TVOCs, and (c) TSP.

    JOIE-24-3-217_F7.jpg

    Average concentrations of complex odor and total volatile organic compounds (TVOCs) by weekday during the monitoring period. (a) Complex odor, (b) TVOCs.

    JOIE-24-3-217_F8.jpg

    Average concentrations of particulate matter (PM) by weekday during the monitoring period. (a) PM2.5, (b) PM10, (c) total suspended particulates (TSP).

    Table

    Summary of the analytical instruments and operating conditions applied for the measurement and analysis of volatile organic compounds (VOCs)

    Summary of the analytical instruments and operating conditions applied for the measurement and analysis of aldehyde

    Concentrations of odorous compounds emitted from the tenter process at three sampling points (inlet, postscrubber, outlet) 1st and 2nd grab sampling

    1) B.D.L = Below Detecting Limit

    Odor activity values and odorant contribution of odorous compounds emitted from the tenter process at three sampling points (inlet, post-scrubber, outlet) 1st and 2nd grab sampling

    OAV = Odor activity value
    OC = Odor contribution (%)
    SOAV = Sum of odor activity value

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