64
- i - 중소형 도장시설에 적합한 VOC 저감기술 개발 () 환경총량관리연구부 배출시설연구과 김기준, 박정민, 권오상, 송덕종 A development of VOC control technology for small surface coating K. J. Kim, J. M. Park, O. S. Kwon, D. J. Song, Emission Sources Research Division, Environmental Cap System Research Department, National Institute of Environmental Research 2008 국립환경과학원

중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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Page 1: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- i -

소형 도장시설에 합한 VOC

감기술 개발 (Ⅰ)

환경총량 리연구부 배출시설연구과

김기 박정민 권오상 송덕종

A development of VOC control technology for small surface coating

K J Kim J M Park O S Kwon D J Song

Emission Sources Research Division

Environmental Cap System Research Department

National Institute of Environmental Research

2008

국립환 경과학원

- i -

요 약 문

1 제 목

소형 도장시설에 합한 VOC 감기술 개발 (Ⅰ)

2 연구목

o VOC 감 정책은 환경친화 도료의 보 과 함께 배출원에서 방지시설에

의한 감 노력이 필요

o 소형 도장사업장의 VOC 배출 특성은 간헐 이고 도료의 배출에 의한

미스트의 향 등으로 인하여 VOC 감 기술 용이 어려고 정 리가

이루어지고 있지 못함

o 소형 도장시설에서의 VOC 배출 특성에 맞는 감기술을 개발하고자 함

3 연구내용 방법

가 소형 도장시설의 VOC 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOC의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOC 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOC 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOC 감기술 도출 기 실험

- ii -

4 연구결과

도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지를 이용하고 있다 도

장시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성

에 따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 xylene 이성질체

ethylbenzene methyl iso buthyl ketone 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도

장제품 별 사용 페인트 용제에 따라서 물질 구성비는 다양하게 배출된다

도장시설에서 배출되는 VOC를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에서

습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설 등

이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 사례를 조사한 결과 40 이하로 매

우 낮게 타나났다 활성탄 교체 후 13일 정도 경과한 시 이었으나 활성탄의

과로 인하여 활성탄의 기능을 하지 못하는 상태로 리되고 있었다 특히 체

류시간이 짧게(03 ) 설계된 경우에는 유입되는 VOC 농도의 변화에 배출되는

농도의 변화가 같은 패턴으로 격하게 변하 다 재 설치된 부분의 활성

탄 흡착탑은 재의 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 감안할 때 충진 후 10

여일 후면 과되는 상황이다 활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정

도의 교체주기를 고려하면 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사

용이 가능하다

활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있다 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체를 하여야 한다

소도장시설에 합한 기술을 용하기 하여 국내외 으로 많은 연구

개발 검토들이 이루어져왔다 일본 환경성에서는 소형 시설에서의 VOC

- iii -

방지기술 용을 하여 생물학 처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착

매산화 기술 산화 매 기술을 용가능 기술로 선정하여 검토한 바 있다 국내

에서도 이와 유사한 기술로 흡착 후 탈착하면서 탈착된 VOC를 매산화나 연

소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 개발되고 있다

결과 으로 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나 탈착 열산

화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나 효율을

향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 그러나 흡-탈착 매

산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된다는 것이다 이러한 것을

고려할 때 본 과제에서는 계면활성제를 일부 투입하여 VOC의 용해도를 증가

시켜 세정집진에 의해 VOC를 처리하고 이를 미생물을 이용하여 분해하는 기

술을 개발하고자 한다

5 연구결과의 활용

o 소 도장사업장의 VOC 감 기술 개발 용의 기 자료로 활용

o 년차 으로 VOC 기술에 한 효율경제성 평가 실험 수행

- iv -

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) emitted into the air from painting

booth create photochemical oxidants which is well known carcinogen

causing bad odors On top of its harmful impact on human health it also

has a negative effect on environment Conventional treatment techniques

to control VOCs such as thermal oxidation absorption adsorption or

catalyst oxidation require high maintenance costs The two main objects of

this study are first to investigate characteristics of VOCs emitted from

small surface coating process and second to derive a suitable control

technique

Wet scrubber and adsorption tower have been installed to remove

VOCs at almost all painting booths but other control systems such as

reheat combustion catalyst oxidation and regenerative catalyst oxidation

have been in use at some dry processes for vehicle and metal

manufactures

The removal efficiencies of activated carbon (AC) tower were found to

be below 40 The AC towers placed at the booths reached the

breakthrough point about 10 days after the installation when factoring in

THC emission concentration from the painting booths AC towers

installation is limited to only paint booths which record 30 ppm or lower

in terms of emission concentration The performance of activated carbon

varies following covering of over-sprayed paint moisture regenerated

activated carbon etc

- v -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstracts middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

그림목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

I 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

II 연구내용 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

1 연구내용 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

2 연구방법 실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

III 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

1 도장시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

가 도장시설 업체 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

나 도장부스 황 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

다 도장시설 배출 THC 농도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

3 도장시설 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

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III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

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라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

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표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

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국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

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표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

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마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

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2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

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나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 2: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- i -

요 약 문

1 제 목

소형 도장시설에 합한 VOC 감기술 개발 (Ⅰ)

2 연구목

o VOC 감 정책은 환경친화 도료의 보 과 함께 배출원에서 방지시설에

의한 감 노력이 필요

o 소형 도장사업장의 VOC 배출 특성은 간헐 이고 도료의 배출에 의한

미스트의 향 등으로 인하여 VOC 감 기술 용이 어려고 정 리가

이루어지고 있지 못함

o 소형 도장시설에서의 VOC 배출 특성에 맞는 감기술을 개발하고자 함

3 연구내용 방법

가 소형 도장시설의 VOC 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOC의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOC 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOC 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOC 감기술 도출 기 실험

- ii -

4 연구결과

도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지를 이용하고 있다 도

장시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성

에 따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 xylene 이성질체

ethylbenzene methyl iso buthyl ketone 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도

장제품 별 사용 페인트 용제에 따라서 물질 구성비는 다양하게 배출된다

도장시설에서 배출되는 VOC를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에서

습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설 등

이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 사례를 조사한 결과 40 이하로 매

우 낮게 타나났다 활성탄 교체 후 13일 정도 경과한 시 이었으나 활성탄의

과로 인하여 활성탄의 기능을 하지 못하는 상태로 리되고 있었다 특히 체

류시간이 짧게(03 ) 설계된 경우에는 유입되는 VOC 농도의 변화에 배출되는

농도의 변화가 같은 패턴으로 격하게 변하 다 재 설치된 부분의 활성

탄 흡착탑은 재의 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 감안할 때 충진 후 10

여일 후면 과되는 상황이다 활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정

도의 교체주기를 고려하면 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사

용이 가능하다

활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있다 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체를 하여야 한다

소도장시설에 합한 기술을 용하기 하여 국내외 으로 많은 연구

개발 검토들이 이루어져왔다 일본 환경성에서는 소형 시설에서의 VOC

- iii -

방지기술 용을 하여 생물학 처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착

매산화 기술 산화 매 기술을 용가능 기술로 선정하여 검토한 바 있다 국내

에서도 이와 유사한 기술로 흡착 후 탈착하면서 탈착된 VOC를 매산화나 연

소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 개발되고 있다

결과 으로 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나 탈착 열산

화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나 효율을

향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 그러나 흡-탈착 매

산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된다는 것이다 이러한 것을

고려할 때 본 과제에서는 계면활성제를 일부 투입하여 VOC의 용해도를 증가

시켜 세정집진에 의해 VOC를 처리하고 이를 미생물을 이용하여 분해하는 기

술을 개발하고자 한다

5 연구결과의 활용

o 소 도장사업장의 VOC 감 기술 개발 용의 기 자료로 활용

o 년차 으로 VOC 기술에 한 효율경제성 평가 실험 수행

- iv -

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) emitted into the air from painting

booth create photochemical oxidants which is well known carcinogen

causing bad odors On top of its harmful impact on human health it also

has a negative effect on environment Conventional treatment techniques

to control VOCs such as thermal oxidation absorption adsorption or

catalyst oxidation require high maintenance costs The two main objects of

this study are first to investigate characteristics of VOCs emitted from

small surface coating process and second to derive a suitable control

technique

Wet scrubber and adsorption tower have been installed to remove

VOCs at almost all painting booths but other control systems such as

reheat combustion catalyst oxidation and regenerative catalyst oxidation

have been in use at some dry processes for vehicle and metal

manufactures

The removal efficiencies of activated carbon (AC) tower were found to

be below 40 The AC towers placed at the booths reached the

breakthrough point about 10 days after the installation when factoring in

THC emission concentration from the painting booths AC towers

installation is limited to only paint booths which record 30 ppm or lower

in terms of emission concentration The performance of activated carbon

varies following covering of over-sprayed paint moisture regenerated

activated carbon etc

- v -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstracts middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

그림목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

I 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

II 연구내용 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

1 연구내용 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

2 연구방법 실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

III 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

1 도장시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

가 도장시설 업체 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

나 도장부스 황 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

다 도장시설 배출 THC 농도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

3 도장시설 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

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III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

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표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

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국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

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표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

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2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

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나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 3: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- ii -

4 연구결과

도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지를 이용하고 있다 도

장시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성

에 따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 xylene 이성질체

ethylbenzene methyl iso buthyl ketone 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도

장제품 별 사용 페인트 용제에 따라서 물질 구성비는 다양하게 배출된다

도장시설에서 배출되는 VOC를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에서

습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설 등

이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 사례를 조사한 결과 40 이하로 매

우 낮게 타나났다 활성탄 교체 후 13일 정도 경과한 시 이었으나 활성탄의

과로 인하여 활성탄의 기능을 하지 못하는 상태로 리되고 있었다 특히 체

류시간이 짧게(03 ) 설계된 경우에는 유입되는 VOC 농도의 변화에 배출되는

농도의 변화가 같은 패턴으로 격하게 변하 다 재 설치된 부분의 활성

탄 흡착탑은 재의 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 감안할 때 충진 후 10

여일 후면 과되는 상황이다 활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정

도의 교체주기를 고려하면 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사

용이 가능하다

활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있다 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체를 하여야 한다

소도장시설에 합한 기술을 용하기 하여 국내외 으로 많은 연구

개발 검토들이 이루어져왔다 일본 환경성에서는 소형 시설에서의 VOC

- iii -

방지기술 용을 하여 생물학 처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착

매산화 기술 산화 매 기술을 용가능 기술로 선정하여 검토한 바 있다 국내

에서도 이와 유사한 기술로 흡착 후 탈착하면서 탈착된 VOC를 매산화나 연

소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 개발되고 있다

결과 으로 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나 탈착 열산

화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나 효율을

향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 그러나 흡-탈착 매

산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된다는 것이다 이러한 것을

고려할 때 본 과제에서는 계면활성제를 일부 투입하여 VOC의 용해도를 증가

시켜 세정집진에 의해 VOC를 처리하고 이를 미생물을 이용하여 분해하는 기

술을 개발하고자 한다

5 연구결과의 활용

o 소 도장사업장의 VOC 감 기술 개발 용의 기 자료로 활용

o 년차 으로 VOC 기술에 한 효율경제성 평가 실험 수행

- iv -

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) emitted into the air from painting

booth create photochemical oxidants which is well known carcinogen

causing bad odors On top of its harmful impact on human health it also

has a negative effect on environment Conventional treatment techniques

to control VOCs such as thermal oxidation absorption adsorption or

catalyst oxidation require high maintenance costs The two main objects of

this study are first to investigate characteristics of VOCs emitted from

small surface coating process and second to derive a suitable control

technique

Wet scrubber and adsorption tower have been installed to remove

VOCs at almost all painting booths but other control systems such as

reheat combustion catalyst oxidation and regenerative catalyst oxidation

have been in use at some dry processes for vehicle and metal

manufactures

The removal efficiencies of activated carbon (AC) tower were found to

be below 40 The AC towers placed at the booths reached the

breakthrough point about 10 days after the installation when factoring in

THC emission concentration from the painting booths AC towers

installation is limited to only paint booths which record 30 ppm or lower

in terms of emission concentration The performance of activated carbon

varies following covering of over-sprayed paint moisture regenerated

activated carbon etc

- v -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstracts middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

그림목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

I 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

II 연구내용 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

1 연구내용 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

2 연구방법 실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

III 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

1 도장시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

가 도장시설 업체 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

나 도장부스 황 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

다 도장시설 배출 THC 농도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

3 도장시설 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 4: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- iii -

방지기술 용을 하여 생물학 처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착

매산화 기술 산화 매 기술을 용가능 기술로 선정하여 검토한 바 있다 국내

에서도 이와 유사한 기술로 흡착 후 탈착하면서 탈착된 VOC를 매산화나 연

소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 개발되고 있다

결과 으로 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나 탈착 열산

화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나 효율을

향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 그러나 흡-탈착 매

산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된다는 것이다 이러한 것을

고려할 때 본 과제에서는 계면활성제를 일부 투입하여 VOC의 용해도를 증가

시켜 세정집진에 의해 VOC를 처리하고 이를 미생물을 이용하여 분해하는 기

술을 개발하고자 한다

5 연구결과의 활용

o 소 도장사업장의 VOC 감 기술 개발 용의 기 자료로 활용

o 년차 으로 VOC 기술에 한 효율경제성 평가 실험 수행

- iv -

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) emitted into the air from painting

booth create photochemical oxidants which is well known carcinogen

causing bad odors On top of its harmful impact on human health it also

has a negative effect on environment Conventional treatment techniques

to control VOCs such as thermal oxidation absorption adsorption or

catalyst oxidation require high maintenance costs The two main objects of

this study are first to investigate characteristics of VOCs emitted from

small surface coating process and second to derive a suitable control

technique

Wet scrubber and adsorption tower have been installed to remove

VOCs at almost all painting booths but other control systems such as

reheat combustion catalyst oxidation and regenerative catalyst oxidation

have been in use at some dry processes for vehicle and metal

manufactures

The removal efficiencies of activated carbon (AC) tower were found to

be below 40 The AC towers placed at the booths reached the

breakthrough point about 10 days after the installation when factoring in

THC emission concentration from the painting booths AC towers

installation is limited to only paint booths which record 30 ppm or lower

in terms of emission concentration The performance of activated carbon

varies following covering of over-sprayed paint moisture regenerated

activated carbon etc

- v -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstracts middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

그림목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

I 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

II 연구내용 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

1 연구내용 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

2 연구방법 실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

III 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

1 도장시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

가 도장시설 업체 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

나 도장부스 황 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

다 도장시설 배출 THC 농도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

3 도장시설 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 5: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- iv -

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) emitted into the air from painting

booth create photochemical oxidants which is well known carcinogen

causing bad odors On top of its harmful impact on human health it also

has a negative effect on environment Conventional treatment techniques

to control VOCs such as thermal oxidation absorption adsorption or

catalyst oxidation require high maintenance costs The two main objects of

this study are first to investigate characteristics of VOCs emitted from

small surface coating process and second to derive a suitable control

technique

Wet scrubber and adsorption tower have been installed to remove

VOCs at almost all painting booths but other control systems such as

reheat combustion catalyst oxidation and regenerative catalyst oxidation

have been in use at some dry processes for vehicle and metal

manufactures

The removal efficiencies of activated carbon (AC) tower were found to

be below 40 The AC towers placed at the booths reached the

breakthrough point about 10 days after the installation when factoring in

THC emission concentration from the painting booths AC towers

installation is limited to only paint booths which record 30 ppm or lower

in terms of emission concentration The performance of activated carbon

varies following covering of over-sprayed paint moisture regenerated

activated carbon etc

- v -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstracts middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

그림목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

I 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

II 연구내용 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

1 연구내용 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

2 연구방법 실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

III 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

1 도장시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

가 도장시설 업체 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

나 도장부스 황 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

다 도장시설 배출 THC 농도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

3 도장시설 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 6: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- v -

목 차

요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅰ

Abstracts middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅳ

목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅴ

표 목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅶ

그림목차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotⅷ

I 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

II 연구내용 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

1 연구내용 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

2 연구방법 실험방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

III 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

1 도장시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

가 도장시설 업체 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

나 도장부스 황 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

다 도장시설 배출 THC 농도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot19

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

3 도장시설 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

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List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

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I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

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2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

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III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

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표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

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표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

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그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

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라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

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표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

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국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

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10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

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17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

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Page 7: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- vi -

나 VOCs 방지기술 일반 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

가 활성탄 흡착법 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

나 활성탄의 종류 단가 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

라 활성탄 흡착법 용 사례 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

사 도장시설의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

5 도장시설 방지기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

가 방지기술의 선택 시 고려사항 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

나 도장시설 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

6 소형 도장시설에 합한 방지시설 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

IV 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot52

V 참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

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기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 8: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- vii -

List of Tables

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

표 3 용제 분류별 구성 물질 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot14

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비() middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

표 15 공업용 흡착제의 물성특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot38

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

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III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

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라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

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표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

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국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

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표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

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마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

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2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

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나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 9: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- viii -

List of Figures

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot32

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

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III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

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라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

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표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

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국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

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표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

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마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

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2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

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나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

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17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 10: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 1 -

I 서 론

산업구조가 고도화함에 따라 기오염물질의 배출원이 다양해지고 배출

물질의 종류 한 과거와 비교할 수 없을 정도로 증가하 다 특히 격히

증가하는 자동차와 석유화학제품 련시설 등에서 주로 배출되는 휘발성유

기화합물질(Volatile Organic Compounds 이하 VOC라 한다)이 건강과 환

경에 미치는 부정 향들이 밝 지면서 선진국들은 VOC의 감소에 많은

심을 기울이고 있다 VOC는 증기압이 높아 기 으로 쉽게 증발되고

기 에서 질소산화물과 함께 화학 반응을 일으켜 화학 스모그를 유

발하는 물질을 총칭한다

VOC의 환경학 요성은 일반 으로 두 가지 측면에서 요약할 수 있는

데 첫째는 방향족 탄화수소나 할로겐화 탄화수소류와 같이 그 자체가 직

으로 인체에 유해한 측면에서 요하며 둘째로 aliphatic 탄화수소류(특히

올 핀계)와 같이 그 자체로는 인체에 한 직 인 유해성은 크지 않으나

기 에서 질소산화물의 분해 반응에 여하여 이차 으로 오존과 같은

산화성 물질의 생성을 유발하는 소 화학 스모그의 구물질(precursors)

로서의 역할이다

우리나라의 경우 배출원별 VOC 배출량은 생산시설 세정시설 도장시설

등의 산업시설이 부분을 차지하며 특히 도장시설은 체 배출량의 약

40를 차지하는 주요 오염원이다 그 에서도 도장 공정과 련된 VOC 발

생 건축용이나 자동차용으로 사용하는 페인트에서 발생하는 VOC는

체 인 VOC 배출의 약 20 10나 될 정도로 아주 많은 양이 배출되

고 있다(표11-1) 그럼에도 불구하고 이러한 도장 공정에서 발생되는 VOC

는 fugitive emission(불특정 배출물) 형태로 발생되기 때문에 한 방지

책을 세우기가 용이하지 않다

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II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

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III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

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표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

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표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

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나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

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그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

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그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

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다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

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라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

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표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

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표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

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마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

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2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

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나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 11: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 2 -

II 연구내용 방법

휘발성유기화합물(VOCs)는 기 화학반응에 여하여 오존 등의 산

화물을 생성하며 물질에 따라서 자체 으로도 독성을 가지므로 리가 필요하

다 1999년 이후 수도권 지역 VOCs 리 책에도 불구하고 일부 도시 오존

오염은 지속 으로 증가하고 있어 리 강화가 요구되고 있다 VOCs 배출

감을 하여 친환경도료의 사용 등을 규제하여 일부 감축을 하고 있으나 배출

기 을 만족하기 하여 배출원에서 직 배출되는 VOCs의 감기술이 필요

한 상황이다 특히 용제 사용과 련된 VOCs 배출량은 체 VOCs 배출량의

50 이상을 차지하고 있는 만큼 이들 시설에 한 리가 필요하다 재 도장

시설에서 배출되는 VOCs를 감하기 한 경제 이고 효율 인 기술이 실제

장에 용되고 있지 못하고 있다 본 연구에서는 소형 도장시설 VOCs 배

출 황을 조사하고 이에 맞는 감기술 도출하고자 하 다

1 연구내용

가 소형 도장시설의 VOCs 배출 특성

- 공정에서 배출되는 VOCs의 정성 정량 분석 패턴 조사

- 소형 도장시설의 배출 특성 평가 분석

나 소형 도장시설에 합한 VOCs 감 기술 조사

- 배출 특성에 합한 국내외 VOCs 감 기술 조사

- 용가능 방지기술의 특성 분석

- 소형 도장시설에 합한 VOCs 감기술 도출

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

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기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 12: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 3 -

2 연구방법 실험방법

THC 측정은 불꽃이온화분석기(FID TVA-1000 Termo)를 사용하여 측정하

고 측정방법은 공정시험방법에 하여 측정하 다 연속 작업공정 상태에서

는 15 간격으로 15분 동안 측정결과를 장하 고 15분 평균 농도를 측정결

과로 사용하 다 측정하는 동안에 필요한 사항과 공정 특성사항들을 기록하

다 불꽃이온화분석기는 측정 후 로 교정가스를 주입하여 반응결과와

편차 값을 확인하 고 그 값이 편차 범 를 벗어날 경우 재 검량 후 측정하

다 시료채취는 Tedlar Bag(SKC 5L)를 사용하여 수행하 고 채취된 가스는

흡착트랩 (Carbotrap 300)에 농축하여 탈착시스템(Ultra TD Markes)을 사용하

여 탈착 후 분석하 다 분석은 GCMS(Varian 1200 WS)를 사용하여 수행하

고 컬럼은 DB-1(60m 032mm 1)를 사용하 다 오 조건은 40에서 10분

간 두고 7분으로 200까지 승온한 후 7 분간 유지하 고 컬럼유량은 1

분 이었다 그림 1에는 활성탄 흡착탑 후단의 측정공 사진과 불꽃이온화분석

기의 측정 모습이 나타나 있다

그림 1 방지시설 후단 측정공 THC 측정기 사진

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

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표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 13: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 4 -

III 결과 고찰

1 도장시설 황

가 도장시설 업체 황

도장시설을 포함하고 있는 사업장은 1134개( 기배출원조사시스템 2006년

말 1종 ~ 3종 기 )로 속의 표면처리시설 기타 속 제조 가공시설 등

의 사업장이 많은 부분을 차지하고 있다 도장시설의 경우 16000여개 시설로

속의 표면처리서설의 도장시설이 부분을 차지하고 있다(표 1)

소형 산업도장시설 련사업장의 배출원을 보면 건축물 철 구조물 도

로표지 등의 건설용 도장공정을 제외한 자동차 선박 목재 기 자 등

소규모업체(종업원수 30인 미만)의 도장공정에서 도료에 함유된 휘발성 화

합물질 43종 31천톤이 기로 배출되는 것으로 알려져 있다

화학물질 유통량조사를 통해 조사된 자료에 의하면 주요 배출물질은 자일

톨루엔 메틸 알코올 메틸 에틸 톤 아세트산 에틸 등이며 이들 상

5개 물질이 소 산업도장 련업 배출량의 85 이상을 차지하는 것으로 보

고되었다(표 2)

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

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가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 14: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 5 -

표 1 도장시설 보유 사업장 시설 황

업종 분류 사업장도장시설 수

1종 2종 3종 합계

01 속의 용융 제련 는

열처리시설17 58 24 29 111

02 속의 표면처리시설 670 3923 3982 3731 11636

03 조립 속제품 기계장치

장비제조시설76 137 211 209 557

04 비철 속제품 기계

장비제조시설5 3 1 6 10

05 기타 속 제조 가공시설 208 654 1290 707 2651

20 타이어 튜 제조시설 4 16 5 0 21

21 기타 고무제품제조시설 6 2 3 14 19

22 라스틱제품제조가공시설 69 23 71 541 635

29 도기 자기 토기제조시설 4 43 15 0 58

30 유리 유리제품 제조시설 3 2 13 1 16

36 기타 비 속

물제품제조 련시설15 47 35 22 104

37 가죽 가죽제품제조시설 18 6 61 91 158

40 제재 목재가공시설 39 47 110 67 224

합계 1134 4961 5821 5418 16200

(자료출처 기배출원조사시스템 2006년 말 기 )

- 6 -

표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 15: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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표 2 소 산업도장 련업의 화학물질별 배출량 황

물 질 명 배출량(톤년) 비율()

자일 9681 315

톨루엔 8432 274

메틸 알코올 3168 103

메틸 에틸 톤 2487 81

아세트산 에틸 2230 73

2- 로 올 1407 46

스티 917 30

NN디메틸포름아미드 763 25

2에톡시에틸 아세테이트 601 20

에틸벤젠 471 15

자료 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결과 (2008 10) 환경부

화학물질과

부분의 도장공정은 일반 으로 처리( 착도장) 도장 건조의 순서로 이

루어지고 도장제품에 따라서 구체 인 공정은 다르다 처리는 제품 표면의

오염물질을 제거하고 표면에 남은 수분을 건조시켜 제거 하는 공정이고 도장

은 제품 표면에 도료를 분무하여 도장하는 공정이며 건조는 도장 후 표면을

건조 도막을 형성 도장을 완성하는 공정이다

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나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

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이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 16: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 7 -

나 도장부스 황 종류

도료(페인트)는 고체 물질의 표면에 칠하여 고체막을 만들어 표면을 보호

하거나 아름답게 하는 유동성 물질의 총칭을 말한다 도료(pigments) 수지

(resinsbinders)와 일부 첨가제(additives)는 비휘발성물질로 분류되고 용제

(solventsdiluentsthinners)와 수분은 휘발성물질로 분류된다 도장 과정에서

부분의 용제는 휘발되어 배출되고 피도장체에 도착되지 못한 페인트는 일

반 으로 세정장치를 통과하는 동안 제거된다 표 3에는 용제의 분류와 구성

성분이 제시되어 있다

표 3 용제 분류별 구성 물질

구 분 용 제 조 성

방향족 탄화수소계 톨루엔 자일 나 타 석유계 방향족탄화수소

지방족탄화수소 미네랄 스피리트 석유계 지방족탄화수소

톤계 메틸에틸 톤 메틸이소부틸 톤 시클로헥사논

알콜계 에틸알콜 n-부틸알콜 iso-부틸알콜 이소 로필알콜

리콜 에테르계 에틸셀로솔 부틸셀로솔

에스테르계 산메틸 산에틸 산부틸 셀로솔 아세테이트

용제가 휘발되어 배출되는 부분은 배출구 후단에 방지시설을 설치하여 처

리하고 이때 휘발성 성분과 함께 피도장체에 도착되지 못한 폐페인트가 후

단 방지시설에 유입되어 배출되는 것을 방지하기 하여 세정시설 는 여과

집진기를 설치하고 있다 도장 시설 내부에 설치된 세정집진시설의 형태는

도장제품의 종류 도장 방법에 따라서 몇 가지 형태로 이루어져 있다

그림 2 ~ 3과 같이 한쪽 벽에 세정액이 내려오고 이 벽을 향하여 스

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 17: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 8 -

이 도장이 이루어지는 방식으로 세정액에 뿌려지는 폐페인트를 세정액으로

제거하는 방법이다 이때 후단부에서 공기 흡입이 이루어져 휘발성물질과 부

유하는 폐페인트가 수막 하단부를 통과하면서 세정액에 의해 세정되는 방식

이다

그림 2 폐페인트 제거를 한 습식세정법

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

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가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 18: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 9 -

그림 3 폐페인트 제거를 한 습식세정 모습

그림 4 벤 리스크러버 방식을 이용한 습식세정

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 19: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 10 -

그림 4와 같은 방법은 기가 쪽에서 이루어지고 하단으로 배기가 이루

어지는 도장부스의 세정방법이다 세정액과 폐페인트 휘발성물질이 함께

혼합되어 하단으로 이동하면서 폐페인트는 세정액과 함께 세정조로 이동하

고 휘발성물질과 공기는 양쪽 배 을 통하여 후단 방지시설로 이동하는 방

법이다

그림 5는 도장부스 하단 세정조의 수면이 양쪽 벽면보다 약간 높게 구성되

어 있고 후단 방지시설 쪽에서 공기를 흡입하면서 폐페인트 휘발성 물질

이 수막을 통과하면서 세정이 이루어지는 방법이다 그림 6은 세정액을 사용

하지 않고 단순하게 필터만을 사용하여 폐페인트를 제거하는 방법이다

그림 5 세정조의 수막을 이용한 세정방법

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 20: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 11 -

그림 6 필터방법을 이용한 폐페인트 제거

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 21: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 12 -

다 도장시설 배출 THC 농도 분포

도장공정에서 배출되는 VOCs의 특성을 악하기 해서는 방지시설로 유

입되기 의 농도 특성 악이 요하다 표 4에는 몇몇 사업장에서의 방지

시설 단 THC 농도가 나타나 있다 목재가구의 경우 120ppm에서

2000ppm 까지 넓은 농도로 분포하는 것을 알 수 있다 그 외 속 제품의

도장공정 건조시설에서도 112ppm 이상으로 배출되는 것을 알 수 있다

표 4 주요 도장시설의 THC 배출 농도 분포(방지시설 단 농도)

구분 단 공정활성탄탑 유입 THC 농도

(ppm)

목재가구

도장1)

A사 도장(spray) 240

A사 도포 200

B사 도장(spray) 120

C사 도포 800

C사 도포 2000

산업용가스제조업 2)

Primer 도장 1480 ~ 2250

Color 도장 1733 ~ 3067

건조시설 2814 ~ 3927

선박 련용품

(문짝 창틀 펜스 등)3)

도장시설 6048 ~ 1633

속 부품 생산도장시설 112

도장시설 409

자료 1) 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구 국립환경과학원 1999

2) 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 국립환경과학원 2006

3) 종규모산정을 한배출계수개발공동조사(국가배출계수 자료집(Ⅶ)) 국립환경과학원 2005

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

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가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 22: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 13 -

라 도장시설 배출 VOCs 물질 특성

배출가스의 구성성분은 어떤 종류의 도료를 사용하는가에 따라 다르다 특

히 작업장에서는 여러 종류의 제품이 도장되기 때문에 배출시설 마다 배출가

스의 구성비가 크게 다른 것을 확인 할 수 있었다 도장시설에서 배출되는

VOCs 의 물질구성비를 확인한 결과 시설마다 구성성분의 차지 비율은 다르

나 공통 으로 자일 톨루엔 그리고 에틸벤젠이 높게 나타났으며 메틸 이

소 부틸 톤도 상당한 양으로 배출되고 있음을 알 수 있었다(그림 7 ~ 8)

그림 7 도장시설 배출 VOCs 구성1 그림 8 도장시설 배출 VOCs 구성2

표 5에 제시된 국내 페인트 생산 실 을 보면 건축용 공업용( 속용 목재

용) 그리고 선박용 페인트의 생산량이 많은 것을 알 수 있다 도료 용제는

도장 제품에 따라서 매우 다양하고 도료 제품별 용제별 VOCs의 구성비

한 매우 다양하다

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 23: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 14 -

표 5 국내 용도별 페인트 생산 실

용도

생산실

(2005년 기 )

(kL)

비율

()

건축용 188889 222

차량용착용 72239 85

보수용 17963 21

선박용 100902 119

기 자제품용 39077 46

공업용속용 133704 157

목재용 31445 37

철구조물용 34041 40

도료표지용 39604 47

라스틱용 15470 18

기타 178124 209

합계 851458 1000

(자료 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을 통한 국내 용방안

연구 국립환경과학원 2007)

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 24: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 15 -

국내 도료와 용제 가장 많은 양이 생산되는 종류는 알키드 에나멜 바니

쉬 아크릴계도료 우 탄계도료 신나 등이며 이들 용액 자체에 함유된 VOC

는 부분 방향족 계열로서 자일 과 톨루엔이 체 80 ~ 90를 차지하고

있다(표 6)

표 6 국내 도료 용액에 함유된 VOC 함량()

VOCAlkyd enamel

()

Thinner

()

Urethane

()

Archryl

()

Benzene 014 451

Toluene 163 933 907 745

Ethylbenzene 183 099 259 558

mp-Xylene 453 325 130 911

o-Xylene 220 042 194 328

도장용액은 일반 으로 피막을 형성하기 한 도료와 색감과 질감을 주기

한 착색제로 안료 그리고 요구되는 기능에 따라 다양한 종류의 첨가제로

구성된다 첨가제로서 도료의 성도를 낮추기 한 희석제로 신 (thinner)

를 사용하는데 공정 에 발생되는 부분의 유기용제는 희석제로 사용되는

신 에 의해 발생되고 있다 표 7에는 4가지 도료와 용제로부터 증발 온도에

따라서 배출되는 VOC의 구성비가 나타나 있다 특히 용제의 경우에는 휘발

성이 강하기 때문에 온도에 따른 휘발정도의 향을 많이 받게 된다

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 25: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 16 -

표 7 주요 도료의 온도에 따른 VOCs 구성비()

우 탄계도료 [Urethane]

VOCsEvaporation Temp[ )

5 20 30 40

Benzene - - - -Toluene 833 896 907 877

Ethylbenzene 230 245 259 313

mp-Xylene 116 119 130 160o-Xylene 178 199 194 201

아크릴계도료 [Archryl]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40

Benzene 232 404 451 255Toluene 930 780 745 765

Ethylbenzene 165 558 558 641mp-Xylene 238 790 911 942

o-Xylene 094 290 328 342알키드 에나멜 바디쉬 [Alkyd Enamel]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Butane 002 081 007 004

Iso-Pentane 106 566 070 043Heptane 212 443 312 406

Benzene 011 041 014 013

Toluene 193 252 163 195Ethylbenzene 131 130 183 279

mp-Xylene 368 410 453 133Styrene 211 411 308 447

o-Xylene 192 208 220 392신나 [Thinner]

VOCsEvaporation Temp()

5 20 30 40Benzene - - - -

Toluene 814 891 939 889Ethylbenzene 045 044 099 016

mp-Xylene 518 205 325 084

o-Xylene 085 027 042 008

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 26: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 17 -

마 도장시설 배출 VOCs의 물성 특성

표 8에는 도장공정에서 배출되는 VOCs의 물성특성이 나타나 있다 부분

방향족 VOCs의 경우에는 용해도가 낮고 자일 의 경우에는 비수용성 특성

을 보인다 도장시설에서 배출되는 VOCs 물질이 용해도가 낮기 때문에 단순

히 물을 세정액으로 사용하는 습식세정에 의해서는 처리가 어렵다

표 8 도장시설 배출 VOCs의 특성

VOCs 화학식 분자량끓는

()비

증기압

(mmHg

at 25

용해도

(mgL

at 25

헨리상수

Toluene C7H8 9215 11080 087 2840 526 664X10-3

Ethylbenze

neC6H5C2H5 10618 13650 087 960 169 788X10

-3

xylene C6H4(CH3)2 10618 14000 086 799 비수용성

m-Xylene C5H6(CH3)2 10617 13910 086 829 162X102000718

o-Xylene C6H4(CH3)2 10617 14440 088 661 178X102000513

StyreneC6H5CH=CH2

10416 14580 091 640 310 000275

iso propyl

alcohol

(CH3)2CHOH 6009 8240 079 4540 100X10

6810X10

-6

n-propylbe

nzene

C6H5CH2CH2CH3

12019 15920 086 342 234 105X10-2

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 27: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 18 -

2 도장시설 VOCs 국내외 리 황

가 국내 도장시설 배출 VOCs 리 황

재 국내 도장시설에서 배출되는 VOCs는 기환경보 법 시행령 제 12

조와 련하여 별표 8의 배출허용기 에 의하여 규제되고 있다 표 9에 제시

된 바와 같이 연속식 도장시설의 경우는 40ppm 이하 비연속식 도장시설의

경우에는 200ppm 이하로 규제되고 있다 배출허용기 과 시 개선명령(법

33조)을 내리고 개선이 되지 않을 경우 조업정지명령(법 34조)을 내릴 수 있

표 9 도장시설 VOCs 배출허용기

시설THC 농도

(ppm)

연속식 도장시설

(건조시설과 분무middot분체middot침지도장시설 포함)40 이하

비연속식 도장시설 200 이하

연속식 도장시설이라 함은 1일 8시간 이상 연속하여 가동하는 시설

비연속식 도장시설이라 함은 연속식 도장시설 이외의 시설

도장시설(건조시설 포함한다) 자동차제작자의 도장시설(건조시설을 포함하며 유

기용제사용량 15톤년 이상인 시설에 한한다)에 한 배출허용기 은 따로 용

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 28: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 19 -

나 미국(EPA)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

미국은 연방법(CFR Code of Federal Requlation)의 title 40의 환경보호

(Protection of Environment)에 한 연방 규정을 통하여 VOCs를 규제 하고

있다 그 Part 60은 신규 고정오염원에 한 성능기 (Standards of

Performance for New Stationary Sources)을 명시해 놓고 있다 이 유해

기오염물질(HAPs Hazardous Air Pollutants)에 한 배출허용기 을 도장시

설별로 규정하고 있다 자동차 경량 트럭의 표면코 (Surface Coating

of Automobiles and Light-Duty Trucks Final rule) 속코일 표면도장

(Surface Coating of Metal Coil) 속 속제품의 표면코 (Surface

Coating of Miscellaneous Metal Parts and Products)등에 하여 주로 배출

되는 톨루엔 자일 메틸 에틸 톤(MEK) 메틸 이소부틸 톤(MIBK) 에

틸벤젠 등의 VOCs를 HAPs로 규정하고 배출허용기 을 설정하고 있다 표

으로 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기 을 표 10에

나타내었다

라스틱 라스틱 제품의 표면도장(Plastic Parts and Products

Proposal rule) 속 캔의 표면도장(Metal Can) 목재 건축용 제품(Wood

Building Products) 속 가구(Metal Furniture) 등의 표면 도장 시설에서 주

로 배출되는 VOCs를 HAPs로 규제하고자 기 을 제안(Proposal rule)하고

있다 표 11에는 표 으로 라스틱 표면 도장시설의 HAPs의 배출허용기

을 보여주고 있다 도장된 제품의 질량당 발생된 HAPs의 질량으로 규제하

고 있으며 신규시설의 기 을 엄격하게 용하고자 제안하고 있다

- 20 -

표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 29: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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표 11 라스틱표면 도장시설에서 제안된 HAPs의 배출허용기

제품kg-HAPkg-피도장체

기존 시설 신규 시설

Thermoplastic olefin (TPO) substrates 023 017

Headlamps 045 026

Aassembled on-road vehicles 134 134

Other (general use) plastic parts and

products016 016

표 10 자동차 경량 트럭의 표면코 의 HAPs 배출허용기

구분 Solids Turnover Ratio(kg-VOCL-coating

solid)

EDP 상도

016 이상 017

0040 이상 ~ 0160 미만 017 times 350 (0160 -RT)

0040 미만 없음

Non-EDP 상도

017

each guide coat

operation140

each top coat operation 147

EDP(Electrodeposition) 차체를 도장용액이 담겨있는 탱크에 담그면서 도장을 하

는 과정에서 기장을 걸어 도료가 차체에 쉽게 도착되도록 하는 상도 방법

RT(Solids Turnover Ratio) 한달 동안 EDP 시스템에 주입된 도료 총 부피EDP

시스템의 설계 부피 (17100=017)

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

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다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 30: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 21 -

다 유럽연합(EU)의 도장시설 배출 VOCs 리 황

EU에서는 유기용제 사용과 련된 VOCs를 규제하기 하여 1999년 이사

회 규정(Council Directive 199913EC)를 정하여 회원국에서 이 지침을 따

르도록 하고 있다 이 지침은 유기용제를 사용하거나 이와 련된 시설을 설

치할 때 배출허용기 (the limitation of emissions of volatile organic

compounds due to the use of organic solvents in certain activities and

installations)에 하여 규정하고 있다(표 12)

표 12 EU의 VOCs 배출 허용기

구분

(용제 소비량)

(톤년)

용제

소비량

기 치

(톤년)

배출가스

배출 한계

농도

(CN)

배출기

(용제 투입양에

한 백분율)

총배출

기특별

조항

신규기존 신규기존

자동차 도장

(lt 15)

자동차 정비

gt 05 50 25Directive

참조

코일 도장

(gt 25)50 5 10

Directive

참조기타 도장

속 라스틱

직물 섬유

필름 종이 도장

(gt 5)

5-15

gt 15

100

5075

20

20

Directive

참조

목재 표면 도장

(gt 15)

15-25

gt 25

100

5075

25

20

Directive

참조

목재 함침 도장

(gt 25)100(1) 45 11 kg

Directive

참조

피 도장

(gt 10)

10-25

gt 25

gt 10

85 g

75 g

150 g

Directive

참조

착도장

(gt 5)

5-15

gt 15

50

50

25

20

Directive

참조

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 31: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 22 -

라 일본의 도장시설 배출 VOCs 리 황

일본은 도장시설의 VOCs를 리하기 하여 기오염방지법 배출허용기

농도를 표 13과 같이 도장시설과 건조시설에 하여 정하고 있다 일본은

VOCs 농도를 국내와 같이 THC로 측정하고 등가계수를 1로 하여 그 기 을

정하고 있다

표 13 일본의 도장시설 VOCs 배출 허용기

시설 용량 항목

배출허용기 농도

(THC 등가계수 1)

도장 시설

(분무도장에 한정)

송풍용량

100000hr 이상

자동차(도로 운송 차량법

제2조제2항에 규정하는

자동차) 제조용

400

시설 이외 도장 시설 700

도장 건조 시설

(분무 착도장 제외)

송풍용량

10000hr 이상

건조 시설 목재 는

목제품(가구 포함)의 제조1000

시설 이외 건조 시설 600

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

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기환경학회지 24(4) 455~469

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

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11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 32: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 23 -

3 도장시설 VOCs 방지기술 황

가 도장시설 배출 VOCs 방지기술 황

도장시설에서 배출되는 VOCs는 1차 으로 세정집진기를 거치거나 필터를

통과하고도 배출허용기 을 만족하기 하여 방지시설이 필요하며 이를

하여 재 사업장에서는 아래와 같이 활성탄 흡착탑을 부분 사용하고 있

다 자동차 제조시설의 건조시설이나 속도장의 건조시설 등의 일부 시설에

서 재연소시설 매연소시설 축열실 매산화시설을 용하고 있다

나 VOCs 방지기술 일반 황

VOCs의 기존 제어방법은 크게 나 어 VOCs 물질을 회수재사용하는 방

법과 분해하는 방법이 있다 회수시설은 활성탄흡착(Carbon adsorption) 세

정(Scrubbing) 등이 있으며 분해시설에는 열소각(Thermal Oxidation) 매소

각(Catalytic Oxidation) 생물여과(Biofiltration) 등이 이용 가능한 기술이다

기존 VOCs 제어기술의 장단 이 표 14에 잘 나타나 있다

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

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바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

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가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

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바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 33: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 24 -

표 14 일반 VOCs 제어 기술의 장단

제어기술 장 단

흡착

(Adsorption)

고효율 99

낮은운 비용

연료소모량이 음

회수가능

고온 습도가높은경우에 용이어

려움

용량처리 고농도에 용이어려움

2차오염물질생성 제어

입자상물질존재시 처리장치필요

흡수

(Absorption)

습식세정은유량(100000scfm)의제

어범 가매우큼

부식성이큰오염물질제어

자본비와소요공간이 음

폐수처리시설필요

화학첨가물에의한비용상승

VOC회수의비실용성

입자상물질에의한 막힘 상발생

유지비가고가

열산화

(TO

Thermal

Oxidation)

Compact한 Size

유지 리가용이

장기간사용가능

폐열회수가능

질산화가일어남

구조물의부식

기독성물질생성

고비용

재생열산화

(RTO

Regenerative

Thermal

Oxidation)

높은열회수율(95)

고농도제어에 합

운 비 감

NOx생성감소(2~3ppm)

기투자비가많음

VOC농도 풍량변화에 한 용성

고려

농도middot 풍량제어에부 합

middot소형배출시설에설치곤란

매산화

(CO

Catalytic

Oxidation)

질산화가 음

온운 (200~430)

수증기로분해하여무해함

2차오염물질발생이 음

독성물질생성

매의불활성(재생처리)

구조물부식

매독에의한제어효율감소

재생 매산화

(RCO

Regenerative

Catalytic

Oxidation)

높은 괴효율

200~400에서운 으로연료비

감 NOx발생이 음

농도middot 용량가스제어

유기실리콘인등 매열화물질이포함

되어있는경우 책필요

열산화기술에비해제어효율이약간떨

어짐

매수명은약 3~5년정도로 매의

교환이필요

UV산화

(UV

Oxidation)

운 비 렴

실내에도 용가능

2차 처리산물의생성없음

효율이낮음

램 의수명제한

처리속도느림

염소계 VOC처리에부 합

바이오필터

(Bio- filteration)

농도처리시유리

악취처리에도효과

고유량가스에 합

2차처리문제없음

고농도처리에불리

난분해성인할로겐화합물에비효과

담체의막힘 상발생

안정성(온 middot습도 pH)등의 향

라즈마

(Plasma)

환원분해분리재결합시킴으로써

제어

력을사용

운 력비용이많이소요

by-products문제발생

- 25 -

다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 34: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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다 도장시설 배출 VOCs 처리기술 용의 문제

용량의 VOCs 처리기술로 열소각(Thermal Oxidizer) 축열산화

(Regenerative Thermal Oxidizer)의 직 산화 방식이 있으나 소각열을 발생

하기 해 고비용의 연료비가 소요되어 연료비를 감시키기 하여 매산

화(Catalytic Oxidizer) 축열 매(Regenerative Catalytic Oxidizer)의 매산화

방식들과 농축 열소각(Rotary Concentrator and Oxidizer) 방식이 상용 개발

되었다 그러나 재까지 개발된 매산화방식은 특정 성분에 한 매활성

이 나타내는 계로 제어설비를 운용하기 해서는 추가 인 분리설비가 요

구되어 산업 장의 여러 공정들에서 배출된 VOC 가스처리에 활용되지 않고

있다 농축 열소각 방식은 LCD 산업 등 반도체 산업에서 리 사용되고 있

으나 농축기의 흡착물질로 사용된 제올라이트 세라믹 허니콤은 고비 의 고

분자 유기물이 함유된 VOCs 혼합가스 농축에는 제 기능을 발휘하지 못하여

주기 으로 흡착능을 회복시키기 한 처리를 해야 한다 연소제어에서 가장

많이 사용하고 있는 매연소는 고비용이며 독성물질의 생성과 매의 불활

성과 매독에 의한 처리효율이 감소되고 열회수율이 75로 낮다 흡착방법

은 고온 습도가 높은 경우에 용이 어렵고 화재의 험이 있다 한

용량 제어 고농도에 용이 어려우며 제어비가 증가하고 2차 오염물질 생

성 처리의 문제가 있다

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

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학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

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흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

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17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

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J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 35: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 26 -

4 도장공정에 용된 활성탄 흡착탑 황

가 활성탄 흡착법 개요

도장시설에서 발생되는 VOCs를 처리하기 하여 일반 으로 가장 많이

사용하는 방법은 활성탄 흡착법(Activated Carbon Adsorption)이다 흡착은

분자가 물리 혹은 화학 결합에 의해서 고체표면에 붙는 상으로 달라

붙는 분자를 피흡착제 분자가 달라붙을 수 있도록 표면을 제공하는 물질을

흡착제라 한다 공업 으로 사용되고 있는 흡착 장치를 연속성과 조작 방법

에 따라 분류하면 연속 조작법으로는 고정층 흡착장치 이동층 흡착장

치가 있고 단계 조작법으로는 여과장치와 유동층 흡착장치가 있

다 흡착질이 함유된 유체를 고정흡착장치 상부에 유입시키면 기에는 흡착

이 층상부의 비교 좁은 부분에서 일어나다가 시간이 지남에 따라 상층의

흡착량이 속히 떨어져 흡착은 차 하층에서 일어나게 된다 공기를 계속

공 하면 흡착 는 유입공기 통과량에 비례해서 하부로 이동하는데 흡착 의

하단이 흡착층 하부에 도달하게 되면 유출층에 흡착질이 나타나기 시작하다

가 속히 흡착질 농도가 상승하여 기농도와 같아지게 된다 유출시간을

가로축으로 하고 유체의 흡착질 농도를 세로축으로 하여 시간별로 농도가 변

화된 상태를 그림으로 나타낸 곡선을 과곡선 이라하며 유출농도가 기 농

도의 10에 달하는 을 과 (Break Through Point)이라 한다

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 36: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 27 -

나 활성탄의 종류 단가

활성탄은 일반 으로 사용원료 부활방법 형상에 따라 분류할 수 있다

원료에 의한 분류는 식물계(목재 톱밥 야자껍질) 석탄계(역청탄) 석유계

(pitch)로 구분된다 물리 형상에 따라 분말탄과 입상탄으로 구분할 수 있

으며 분말탄의 직경은 200mesh이하이고 입상탄의 01mm이상이며 특히 입

상탄에 미생물을 코 (Coating) 시킨 것은 생물활성탄이라 한다 분말보다 취

이 용이한 입상활성탄(GAC)이 주로 흡착탑에 사용된다

표 15에는 흡착제의 일반 인 물성특성이 나타나 있다 입상활성탄의 충

도는 035~06 (g)이고 비표면 은 700~1500 (g)이다 방향족화합물

은 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거한다 물론 과는 이의

50 수 인 15~20 수 이다(이시훈 2007) 활성탄 선정시 먼 고려해야할

사항은 흡착물질의 최 크기와 흡착제의 입경크기 등이고 평형흡착량 운

최 흡착량 흡착제의 강도 등을 고려하여야 한다 한 충 도 장조건

가격 등을 고려하여 흡착제를 선정한다

표 15 공업용 흡착제의 물성특성

구 분활 성 탄

입 상 분 말

진 도 (g) 20~22 09~22

겉보기 도(g) 06~10 -

충 도(g) 035~06 015~06

공 간 율 033~045 045~075

세공용 (g) 05~10 04~05

비표면 (g) 700~1500 700~1500

평균세공직경 (Å) 12~30 15~30

비 열(g) 02~025 -

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 37: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 28 -

활성탄의 공 가격은 표 16에 주어진 바와 같이 활성탄의 등 과 제품의

종류에 따라서 매우 다양하다 제시된 활성탄의 가격은 2005년 기 으로

재(2008년)는 유가상승과 환율변화 등으로 활성탄 원자재 수입가격 등이

상승하여 활성탄 1 kg 당 2000원 이상(1 기 )으로 공 되고 있다

표 16 D 활성탄 회사 활성탄 공 가격(부가세 별도)(2005년 기 )

구분 품질규격리 가

(원)

소비자가

(원)비고

4X8

8X30

야자 KS 1 1500 1800요오드 흡착력

1100 guarr

야자 KS 2 1300 1560요오드 흡착력

1000 guarr

야자 KS 3 1100 1320요오드 흡착력

900 guarr

석탄 KS 2 1250 1500요오드 흡착력

1000 guarr

석탄 KS 3 1050 1260요오드 흡착력

900 guarr

(Ⅱ)

야자

(식물성)

특 A 2500 3000MB 180uarr -

325 Mesh 98uarr

특 B 1500 1800MB 150uarr -

325 Mesh 90uarr

Coal B 1100 1320MB 150uarr -

200 Mesh 90uarr

조립A (첨착) 5000 6000

Φ 4 일본

네덜란드 미국

B (일반) 1300 1560 Φ 4 국

섬유상

펠트상(일본산) 80000 96000BET 1500 g

4mm

펠트상( 국산) 50000 60000BET 1300 g

4mm

우 탄(분말 코 ) 20000 24000BET 1000 g

5mm 일본산

부직포(분말 코 ) 10000 12000BET 1000 g

5mm 국산

재생2 900 1080

요오드 흡착력

1000 g 기

3 800 960요오드 흡착력

900 g 기

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다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

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기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 38: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 29 -

다 활성탄 흡착법 기본 설계 기

활성탄 흡착탑을 설계하는데 있어서 규모 결정을 해 다음과 같은 사항을

먼 검토해야 한다 흡착제를 통과하는 총 가스의 유량 흡착장치 입구와 출

구의 VOCs의 함량 처리와 후처리 등 체 인 처리공정 흡착시간(흡착제

의 사용시간) 흡착제의 량 경제성(건설비 운 비용 구입가격 재생여부)을

결정하여야 한다

먼지 수분 부식성물질 등이 존재할 경우에는 가스를 흡착시설에 유입시키

기 에 이들을 처리 시설에서 제거하여야 한다 방지시설의 규모는 여러

조건을 고려하여 일정 작업시간동안 발생되는 VOCs를 처리할 수 있는 흡착

제 충진량을 고려하여 정하여야 한다 흡착제 소요량은 흡착상 내부에서 일

어나는 여러 가지 비정상 상태의 에 지 물질 달 상을 고려하여야 비교

정확하게 측가능 하다

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

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기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

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9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 39: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 30 -

라 활성탄 흡착법 용 사례

활성탄 흡착탑의 조건에 따른 도장공정의 VOCs 배출 특성을 악하기

하여 표 17 ~ 18과 같이 설계조건 체류시간이 다른 시설을 상으로 흡착

탑 후단의 THC 배출 농도 특성을 조사하 다 속 장비 부품을 도장

하는 시설의 설계조건으로 도장부스에서 흡착탑으로 유입되는 THC 평균 농

도는 1117 ppm이고 유출농도는 661 ppm으로 처리효율은 408 이었다

도장부스 내부에서 폐페인트 제거를 하여 습식세정을 하기 때문에 상 습

도는 82로 높은 편이었고 흡착탑을 통과한 후 일부 674 로 감소하 다

활성탄 충진량 결정시 활성탄 도는 500 kg을 기 으로 하 고 충진량

은 900 kg 이었다 이때 배출가스가 활성탄 흡착탑을 통과하는 체류시간은

03 로 매우 짧게 설계된 사례이다 그림 9는 활성탄 교체 후 13일이 경과

한 이후 측정 한 결과로 시간경과에 따른 THC 배출농도 변화가 스 이 변

화와 거의 일치하는 것을 볼 수 있다 이러한 농도 패턴은 흡착탑의 체류시간

이 짧게 설계되어 활성탄의 과가 이루어진 상태를 의미하며 충진된 활성탄

의 양이 발생되는 VOCs를 제거하기에 부족하게 설계가 되었음을 나타난다

표 19 ~ 20은 체류시간이 10 로 설계된 흡착탑의 사례로 흡착탑 유입

평균 농도는 4093 ppm이고 유출 농도는 2435 ppm이다 활성탄 충진량은

총 3300 kg 이고 활성탄 교체 후 13일이 경과한 후 흡착탑 후단의 THC

농도를 측정하 다 이 공정은 제품이 유입되어 도장하는 시간에는 기계 연

속도장으로 유입농도는 400 ppm 정도로 일정하게 유입되는 공정이다 한 제

품의 도장이 끝이 나면 다음 제품이 유입되는 동안에는 도장이 이루어지지

않는다 흡착탑 유출 농도 그래 에서 3분 경과 부터는 분무가 이루어지지

않았다 그럼에도 불구하고 유출농도는 도장의 유무와 상 없이 200 ppm 이

상으로 지속 으로 유지되었다 이는 이미 활성탄이 과되어 활성탄의 흡착

과 탈착이 동시에 이루어지는 상을 의미한다

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 40: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 31 -

표 17 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 1

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)1117 plusmn 333

(301 ~ 1809)

661 plusmn 290

(29 ~ 1142)

온도 () 136 167

상 습도 () 82 674

유량 (min) 350

Bed 크기 1200L x 2440H x 310D (2 set)

AC tower 부피 () 18

활성탄 충진량 (kg)900

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 1

체류시간 (sec) 03

그림 9 흡착탑 배출 THC의 시간에 따른 농도 특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 41: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 32 -

표 18 속 부품 도장시설의 흡착탑 설계 사례 2

항 목 흡착탑 유입 흡착탑 유출

THC 농도 (ppm)4093 plusmn 271

(3594 ~ 4648)

2435 plusmn 59

(2265 ~ 2504)

온도 () 227 265

상 습도 () 522 44

유량 (min) 400

Bed 크기 2200L x 3000H x 500D (2 set)

AC tower 부피 () 66

활성탄 충진량 (kg)3300

(500 kg 활성탄 도)

통과속도 (msec) 05

체류시간 (sec) 1

그림 10 흡착탑 후 단의 시간에 따른 THC 농도 특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 42: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 33 -

안산환경기술개발센터(2007)의 보고서에 의하면 안산지역 23개 시설에

하여 방지시설 후단의 THC를 측정한 결과 활성탄 흡착탑의 제거효율은

26~ 636로 낮은 효율을 보 다 특히 과된 활성탄 흡착탑에서 배출되

는 물질들이 악취의 원인물질로도 작용한다고 보고하 다

국립환경과학원(1999) 보고에 따르면 선박제조 련 A사 처리 공정에서

유입농도는 1200ppm 이었고 이때 세정흡착 시설의 제거효율은 80 이었

다 B사 처리 공정에서는 유입농도가 800 ppm 이었고 제거효율은 56 이

었다 목재가구 도장공정에서 유입농도는 240 ppm 이었고 이때 제거효율은

50 이었다 도포공정에서는 유입농도 200 ppm 일 때 제거효율은 20로 보

고되었다

국립환경과학원(2006)은 산업용가스를 제조하는 사업장의 착도장(Primer

Booth)과 컬러도장(Color Booth)을 상으로 활성탄 흡착탑의 활성탄 교체

후 시간 경과에 따른 THC 농도 변화를 조사하여 보고하 다 착도장 공정

의 흡착탑 유입농도는 148 ppm ~ 225 ppm 정도이고 활성탄 충진량은

1100 kg 체류시간은 08 인 시설이다(기타 조건 송풍용량 180 min 활

성탄 부피 246 가동시간 8시간 세정흡착시설) 24시간 경과 시 926

의 높은 제거효율을 보 으나 99시간 경과 시 765로 제거효율이 감소하기

시작하 으며 124시간(21일) 경과 후부터는 20 정도로 낮은 제거효율을 보

다(그림 11) 컬러도장시설은 착도장과 설계조건이 유사하고 유입농도는

281 ppm ~ 393 ppm 범 이다 24시간 경과 시 813 제거효율을 보 으

나 시간의 경과함에 따라 제거 효율이 감소하 고 착도장과 유사하게 124

시간 경과 시 격하게 제거효율이 감소하 다(그림 12) 이 도장시설에 설치

된 흡착탑은 활성탄 교체 후 99시간(약 13일) 경과부터 과가 시작되어 활

성탄 교체가 필요한 상태로 운 되는 것을 의미 한다

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 43: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 34 -

그림 11 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도( 착도장)

그림 12 흡착탑 후 단의 시간 변화에 따른 THC 농도(컬러도장)

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 44: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 35 -

마 활성탄 흡착법 유입농도와 교체주기와의 계

그림 13에는 실제 도장시설에 설치된 흡착탑의 황자료를 바탕으로 유입

THC 농도와 교체주기와의 계를 나타내었다 흡착탑 체류시간이 10 인

시설들만을 상으로 선정하여 THC 농도를 톨루엔 농도로 환산하 고 활성

탄의 톨루엔 흡착량은 문헌에 제시된 결과를 토 로 최 값인 400 mgg으

로 계산하 다(임진 2005) 도장시설에 설치된 흡착탑의 유입농도에 따른

교체주기 결과를 보면 100 ppm 이상인 경우 활성탄 교체 후 10일 정도 경

과되면 활성탄이 과되어 교체를 하여야 한다 교체주기가 30일 정도 되기

해서는 유입농도가 50 ~ 60 ppm 이하로 배출되어야 한다 60일 정도의 교

체주기를 갖기 해서는 30 ppm 이하의 낮은 농도로 배출하는 공정에서

용 되어야 한다

그림 13 활성탄 흡착탑 유입 VOC 농도와 교체 주기와의 계

(조건 Toluene 흡착량 - 최 400 mgg 1일 8시간 운 활성탄

도 - 450 kg 설계 시간 - 1 sec)

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

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통한 국내 용방안 연구 2007

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에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

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8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

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9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

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10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 45: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 36 -

실 으로 활성탄의 교체비용이 소 사업장에서는 큰 부담이 되기 때문

에 2개월 기간의 교체주기에 맞추어 활성탄을 교체하는 것은 어려운 상황이

다 활성탄 교체비용을 산출할 경우 표 19에 제시된 바와 같이 600 min

처리 시 1회 10000천원의 교체비용이 필요하고 18일 주기로 교체가 요구된

다 1개월 주기로 교체하고자 한다면 년간 1억원 이상의 교체 비용이 요구된

다 높은농도로 VOCs를 배출하는 도장시설 사업장에서는 한 활성탄 탑

을 유지하기 해서 에서 설명한 바와 같이 1개월 이하의 주기로 활성탄을

교체하여야 한다 그러나 한 리를 하여 주기 으로 교체하는 경우

비용이 크게 소요되기 때문에 소형 도장시설에서는 실 으로 1개월 단

의 주기 교체가 불가능하여 과된 상태로 흡착탑을 운 하는 경우가 다

수 인 상황이다

표 19 활성탄 교체주기 비용 산출

활성탄

충진량(kg)교체비용 (천원)

교체주기

(일)

600 min 처리기 5000 10000 18

1 min 처리기 83 16

(조건 체류시간 1 sec 기 2000원kg 1 신탄 입상 기 100ppm유입기 )

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

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가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 46: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 37 -

바 활성탄 흡착탑 성능 하 향 인자

1) 폐페인트의 향

장에 용된 활성탄 흡착탑의 성능은 여러 가지 요인에 의해 이론 인

성능 보다 감소될 수 있다 특히 도장시설에서는 습식세정에 의해 제거되지

않은 폐페인트가 후단 방지시설로 유입되고 하게 여과되지 않고 여과지

를 통과하여 활성탄 흡착탑으로 유입되는 상황이 발생된다 폐페인트의 유입

은 활성탄 성능감소에 큰 향을 미친다 장에서는 먼지와 같은 입자상 물

질이 방지시설 효율에 향을 미치는 것을 방지하기 하여 여과막(prefilter)

을 설치하여 사용하고는 있으나 부분의 폐페인트는 이를 통과하여 활성탄

으로 지속 으로 유입되고 있는 상황이었다(그림 14) 폐페인트가 활성탄에

유입될 경우 기공이 페인트로 막히게 되고 활성탄 성능에 큰 향을 미치게

된다

그림 14 활성탄 흡착탑 내로의 폐페인트 유입 경로

- 38 -

2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

- 39 -

3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

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나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 47: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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2) 수분의 향

활성탄의 흡착에 향을 미치는 요인은 활성탄의 처리 방법 흡착질의

농도 흡착질의 성분 활성탄의 형태 등이다 습식세정을 사용하는 경우 습도

가 높은 상태로 유지되고 활성탄에 직 으로 수분이 유입되어 활성탄 성능

을 감소시킬 수 있다 특히 소수성 흡착질은 친수성 흡착질에 비해 습도의

향을 많이 받는 경향을 보인다 노순 (2008)의 보고에 의하면 습도가 높을

수록 과시간이 짧아지고 과 에서의 흡착량이 감소된다 물 분자와 유기

흡착질분자 사이의 경쟁 상호 작용 뿐 아니라 흡착되는 수분에 의한 향

이 있기 때문이다 표 20에 제시된 바와 같이 상 습도가 100 일 때 건조

상태(0) 보다 과 에서의 총 흡착량이 약 20 감소 할 수 있다(표 20)

표 20 습도에 따른 활성탄 흡착능 비교

온도조건 

과 시 까지의 총 흡착량(mgg) 1)

감소율 ()

0 100

25 조건 273 215 212

70 조건 245 215 122

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

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3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

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가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 48: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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3) 기타 향 요소

일부 사업장에서는 경제 인 측면을 고려하여 재생탄을 사용하는 경우가

있다 재생탄의 경우 등 에 따라서 차이는 있으나 신탄에 비해서 60~70

수 의 비용이 소요되므로 경제 인 측면을 고려하여 소형 사업장에서 사

용되고 있다 노순 (2008)의 보고에 의하면 재생탄의 흡착능력이 신탄의 40~

60 정도로 재생탄의 성능이 낮음을 알 수 있다(표 21) 안산환경기술개발센

터(2007) 보고서에서는 재생탄의 흡착효율을 악하기 하여 실제 사업장에

서 사용하고 있는 활성탄 제품들의 품질 성능 분석을 수행하다 그 결과 재

생탄은 KS 1 기 을 만족하지 못하 고 일부 업체의 재생탄의 경우에는

KS 규격의 50 수 인 것으로 보고되었다 재생탄을 사용하는 사업장에서는

흡착탑의 교환주기가 실제 설계된 교환주기보다도 더 짧게 될 수 있다

표 21 신탄과 재생탄의 흡착능력 비교

HD 비율과 시 까지의 총 흡착량(mgg)

감소율 ()신탄 재생탄

1 332 197 407

2 208 125 399

3 283 111 608

(자료 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성

한국 기환경학회지 24(4) 455~469)

이시훈(2007)에 의하면 도장시설에서 일부 톤류가 발생되는데 이물질들

은 반응성이 커서 흡착탑으로 유입될 경우 활성탄에 흡착할 때 발생되는 흡

착열로 인해 열화 상이 발생된다 열화가 발생되면 반응이 진되고 톤류

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

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다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

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2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

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3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 49: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 40 -

가 다른 물질로 이되어 이된 물질들은 활성탄의 기공을 막아 활성탄의

성능을 하시키는 결과가 발생된다

활성탄은 방향족화합물을 평균 으로 활성탄 무게의 34~40 정도를 제거

한다 과시 을 고려한 흡착량은 흡착가능량의 50 수 인 15~20 정도가

된다(이시훈 2007) 도장시설에 설치된 흡착탑은 앞에서 설명한 폐페인트 수

분 재생탄 사용 기타 부산물 등의 향으로 이론 인 수치보다도 훨씬 낮은

흡착능력을 갖게 된다 앞서 계산한 교체주기와 교체비용 보다도 이러한

향에 의해 더 크게 소요되고 리가 어려워지게 된다

사 도장시설의 특성

도장시설에서 배출되는 물질은 피도장체의 제품 특성 사용하는 도료와

용제 등에 따라 매우 다양하므로 배출되는 물질들은 톨루엔 등의 방향족 물

질을 비롯하여 메틸 에틸 톤 등의 톤류 알콜류 등 다양하다 도장하는

방법 제품 유입 방법 도장 부스 형태 송풍유량 등에 따라서 발생 농도

범 와 농도 변화 패턴도 다르다 폐페인트 제거를 하여 습식세정법을 사

용하는 경우 방지시설로 유입되는 습도도 매우 높다 도장은 부분 상온에

서 이루어지므로 배출가스는 상온상태이다 건조시설의 경우에는 건조열로

인하여 배출가스 온도가 높게 유지되므로 방지기술 열 처리가 가능한 기

술 용이 가능하다 한 방지시설로 일부 폐페인트가 유입될 수 있으므로

이러한 부분도 고려되어야 한다 무엇보다도 소형 시설의 경우 방지시설의

기투자비 유지 리비용 등 경제 측면에서 고려가 되어야 한다

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

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그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

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표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 50: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 41 -

5 도장시설 방지기술

가 방지기술의 선택 시 고려사항

VOCs 방지기술은 처리방법에 따라 장middot단 이 있어 도장시설의 여건에 따

라 여러 사항을 면 히 검토한 후에 선택하여야 한다 방지기술 선택 시 아

래 사항들을 고려하여 규제법규를 수하면서도 총비용이 가장 렴한 방지

기술을 선정하여야 한다(환경부 2008)

- 배출가스의 조성 농도 오염물질의 종류(분진 고분자 탄화수소 등)

- 배출되는 휘발성유기화합물질의 특성(폭발한계 응축성 용해성 흡착성 등)

- 배출가스내 수분 먼지 함유량

- 배출량(최 middot평균middot최소 유량 등) 온도 압력 습도

- 산재된 각 오염배출원의 형태( 면 선오염원 공정 불특정 등)

- 년간 운 시간(가동시간 가동율 부하율 등)

- 장치의 치(실내 실외 지표고도 지붕 여유공간 등)

- 보조연료 는 에 지 비율

- 각종 Utility(수도 기 스 배 거 구조물) 이용가능 여부

- 기존의 기오염 방지시설 설치middot운 사항(종류 규모 내용연수)

- 공정변경 물질 체 용제사용량 감축 공해도료 사용 회수시설 설치

- 경제성( 기투자비 연간 운 비)

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 51: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 42 -

나 도장시설 방지기술 개발 황

도장시설 VOCs 배출시설의 한 방지기술 선택을 하여 국내외

으로 많은 심을 기울이고 있다 국립환경과학원(2001)은 소형 배출원의

장 용이 가능한 몇 가지 기술들을 검토하여 효율 경제성을 비교한 사

례가 있고 검토한 기술들은 Biofiltration (페인트 제조공정) Electron Beam

(VOC 처리용) Plasma-Catalyst (실험실규모) Plasma-Scrubber (담배제조공

정) Adsorption-Combustion (자동차 도장시설) Adsorption-Biofiltration (자

동차 도장시설) Membrane-Condensation (실험실규모) 이다

자동차 정비 도장시설의 VOCs 리방안에 하여는 2004년 환경부에서

연구 용역을 수행하여 보고한 바 있다 여기에서는 자동차 정비시설 황

배출되는 VOCs의 황 방지시설 황 등에 한 조사결과를 보고하 고

이를 감하기 한 리방안들에 하여 제시한 바 있다

국립환경과학원(2007) 보고서에서는 VOCs 배출 감 사례분석을 통한 국내

용방안 연구를 하여 자동차 제조 정비시설과 나무 가구 제조시설을

상으로 황 감 방안에 하여 연구한 바 있다 감 방안으로는 방

지시설 뿐 아니라 공정 도장 방법 리방법 개선을 통한 감 방안도 제

시하고 있다

EPA는 HAPs의 리를 하여 시설별 리기 설정하거나 기 을 만들어

가는 이며 제품별 시설별 구체 리 기 을 설정하고 있다 운 매개 변

수 결정 인 운 조건을 결정하여 이를 리함으로 방지시설의 정상 인

운 과 한 VOCs 처리를 리하고 있다 를 들어 고정 매층의 경우

매층 상하류의 최소 가스온도를 운 매개 변수로 정하고 활성탄 흡착탑의

경우는 각각의 재생 사이클에 한 총 재생 질량 흐름 유량(total regeneration

mass stream flow)과 재생 후 활성탄층 온도 는 흡착제에 존재하는 유기성

화합물의 농도 등을 운 매개 변수로 정하여 매개변수를 리하고 있다

- 43 -

다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

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다 소형 시설의 VOCs 방지기술 용성 평가 사례(일본 환경성)

일본 환경성에서는 2008년에 소 사업장용 VOC 처리를 하여 용 가

능한 실증기술을 공모하여 기술들을 검토하고 장 용이 가능한 3개 기술을

아래와 같이 선정하여 성능 평가 경제성 평가 등을 수행하여 결과를 보고

하 다

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1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

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2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

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3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

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라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

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그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 53: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 44 -

1) 생물학 처리기술 (Bioton)

생물학 처리기술인 Bioton은 (주)에바라의 기술로 배출가스가 미생물 층

을 통과하면서 VOCs가 미생물에 의해 분해되는 기술이다 타 처리방법에 비

해 경제 이나 평가당시 평균 인 효율은 35 정도로 낮게 평가되었다(표

22 그림 15) 처리효율은 낮게 조사되었지만 일반 으로는 유입농도의 변화

에 따라서 50~ 80 처리효율을 보이는 것으로 보고하 다

표 22 생물학 처리기술(Bioton)의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 260ppm

처리효율 평균 35

처리용량 1800hr

본체가격 38000천원

설치 운 비 3000천원

력 7200원 (1일 24시간기 )

수도 580원

생물교체비 3800원

그림 15 생물학 처리 Bioton의 구성 장치

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

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표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

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6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

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IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

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V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 54: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 45 -

2) K매트롤 흡탈착 처리기술

K매트롤 흡탈착 처리기술은 (주) 토요방 에서 개발한 기술로 VOCs는 흡

착부에서 흡착매트를 통과하면서 제거되고 VOCs를 흡착한 매트는 회 하면

서 탈착부로 회 하여 이동하게 된다 탈착부에서는 300 정도로 가열된 공

기를 불어주어 흡착매트를 탈착하고 탈착된 공기 산화 매에 의해 VOCs를

산화시키고 열은 열교환기에 의해 회수된다(표 23 그림 16)

표 23 K-매트롤 처리장치의 처리특성 경제성

처리조건 비용

유입농도 평균 720 ppm

처리효율 평균 96

처리용량 3000 hr

본체가격 93000천원

설치 운 비 5000천원

력 17100원

K 매트 12000원

산화 매 12000원

그림 16 K-매트롤 처리장치의 구성 장치

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 55: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 46 -

3) 매산화 처리기술

매산화 기술은 국내외 으로 연구가 많이 진행된 기술로 귀 속 산화

매는 온 분해가 가능하므로 주로 사용되고 있다 (주)야마기시공업에서는

산화 매를 이용하고 열교환 방식을 용하여 VOCs를 처리하고 있다 매

는 330 정도로 가열되었고 이때 650 ppm의 VOCs를 58 정도 제거하

다(표 24 그림 17)

표 24 산화 매 방식 처리장치 처리특성 경제성

처리조건 처리비용

유입농도 평균 650 ppm

처리효율 평균 58

처리용량 600 hr

처리온도 330

본체가격 80000천원

설치 운 비 10000천원

히 BOX 5000천원

력 30000원

산화 매 6140원

그림 17 산화 매 방식 처리장치의 구성 장치

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

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그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

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되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

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V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 56: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 47 -

라 국내 VOCs 방지기술 개발 황

국내에서도 도장시설 소형 VOCs 배출에 합한 방지기술 개발연구

가 진행된 사례들이 있다 순천 학교와 (주)테크 등이 환경부 차세 사업

(2004년)으로 흡착-탈착 후 매 산화하는 방법 는 연소하는 방법 등의 하

이 리드 시스템에 한 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(순

천 학교) 2004 환경부((주)테크 ) 2004) 세계화학공업(주)는 흡착 후 탈착

하면서 응축방식으로 VOCs를 농축하여 용제를 회수하는 기술개발 연구를

수행하여 그 결과를 보고한바 있다(환경부(세계화학공업) 2007) 한국과학기

술원은 VOCs를 흡착하여 산화할 수 있는 매나 세라믹 하니컴 개발과

련된 연구를 수행하여 결과를 보고한 바 있다(환경부(한국과학기술원) 2004)

최근 연구되는 기술들은 기존 흡착탑의 리상 문제 을 보완하는 기술로

흡착탈착을 반복하면서 탈착되어 배출되는 VOCs를 매로 산화시키는 방법

들이다

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 57: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 48 -

그림 18 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술 개요

마 미생물 제품 투입을 이용한 도장시설 VOCs 처리기술

부분의 도장공정에서 세정집진 방식을 사용하고 있으므로 미생물 제품을

세정집진 집수조에 투입하여 미생물이 포함된 세정수를 순환시켜 VOCs 제거

를 할 수 있다 한 미생물들은 집수조에 포집된 VOCs 폐페인트를 분해

하여 지속 인 VOCs를 제거할 수 있고 일부 집수조에서 발생되는 악취문제

를 해결할 수 있다 미생물 제품을 투입하는 처리기술은 구체 으로 미생물에

의해 고분자가 분자로 가수분해되어 폐페인트 성이 제거된다 성이 제

거된 페인트는 응집제를 투입하여 응집부상 시킨 후 폐페인트를 수거하여 제

거한다 이때 소멸된 미생물은 일정량 주기 으로 보충하여 다(그림 18) 이

러한 기술은 THC 농도감소 도장공장에서 문제가 되는 악취 문제 해결에

도 도움이 된다 특히 경제 인 면에서 타 공법보다도 매우 렴한 것이 큰

장 이다 그러나 이 기술은 도장부스의 습식세정방법에 의해 기액 이 이

루어지고 있으므로 시간이 매우 짧고 그에 따라 THC 제거 효율은 낮은

편이다 한 미생물사용에 따라서 계 온도 향을 많이 받게 된다 미생

물 활성이 강한 여름에는 처리효율이 좋은 편이나 활성이 감소되는 겨울에는

처리효율 감소가 발생된다(표 25)

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 58: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 49 -

표 25 미생물 제품을 이용한 VOCs 처리기술의 장단

장 단

악취문제 해결

활성탄 흡착탑 필요 없음

설치비 리비용 렴

세정집진방식에 의한 처리

( 시간 짧음)

가스상물질의 흡수율 낮음

THC 처리율 40 수

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 59: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 50 -

바 계면활성제를 이용한 VOCs 처리기술

도장시설에서 배출되는 VOCs는 주로 톨루엔 에틸벤젠 자일 등으로 이들

물질은 용해도가 낮아 습식세정에 의해 제거되기가 어렵다 계면활성제는 한쪽

은 친수성을 반 쪽은 소수성 특성을 가지고 있는 물질로 소수성 쪽은 VOCs

와 반응하여 그룹을 형성하여 둘러싸게 된다 반 면은 친수성 특성을 나타내

므로 친수성 그룹이 물에 용해되어 체 으로 VOCs의 용해도를 향상시키는

원리이다 Park(2008) 등은 5가지 계면활성제를 상으로 VOCs 용해도 증가에

따른 제거 실험을 수행하 고 그 Tween 81 제품의 VOCs 제거율이 가장 좋

은 것으로 보고하 다 고석오(2004)는 계면활성제를 사용하여 다환방향족탄화

수소류(PAHs)의 용해도가 증가하는 결과를 보고하 다 장 섭 등(2006)은 연

속식 계면활성제 미생물 반응기를 사용하여 방향족화합물의 분해특성을 향상

시키는 연구를 수행하 다 김용식 등(2005)은 계면활성제에 의해 발생되는 거

품을 응용하여 기체상 톨루엔 용해도를 증가시켜 생물학 분해를 유도하는

연구를 수행하 다 최근 친수성과 소수성 특성을 함께 나타내는 계면활성제를

이용하여 물에 잘 용해되지 않는 용제 등의 용해도를 향상시켜 제거하는 연구

들이 보고되고 있다 계면활성제를 이용할 경우 VOCs의 용해도를 향상시킬 수

있으므로 세정방식에 의해 VOCs를 세정수로 환하고 용해된 VOCs를 생물학

처리를 통하여 분해하여 처리한다

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 60: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 51 -

6 소형 도장시설에 합한 방지시설

소형 도장시설에서는 배출되는 VOCs 배출특성은 농도범 가 다양하고

간헐 인 배출이 주로 발생된다 폐페인트 수분 등이 방지시설에 직 으

로 향을 미칠 수도 있다 무엇보다도 소형 시설에서는 기투자비 운

비 유지 리상의 문제 등이 고려되어야 한다 재 부분의 도장시설에 설

치되어 있는 활성탄 흡착탑은 낮은 농도로 배출되는 시설에서만 용이 가능

할 것으로 단된다 그러나 재 도장시설에서 배출되는 THC 농도를 고려한

다면 배출허용기 을 만족하기 해서는 교체주기를 매우 짧게 유지하여야 하

므로 소사업장에 한 활성탄 교체비용 부담이 크게 된다 실질 으로 소

사업장에서는 흡착탑은 설치하 으나 한 유지 리는 이루어지지 않고 있

는 상황이다

도장시설에서는 VOCs 농도변화가 크고 작업 패턴이 다양하므로 이에 합

한 방지기술로는 흡착탑에서 흡착하고 일정시간 후 탈착하여 매산화나 열산

화하는 방식의 흡착 후 주기 탈착과 산화과정이 반복되는 기술이 용 가능

하다 그러나 흡-탈착 매산화의 경우 기비용과 운 시 연료비용이 요구된

다는 것이다 경제 인 기술로는 VOCs의 흡수효율을 향상시켜 미생물처리를

용하는 기술이 합할 것으로 단된다

- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

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- 52 -

IV 결 론

도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 제어하는 재 기술들은

장에 용할 경우 서로 장단 을 가지고 있다 도장공정에서는 VOCs가 용

량으로 배출되고 다양한 물질이 복합물질 형태로 배출된다 한 농도의 변화

배출 패턴 변화가 다양하고 수분 불순물이 많은 양 포함되어 있으므로

기존 방지기술을 장에 용하기에는 많은 한계 과 어려움이 있다 장에서

는 재 활성탄 흡착탑 이외에 한 VOCs 방지 시설을 갖추고 있지 못한 상

황이다 한 부지 선정 문제 충분한 제어효율문제 운 비문제 등으로 인하여

용 가능한 제어 기술을 선정하기도 어려운 실정이다 따라서 도장산업시설에

서 발생되는 VOCs 제어를 한 새로운 신기술 개발이 필요하다

(1) 도장시설의 특성을 살펴보면 분무과정 제품에 도착되지 않은 폐페인트를

제거하기 하여 몇 가지 형태의 습식세정장치나 여과지가 이용되고 있다 도장

시설에서 발생되는 THC의 농도는 112 ppm ~ 2000 ppm 범 로 도장 특성에

따라서 넓은 폭의 범 를 보 다 배출되는 물질은 자일 이성질체 에틸벤젠

메틸 이소 부틸 톤 등의 물질이 주로 배출되고 있었고 도장제품 별 사용 페인

트 용제별로 배출되는 물질 구성비는 다양하다

(2) 도장시설에서 배출되는 VOCs를 제어하기 하여 재는 부분의 시설에

서 습식세정 활성탄 흡착탑이 주로 사용되고 있으며 일부 자동차 제조시설

속도장의 건조시설에서 재연소시설 매연소시설 축열식 매산화시설

등이 용되고 있다 활성탄 흡착탑이 설치된 시설의 사례를 조사한 결과 처리

효율이 40 이하로 매우 낮았고 활성탄의 과로 인하여 활성탄의 기능을 하

지 못하는 상태로 리되고 있음 재 가동 인 흡착탑은 도장시설에서 배출

- 53 -

되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

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reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

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되는 THC 농도를 감안하면 활성탄 충진 후 10여일 후면 과되는 상황이다

활성탄을 도장시설에 용하기 해서는 2달 정도의 교체주기를 고려하면 30

ppm 이하의 낮은 농도로 배출되는 시설에만 사용하여야 한다

(3) 활성탄 흡착탑의 성능 하에 향을 미치는 요인으로는 폐페인트의 유입에

의한 활성탄 기공의 폐쇄 수분 유입에 의한 활성탄 흡착량 감소 재생탄 사용

에 의한 성능 감소 등을 들 수 있음 이러한 요소들이 설계 시 용되는 흡착량

보다 장에서 빠른 교체가 요구된다

(4) 소형 시설에서의 VOCs 방지기술 용을 한 공모를 수행하여 생물학

처리 흡착매트의 순환에 의한 흡탈착 매산화 기술 산화 매 기술을 용

가능 기술로 선정 검토(일본환경성)한 바 있다 흡착 후 탈착하면서 탈착된

VOCs를 매산화나 연소시키는 방법의 흡착재생 순환 기술들이 국내에서도

연구 개발되고 있다 도장시설에 합한 기술로는 흡착 후 탈착- 매산화나

탈착 열산화 하여 주기 으로 탈착과 산화과정이 반복되는 기술을 용하거나

효율을 향상시킨 미생물처리기술을 용하는 것으로 단된다 미생물처리기

술을 용할 경우 경제 인 측면에서 설치 유지 리 비용이 타기술에 비해

렴하다는 장 이 있으며 VOCs의 용해도 증가로 처리효율을 향상시켜 배출

허용기 을 만족할 수 있을 것으로 단된다

- 54 -

V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 63: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

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V 참고문헌

1 고석오 외 계면활성제에 의한 다환방향족 탄화수소계 혼함물의 용해도 증

가 평가 한국환경공학회지 26(8) 896-903 2004

2 국립환경과학원 선진국의 휘발성유기화합물(VOC) 배출 감 사례분석을

통한 국내 용방안 연구 2007

3 국립환경과학원 유해 기오염물질의 배출원 정 리방안 연구(도장시설

에서의 유해 기오염물질 배출특성 연구) 1999

4 국립환경과학원 종규모 산정을 한 배출계수 개발 공동연구(Ⅷ) 2006

5 김용식 등 계면활성제 거품을 이용한 미생물 반응기에서의 기체상 톨루엔

분해 한환경공학회지 27(5) 468-475 2005

6 노순 (2008) 활성탄 흡착탑을 이용한 휘발성 유기화합물의 흡착특성 한국

기환경학회지 24(4) 455~469

7 안산환경기술개발센터 안산지역 표 악취방지시설(흡수 흡착에 의한

시설) 설치에 따른 개선방안 연구 2007

8 이시훈 휘발성 유기화합물의 간헐 배출원에 한 활성탄 흡착 시스템 설

계기 한국 기환경학회지 23(2) 2007

9 임진 고정층 활성탄 흡착반응기에서 기상 톨루엔의 흡착특성 한국환경과

학회지 14(1) 2005

10 장 섭 외 계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 2 미생물의 군

집해석 한토목학회지 26(6B) 695-701 2006

11 환경부((주) 테크 ) 코 도장시설에서 배출되는 휘발성유기화합물의

흡착회수공정개발 2004

12 환경부(세계화학공업(주)) 소배출원에서 배출되는 VOCs 감을 한 흡

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착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008

Page 64: 중소형도장시설에적합한 VOC 저감기술개발 Ⅰ - mewebbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/06/5001154.pdf바. 활성탄흡착탑성능저하영향인자 37 사. 도장시설의특성

- 55 -

착식 hybrid 회수장치 개발 2007

13 환경부(순천 학교) 도장시설의 VOC 배출억제를 한 흡착- 매산화 하

이 리드 시스템 개발 2004

14 환경부(한국과학기술원) VOC 처리용 고기능성 세라믹 하니컴의 상용화기

술 응용장치개발 2004

15 환경부 자동차 정비 도장시설 VOC 정 리 방안 환경 리지침 개발

2004

16 환경부 화학물질과 제2차(2006년도) 비 오염원 화학물질 배출량 조사 결

과 2008

17 한국환경정책평가연구원 시설별 HAPs 리기 (안) 2008

18 Park et al Absorption of a volatile organic compound by a jet loop

reactor with circulation of a surfactant solution Performance evaluation

J Hazardous Materials 153 735-741 2008