휘발성 유기화합물(VOC)에 대한 설명

[H꼬끼도사W]

휘발성 유기화합물(VOC)에 대한 설명

국립환경 연구원이 주관하고 환경부가 후원한 자동차 도장시설 등에서 발생되는

VOC(휘발성 유기화합물)배출 저감을 위한 세미나 내용을 살펴봅니다.

우리 주변에서 흔히 배출되고 있는 VOC는

인체에도 치명적인 악영향을 미친다는 사실이 밝혀지고 있어

오염물질 감소를 위한 대안이 마련이 시급한 실정이다.

■ VOC란 우리주변에 어떤 것들이 있는가?

VOC(휘발성 유기화합물)란 대류권 오존생성의 전구물질일 뿐만 아니라 대기중의 악취물질, 지구 온난화와 성층권 오존층의 파괴물질로서 대기환경에 악영향을 초래하기 때문에 우선적으로 관리가 필요한 오염물질이다.

VOC가 우리주변에서 배출되는 것을 살펴보면 용제를 사용하는 도장시설, 정유사 및 주유소의 저장시설과 출하시설 및 저유소, 세탁소 및 인쇄소 등 오염원에서도 일부분 배출되고 인간의 일상생활과 밀접한 관계가 있는 소비상품(예 : 페인트, 접착제) 및 개인활동(흡연, 운전, 샤워)등에서도 배출되며, 운송수단인 자동차, 기차, 선박, 비행기 등에서도 대량 배출된다.

또한 하천을 비롯한 해역 등의 수역에서 매우 많은 종류의 유기화합물질(살충제, 합성세제, 유기용매 등)이 배출되고 있으며, 각종 공장폐수(예를 들면 페인트 산업, 금속산업 등) 및 가정하수를 비롯한 농경배수가 이들 유기 화합물질의 주요 배출원으로 작용하고 있다.

1994년도의 휘발성 유기화합물의 부문별 배출비율을 보면 전국적(505톤)으로는 도장부문이 42%로 가장 높고, 다음으로 수송, 세탁·도료제조 시설 등의 순이나, 서울(77천톤)은 수송부문이 38%로 가장 높고, 다음으로 도장·인쇄출판의 순이다.

서울 등의 도시지역의 경우는 발전소 등과 같은 대형 연소시설이 적기 때문에 자동차 등의 수송부문에서 배출되는 오염물질의 비중이 훨씬 높아지며, 또한 여름철의 경우에는 난방이 필요 없기 때문에 자동차 등에 의한 배출비율이 더욱 높아진다.

94년도에 나타난 부문별 휘발성 유기화합물 배출비율(그림1)과 96년도에 나타난 부문별 휘발성 유기화합물 배출비율(그림2)을 비교해보면 도장시설에서의 배출비율이 42%에서 약 47%로 증가했고 수송부문에서도 29%에서 35%로 증가한 것을 알 수 있다. 물론, 동일한 조건일 수 없겠지만 자동차의 증가로 자동차 운행부문의 휘발성 유기화합물 배출비율이 높아진 것을 알 수 있다.

■ VOC 배출저감의 배경

우리 나라의 대기오염은 OECD 국가중에서도 심각한 수준으로 아직도 개선이 필요한 것이 사실이다.

그 동안 정부가 추진해왔던 청정 연료보급 및 저황유 공급 정책에 힘입어 개도국형 대기오염 물질들의 농도는 상단부분 개선되고 있는 추세지만 약 1천200만대의 급속한 자동차의 증가로 인해 선진국형 오염문제는 대도시를 중심으로 계속 심화되고 계속 문제시 될 것으로 예상되고 있다.

우리는 2002년 월드컵 축구대회를 쾌적한 대기환경에서 개최해야함과 동시에 국민들의 건강을 보호하기 위해서 대도시의 대기오염을 개선해야 하는 중요한 시기를 맞고 있다. 각종 산업활동에서 방출되는 휘발성 유기화합물은 대류권 오존생성의 전구물질일 뿐 아니라 대기중의 악취물질, 지구 온난화와 성층권 오존층의 파괴물질로서 대기환경에 악영향을 초래하기 때문에 우선적으로 관리가 필요한 오염물질이다.

특히, 도장시설은 휘발성 유기화합물을 배출하는 시설의 배출량 중 40%이상을 차지하고 유기용제를 직접 사용하기 때문에 적절한 방지장치를 설치하지 않을 경우 대부분이 대기중으로 그대로 방출된다.

현재 환경부에서는 도장시설에 대하여 방지시설 설치를 의무화하는 정책을 추진하고 있으나 배출농도에 대한 규제기준이 없어 대다수의 도장시설은 효율성보다는 비용이 적게드는 저가의 휘발성 유기화합물질 배출·억제시설을 형식적으로 설치하고 있는 것이 사실이다.

그렇기 때문에 휘발성 유기화합물을 효과적으로 저감하기 위해서는 시급히 저비용·고효율의 장치가 개발되고 보급될 수 있도록 해야한다는 지적이 나오고 있다.

■ VOC가 환경과 인체에 미치는 영향

VOC는 그 종류가 매우 다양하여 각 개별 화합물질에 따라 독성의 크기 및 강도가 다르게 나타난다.

최근 대기오염의 큰 비중을 차지하고 있는 악취 및 휘발성 유기화합물은 심각한 사회문제가 되고 있다.

현재 공단이 밀집되어 있는 인근지역에서는 조혈, 생식기능 장애, 급·만성 중추 및 초신경 장애 등을 유발하는 휘발성 유기화합물질의 검출량이 법규제치의 2∼5배에 달하고 있으며 체감 오염도는 전국적으로 확산되어가고 있는 실정이다.

특히, VOC는 자체의 성질로도 유해할 수 있고 대기중에서 질소산화물(NOx)과 광화학 반응을 일으켜 인체 및 동·식물에 유해한 오존 등 2차 오염물질인 광화학 산화물을 형성하는 전구물질로 작용하고 있다.
VOC가 인체와 수중생태계에 미치는 일반적인 영향에 대해서 알아보자. 우선 인체에 대한 영향을 살펴보면 다량 섭취시 급만성 중독현상이 나타나며, 눈 및 피부에 자극적이고 접촉시 피부염을 일으키거나 화상을 입을 수 있다. 또한 변이원성 물질로서 생체 내 유전물질의 변형을 불러일으킬 수 있고, 발암성 물질로서 암을 유발할 수도 있다.

수중생태계에 대한 영향은 수중에서 서식하고 있는 생물에 독성을 나타내고, 치어나 알에 독성이 비교적 크며, 자어나 성어에도 어느 정도 독성을 나타낸다. 또한 수계에 유입되면 주로 빠르게 증발되거나 산소 존재시에는 생분해가 일어나서 감소되며 어류나 수생생물에 대한 생체농축은 일어나지 않는다.

그 동안 많은 국가에서는 오존오염의 해결을 위해 주력해왔으나 광화학적 산화물로부터 피해를 최소화하기 위해서는 VOC의 방출량을 억제할 때 큰 효과가 있다는 사실을 발견하였고, 이에 따라 VOC에 대한 난제를 해결하기 위해 지금도 수많은 환경·화학 연구자들이 해결방안을 모색하고 있다.

■ 사업장에서 VOC의 배출 저감방법

1) 유류 등의 저장시설에는 휘발 억제시설을 설치하고 점검을 철저히 한다. 저유소, 주유소 등의 휘발유 저장시설(프로팅 루프식 제외)에 휘발유를 급유할 때, 또는 평상시에도 기압변동 등으로 휘발물질이 기화하여 대기 중으로 배출되므로 이러한 시설을 소유한 사업자는 휘발물질의 누출방지를 위해 흡착식, 흡수식 등의 방지장치의 설치와 더불어 흡착재나 흡수제를 주기적으로 교체하고, 탱커나 탱크로리 등의 수송설비에서 휘발물질을 회수하는 설비를 갖추도록 한다.

2) 휘발성 유기용제류를 사용하는 작업은 부스 내에서 한다. 물질이 대기 중으로 배출되는 경우가 많으므로 사업자나 종사자는 용제의 함량을 최소화하고, 수용성 도료를 사용하는 등휘발 물질의 발생 억제를 위해 적극 협조한다. 예를 들어 작업장을 부스화하고 정화장치를 설치하여 휘발물질의 배출을 억제하는 것도 좋은 방법이다.

3) 기온이 높은 낮시간의 급유나 용제류를 사용하는 작업을 지양한다. 기상조건상 고농도 오존이 발생하기 쉬운 상태가 되면 주유소 탱크 등에 유류를 급유하는 과정에서 휘발물질이 대기중으로 많이 배출되므로 급하지 않으면 가능한 오존농도가 낮은 아침이나 저녁 시간대에 급유한다. 특히, 도장시설은 휘발물질의 배출 기여율이 크기 때문에 작업공정을 조정하여 햇빛이 강한 한낮에는 가급적 다른 작업을 하도록 한다.

■ VOC의 처리기술과 방법

VOC의 처리기술 방법은 어려가지가 있다. 흡착 및 미생물 처리방법(BIO-CAT)을 이용한 악취 및 VOC 제거기술과 흡착 및 연소방식에 의한 VOC 처리기술에 대해서 알아보자.

1) 흡착 및 미생물 처리방법(BIO-CAT)을 이용한 악취 및 VOC제거기술
미생물 처리법(BIO-CAT)의 기본원리는 다공성 담체재질(Polyuretane)에 고정화되어 있는 미생물을 이용하여 Air Stream에 존재하는 오염물질을 제거하는데 악취나 VOC와 같은 오염물은 Biofilm과 담체에 흡수되고 미생물에 의해 생물학적으로 무해한 성분(CO2 및 H2O)으로 분해되어 배출된다. 이 때 미생물들은 담체의 표면에 형성된 Biofilm에서 자라거나, 담체 주변의 액상에서 성장한다.

미생물을 이용한 생물학적 처리법은 국외에서 활발히 연구 및 상용화되고 있는 기술로 미국에서는 1957년 특허화 되었고, 1970년대 관계법규가 제정되어 현재 활발한 연구 및 산업현장에서 상용화되고 있다. 이후 유럽 특히 독일과 네덜란드를 중심으로 발전하여, 현재 구미 각국에 널리 보급되어 있으며 유럽에서는 현재 BACT(Best Available Control Technology)로 인정받고 있다.

도장시설에서의 VOC 배출저감 시스템을 보면, 일반적으로 VOC를 최종 처리하기 전에 포집하기 위한 회수기술로 활성필터를 이용한 흡착기술과 미생물 처리법을 혼합, 응용하여 효율적인 제거방법의 장점을 얻을 수 있다. Active Cabon을 이용한 흡착방식은 짧은 시간에 오염물질을 제거할 수 있으므로 현재 도장시설 및 산업현장에서 간단한 설비형태로 적용되고 있다. 그러나 흡착방식은 제 기능을 발휘하기 위해서 흡착제를 재생하거나 포화된 흡착제를 자주 교체, 폐기 또는 재생하여야 하는 비용과 작업의 과다성 및 2차 오염물질을 배출하는 불완전한 설비라 할 수 있다.
이러한 문제점은 미생물처리 시스템과 주기적인 가열(130∼140℃)을 이용한 Active Carbon의 다중필터(Multi-Bed) 흡·탈착 방식의 처리 기술 등을 혼합 시스템으로 접목할 때 활성필터의 교체주기를 최대화 할 수 있고 비용절감, 작업의 최소화 및 효율의 극대를 추구할 수 있다. 혼합방식의 활성필터와 미생물 처리시스템의 일반적인 구성도와 처리계통도는 다음과 같다.

실제 도장시설의 자동차 페인트 부스에서 배출되는 VOC방지 시설로 미생물 처리법과 활성필터의 혼합시스템을 설치하여 3회의 측정결과 BTEX(3.806kg/일)와 헵탄(Heptane)유기화합물에 대하여 각각 96.4%, 100% 및 99.9%가 제거되었다.

2) 흡착 및 연소방식에 의한 VOC처리기술
흡착 및 연소방식에 의한 VOC 처리기술의 개요를 살펴보면, 입상 활성탄의 탁월한 VOC를 흡착하였다가 도장부스의 휴지 시간대에 활성탄을 가열, VOC를 탈착하여 연소장치로 보내어 직접 연소시키는 방식이다.

이 방식의 장점은 탁월한 VOC 흡착능력을 들 수 있는데, 오염된 도장부스의 배기가스가 강제 접촉에 의해 입상활성탄에 95%이상의 포집율로 흡착한다.(50∼300rpm→10ppm이하) 그리고 화석연료의 연소방식이 아닌 Flameless Incineration 기술로 99%이상의 연소효율을 유지할 뿐만 아니라 NOX, CO 증가 등의 2차 오염이 최소화된 연소기술로 VOC를 효과적으로 제거한다. 또한, 대풍량 처리로 도장품질이 향상되고 분진제거의 탁월성 등을 들 수 있다.