휘발성 유기화합물질의 국내 배출 실태

조성준, 송광섭, 서용석, 류민웅, 정남조, 유인수, 강성규

한국에너지기술연구소 촉매연소연구팀

Investigation on Emission of Volatile Organic Compound in Korea

Sune June Cho, Kwang Sup Song, Yong Seog Seo, Min-Woong Ryoo,

Nam-Jo Jeong, In Su Ryu and Sung-Kyu Kang

Catalytic Combustion Research Team, Korea Institute of Energy Research

서론

휘발성 유기화합물질(VOC, Volatile Organic Compound)은 대기환경보전법시행령 제39조 제1항에 따르면 탄화수소류 중 레이드증기압이 10.3 킬로파스칼(또는 1.5psi) 이상인 석유화학제품 유기용제, 기타물질로서 태양광선을 받아 질소산화물과 반응하여 광화학 산화물질를 변하여 산림을 고사시키고, 각종 질병을 유발하여 인체에 상당한 피해를 준다.  1970년대부터 지구온난화와 오존층의 파괴 등 지구 환경에 VOC 배출영향을 국제적으로 토의하기 시작하였다.  최근 대해 유럽과 북미 국가를 중심으로 1991년 11월 VOC의 배출량 삭감을 위한 조약이 채결되었다.  이에 따라 미국, 캐나다, EC, 동구 등 각국은 2,000년까지 VOC 배출량을 30% 이상 삭감하도록 되어있다.

우리 나라에서도 1995년 12월 대기환경보전법 개정하여 1999년부터는 지정된 대기환경규제지역에 대하여 휘발성유기용제을 규제토록 하고 있다.  1996년 여천산단지역대기보전특별종합대책고시와 1997년의 울산 온산 산업단지지역대기보전특별종합대책고시에 휘발성유기용제 배출억제 및 방지를 위한 대책을 포함시킴으로써 휘발성유기용제에 대한 규제를 시작하였다.  1997년 12월에는 대기환경보전법시행령을 개정하여 규제대상 휘발성유기용제의 범위를 확대 강화하고, 주유소를 휘발성유기용제 규제대상시설로 추가하여 2004년부터 규제토록 하였다.

따라서 대기환경보전법의 시행에 맞추어 대기환경 규제 지역 내에서 규제 대상으로 하고 있는 석유화학 제조업, 페인트 제조업, 자동차 도장시설, 도장시설, 야외 도장시설, 세정시설, 금속 및 플라스틱 코팅시설, 주유소, 저유소, 세탁시설, 인쇄시설, 유기 용제 저장시설 등과 같은 11개 업종의 VOC 배출시설에 대한 조사가 필요하다.  본 연구에서는 VOC 배출 시설에 대한 국내 현황을 주요업종별 또는 규모별로 VOC의 배출 및, 방지시설의 종류 및 유지관리에 관한 자료를 수집 분석하였다.

연구방법과 범위

배출시설에 대한 실태조사는 석유 정제 및 및 석유 화학제조 제조업, 유기용제 및 페인트 제조업, 기타 제조업의 세정 코팅 도장시설 및 저장시설의 7 개 배출원에 대하여 규모별 배출시설 운영 업체의 연혁, 개요, 생산 제품, 유기용제 사용공정 및 사용량 등을 조사하고 설치 방지시설을 조사하였다.

휘발성 유기용제 배출실태는 휘발성 유기용제의 배출이 예상되는 주요공정과 주요장치를 중심으로 파악하였다.

결과와 토의

1999년 3월 환경부고시 제1999- 45호에 규정한 VOC 배출규제 대상 업종은 석유 정제 및 석유 화학 제품 제조업, 저유소, 주유소, 세탁시설, 유기용제 및 페인트 제조업, 선박 및 대형 철 구조물 제조업 (10m×10m이상인 대형구조물에 한함), 자동차 제조업, 기타 제조업, 폐기물 보관 처리시설, 자동차정비시설로 규정되어있다.

1997년 보고된 휘발성유기화합물질규제대상설정 및 관리방안에 관한 연구에 따르면 도장산업과 자동차가 가장 큰 배출업종이다.

그림 휘발성유기화합물질 배출원별 배출량 ('97.12 환경부)

산업용 도장 및 코팅 작업은 자동차 조립체, 제품의 에나멜, 항공기 제작, 콘테이너, 가구, 기구 및 플라스틱 생산품 등이 있으며, 비산업용 분야로는 자동차 refinishing, 개인 산업 및 건물 코팅, 건물 인테리어, 외부 싸인, 고속도로 돌식 등 공공 구조물이 있다.

그림. 일반적인 도장공정의 개요

[참고] 도장 부스(Paint Booth): 도장실을 말하는 것으로 과분무(Over-Spray)한 도료 미스트를 제거해 계외로 배출하지 않는 기능을 갖추고 있다.

VOC배출은 페인트 차량, 코팅작업을 용이하기 위하여 사용하는 신나 또는 용매의 증발과 같은 표면코팅 작업에서 발생한다.  이러한 배출에 영향을 주는 인자는 코팅에 포함된 휘발물질의 양이다. 일반적으로 코팅은 조작과 도포가 용이하도록 적어도 30 vol%의 용매를 사용하며 도장은70∼85 vol%의 용매를 사용한다. 대부분의 VOC는 이 코팅과 건조 작업중에 배출된다. 배출되는 성분은 지방족과 방향족 탄화수소, 알코올, 케톤, 에스테르, 알킬 및 아릴계 탄화수소 용매, 천연알코올 또는 물의 한 성분이거나 혼합물이다.  30 vol% 이하의 용매가 함유된 코팅을 저용매 또는 고농도 고체코팅이라 부른다.

표. 도장 과정에서 배출되는 VOC 배출량(1996년)

용도별	건축용		차량용		선박용	전기전자제품명	공업용		철구조물용	도로표지용	플라스틱용	기타	총계
	수성	유성	신차용	보수용			금속용	목재용
생산량(톤)	119,951	64,136	47,294	17,632	61,598	26,698	79,873	45,556	40,389	11,063	14,340	181,258	709,789
발생량(톤)	-	37,327	27,525	10,262	35,850	15,538	46,486	26,513	23,507	6,439	8,346	105,492	343,258

금속 플라스틱 코팅공정을 운전하는 업체는 4개 업종(전기제품 외관도장, 전자기판 코팅인쇄, 금속 캔 코팅, 프라스틱 코팅) 6개 업체를 대상으로 설문조사하고, 이중 3개 업체를 방문 조사를 병행하였다.  조사결과는 아래 표에 나타내었다.

표. 국내 도장업체의 VOC 배출현황 (a: ppm 농도)

업종	업체	코팅방법	도료종류	용매 종류	용매 사용량	방지시설	방지시설 효율
금속 표면 코팅	A사	roller coating	용제형 도료	Toluend MIBK Xylene Benzene	360L/day	직접연소식	100%
	B사	flow coating	용제형 도료	Toluene PSR4000	40L/day	활성탄 흡착탑 밀폐	-
플라스틱코팅	C사		수성도료
섬유류 가공	D사		수성 안료
	E사	Hot airless spray Roller coating	용제형 도료 수성도료 매탈릭도료	-	-	세정흡수탑	40%
가구 제조업	F사	air spray	용제형 도료	-	-	활성탄흡착법, 밀폐	-
	G사	Hot airless spray Roller coating	용제형 도료	-	-	활성탄흡착법, 밀폐	70-90%
	H사	Hot airless spray Roller coating Flow coating	용제형 도료 하이솔리드 메탈릭 도료	-	-	활성탄흡착법, 밀폐	90% 아세톤(35.8)a 톨루엔(4.12) 크실렌(4.16)
	I사	Dip coating airless spray	용제형 도료 수성도료 분체형 도료	2-propanol 1-butanol ethanol iso-propyl alchol methanol	600kg/day	활성탄흡착탑 와류형세정탑	-

조사 도장업체에서 발생되는 VOC 중 벤젠, 에틸 알콜, 이소프로필 알콜이 1998년 7월16일에 전문개정된 환경부고시 제1998-77호에 의해 규제대상이 되는 32 가지 VOC에 포함된다.

도장산업이외에도 조사대상인 석유 정제 및 및 석유 화학제조 제조업, 유기용제 및 페인트 제조업, 기타 제조업의 세정 및 저장시설의 6 개 배출원에 대한 배출원 파악과 배출량 조사를 현장조사를 동일하게 실시한 결과, 아직도 많은 양의 VOC가 배출됨을 알 수 있었으며 VOC 배출처리시설로서는 주로 흡착탑이 이용되고 있었다.

결론

업종별로 석유 정제 및 및 석유 화학제조 제조업, 유기용제 및 페인트 제조업, 기타 제조업의 세정 코팅 도장시설 및 저장시설의 배출원에 대한 휘발성 유기화합물질 배출실태를 설문조사와 현장조사를 통해 파악함으로서 국내 제조업 분야의 휘발성 유기화합물질 배출을 효율적으로 관리할 수 있는 기초 자료를 마련하였다.

참고문헌

[1] 국립환경연구원, □유해가스 배출 산정에 관한 조사연구(Ⅱ)□, p26, 1996.

[2] 환경관리연구소, □첨단환경기술□ 1996

[3] 대한석유협회, 한화진 , 1996

[4] □휘발성유기화합물질 규제대상 설정 및 관리방안에 관한 연구□, 환경부, 1997

[5] □VOC 광화학 대기오염 억제기술과 삭감대책 가이드라인에 관한 조사보고서(번역)',

한국에너지기술연구소, 1998.

[6] EPA. 1997. Preferred and Alternative Methods for Estimating Air Emissions from Surface Coating Operations. U.S. Environmental Protection Agency, Prepared for the Point Sources Committee, Emission Inventory Improvement Program, Office of Air Quality Planning and Standards, Eastern Research Group, Inc., North Carolina