Ⅳ. 결과 및 고찰
4.2 사업장별 악취물질의 기여도 평가
4.2.1 도장사업장
Table 4.6 Paint factories under investigation
사업장 구분 사업장 업종 사용 도료 및 용제 방지시설
1 Ha-P-1 도장 및 기타 피막처리업 수성페인트(15kg/d) 흡착시설 2 Ha-P-2 기타전자부품 유성페인트(33.6ℓ/d)
신너(14.4ℓ/d) 여과+흡착시설
3 Ha-P-3 전자부품, 영상, 음향 및 통신장비제조업
유성페인트(20ℓ/d)
신너(20ℓ/d) 세정+흡착시설
4 Ha-P-4 강주물주조업 유성페인트(10ℓ/d)
신너(10ℓ/d) 여과+흡착시설
5 Ha-P-5 조립금속제품제조업 유성페인트(30ℓ/d)
신너(30ℓ/d) 세정+흡착시설
6 Ha-P-6 도장 및 기타 피막처리업 분체 도료(25㎏/d) 원심력+흡착시설
Table 4.7 Characteristics of organic solvent used in painting process76)
원료명 최소감지값
(ppm) 증기압
(mmHg) 물에 대한 용해도 인화점 (℃) Toluene 0.33 22(20℃) slightly soluble 4
Xylene 0.058 ~ 0.38 8(20℃) insoluble 32
MEK 0.44 78(20℃) soluble -9
MIBK 0.17 16(20℃) soluble 18
Ha-P-1 사업장에서는 방지시설로 흡착탑이 설치되어 가동되고 있는데 조사결과 배출구에서 주로 알데하이드류, 특히 아세트알데하이드나 뷰티르알데하이드, 폼알 데하이드 등이 다량 배출되는 것으로 밝혀졌다. 이 물질들은 수성페인트의 주원료 인 에멀젼 수지에 다량 함유된 성분들로 알려져 있다.
Ha-P-2 사업장은 가전제품(냉장고)의 부품을 습식 도장하여 건조 후 포장 및 출하하 는 사업장으로, 도장 공정에서 사용하는 용제인 신너, 유성페인트 등으로 인해 강한 용매 냄새가 감지되었다. 방지시설로는 1차 여과시설, 2차 방지시설이 가동되고 있 었다.
도료는 유성페인트를 사용하는데 사용량은 33.6 L/d 정도이며, 페인트의 점도를 희석시키기 위한 희석제로 쓰이는 신너는 하루에 14.4 L 정도 사용되고 있었는데,
유성페인트는 합성수지, 솔벤트, 자일렌, 톨루엔, 납화합물, 크롬화합물, 탄산칼 륨, 기타원료로 제조되며, 신너는 벤젠계, 케톤류, 알콜류, 아세테이트류 화합물 등으로 구성되어 있는 혼합 유기용제이다.
본 연구결과 Ha-P-2 사업장 방지시설 배출구에서는 아세톤, 톨루엔, 자일렌, 부 틸아세테이트, MEK, MIBK, i-뷰틸알콜 등이 다량 검출되었는데 이는 유성도료와 희석제로 쓰이는 신너 때문인 것으로 판단된다.
Ha-P-2 사업장의 생산 및 처리공정은 원료 → 세척 → 성형사출 → 도장 → 건 조 → 검사 → 포장 → 제품 출하 공정으로 Fig. 4.29에 나타내었다.
ABS 사출품 ➜ 원 료
도장공정
(습식) 흡착탑
여과 집진시설
➡ 건 조
검 사
포 장
출 하 (가전 부품)
Fig. 4.29. Ha-P-3 factory produce and handling process.
Ha-P-3 사업장은 플라스틱 소재인 acrylonitrile butadiene styrene(ABS), polypropylene(PP) 등을 이용하여 전자부품, 영상, 음향 및 통신장비를 생산하는 사 업장으로, 플라스틱 소재를 도장하는 공정에서 유성페인트와 희석제인 신너가 20 L/d 씩 사용되고 있었는데, 공장 주변에서 유기용제 냄새가 감지되었다.
Ha-P-3 사업장의 1차 세정시설, 2차 흡착탑을 걸쳐 배출되는 가스에서도 Ha-P-2 사업장과 유사하게 아세톤, 톨루엔, MIBK, MEK, 부틸아세테이트 등이 고농 도로 검출되었다.
Ha-P-4 사업장은 금속 공작기계부품을 주조하여 생산하는 시설로, 원료입고 및 투입부터 마지막 공정인 도장 공정에서 사용되는 원재료 및 첨가제에 의한 먼지 및 악취가 발생하고 있었다. 유성페인트와 희석제인 신너를 10 L/d 씩 사용하고 있었 다. 방지시설은 여과시설과 흡착시설을 병해하여 가동하고 있으나 조사결과 배출가스 에서 톨루엔, 자일렌, MEK, MIBK, 에틸벤젠 등이 고농도로 검출되었다.
Ha-P-5 사업장은 금속 공작기계부품을 가공, 도장, 조립하여 출하하는 사업장 으로 유성페인트와 희석제인 신너를 30 L/d 씩 사용하고 있으나, 작업장이 전체적 으로 잘 밀폐된 상태여서 공장 주변에서는 악취를 감지할 수 없었다. 하지만 세정 시설과 흡착시설을 거쳐 배출되는 가스에서는 고농도의 톨루엔과 자일렌, 부틸아세 테이트, 에틸벤젠, 아세트알데하이드, 부틸알데하이드 등이 검출되었다.
Ha-P-6 사업장은 가전제품 부품을 분체도료를 이용하여 도장하여 건조한 후 포장 및 출하하는 업체로, 도장 공정이라는 선입견과는 달리 악취발생이 거의 없었다.
분체도료는 용제 등의 희석제를 포함하지 않는 100% 고형분 도료로써 용제 냄새 가 거의 없다. 원심력 집진시설과 흡착탑을 거쳐 배출되는 가스에서 아세톤, 톨루 엔, 자일렌 등의 휘발성 물질들이 아주 미량 검출되었다.
1. 악취발생원
가. 원료 방치
대부분의 사업장에서 원료로 사용되는 유성도료 및 희석제(신너)가 작업장 내에 별도 의 관리 없이 방치되고 있어 작업장에 악취가 발생되고 있다. 이러한 도료 및 희석 제의 주요 성분인 톨루엔, 자일렌 등 휘발성 유기화합물은 모두 상온에서 증기압이 높은 물질로 개방 상태로 보관 시 공기 중으로 휘발되어 악취가 발생될 수 있으며, 실제 대부분의 도장 사업장내에서 악취가 발생되었다. 배출가스의 VOC 농도는 평균 수ppm 내외로 측정되어 사업장 인근 주변으로 확산될 수 있으며, 작업장 내부의 악 취가 출입구 및 창문을 통해 외부로 확산되고 있었다.
나. 도장(도포)공정 악취발생
도료 도포는 분사, 담그기 및 붓질 등의 방법이 있으며, 대부분의 사업장에서는 분 사방식을 이용한 도포작업을 하고 있으며, 도료 분사 시 발생되는 VOC는 분사실 (spray booth)의 악취포집시설에 의해 포집되어 방지시설로 이송되어 처리되지만 대 부분 분사실의 악취포집 효율이 낮아 외부로 확산되며, 부스 내 세정수 장기 사용 등 으로 도장(도포)과정 중 악취물질이 지속적으로 발생되었다.
도료 분사실의 모습을 Fig. 4.30에 나타내었다.
(a) Ha-P-2 (b) Ha-P-4 Fig. 4.30. Photographs of painting process.
다. 건조공정 악취발생
도장(도포)된 도료는 건조실에서 착색되며 이때 휘발되어 발생하는 악취물질은 포 집장치를 통해 포집된 후 방지시설로 이송되어 처리되고 있으나 배기가 원활하지 못 해 작업장으로 악취가 확산되며, 열풍건조방식에 의한 건조과정은 열손실을 감소시 키기 위해 완전 밀폐된 상태에서 운전 중이며, 이로 인해 건조과정 중 발생되는 VOC의 외부 확산은 적은 것으로 조사되었다.
라. 방지시설 운영 현황
6개 중 5개의 도장사업장은 활성탄 흡착방식의 방지시설을 운전하고 있으며, 흡착방식 의 경우 저농도 고풍량 악취발생시 처리가 용이한 것으로 알려져 있다. 고농도 VOC 발
생 시 효율적인 악취저감을 위해서 정확한 활성탄 교체주기 산정에 따른 운전이 요구 되고 있으나 교체주기 연장이나 흡착탑에서 활성탄 충진 방법이 자루에 담아 충 진하고 있어 충진자루 간의 매우 큰 공극 발생에 때문에 편류 등으로 인한 정 상적인 흡착이 어려울 것으로 판단되는 등 관리가 소홀한 경우가 많은 실정이다.
2. 이론희석배수
악취는 개별 물질마다 사람의 후각으로 느낄 수 있는 최소농도 즉 최소감지농도 가 다르다. 최소감지농도는 Table 4.8과 같이 탄소와 수소만으로 된 화합물보다 산소, 황, 질소 등의 헤테로 원자가 포함되어 있는 화합물들이 대체로 작은 값을 나타내고 있는데 최소감지농도가 작을수록 낮은 농도에서 냄새를 유발함으로 강한 냄새를 낸다고 할 수 있다.
Fig.4.31과 같이 도장사업장의 주요 악취물질농도 비율은 아세톤이 20.3 %로 가 장 높게 나타났으며, 다음으로 톨루엔 〉폼알데하이드 〉아세트알데하이드 순으로 19.6~9.7 %의 배율을 나타냈다. 그러나 최소감지농도를 이용해 계산한 이론희석배 수를 살펴보면 농도비율 8.6 %를 보이던 뷰틸알데하이드가 전체 이론희석배수의 73.8 %를 차지하는 것으로 나타났으며, 다음으로 아세트알데하이드가 17.7 %, 프 로피온알데하이드는 4.9 % 순으로 나타났다.
따라서 도장사업장에서 발생되는 악취에 기여하는 비율은 아세톤이나 톨루엔 성분보다는 뷰틸알데하이드 및 아세트알데하이드 물질이 크게 미치는 것으로 추정 된다.
이는 아세트알데하이드가 이론희석배수의 63%를 차지하는 것으로 나타난 이종국 논문의 표면처리(도장) 관련 사업장 측정․분석 결과 중 최종배출구에서의 악취물질 결과5)와 차이는 있으나 알데하이드류가 주요 악취유발물질로 나타난 점에서는 유사 하고, 환경부 홈페이지에 등록된 자료인『업종 ․ 시설별 악취관리』의 도장시설 악 취 배출현황79)에서 주로 배출되는 악취물질로 용제의 주성분인 톨루엔, 자일렌 등 의 방향족 화합물과 이들이 고온 산화되어 생성되는 뷰틸알데하이드, 프로피온알데 하이드 등 알데하이드류라고 제시한 내용과도 일치한다.
Table 4. 8. Odor material concentrations and theoretical dilution rate of prevention facilities outlet in painting facilities
Odorous Compounds
Mean concentration &
Percent Mean concentration
(ppb) (n=6)
Percent (%)
Odor threshold
(ppb)
Theoretical Dilution
rate Percent (%) Hydrogen sulfide 0.21 0.0 0.50 0.4 0.0 Methyl mercaptan 0.00 0.0 0.12 0.0 0.0 Dimethyl sulfide 0.00 0.0 0.12 0.0 0.0 Dimethyl disulfide 0.00 0.0 0.28 0.0 0.0 sulfur dioxide 0.68 0.0 55 0.0 0.0 Ammonia 79.93 0.7 150.00 0.5 0.0 Trimethyl amine 0.01 0.0 0.11 0.1 0.0 Acetaldehyde 1042.18 9.7 1.50 694.8 17.7 Propionaldehyde 286.72 2.7 1.50 191.1 4.9
Butylaldehyde 927.72 8.6 0.32 2899.1 73.8 I-Valeraldehyde 3.80 0.0 0.19 20.0 0.5 n-Valeraldehyde 10.68 0.1 0.71 15.0 0.4 Formaldehyde 1272.05 11.8 500 2.5 0.1 Acrolein 80.17 0.7 3.6 22.3 0.6 Acetone 2181.60 20.3 42000 0.1 0.0 Crotonaldehyde 0.00 0.0 23 0.0 0.0 Benzaldehyde 0.00 0.0 - 0 0.0 o-Tolualdehyde 0.00 0.0 - 0 0.0 m.p-Tolualdehyde 0.00 0.0 - 0 0.0
Hexaldehyde 2.95 0.0 - 0 0.0
Stylene 3.60 0.0 33 0.1 0.0 Toluene 2099.86 19.6 920 2.3 0.1 Xylene 492.79 4.6 110 4.5 0.1 Methyl ethyl ketone 700.90 6.5 440 1.6 0.0 Methy lisobutyl ketone 605.52 5.6 170 3.6 0.1 Butylacetate 346.46 3.2 8 43.3 1.1 Isobutylalcohol 250.90 2.3 11 22.8 0.6 Benzene 13.97 0.1 2700 0.0 0.0 Chlorobenzene 2.65 0.0 68000 0.0 0.0 Ethylbenzene 331.77 3.1 170 2.0 0.0
Mean Concentration
Acetone 20.3 % Toluene
19.6%
Xylene 4.6%
MEK 6.5%
MIBK
5.6 % A-Alde 9.7 %
F-Alde 11.8 % B-Alde
8.6 %
Theoretical Dilution rate
B-Alde 73.8 %
P-Alde 4.9 % A-Alde
17.7 %
Fig. 4.31. Percentage of odor material concentrations and theoretical dilution rate in painting facilities.
3. 악취세기
대기 중 냄새의 정도를 수치화하여 표현하는 방법 중의 한가지인 직접관능법에 의한 악취세기는 최소감지농도 수준의 냄새를 1도, 악취로 인식되지 않을 보통의 수준을 2도로 하며, 기타 악취로 느낄 수 있는 세기를 3~5도로 규정하고 있다.
Fig.3.32와 같이 도장사업장의 방지시설에서 배출되는 악취물질 중 악취로 느낄 수 있는 3도 이상의 악취세기를 나타내는 것은 뷰틸알데하이드가 4.2도, 아세트알 데하이드가 3.9도, 프로피온알데하이드는 3.3도로 도장사업장에서 발생하는 악취 의 주요 유발물질은 알데하이드류로 평가되었다. 다음으로 휘발성 유기화합물 중 자일렌, 톨루엔, 메틸이소뷰티르케톤이 1~2도 이상의 악취강도를 나타냈다. 조사 결과에 따르면 하남산단 도장사업장들에서 배출되는 악취의 주요 유발물질은 알데 하이드류와 일부 휘발성 유기화합물인 것으로 판단된다.
P a i n t i n g F a c i l i t i e s
X y l e n e 2 . 0
M e t h y l i s o k e t o n e
1 . 9
T o l u e n e 1 . 5
n - V a l e r a l d e h y d e
2 . 6 I - V a l e r a l d e h y d e
2 . 5
B u t y l a l d e h y d e
4 . 2
P r o p i o n a l d e h y d e
3 . 3 A c e t
a l d e h y d e 3 . 9
1 - T h re s ho l d 2 - M o de r at e 3 - S t ro n g 4 - V e ry st r o ng 5 - O v er st r o ng
Fig. 4.32. Main odor inducer materials by odor intensity index in painting facilities.