26. 폐기물관리 6
3. VOC처리 설비관리
가. 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOC)의 정의
비점(끊는 점)이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을
총칭으로서 VOC라고도 하는데, 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장
이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하며 끓는점이
낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족 화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수
소류가 거의 해당 된다.
VOC는 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하기도 하고, 벤젠과 같은 물질은 발암성물질로서 인
체에 매우 유해하며, 스티렌을 포함하여 대부분의 VOC는 악취를 일으키는 물질로 분
류할 수 있다.
주요 배출원으로는 유기용제사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소 및 각종 운
송 수단의 배기가스 등의 인위적 배출원과 나무와 같은 자연적 배출원이 있다.
나. 규제 대상 물질
대기환경보전법시행령 제39조 제1항에서는 석유화학제품·유기용제 또는 기타 물질
로 정의하는데, 환경부고시에 총 37개 물질이 규제대상물질 및 제품으로 고시 된다.
(1) 휘발성 유기화합물 규제제품 및 물질
1 아세트알데히드 Acetaldehyde C2H4O[CH3CH0] 75-07-0
2 아세틸렌 Acetylene C2H2 74-86-2
3 아세틸렌 디클로라이드 Acetylene
Dichloride C2H2C12 540-59-0
4 아크롤레인 Acrolein C
3H4O 107-02-8
5 아크릴로니트릴 Acrylonitrile C3H3N 107-13-1
6 벤젠 Benzene C
6H6 71-43-2
7 1, 3-부타디엔 1, 3-Butadiene C4H6 106-99-0
8 부탄 Butane C
4H10 106-97-8
9 1-부텐,
2-부텐
1-Butene,
2-Butene
C
4H8[CH3CH2CHCH2)],
C
4H8[CH3(CH)2CH3]
106-98-9
107-01-7
10 사염화탄소 Carbon
Tetrachloride CCl4 56-23-5
11 클로로포름 Chloroform CHCl
3 67-66-3
12 사이클로헥산 Cyclohexane C6H12 110-82-7
13 1, 2-디클로로에탄 1, 2-Dichloroethane C2H4Cl2[Cl(CH2)2 Cl] 107-06-2
14 디에틸아민 Diethylamine C4H11N[(C2H5)2NH] 109-89-7
15 디메틸아민 Dimethylamine C2H7N 124-40-3
16 에틸렌 Ethylene C2H4 74-85-1
17 포름알데히드 Formaldehyde CH2O[HCHO] 50-00-0
18 n-헥산 n-Hexane C
6H14 110-54-3
19 이소프로필 알콜 Isopropyl Alcohol C3H8O
[(CH3)CHOHCH3] 67-63-0
20 메탄올 Methanol CH
4O[CH3OH] 67-56-1
21 메틸에틸케톤 Methyl Ethyl
Ketone
C
4H8O
[CH3COCH2CH3] 78-93-3
22 메틸렌클로라이드 Methylene
Chloride CH2Cl2 75-09-2
23 엠티비이(MTBE) Methyl Tertiary
Butyl Ether
C
5H12O
[CH3OC(CH3)2CH3] 1634-4-4
24 프로필렌 Propylene C3H6 115-07-1
25 프로필렌옥사이드 Propylene Oxide C3H6O 75-56-9
26 1, 1, 1-
트리클로로에탄
1, 1, 1-
Trichloroethane C2H3Cl3 71-55-6
27 트리클로로에틸렌 Trichloroethylene C2HCl3 79-01-6
28 휘발유 Gasoline - 86290-81-5
29 납사 Naphtha - 8030-30-6
30 원유 Crude Oil - 8002-5-9
31 아세트산(초산) Acetic Acid C2H4O2 64-19-7
32 에틸벤젠 Ethylbenzene C8H10 100-41-4
33 니트로벤젠 Nitrobenzene C
6H5NO2 98-95-3
34 톨루엔 Toluene C
7H8 108-88-3
35 테트라클로로에틸렌 Tetrachloroethylene C2Cl4 127-18-4
36 자일렌
(o-,m-,p-포함) Xylene C8H10
1330-20-7
(95-47-6
108-38-3
106-42-3)
37 스틸렌 Styrene C8H8 100-42-5
※ CAS No(Chemical Abstracts Service Registry Numbers)는 미국화학회(ACS;
American Chemical Society)에서 동질성을 가지는 물질 등에 부여한 고유번호를
말한다.
다. 배출원별 휘발성 유기화합물의 배출량
범주별 VOC 배출량 및 비율을 보면 도장시설에서 배출되는 VOC의 비율이 37%로 가
장 많다. 자동차 정비 보수도장과정에서 배출되는 VOC의 배출량은 도장시설 범주 내에
서 차지하는 비율이 약 2%정도 되는데, 비율은 크지 않지만 일반 주거지역과 인접하여
있으므로 그 영향이 더욱 크게 미친다.
(1) 산업 분야별 VOC 배출량 및 비율
| 에너지산업연소 비산업연소 |
4,217 2,709 |
0.60% 0.39% |
| 제조업연소 생산공정 에너지수송및 저장 도장시설 세정시설 세탁시설 인쇄업 가정의 유기용제사용 아스팔트도로 포장 도로이동오염원 비도로이동오염원 폐기물처리 합 계 |
2,263 125,726 26,559 264,477 49,005 22,072 59 27,363 17,803 107,766 16,723 32,475 699,216 |
0.32% 17.98% 3.80% 37.82% 7.01% 3.16% 0.01% 3.91% 2.55% 15.41% 2.39% 4.64% 100.00% |
(2) 도장 시설에서의 VOC 배출량
구 분 VOC배출량 (ton/년) 비 율 (%)
자동차 제조 5,038 1.9
자동차 수리 5,035 1.9
건축 및 건물 93,299 35.3
코일 코팅 54,815 20.7
선박 제조 48,147 18.2
나무, 가구제조 19,435 7.4
기타 산업용 도장공정 18,848 7.1
기타 비산업용 도장공정 19,860 7.5
합 계 264,477 100
라. 자동차정비 보수 도장 작업
자동차의 보수 도장은 신차 도장에 비하여 도장면의 상태와 도장 범위, 작업 공정, 설
비기기와 사용자 등의 폭이 매우 넓으므로 많은 종류의 도료가 사용된다.
일반적으로 사고 차량의 복원은, 먼저 손상 정도에 따라 큰 손상과 작은 손상으로 분류
하여 복원, 수리 작업을 하게 된다. 여기서, 큰 손상은 손상이 큰 패널이나 프레임은 교
환해야 하는 손상을 말하며, 작은 손상은 공구를 이용하여 손상된 패널을 수리하고 퍼티
와 용접, 살올림 등 정형작업이 필요한 손상을 의미한다. 이와 같이 차체의 손상에 대한
복원, 수리 작업을 판금이라고 하며, 판금을 마친 차체 표면에 도장 작업을 하게 된다.
● 자동차 도막 공정
도장 작업의 순서는 전처리 공정 (탈지 표면 처리 화성 처리 건조), 하도
공정(전착 도장(퍼티) 건조), 중도 공정(도장 셋팅 건조), 상도 공정(도장
셋팅 건조)의 순으로 진행이 된다. 흔히 하도부터 도장이라고 부르며 더 좁은
의미로는 상도를 도장이라고 하기도 하는데, 상도는 다시 유색과 투명으로 구분 된다.
<자동차 도막 공정>
마. 도장 공정에서의 VOC 발생원
자동차 보수 도장 공정에서 VOC는 주로 하도, 중도, 상도 공정의 도료분무 과정과 건
조과정에서 배출된다. 도장 부스 내에서는 스프레이건으로부터 도료와 함께 분무되어
피도장물에 부착되고 도막에서 서서히 휘발하는 것과, 도장물에 부착되지 않고 그대로
증발해 버리는 것이 있다. 이것들은 도장 부스의 배기와 함께 대기 중으로 배출된다. 스
프레이건의 세척 시와 도료의 조색 시에도 배출이 되는데 이때는 방지시설을 거치지 않
고 대기로 배출이 되고 있는 실정이어서 이에 대한 대책이 요구된다.
바. 도장 공정의 VOC 배출 특성
(1) 하도 공정의 VOC 배출 특성
하도 공정에서 사용하는 퍼티의 주 구성 성분은 활석과 이산화티타늄 등의 고형물로
서 전체의 60~80%을 차지하고 있으며, 아크릴 퍼티(acrylic putty)만 자일렌, 톨루엔,
부틸 아세테이트 등의 VOC를 포함하고 있다.
아크릴 퍼티 작업의 경우, 퍼티작업 부위에서 측정한 THC 농도는 22~66ppm으로 저
농도이지만 VOC가 배출될 수 있다.
(2) 중도 공정에서 VOC 배출 특성
중도 공정에서 사용되는 도료는 서페이서와 프라이머임. 방지시설 전단에서 THC 측
정기로 VOC 농도를 측정 시, 평균농도는 59ppm과 170ppm으로서 VOC 배출허용기준
인 50ppm을 초과한다.
(3) 상도(유색) 공정에서 VOC 배출 특성
상도(유색)공정은 도료와 대부분이 VOC 물질인 희석제를 혼합하여 스프레이 하는 것
이 주 작업이여서 VOC가 가장 많이 배출되는 공정이다.
제조 회사와 제품별 성분 구성을 살펴보면 10~50%의 수지와 VOC 물질인 자일렌, 톨
루엔, 부틸아세테이트 등이 주성분으로 제품별 물질 구성비가 유사하다. 방지시설 전단
에서 측정된 VOC 농도는 약 150ppm~400ppm 정도이다.
(4) 상도(투명) 공정에서 VOC 배출 특성
상도(투명) 공정에서 사용되는 도료는 30~40%의 수지와 VOC 물질인 자일렌, 톨루
엔, 부틸아세테이트 등이 주성분으로 상도(유색) 도료와 비슷한 물질 구성비를 가진다.
방지시설 전단에서의 VOC 농도는 약 100~300ppm으로 측정되었다.
(5) 건조 공정에서 VOC 배출 특성
건조 공정의 경우 도장 부스 내부의 VOC의 농도는 온도가 상승할 때 같이 증가하다
가, 온도가 일정하게 유지되는 시점에서부터 천천히 감소하는 특성을 가진다. 이것은
부스 내부의 필터나 도색 부분에 남아 있던 VOC들이 온도 상승에 의해 휘발되어 처음
에는 농도가 상승되다가 부스 내부의 온도 상승에 따른 내부 공기들의 팽창에 의하여
VOC를 포함한 내부공기가 부스 밖으로 조금씩 빠져 나가기 때문이다.
사. 자동차정비 도장시설/도장 공정의 VOC 배출억제
(1) 도료 보관 및 관리 방법 개선을 통한 VOC 배출 저감
가) 도료 보관 장소와 도료의 조색실에 VOC 물질을 포집할 수 있는 후드를 설치하
고, 도장 부스 방지시설에 연결하여 운영
나) 덮개가 있는 도료 계량컵을 사용하여 조색한 후, 도색하고 남은 도료는 이 용기
에 보관
(2) 도장 기구 세척방법 개선을 통한 VOC 배출 저감
도장에 사용한 장비는 다음 도장공정 또는 보관을 위하여 세척하게 되는데, 이때 100%
용제인 신나(희석제)를 사용하고, 도장 기구의 세척 과정에서 상당량의 VOC가 대기로
배출된다.
가) 장비 세척용 용제를 밀폐용기에 보관
나) 장비 세척은 밀폐된 전용 세척장비에서 시행
다) 도장 기구의 세척에 사용하는 용재를 비등점이 높은 용제로 대체
라) 장비 세척에 사용한 용제를 용제 증류장치를 사용하여 재활용
(3) 도료 전환을 통한 VOC 배출 저감
- 자동차용 유성도료의 대체 시 VOC 저감 효과
<도료 대체를 통한 VOC 저감>
(4) 도착 효율 증가에 의한 VOC 배출 저감
● 휘발성 유기 화합물 배출 감소
● 유해성 쓰레기 감소
● 스프레이건, 도장 부스, 필터의 청소작업 횟수 감소
● 도장 부스에서 용제 및 도료 사용량 감소
● 물의 사용량과 처리량 감소
● 경비절감
가) 도착 효율 향상과 VOC 방출량과의 관계
<도착효율 향상과 VOC 방출량과의 관계>
나) 작업개선을 통한 도착 효율 향상
<작업개선을 통한 도착 효율 향상>
(5) 도장 방법 개선을 통한 VOC 배출 저감
가) 희석용 신나 : 도료에 적합한 지정된 신나를 사용 한다.
나) 스프레이 점도 : 도료 메이커의 제품 설명서나 추천 작업 점도에 따른다.
다) 도료의 토출량 : 전면 도장=약 250~300cc/분, 부분 보수 도장=100~200cc/분
라) 패턴 폭 : 약 20~25cm
마) 스프레이 거리 : 전면 도장 = 약 20~25cm, 부분 보수 도장 = 약 15~20cm
바) 에어압력(㎏/㎠) : 전면 도장 = 약 3~4, 부분 보수 도장 = 약 2~3 기압
사) 운행속도(건) : 약 20~30cm/초
아) 겹쳐지게 도장: 1/3 겹침
자) 도장의 자세: 이동하기 쉬운 자세
차) 건의 구경(노즐): 전체 도장(부품 도장)-1.3∼1.5mm,
부분 보수 도장-1.1∼1.3mm
※ 스프레이건의 분무 원칙
- 스프레이 거리는 멀면 멀수록 패턴 폭이 커지고, 도막은 얇아지며, 가까우면 그 반대
현상이 나타난다.
- 1.2mm 구경의 스프레이건을 사용할 경우 락커계 도료는 20cm 전후, 우레탄계 도료
는 25cm 전후의 분무 거리가 적당하다.
- 도장면이 평면일 때 직각으로 같은 거리를 유지해야 하다.
- 도장면이 곡면일 때도 직각이 유지되고 같은 거리여야 하다.
※ 스프레이건의 운행 속도
보통 2~3초/1미터를 유지하면서 운행 하는 것이 적절하다.
※ 스프레이건의 운행 폭
도장범위 경계에 맞춰 운행 하는 것이 적절하다.
※ 분무 패턴의 겹침 폭
- 고른 도막 형성을 위해 통상 1/3 겹침 도장이 바람직 하다.
※ 여러 개의 스프레이건을 갖추는 것이 필요하다.
- 보통 1~2 개의 스프레이 건으로 모든 색의 도장을 하는 경우가 많은데, 이것은 정
확한 작업과 작업의 능률을 위해서 좋지 않다.
- 부분 도장용으로 사용하는 1.0~1.2mm 구경의 건을 전체 도장용으로 사용 한다
면 작업 시간이 많이 걸리게 된다.
- 중도 도장 전용, 전 도장용, 부분 도장용, 밝은색용, 어두운색용, 투명용 등 7~8
개의 스프레이건 사용이 바람직하다.
- 비용 부담을 고려하여, 보통 하도 도장용 1개, 전 도장용 2개(투명용, 색상용), 구
분 도장용 3개(투명용, 어두운 계통용, 브랜다용) 등 7개 정도는 있어야 원활한
작업이 가능하다.
(6) 적정 점도유지를 통한 VOC 배출 저감
도료의 점도를 적절하게 유지하면 도장 제품의 품질을 담보하고 불량에 의한 재작업
물량을 줄이는데 기여하게 되고, 적절한 용제량을 사용하게 됨으로써 지나친 용제의 사
용으로 인한 VOC의 배출을 방지하게 된다.
(7) 도장 부스 내에서 중도공정을 수행함으로서 VOC 배출 저감
중도 공정은 자동차 도장 보수를 위한 두 번째 단계로, 하도 공정에서 연마기로 처리
된 도장 표면에 퍼티 표면의 미세한 홈을 제거하고, 상도 도색 시 작업성 향상을 위한 서
페이서(surfacer)나, 상도(유색) 도료의 부착성 향상을 위해 사용하는 프라이머(primer)
를 스프레이건에 담아 분사하여, 미세한 흠집을 제거하고, 상도 공정을 준비하는 단계
이다.
중도 작업(서페이서, 프라이머) 중 방지시설 전단에서 THC meter를 이용하여 시간에
따른 VOC 농도의 변화를 조사한 결과, 서페이서와 프라이머의 순간 최대 농도는 두 도
료 모두다 VOC 규제농도인 50ppm보다 높은 수치를 보인다. 그래서 자동차정비 도장시
설들이 주변 대기에 노출된 도장 부스 외부에서 작업을 금지하고, VOC의 배출을 줄이
기 위해서는 중도 공정부터 방지시설이 설치된 도장 부스에서 작업을 하여야 한다.
(8) 스프레이건 변경을 통한 VOC 배출 저감
도장 공정에서 VOC의 배출 저감과 도착 효율 향상에 가장 큰 영향을 미치는 것은 스
프레이건이다. 따라서 적절한 스프레이 사용 뿐 아니라, 적절한 스프레이건의 선정이
VOC 배출을 최소화하는 데 매우 중요한 요소이다.
스프레이건의 선정은 피도장물의 크기 및 양, 도료의 점도, 도장 공정에 따라 적절하
게 선정되어야 하며, 각 공정에 적합한 노즐 구경을 선택하여야 한다.
아. 자동차 정비 도장시설 현장 관리
자동차 정비 도장시설로부터 배출되는 휘발성 유기화합물(VOC)을 저감시키기 위해서
는 자동차 정비사업장의 적극적인 VOC 저감 의지와 관리가 필요하다.
개별 자동차 정비사업소는 도장 과정에서 VOC의 발생 저감을 위하여 작업자를 교육하
고 도장시설 관련 시설을 엄격히 관리하여야 한다. 이를 위하여 도료와 관련된 사항,
도장 작업 공정과 관련된 사항, 도장시설(방지시설 포함)과 관련된 사항들을 정기적으
로 관리해야 한다.
그리고 아래와 같이 자동차 정비 도장시설 현장 관리 지침을 준수해야 한다.
※ 자동차 정비 도장시설 현장 환경 관리 지침
도장시설을 운영하는 사업장은 도장시설의 환경관리를 위하여 다음 사항을 준수 하
여야 한다.
① 도장시설(부스, Booth)을 효과적으로 관리하여야 한다.
- 도장시설 공급자(제작자)로부터 설계와 관련된 자료를 확보한다.
- 도장시설 공급자(제작자)로부터 운전 및 보수지침서를 받는다.
- 운전 및 보수지침서에 따라 운영한다.
관리 문서
* 도장 부스 설계자료
* 도장 부스 운전 및 보수 지침서
② 사용하는 도료에 대한 자료를 확보하여야 한다.
- 월별, 년도별 도료 종류별(신나 포함) 사용(구매) 실적
- 작업공정(하도, 중도, 유색, 투명 등)별 도료 사용량
- 사용 도료(신나 포함)의 MSDS 자료
관리 문서
* 도료 구매 관리 대장 (구매도료 MSDS 자료 첨부)]
* 도료 사용량 관리대장
③ 정비사업장에서의 VOC 배출이 최소화 되도록 하여야 한다.
- 도료 보관을 위해 별도의 밀폐 공간을 갖춘다.
- 조색은 밀폐 공간에서 수행하고, 방지시설과 연결된 배기시스템을 갖추어 방지시
설을 거친 후 대기로 배출되도록 한다.
- 사용 도료의 용제 함량을 확인하고 가급적 함량이 낮은 것을 사용한다.
- 도료는 친환경 도료로 사용한다.
- 도착효율이 좋은 친환경 건을 사용 한다.
- 분무건 세척은 밀폐형 전용 세척 장비를 갖춘다.
- 세척에 사용한 신나(희석제)는 밀폐된 장소에 보관하고 재생시설을 운영한다.
- 사용 후 남은 도료는 용기에 담아 밀폐 보관한다.
④ 방지시설을 효과적으로 관리하여야 한다.
- 방지시설 공급자(제작자)로부터 설계와 관련된 자료를 확보한다.
- 방지시설 공급자(제작자)로부터 운전 및 보수지침서를 받는다.
- 운전 및 보수지침서에 따라 운전한다.
- 부품 교환 및 점검 기간을 준수한다.
(활성탄 흡착시설의 경우 활성탄 재생 및 교체주기를 잘 지키고 기록한다.)
- 주 1회 배출구의 배출 상태를 점검한다.
- 방지시설은 휘발성 유기화합물 배출 허용치를 준수하여야 한다.
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