기고문

◆기술기고문=양승현 ㈜일신종합환경 부문대표

▲기술로 다가가는 미세먼지 관리 방안

작성일 : 2020-07-09 18:24

◆기술기고문=양승현 ㈜일신종합환경 부문대표
▲기술로 다가가는 미세먼지 관리 방안

 

▲양승현 대표

 


△언젠가 지인분이 해남 땅끝 마을까지 자전거 여행을 한 이후에 우리나라가 참 대단한 나라라고 말씀하셨던 기억이 있다.
 

서울에서 땅끝까지 가는 동안 비포장 때문에 자전거가 가지 못할 곳이 없었고, 밤에 어두워서 발길을 멈출 필요가 없었으며, 상하수도가 없어서 불편한 적이 단 한 번도 없었으니 유럽의 어떤 선진국과 비교해도 사회기반시설이 우수하다는 얘기였다.
 

하지만 이런 우리나라에서도 아직까지 완전히 해결하지 못한 문제가 있으니, 그것이 바로 대기오염문제이다.
 

중국에서 넘어오는 황사와 미세먼지가 주요 원인으로 제기되기도 했지만 일 년 내내 미세먼지경보가 심심치 않게 발현되는 문제를 생각해보면, 중국에서 불어오는 봄철계절풍의 영향만을 탓할 수는 없는 문제이다.

 

미세먼지 문제를 해결하기 위한 정부의 다각적인 노력이 계속되고 있다. 환경부는 발전분야를 비롯하여 도로이동오염원인 자동차 배출가스 기준을 강화하고 친환경자동차 및 에너지 전환을 위한 장기로드맵을 제시하는 한편 산업분야에서도 대기배출허용기준을 강화하여 국가 대기질 개선을 위한 총력을 기울이고 있는 듯하다.

 

그러나 규제강화만 추진하는 것은 아니다.
 

미세먼지저감추진사업을 통해 소규모사업장의 부담을 경감하여 방지시설 보급률을 높임으로서 대기오염물질을 저감시키는 노력과 함께 이웃 국가인 중국과 협력을 통하여 중국의 미세먼지를 감소시키고자 한중미세먼지저감사업도 추진하고 있다.

 

어느 나라의 사례를 보더라도 환경사업은 먼저 보급률을 끌어올리고, 그 이후에 각 시설의 효율을 개선하여 단계적으로 오염을 저감시키는 방향으로 진행되고 있으나, 초기 보급률 제고 시부터 고효율/저비용의 우수한 기술을 적용하여 장기간 사업주가 부담없이 사용할 수 있고 목표치보다 우수한 처리효율을 발휘할 수 있다면 사회적 가치나 경제적 가치면에서 최선이라고 할 것이다.

 

대기오염방지기술은 선진국에서는 이미 수십년간 운전을 통해 검증되어온 기술들이 있으며 우리나라도 1960년대 공해방지법이후 꾸준한 기술개발과 발전을 통해 이젠 선진국수준에 비견할 만한 기술보유국의 대열에 합류하였다.
 

㈜일신종합환경은 30년의 역사를 자랑스럽게 생각하는 우리나라 환경중소기업의 선두주자라 자부한다. 전통적인 대기방지시설인 백필터, 스크라바, 활성탄흡착시설의 설계시공에서부터 고농도 VOC처리와 초미세먼지처리기술, 촉매산화기술, 열산화기술에 이르는 고도처리기술까지 다양한 경험을 바탕으로 기술중심의 환경문제해결을 위해 노력해오고 있다.

 

특히 기후변화로 인해 국가적 관심이된 미세먼지나 초미세먼지, 광화학반응에 의해 초미세먼지로 전환되는 것으로 알려진 암모니아를 비롯하여 악성대기오염물질인 휘발성유기화학물(VOC)의 처리는 다양화된 산업구조와 복잡해지는 공정에 따라 무엇보다도 기술에 기반한 문제해결의 접근이 필요하다.

 

산업장의 골치 덩어리에 어떻게 대처할까?

 

90년대 후반부터 다양한 산업분야의 여러 생산공정에서 휘발성 유기용제의 사용이 많아지게 되었다. 생활에 편리한 테이프, 도장공정, 필름 및 인쇄공정, 식품류 포장재와 최근 들어 각광받는 리튬이온 밧데리 분리막 등 이루 헤아릴 수 없을 만큼 우리 생활에 밀접하게 들어와 있다. 
 

그러나 이를 효과적으로 제어할 수 있는 VOCs처리기술의 발전은 무척 더디게 진행이 되었으며, 선진국에 대한 기술의존도가 늘어나는 역효과를 가져오기도 하였다.
 

국내 초창기 대표적인 처리기술로 활성탄을 이용한 흡착방식을 주로 채택하였으나 유기용제의 흡착특성을 고려하지 않고 단순히 비용적인 측면만을 고려한 결과 유기용제를 취급하는 국내 대부분의 배출업소에서 현재까지도 활성탄흡착방식을 널리 이용하고 있는 실정이다.

 

 VOC란 대기 중에서 광화학반응에 참여하는 물질 중 CO, CO2, C, 금속성화합물, 탄산염, 탄산암모늄을 제외한 모든 탄소화합물과 표준상태(20℃, 760mmHg)에서 증기압이 0.1mmHg 이상 끓는점이  100℃미만인 유기화합물을 말하며, 광화학반응에 대한 영향이 무시할 정도인 유기화합물은 법규제로부터 제외된다.
 

일반적으로 통용되는 주요 VOC 물질로는, Toluene, Xylene, MEK, IPA, Benzene, EA, Acetone, Olefins, Aromatics, Glycol ether, 원유정제화합물, 납사 등 다양한 종류가 있으며, 최근 많이 사용되는 물질 중의 하나인 MC, NMP 등도 포함된다.
 

휘발성유기화합물질의 유해성은 언론, 보도자료, 서적, 논문 등을 통해 많이 알려진 것처럼 피부접촉  또는 호흡기로 흡입되어 신경계 등에 장애를 일으키는 발암물질로 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 휘발하여 악취 및 오존발생의 원인물질로 작용한다.

 

VOCs 처리기술

 

VOCs 처리와 관련된 기술은 다양하지만, 이를 적용하기 위해서는 생산 공정에서 사용, 배출되는 성상을 정확하게 이해하는 것이 무엇보다 중요하다.

 

VOCs를 경제적이고 효과적으로 제어하기 위해서는 적절한 방지기술의 선정이 선행되어야 한다. VOCs의 처리방법은 크게 회수/재사용하는 방법과 분해하는 방법이 있다.
 

배출되는 VOCs가 비교적 높은 농도로 배출되고, 경제성이 있는 경우(즉, 회수비용이 구입비용보다 적은 경우)에는 회수장치를 설치하는 것이 바람직하나 단일물질이 아닌 경우에는 정제를 해야 하는 추가적인 부담이 있으므로 경제성분석을 통해 결정하여야 한다.
 

배출되는 성상이 저농도, 복합물질일 경우 단순 흡착방식 및 분해하는 방식이 있다.

 

▲경제적인 VOCs 처리설비 선정기준

 

산업단지에 입주한 업종 중 비교적 배출가스량이 많으며, 배출농도는 높지 않은 생산공정에 주로 적용이 되는 방식으로 인쇄업종, 도장공정, 도료공정, 석유화학공정 등에 주로 설치가 이루어지고 있다.
 

선정기준에 대한 예시를 살펴보면, 2,700CMM, 300ppm VOC GAS를 처리방법에는 여러 가지가 있으나, 연소방식을 기준으로 하여 검토해 보면 다음과 같은 방법 등으로 나눌 수 있다.
              1) 촉매연소, 축열식촉매연소, 직접. 축열연소
              2) 농축 + 축열식 촉매, 직접, 축열연소
 

1)~2)의 방식 중 발생원 GAS를 고려해 볼 때 가장 운전비가 낮은 것은  1)의 축열식 촉매연소방식이다.
 

하지만, 2700CMM를 축열식 촉매연소로 설계할 경우 매우 높은 시설투자비가 들게 된다.  

 2) 농축장치와의 연계 구상안은 발생원의 GAS가 비교적 저농도이므로 농축장치와 각 연소방식을 연계할 경우 연소장치의 소형화가 가능해지기 때문이다.
 

축열식 촉매 연소 및 축열 연소는 기본적으로 저농도GAS 유입 시에 적합하므로, 농축 장치와 연계할 경우 농축 후의 고농도 GAS의 처리에는 비싼 장치가격에 비하여, 그 효과가 반감하게 된다.
 

농축장치를 활용하게 될 경우의 가장 큰 장점은 농도설정의 조절이 가능하다는 것으로서, 이는 가장 효율적인 농도(운전비가 가장 적게 드는)로의 설정이 가능하다는 뜻이다.
 

농축제로는 주로 제올라이트를 함침시킨 농축장치를 사용하며, 농축배율은 유입조건에 따라 최대 14배까지도 가능하다.
 

앞서 예로 언급한 조건(2,700CMM at 300ppm)의 경우 농축장치를 10배로 농축시켜 탈착시키면 연소장치 유입조건은 270CMM at 3,000ppm으로 변하게 됨으로써 후단 연소장치의 용량을 1/10로 줄여 운전이 가능하므로 이에 따른 에너지사용량을 획기적으로 절감할 수가 있다. 후단 연소설비는 업체의 여건 및 성상에 따라 아래 그림.5와 같이 다양한 방식을 적용이 가능하며, 그 종류로는 TO, RTO, CO, RCO, 응축회수장치 등을 적용할 수 있다.
 

국내 적용사례는 2000년부터 반월공단 내 인쇄업종에 최초로 농축+CO, RTO방식을 적용한 이후 대풍량, 저농도 조건의 생산 공정에 다수 보급이 되어 운전 중에 있다.

 

▲ (주)일신종합환경 - VOC처리시설 설치(농축+연소시설)

 

휘발성유기화합물외에 사업장의 환경관리를 괴롭히는 또 하나의 물질은 백연이다.

 

사업장 굴뚝에서 나오는 백연을 처리해야 할까?

 

백연이라 함은 에어로졸의 한 종류로 주로 배출구에서 흰색 및 청색의 연기가 나는 것으로 법적규제는 없으나 심미적 공해이며, 주요 발생원인은 오일미스트나 열처리 시 발생하는 휘발성분이라고 볼 수 있다.
 

기존에 대기오염물질 처리시설로 사용되던 물세정법, 약액세정법, 물리적 흡착법만으로는 오일성분에 대한 효율적 제어가 곤란하며, 그 성분이 다양하고 고온인 경우가 많으므로 온도제어, 고형물제거, 오일제거로 구성된 복합적인 공정이 필요하다.
 

HOS(Hybrid Oil-smog System)는 지난 30년간 우리나라 환경사업의 최전방에서 사업을 전개해온 (주)일신종합환경이 백연저감을 위해 개발한 시설로써, 단일 System package 내에서 냉각-세정-냉각/응축-여과-승온의 과정을 통해 오일미스트와 먼지, 악취를 효율적으로 제거하는 시설이다.

 

HOS 내부에서는 우선 유입된 배출가스의 온도를 낮춰서 오일성분을 제거하기 용이한 상태로 만들고 세정수와 오일필터를 통해 오염물질을 제거한 후 다시 승온시켜 배출하는 원리로써, 대기배출을 통한 주변시설 오염을 야기하는 오일성분을 다시 회수할 수 있고, 냉각과정에서 열수를 생산하여 공장에 공급함으로써 사업주의 운영비 절감까지 도모하는 부가적인 효과도 기대할 수 있는 기술이다.

 

민원발생의 주범 악취처리

 

악취라 함은 ‘악취방지법’ 제2조1항에서 ‘황화수소, 메르캅탄류, 아민류 그밖에 자극성 있는 기체 상태의 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새’라고 정의 되고 있다.
 

특정한 한 가지 화학물질만을 사용하는 시설이 아닌 경우 배출되는 악취는 복합적인 성분을 가지고 있으며, 이 물질들은 각각 상이한 물리, 화학적 특성을 가지고 있기 때문에 한 가지 공정만으로 충분한 제거효율을 얻기 힘들다.

 

HOC(Hybrid Odor Control)는 하나의 반응기에 오존산화, 약액세정, 활성탄흡착을 조합한 융복합형 처리 System으로 물리, 화학적 특성이 상이한 복합적인 악취물질을 효율적으로 처리할 수 있는 기술로 2012년도에 한국환경공단과 공동으로 개발하여 신기술인증 및 특허등록을 완료한 제거장치로 하수처리장, 음식물처리장, 분뇨처리장 및 기타 화학업종 등 다양한 배출공정에 설치되어 운전 중에 있다.

 

주 처리 공정은 다음과 같다.

 

- STEP 1 : 오존산화 – 황화수소, 메틸메르캅탄, 다이메틸설파이드, 트라이메틸아민, 다이메틸다이설파이드, 암모니아, 스타이렌, 톨루엔, 자이렌
- STEP 2 : 약액세정 – 암모니아, 불화수소, 염화수소, 황산화물, 황화수소, 메틸메르캅탄, 트라이메틸아민, 아세트알데하이드, 발레르산, 먼지 등
- STEP 3 : 활성탄 흡착 – 오존에 의해 산화되지 않고 약액세정으로 제거되지 않는 알데하이드류, 메틸에틸케톤, 프로피온산, 아스트산에틸, 이소부탄올 등

 

▲HOS 처리공정 흐름도

 

환경기술은 우수한 오염물질 제거효율을 보장하는 것이 당연하지만 기술의 우수성은 제거효율만으로 평가하기는 어렵다.
 

현장에서 선호되는 좋은 환경기술은 우수한 제거효율과 함께 시설의 유지관리에 부담을 낮춘 저비용기술이다.
 

고효율/저비용의 우수한 기술을 적용하게 되면 사업주의 부담이 경감되고 대기 및 수질환경 개선에도 기여할 수 있으니 환경개선사업의 바람직한 방향이라고 판단된다.

 

㈜일신종합환경은 2000년도에 VOC 제거기술을 최초로 국내 인쇄업종에 도입하여 현재까지 안정적으로 운전 중이며, 이후 국내 상당수 기업에 설치되어 그 우수성을 입증하고 있고, 2019년부터는 신기술 축열연소장치인 V/V형 RTO 기술을 도입, 농축설비와 연계하여 99.9%의 처리효율을 기록함으로써 국내 기업의 THC규제기준에 대한 애로사항을 해결하는 첨병 역할을 수행하고 있다.

 

대기분야 외에도 수질분야에서 난분해성 폐수처리를 위한 고도산화기술, TOC 제거기술등 우수한 기술을 확보하여 기술중심 환경전문기업으로 환경문제에 대한 고민을 가지고 있는 많은 업체에 대한 컨설팅, 진단 등을 통해 환경문제 해결에 기여하고 있다.

 

환경 분야 선배께서 “인류 역사 이래 생활환경 개선을 통해서 환경기술자가 살려낸 사람 수가 의사들이 살린 사람 수보다 많다” 라고 자부하셨던 기억이 있다.
 

환경 분야 최전방에서 일하는 우리 모두가 후배들에게 똑같이 자부심을 전달하고 지속가능한 발전을 선도하는 청정기술인으로 성장하기 위해 끊임없이 노력해야 할 것이다.

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