1. 스프레이 페인트 폐가스의 생성 및 주요 구성 성분
도장 공정은 기계, 자동차, 전기 장비, 가전 제품, 선박, 가구 및 기타 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
페인트 원료는 비휘발성 물질과 휘발성 물질로 구성되며, 비휘발성 물질에는 피막 물질과 보조 피막 물질이 포함됩니다. 휘발성 희석제는 페인트를 희석하여 매끄럽고 아름다운 도장면을 얻기 위해 사용됩니다.
페인트 분무 공정은 주로 페인트 미스트와 유기 폐가스 오염을 발생시킵니다. 페인트는 고압 작용으로 입자화되는데, 분무 시 페인트의 일부가 분무 표면에 도달하지 못하고 공기 흐름에 의해 확산되어 페인트 미스트를 형성합니다. 유기 폐가스는 희석제와 유기 용매가 휘발되어 발생하며, 페인트 표면에 부착되지 않은 유기 용매는 페인트 및 경화 과정에서 방출됩니다. (보고된 바에 따르면 수백 가지의 휘발성 유기 화합물이 있으며, 각각 알칸, 알칸, 올레핀, 방향족 화합물, 알코올, 알데히드, 케톤, 에스테르, 에테르 및 기타 화합물에 속합니다.)
2. 자동차 코팅 배기가스의 발생원 및 특성
자동차 도장 작업장에서는 도장 전처리, 전기영동 및 스프레이 도장 작업을 수행해야 합니다. 도장 공정은 스프레이 도장, 유동화 및 건조로 구성되며, 이 과정에서 유기 폐가스(VOC)와 스프레이 분사액이 발생하므로 스프레이 도장실에 폐가스 처리 설비를 갖춰야 합니다.
(1) 스프레이 페인트실에서 발생하는 폐가스
분무 작업 환경을 유지하기 위해, 산업안전보건법 규정에 따라 분무실의 공기는 지속적으로 환기되어야 하며, 공기 순환 속도는 (0.25~1) m/s 범위 내로 제어되어야 합니다. 분무실 배기가스의 주성분은 분무 페인트의 유기 용제이며, 주요 성분은 방향족 탄화수소(삼벤젠 및 비메탄 총 탄화수소), 알코올 에테르, 에스테르 유기 용제입니다. 분무실의 배기량이 매우 크기 때문에 배출되는 유기 폐가스의 총 농도는 매우 낮아 일반적으로 약 100 mg/m³입니다. 또한, 분무실 배기가스에는 미처리된 페인트 미스트가 소량 포함되어 있는 경우가 있는데, 특히 건식 페인트 분무실의 경우 배기가스 내 페인트 미스트가 폐가스 처리의 장애물이 될 수 있으므로 폐가스 처리 전처리가 필수적입니다.
(2) 건조실에서 발생하는 폐가스
도장 후 건조 전에 공기 흐름을 유지해야 하는데, 이 과정에서 도장막의 유기 용매가 휘발되어 실내 공기 중 유기 용매 응집 폭발 사고를 예방하기 위해 공기실에는 지속적인 공기 순환이 이루어져야 하며, 공기 흐름 속도는 일반적으로 약 0.2m/s로 조절해야 합니다. 배출 가스의 구성은 도장실의 배출 가스와 동일하지만 페인트 미스트는 포함하지 않아야 하며, 유기 폐가스의 총 농도는 도장실 배출 가스의 농도보다 높아야 합니다. 배출량에 따라 일반적으로 도장실 배출 가스 농도의 약 2배 정도, 즉 300mg/m³에 도달할 수 있으며, 일반적으로 도장실 배출 가스와 혼합하여 집중 처리합니다. 또한, 도장실과 표면 페인트 폐수 순환조에서도 유사한 유기 폐가스를 배출해야 합니다.
(3)D건조 배기가스
건조 폐가스의 조성은 유기 용매, 가소제 또는 수지 단량체의 일부 및 기타 휘발성 성분 외에도 열분해 생성물, 반응 생성물 등을 포함하여 더욱 복잡합니다. 전기영동 프라이머 및 용제형 상도 건조 과정에서 배기가스가 배출되지만, 그 조성 및 농도에는 큰 차이가 있습니다.
※스프레이 페인트 배기가스의 위험성:
분석 결과에 따르면, 도장실, 건조실, 도료 혼합실, 상부 도장 폐수 처리실에서 발생하는 폐가스는 농도가 낮고 유량이 많으며, 주요 오염물질은 방향족 탄화수소, 알코올 에테르, 에스테르 유기 용매인 것으로 나타났습니다. "대기오염 종합 배출 기준"에 따르면 이러한 폐가스의 농도는 일반적으로 배출 한도 내에 있습니다. 기준에 명시된 배출률 요건을 충족하기 위해 대부분의 자동차 공장에서는 고고도 배출 방식을 채택하고 있습니다. 이 방식은 현행 배출 기준을 충족할 수는 있지만, 배출되는 폐가스는 본질적으로 처리되지 않은 희석 가스이며, 대형 차체 도장 라인에서 배출되는 가스 오염물질의 총량은 수백 톤에 달할 수 있어 대기에 매우 심각한 피해를 초래합니다.
유기 용매(벤젠, 톨루엔, 자일렌)를 함유한 페인트 분무는 독성이 매우 강하여 작업장 공기 중에 퍼져 작업자가 호흡기를 통해 흡입할 경우 급성 및 만성 중독을 일으킬 수 있습니다. 주로 중추신경계와 조혈계 손상을 유발하며, 단기간 고농도(1500mg/m³ 이상)의 벤젠 증기를 흡입하면 재생불량성 빈혈을 일으킬 수 있고, 저농도의 벤젠 증기를 자주 흡입하더라도 구토, 혼란 등의 신경학적 증상을 유발할 수 있습니다.
※스프레이 페인트 및 코팅제 폐가스 처리 방법 선정:
유기물 처리 방법을 선택할 때에는 일반적으로 유기 오염물질의 종류 및 농도, 유기물 배출 온도 및 유량, 미립자 함량, 그리고 달성하고자 하는 오염물질 제어 수준 등의 요소를 고려해야 합니다.
1에스실온에서 페인트를 칠하는 방법
도장실, 건조실, 도료 혼합실, 상도 폐수 처리실에서 배출되는 배기가스는 상온의 저농도 대량 배기가스이며, 주요 오염물질은 방향족 탄화수소, 알코올, 에테르 및 에스테르 유기 용제입니다. GB16297 "대기오염 종합 배출 기준"에 따르면 이러한 폐가스의 농도는 일반적으로 배출 한도 내에 있습니다. 기준의 배출률 요구 사항을 충족하기 위해 대부분의 자동차 공장에서는 고고도 배출 방식을 채택하고 있습니다. 이 방식은 현행 배출 기준을 충족할 수 있지만, 배출되는 폐가스는 본질적으로 처리되지 않은 희석된 가스이며, 대형 차체 도장 라인에서 배출되는 가스 오염물질의 총량은 수백 톤에 달할 수 있어 대기에 매우 심각한 피해를 초래합니다.
배기가스 오염물질 배출량을 근본적으로 줄이기 위해 여러 배기가스 처리 방법을 복합적으로 사용할 수 있지만, 대용량 배기가스 처리 비용은 매우 높습니다. 현재 해외에서는 흡착-탈착 휠을 이용하여 총량을 약 15배 정도 농축한 후, 농축된 폐가스를 파괴 처리 방식으로 처리하는 방법이 널리 사용되고 있습니다. 중국에서도 유사한 방법이 개발되고 있는데, 저농도 상온 스프레이 페인트 폐가스를 흡착(활성탄 또는 제올라이트 흡착제 사용)하고 고온에서 탈착한 후, 농축된 폐가스를 촉매 연소 또는 재생 열 연소 방식으로 처리하는 방법이 있습니다. 저농도 상온 스프레이 페인트 폐가스 생물학적 처리 방법도 개발 중이며, 국내 기술은 아직 성숙 단계에는 이르지 못했지만 주목할 만한 가치가 있습니다. 도료 폐가스로 인한 공공 오염을 실질적으로 줄이기 위해서는 정전기 회전컵 사용 등의 방법을 통해 도료 활용률을 높이고, 수성 도료 및 기타 환경 보호 도료를 개발하는 등 근본적인 문제 해결이 필요합니다.
2디건조 폐가스 처리
건조 폐가스는 중고농도의 고온 폐가스로, 연소 처리 방식에 적합합니다. 연소 반응은 시간, 온도, 교란이라는 세 가지 중요한 변수, 즉 3T 조건의 연소 반응으로 이루어집니다. 폐가스 처리 효율은 연소 반응의 충분성에 달려 있으며, 이는 연소 반응의 3T 조건 제어에 따라 좌우됩니다. RTO는 연소 온도(820~900℃)와 체류 시간(1.0~1.2초)을 제어하고, 필요한 교란(공기와 유기물의 완전 혼합)을 보장하여 최대 99%의 처리 효율을 달성하고, 높은 폐열 발생률을 유지하면서도 운영 에너지 소비를 낮출 수 있습니다. 일본과 중국의 대부분의 자동차 공장에서는 프라이머, 중간 코팅, 상도 건조 과정에서 발생하는 배기가스를 RTO를 이용하여 집중 처리하고 있습니다. 예를 들어, 동풍 닛산 승용차의 화두 도장 라인은 RTO를 이용한 도장 건조 배기가스 집중 처리로 매우 우수한 효과를 거두고 있으며, 배출 규제 요건을 완벽하게 충족하고 있습니다. 하지만 RTO 폐가스 처리 설비의 초기 투자 비용이 높기 때문에 폐가스 유량이 적은 경우에는 경제성이 떨어집니다.
완성된 코팅 생산 라인에 추가적인 폐가스 처리 설비가 필요한 경우, 촉매 연소 시스템과 재생 열 연소 시스템을 사용할 수 있습니다. 촉매 연소 시스템은 투자 비용이 적고 연소 에너지 소비량이 낮습니다.
일반적으로 백금을 촉매로 사용하면 대부분의 유기 폐가스를 산화시키는 온도를 약 315℃까지 낮출 수 있습니다. 촉매 연소 시스템은 일반 건조 폐가스 처리에 사용할 수 있으며, 특히 전기 가열 방식의 건조 설비에 적합합니다. 다만 촉매 피독으로 인한 고장 발생을 방지하는 것이 문제입니다. 일부 사용자의 경험에 따르면, 일반 표면 도장 건조 폐가스의 경우 폐가스 여과를 강화하는 등의 조치를 통해 촉매 수명을 3~5년으로 유지할 수 있습니다. 그러나 전기영동 도장 건조 폐가스는 촉매 피독이 발생하기 쉬우므로, 전기영동 도장 건조 폐가스 처리 시 촉매 연소 방식에 특히 주의해야 합니다. 동풍 상용차 차체 코팅 라인의 폐가스 처리 및 변환 과정에서 전기영동 프라이머 건조 폐가스는 역삼투압(RTO) 방식으로, 상도 도장 건조 폐가스는 촉매 연소 방식으로 처리하여 우수한 효과를 얻고 있습니다.
※스프레이 페인트 코팅 폐가스 처리 공정:
도장산업 폐가스 처리 방안은 주로 도장실 폐가스 처리, 가구 공장 폐가스 처리, 기계 제조 산업 폐가스 처리, 가드레일 공장 폐가스 처리, 자동차 제조 및 자동차 4S 매장 도장실 폐가스 처리에 사용됩니다. 현재 응축법, 흡수법, 연소법, 촉매법, 흡착법, 생물학적 방법, 이온법 등 다양한 처리 공정이 있습니다.
1. W물 분무법 + 활성탄 흡착 및 탈착 + 촉매 연소
분무탑을 사용하여 페인트 미스트와 수용성 물질을 제거하고, 건식 필터를 거친 후 활성탄 흡착 장치에서 활성탄 흡착이 완료되면 탈기(증기 탈기, 전기 가열 탈기, 질소 탈기 등의 탈기 방법)를 실시합니다. 탈기 가스(농도가 수십 배 증가)는 탈기 팬을 통해 촉매 연소 장치로 유입되어 연소되고, 이산화탄소와 물로 분해된 후 배출됩니다.
2. W물 분무 + 활성탄 흡착 및 탈착 + 응축 회수 방법
분무탑을 이용하여 페인트 미스트와 수용성 물질을 제거하고, 건식 필터를 거친 후 활성탄 흡착 장치에서 활성탄 흡착이 완료되면 탈기(증기 탈기, 전기 가열 탈기, 질소 탈기 등)를 통해 폐가스를 처리합니다. 처리 후 폐가스는 흡착 농축되어 응축되고, 응축액은 분리하여 유용한 유기물을 회수합니다. 이 방법은 고농도, 저온, 저용량의 폐가스 처리에 적합합니다. 그러나 이 방법은 투자 비용이 높고, 에너지 소비가 많으며, 운영 비용이 높습니다. 또한, 스프레이 페인트 배기가스에서 발생하는 "삼벤젠" 등의 농도는 일반적으로 300mg/m³ 미만으로 낮고, 저농도에 대용량의 공기가 유입되는 경우가 많습니다(자동차 도장 작업장의 공기량은 보통 10만 mg/m³ 이상). 게다가 자동차 도료 배기가스는 유기 용매 성분을 함유하고 있어 용매 재활용이 어렵고 2차 오염 발생 가능성이 높기 때문에 도료 폐가스 처리에는 일반적으로 이 방법을 사용하지 않습니다.
3. W가스 흡착법
스프레이 페인트 폐가스 처리 흡착법은 화학적 흡착과 물리적 흡착으로 나눌 수 있지만, "삼벤젠" 폐가스는 화학적 활성이 낮아 일반적으로 화학적 흡착법은 사용하지 않습니다. 물리적 흡착액은 휘발성 성분을 덜 흡착하고, 가열, 냉각 및 재사용이 가능한 성분을 흡착하여 포화 흡착을 분석합니다. 이 방법은 공기 치환, 저온, 저농도 환경에 적합하지만, 설비가 복잡하고 투자 비용이 많이 들며, 흡착액 선택이 어렵고, 이중 오염 문제가 발생할 수 있습니다.
4. 아활성탄 흡착 + UV 광촉매 산화 장비
(1): 활성탄을 통한 유기 가스의 직접 흡착으로 95%의 정화율을 달성할 수 있으며, 장비가 간단하고 투자 비용이 적으며 작동이 편리하지만 활성탄을 자주 교체해야 하고 오염물질 농도가 낮으며 회수가 불가능합니다. (2) 흡착 방법: 활성탄에 유기 가스를 흡착시키고 활성탄을 포화 공기로 탈착 및 재생합니다.
5.에이활성탄 흡착 + 저온 플라즈마 장비
활성탄 흡착 후 저온 플라즈마 장비를 이용하여 폐가스를 처리하면 가스 방전 기준에 부합하는 이온화 가스 처리가 가능해집니다. 이온화 가스는 유기 폐가스를 분해하고 악취를 제거하며 세균과 바이러스를 사멸시켜 공기를 정화하는 기술로, 국내외 전문가들이 21세기 4대 환경 과학 기술 중 하나로 꼽는 국제적인 첨단 기술입니다. 이 기술의 핵심은 고전압 펄스 매질 블록 방전을 통해 다량의 활성 산소 이온(플라즈마)을 생성하여 가스를 활성화시키고, OH, HO2, O 등 다양한 활성 자유 라디칼을 만들어 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 암모니아, 알칸 등의 유기 폐가스를 분해, 산화 및 기타 복잡한 물리화학적 반응을 일으키는 것입니다. 또한, 부산물이 무독성이므로 2차 오염을 방지할 수 있습니다. 이 기술은 에너지 소비가 매우 낮고, 설치 공간이 작으며, 작동 및 유지 보수가 간편하여 특히 다양한 성분의 가스 처리에 적합합니다.
B간략한 요약:
현재 시중에는 다양한 처리 방법이 나와 있으며, 국가 및 지역 처리 기준을 충족하기 위해 일반적으로 여러 처리 방법을 조합하여 폐가스를 처리합니다. 이때 실제 처리 공정에 맞춰 적절한 방법을 선택합니다.
게시 시간: 2022년 12월 28일
