VOCs 처리법

왜 배우는가: VOCs 처리법은 대기오염 방지기술에서 광화학스모그와 유해 물질 배출을 함께 다루는 핵심 주제이다. 실무에서는 배출 시설의 특성에 따라 처리 방식을 고르는 기준이 되며, 기존 회차에서 여러 차례 출제된 개념이다. 처리 원리와 규제 체계를 함께 이해해야 답안의 구성이 흔들리지 않는다.

출제 이력: 제126회 3교시 6번, 제113회 3교시 4번, 제89회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

휘발성유기화합물(VOCs)은 탄소와 수소를 포함하고 대기 중으로 쉽게 증발하는 유기화합물이다.

답안 첫 줄에는 이 정의를 그대로 쓰고, 이어서 처리 원리에 따라 연소, 흡착, 응축, 흡수, 생물학적 방법으로 나누어 설명한다. 정의에 쓰인 증기압과 끓는점은 VOCs를 일반 유기물과 구분하는 기준이므로 함께 외워 두는 것이 좋다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 휘발성유기화합물(VOCs): 탄소와 수소를 포함하는 유기화합물의 총칭이다.
• 증기압: 액체나 고체가 증발하여 기체와 평형을 이룰 때의 압력이며, VOCs 판정의 기준이다.
• 광화학스모그: 질소산화물과 VOCs가 태양광을 받아 반응하면서 생기는 오존 중심의 대기오염 현상이다.
• 재생고온소각로(RTO): 세라믹 축열재로 배가스를 예열한 뒤 연소시키는 VOCs 연소처리 설비이다.
• 촉매연소법: 촉매를 사용하여 낮은 온도에서 VOCs를 산화 분해하는 처리방법이다.
• 흡착법: 활성탄 같은 흡착제 표면에 VOCs를 붙잡아 제거하는 처리방법이다.

2. 개념 풀이

대기환경보전법 시행령은 VOCs를 석유화학제품·유기용제 기타 물질로서 고시하는 물질로 정의한다. 물리적으로는 증기압이 높거나 끓는점이 낮아 대기 중으로 쉽게 증발하는 유기물이다. 일반적으로 끓는점 100℃ 미만 또는 증기압 0.02psi 이상인 유기화합물로 설명한다.

VOCs가 대기 중으로 증발한 뒤 질소산화물과 공존하면 태양광의 작용으로 광화학반응이 일어난다. 이 반응으로 오존과 퍼옥시아세틸나이트레이트(PAN) 같은 광화학 산화성 물질이 생성되며, 그 결과가 광화학스모그이다. 따라서 VOCs 처리법은 배출구에서 VOCs를 제거하여 광화학반응의 원료가 대기로 나가지 않도록 하는 기술이다.

VOCs는 도장, 인쇄, 세탁시설, 유기합성공업, 석유정제공업에서 쓰는 용제에 많이 함유되어 있다. 차량 배기가스에 포함된 벤젠, 톨루엔, 크실렌 같은 방향족 화합물과 파라핀, 부탄, 프로판 같은 저비점 연료도 VOCs에 속한다. 식물 등 자연 상태에서도 VOCs가 배출되므로, 규제는 발생원 전체가 아니라 법령이 지정한 시설을 중심으로 설정된다.

처리법은 VOCs를 분해하거나 회수하는 원리로 나뉜다. 연소법은 산화 분해하여 이산화탄소(CO2)와 물로 바꾸고, 흡착법은 고체 표면에 VOCs를 붙잡으며, 냉각응축법은 온도를 낮춰 액화시켜 회수하고, 흡수법은 용매에 녹여 제거한다. 생물학적 방법은 미생물이 VOCs를 분해하도록 하는 방식이다.

연소법은 다시 직접연소법, 촉매연소법, 축열식 연소로 나뉜다. 직접연소법은 높은 온도에서 VOCs를 태우는 방식이고, 촉매연소법은 촉매를 써서 350~500℃ 정도의 낮은 온도에서 산화시키는 방식이다. 촉매연소법은 직접연소법보다 연료를 적게 쓰는 것이 특징이다. 축열식 연소는 세라믹 축열재에 열을 저장했다가 유입 배가스를 예열하여 외부 연료 사용을 줄이는 방식이며, 재생고온소각로(RTO)가 대표적이다.

VOC 관리는 배출 전 억제와 배출 후 처리로 나뉜다. 배출 전 억제는 함유량이 낮은 도료를 쓰거나 용제 사용을 줄이는 방법이다. 도료의 휘발성유기화합물 함유기준은 기후에너지환경부령으로 정한다. 배출 후 처리는 이미 발생한 배가스의 VOCs를 연소, 흡착, 응축, 흡수 등으로 제거하는 방법이다. 두 방법은 서로 대립하는 것이 아니라 함께 적용되는 관리 수단이다.

VOCs 중 벤젠 등 상당수는 발암성 물질이거나 발암 가능 물질이다. 장기간 노출되면 신경장애나 소화기 장애 같은 건강 영향이 나타나므로, 배출 자체를 줄이는 것이 처리법의 핵심 목적이다.

3. 등장 배경과 필요성

산업이 발달하면서 도장, 인쇄, 반도체, 석유화학 공정에서 용제 사용이 늘었고, 그에 따라 VOCs 배출량도 증가했다. 배출된 VOCs는 광화학스모그와 오존 농도 상승으로 이어져 대기질 문제를 키웠다. 특히 공단 지역에서 건강 피해가 가시화되면서 VOCs가 대기오염 물질로서 관심을 받게 되었다.

국제적으로는 1979년의 장거리이동 대기오염 협약에 딸린 VOC 의정서가 VOCs의 배출과 국경을 넘는 이동을 통제하도록 규정하였다. 이 의정서는 VOCs 배출을 줄여 인체와 환경을 보호하는 것을 목적으로 한다. 일본은 벤젠, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 디클로로메탄을 우선 관리 대상으로 환경기준을 설정하고 환경 측정을 시행해 왔다. 이는 유해성이 큰 VOCs를 별도로 관리하는 방향의 사례이다.