This study is about emission characteristics of HAPs and particulate matters emitted by spray of paint and organic solvent usually used in vehicle paint facilities. To analyze emission characteristics of HAPs and particulate matters emitted from vehicle paint facilities are calculated based on the m...
This study is about emission characteristics of HAPs and particulate matters emitted by spray of paint and organic solvent usually used in vehicle paint facilities. To analyze emission characteristics of HAPs and particulate matters emitted from vehicle paint facilities are calculated based on the measuring emission quantity of pollutants based on the amount of paint used (kg) and unit area ($m^2$) by paint manufacturers (J company, K company, and R company). In cases of paint manufacturers (J, K, and R), average emission factors of VOCs, carbonyl compound, particulate matter, and PAHs per 1 kg of paint were 327.81 g/kg, 5.98 g/kg, 336.70 g/kg, and 0.0078 g/kg respectively. The average emission factors of VOCs, carbonyl compounds, particulate matters, and PAHs by unit area were $171.55g/m^2$, $3.10g/m^2$, $176.27g/m^2$, and $0.0036g/m^2$ respectively.
This study is about emission characteristics of HAPs and particulate matters emitted by spray of paint and organic solvent usually used in vehicle paint facilities. To analyze emission characteristics of HAPs and particulate matters emitted from vehicle paint facilities are calculated based on the measuring emission quantity of pollutants based on the amount of paint used (kg) and unit area ($m^2$) by paint manufacturers (J company, K company, and R company). In cases of paint manufacturers (J, K, and R), average emission factors of VOCs, carbonyl compound, particulate matter, and PAHs per 1 kg of paint were 327.81 g/kg, 5.98 g/kg, 336.70 g/kg, and 0.0078 g/kg respectively. The average emission factors of VOCs, carbonyl compounds, particulate matters, and PAHs by unit area were $171.55g/m^2$, $3.10g/m^2$, $176.27g/m^2$, and $0.0036g/m^2$ respectively.
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문제 정의
본 연구에서는 사전 현장조사 결과를 바탕으로 서울지역 자동차 도장시설의 보수도장을 대상으로 하여 자동차 도장시설로부터 배출되는 HAPs 및 미세먼지를 측정하여 신뢰할 수 있는 배출계수를 도출하고, 미세먼지의 입경별 분포도를 분석하였다. 이를 통해 향후 자동차 도장시설의 오염물질을 효과적으로 관리하기위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 사전 현장조사 결과를 바탕으로 서울지역 자동차 도장시설의 보수도장을 대상으로 하여 자동차 도장시설로부터 배출되는 HAPs 및 미세먼지를 측정하여 신뢰할 수 있는 배출계수를 도출하고, 미세먼지의 입경별 분포도를 분석하였다. 이를 통해 향후 자동차 도장시설의 오염물질을 효과적으로 관리하기위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
PAHs 시료채취는 850℃에서 2시간 강열시킨 후, 아세톤 및 톨루엔으로 각각 30분간 초음파 세정을 한 다음, 진공 건조하고 0.001 mg까지 정확히 잰 원통형 여지(glass fiber thimble filter, Advantec. Toyo Roshi Kaisha, Ltd., Japan)를 사용하였으며, 미세먼지의 반자동식 채취기에 의한 방법으로 시료를 채취하였다.
따라서 본 연구에서는 자동차 보수용 도료로 99% 이상 사용되는 페인트 제조사(J사, K사, R사)를 선정하고, 제조사별로 페인트 사용량(1 kg)과 단위면적(1 m2)에 따른 VOCs, 카보닐화합물, PAHs, 미세먼지의 배출량을 측정하였다.
미세먼지 시료채취는 두 가지 방법을 동시에 사용하였는데 먼저 반자동식 채취기 (ASTMC, Astec., Korea)를 사용하여 Duct에서의 유속과 동일한 속도로 흡인하였다. 사용한 여지는 110±5℃에서 충분히 (1~3시간) 건조하고 데시케이터에서 실온까지 냉각하여 0.
본 연구에서는 자동차 도장시설에서 발생되는 오염물질의 배출특성, 미세먼지의 입경분포, 오염물질의 배출계수를 산정하였으며 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
시료채취 후 분석을 위해 2,4-DNPH와 반응하여 형성된 카보닐-DNPH 유도체에 HPLC 등급의 아세토나이트릴을 2 mL씩 두 번 주입하여 약 1분 동안 DNPH 유도체를 추출하였으며 추출액은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 분석하였다.
오염물질 측정결과를 토대로 오염물질별 페인트사용량(1 kg), 단위면적(1 m2)에 따라 배출계수를 산정하였다(Kim et al., 2005).
대상 데이터
본 연구에서 시료채취 항목은 HAPs에 대부분 포함되어 있는 VOCs, 카보닐화합물, 입자상 다환방향족 탄화수소 (Polycyclic Aromatic Hydro-carbons; PAHs)와 미세먼지를 대상으로 하였다. 또한 서울시에 소재한 자동차 도장시설 현장조사 결과 자동차 도장시설의 규모, 도장방법 등은 도장시설별 배출특성에 미치는 영향이 미미한 반면, 페인트 및 유기용제의 제조사는 각 제조사별 구성성분이 달라 HAPs 및 미세먼지의 배출특성이 상이할 것으로 판단되어졌다.
도장부스는 일반적으로 그림 1과 같이 도료 및 유기용제를 분사하면 부스 내부의 급∙배기필터를 통해 가스상 및 입자상 물질이 방지시설을 통과하여 외부로 배출되는 구조로 구성되어 있다. 본 연구에서는 실제 공정과 동일한 조건으로 도장부스(5.5 m×3.5 m×2.4 m)에서 VOCs, 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs의 시료채취는 도색대상인 1 m×1 m의 철판에 상도도장(서페이서→ 베이스→ 투명→ 유색)의 도료 및 유기용제를 제조사별로 500 g을 준비하여 분사하였다. 분사 후 도장시설의 방지시설 전단부를 2회씩, 상도도장 및 건조공정 동안 측정하였으며, 측정방법은 대기오염공정시험방법 및 미국 EPA 분석방법에 따라 실시하였다.
카보닐화합물 시료채취는 내용적이 5 L인 시료채취주머니(Tedlar Bag)에 1 cm (Inner Diameter)×6 cm(length)의 폴리프로필렌튜브에 DNPH-실리카가 충전된 카트리지(Top trading, Korea)를 사용하였다. 흡인유량이 1~10 L/min인 판막식 펌프로 구성된 흡인펌프(SIBATA Σ100, Japan)를 이용하여 1 L/min의 유량으로 채취하였다.
이론/모형
VOCs 시료채취는 대기오염공정시험법 및 미국 EPA TO-17 분석방법에 준하여 내용적이 5 L인 시료채취 주머니(Tedlar Bag)에 휴대용 소형 흡입펌프(Minipump SIBATA, MP-30, JP)를 이용하여 Teneax TA(40/60 mesh, Markers Inc., UK) 280 mg을 스테인레스 스틸 흡착관(1/4’×9 cm, Perkin Elmer., UK)에 100 mL/min의 유량으로 채취하였다. 시료채취 후 자동열탈착 장치(TurboMatrix, PerkinElmer, USA)가 GC컬럼(DB-1, 0.
시료채취 후 채취된 여과지를 110±5℃로 충분히(1~3시간) 건조하고 데시케이터 내에서 실온까지 냉각하여 무게를 잰 여지를 분석용으로 사용하였다. 또 하나는 실시간의 미세먼지를 연속적으로 측정할 수 있는 광산란방식(Portable Aerosol Monitor(Grimm 1.108, Grimm Aerosol Technik., Germany)를 사용하였으며, 등속흡인을 위해 Isokinetic channel probe(Grimm 1.152, Grimm Aerosol Technik., Germany)를 사용하여 상도도장 중 스프레이 분무시간이 길어 오염물질이 다량 배출될 것이라 판단된 유색공정의 시료를 채취하였다.
4 m)에서 VOCs, 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs의 시료채취는 도색대상인 1 m×1 m의 철판에 상도도장(서페이서→ 베이스→ 투명→ 유색)의 도료 및 유기용제를 제조사별로 500 g을 준비하여 분사하였다. 분사 후 도장시설의 방지시설 전단부를 2회씩, 상도도장 및 건조공정 동안 측정하였으며, 측정방법은 대기오염공정시험방법 및 미국 EPA 분석방법에 따라 실시하였다.
Soxhlet 추출이 끝난 추출액은 자동 질소농축기를 이용하여 2 mL로 농축하며 Sodium sulfate cartridge와 hexane : 아세톤 혼합용매(9 : 1) 용액 6 mL를 이용하여 정제하였다. 정제된 시료는 고순도 질소를 이용하여 최소 1 mL까지 농축하였으며, 최종 농축된 시료를 PAHs 내부표준물질 10 μL를 첨가한 후 EPA TO-13A Method와 국내 대기오염공정시험기준(ES 01552.1)의 따라 Agilent GC/MS (HP-6890/HP-5973N)를 이용하여 분석하였다.
측정한 PAHs의 농도를 이용하여 제조사별 페인트사용량(1 kg)과 단위면적에 따른 PAHs의 배출계수를 산정하였으며, 발암성 위해도 측면에서의 분석을 위해 식품의약품안전처의 독성등가치(Toxicity equlvalency; TEQ) 산정방법(식 3)에 따른 결과를 표 6과 같이 얻을 수 있었다(Ministry of Food and Drug Safety, 2010).
성능/효과
도장시설에서 VOCs, 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs의 시료를 채취하여 분석한 결과 VOCs와 미세먼지의 배출량이 대부분을 차지하고 있으며 카보닐화합물과 PAHs는 미량으로 배출되고 있음을 확인할 수 있었다.
도장시설에서 발생하는 오염물질을 페인트 사용량(1 kg)과 단위면적에 따른 페인트 제조사(J사, K사, R사)의 평균 배출계수를 산정한 결과 도료 3사에서 VOCs, 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs는 평균적으로 페인트 1 kg당 327.81 g, 5.98 g, 336.70 g, 0.0078 g 배출되며 단위면적당 171.55 g, 3.10 g, 176.24 g, 0.0036 g 배출되는 것으로 나타났다.
미세먼지의 경우 3사 도료 모두 TSP 중 PM10이 약 98% 이상 차지하고 있으며 스프레이 분무시간이 긴 상도 유색공정에서는 4.0~5.0 μm의 입경범위에서 세 도료 모두 농도가 가장 높은 경향을 보였다.
현재까지 자동차 도장시설에서 배출되는 오염물질특성에 관한 연구는 VOCs가 대부분이었으나 본 연구 결과를 통해 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs도 도장시설에서 배출되고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 자동차 도장시설에서 배출되는 오염물질에 대해 효과적으로 관리하기 위해서 VOCs 외 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs 등과 같은 HAPs의 배출특성에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
후속연구
현재까지 자동차 도장시설에서 배출되는 오염물질특성에 관한 연구는 VOCs가 대부분이었으나 본 연구 결과를 통해 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs도 도장시설에서 배출되고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 자동차 도장시설에서 배출되는 오염물질에 대해 효과적으로 관리하기 위해서 VOCs 외 카보닐화합물, 미세먼지, PAHs 등과 같은 HAPs의 배출특성에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
현재까지 자동차 도장시설을 대상으로 한 총 카보닐화합물에 대한 연구는 없는 것으로 사료되어 이에 대한 세부적인 정량적 비교분석은 어려울 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자동차 도장시설의 보수도장공정은 어떻게 이루어지는가?
일반적으로 자동차 도장시설의 보수도장공정은 전처리공정, 하도공정, 중도공정, 상도공정 (유색, 투명)으로 이루어지는데, 상도공정은 페인트 및 유기용제의 휘발성유기화합물 (Volatile organic compound; VOCs)이 대부분 포함되어 있어 휘발성유기화합물이 가장 많이 배출된다.
본 연구의 시료채취 항목은 무엇인가?
본 연구에서 시료채취 항목은 HAPs에 대부분 포함되어 있는 VOCs, 카보닐화합물, 입자상 다환방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydro-carbons; PAHs)와 미세먼지를 대상으로 하였다. 또한 서울시에 소재한 자동차 도장시설 현장조사 결과 자동차 도장시설의 규모, 도장방법 등은 도장시설별 배출특성에 미치는 영향이 미미한 반면, 페인트 및 유기용제의 제조사는 각 제조사별 구성성분이 달라 HAPs 및 미세먼지의 배출특성이 상이할 것으로 판단되어졌다.
본 연구대상지로 선정한 자동차 도장시설에서 주로 사용하는 스프레이방법은 무엇인가?
현장조사 결과 대부분의 도장시설에서는 2액형 우레탄 도료와 일반건을 사용하였으며, 스프레이방법은 에어스프레이법을 주로 사용하고 여과 및 활성탄 흡착시설에 의해 오염물질을 처리하는 것으로 나타났다
참고문헌 (10)
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Yoo, E.-C., G.-J. Cho, and Y.-T. Kim (2004) Study on the Characteristics of THC Emission in Paint and Dry Booths, Report of Busan Metropolitan City Institute of Health & Environment, 14(2), 60-77.
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