정밀유기화학물질 제조webbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/09/019/5584513.pdf · EU 통합환경관리 (IPPC) BAT 기준서 정밀유기화학물질 제조 Integrated Pollution

발 간 등 록 번 호

11-1480523-001798-01 NIER-GP2013-447

EU 통합환경관리 (IPPC) BAT 기준서

정밀유기화학물질 제조

Integrated Pollution Prevention and Control

Reference Document on

Best Available Techniques for the

Manufacture of Organic Fine Chemicals


정밀유기화학물질 제조

Integrated Pollution Prevention and Control

Reference Document on

Best Available Techniques for the

Manufacture of Organic Fine Chemicals

본 기준서는 유럽 IPPC 지침에 근거하여 작성된 “Reference

Document on the Best Available Techniques for the

Manufacture of Organic Fine Chemicals (2006. 8, European

Commission)” 의 전문을 한글로 번역한 자료입니다.

BAT 기준서 (BREF) 목록 및 약어

최적가용기법 기준서　(Reference Document on Best Available Techniques) 코드 (Code)

대형 연소 시설 (Large Combustion Plants) LCP

광유(鑛油) 및 가스 정제(精製) 시설 (Mineral Oil and Gas Refineries) REF

철강 생산 (Production of Iron and Steel) I&S

철금속 가공 산업 (Ferrous Metals Processing Industry) FMP

비철금속 산업 (Non Ferrous Metals Industries) NFM

금속 세공 및 주물 산업 (Smitheries and Foundries Industry) SF

금속 및 플라스틱 표면처리 (Surface Treatment of Metals and Plastics) STM

시멘트 및 석회 제조 산업 (Cement and Lime Manufacturing Industries) CL

유리 제조 산업 (Glass Manufacturing Industry) GLS

세라믹 제조 산업 (Ceramic Manufacturing Industry) CER

대량 생산 유기화학 산업 (Large Volume Organic Chemical Industry) LVOC

정밀유기화학물질 제조 (Manufacture of Organic Fine Chemicals) OFC

폴리머 생산 (Production of Polymers) POL

염소-알칼리 제조 산업 (Chlor - Alkali Manufacturing Industry) CAK

대량 생산 무기화학물질-암모니아, 산 및 비료 산업

(Large Volume Inorganic Chemicals - Ammonia, Acids and Fertilisers Industries)LVIC-AAF

대량 생산 무기화학물질-고상 물질 및 기타 산업

(Large Volume Inorganic Chemicals - Solids and Others Industry)LVIC-S

특수 무기화학물질 생산 (Production of Speciality Inorganic Chemicals) SIC

화학공정의 폐수 및 폐가스 처리/관리 시스템 (Common Waste Water and Waste Gas Treatment/

Management Systems in the Chemical Sector)CWW

폐기물 처리 산업 (Waste Treatments Industries) WT

폐기물 소각 (Waste Incineration) WI

채광(採鑛)시 발생하는 광미(鑛尾) 및 폐석(廢石) 관리

(Management of Tailings and Waste-Rock in Mining Activities)MTWR

펄프 및 종이 산업 (Pulp and Paper Industry) PP

섬유 산업 (Textiles Industry) TXT

원피(原皮) 가공 및 가죽 제조 (Tanning of Hides and Skins) TAN

도축장 및 가축 부산물 산업 (Slaughterhouses and Animals By-products Industries) SA

식품, 음료 및 유제품 산업 (Food, Drink and Milk Industries) FDM

가금류 및 돼지 사육 (Intensive Rearing of Poultry and Pigs) ILF

유기용제를 이용한 표면처리 (Surface Treatment Using Organic Solvents) STS

산업용 냉각 시스템 (Industrial Cooling Systems) CV

저장시설에서의 유출 (Emissions from Storage) ESB

모니터링 일반 원칙 (General Principles of Monitoring) MON

경제성 및 매체통합적 환경영향 (Economics and Cross-Media Effects) ECM

에너지 효율화 기법 (Energy Efficiency Techniques) ENE

기준서 요약

i

기준서 요약

“정밀유기화학물질 제조 (Organic Fine Chemicals, OFC)에 관한 최적가용기법 (Best Available

Techniques, BAT)”이라는 제목의 BAT 기준서 (BAT Reference Document, BREF)는, 위원회 지침

96/61/EC (IPPC 지침)의 16(2)조에 따라 시행된 정보 교환을 반영하고 있다. 본 기준서 요약은 주요 연

구결과, 주요 BAT 결론 및 관련 소비/배출 수준에 관하여 기술하고 있다. 요약문은 서문과 함께 연결해

서 읽어야 하며, 서문은 기준서의 목적, 활용도, 법적 사항 등을 다루고 있다. 이 요약은 독립적인 문서

로 읽고 이해할 수 있지만 요약문이기 때문에 BREF 전문의 복잡한 내용을 모두 제시하지는 않는다. 따

라서 BAT 결정 과정의 도구로서 BREF 전문을 대체하기 위한 것이 아니다.

본 기준서는 유기 화학물질의 회분식 제조에 주안점을 두고 있으며, 지침의 부록 1에 전부 명시되어

있는 것은 아니지만, 광범위한 유기 화학물 제조에 대해 언급하고 있다. 목록은 확정적인 것은 아니지

만, 예를 들어 염료 및 안료, 식물 영양제, 살생물제(biocides), 의약품(화학 및 생물학적 과정), 유기 폭

발물, 유기 중간 생성물, 특수 계면 활성제, 향신료, 방향제, 페로몬, 가소제, 비타민, 표백제 그리고 난

연제 등을 포함하고 있다. 대량 생산에 대한 범위 설정을 위하여 특정 임계값을 사용하지는 않았다. 따

라서 정밀유기화학물질 제조 사업장 또한, 회분식, 반회분식, 연속 운영 방식을 사용하여 보다 큰 대량

생산을 하는 전용 생산 라인이 포함될 수도 있다는 것을 의미한다.

I. 분야 및 환경적 문제들

정밀유기화학물질 제조는 주로 회분식 공정으로 소량 생산되고 고부가 가치를 지닌 다양한 화학물질

을 생산한다. 정밀유기화학물질은 고순도의 제품생산 또는 특정효과를 가지는 제품을 생산하는 아주 다

양한 회사에 판매되어 최종소비자에게 공급된다. 정밀유기화학물질 제조 생산업체는 소규모 회사(직원이

10명 미만)에서 다국적 기업(직원 20,000명 초과)에 이르기까지 다양하며 대개 150 ― 250명의 직원으로

운영된다.

화학적 유기 정제 중간체 및 생성물은 대단히 다양하다. 그러나 실질적으로 사용되는 운영/공정의 수

는 상당한 적다. 이러한 공정에는 반응제 및 용제의 투입 및 배출, 불활성화, 반응, 결정화, 상분리, 여

과, 증류, 제품세정 등이 포함된다. 많은 경우에 있어서, 냉각, 가열 또는 진공이나 압력 부가 등이 필수

적이다. 불가피한 폐기물은 회수 및 저감 시스템에서 처리되거나 폐기물로 처분된다.

정밀유기화학물질 제조의 주요 환경문제는 휘발성유기화합물 (volatile organic compounds, VOCs)의

배출, 다량의 난분해성 유기물을 포함한 폐수의 배출, 많은 양의 유기용제 사용 및 재활용이 불가능한

폐기물의 비율이 높다는 점이다. 분야의 다양성, 생산된 화학물의 광범위성, 그리고 배출될 수 있는 물

질의 종류가 엄청나다는 점을 감안할 때, 본 기준서에서 정밀유기화학물질 제조 분야에서 배출되는 것들

에 대한 포괄적인 검토는 하지 않는다. 원료 소비 등에 관한 가용 자료도 없었다. 그러나 정밀유기화학

물질 제조 부분에서 예시된 설비에 관한 광범위한 배출 자료는 제시된다.

EU 통합환경관리 (IPPC) BAT 기준서 _ 정밀유기화학물질 제조

ii

II. BAT 후보 기법

BAT 후보 기법은 “환경 영향 예방 및 최소화”(공정 설계와 많은 관련이 있음) 및 “폐기물 관리 및 처

리” 라는 제목으로 분류되었다. “환경 영향 예방 및 최소화”의 경우 합성 경로 선택, 대안적 공정의 예

시, 장비 선정, 설비 설계 등에 관한 전략을 포함한다. 폐기물 관리에는 폐기물 특성을 평가하고 배출

과정에 대한 이해 및 모니터링을 위한 기법이 포함된다. 마지막으로, 폐가스 처리를 위한, 다양한 회수/

저감 기법, 폐수 전처리 또는 폐수에 대한 생물학적 처리가 기술되어 있다.

III. BAT

아래에 기술되어 있는 요약에는 전문에 나와 있는 배경 서술 및 상호참조가 포함되어 있지 않으며, 전

문에는 환경 관리에 관한 BAT도 포함되어 있다. 일반적인 BAT-연계 배출 수준 (associated emission

level, AEL)은 농도와 질량흐름 (mass flow) 두 가지로 제시되며, 특정사례 중 대부분이 BAT 참고자료로

활용된다.

예방 및 최소화

공정개발에서 환경적 고려사항의 통합

BAT는 공정 개발에서 환경, 보건, 안전사항의 통합적인 감사추적을 해야 한다. BAT는 정상적 운영을

위한 구조적 안전 평가를 수행해야 하고 화학 공정의 편차 및 설비 운영의 편차에 기인하는 영향을 고

려해야 한다. BAT는 위험 물질 취급 및 저장 시의 위험요소를 제한할 수 있는 절차 및 기술적 방법을

수립 및 이행해야 하고, 위험물질 취급자를 위한 충분하고도 적절한 훈련을 제공해야 한다. BAT는 배출

이 최소화될 수 있는 방식으로 새로운 설비를 설계하는 것이다. BAT는 토양 및 지하수를 오염시킬 가

능성이 있는 물질(보통 액체)을 취급하는 시설물에 대하여 유출 잠재력을 최소화하는 방식으로 설계, 구

축, 운영 및 유지관리를 해야 한다. 시설물은 밀폐되고 안정된 상태로 유지되어야 하며, 기계적, 열적,

화학적 스트레스를 충분히 견딜 수 있어야 한다. BAT는 신속하고도 신뢰성 있게 누출이 인지되도록 해

야 한다. BAT는 처리 및 처분을 가능하게 하기 위해 유출물, 누출물, 방화수, 오염된 지표수를 안전하게

보존할 수 있는 충분한 보유 용량을 제공해야 한다.

배출원 밀폐 및 장비의 기밀성 (airtightness)

BAT는 통제 불가능한 배출을 최소화하기 위해 배출원을 밀폐시키고 개구부를 닫아야 한다. 건조는 용

제 회수를 위한 응축기를 포함한 폐쇄 장치를 이용하여 수행되어야 한다. BAT는 순도 요구사항을 만족

하는 경우 공정 증기 재순환을 사용해야 한다. 부피 유량을 최소화하기 위하여, BAT는 공정 장비를 통

해 가스 수집 시스템으로 공기가 빨려 들어가지 않도록 불필요한 개구부를 막아야 한다. BAT는 공정

장비, 특히 용기에 대한 기밀성 (airtightness) 유지를 보장해야 한다. BAT는 연속 불활성화 대신 충격

불활성화를 적용해야 한다. 지금까지도 연속 불활성화는 처리과정에 산소가 발생하거나 불활성화 후 추

가적인 물질 충전이 요구되는 공정에서 안전성 요구사항으로 허용되고 있다.

기준서 요약

iii

증류 응축기 레이아웃

BAT는 응축기 레이아웃을 최적화함으로써 증류과정에서 나오는 배출가스 유량을 최소화해야 한다.

용기에 액체 주입, 피크 최소화

BAT는 반응화학 및/또는 안전 고려사항에서 실행 불가능하지 않다면 하부 공급 또는 침액배관

(dip-leg)을 이용하여 용기에 액체를 주입하는 것이다. 그러한 경우 벽으로 향한 파이프를 이용하여 상부

에서 액체를 넣어주게 되면 튐 (splashing)이 줄어 대체된 가스 (displaced gas)의 유기물 함량이 줄어든

다. 고체 및 유기 액체를 용기에 같이 주입할 경우, 그것이 화학 반응 및 안전을 고려할 때 실행 불가

능하지 않다면 밀도의 차이가 대체된 가스 (displaced gas)에서의 유기물 함량 저감을 촉진시키는 경우

BAT는 블랭킷으로써 고체를 이용하는 것이다. BAT는, 생산 매트릭스 최적화 및 평활(平滑) (smoothing)

필터 적용을 통해 피크 함량 누적, 유량 그리고 관련 배출 농도 피크를 최소화하는 것이다.

생성물 분리 (work-up)를 위한 대안적 기법

BAT는 염분이 높은 모액의 사용을 피하거나, 막 공정, 용제 기반 공정, 반응 추출과 같은 대안적 분

리 기술을 모액의 분리 (work-up)에 적용하는 것이다. 아니면 중간 생성물의 분리 (intermediate

isolation) 과정을 생략하는 것이다. BAT는 생산규모 상 해당기법의 도입이 검증된 경우, 역방향

(counter current) 제품 세척을 적용하는 것이다.

진공, 냉각 및 세정

BAT는 건조 가동 펌프, 링 매체를 용제로 사용하는 액체 링 펌프, 또는 폐쇄 순환 액체 링 펌프 등

과 같은 장비를 사용하여 무수 진공상태를 만드는 것이다. 그러나 이 기술의 적용이 제한을 받을 경우,

스팀 분사기 또는 워터 링 펌프가 사용 가능하다. 배치 공정의 경우, BAT는 반응의 원하는 종결지점 결

정을 위해 명확한 절차를 수립해야 한다. BAT는 간접 냉각을 적용해야 한다. 그러나 간접 냉각은 안전

한 온도 제어, 즉 온도 급상승/급강하를 위해 물 또는 얼음의 추가가 필요한 공정에는 적용할 수 없다.

직접 냉각은 또한 통제불능 (run away) 상황을 제어하거나 열 교환 차단이 우려되는 곳에 요구될 수 있

다. BAT는 세정수에 들어 있는 유기 함량을 최소화하기 위해 장비 헹굼/세정에 앞서 사전 세정 단계를

적용해야 한다. 서로 다른 물질이 파이프를 통해 자주 전달될 경우, 피깅 (pigging) 세척공법은 배관세척

시 제품 손실을 줄일 수 있는 또 다른 옵션이다.

폐기물 관리 및 처리

폐기물의 물질수지 및 분석

BAT는 VOCs (Chlorinated short-chain hydrocarbons, CHCs 포함), 총유기탄소 (Total Organic

Carbon, TOC) 또는 화학적 산소 요구량 (Chemical Oxygen Demand, COD), 흡수성유기할로화합물

(Adsorbable Organohalogens, AOX) 또는 추출성 유기할로겐화물 (Extractable Organic Halogen, EOX)

및 중금속에 대한 물질수지 계획을 연단위로 수립하는 것이다. BAT는 상세 폐기물 분석을 하는 것이다.

이를 통해 폐기물의 발생원을 알 수 있고 배출가스, 폐수, 고상잔류물 등에 대한 관리 및 적정한 처리에


iv

필요한 기초자료를 얻을 수 있다. BAT는, 과학적인 관점에서 적절하다면 적어도 표1의 폐수에 대한 항

목을 평가하는 것이다.

표 I. 폐수 배출의 평가를 위한 항목

항목

배치당 부피

표준

1년당 배치

1일당 부피

1년당 부피

COD 또는 TOC

BOD5

pH

생물학적 제거가능성

질산화 포함 생물학적 억제

AOX

예상되는 곳

CHCs

용제

중금속

총질소

총인

염화물

브롬화물

SO42-

잔류 독성

대기 배출 모니터링

짧은 시료채취 기간으로부터 얻어진 배출수준 대신 배출 프로필이 반드시 기록되어야 한다. 배출 자

료는 반드시 담당 조업(操業)과 연관되어야 한다. 대기로 배출될 경우, BAT는 생산 공정의 운영방식을

반영하는 배출 프로필을 모니터링 해야 한다. 비산화 (non-oxidative) 저감/회수 시스템의 경우, BAT는

다양한 공정에서 발생되는 배출가스가 중앙 회수/저감 시스템에서 처리되는 상황에서, 연속적 모니터링

시스템(예를 들어, 불꽃이온화검출기 (flame ionization detector, FID))을 적용해야 한다. BAT는 생체독

성학적 잠재력을 가진 물질이 배출될 경우 개별적으로 모니터링 해야 한다.

개별 유량

BAT는 공정 장비에서 회수/저감 시스템으로 나오는 배출가스 유량을 개별적으로 평가해야 한다.

용제 재사용

BAT는 순도를 만족하는 한도 내에서 용제를 재사용해야 한다. 재사용은 생산 활동의 이전 배치

기준서 요약

v

(batch)에서 사용하던 용제를 향후 배치 (batch)를 위해 사용하거나, 사업장내 또는 사업장외에서 정제와

재사용을 위해 사용된 용제를 수집하거나, 또는 사업장내 또는 사업장외에서 열량 활용을 위해 사용된

용제를 수집함으로써 수행된다.

VOCs 처리 기법의 선정

전체 사업장, 개별 생산건물 또는 개별 공정에 대한 회수/저감 시스템으로서 단일 또는 복합 기법을

조합하여 적용할 수 있다. 이것은 특정 상황에 따라 달라지며 점 오염원 수에 영향을 미친다. BAT는 그

림 I에 나와 있는 흐름도에 따라 VOCs 회수 및 저감 기법을 선정해야 한다.

비산화 (non-oxidative) VOCs 회수 또는 저감: 달성 가능한 배출 수준

비산화 (non-oxidative) VOCs 회수 또는 저감 기법을 적용할 경우, BAT는 표 II에 나와 있는 배출 수

준으로 낮추어야 한다.

열산화/소각 또는 촉매산화: 달성 가능한 배출 수준

열산화/소각 또는 촉매산화를 적용할 경우, BAT는 표 Ⅲ에 나와 있는 배출 수준으로 낮추어야 한다.

NOx 회수/저감

열산화/소각 또는 촉매 산화의 경우, BAT는 표 IV에 나오는 NOX 배출 수준을 달성해야 하며, 필요

시 DeNOX 시스템 (예, SCR 또는 SNCR) 또는 그러한 수준을 달성하기 위한 2단계 연소를 적용해야 한

다. 화학적 생산 공정에서 나오는 배출가스의 경우, BAT는 표 IV에 나오는 NOx 배출수준을 달성해야

하며, 필요 시 그러한 수준을 달성하기 위하여 H2O 그리고/또는 H2O2와 같은 세정 매체를 이용하여 세

정 및 세정 연속단계 (cascade)와 같은 처리 기법을 적용해야 한다. 화학 공정에서 나오는 NOX가 고농

도 NOX (약 1,000 ppm 이상) 흐름에서 흡수되는 경우, 사업장내 또는 사업장외에서 재사용을 위해 55

% HNO3를 얻을 수 있다. 화학공정에서 나오는 NOx를 함유한 배출가스도 VOCs를 포함하고 있으며,

(사업장내에서 사용가능한 경우) DeNOx 장치와 2단계 열분해 장치가 장착된 열산화/소각시설에서 처리

될 수 있다.

HCl, Cl2, HBr, NH3, SOx 및 시안화물 회수/저감

만약 생산량이 필요 장비에 대한 투자비용을 만족한다면, 고농도의 HCl을 함유한 배출가스로부터 HCl

이 효과적으로 회수될 수 있다. VOCs 제거를 통한 HCl 회수가 실행되지 않을 경우, 회수된 HCl에 포함

된 잠재적인 AOX는 반드시 고려해야 한다. BAT는 표 V에 나오는 배출 수준을 달성해야 하고, 필요 시

적절한 세정 매체를 이용하여 한 개 이상의 세정기를 사용해야 한다.

입자상 물질 제거

입자상 물질은 다양한 배출가스에서 제거된다. 회수/저감 시스템 선정은 입자상 물질의 속성에 따라

크게 달라진다. BAT는 0.05 – 5 mg/m3 또는 0.001 – 0.1 kg/시간의 배출 수준을 달성해야 하며, 필요

시, 그러한 수준을 달성하기 위하여 백 필터, 여과 집진기 (fabric filter), 원심력 집진기 (cyclone), 세정

기 또는 습식 전기 집진기 (wet electrostatic precipitation, WESP)와 같은 기술을 적용해야 한다.


vi

배출가스의VOCs

VOCs에 적합한 온도에서 회수하기 위해 한 개 이상의 응축기를 배출가스 흐름에

연결

열 또는 촉매 산화를 위한 한 가지 이상의기준을 만족하는가?

(Table V)

예

예

예

예

아니오

아니오

아니오

아니오

단일 또는 복합 비산화처리기법의

적용성 평가

표 II에 나오는 수준을 달성했는가?



단일 또는 복합 비산화 처리기술

적용

최적화된 구성 적용

열산화 또는 촉매 산화를

적용하고 표 III에 나오는

수준을 달성하거나 적어도

동일한 배출 수준을 달성하기

위해 다른 기술 또는

복합기법을 적용

아래에 의거 최적화를 평가• 기존의 처리 용량 증대• 처리 효율성 증대• 고효율의 기술을 추가

종료종료

종료

그림 I. VOCs 회수/저감기법 선정을 위한 BAT.

기준서 요약

vii

표 II. 비산화 (non-oxidative) 회수/저감 기법의 BAT 연계 VOCs 배출 수준

항목 점 오염원으로부터 평균 배출 수준 *

총 유기 탄소 0.1 kg C/hr 또는 20 mg C/m3 **

* 평균 시간은 배출 프로필과 관련되며, 수준은 건조 가스 및 Nm3와 관련이 있다.

** 농도 수준은, 예를 들어 방이나 건물의 환기 시 유량에 의해 희석되지 않은 상태의 유량과 관련된다.

표 III. 열산화/소각 또는 촉매 산화에서 총유기탄소 BAT 연계 배출 수준

열산화/소각

또는 촉매 산화

평균 물질흐름

kg C/hr

평균 농도

mg C/m3

총유기탄소 < 0.05 또는 < 5

평균 시간은 배출 프로필과 관련되며, 수준은 건조 가스 및 Nm3와 관련된다.

표 IV. BAT 연계 NOx 배출 수준

배출원 평균 kg/시간 *

또는

평균

mg/m3 * 설명

화학적 생산 공정, 예를 들어

질화 (nitration), 사용된 산 회

수

0.03 – 1.7 7 – 220 **

범위의 최저값은 물로 세정하는 세정 시스템으

로 낮은 수준의 입력값과 연관된다. 입력 수준

이 높은 경우, 세정 매체로서 H2O2를 사용하는

경우에도 범위의 최저값은 달성될 수 없다.

열산화/소각, 촉매 산화 0.1 – 0.3 13 – 50 ***

열산화/소각, 촉매 산화, 질소

유기 화합물의 투입25 – 150 *** SCR의 경우 저농도 범위, SNCR의 경우 고농도

범위

*

**

***

NOx는 NO2로 표시, 평균 시간은 배출 프로필과 관련된다.

배출수준은 건조가스 및 Nm3와 관련된다.

배출수준은 건조가스 및 Nm3와 관련된다.

표 V. 촉매 및 열산화/소각 선정 기준

선정 기준

a배출가스는 독성이 매우 강하고, 발암성 또는 carcinogenic mutagenic or toxic for reproduction (CMR) 범주

1 또는 2에 속하는 물질이거나, 또는

b 정상 조작에서 자동가열 조작이 가능하거나, 또는

c설치 시 전반적인 주요 에너지 소비 감소가 가능하다

(예를 들어, 2차 가열 옵션)

표 VI. HCl, Cl2, HBr, NH3, SOx 및 시안화물의 BAT 연계 배출 수준

항목 농도 물질흐름

HCl 0.2 – 7.5 mg/m3

또는

0.001 – 0.08 kg/시간

Cl2 0.1 – 1 mg/m3

HBr <1 mg/m3

NH3 0.1 – 10 mg/m3 0.001 – 0.1 kg/시간

SCR 또는 SNCR로부터 NH3 <2 mg/m3 <0.02 kg/시간

SOx 1 – 15 mg/m3 0.001 – 0.1 kg/시간

HCN과 같은 시안화물 1 mg/m3 3 g/시간


viii

전형적인 폐수의 분리 및 선택적 전처리

BAT는 할로겐화 및 황염소화에서 발생하는 모액을 분리 및 전처리 또는 폐기하는 것이다. BAT는 후

속 폐수 처리 또는 배출 후 환경수용체에 위험을 유발할 수 있는 수준으로 생물학적 활성 물질을 함유

하고 있는 폐수의 전처리를 해야 한다. BAT는 예를 들면 사업장내 또는 사업장외에서의 회수를 위해

술폰화 또는 질화 (nitration)에서 발생하는 폐산을 분리 수집하는 것이다. 또는 난분해성 유기물 부하에

전처리를 하는 것이다.

난분해성 유기물 부하를 포함한 폐수 전처리

BAT는 다음 분류에 따라 난분해성 유기물을 함유하고 있는 폐수의 분리 및 전처리를 해야 한다: 폐

수가 약 80 – 90 % 이상의 생물학적 제거가능성을 나타낼 때 난분해성 유기물을 전처리를 할 필요성이

없다. 생물학적 분해가능성이 더 낮은 경우라도, 난분해성 유기물 부하가 배치 (batch)당 또는 일평균

약 7.5 – 40 kg TOC 범위 이하라면 난분해성 유기물을 전처리할 필요성이 없다. 분리된 폐수의 경우,

BAT는 전처리 및 생물학적 처리 조합으로 95 % 이상의 COD 제거율을 달성해야 한다.

폐수로부터의 용제 회수

BAT는 용제에 대한 생물학적 처리 비용 및 새로운 용제 구매 비용이 사용된 용제를 회수하거나 정제

시에 소요되는 비용보다 클 경우 현장 또는 현장 외부에서 재사용을 위해 폐수에서 용제를 회수해야 한다.

이것은 탈기, 증류/정류, 추출 기술 또는 이 기술들을 조합하여 수행된다. BAT는 천연 연료의 사용이

대체될 수 있다는 것이 에너지 수지로 증명될 경우 열량 사용을 위해 폐수에서 용제를 회수해야 한다.

폐수에서 할로겐 화합물 제거

BAT는, 예를 들어 탈기, 정류 또는 추출을 사용하여 폐수에서 퍼지가능한 (purgeable) CHC를 제거해

야 하며 표 VII에 나와 있는 수준을 달성해야 한다. BAT는 상당한 양의 AOX를 함유한 폐수를 전처리

를 해야 하고, 사업장의 생물학적 폐수처리장 (Waste Water Treatment Plant, WWTP) 또는 도시 하수

시스템 유입구에서 표 VII에 나와 있는 AOX 수준을 달성해야 한다.

폐수에서 중금속 제거

BAT는 공정에서 사용되는 상당한 수준의 중금속 또는 중금속 화합물을 함유하고 있는 폐수의 전처리

를 해야 하고, 사업장의 생물학적 폐수처리장 또는 도시 하수 시스템 유입구에서 표 VII에 나오는 중금

속 농도를 만족해야 한다. 만약 전처리 및 생물학적 폐수처리의 조합 결과와 비교했을 때 그와 동등한

수준의 제거가 입증된다면, 생물학적 처리가 사업장내에서 수행되고 처리 슬러지는 소각된다는 가정 하

에, 생물학적 폐수처리 공정만을 이용하여 배출수에서 중금속을 제거할 수 있다.

기준서 요약

ix

표 VII. 사업장내의 생물학적 폐수처리 설비 또는 도시 하수 시스템의 유입구에서의 BAT 연계 수준

항목 연평균 단위 설명

AOX 0.5 – 8.5

mg/L

범위의 최대치는 할로겐화 화합물이 수많은 공정에서 처리되고, 해당

폐수가 전처리 되는 경우 및/또는 AOX가 생물학적 제거가능성이 대

단히 높은 경우와 관련된다.

퍼지가능한 (purgeable)

CHCs<0.1

그렇지 않으면, 전처리의 유출구에서 1 mg/L 미만의 총 농도를 달성

해야 한다.

Cu 0.03 – 0.4

범위의 최대치는 다양한 공정에서 중금속 또는 중금속 화합물을 사

용하고 그러한 사용에서 발생하는 폐수를 전처리 함으로써 나타난다.

Cr 0.04 – 0.3

Ni 0.03 – 0.3

Zn 0.1 – 0.5

유리 시안화물

BAT는 기술적으로 가능한 경우 원료를 대체하기 위해 유리 시안화물을 함유하고 있는 폐수를 처리해

야 한다. BAT는 상당한 양의 시안화물을 포함하고 있는 폐수를 전처리해야 하고 처리된 폐수에 1 mg/L

이하의 시안화물 함량농도를 달성하거나 생물학적 폐수처리 설비에서 안전한 분해가 되도록 해야 한다.

생물학적 폐수 처리

BAT는 생산 공정, 세정 및 세척수에서 발생하는 폐수와 같이 관련 유기물 부하를 함유하고 있는 배

출수를 생물학적 폐수처리에서 처리하는 것이다. BAT는 전체적으로 공동 폐수처리를 통한 제거가 사업

장에서의 처리를 통한 제거보다 나쁘지 않게 하는 것이다. 생물학적 폐수처리의 경우, 일반적으로 연평

균 93 – 97 %의 COD 제거율을 달성할 수 있다. COD 제거율이 독립인자로서 이해될 수 없다는 관점이

중요하기는 하나, COD 제거율은 생산 스펙트럼(현장에서 대부분 폐수에 포함되어 있는 난분해성 유기물

부하를 생성하는 염료/안료, 광학표백제, 방향족 중간 생성물을 생산), 용제 제거 정도 및 난분해성 유기

물 부하의 전처리 정도에 영향을 받는다. 개별적인 상황에 따라, 처리 용량, 완충 부피, 질산화/탈질화

반응, 또는 화학적/기계적 단계의 적용을 조정하기 위하여 생물학적 폐수처리 설비에 대한 보강이 필요

하다. BAT는 생물학적 분해 가능성을 최대한 활용해야 하며 99 %이상의 BOD 제거율과 연평균 18

mg/L의 BOD 배출 수준을 달성해야 한다. 이 수준은 냉수의 혼합과 같은 희석 없이 생물학적 처리를

한 후의 배출수와 관련된다. BAT는 표 VIII에 나오는 배출 수준을 만족해야 한다.

배출수의 모니터링

BAT는 생물학적 폐수처리 설비로 유입·유출되는 배출수를 정기적으로 모니터링 해야 한다. BAT는

환경독성학적 잠재력이 있는 물질이 취급되거나 생산되는 경우, 생물학적 폐수처리장 이후 총 배출수에

대한 정기적 생물모니터링 (biomonitoring)을 수행해야 한다. 잔류 독성이 우려 수준으로 확인되면(예를

들어 생물학적 폐수처리 설비의 변동운영이 중요 생산 활동과 연관될 수 있는 경우), BAT는 온라인

TOC 측정과 함께 온라인 독성 모니터링을 수행해야 한다.


x

표 VIII. 생물학적 폐수처리 설비로부터의 배출에 대한 BAT

연평균 *

항목 수준 단위 설명

COD 12 – 250

mg/L

총인 0.2 – 1.5범위의 최대값은 주로 인을 포함하고 있는 화합물 생산으로 인한

것이다.

무기질소 2 – 20범위의 최대값은 주로 질소 함유 화합물 생산 또는 발효 공정에

기인하는 것이다.

AOX 0.1 – 1.7범위의 최대값은 수많은 AOX 관련 생산 및 상당한 양의 AOX를

포함한 폐수 전처리에 기인하는 것이다.

Cu 0.007 – 0.1범위의 최대값은 수많은 공정에서 중금속 또는 중금속 화합물을

의도적으로 사용하고 그러한 사용으로 인해 발생하는 폐수

전처리에 기인하는 것이다.

Cr 0.004 – 0.05

Ni 0.01 – 0.05

Zn – 0.1

부유성 고형물 10 – 20

LIDF 1 – 2

희석

인자

독성은 또한 수생 독성으로 표시된다.

(EC50 수준)

LIDD 2 – 4

LIDA 1 – 8

LIDL 3 – 16

LIDEU 1.5

* 이 농도범위는 희석 없이 생물학적 처리를 한 후(예를 들어, 냉수와의 혼합)의 배출수와 연관된다.

IV. 맺음말

정밀유기화학물질 제조의 BAT에 관한 정보 교환은 2003년에서 2005년까지 수행되었다. 성공적으로

정보 교환이 수행되었으며 기술작업반 (Technical Working Group, TWG)의 후속 및 최종 회의동안 높

은 수준의 공감대를 형성하였다. 어떠한 의견 차이도 기록되지 않았다. 그러나 증가하고 있는 기밀 유지

에 대한 우려가 본 연구 전체에 걸쳐 상당한 장애물로 나타났다는 점에 반드시 주목해야 한다.

유럽연합 집행위원회 (European Commission, EC)는 자체의 연구·기술 개발 (Research and Technical

Development, RTD) 프로그램을 통하여 청정 기술, 유망(신) 배출수 처리 및 회수 기술, 관리 전략 등을

다루는 일련의 프로젝트에 착수하고 지원하고 있다. 이러한 프로젝트들은 잠재적으로 미래의 BREF 검토에

유용하게 기여할 것이다. 따라서 독자들에게 본 기준서의 범위와 관련한 연구 결과가 있을 경우 유럽

IPPC 사무국 (European Integrated Pollution Prevention Control Bureau, EIPPCB)에 통보할 것을 요청

한다(본 기준서의 서문 참고).

서 문

xi

서 문

1. 본 기준서의 위상

본 기준서 (document)에서 “입법지침 (the Directive)”이란, 별도의 명시가 없는 한 통합환경관리

(Integrated Pollution Prevention and Control, IPPC)에 관한 위원회 입법지침 (Council Directive) 96/61/EC

을 가리킨다. 동(同) 입법지침과 마찬가지로 본 기준서도 작업장의 보건 및 안전에 관한 유럽 공동체 규

정을 따른다.

본 기준서는 최적가용기법 (Best Available Techniques, BAT), 관련 모니터링 및 해당 기술의 발전에

대한 EU 회원국과 관련 산업계간 정보교환의 산물이다. 본 기준서는 입법지침 제16(2)조에 따라 유럽연

합 집행위원회 (European Commission, EC)가 발표한 것이다. 그러므로 “최적가용기법”을 결정할 때에는

입법지침의 부록 IV에 따라 본 기준서를 참고해야 한다.

2. IPPC 입법지침의 주요 법적 의무 및 BAT 정의

본 기준서가 작성된 법률적 맥락에 대한 독자의 이해를 돕기 위하여, 최적가용기법이란 용어에 대한

정의를 포함해 IPPC 입법지침 중에서 가장 관련이 있는 몇몇 조항에 대해서 설명하기로 한다. 본 기준서에

기술된 내용은 완벽하다고는 할 수 없으며, 단지 정보를 제공할 목적으로만 사용된다. 또한 기술된 내용은

법률적 효력이 없으며, 입법지침의 실제 조항을 변경하거나 왜곡할 수 없다.

이 입법지침의 목적은 부록 I에 제시되어 있는 활동들로 인한 오염을 통합적으로 예방·제어하여 환경

전반에서의 보호 수준을 높이는 것이며 입법지침의 법률적 근거는 환경 보호와 관련이 있다. 또한 입법

지침을 실행할 때에는 유럽공동체의 산업 경쟁력 확보와 같은 유럽공동체의 다른 목표들을 고려하여 지속

가능한 발전에 기여하여야 한다.

보다 구체적으로 말하자면, 입법지침에서는 산업별 분류에 따른 배출시설에 대해서 배출시설 운영자와

규제기관 모두가 해당 시설의 잠재적 배출 및 소비수준을 전체적으로 종합 검토하도록 하는 허가체계를

규정하고 있다. 이러한 통합적 접근의 최종적인 목표는 산업 공정관리 및 공정제어를 개선하여 환경

전반에 대한 보호 수준을 높이는 것이다. 그리고 이러한 접근방식의 핵심은 배출시설 운영자가 모든

적절한 오염 예방조치, 특히 환경성능을 높여 주는 BAT를 적용해야 한다고 규정한 제3조의 일반 원칙에

있다.

입법지침 제2(11)조의 정의된 ‘최적가용기법’이란 ‘가장 효과적이고 앞선 단계의 산업 활동 및 관련

배출시설의 운영방식으로, 전체적으로 오염물질과 그 환경 영향을 예방하고, 예방할 수 없는 경우에는

오염물질의 배출과 환경영향을 저감하기 위해 설정된 배출한계값 (emission limit values)과 관련하여,

원칙상 그러한 배출한계값의 근거를 제시하는 데 실질적으로 적합한 특정 기법을 말한다.’ 또한 제2(11)

조에 이 정의를 다음과 같이 보다 구체적으로 설명하고 있다.


xii

‘기법 (techniques)’이란, 적용된 기술 (technology) 뿐만 아니라 해당 배출시설을 설계·구축· 유지보

수·운영·해체하는 방법 (the way)도 포함하는 개념이다.

‘가용 (available)’ 기법이란, 배출시설 운영자가 합리적으로 이용할 수 있는 한, 그 기법이 해당 EU 회

원국 내에서 사용되거나 만들어진 여부와 관계없이, 비용과 편익을 고려했을 때 경제적·기술적 실현

성이 있으며 관련 산업부문에서 실행할 수 있는 규모로 개발된 기법을 말한다.

‘최적 (best)’이란 전반적으로 높은 수준의 환경 보호를 성취할 수 있는 가장 효과적이라는 의미이다.

또 입법지침의 부록 IV에는 ‘BAT 결정에 있어 일반적인 경우 또는 특정 경우에 대해 고려해야할

사항’에 관한 목록을 수록하고 있다. ‘BAT를 결정할 때에는 해당 조치 (measure)의 비용과 편익 그리고

대비와 사전예방의 원칙을 염두에 두어야 한다’. 이러한 고려사항에는 유럽연합 집행위원회

(Commission)가 입법지침 제16(2)조에 준거해 발표한 정보도 포함된다.

허가기관은 제반 허가 조건을 결정할 때 입법지침 제3조에 명시된 일반 원칙들을 고려해야 한다.

허가서 조건에는 배출한계값이 포함되어야 하며, 필요시 이 배출한계값은 동등한 수준의 한계값

(parameters)이나 기술적 수단 (technical measures)으로 보완 또는 대체되어야 한다. 입법지침 제9(4)조

에 따르면, 배출한계값 및 이와 동등한 수준의 한계값과 기술적 수단은 일반 기법이나 특정 기술을 사

용하도록 규정하지는 않지만 환경기준 (environmental quality standard)을 준수하면서, 해당 배출시설의

기술적 특징, 지리적 위치, 현지 환경 조건 등을 감안한 BAT에 기반을 두어야 한다. 어떠한 경우에도

제반 허가 조건은 장거리 또는 국가 간 오염물질 이동의 최소화에 대한 조항이 포함되어 환경 전체를

적극적으로 보호해야 한다.

입법지침 제11조에 따르면 EU 회원국은 자국의 담당 기관이 최적가용기법의 발전 사항을 따르거나

숙지하게 할 의무가 있다.

3. 본 기준서의 작성 목적

입법지침 제16(2)조에 따라 집행위원회는 “최적가용기법, 관련 모니터링, 최적가용기법의 발전 사항 등에

관한 각 EU 회원국과 관련 산업계간의 정보교환”을 조직화하고 그 정보교환의 결과물을 발간해야 한다.

본 입법지침의 설명조항 25 (recital 25)에 따르면 정보교환의 목적을 ‘유럽 공동체 차원에서의 최적가

용기법에 대한 정보 발전·교환 노력은 유럽공동체내 기술적 불균형을 해소하고 유럽공동체에서 사용되

는 한계값 (limit values)과 기법을 전 세계에 알리고 EU 회원국들이 입법지침을 효율적으로 실행할 수 있

도록 돕는데 있다’라고 기술하고 있다.

유럽연합 집행위원회 (EU 집행위원회의 환경총국)는 제16(2)조에 따라 정보교환포럼 (information

exchange forum, IEF)을 구성하여 업무를 지원하였고 이 포럼의 산하에 많은 기술작업반 (Technical

Working Group, TWG)이 조직되었다. 제16(2)조에 따라 정보교환포럼과 기술작업반에는 모두 각 EU 회

서 문

xiii

원국 및 산업의 대표자가 포함된다.

일련의 기준서들의 목적은 제16(2)조에 따라 실시된 정보교환 활동을 정확히 반영하고, 허가기관이 허

가 조건에 대해서 판단할 때 고려해야 할 기준 정보를 제공하는 것이다. 이 기준서들은 BAT에 관한 주

요 정보 제공을 통해 환경성능을 개선하는 중요한 도구가 될 것이다.

4. 정보 출처

본 기준서는 특히 유럽연합 집행위원회의 업무를 돕기 위해 구성된 실무그룹들의 전문지식 등 다양하게

수집된 정보를, 집행위원회 (Commission)를 통해 검증하여 요약한 것이다. 이와 관련하여 도움을 준 모

든 분들께 감사드린다.

5. 본 기준서의 이해 및 활용 방법

본 기준서의 정보는 특정한 경우에 BAT의 결정을 위한 자료로 사용할 목적으로 제공된다. BAT의

결정과 BAT에 근거한 허가 조건을 설정할 때는 항상 환경 전반에 대한 높은 수준의 보호라는 전체

목표를 염두에 두어야 한다.

본 절의 나머지 부분에서는 문서의 각 절에 제시되어 있는 정보의 유형에 대해 설명한다.

1장 및 2장은 관심의 대상이 되는 산업 부문과 그 부문 안에서 사용되고 있는 산업 공정에 관한 일반

정보를 제공한다. 3장은 본 기준서 작성 시점에서 기존 설비의 상황을 반영한 현행 배출 및 소비 수준에

관한 자료 및 정보를 전달한다.

4장은 BAT 및 BAT 기반의 허용 기준을 결정할 때 가장 밀접하다고 판단되는 배출 저감 및 기타

기법들을 보다 자세히 설명한다. 이 정보에는 특정 기법을 활용하여 산출 가능하다고 판단되는 소비 및

배출 수준, 그 기법과 연관된 비용 및 매체통합적 영향 문제에 관한 몇 가지 아이디어, 그리고 신규, 기

존, 중대형 설비 등 IPPC 허가가 필요한 각종 설비의 범위에 적용 가능한 기법 정도가 포함된다. 일반적

으로 구식 기법은 포함되지 않는다.

5장에서는 일반적인 의미로 BAT와 호환될 수 있는 것으로 생각되는 기법과 배출 및 소비 수준을 설

명한다. 따라서 BAT 기반 허가 조건의 판단을 지원할 수 있거나 9(8)조에 따라 구속력 있는 일반 규정

의 확립을 위한 적절한 기준점으로 생각될 수 있는 배출 및 소비 수준에 관한 일반적인 증거를 제시하

는 것이 목적이다. 하지만 본 문서에서는 배출한계값을 제한하지 않는다는 점이 강조되고 있다. 적절한

허가 조건에 대한 판단에는 관련 시설의 기술적 특성, 지리적 위치 및 지역의 환경 조건 같은 지역, 현장

고유의 요인에 대한 고려가 포함된다. 기존 시설의 경우에는 해당 시설들에 대한 개량의 경제 및 기술적

가능성을 고려할 필요가 있다. 환경 전반에 대한 높은 수준의 보호에 대한 보장이라는 단일 목표도 여러

가지 유형의 환경 영향 사이에 발생하는 상충 관계에 대한 판단이 종종 포함되며, 이러한 판단은 종종


xiv

지역적 고려 사항에 영향을 받는다.

이러한 문제들을 처리하기 위한 시도가 이루어지고 있지만 본 문서에서 완전하게 검토할 수는 없다.

따라서 5장에 명시되어 있는 기법 및 수준이 모든 시설에 적합해야 할 필요가 있는 것은 아니다. 반면에,

장거리 또는 월경성 (transboundary) 오염의 최소화를 포함하여 높은 수준의 환경보호를 보장해야 하는

의무는 순수하게 지역적인 고려 사항에만 근거하여 허용 조건을 설정할 수 없다는 것을 시사한다. 따라

서 가장 중요한 점은 허가 당국에서 본 문서에 포함된 정보를 모두 고려하는 것이다.

참조 설비

문헌에 대한 참고와는 별도로, 본 기준서는 참고 설비를 자주 언급하고 있다. 기밀 유지에 대한 우려

가 확산되고 있기 때문에, 모든 참고 설비는 별칭으로 명기하였다(예: *199D,O,X*). 예제에서 숫자는 본

기준서에 참고 설비를 확인하기 위해 사용되며 이어지는 문자는 아래의 생산 범위를 나타낸다.

A. 원료의약품 (API)

B. 살생물제 (biocides) 및/또는 식물 영양 제품

D. 염료 및/또는 안료

E. 폭발물

F. 향신료 및/또는 방향제

I. 중간 생성물 (intermediates)

L. 대형 복합 다종제품 사업장 (large integrated multiproduct site)

O. 광학표백제 (optical brighteners)

V. 비타민

X. 그 밖의 정밀유기화학물질

참고했던 모든 설비 목록이 표 9.1에 나와 있다.

6. 향후 검토 및 업데이트

BAT는 시간이 흐르면서 변하기 때문에, 적절하다고 생각될 때마다 본 문서에 대한 검토 및 개정이

이루어질 것이다. 모든 견해 및 제안은 다음 주소에 있는 미래기술연구소 (Institute for Prospecitve

Technological Studies, IPTS)의 유럽 IPPC 사무국(European Integrated Pollution Prevention Control

Bureau, EIPPCB)에 제출되어야 한다.

Edificio Expo, c/ Inca Garcilaso, s/n, E-41092 Sevilla, Spain

전화: +34 95 4488 284

팩스: +34 95 4488 426

이메일: [email protected]

인터넷: http://eippcb.jrc.es

목 차

xv

목 차

기준서 요약 ················································································································································· i

서문 ····························································································································································· xi

범위 ··························································································································································xxxv

1. 일반 정보 ·················································································································································1

1.1 일반정보 ···············································································································································1

1.2 환경적 문제점 ······································································································································3

1.3 일부 제품들 ·········································································································································4

1.3.1 유기 염료 및 안료 ·······················································································································4

1.3.1.1 개요 ········································································································································4

1.3.1.2 안료 ········································································································································6

1.3.1.3 경제성 ····································································································································6

1.3.2 원료 의약품 (APIs) ·······················································································································8

1.3.1.1 개요 ········································································································································8

1.3.2.2 법적 요구사항 및 공정 변경 ································································································8

1.3.2.3 경제성 ····································································································································9

1.3.3 비타민 ···········································································································································9

1.3.4 살생물제 및 식물 영양 제품 ······································································································10

1.3.4.1 개요 ······································································································································11

1.3.4.2 작물 보호제 제조 시 공정 변경 ·························································································12

1.3.4.3 작물 보호제의 경제성 ··········································································································12

1.3.5 방향제 및 향신료 ························································································································14

1.3.6 광학표백제 ···································································································································15

1.3.7 난연제 ··········································································································································15

1.3.8 가소제 ··········································································································································17

1.3.9 폭발물 ··········································································································································17

2. 응용 공정 및 기법 ·······························································································································19

2.1 개념: 단위 공정 및 작업 ··················································································································19

2.1.1 중간체 ··········································································································································20


xvi

2.1.2 이성질체 및 부산물 ····················································································································20

2.2 다목적 설비 ·······································································································································21

2.3 장비 및 장치 작동 ····························································································································23

2.3.1 반응기 ··········································································································································23

2.3.1.1 반응기에 액상물질 주입 ······································································································24

2.3.2 생산품 분리 (work-up)를 위한 장비 및 작업 ··········································································25

2.3.2.1 건조 ······································································································································25

2.3.2.2 액체-고체 분리 ·····················································································································26

2.3.2.3 증류 ······································································································································26

2.3.2.4 액체-액체 추출법 ·················································································································26

2.3.3 냉각 ·············································································································································27

2.3.4 세척 ·············································································································································27

2.3.5 에너지 공급 ·································································································································28

2.3.6 진공 시스템 ·································································································································29

2.3.7 배출가스의 회수/저감 ·················································································································30

2.3.8 폐수의 회수/저감 ························································································································31

2.3.9 지하수 보호 및 방화수 ···············································································································32

2.3.10 용제 회수 ··································································································································32

2.4 현장 관리 및 모니터링 ·····················································································································33

2.4.1 배출원 목록 및 모니터링 ···········································································································33

2.4.2 배출원 및 매개변수/오염물질에 대한 개요 ···············································································34

2.4.2.1 폐가스 배출 ··························································································································34

2.4.2.2 용제 및 휘발성 유기 화합물 ·······························································································35

2.4.2.3 폐수 배출 ·····························································································································36

2.4.2.4 유기 화합물질의 생분해성 및 제거 ····················································································37

2.5 단위 공정 및 관련 작업 ···················································································································39

2.5.1 N-아실화 ······································································································································39

2.5.2 할로겐화 알킬을 이용한 알킬화 ································································································40

2.5.3 응축 ·············································································································································41

2.5.4 디아조화 반응 및 아조 결합 ······································································································42

2.5.5 에스테르화 ···································································································································44

2.5.6 할로겐화 ······································································································································46

2.5.7 나이트로화 ···································································································································50

2.5.8 나이트로화 알코올의 제조 ·········································································································51

2.5.9 무기 작용제를 이용한 산화 ·······································································································52

2.5.10 포스겐화 ····································································································································53

목 차

xvii

2.5.11 방향족 나이트로 화합물의 환원 ·······························································································54

2.5.11.1 수소를 이용한 촉매 환원 ··································································································55

2.5.11.2 철을 이용한 환원 ···············································································································56

2.5.11.3 알칼리 황화물 환원 ·········································································································56

2.5.11.4 생산품 분리 (work-up) ·····································································································57

2.5.12 술폰화 ········································································································································57

2.5.13 SO3을 이용한 술폰화 ················································································································60

2.5.14 클로로술폰산을 이용한 클로로술폰화 ······················································································61

2.5.15 Wittig 반응 ································································································································63

2.5.16 중금속을 포함하는 공정 ···········································································································64

2.6 발효 ····················································································································································65

2.6.1 조작 ·············································································································································66

2.6.2 환경 문제 ····································································································································68

2.7 관련 활동 ···········································································································································70

2.7.1 배합 ·············································································································································70

2.7.2 천연 물질 추출 ···························································································································70

3. 현재 배출 및 소비 수준 ·····················································································································72

3.1 대기 배출 ···········································································································································72

3.1.1 VOCs 배출: 개요 ························································································································72

3.1.2 농도값과 DeNOx 효율 ···············································································································73

3.1.3 물질흐름 ······································································································································76

3.2 폐수 ····················································································································································79

3.2.1 보고된 COD 및 BOD5 배출량과 제거 효율 ·············································································79

3.2.2 무기물질 매개변수의 보고된 배출량 및 그와 관련된 제거 효율 ············································82

3.2.3 흡수성유기할로화합물 (AOX) 및 독성물질의 보고된 배출값 ···················································84

3.3 폐기물 ················································································································································85

4. BAT 후보 기법 ·····································································································································86

4.1 환경 영향 예방 ··································································································································87

4.1.1 녹색 화학 (Green chemistry) ····································································································87

4.1.2 공정개발에 EHS 고려 사항 통합 ·······························································································88

4.1.3 용제 선정지침 예제 ····················································································································89

4.1.4 대안적 합성 및 반응 조건 예시 ································································································93

4.1.4.1 기체-액체 반응에서 SO3를 이용한 술폰화 ··········································································93

4.1.4.2 나프틸아민 술폰산의 건식 아세틸화 ··················································································94


xviii

4.1.4.3 트리페닐포스핀 산화물 (TPPO)의 처리/폐기를 대체하는 재활용 ·····································95

4.1.4.4 효소 공정 대 화학 공정 ······································································································98

4.1.4.5 촉매 환원 ·····························································································································99

4.1.4.6 미세 구조의 반응기 시스템 ·······························································································100

4.1.4.7 이온성 액체의 반응 ···········································································································102

4.1.4.8 극저온 반응 ························································································································103

4.1.4.9 초임계 CO2에서의 반응 ···································································································104

4.1.4.10 부틸리튬 대체 ··················································································································105

4.1.5 천연제품에서의 추출 ·················································································································106

4.1.5.1 액체 CO2를 이용한 천연제품에서의 추출 ········································································106

4.1.5.2 역류 밴드 추출 ················································································································107

4.1.5.3 추출 후 잔류 설비 물질 재사용 ·······················································································108

4.1.6 안전성 평가 ·······························································································································109

4.1.6.1 화학 반응에 대한 물리 화학적 안전성 평가 ··································································109

4.1.6.2 폭주 반응 방지 ··················································································································113

4.1.6.3 유용한 링크 및 추가 정보 ································································································114

4.2 환경 영향의 최소화 ·························································································································114

4.2.1 최신 다용도 설비 ····················································································································114

4.2.2 공정 시작 전 현장 평가 ·········································································································116

4.2.3 제초제 생산 시 예방수칙 ·········································································································118

4.2.4 “letter acid” 생산 개선 ·······································································································119

4.2.5 무수 진공 형성 ·······················································································································120

4.2.6 용제를 링 매체로 활용한 액체 링 진공 펌프 ·········································································122

4.2.7 폐쇄형 사이클 액체 링 진공 펌프 ·························································································124

4.2.8 피깅 시스템 ·····························································································································125

4.2.9 간접 냉각 ································································································································128

4.2.10 핀치 방법 ································································································································128

4.2.11 에너지의 효율적인 연계 증류 ································································································131

4.2.12 최적화된 장비 세정 (1) ··········································································································133

4.2.13 최적화된 장비 세정 (2) ··········································································································133

4.2.14 VOCs 배출의 최소화 (1) ········································································································134

4.2.15 VOCs 배출의 최소화 (2) ········································································································135

4.2.16 용기의 기밀성 ·························································································································136

4.2.17 용기의 충격 불활성화 ·············································································································137

4.2.18 용기 내 액체 추가 ··················································································································138

4.2.19 폐쇄 시스템에서의 고체-액체 분리 ······················································································139

목 차

xix

4.2.20 증류로부터의 배출가스 흐름 최소화 ······················································································140

4.2.21 폐수의 구분 ·····························································································································142

4.2.22 역류 제품 세척 ·······················································································································144

4.2.23 반응 컨트롤의 예: 아조 결합 ·································································································145

4.2.24 고염분 함유 모액의 방지 ·······································································································146

4.2.25 반응 추출 ································································································································147

4.2.26 염료 제조에서의 압력 투과의 이용 ·······················································································148

4.2.27 토양의 보호 ·····························································································································150

4.2.28 소화용 및 오염 지표수의 보존 ······························································································151

4.2.29 예시: 포스겐화 (phosgenation) 관리자의 교육 ·····································································152

4.2.30 예시: 포스겐의 취급 ···············································································································153

4.3 폐수의 관리와 처리 ·························································································································155

4.3.1 물질수지 및 모니터링 ···············································································································155

4.3.1.1 공정 폐수 분석 ··················································································································155

4.3.1.2 폐수의 분석 ························································································································158

4.3.1.3 난분해성 유기물 부하: Zahn‐Wellens 검사 ······································································160

4.3.1.4 용제 (VOCs), 고위험성 물질 및 중금속에 대한 물질수지 ··············································161

4.3.1.5 폐수의 TOC 물질수지 ········································································································163

4.3.1.6 폐수에 대한 흡수성유기할로화합물 물질수지 ·································································165

4.3.1.7 공정 배출가스 용적 유량 모니터링 ··················································································166

4.3.1.8 폐가스 배출량 모니터링 ··································································································167

4.3.2 단위 공정으로부터의 폐기물 ····································································································168

4.3.2.1 N‐아실화로부터의 폐기물 ··································································································168

4.3.2.2 할로겐화 알킬에 의한 알킬화로부터 나오는 폐기물 ·······················································170

4.3.2.3 응축으로부터 나오는 폐기물 ·····························································································172

4.3.2.4 디아조화 및 아조 결합으로부터 나오는 폐기물 ·······························································174

4.3.2.5 할로겐화에서 나오는 폐기물 ·····························································································179

4.3.2.6 나이트로화에서 나오는 폐기물 ··························································································182

4.3.2.7 방향족 질소 화합물 환원에서 발생하는 폐기물 ·······························································185

4.3.2.8 술폰화에서 발생하는 폐기물 ·····························································································187

4.3.2.9 SO3가 포함된 술폰화에서 발생하는 폐기물 ·····································································191

4.3.2.10 술포클로린화 (sulphochlorination)에서 발생하는 폐기물 ··············································192

4.3.2.11 발효에서 발생하는 폐수 ··································································································194

4.3.3 방향족 용제 및 저분자 알코올 회수 ·······················································································197

4.3.4 용제 및 부산물의 재사용 및 재활용 ·······················································································200

4.3.5 배출가스 처리 ···························································································································200


xx

4.3.5.1 배출가스의 NOx 회수 ·······································································································200

4.3.5.2 배출가스의 HCl 회수 ·········································································································202

4.3.5.3 배출가스의 HCl 세정 및 관련 배출량 ··············································································205

4.3.5.4 배출가스를 통한 브롬 및 HBr 회수 ·················································································206

4.3.5.5 배출가스를 통한 여분의 염소 흡수 ··················································································208

4.3.5.6 반응기 및 증류과정에서 VOCs의 응축 ·············································································210

4.3.5.7 VOCs의 열 산화 반응 및 액상 폐기물의 공동 소각 ·······················································211

4.3.5.8 할로겐화 폐용제의 공동 소각 ···························································································215

4.3.5.9 메탄올의 분리 및 열산화반응 ···························································································217

4.3.5.10 VOCs 배출 방지 및 저감 전략 ·······················································································219

4.3.5.11 아세틸렌의 회수 및 저감 ································································································220

4.3.5.12 1,2-디클로로에탄의 촉매 산화 반응 ················································································222

4.3.5.13 VOCs의 결합 농도 및 촉매 산화 반응 ···········································································223

4.3.5.14 비열 (Non-thermal) 배출가스 처리 ·················································································226

4.3.5.15 저온 플라즈마 유도 및 VOCs의 촉매 산화 반응 ··························································228

4.3.5.16 최대 배출 농도 최소화 ····································································································229

4.3.5.17 모듈식 배출가스 처리 설정 관리 ····················································································230

4.3.5.18 VOCs 처리 및 배출 수준 선정 ·······················································································233

4.3.5.19 NOx: 회수, 저감 및 배출 수준 ·······················································································236

4.3.5.20 배출가스의 NH3 세정 및 관련 배출량 ···········································································240

4.3.5.21 배출가스의 SOX 세정 및 관련 배출량 ············································································241

4.3.5.22 배출가스의 입자상 물질 제거 ·························································································243

4.3.6 유리 시안화물 분해 ··················································································································244

4.3.6.1 NaOCl를 통한 유리 시안화물 분해 ··················································································244

4.3.6.2 H2O2를 통한 유리 시안화물 분해 ·····················································································247

4.3.7 폐수 관리 및 처리 ····················································································································249

4.3.7.1 분리에 의한 폐수 전처리 ··································································································249

4.3.7.2 산화 반응을 통한 폐수의 전처리 ······················································································251

4.3.7.3 정밀유기화학물질 제조 설비의 폐수 전처리 옵션 ···························································253

4.3.7.4 O2를 이용한 습식 산화 반응을 통한 폐수의 공동 전처리 ··············································254

4.3.7.5 살생물제/식물 영양 제품에 대한 생산 현장의 전처리 ····················································258

4.3.7.6 폐수 관리 (1) ·····················································································································261

4.3.7.7 폐수 관리 (2) ·····················································································································262

4.3.7.8 폐수 관리 (3) ·····················································································································264

4.3.7.9 의무전처리 또는 폐수의 폐기관련 사항 ···········································································265

4.3.7.10 난분해성 유기물 부하 (1) ·······························································································266

목 차

xxi

4.3.7.11 난분해성 유기물 부하 (2) ·······························································································268

4.3.7.12 난분해성 유기물 부하 (3) ·······························································································268

4.3.7.13 난분해성 유기물 부하 (4) ·······························································································269

4.3.7.14 폐수에서 나온 흡수성유기할로화합물 제거 (1) ····························································271

4.3.7.15 폐수에서 나오는 흡수성유기할로화합물 제거 (2) ··························································273

4.3.7.16 폐수에서 나오는 흡수성유기할로화합물 제거 (3) ··························································275

4.3.7.17 흡수성유기할로화합물: 나노 여과 방식에 의해 폐수 중 요오드 화합물 제거 ·············276

4.3.7.18 폐수에서 나오는 CHC 및 용제의 제거 ··········································································277

4.3.7.19 폐수에서 나오는 CHC 제거 (2) ······················································································279

4.3.7.20 폐수에서 나오는 CHC 제거 (3) ······················································································280

4.3.7.21 공정수에서 나오는 니켈의 제거 ······················································································280

4.3.7.22 폐수에서 나오는 중금속의 제거 ······················································································283

4.3.7.23 폐수에서 요오드 회수 ······································································································285

4.3.7.24 높은 인 부하를 포함하는 폐수의 처분 ···········································································286

4.3.8 전체 배출수의 처리 및 관련 배출 수준 ··················································································286

4.3.8.1 전체 배출수의 중금속에 대한 달성 가능 수치 ································································286

4.3.8.2 H2O2를 이용한 화학적 산화에 의한 전체 배출수의 전처리 ············································287

4.3.8.3 사업장외 생물학적 폐수처리장을 대체하는 사업장내 설비 ·············································289

4.3.8.4 도시하수와의 공동 처리 ····································································································290

4.3.8.5 사업장외 폐수 처리장의 효율 검증 ··················································································291

4.3.8.6 전체 배출수의 처리 ···········································································································292

4.3.8.7 생물학적 폐수처리장의 보호 및 성능 (1) ········································································293

4.3.8.8 생물학적 폐수처리장의 보호 및 성능 (2) ········································································295

4.3.8.9 COD 제거율: 폐수 ·············································································································297

4.3.8.10 COD 배출 수준 및 제거율의 이해 ·················································································298

4.3.8.11 BOD 제거율 및 배출 수준 ······························································································301

4.3.8.12 흡수성유기할로화합물 제거율 및 배출 수준 ··································································303

4.3.8.13 LID 배출 수준 ··················································································································304

4.3.8.14 질소 배출 수준 ················································································································305

4.3.8.15 폐수에서 나오는 무기질소의 제거 ··················································································306

4.3.8.16 폐수에서 나오는 인 화합물 제거 ····················································································307

4.3.8.17 인의 배출 수준 ················································································································308

4.3.8.18 활성 성분 생산에서 나오는 배출수의 생물 모니터링 (Biomonitoring) ························309

4.3.8.19 폐수 처리의 관리 수단으로서의 WEA ············································································311

4.3.8.20 독성 및 TOC의 온라인 모니터링 ····················································································312

4.3.8.21 생물학적 처리 이전 및 이후의 전체 배출수 모니터링 ··················································313


xxii

4.4 환경 관리 수단 ································································································································315

5. 최적가용기법 ·······································································································································324

5.1 환경에 대한 영향의 예방 및 최소화 ······························································································326

5.1.1 환경에 대한 영향 예방 ·············································································································326

5.1.1.1 공정 개발에 대한 환경, 보건 및 안전 고려 사항의 통합 ···············································326

5.1.1.2 공정 안전 및 폭주 반응의 예방 ·······················································································327

5.1.1.2.1 안전 평가 ····················································································································327

5.1.1.2.2 위험 물질의 취급 및 저장 ·························································································327

5.1.2 환경에 대한 영향의 최소화 ······································································································328

5.1.2.1 설비 설계 ···························································································································328

5.1.2.2 지표 보호 및 저수 (water retention) 옵션 ······································································328

5.1.2.3 VOCs 배출물질의 최소화 ··································································································329

5.1.2.3.1 배출원의 봉쇄 ·············································································································329

5.1.2.3.2 폐쇄 회로에서의 건조 ·································································································329

5.1.2.3.3 용제를 사용한 장비 세척 ···························································································329

5.1.2.3.4 공정 통풍의 재순환 ····································································································329

5.1.2.4 배출가스 부피 유량 및 부하의 최소화 ·············································································329

5.1.2.4.1 통로 폐쇄 ····················································································································329

5.1.2.4.2 공정 장비의 기밀성 시험 ···························································································330

5.1.2.4.3 불활성화 ······················································································································330

5.1.2.4.4 증류에서 발생하는 배출가스 부피 유량의 최소화 ····················································330

5.1.2.4.5 용기로의 액체 투입 ····································································································330

5.1.2.4.6 최대 배출 농도의 최소화 ···························································································330

5.1.2.5 폐수의 용량과 부하의 최소화 ···························································································331

5.1.2.5.1 염분 함량이 높은 모액 ·······························································································331

5.1.2.5.2 역류 제품 세척 ···········································································································331

5.1.2.5.3 무수(無水) 진공 생성 ··································································································331

5.1.2.5.4 반응의 완료 여부에 대한 결정 ··················································································332

5.1.2.5.5 간접 냉각 ····················································································································332

5.1.2.5.6 세척 ·····························································································································332

5.1.2.6 에너지 소비의 최소화 ········································································································332

5.2 폐수의 관리 및 처리 ·······················································································································333

5.2.1 물질 수지 및 공정 폐기물 분석 ······························································································333

5.2.1.1 물질 수지 ···························································································································333

5.2.1.2 폐기물 분석 ························································································································333

목 차

xxiii

5.2.1.3 폐기물의 평가 ····················································································································333

5.2.1.4 대기 배출물의 모니터링 ····································································································334

5.2.1.5 개별 부피 유량의 평가 ······································································································334

5.2.2 용제의 재사용 ···························································································································334

5.2.3 배출가스의 처리 ························································································································335

5.2.3.1 VOCs 회수/저감 기법 및 달성 가능한 배출 수준의 선정 ··············································335

5.2.3.1.1 VOCs 및 회수 저감 기법의 선정 ··············································································335

5.2.3.1.2 비산화성 VOCs 회수 및 저감 기법 ···········································································335

5.2.3.1.3 열산화/소각 및 촉매 산화를 통한 VOCs 저감 ·························································335

5.2.3.2 NOX의 회수/저감 ···············································································································337

5.2.3.2.1 열산화/소각 또는 촉매 산화에서 발생하는 NOX ······················································337

5.2.3.2.2 화학 공정에서 발생하는 NOX ····················································································337

5.2.3.3 HCl, Cl2 및 HBr/Br2의 회수/저감 ·····················································································337

5.2.3.4 NH3 배출 수준 ···················································································································338

5.2.3.4.1 배출가스에서 NH3의 제거 ··························································································338

5.2.3.4.2 DeNOX에서 발생하는 NH3 슬립 (slip) ······································································338

5.2.3.5 배출가스에서 SOx 제거 ·····································································································338

5.2.3.6 배출가스에서 입자상 물질의 제거 ····················································································338

5.2.3.7 배출가스에서 유리 시안화물의 제거 ·················································································339

5.2.4 폐수의 관리 및 처리 ················································································································339

5.2.4.1 분리, 전처리 또는 폐기를 위한 일반적인 폐수 ·······························································339

5.2.4.1.1 할로겐화 및 클로로술폰화에서 발생한 모액 ·····························································339

5.2.4.1.2 생물학적으로 활성인 물질을 포함하고 있는 폐수 ····················································339

5.2.4.1.3 술폰화 또는 나이트로화에서 발생하는 폐산 ·····························································339

5.2.4.2 관련 난분해성 유기물 부하를 이용한 폐수 처리 ·····························································340

5.2.4.2.1 관련 난분해성 유기물 부하 ························································································340

5.2.4.2.2 분리 및 전처리 ···········································································································340

5.2.4.2.3 전반적인 COD 제거 ····································································································340

5.2.4.3 폐수에서 용제의 제거 ········································································································340

5.2.4.4 폐수에서 할로겐화 화합물의 제거 ····················································································341

5.2.4.4.1 퍼지가능한 (purgeable) 염화탄화수소의 제거 ··························································341

5.2.4.4.2 흡수성유기할로화합물을 함유하는 폐수의 전처리 ····················································342

5.2.4.5 중금속을 함유하는 폐수의 전처리 ····················································································342

5.2.4.6 유리 시안화물의 분해 ········································································································342

5.2.4.7 생물학적 폐수 처리 ···········································································································343

5.2.4.7.1 사업장내 및 통합 처리 ·······························································································343


xxiv

5.2.4.7.2 제거율 및 배출 수준 ··································································································343

5.2.4.8 전체 배출수 모니터링 ········································································································344

5.2.4.8.1 생물 모니터링 (Biomonitoring) ··················································································345

5.2.4.8.2 온라인 독성 모니터링 ·································································································345

5.3 환경 관리 ·········································································································································345

6. 유망 기법 ·············································································································································347

6.1 혼합 개선 ·········································································································································347

6.2 공정 강화 ·········································································································································348

6.3 마이크로파를 이용한 유기 합성 ·····································································································350

6.4 정유량 반응기 시스템 (Constant flux reactor system) ································································351

7. 맺음말 ···················································································································································354

7.1 정보교류에 대한 품질 ·····················································································································354

7.2 향후 작업 권고사항 ·························································································································355

참고문헌 ·····················································································································································357

8. 용어 ·······················································································································································363

8.1 약어 및 설명 ····································································································································363

8.2 사전 ··················································································································································372

9. 부록 ·······················································································································································373

9.1 참조 설비에 대한 설명 ····················································································································373

목 차

xxv

그림 목차

그림 1.1 유럽연합 화학업계 부문별 판매 분석 (2003) ··············································································1

그림 1.2 기업수 및 고용 규모별 매출액 ······································································································2

그림 1.3 폐기물 관리 ·····································································································································4

그림 1.4. 상용화된 중요한 염료의 주요 발색단 ··························································································5

그림 1.5 유기 안료의 주 사용처 ···················································································································6

그림 1.6 주요 제조사별 세계 직물 염료 시장 점유율 ·················································································7

그림 1.7 주요 지리적 영역별 세계 유기 안료 시장 점유율 ········································································7

그림 1.8 원료의약품의 예 ······························································································································8

그림 1.9 산업부문별 비타민 사용 ···············································································································10

그림 1.10 살생물제 및 식물 영양 제품의 예 ·····························································································12

그림 1.11 2001년 유럽 작물 보호 시장(%) ································································································13

그림 1.12 2001년, 제품 부문별 서유럽 시장(유럽연합 및 유럽자유무역연합) ·········································13

그림 1.13 서유럽 작물 보호 시장의 실질 성장률, 1990년 ~ 2001년 ·······················································14

그림 1.14 방향제 및 향신 물질의 예 ··········································································································14

그림 1.15 광학표백제의 예 ··························································································································15

그림 1.16 난연제의 예 ·································································································································16

그림 1.17 지역별 브롬화 난연제 화합물 세계 시장 ··················································································16

그림 1.18 난연제 소재별 시장 구성 ············································································································16

그림 1.19 가소제의 예 ·································································································································17

그림 1.20 유기 폭발물의 예 ························································································································18

그림 2.1 몇 가지의 단위 공정을 이용한 합성의 사례 ···············································································21

그림 2.2 다목적 설비를 위한 일반적인 배치 ·····························································································22

그림 2.3 사업장 내 반응용기 사용에 대한 예 ···························································································23

그림 2.4 교반 반응기(일반적인 온도 조절장치, 좌측)와 루프 반응기(우측) ············································24

그림 2.5 2개의 보일러를 이용한 에너지공급 사례 ····················································································29

그림 2.6 OFC 현장의 배출가스에 대해 일반적으로 적용되는 회수/저감 기술 ········································30

그림 2.7 OFC 현장의 폐수에 대해 일반적으로 적용되는 회수/저감 기술 ···············································31

그림 2.8 OFC 현장에서 용제를 회수하기 위해 일반적으로 적용되는 공정 ·············································33

그림 2.9 생분해성이 80 % 이상인 방향족 화합물의 예 ············································································38

그림 2.10 생분해성이 80 % 이하인 방향족 화합물의 예 ··········································································39

그림 2.11 조작의 일반적인 순서와 N-아실화에서 발생하는 관련 폐기물 ················································40

그림 2.12 디아조화 반응 및 아조 결합 ······································································································42

그림 2.13 디아조화 및 아조 결합을 위한 일반적인 조작 순서 ································································43


xxvi

그림 2.14 공통적인 에스테르화 ···················································································································44

그림 2.15 에스테르화를 위한 일반적인 조작 순서 ····················································································45

그림 2.16 에스테르화에서 발생하는 폐기물에 대해 응용 저감 기술 ························································46

그림 2.17 톨루엔 유도체의 측쇄 염소화 ····································································································48

그림 2.18 증류가 가능한 제품에 대한 할로겐화를 위한 일반적인 조작 순서 ·········································49

그림 2.19 제품의 침전을 이용한 할로겐화를 위한 일반적인 조작 순서 ··················································49

그림 2.20 방향족 화합물의 나이트로화 반응 ·····························································································50

그림 2.21 나이트로화를 위한 일반적인 조작 순서 ····················································································51

그림 2.22 나이트로화 알코올의 제조를 위한 일반적인 구성 ····································································52

그림 2.23 방향족 나이트로 화합물의 촉매 환원 ························································································55

그림 2.24 방향족 나이트로 화합물의 환원을 위한 일반적인 순서 ···························································57

그림 2.25 방향족 시스템의 술폰화 ·············································································································58

그림 2.26 술폰화를 위한 일반적인 조작 순서 ···························································································59

그림 2.27 SO3을 이용한 술폰화 ··················································································································60

그림 2.28 액상에서 SO3을 이용한 술폰화 ··································································································61

그림 2.29 기체‒액체 반응에서 SO3을 이용한 술폰화 ·················································································61

그림 2.30 클로로술폰산을 이용한 클로로술폰화 ························································································62

그림 2.31 클로로술폰화를 위한 일반적인 조작 순서 ·················································································63

그림 2.32 발효 및 후속공정 분리 (work-up)를 위한 일반적인 조작 순서 ··············································67

그림 2.33 발효에서 발생하는 폐기물에 대한 응용 저감 기술 ··································································69

그림 3.1 스페인의 OFC 분야 VOCs 배출물질 구성 ···················································································72

그림 4.1 TPPO 처분을 위한 처리 단계 ······································································································95

그림 4.2 TPPO에서 TPP로 변환 단계 ·········································································································97

그림 4.3 TPPO 재활용 여부에 따른 Wittig 반응에서의 전체적인 물질수지 ············································97

그림 4.4 비타민 전구체를 합성하기 위한 5개의 평판으로 구성된 미세반응기 ······································100

그림 4.5 초임계 반응기 시스템 ·················································································································104

그림 4.6 안전성 평가 절차 ························································································································110

그림 4.7 일반 작업의 반복적인 평가 전략 ·······························································································111

그림 4.8 운송에 관한 두 곳의 현장 평가 ·································································································116

그림 4.9 신제품에서 발생되는 폐수에 관한 두 곳의 현장 평가 ·····························································117

그림 4.10 수질 오염 현상이 없는 진공 발생의 예 ··················································································121

그림 4.11 이소프로판올을 링 액체로 사용하는 액체 링 펌프의 배치도 ················································123

그림 4.12 산업 제품용 파이프 내 피그의 일반적 특성 ···········································································126

그림 4.13 두 개의 고온 흐름 ····················································································································129

그림 4.14 고온 복합 커브 ··························································································································129

그림 4.15 핀치 및 에너지 목표를 나타낸 복합 커브 ···············································································129

목 차

xxvii

그림 4.16 핀치 상단 및 하단 시스템 체계 표시 ······················································································130

그림 4.17 열손실원에서 열원까지 핀치 전체의 열 전달 ··········································································130

그림 4.18 DMF의 에너지 측면에서 연계된 증류 ·····················································································132

그림 4.19 폐쇄 증류 시스템의 예시 ··········································································································141

그림 4.20 생산공장에서 나오는 폐수의 구분 ····························································································143

그림 4.21 TNT 제조에 있어 역류 제품 세척 ···························································································144

그림 4.22 압력 투과를 사용한 생성물질 분리 ··························································································148

그림 4.23 BOD/TOC 비율 및 Zahn-Wellens 검사와 모액과의 비교 ······················································160

그림 4.24 폐수에 대한 TOC 물질수지 예시 ·····························································································164

그림 4.25 폐수에 대한 흡수성유기할로화합물 물질수지 예시 ·································································165

그림 4.26 하나의 저감 시스템을 공유하는 두 개의 생산 라인에서의 TOC 프로필 ······························167

그림 4.27 N‐아실화에서 나오는 폐수에 대한 회수/저감 기술 ·································································169

그림 4.28 할로겐화 알킬에 의한 알킬화에서의 폐기물에 대한 회수/저감 기술 ····································171

그림 4.29 응축에서 나오는 폐기물에 대한 회수/저감 기술 ····································································173

그림 4.30 다이아조화 및 아조 결합에서의 폐기물에 대한 응용 저감 기술 ···········································175

그림 4.31 할로겐화에서 나오는 폐기물에 대한 회수/저감 기술 ·····························································180

그림 4.32 질산화에서 나오는 폐기물에 대한 응용 저감 기술 ·································································184

그림 4.33 질소 방향족 환원에서 발생하는 폐수 처리 ·············································································185

그림 4.34 술폰화에서 발생하는 폐기물의 응용 저감 기술 ······································································190

그림 4.35 SO3가 포함된 술폰화의 응용 저감 기술 ··················································································191

그림 4.36 술포클로린화에서 발생하는 폐기물의 처리 ·············································································193

그림 4.37 톨루엔 회수 ·······························································································································198

그림 4.38 톨루엔/메탄올 혼합물의 회수 및 분리 ·····················································································198

그림 4.39 배출가스를 통한 톨루엔 회수 ···································································································199

그림 4.40 배출가스를 통한 톨루엔/메탄올 혼합물 회수 ··········································································199

그림 4.41 세정기 캐스케이드를 포함한 배출가스 중 NOx 가스의 회수 ················································201

그림 4.42 연소 가스를 통한 HCl 회수 ·····································································································202

그림 4.43 점 오염원의 HCl 배출에 대한 농도값 ·····················································································205

그림 4.44 점 오염원의 HCl 배출에 대한 물질흐름값 ··············································································206

그림 4.45 HBr 및 Br2 회수/제거 시 세정 시스템 ····················································································207

그림 4.46 여분의 염소 흡수 ······················································································································209

그림 4.47 반응기를 통한 2단계 응축 ········································································································210

그림 4.48 폐가스 및 액상폐기물의 모듈식 열처리 설비 ··········································································212

그림 4.49 폐수 중 메탄올의 분리 및 열산화 반응 ··················································································217

그림 4.50 아세틸렌 회수 시스템 ···············································································································220

그림 4.51 1,2-디클로로에탄이 함유된 배출가스의 촉매 산화 반응 ·························································222


xxviii

그림 4.52 VOCs의 결합 농도 및 촉매 산화 반응 ····················································································224

그림 4.53 최대 배출 농도 완화 ·················································································································229

그림 4.54 정밀유기화학물질 제조 점 오염원의 VOCs 배출에 대한 농도 수치 ······································234

그림 4.55 정밀유기화학물질 제조 점 오염원의 VOCs 배출에 대한 물질흐름값 ····································235

그림 4.56 점 오염원의 NOx 배출에 대한 농도값 ····················································································237

그림 4.57 점 오염원의 NOx 배출에 대한 물질흐름값 ·············································································237

그림 4.58 *020A,I*의 경우 SNCR의 NOx 설정 지점 변경 결과 ······························································238

그림 4.59 점 오염원의 NH3 배출에 대한 농도값 ·····················································································240

그림 4.60 점 오염원의 NH3 배출에 대한 물질흐름값 ··············································································241

그림 4.61 점 오염원의 SOX 배출에 대한 농도값 ·····················································································242

그림 4.62 점 오염원의 SOX 배출에 대한 물질흐름값 ··············································································242

그림 4.63 점 오염원의 입자상 물질 배출에 대한 농도값 ········································································244

그림 4.64 점 오염원의 입자상 물질 배출에 대한 물질흐름값 ·································································244

그림 4.65 시안화물 분해 ····························································································································245

그림 4.66 H2O2를 이용한 시안화물 분해 ··································································································247

그림 4.67 *010A,B,D,I,X*에서 구축된 전처리/처리 옵션 ··········································································253

그림 4.68 O2를 이용한 습식 산화 반응의 공동 전처리 ···········································································255

그림 4.69 외부 배출원의 폐수에 대한 평가 결과 ····················································································257

그림 4.70 참조 설비의 폐수 관리 ·············································································································261

그림 4.71 참조 설비의 결정 사항 ·············································································································263

그림 4.72 참조 설비의 결정 사항 ·············································································································266

그림 4.73 참조 설비의 결정 사항 ·············································································································270

그림 4.74 생물학적 폐수처리장으로 투입되고 배출되는 흡수성유기할로화합물 농도 ····························273

그림 4.75 흡수성유기할로화합물을 포함한 폐수의 처리 ··········································································274

그림 4.76 폐수에서 흡수성유기할로화합물을 제거하기 위한 2단계 분리막 장치 ··································275

그림 4.77 CHC의 전처리 ···························································································································279

그림 4.78 공정수에서 나오는 니켈의 제거 ·······························································································281

그림 4.79 중금속 처리를 위한 폐수의 선정 ·····························································································283

그림 4.80 두 개의 생물학적 및 하나의 활성탄 단계에 의한 전체 배출수 처리 ····································292

그림 4.81 2002‒2004년 중 3차례 표본기간에 대한 NH4-N 배출 수준 ···················································296

그림 4.82 정밀유기화학물질 제조 현장 생물학적 폐수처리장의 COD 제거율 및 배출 수준 ················299

그림 4.83 전체 배출수의 생물학적 처리에 대한 COD 제거 프로파일 ···················································300

그림 4.84 다목적 현장의 생물학적 폐수처리장의 투입 및 배출 ·····························································300

그림 4.85 *043A,I*의 생물학적 폐수처리장의 부피 유량 ·········································································300

그림 4.86 달성된 BOD 배출 수준과 관련된 BOD 제거율 ······································································302

그림 4.87 흡수성유기할로화합물 제거율과 배출 수준 ·············································································303

목 차

xxix

그림 4.88 전체 배출수의 평가에서 나타난 독성 수치 ·············································································304

그림 4.89 생물학적 폐수처리장 이후의 질소 배출 수준 ··········································································306

그림 4.90 정밀유기화학물질 제조 현장의 생물학적 폐수처리장에 대한 총인 투입 및 배출 수준 ·······308

그림 4.91 *040A,B,I*의 배출수에 있는 평균 잔류 급성 독성 ··································································310

그림 4.92 온라인 독성 모니터링의 원리 ···································································································312

그림 5.1 VOCs 회수/저감 기법의 선정에 대한 BAT ···············································································336

그림 6.1 재래식 온도 제어와 정유량 제어의 비교 ··················································································351


xxx

표 목차

표 1.1 사용 또는 적용 방식에 따른 염료 분류 ···························································································5

표 1.2 주요 서유럽 염료 제조사의 구조 조정 ·····························································································8

표 1.3 유럽 의약 업계 경제성 데이터 ··········································································································9

표 1.4 비타민으로서 분류된 화합물 및 그룹 ·····························································································10

표 1.5 통제 대상 해충에 따른 살생물제 그룹 ···························································································11

표 2.1 정밀유기화학물질 제조에서 사용된 주요 단위 공정 및 단위 작업 ···············································19

표 2.2 1차 중간체와 중간체에 대한 예 ······································································································20

표 2.3 이성질체와 부산물 형성에 대한 예 ·································································································21

표 2.4 직접 냉각 및 간접 냉각 ··················································································································27

표 2.5 몇 가지 펌프 종류 및 주요 환경 문제 ···························································································29

표 2.6 배출원 목록 확립을 위한 일반적인 도구 ························································································34

표 2.7 폐가스 배출물에 대한 배출원 및 오염물질 개요 ···········································································34

표 2.8 OFC 부문에서 사용된 일부 용제 ····································································································35

표 2.9 VOCs 지침의 의약품 제조에 대한 배출 한계값 ·············································································36

표 2.10 폐수, 오염물질 및 관련 매개변수의 배출원에 대한 개요 ····························································36

표 2.11 유기 화학물질의 생분해에 대한 선정된 시험 방법 ······································································38

표 2.12 에스테르화에서 발생하는 폐수에 대한 사례 데이터 ····································································45

표 2.13 무기성 시약을 이용한 산화의 개요 ·······························································································53

표 2.14 산화에서 발생하는 폐기물에 대한 사례 데이터 ···········································································53

표 2.15 일부 독성 가스의 비교 ···················································································································54

표 2.16 중금속을 포함하는 대표적인 공정 ·································································································64

표 2.17 중금속을 포함하는 공정에서 발생하는 폐수에 대한 사례 데이터 ···············································65

표 2.18 발효에서 발생하는 폐기물에 대한 사례 데이터 ···········································································68

표 2.19 배합 공정에서 발생하는 폐수의 일반적인 예 ···············································································70

표 2.20 추출에서 발생하는 폐수에 대한 일반적인 예 ···············································································71

표 3.1 선정된 매개변수에서 대기 배출물질에 대한 농도 및 DeNOX 효율 ··············································73

표 3.2 점 오염원에서 발생하는 배출물질에 대한 물질흐름 ······································································76

표 3.3 COD 및 BOD5 배출량, 부피 유량 및 제거 효율 ···········································································79

표 3.4 무기물질 매개변수의 배출 데이터 및 제거 효율 ·········································································82

표 3.6 스페인 카탈로이나 지역의 20개 OFC 회사에서 발생된 폐기물 ····················································85

표 4.1 본 장에서 설명하는 각 기법에 관한 정보 분류 ·············································································86

표 4.2 공정 개발에서의 환경, 위생, 안전 특성 통합 ················································································88

표 4.3 용제 선정 지침(출처: *016A,I) ·········································································································91

목 차

xxxi

표 4.4 용제 선정 지침(출처: *016A,I*)에서 고려되고 수치화된 특성 ·······················································93

표 4.5 Wittig 공정에서 트리페닐포스핀 산화물 (TPPO) 생성 예시 ··························································95

표 4.6 효소 공정 대 화학 공정 간 비교 ····································································································98

표 4.7 배치 용기와 미세 반응기의 시험 생산 비용 비교 ·······································································101

표 4.8 화학 공정 또는 설비 운영 편차에 따른 영향 ···············································································112

표 4.9 기준 제초제 생산 현장에서의 예방수칙 ························································································118

표 4.10 J 산(기존 공정) 제조 시 물질수지 ······························································································119

표 4.11 H 산 공정 수정 ····························································································································119

표 4.12 두 가지 진공 발생 기법의 운영 비용 비교 ················································································122

표 4.13 피깅 시스템 적용 사례 ···············································································································127

표 4.14 재래식 장치 및 피깅 배관 시스템의 비용 비교 ·········································································127

표 4.15 불활성화에서 발생하는 배출가스량에 대한 예 ···········································································138

표 4.16 탈염공정 회피를 위한 공정 변경 ·································································································146

표 4.17 압력 투과에 의한 물질 분리 (work-up)의 환경적 이점 ····························································149

표 4.18 포스겐의 보관 및 취급에서 발생하는 위험성 제한에 관한 대책 ·············································154

표 4.19 공정 폐기물 분석, 흐름 차트 ·······································································································156

표 4.20 공정 폐수 분석, 폐수의 특성 ·······································································································157

표 4.21 다목적 설비에서 발생하는 폐수 분석의 예 ·················································································158

표 4.22 화학물질 취급 사업장의 물질수지 ·······························································································162

표 4.23 개별 물질에 대한 모니터링 프로파일 (mg/m3, 30 분에 대한 값) ············································168

표 4.24 N-아실화에서 나오는 폐기물 처리에 대한 예 ·············································································169

표 4.25 할로겐화 알킬에 의한 알킬화에서 나오는 폐기물 처리에 대한 예 ···········································171

표 4.26 응축에서 발생하는 폐기물 처리에 대한 예 ·················································································173

표 4.27 다이아조화 및 아조 결합에서 나오는 폐기물에 대한 예시 자료 ··············································176

표 4.28 중금속이 포함된 아조 염료 제조로부터 나오는 폐기물에 대한 예 ···········································177

표 4.29 다이아조화 및 아조 결합에서 발생한 모액 및 세척수에 대한 예 ·············································178

표 4.30 할로겐화에서 발생하는 폐기물 처리에 대한 예 ··········································································181

표 4.31 질산화에서 발생하는 폐기물에 대한 예시 자료 ··········································································183

표 4.32 질소방향족 물질의 환원에서 발생하는 폐기물의 처리 ·······························································186

표 4.33 술폰화에서 발생하는 폐기물에 대한 예시 자료 ··········································································188

표 4.34 술폰화에서 발생하는 폐수에 대한 예 ··························································································189

표 4.35 술포클로린화에서 발생하는 폐기물에 대한 예 ···········································································194

표 4.36 발효 장치에서 발생하는 폐수에 대한 예 ····················································································196

표 4.37 배출가스의 NOx 회수에서 NOx 배출량 ······················································································201

표 4.38 HCl 회수 후 발생된 폐가스 배출수준 ·························································································203

표 4.39 최종 흡수 단계에서 발생된 폐수 발생량 ····················································································203


xxxii

표 4.40 HCl 회수 시스템의 물질흐름 ·······································································································204

표 4.41 HCl 회수의 비용 편익 ··················································································································205

표 4.42 HBr/Br2 회수/제거 시스템 배출물질 ·························································································208

표 4.43 폐가스의 열적 처리에 대한 도출 가능 배출량 ···········································································213

표 4.44 배출가스의 열적 처리의 한계 및 규제 개요 ···············································································214

표 4.45 폐가스의 열적 처리의 경제적 비용 및 편익 개요 ······································································214

표 4.46 천연 가스 대체에 따른 비용 절감 산출 ······················································································215

표 4.47 상이한 체류시간 및 온도조건에서 작동하는 소각로의 PCDD/F, PCBs 및 PAHs 수치에 대한

평가의 예 ······································································································································216

표 4.48 분리 및 열 산화 반응에 대한 운영적 측면의 데이터 ································································218

표 4.49 탈기 및 열 산화 반응을 결합한 운영 비용 ················································································218

표 4.50 1,2-디클로로에탄의 배출 수준 ······································································································223

표 4.51 모듈식 저감 설정 시 가능한 배출 수치 ······················································································231

표 4.52 열산화기로 대체된 세정기의 VOCs 배출 수준에 대한 예 ·························································233

표 4.53 점 오염원의 VOCs 농도 및 물질흐름 예시 ················································································234

표 4.54 제거된 VOCs 톤당 비용 산출 ······································································································236

표 4.55 열산화기/소각로의 NOX 배출 ·······································································································238

표 4.56 NOx 설정목표에 따른 SNCR의 요소 소모량 ···············································································239

표 4.57 산의 나이트로화 및 회수에서 NOX 배출 데이터 ········································································239

표 4.58 시안화물 분해 후 달성된 배출값 ·································································································245

표 4.59 시안화물 분해에 관한 운영 데이터 ·····························································································246

표 4.60 시안화물 분해 후 달성된 배출값 ·································································································248

표 4.61 H2O2를 이용한 시안화물 분해에 관한 운영 데이터 ···································································248

표 4.62 폐수 처리 옵션의 선정에 관한 일반적인 예 ···············································································253

표 4.63 O2를 이용한 습식 산화 반응으로 처리한 폐수의 예시 및 결과 ················································256

표 4.64 *088I,X* 현장에서 O2를 이용한 습식 산화 반응에 대한 운영 데이터 ······································258

표 4.65 오존 분해의 운영 데이터 및 성능 ·······························································································259

표 4.66 살생물제/식물 영양 제품의 폐수 전처리 ·····················································································260

표 4.67 개별 폐수 전처리 후 전체 배출수의 생물 분해 능력/제거 가능성 ···········································263

표 4.68 의무전처리 또는 폐수의 폐기관련 사항 ······················································································265

표 4.69 공정의 난분해성 유기물 부하 평가 예시 ····················································································266

표 4.70 생물학적 폐수 처리 후의 흡수성유기할로화합물 제거 및 그에 따른 배출 ······························271

표 4.71 흡수성유기할로화합물 제거의 기타 사례 ····················································································272

표 4.72 생물학적 폐수처리 설비에 투입되는 흡수성유기할로화합물에 대한 전처리의 영향 도해 ········274

표 4.73 예시된 폐수의 일반적인 특성 ······································································································275

표 4.74 *082A,I*에 예시된 폐수에서 용제의 제거 ····················································································277

목 차

xxxiii

표 4.75 처분 비용과 비교한 회수 침전 및 여과비용 ···············································································282

표 4.76 폐수에서 중금속 제거 및 그에 따른 배출 수준 ·········································································283

표 4.77 중금속 제거 및 그에 따른 배출 수준에 대한 다른 사례 ···························································284

표 4.78 요오드를 포함하는 폐수의 사례 ···································································································285

표 4.79 처분을 위한 인 포함 모액 ···········································································································286

표 4.80 전체 배출수 중 중금속에 대한 달성 가능한 수치 ······································································287

표 4.81 H2O2에 의한 화학적 산화의 적용 사례 ·······················································································288

표 4.82 생물학적 폐수처리장 이후의 달성가능한 배출값 ········································································294

표 4.83 개선 전 현재 생물학적 폐수처리장의 장치 및 질소 배출 수준 ················································296

표 4.84 전체 배출수의 처리 대안 ·············································································································298

표 4.85 생물학적 폐수처리장의 COD 제거율에 대해 영향을 미치는 요인 ············································299

표 4.86 참조 설비에서 수행되는 모니터링 계획 ······················································································314

표 5.1 폐수 흐름의 평가를 위한 매개변수 ·······························································································333

표 5.2 비산화성 회수/저감 기법에 대한 BAT 연계 VOCs 배출 수준 ····················································335

표 5.3 열산화/소각 또는 촉매 산화 경우의 총유기탄소에 대한 BAT 연계 배출 수준 ·························336

표 5.4 촉매 및 열산화/소각에 대한 선정 기준 ························································································337

표 5.5 BAT 연계 NOX 배출 수준 ·············································································································337

표 5.6 사업장내 생물학적 폐수처리장 또는 도시하수도로 연결된 투입구의 BAT 연계

흡수성유기할로화합물 수준 ············································································································342

표 5.7 사업장내 생물학적 폐수처리장 또는 도시하수도로 이어지는 투입구의 중금속 BAT 연계 수준 342

표 5.8 생물학적 폐수처리장에서 발생하는 배출물에 대한 BAT ·····························································344

표 7.1 정밀유기화학물질을 위한 BREF의 작업 시기조정 ········································································354

표 7.2 대기 중으로 배출되는 VOCs 배출물질에 관한 향후 작업을 위한 권고 사항 ·····························355

표 7.3 BAT 개념 범위 내 평가에 관한 정보가 매우 적은 주제 ·····························································356

표 9.1 참조 설비에 대한 설명 ···················································································································373

범 위

xxxv

범 위

정밀유기화학물질 제조 (OFC)에 관한 BREF는 다용도 설비에서의 유기 화학물 배치 생산에 주안점을

두고 있다. 특히 이 기준서는 IPCC 지침의 부록 1에 나오는 다음의 섹션에 목표를 두고 있다.

4.1 염료 및 안료

4.4 식물 영양 제품 및 살생물제

4.5 의약품(화학적 및 생물학적 공정)

그리고 추가적으로,

4.6 폭발물

유기 화합물의 생산이 관여되는 이상

다용도 설비에서의 배치 생산에 관한 동일한 주제에 이어, 다음에 나오는 화학물의 범주는, 비록 부록

1에 명시적으로 명명되어 있지는 않지만, 본 기준서에서 검토된다.

• 유기성 중간 생성물

• 특수 계면 활성제

• 향신료, 방향제, 페로몬

• 가소제

• 비타민(의약품에 포함)

• 광학표백제(염료 및 안료에 포함)

• 난연제

이 목록은 확정적인 것이 아니며 대량생산에 대한 경계선을 긋기 위한 특수한 임계치가 설정되어 있

는 것도 아니다. 따라서 OFC 생산 현장은 배치, 준-배치 또는 연속 작업을 통해 보다 “대”용량의 제품을

위한 전용 생산 라인을 포함할 수도 있다는 것을 시사한다.

범위는 대단히 광범위한 생산 물질을 망라하고 있다. 따라서 본 BAT 기준서는 특수한, 개별적 제품

생산이 아니라 환경 관련 단위 공정 및 단위 작업 그리고 전형적인 현장에서 볼 수 있는 일반적인 인프

라에 대해 기술하고 있다. 본 기준서는 “녹색 화학 (green chemistry)”에 대한 화학 교과서를 대체하고자

하는 것이 아니며 그럴 수도 없다. 공정 설계 시의 초기 단계를 위한 일반적인 가이드를 제공하고자 할

따름이며, 주로 공정 변경, 특히 불가피한 폐기물에 대한 관리를 다루고 있다.

CWW의 BREF 인터페이스 [31, 유럽 위원회, 2003년]

“화학 부문의 공통된 폐가스 및 폐수 처리/관리 시스템”에 관한 기준서는 화학업계 전체 분야에 공통

적으로 적용 가능한 기술을 설명하고 있다. 결과적으로 볼 때, 사실상 정밀유기화학물질 제조에 관한 특

수한 속성을 고려하지 않은 채로, 포괄적인 결론만 도출되었다.


xxxvi

정보 출처로서 CWW의 BAT 기준서 결과를 사용하여, 정밀유기화학물질 제조에 관한 BREF는 정밀유

기화학물질의 맥락에서의 그러한 기술에 관한 추가적인 평가를 제공해 준다. 주요 국면은, 다용도 현장

에 내재된 도전과제들 뿐만 아니라, 운영 모드가 처리 기술에 대한 선정 및 적용에 미치는 영향이다. 더

욱이, OFC 고유 정보 및 데이터를 토대로 성능이 평가되고 결론이 도출된다.

1. 일반 정보

1

1. 일반 정보

1.1 일반정보

[18, CEFIC, 2003].

화학 업계는 유럽공동체의 경제에 실질적으로 기여를 하고 있는데, 5,190억 유로를 상회하는 판매고와

650억 유로의 무역수지 흑자 규모는 화학업계를 유럽 제일의 수출분야로 만들고 있다. 화학 업계 및 모

든 화학 분야, 특히 정밀유기화학물질 (OFC) 부문은 범위 면에서 전 세계적인 업종이며 생산제품은 세

계 시장에서 경쟁을 하고 있다

화학 업계는 유럽에서 3번째로 큰 분야이며 170만 명의 직접 고용과 화학 업계를 직접 지원하는 300

만 건의 일자리를 추가로 창출하고 있다. OFC 부문의 경우, 60만명 이상의 사람이 종사하고 있으며

1,250억 유로의 매출을 달성하고 있다. 전형적인 회사들은 주로 대형 다국적 기업이지만, 전체 회사의

90 % 이상이 중규모 기업 내지는 중소기업이다.

비누 및 세제5 %

향수 및 화장품7 % 석유화학 제품

13 %

플라스틱 및 합성고무 16 %

그 밖의 기본 무기화합물 3 %

인공 섬유 3 %

의약품 26 %

작물 보호제 2 %

페인트 및 잉크 6 %

그 밖의 특수 화학물 12 %

비료 2 %

정제 화학물 4 %

산업 가스 1 %

그림 1.1 유럽연합 화학업계 부문별 판매 분석 (2003).

그 밖의 특수 화학물 및 정밀 화학물질은 기반 화학물 대비 소량으로 생산된다. 특수 화학물에는 보조

제, 염료 및 안료, 동식물성 유지화학제품, 작물 보호제, 페인트 & 잉크 등이 포함된다. 정제 화학물이

란 의약품 중간 생성물, 농산 중간 생성물 그리고 화학적 중간 생성물을 나타낸다. 의학품에는 기본적인

의약제품과 약제를 포함한다.


2

정밀유기화학물질 제조 업체는 다양한 범위의 화학 물질을 생산하는데, 일반적으로 고부가가치이며 다

용도 설비에서 배치 공정을 통해 소량으로 생산된다. 정밀유기화학물질은 회사, 대부분 순도 규격 내지

는 특정 효과를 제공할 수 있는 기능을 제공하는 다른 화학 회사에 판매된 후 다양한 범위의 최종 사

용자 시장에 공급된다. 전형적인 최종 사용자 시장은 의약품, 농화학품, 염료물질, 향신제 및 방향제, 특

수 폴리머, 전자부품, 식품첨가물 그리고 촉매 시장 등이 있다. 전형적인 OFC 부문은 해외 판매뿐만이

아니라 내수용 중간체 또는 제품의 생산을 포함한다. 전 세계 시장은 연간 약 4 %씩 성장해 왔고, 현재

2,650억 유로(미화 3,000억불)의 가치를 가지고 있다. 일반적인 유럽 OFC 제조업체에 영향을 미치는 수

요 패턴은 다음과 같다.

• 의약품 회사와 같은 주요 고객들의 지속적인 세계화로 인해, 계약 생산이 요구되는 새로운 화학물

질 수의 감소

• 제조활동의 극동 지역으로의 지속적인 이동

• 대형 다국적 기업의 지속적인 합리화 추구로 인해 기존 및 신규 소량 물질에 대한 아웃소싱의 증가

• 소규모 제조업의 원가에 영향을 미치는 규제비용의 증가

직원 수 1 – 9

직원 수 10 – 49

직원 수 50 – 249

직원 수 250명 이상

기업 수 매출액 직원 수

직원수에 따

른 기

업수 및

매출액(비율 %)

그림 1.2 기업수 및 고용 규모별 매출액.

OFC 제조업체는 매우 작은 규모(직원 10명 미만)에서 대형 다국적 기업(직원 20,000명 초과)에 이르

기까지 규모가 다양하지만, 일반적으로 전형적인 제조 현장의 경우 150 – 250명의 직원을 두고 있다.

합성, 계약 생산, 연구 및 모니터링 그리고 연구 및 실험상의 화학물질을 제공하는 것과 같은 특수 고

1. 일반 정보

3

객 서비스로 생산을 대체하는 것이 이 부문의 특징이다. OFC 제조업체의 핵심 특징:

• 유연한 기술적 및 공정 숙련도로 지원되는 엄격한 관리

• 강력한 애플리케이션 및 고객 서비스 [99, D2 comments, 2005년]

• 국제적인 관리시스템 채택, 예를 들어 ISO 9001, ISO 14001, EMAS 및 “책임관리프로그램”

• 수 킬로에서 수 톤에 이르는 단위로 일련의 복잡한 화학 활동을 수행할 수 있는 능력

• 독특한 기술 플랫폼 및 새롭고 증명된 기술을 채택하려는 의지

• 필요 시 cGMP (최신의약품우수제조관리기준)로 운영을 할 수 있는 다기능 자산에 대한 적절한 지원

• 규제 및 분석 인프라

• 신속한 추적 기반의 개발 및 생산

• 사용자 지정 합성 생산에 대한 전략적 참여

• 유연성 및 빠른 반응성

• 강력한 혁신적 기능 그리고 대학 및 연구 조직과의 연계

• 위험 물질 대체를 위한 상당한 노력 [99, D2 comments, 2005년]

1.2 환경적 문제점

OFC 부문의 핵심적 환경 문제는 다음과 같다:

• 휘발성 유기 화합물 배출

• 많은 양의 난분해성 유기 화합물을 함유할 가능성이 있는 폐수

• 상대적으로 많은 용제의 사용량

• 재활용 불가능한 폐기물의 높은 비율

엄청나게 다양한 취급(배출) 물질에는, 아마도 독성이 있거나 발암물질로 의심되는 대단히 위험한

화합물이 포함되어 있을 수 있다.

다음에 나오는 값들은 규모에 따른 영향을 제시해준다.

• 연간 10,000톤의 용제 투입(일반적인 수치임)을 하는 어떤 새로운 회사가 VOCs 지침에 나오는 제한 사항을 충족

시킨다고 하면, VOCs 기준 연간 500톤의 전체 배출량이 가능하다

• 같은 회사가 재활용/소각 시설을 운영하지 않을 경우, 남아 있는 약 9,500톤의 사용된 용제는 반드시 폐기되어야

만 한다.

• 이 회사의 경우, COD 기준 연간 50톤 배출은 일반적인 것이며, 이것은 회사의 폐수처리장에서 분해되지 않았던

유기 화합물을 나타내는 것이다.

• 좀 더 어려운 생산 스펙트럼을 가진 더 큰 설비의 경우, COD 기준 연간 1,000톤의 배출이 가능하다.


4

폐기물 예방, 최소화 및 회수/저감

제품을 정제하고 분리하기 위해 수행되는 반응과 공정운영은 반드시 구별되어야 하는 다양한 폐기물

을 만들어 낸다(배출가스, 모액, 세정수, 사용된 용제, 사용된 촉매, 부산물 등). 공정 변경을 통해 특정

폐기물을 예방할 수 없다면, 그러한 폐기물을 회수 또는 저감 시설로 보내거나 또는 폐기물로써 처분하

도록 하는 것이 다용도 설비에서 중요한 도전과제이다(그림 1.3).

생산 및 관련 활동으로

배출되는 폐기물.

• 배출가스

• 공정수

• 공정 잔류물

• 사용된 용제

• 사용된 촉매

• 부산물

재사용생산 및 관련 활동대기로

배출

물로 배출

폐기물처분

저감 회수

그림 1.3 폐기물 관리.

1.3 일부 제품들

1.3.1 유기 염료 및 안료

[1, Hunger, 2003, 2, Onken, 1996, 6, Ullmann, 2001, 19, Booth, 1988, 20, Bamfield, 2001, 46,

Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

1.3.1.1 개요

염료 및 안료는 이것들의 화학구조 또는 적용방식에 따라 분류될 수 있다. 가장 중요한 상용 제품들로는

아조 (azo), 안드라퀴논 (anthraquinone), 황, 인디고이드 (indigoid), 트리페닐메탄 (triphenylmethane)

및 프탈로시아닌 염료 (phthalocyanine dyes) 등이 있다. 그림 1.4는 주요 발색단을 보여주고 있으며,

표 1.1은 사용 또는 적용 방식에 따라 염료를 분류한 것이다.

1. 일반 정보

5

(a) 프탈로시아닌 염료 (b) 트리알릴메탄 염료

(c) 인디고이드 (d) 아조 염료

(e) 안드라퀴논 염료

그림 1.4. 상용화된 중요한 염료의 주요 발색단.

표 1.1 사용 또는 적용 방식에 따른 염료 분류

염료 방식선호 기질/

전형적 애플리케이션기본적 화학 부류

수용성

여부

반응 염료 면아조, 금속화 아조

프탈로시아닌, 안트라퀴논수용성

분산 염료폴리에스테르

전자 사진비 이온성 불용성

직접 염료면, 재생산

셀룰로오스음이온, 폴리-아조 수용성

건염 염료 셀룰로오스 섬유안드라퀴논

인디고이드

불용성

수용성 류코 염

황 염료 면 황 염료 수용성

양이온 또는 염기성

염료

종이, 폴리아크릴로나이트릴

폴리에스테르트리알릴메탄 수용성

산성 염료나일론, 모, 실크

가죽, 종이, 잉크젯수용성

용제 염료플라스틱, 가솔린, 오일

왁스아조, 안드라퀴논 불용성

한두 가지 주목할 만한 예외사항은 별도로 두고, 근래에 사용되는 모든 염료들은 1880년대에 발견되

었다. 1930 – 1950년 사이, 나일론, 폴리에스테르 및 폴리아크릴로니트릴 등과 같은 합성 섬유가 도입되

면서, 그때부터 중요한 도전 과제들이 나타났다. 1954년 반응 염료의 발견 및 이것의 상용제품 출시로

면제품 염료 시장이 눈부시게 발전하는 계기가 되었다. 그 후 20년 동안 반응 염료에 대한 집중적인 연

구가 진행되었고 현재도 여전히 연구가 진행되고 있다.

현재 연구의 한 가지 중요 주제는, 안드라퀴논과 같은 착색이 잘 안 되는 색원체를, 착색이 잘되는(이


6

중 고리식) 아조 염료로 대체하는 방법이다. 또한 최첨단 기술 애플리케이션에 전념하고 있는 활동들이

상당히 많이 일어나고 있으며, 특히 전자제품 및 비충격식 인쇄업계에서 두드러진다.

1.3.1.2 안료

안료는 도포 매체 상에서 사실상 녹지 않는 착색제로 정의되는 반면, 염료는 도포 매체에 녹는 착색

제이다.

착색제의 경우, 결정 안료가 용해된 상태가 아니라 고체 상태로 색칠을 하게 될 매체에 적용된다. 안

료의 화학적, 물리적 속성 둘 다(예를 들어 입자 크기, 입자 크기 분포, 표면의 특수 유형 및 특수 표면

영역, 결정 변화, 결정 형태 등) 산업 애플리케이션에 중요하다.

많은 유기 안료 및 염료는 동일한 기본 화학 구조를 가지고 있다. 안료에서 요구되는 불용성은 용해

그룹을 배제시키거나 카르복실산 또는 술폰산의 불용성 염을 생성(레이크 조성)시키거나, 용해 그룹 없

이 화합물에 금속 복합물을 조성하거나, 특히 용해성을 감소시키는 그룹(예를 들어 아미드 그룹)을 결합

시킴으로써 얻을 수 있다.

그림 1.5는 유기 안료가 가장 많이 사용되는 분야를 보여주고 있다.

인쇄 잉크50 %

기타5 %

페인트 및코팅25 %

플라스틱20 %

그림 1.5 유기 안료의 주 사용처.

그림 1.5의 기타 부분은 직물 인쇄 부문, 그리고 비접촉식 인쇄 공정, 사무실 용품 및 액세서리(예를

들어 색연필, 크레용, 분필 등), 나무, 화장품 및 종이 등의 착색용으로 사용되는 등 보다 작은 산업부문

에서 사용된다.

1.3.1.3 경제성

염료 업계의 규모 및 성장은 직물 업계와 연계되어 있다. 전 세계 직물 생산은 점진적으로 증가하여

1990년 기준 35백만 톤으로 추정되었다. 가장 중요한 2개의 직물 섬유는 면과 폴리에스테르이다. 결과

적으로 보면, 염료 제조사들은 이들 2가지 섬유를 위한 염료 제공에 혼신을 다하는 경향이 있다. 염료

및 안료의 세계 생산 추정치는 1990년 기준 100만 톤이었다. 염료를 사용하는 최첨단 기술, 특히 잉크

젯 프린터의 급속한 성장은 이제 업계에 영향을 주기 시작했다. 비록, 이 분야의 전통적인 애플리케이션

1. 일반 정보

7

을 기준으로 볼륨생산량을 염료와 비교하면 작은 상태이지만, 가격이 훨씬 비싸다는 것을 고려한다면 의

미가 있는 것일 수 있다.

기타 아시아 회사40 %

DyStar 25 %

Ciba 13 %

Clariant8 %

일본9 % Yorkshire

5 %

그림 1.6 주요 제조사별 세계 직물 염료 시장 점유율. [20, Bamfield, 2001]

서유럽30 %

북미32 %

남미4 %

아프리카 및 중동5 %아시아 태평양

26 %

동유럽3 %

그림 1.7 주요 지리적 영역별 세계 유기 안료 시장 점유율. [20, Bamfield, 2001]

서유럽은 1900년대 초반 95 % 시장 점유율을 차지한 후 계속해서 감소하고 있으며, 미국 및 그 밖의

국가의 제조사들 상당 부분이 서유럽 회사의 계열사인 것을 감안할 때, 현재 40 % 정도의 시장 점유율을

차지하고 있다. 이러한 감소 추세는, 인도, 대만 및 중국과 같은 생산 비용이 저렴한 국가에서, 염료

상품 생산 증가와 동반되었다. 전 세계 유기 염료 생산은 연간 75만 톤으로 추정된다 [6, Ullmann,

2001].

유럽의 주요 염료 제조사는 “핵심” 사업에 주안점을 둔 구조조정, 인수합병 등을 경험해 왔다(표 1.2).


8

표 1.2 주요 서유럽 염료 제조사의 구조 조정 [20, Bamfield, 2001]

국가 현재 회사 최초 회사

독일 Dystar Bayer, Hoechst, BASF, textile dyes from Zeneca

스위스Clariant Sandoz, Hoechst Speciality Chemicals

Ciba Speciality Chemicals Ciba-Geigy

영국 Avecia ICI

Yorkshire Crompton and Knowles (미국)

1.3.2 원료 의약품 (APIs)

[2, Onken, 1996, 6, Ullmann, 2001, 21, EFPIA, 2003, 35, CEFIC, 2003]

1.3.1.1 개요

원료 의약품 (APIs)은 의약품을 제공하고 가용 약품에 대한 가장 큰 영역을 구성하기 위하여 합성 및

변경된 유기 분자에 토대를 두고 있다. 생체 기술은 오늘날의 의약 업계의 한 부분이지만, 유기 화학에

토대를 둔 약품은 여전히 R&D의 가장 큰 부분으로 남아 있으며 매년 출시되는 신규 약품 중 가장 큰

비중을 차지하고 있다. 그림 1.8은 몇몇 예제를 보여주고 있지만 사실상 세계 시장은 엄청나게 다양하다.

(a) Benzodiazepams (b) Penicillins

(c) Steroids (d) Indole alkaloids

(e) Barbiturates (f) Sulphonamides

(g) Pyrazolones

그림 1.8 원료의약품의 예.

1.3.2.2 법적 요구사항 및 공정 변경

현장에서 원료의약품 생산 시, 최신우수의약품 관리기준 (cGMP), 유럽 의약청 (EMEA), 미국 식품의약

국 (FDA) 또는 기타 적용 가능한 의약품 승인 당국의 규정 준수가 요구될 경우, 요구되는 변경 절차의

1. 일반 정보

9

이행을 위해 공정 변경이 수행될 수 있다. 이것은 기존의 공정을 재설계하는데 있어서 심각한 장애물에

해당한다. 이 경우, 만약 원료의약품이 수많은 서로 다른 시장 애플리케이션 홀더에게 공급된다고 한다

면 더욱더 심각해진다(원료의약품 총 생산 규모의 약 75 %가 이 경우에 해당한다).

1.3.2.3 경제성

의약 업계는 유럽 경제의 주요 산업 자산이며, 연구 기반이 건실하고, 가장 성과가 좋은 하이테크 부

문 중의 하나이다. 유럽은 금액을 기준으로 전 세계 의약품 생산의 40 % 이상을 차지하며, 이를 통해

유럽은 아직도 미국 (30 % 상회)과 일본 (20 %)을 앞서 세계적인 선두적 생산 지위를 차지하고 있다.

표 1.3 유럽 의약 업계 경제성 데이터 [21, EFPIA, 2003]

1985 1990 2000 2001

유로(백만)

R&D 지출 4,300 7,900 17,000 18,900

제조사 가격 기준 의약품 시장 규모 27,600 42,100 87,000 98,700

소매가격 기준 의약품 시장 규모 43,200 67,900 131,000 151,600

직원

직원수 437,600 505,000 540,000 582,300

비록 유럽이 여전히 세계 의약품 제조 시장에서 선두를 차지하고 있지만, 미국은 R&D 투자 및 임상

의학 특허와 같은 신약개발 등에서 앞서고 있다.

다른 업계와 마찬가지로 의약업계도 변화를 겪고 있다. 끊임없이 새로운 기술을 자신의 연구 속에 흡

수시켜야 하며 변화하는 시장과 규제 환경에 맞추어야 하는 것은 물론이고 수많은 의약품 회사 합병이

발생하고 있다.

의약 업계는 엄청나게 세분화되고 있다. 가장 큰 회사의 전 세계 의약품 시장 점유율이 5 % 미만이다.

아마도, 결국은 합병/인수가 더 자주 일어날 것이다. 몇 가지 예를 들어본다면, 2개의 영국 회사 Glasx와

Wellcome의 합병, Aventis를 만들기 위한 일련의 거래 속에 Hoechst 생명과학사업, Marion Merril

Dow, Rousell, 그리고 Rorer의 합병, Sanofi와 Synthelabo사의 합병, 스위스 회사 Ciba Geigy와 Sandoz의

합병으로 만들어진 Novartis, Astra와 Zeneca가 합병하여 만들어진 AstraZeneca 등이 있다.

1.3.3 비타민

[2, Onken, 1996, 6, Ullmann, 2001]

비타민은 인간 또는 동물의 유기체 안에서는 합성되지 않거나 충분하지 않은 양으로만 생성이 되는

필수적인 유기 화합물이다. 프로비타민은 체내에서 비타민으로 변환될 수 있다. 전형적인 대표적 프로비

타민은 베타카로틴이며 유기체 안에서 비타민 A의 2개 분자로 분리된다.

비타민은 화학적으로 분류되는 것이 아니라 비타민의 활성작용에 따라 분류된다. 용액 특성이 비타민


10

의 발현에도 중요할 뿐만 아니라 유기체 내에서의 비타민의 행동(흡수, 전달, 배출 경로 그리고 저장)에

도 중요하기 때문에, 역사적으로 오래된 지용성 비타민과 수용성 비타민 구분은 오늘날까지도 지속되고

있다.

14개의 화합물 또는 화합물 그룹이 비타민으로 분류된다(표 1.4 참조).

단일 제품으로 비타민의 세계시장가치는 연간 25,600백만 유로로 추정된다 [6, Ullmann, 2001]

표 1.4 비타민으로서 분류된 화합물 및 그룹

화합물/그룹 화학군 단일 물질 연간 생산량(톤)

비타민 A

레티놀

비타민 A1 2,700

베타카로틴 100

기타 카로티노이드 400

비타민 D 칼시페롤 비타민 D3 25

비타민 E토코페롤

토코트리에놀알파토코페롤 7,000

비타민 K 필로퀴논

비타민 B1 타아민

비타민 B2 리보플라빈 2,000

비타민 B3 니코틴산아미드 12,000

비타민 B6 피리독살 그룹

비타민 B12 코발라민 12

비타민 C L-아스코르빅산 40,000

판토테닉산 (Pantothenic acid)

비오틴 (Biotin)_

엽산 (Folic acid)

니아신 (Niacin)

사료 산업50 %

식품 산업20 %

의약품 산업30 %

그림 1.9 산업부문별 비타민 사용. [6, Ullmann, 2001]

1.3.4 살생물제 및 식물 영양 제품

1. 일반 정보

11

1.3.4.1 개요

[2, Onken, 1996, 23, US EPA, 2003]

살생물제 및 식물 영양 제품은 해충을 예방, 박멸, 격퇴 및 경감시키고자 하는 물질 또는 그러한 물질

의 혼합물이다. 이들 제품에 대한 보다 일반적인 용어는 “살충제”이며 제초제를 포함시키기 위해 이 단

어를 사용하였다. 그 밖의 그룹은 아래에 상세히 나와 있다.

해충은 원치 않는 곳에서 그리고 곡식이나 인간 또는 그 밖의 동물에게 해를 끼치는 곳에서 발생하는

살아 있는 유기체이다. 표 1.5는 통제할 수 있는 해충의 유형에 따라 살생물제 및 식물 영양 제품의 유

형에 대한 개요를 보여 주고 있으며, 그림 1.10은 화학적 합성에 의해 유도되는 살생물제 및 식물 영양

제품 예제를 보여주고 있다.

표 1.5 통제 대상 해충에 따른 살생물제 그룹

살생물제 그룹 해충 그룹

[23, US EPA, 2003]

살충제 해충

제초제 잡초

곰팡이 제거제 곰팡이

진드기 제거제 진드기

살선충제 식물 기생 선충

복족류 제거제 복족류(달팽이)

쥐약 설치류(쥐)

살미생물제 박테리아, 바이러스


12

(a) Bromoxynil (b) Nitrofen

(c) Atrazin (d) Glyphosate

(e) Diuron (f) Sevin

(g) Phyrethroids (h) Methoxychlor

(i) 2,3,6 trichlorobenzoic acid

그림 1.10 살생물제 및 식물 영양 제품의 예.

1.3.4.2 작물 보호제 제조 시 공정 변경

[56, Jungblut, 2004]

국가별 요구 사항에 따라, 일반적으로 제조 경로, 시작 소재, 규격 등이 반드시 설명되어야 한다. 기

술적 규격에 변화를 주게 되는 변경은 추가적인 연구가 필요할 수 있다. 예를 들어, 원료 성분의 순도

변화가 독성학상 또는 생체독성학상 프로파일, 또는 식물 보호 제품으로 안으로 형성될 수 있는 기능을

변경시킬 수도 있다. 작물 보호제 생산 공정은 일단 승인 받은 공정에 대한 변경 시 “5-배치 분석” 제출

을 거치는 특수 규정을 따라야 한다. 이것은 제안된 변경 사항이 원료 성분의 최소한의 순도 내지는 다

른 불순물의 최대 수준에 영향을 주지 않는다는 것 또는 새로운 불순물을 만들지 않는다는 것을 확인해

주어야 한다.

1.3.4.3 작물 보호제의 경제성

[22, ECPA, 2002, 32, CEFIC, 2003], [56, Jungblut, 2004]

모든 종류의 살생물제와 식물 보호제가 작물 보호를 위해 사용되는 것이 아니지만, 다음에 나오는 정

보가 제출되었다.

과거 10년 동안, 유럽의 작물 보호 시장은 변덕스러운 경제 및 정치적 상황에 의해 큰 영향을 받아

1. 일반 정보

13

왔다. 농업 부문이 압박감에 시달려 왔지만, 유럽 연합의 작물 보호 제품 시장은 북미 뒤를 이어 세계

에서 두 번째 큰 시장을 유지해 왔다. 그림 1.12 및 1.13은 유럽에서의 시장 구성 및 발전에 관한 개요

를 보여 주고 있다.

유럽연합80 %

유럽자유무역연합2%

중앙 및 동유럽 5개국11 %

기타 중앙 및 동유럽 국가

4 %

러시아3 %

그림 1.11 2001년 유럽 작물 보호 시장(%).

제초제40 %

기타5 %

곰팡이 제거제37 %

살충제18 %

그림 1.12 2001년, 제품 부문별 서유럽 시장(유럽연합 및 유럽자유무역연합).

과거 10년 동안, 전 세계 시장의 비교적 열악한 성과(그림 1.13 참조)로 인해 상당한 합병이 있었고

수많은 기업들이 시장을 떠났다. 유럽의 관점에서 볼 때, 가장 중요한 변화는 Zeneca와 Novartis가 합병

하여 Syngenta를 만들었고, BASF가 Cyanamid를 인수했으며, Bayer가 Aventis를 인수했다는 것

(Rhone-Poulenc, Hoechst, Schering, Boots 및 Fisons의 이전 사업을 하나의 회사로 전환)을 들 수 있

다. 현재 6개의 회사가 전 세계 시장을 지배하고 있으며 이들 중 3개 회사 (Syngenta, BASF 및 Bayer)

는 유럽에 본사를 두고 있다. 나머지 3개 회사는 미국 기업 (Monsanto, Dow and Dupont)이며 모두가

유럽연합에 중요한 계열사를 두고 있다.


14

연간 실질 성장률

그림 1.13 서유럽 작물 보호 시장의 실질 성장률, 1990년 ~ 2001년.

1.3.5 방향제 및 향신료

[6, Ullmann, 2001]

방향제 및 향신료는 비교적 강한 냄새를 풍기는 유기 화합물로서 특성상 좋은 향기를 내뿜는 특성이

있다. 음식이나 음료에 맛을 내는 것뿐만 아니라 향수나 향수 제품에 사용된다. 특정 제품이 방향제 또

는 향신료로 불리는 것은 용도에 좌우된다. 천연 제품은 물리적 공정을 통해 식물이나 동물 원료로부터

직접 얻을 수 있다. 천연성분과 동등한 화합물은 합성에 의해 생산되지만 화학적으로는 천연 제품과 동

일하다. 인공적인 맛을 내는 물질은 인간의 소비를 위한 식물이나 동물 제품에서 아직 확인되지 않았다.

천연제품과 동일한 방향제는 매우 드문 예외 사항이 있긴 하지만, 천연 제품과 함께 향을 내는데 사용되

는 유일한 합성화합물이다.

(a) β-ionone (b) Coumarin (c) Nerolidol

(d) Geraniol (e) Vanillin

그림 1.14 방향제 및 향신 물질의 예.

1. 일반 정보

15

1.3.6 광학표백제

[2, Onken, 1996, 6, Ullmann, 2001]

광학표백제 또는 더 정확히 말하자면, 광학 탈색제는 무색 또는 거의 색이 없는 유기 화합물이며 용

액에서 또는 기판에 적용될 때 자외선을 흡수하고(예를 들어, 낮에 c. 300 – 430 nm), 흡수된 에너지의

대부분을 c. 400 – 500 nm 푸른색 형광등으로 재배출한다. 따라서 낮에는 광학표백제가 직물, 종이 또

는 플라스틱과 같은 흰색 산업용 물질에서 발견되는 미학적으로 원치 않는 누르스름한 색에 대한 보정

을 할 수 있다. 그림 1.15에 예제가 나와 있다.

(a) Diphenyl pryrazolines (b) Coumarins (c) Stilbenes

그림 1.15 광학표백제의 예.

1.3.7 난연제

[6, Ullmann, 2001, 24, EFRA, 2003]

난연제 물질은 비난연제 물질 대비 폭발에 대한 더 큰 저항성을 가지도록 하거나, 다른 물질에 의해

시작된 불길이 번지는 속도를 늦출 수 있도록 조작된 것이다.

유기 난연제는 브롬계 화합물인 경우가 종종 있다. 브롬계 화합물의 분해를 통해 얻을 수 있는 HBr은

증기 상태에서 자유라디칼을 비활성화 시키는데 매우 효과적이다 새로운 라디칼 형성 또한 열 생성이

줄어든 만큼 감소되며 전체 연소과정이 늦게 진행된다.

염화 화합물은 동일한 방식으로 기능을 한다. 사실, 염소를 함유하고 있는 화합물은 브롬을 함유하고

있는 화합물보다 2배나 더 필요하다 그 차이점은 두 개의 할로겐에서 원자 질량비가 이를 테면 79.90:

35.45 = 2.25로 나타난다. 그림 1.16에 예제가 나와 있다.


16

(a) Pentabromo chloro cyclohexane

(b) Tetrabromo phthalic anhydride

(c) Hexabromo benzene

그림 1.16 난연제의 예.

2001년, 브롬화 난연제 화합물의 시장 규모는 864백만 유로(미화 774만 달러)였고, 전 세계 소비량은

774,000톤이었다. 그림 1.17 및 1.18은 전 세계 시장 점유율 및 시장 구성을 각각 보여주고 있다.

미국25 %

기타 아시아37 %

서유럽18 %

일본20 %

그림 1.17 지역별 브롬화 난연제 화합물 세계 시장.

브롬계 화합물40 %

기타7 %

비소산화물13 %

알루미나 3수화물11 %

염소계 화합물5 %

유기인계24 %

그림 1.18 난연제 소재별 시장 구성.

1. 일반 정보

17

1.3.8 가소제

[6, Ullmann, 2001]

가소제는 유연성, 가동성 또는 팽창성을 증가시키기 위해 소재에 결합되는 물질이다. 가소제는 용융된

점성을 줄여주고 2차 전위온도를 낮추어 주거나, 제품의 탄성 계수를 낮추어 준다. 가소제는 대부분 에

스테르로 증기압력이 낮은 불활성, 유기물질이며 고 폴리머와 팽창, 용해 또는 물리적으로 반응하여 균

질한 물리적 단위를 생성한다. 현재 약 300가지의 가소제가 생산되고 있으며 그 중 적어도 100가지가

상업적으로 중요하다. 그림 1.19는 가장 많이 사용되고 있는 몇몇 가소제를 보여 주고 있다.

(a) Adipate esters

(b) Phthalic esters

(c) Trimellitate esters

그림 1.19 가소제의 예.

1996년, 서유럽의 가소제 생산은 연간 1253 × 103 톤이었으며 미국의 경우 연간 636 × 103 톤이었다

[99, D2 comments, 2005]. 가소제 유형의 관점에서, 이러한 톤수의 대부분(85 % 초과)은 표준 프탈레이트

(phthalate: C8-C10 알코올을 갖는 무수 프탈산 에스테르)이다. 이러한 이유는 상대적으로 가격이 저렴한

데다 쉽게 공급재료를 구할 수 있기 때문이다. 시장의 나머지 부분은, 다른 알코올의 프탈레이트 에스테

르, 특수 프탈레이트, 아디페이트 (adipates), 트리멜리테이트 (trimellitates) 그리고 그 밖의 에스테르가

차지하고 있다.

1.3.9 폭발물

[46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

유기 화학 폭발물은 “2차 폭발물”로서 분류되며 [6, Ullmann, 2001] 다이나마이트 또는 무연 화약과

같은 강력한 제품에서 광범위하게 사용되는 원료 성분을 나타낸다. 그림 1.20에 예제가 나와 있다.

물리적인 폭발물(일반적으로 폭발제로만 간주됨)은 비폭발성 물질(또는 폭발에 사용될 목적이 아닌 물

질), 예를 들어 경유, 질산암모늄, 과염소산나트륨 등을 혼합하여 생산한다.

폭발물은 위험한 제품(등급 1 ADR)이며, 결과적으로 안전에 대한 우려 때문에, 회원국들은 운반, 저


18

장, 그리고 제조를 망라하는 특수 규정을 제정하였다 제조 공정 및 운영을 변경하려면 거의 모든 경우에

국립 보안 당국의 승인을 얻어야 한다.

(a) PETN (b) HMX(c) TATB (d) TNT(e) Nitroglycerine (f) HN

그림 1.20 유기 폭발물의 예.

2차 폭발물은 산업 및 군용으로 사용된다. 영국, 독일 노르웨이, 스웨덴, 스위스, 포르투갈과 같은 많

은 국가에서 사기업을 통해 생산이 이루어지고 있다. 스페인의 경우, 2004년까지 국영 기업과 사기업이

생산을 공유했다. 최근에 스페인의 모든 기업은 사유화 되어 운영 되고 있다. 프랑스의 경우, 군용 2차

폭발물이 국영 기업에 의해 생산되고 있다.

생산 규모 및 가격은 일반적으로 구할 수가 없지만, 한 가지 예제로, 스페인과 포르투갈의 토목건축용

폭발물(혼합물 또는 폭발제를 포함한, 유무기성 폭발물)의 매년 생산량은 약 95,000톤이며 이중 단

9,000톤만이 화학적 방법을 동원하여 만든 유기 폭발물이다.

2. 응용 공정 및 기법

19


이 장에서는 사례 제시를 통해 OFC 부문에 응용 공정 및 기법의 범위를 설명한다. 선정 사례들은 제

공된 정보를 바탕으로 하며, 제공된 정보를 환경 문제의 토론이 가능한 사례들로 한정한다.

2.1 개념: 단위 공정 및 작업

[16, Winnacker & Kuechler, 1982], [55, CEFIC, 2003]

정밀유기 중간체 및 생성물의 화학적 성질은 상당히 다양하다. 이러한 점은 환경 문제와 관련해 언뜻

보기에 어떤 OFC 설비도 다른 설비에 필적할 만한 것처럼 보이지 않는 문제의 원인이 된다. 하지만 실

제로 사용된 공정 및 작업의 수는 합리적인 수준에서 소수이며, 논의해야 할 환경 문제의 수는 제한적인

수에 그치고 있다.

염료, 의약품 또는 살생물제와 같은 제품의 제조에 사용되는 주요 화학물질을 중간체라고 하며, 산업

규모에 따라 다양한 화학 절차(단위 공정)를 통해 기본 유기(보통은 방향족) 원료에서 제조된다. 적용되

는 물리적 절차의 선정은 유사한 방법(단위 작업)으로 제한되어 있다. 주요 단위 공정 및 작업은 표 2.1

에 수록되어 있지만, 이 표가 결론적인 것은 아니다. 대개 기본 유기 원료에서 생성물에 이르기 위한 과

정은 몇 가지 단위 공정(그림 2.1 참고)을 경유하며, 여기에는 몇 가지의 단위 작업이 포함될 것이다.

표 2.1 정밀유기화학물질 제조에서 사용된 주요 단위 공정 및 단위 작업

단위 공정 단위 작업

아실화 (Acylation) 반응 물질 및 용제의 투입

첨가반응 (Addition) 불활성화

알킬화 (Alkylation) 반응

카르복실화 (Carboxylation) 배출

카르복시메틸화 (Carboxymethylation) 결정화

응축 (Condensation) 여과

디아조화 및 디아조 그룹의 변형 (Diazotisation and modification

of the diazo group Product washing)제품 세척

에스테르화 (Esterification) 건조

할로겐화 (Halogenation) 추출

나이트로화 (Nitration) 전기 투석

산화 (Oxidation) 흡수

재배열 (Rearrangements) 상분리

환원 (Reduction) 흡착

치환 (Substitution) 증류

아황산화 (Sulphitation) 분쇄

술폰화 (Sulphonation) 장치 세척


20

2.1.1 중간체

[6, Ullmann, 2001, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 19, Booth, 1988]

실제 또는 잠재적으로 이용 가능한 중간체의 수는 상당히 많으며, 제조 기술은 유기화학산업에서 중요

한 부분이다.

출발 원료는 알코올, 탄산, 헤테로 고리화합물 같은 광범위한 지방족 화합물은 물론이고 벤젠, 톨루엔,

나프탈렌, 안트라센, 피린, 페놀, 피리딘 및 카르바졸 같은 방향족 탄화수소이다.

방향족 탄화수소는 산화 및 환원은 물론이고 4번의 친전자성 치환 반응-Friedel-Crafts 반응, 할로겐화,

나이트로화 및 술폰화-을 거친다. 반응을 통해 치환된 탄화수소(1차 중간체)가 된다.

1차 중간체는 대량 생산이 이루어지기 때문에 대부분의 제조 공정이 연속적으로, 또한 전용 장비를

사용해 진행된다. 후속 변형 단계는 보통 배치를 단위로 실행된다. 표 2.2에는 몇 가지 사례가 나타나 있다.

“원 포트 (One pot)” 합성은 몇 번의 반응 단계가 중간체의 분리 (work-up) 없이 실행된다는 것을 나타낸다.

표 2.2 1차 중간체와 중간체에 대한 예

화합물 단위 공정 작업 방법 용도

1차 중간체

나이트로벤젠 나이트로화 연속

클로로벤젠 염소화 연속

p-톨루엔 술폰산 술폰화 연속

o-나이트로아닐린 교환 연속

중간체

4-클로로-3-나이트로벤젠술폰산 술폰화 회분식 염료

2,3,4-트리클로로-6-나이트로페놀 교환 회분식, 반회분식 농약

브롬아민산

술폰화

아미노화

술폰화

브롬화

회분식, “원 포트” 예

피라졸론디아조화

응축회분식, “원 포트”

의약품

염료

2.1.2 이성질체 및 부산물

치환기와 후속 변형의 순차적인 도입은 불가피한 급격한 반응 조건(예를 들어 할로겐의 반응성, 농축

황산/질산의 산화효과, 비활성 방향족에 대한 높은 반응 온도)과 함께 예를 들어 다음과 같은 부수적인

반응 및 비의도적인 부산물의 수가 증가하는 요인이 될 수 있다.

• 위치 이성질체

• 상위 및 하위 치환 화합물

• 치환기의 변형

• 산화물


21

• 분리 (work-up) 공정이 누락되어 있는 경우 부산물에서 추출되는 부산물(원 포트 분석).

염소화 나이트로화 교환

환원성 커플링 재배열

그림 2.1 몇 가지의 단위 공정을 이용한 합성의 사례.

대개 이성질체 또는 부산물의 회수와 재사용은 기술적으로 가능하다(예: 다른 설비 또는 부문의 출발

물질로서). 하지만 많은 경우에 회수는 경제적, 생태학적 또는 법적 요구조건으로 인해 어려운 것처럼

보인다. 회수가 불가능한 경우에는 불필요한 이성질체/부산물은 생성물과 분리해야 하며, 폐기물 또는

폐수로 배출된다.

표 2.3에 제시된 톨루엔의 나이트로화는 그러한 점을 보여주는 사례가 될 수 있다. 이 경우, 이성질체

는 증류를 통해 분류 및 정제된다.

표 2.3 이성질체와 부산물 형성에 대한 예

출발 물질 공정 이성질체 부산물

톨루엔HNO3를 이용한

나이트로화

o-나이트로톨루엔 (59.5 %)

m-나이트로톨루엔 (4 %)

p-나이트로톨루엔 (36 %)

나이트로페놀

나이트로크레졸

나이트로하이드록시 벤조산

페닐나이트로메탄

테트라나이트로메탄

2.2 다목적 설비

다목적 설비는 조작자가 시장 요구조건에 따라 어느 정도 유연하게 여러 가지 제품을 제작할 수 있도

록 한 것이다. 그림 2.2에는 효율적인 재료 운반을 위해 중력 흐름을 이용하는 일반적인 설비의 배치도

가 제시되어 있다. 다목적 설비의 주요 구성은 다음과 같다.


22

• 원료 저장소(창고, 원유저장기지)

• 반응기 및 용기

• 최종 및 중간 저장소

• 시설(예: 냉각, 진공, 증기, 세척)

• 공정 제어 시스템

• 공급 탱크(보통 상부층)

• 정제 및 분리 장비

• 회수 및 저감 시설

• 분출 시스템 및 캐치 탱크

배치 방식, 반배치 또는 제품 분리 (work-up)를 위한 반응기 및 시설의 연속운전은 가동 중단, 세척

및 시동 상황들이 반복된다.

그림 2.2 다목적 설비를 위한 일반적인 배치.


23

표 2.3에 제시된 표본 일정은 22개의 서로 다른 제품/중간체를 생산하는 다목적 설비의 생산 건물에

있는 용기 17개의 사용현황을 나타낸 것이다. 이 그림은 시장 상황의 변화 가능성으로 인해 일년 후에

는 크게 변할 수도 있다. 용량의 사용은 60 – 95 %이다. 낮은 값은 경제적인 관점에서 볼 때 중요할

것이다. 높은 값은 작동의 관점에서 볼 때 실제 달성목표를 나타낼 것이다.

용기 2003년 9월

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 운전 정지

12

13

14

15

16

17

그림 2.3 사업장 내 반응용기 사용에 대한 예.

2.3 장비 및 장치 작동

2.3.1 반응기

[6, Ullmann, 2001]

다목적 설비의 주요 장비는 사용된 재료의 다양한 물리적 상태(예: 건식 분말, 습식 고체, 액체, 배출

물질, 가스)에서 발생하는 유연성 요구조건을 달성하는 교반 반응기이다.

용기는 일정 범위의 공정 조건(예, 온도, 압력, 부식)을 지탱해야 하며, 따라서 보통은 스테인리스 강

철, 내부에 고무 또는 유리내장 강철, 에나멜 코팅 또는 다른 특수 물질로 만든다. 교반기 조절 장치 및

냉각 시스템의 기계적 설계는 고무 또는 유리 라이닝을 부착하거나 유지해야 할 필요성에 따라 제약을

받는다.


24

다른 특징:

• 캐스케이드에 사용하는 것은 물론이고 배치와 연속 모드에 사용.

• 최대 60 m3까지 크기 조절(최대 약 1,000 m3의 발효 반응기)

• 보통 접시 모양의 바닥(압력을 받는 상태에서 반응이 일어날 수 있다).

• 필요한 혼합 정도, 열 교환 성능 등을 만족하는 1개 이상의 교반기

• 재킷 또는 하프 파이프 코일은 대개 열을 전달할 수 있도록 용기 주변에 설치된다.

• 교반기로 인한 내용물의 전체적인 회전(소용돌이)을 방지하기 위해 감세벽(조류판)이 설치된다.

열 교환기

가스 유입관

그림 2.4 교반 반응기(일반적인 온도 조절장치, 좌측)와 루프 반응기(우측).

사용된 다른 반응기 유용은 예를 들어 다음과 같은 것들이다.

• 루프 (loop) 반응기(폐쇄형 환형 또는 연속 루프)

• 기포탑(폐쇄형 환형 또는 연속 환형)

• 배관 반응기

• 관형 반응기

2.3.1.1 반응기에 액상물질 주입

[18, CEFIC, 2003]

예를 들어 다음과 같은 여러 가지 이유로 반응 용기에 액상물질을 주입한다.

• 회분식 반응을 위한 방법으로 원료 충전

• 반 회분식 반응을 위한 원료(즉, 충전되는 동안 반응한다.)

• 반응 물질 농도의 조절


25

• 반응 온도를 조절하기 위한 역류

• 반응을 중지하기 위한 급냉

• 세척

이 조작을 설계 또는 검토하기 위해 관련 관리/절차 및 훈련은 물론이고 재료 속성, 조작 방법, 반응

장치 온도 및 압력, 반응기 내용물 같은 많은 요인들이 고려된다.

공통적인 충전 방법은 다음과 같다.

• 저장 탱크, 공정 용기, 도로 차량, IBC, 드럼에서 펌핑

• 중력 흐름

• 압축가스 이송(압축가스, 질소 등)

• 진공 전달

• 수동 충전 [99, D2 comments, 2005]

피깅 시스템을 이용한 재료 이송에 대한 내용은 4.2.8절을 참고한다.

용기는 제작 설계, 안전 방출 시스템 및 적절한 제어 시스템으로 인한 초과/부족 압력을 받지 않도록

보호해야 한다.

환경 문제는 충전하는 동안 반응기에서 발생하는 가스/증기를 환기 시스템으로 이동하는 것이다(가스

균형 유지가 불가능한 경우). 처리를 해야 하거나 직접 공기 중으로 보내야 할 경우 환기 시스템은 회수/

저감 시스템을 통해 배출한다.

2.3.2 생산품 분리 (work-up)를 위한 장비 및 작업

[18, CEFIC, 2003, 46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

2.3.2.1 건조

여러 가지 건조기 유형을 이용할 수 있으며, 현재 사용되고 있다. 그 중에서 유동층 건조기, 진공 건

조기, 분무 건조기, 밴드/벨트 건조기 등을 들 수 있다.

공통적인 환경 문제는 다음과 같다:

- 용제의 가스나 수증기를 함께 제거

- 미세 고체 재료

따라서 건조기는 보통 집진 시스템(집진 장치, 필터, 세정기)나 VOCs 회수/저감(세정기, 흡착, 응축기)

등에 연결되어 있다.


26

2.3.2.2 액체-고체 분리

예를 들어, 침전된 생성물, 촉매, 고체 불순물 등의 분리에는 액체-고체 분리를 이용한다. 가용 장비

및 사용된 장비의 스펙트럼은 넓으며, 경사기, 경사 원심 분리기, 체, 모래 필터, 회전 원통 여과기, 밴

드 여과기, 판형 여과기, 누체 (Nutsche) 필터, 막 시스템 및 원심 분리기 등이 포함된다.

환경 문제는 액체의 속성과 관련이 있다. 주요한 측면은 다음과 같다.

- 통풍구의 VOCs

- 유기 또는 수용성 모액이나 세척제.

이런 액체는 보통 회수 또는 저감 기술을 적용해 처리한다.

2.3.2.3 증류

증류는 휘발성이 적은 성분에서 휘발성 성분을 분리 또는 정제하기 위해 수행된다. 정제 장치는 보통

공급 재료를 가열하는 장치, 기둥, 수증기 배관(및 특별한 결과를 얻기 위한 여러 가지 포장 방법) 및

수증기를 응축하기 위한 열 교환기로 구성되어 있다.

주요한 환경 문제는 다음과 같다:

- 에너지 효율성(효율적인 설계, 절연, 가열, 냉각)

- 상압증류의 경우에는 응축기 통풍구에서 공기 중으로 배출

- 폐기물(재사용, 회수 또는 폐기 가능)

- 세척에서 발생하는 폐기물.

2.3.2.4 액체-액체 추출법

액체-액체 추출법 또는 용제 추출은 두 가지의 액상 사이에서 분리해야 할 성분의 다른 분포도를 이

용한 분리 공정이다.

액체-액체 추출법은 주로 증류, 결정화 같은 직접 분리 방법을 이용할 수 없거나 비용이 너무 많이 소

요되는 경우에 적용된다. 액체-액체 추출법은 또한 분리해야 할 성분이 열에 민감(예: 항생 물질)하거나

상대적으로 휘발성이 없는 경우에 사용된다.

추출 장비는 향류탑, 원심 추출기 및 혼합-침강기로 분류할 수 있다. 간단한 경우에는 교반 탱크를 사

용할 수도 있다. 산업용 장비 설계에서는 두 가지 액체 중의 하나를 다른 액체로 분산해서 물질이동을

위한 접촉 부분을 확대하는 원리를 이용한다.


27

주요한 환경 문제는 액체의 속성과 관련이 있다.

- 통풍구의 VOCs

- 유기 또는 수용성 모액.

이런 액체는 보통 회수 또는 저감 기술을 적용해 처리한다.

2.3.3 냉각

[57, UBA, 2004]

냉각은 직접 또는 간접적인 방법으로 실행할 수 있다(표 2.4). 간접 냉각에 대한 내용은 4.2.9절을 참

고한다. 직접 냉각은 또한 비상 상황에서 반응 정지기로 사용할 수 있다.

표 2.4 직접 냉각 및 간접 냉각

작업 설명 환경 문제

직접

물 분사직접 냉각은 보통 증기상을 냉각하기 위해

물 분사를 이용해 실행된다.

증기 오염물질과 함께 쌓

이는 폐수

얼음 또는 물의 첨가

(예를 들어, 온도 급변 또는 충격을

실행하기 위해) 공정의 온도를 조절하기

위해 얼음 또는 물을 첨가한다.

폐수량의 증가

간접 표면 열 교환

간접 냉각 기능은 냉매(물, 염수)가 별도의

회로로 내보내지는 표면 열 교환기를 통해

이루어진다.

냉각 수 및 식염 폐수

2.3.4 세척


빈번한 제품 교환으로 인해, 중간체 및 원료의약품을 생산하는 경우에 교차 오염이 발생하지 않도록

세척 절차를 적절하게 수립해야 한다.

세척해야 할 장비 또는 물질에 따라 물, 수산화나트륨, 염산, 아세톤, 특수 용제 및 증기를 이용해 반

응기, 원심 분리기 및 체와 같은 장비를 세척한다. 세척 공정은 물을 이용해 헹구거나 장비의 건조가

중요한 부분에서 유기 용제(수분 제거 헹굼)를 이용해 마무리한다.

세척 공정은 다음과 같은 여러 가지 방법으로 실행할 수 있다.

호스 이용: 세척은 호스에서 가압 용수를 이용해 실행하여 물 소비량을 줄인다.

제자리 세정 시스템 (CIP): 지금까지 CIP 시스템 같은 여러 가지 세척 시스템을 설치해 배출을 제한

하고 효율성을 향상시켰다. 제자리 세정 장치는 압력을 가한 물 분사기를 이용해 내부에서 직접 장비를

세척하고 (조작자가 교차 오염이 우려되지 않는 경우에는) 세척 용액을 회수할 수 있다. CIP는 또한 조


28

작자가 장비를 멀리 가져가거나 작업자가 용기에 들어갈 필요 없이 세척 공정을 실행할 수 있다.

주요한 환경 문제는 다음과 같다.

• 공정 또는 세척 과정에서 발생하는 잔류 물질과 함께 부하가 가해진 폐수

• 용제의 사용으로 인해 공기 중으로 VOCs 배출

• 또한 공정 또는 세척 과정에서 발생하는 잔류 물질이 포함되어 있는 용제.

2.3.5 에너지 공급

[43, Chimia, 2000]

일반적인 현장에서는 다음과 같이 두 가지 주요 에너지원이 소모된다.

• 증기

• 전기

일반적으로 사업장내에서는 증기만 생산할 수 있으며, 전기는 외부에서 공급된다. 전기와 증기의 자체

생산을 통한 열병합 발전은 대규모 현장에 유리하다.

에너지는 보통 천연 가스 및 연료오일용 버너에 적합한 터빈이 장착된 보일러를 통해 제공되며, 주

연료(약 95 %)는 가스이다. 흔히 가스와 함께 폐용제를 연료로 사용한다.

그림 2.5에는 배출가스 회수 장치를 공유하는 2개의 보일러를 설치한 사례가 나타나 있다. 여기서 여

름에는 소형 보일러(80톤/시간 을 생산하는 보일러 1대)가 주로 사용되며, 증기 수요가 증가하는 겨울에

는 대형 보일러(160톤/시간 을 생산하는 보일러 2대)가 주로 사용된다. 회수 장치는 배출가스를 130 ℃

에서 약 45 ℃까지 냉각하며, 물을 20 ℃에서 약 60 ℃까지 가열한다. 약 3.8 MW의 열을 회수할 수

있다.

증기와 전기는 또한 사업장내의 복합 화력발전소, 열산화기 또는 소각 장비를 통해서도 공급할 수도

있다.


29

보일러 1

보일러 2

열회수장치

물 물

증기

굴뚝

물

굴뚝

그림 2.5 2개의 보일러를 이용한 에너지공급 사례.

2.3.6 진공 시스템

[9, Christ, 1999]

유기 화학의 많은 공정은 진공 상태에서 운전이 이루어진다. 필수 압력 차이, 진공 흐름, 온도 등과

같이 진공 펌프의 선정에 영향을 주는 기준에는 여러 가지가 있다. 환경의 관점에서 볼 때 펌프 유형의

선정도 관련이 있다. 표 2.5에는 몇 가지 펌프 종류 및 환경 문제에 대한 개요가 제시되어 있다.

표 2.5 몇 가지 펌프 종류 및 주요 환경 문제

펌프 종류 매체 주요 환경 문제

액체 링 진공 펌프물

워터 링 펌프는 비교적 대량의 폐수가 발생하는 원인이 된다.

VOCs가 있는 경우에는 폐수를 오염시킨다. 특히 할로겐화

탄화수소가 문제가 될 수 있다.

용제 일반적으로 회수 시스템에 연결된 펌프 된 물질과의 오염

건식 진공 펌프 매체 없음, 윤활 없음 매체의 오염 없음

건식 진공 펌프 매체 없음, 윤활 있음 윤활유는 수집해 폐기해야 한다.

진공 발생에 대한 내용은 4.2.5절과 4.2.6절을 참고한다.


30

2.3.7 배출가스의 회수/저감

[15, Köppke, 2000]; [31, European Commission, 2003], *019A,I*

그림 2.6은 배출가스의 응용 회수/저감 기술의 개요가 제시되어 있다. 산화제에는 열 및 촉매 산화가

포함된다. 특정 기술 또는 특정 기술 조합의 선정 여부는 오염물질의 존재, 특히 VOCs 농도, 흐름 및

농도와 흐름의 편차에 따라 달라진다. 추가로 다양한 종류의 필터를 사용해 입자를 회수한다.

계획적인 가동 중단이나 비상 가동 중단의 경우에는 예비 시스템 또는 작업 일정과 시간의 변경이

요구될 수 있다.

1차 또는 2차 응축기(비극저온)는 직접 반응기에 부착된다. 열산화를 이용해 VOCs가 다량 포함된

배출가스를 처리하는 경우, 다른 흐름을 산소원, 예를 들어 VOCs 결핍 또는 악취 흐름으로 사용할 수 있다.

열산화기 및 소각기

본 기준서에서는 가스상에 적용되는 경우에는 열산화라는 용어를 사용했지만, 가스, 액체 또는 고체의 공

동 처리를 실행하는 경우에는 소각을 사용한다.

가스 수집 시스템은 배출원 밀봉, 통풍구 및 파이프로 구성되어 있다. 실행 가능한 범위 안에서 배출

원을 용기에 넣어 가스 유량을 최소화할 수 있다. 폭발 위험은 수집 시스템의 내부에 가연성 감지기를

설치 또는 가스 혼합을 안전하게 폭발 하한 이하(“LEL”, 보통 25 % LEL 이하), 폭발 상한 이상으로 유지

해 통제하거나 불활성화를 통해 유지하고 있다.

오염물질 농도,

흐름 또는 농도와

흐름의 편차에

따른 기술 또는

기술 조합의 선정

VOCs와 기타

오염물질을 포함한

폐가스

다른 오염물질, VOCs 없음

폐가스

흡착제

응축기

DeNOx

입자상 물질 제거

열산화기

세정기

세정기

세정기

극저온 응축기

그림 2.6 OFC 현장의 배출가스에 대해 일반적으로 적용되는 회수/저감 기술.


31

2.3.8 폐수의 회수/저감

그림 2.7은 폐수의 회수/저감 기술의 개요가 제시되어 있다. 전체 배출수는 보통 생물학적 폐수처리장

(WWTP), 사업장내 또는 사업장외 설비(대부분은 지방 자치)에서 다른 폐수와 함께 처리된다.

생물학적 처리에 부적합한 특정 폐수는 분리되어 별도로 전처리하거나 폐기물의 형태로 폐기(예: 소각)

된다.

가능한 많은 양의 폐수처리 설비에 대한 일정한 투입 수준을 보장할 수 있도록, 충분한 완충 용량이

제공된다. 균일화를 이룰 경우에는 흔히 생물학적 폐수처리 설비의 운영에 악영향을 주지 않는 수준까지

독성을 줄일 수 있다.

기타

저생분해성 중금속

독성/억제 예외적인 고부하

소각

화학적 산화

저부하 습식 산화

습식 산화

침전

이온 교환

추출

흡착

제거

증류

침투

완충지 생물학적 WWTP

폐수 배출

그림 2.7 OFC 현장의 폐수에 대해 일반적으로 적용되는 회수/저감 기술.


32

2.3.9 지하수 보호 및 방화수

[46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003년], *019A,I*

목표는 생산 운영의 장애와 물에 유해한 물질의 배출이 발생하지 않도록 하는 것이다. 지하수 보호를

위한 전략은 다음과 같은 세 가지의 주요 측면을 바탕으로 한다.

(1) 안정적이고 누수가 방지되는 시설

(2) 유출 및 방화수에 대한 적절한 저류량

(3) 적절한 모니터링 및 자격인력과 경보장치를 갖춘 장비의 제어.

유출, 세척에서 발생하는 세척수 또는 생산과 원료 운반 지역에서 발생할 수 있는 오염된 우수에 대

한 일반적인 조치에는 다음과 같은 것들이 있다.

• 밀봉된 라이너 또는 불침투성 페인트를 이용한 콘크리트 또는 아스팔트 바닥

• 제방으로 둘러싸인 지역 또는 생산 지역의 지하구조물

• 배출 전에 유기물 함량, pH 및 전도성을 위한 우수의 모니터링

• 방화수 및 오염된 우수에 대한 저류 연못

2.3.10 용제 회수

*019A,I*

용제 회수는 사업장내 또는 사업장외에서 실행될 수 있다. 그림 2.8에는 일반적으로 응용 처리 장치

가 나타나 있다.

용제를 회수 여부를 결정하는 요인은 다음과 같다.

• 공정 내부에서 재사용하기 위한 순도 요구조건(예: cGMP 요구조건)

• 상업적 재사용을 위한 순도 요구조건

• 예를 들어 혼합물이 공비혼합물을 형성하는 경우, 필수 순도에 도달하기 위한 정제 공정의 복잡성

• 용제 혼합물의 경우에 끓는 점 차이

• 분리 (work-up) 비용과 비교해 새로운 용제에 대한 구입비용

• 폐기물의 발생량

• 안전 요구조건

• 기타 예를 들어 cGMP에 따른 공정 변화 절차.

폐기물은 재사용 또는 회수할 수 있지만, 폐기 과정에 대해 많은 사항들을 생각해야 한다.


33

스트리퍼 액체-액체

추출법

새 용제 저장기지

저장기지에서 발생하는 폐용제, 용제 혼합물, 용제가 포함된 폐수

폐수 처리

분리 작업 여부에 따라

정제탑

주 증

류탑

그림 2.8 OFC 현장에서 용제를 회수하기 위해 일반적으로 적용되는 공정.

2.4 현장 관리 및 모니터링

2.4.1 배출원 목록 및 모니터링

[31, European Commission, 2003], *018A,I*, *006A,I*

배출원 목록

생산 특성(배치, 캠페인)으로 인해 배출원 목록은 환경의 관점에서 (뿐만 아니라) OFC 설비를 이해,

운영 및 개선하기 위한 실마리이다.

일반적으로 OFC 현장에서는 지금까지 발생된 폐기물의 확인 및 이후의 운명, 즉 공정, 회수, 저가 및

배출의 산출량에 대한 기록을 위한 시스템을 실행했다. 획득된 데이터 베이스를 개선 전략, 기관과의 통

신을 위한 도구(예: 애플리케이션) 및 기준서 요구조건을 수행하기 위한 도구로 사용하고 있다. 표 2.6에

는 관리 시스템의 주요한 부분에 대한 개요가 제시되어 있다.


34

배출원

공정 장비에서

반응기 및 응축기에서 발생하는 배출가스

촉매 회수에서 발생하는 배출가스

용제 회수에서 발생하는 배출가스

저장 및 처리에서 발생하는 배출가스

정화 통풍구 또는 예열 장비에서 발생하는 배출가스

안전 방출 장치에서 발생하는 배출

일반 환기 시스템에서 배출되는 배출가스

구내 또는 건물 내에 설치된 확산원 또는 비산원의 배출가스

표 2.6 배출원 목록 확립을 위한 일반적인 도구

도구 설명

현장 목록계획, 지도, 간략한 설명

시설의 개략적인 위치, 폐기물의 배출원, 수집 시스템, 표본

추출 시점

생산 매트릭스 배치/생산활동의 기록

폐수 목록

폐수 분석 각 폐수의 공정 관련 확인 및 특성 분류

다른 배출원에서 발생하는 폐기물 회수 시스템에서 발생하는 다른 폐기물의 확인 및 특징 분류

배출원 또는 배출 데이터배출원과 관련이 있고 허가서에 확정되어 있는 한계와 비교한

배출 데이터

물질수지

용제/VOCs 수지

고유해성 물질

중금속

COD 수지

환경 영향 평가

인터페이스 설비/환경의 물질 특성 분류 물질, 대량 흐름, 농도, 특성 (연속/단속적인) 환경 영향

인터페이스 설비/환경의 전체 배출

수 특성독성 수준

모니터링

배출원 목록은 주로 모니터링 데이터를 바탕으로 하지만 부분적으로는 계산 결과 및 추정치(생물학적

폐수처리 설비에서 발생하는 확산 배출물)를 바탕으로 한다. 매개변수 및 모니터링 빈도는 보통 허가서

에 확정되어 있다.

2.4.2 배출원 및 매개변수/오염물질에 대한 개요

2.4.2.1 폐가스 배출

[31, European Commission, 2003]

폐가스 배출은 도관 배출물과 비도관 배출물(확산 또는 비산)로 나눌 수 있다. 그림 2.7에는 주요 배

출원과 오염물질에 대한 개요가 제시되어 있다.

표 2.7 폐가스 배출물에 대한 배출원 및 오염물질 개요


35

기타확산 배출물

비산 배출물

오염물질

황 화합물 SO2, SO3, H2S, CS2, COS

질소화합물 NOR, N2O, NH3, HCN

할로겐 및 화합물 Cl2, Br2, HF, HCl, HBr

불완전 연소 생성물 CO, CxHy

휘발성 유기 화합물 VOCs, 할로겐화 VOCs

입자상 물질 먼지, 그을음, 알칼리, 중금속

기타 CO2

2.4.2.2 용제 및 휘발성 유기 화합물

[38, Moretti, 2001, 46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

휘발성 유기 화합물 (VOCs 지침에 따른 VOCs)은 293.15K에서 증기 압력이 0.01kPa 이상이거나 특정

사용 조건에 따라 상응하는 휘발성이 있는 유기 화합물이다.

VOCs 배출물질은 주로 용제의 사용으로 인해 발생하지만, 휘발성 원료, 중간체, 생성물 및 부산물에

서도 발생한다. 주로 VOCs 화합물군과 유기 미세화학물질 부문에서 공기 중으로 배출되는 배출물질의

분배율 사이 관계는 75페이지에 있는 그림 3.1에 제시되어 있다 [46, Ministerio de Medio Ambiente,

2003년]. 다른 배출 VOCs에는 CFC, 에테르, 유리산, 아민, 테르펜, 메르캅탄, 티오에테르, 니트릴, 페록

사실 나이트레이트 (PAN), 나이트로알칸, N, O 또는 S를 함유하는 질소방향족 및 다환고리화합물 등이

포함된다. 표 2.8에는 OFC 부문에서 사용된 몇 가지 유기 용제가 수록되어 있다 [60, SICOS, 2003].

표 2.8 OFC 부문에서 사용된 일부 용제

용제 구조 설명

메탄올 CH4O

톨루엔 C7H8

아세톤 C3H6O

에탄올 C2H6O

o-클로로톨루엔 C7H7Cl 할로겐화 R40

벤젠 C6H6 R45

트리클로메탄 CHCl3 할로겐화 R40

1,2-디클로로에탄 C2H4Cl2 R45

디클로로메탄(염화메틸렌) CH2Cl2 할로겐화 R40

디메틸포름아미드 C3H7NO R61

VOCs 지침

일부 활동 및 설비의 유기 용제 사용으로 인한 휘발성 유기 물질의 배출의 제한에 대한 위원회 지침

1999/13/EC에는 연간 50톤 이상의 용제를 소비하는 제약 회사에 대한 규정이 포함되어 있다(표 2.9).


36

주요 배출원

제품 처리에서 발생하는 모액

제품의 정제에서 발생하는 세척수

수증기 응축액

냉각수

배출가스 또는 연도 가스 처리(세정기)에서 발생하는 폐수

헹굼 및 세척 과정에서 발생하는 폐수

진공 발생에서 발생하는 오염된 물

기타 배출원용수의 조절, 보일러 급수 시스템에서 발생하는 유출, 냉각 사이클에서 발생하는 배출, 필터의

역세정, 실험실 및 시험 시설, 위생 폐수, 오염된 지표면에서 발생하는 우수, 매립지 침출수

오염물질

미반응 원료

생산 잔류물

보조물

중간 화합물

비의도적 부산물

관련 매개변수

일반 독성

유기물 부하전체 배출수 평가를 위한(WEA) COD/TOC, BOD,

생물학적 제거가능성, AOX (또한 EOX), 독성,

표 2.9 VOCs 지침의 의약품 제조에 대한 배출 한계값

공정폐가스의 배출 한계값

(ELV)

(용제 투입의)

비산 배출값 (2)

(용제 투입의) 전체 배출 한계값

(ELV)

신규 기존 신규 기존

의약품의 제조 20 (1) mg C/m3 5 % 15 % 5 % 15 %

(1) 회수 용제의 재사용이 허용되는 기술이 사용되는 경우, 배출허용기준은 150 mg C/m3이다.(2) 비산 배출허용기준에는 밀봉된 용기에 들어 있는 제품의 일부로서 판매된 용제는 포함되지 않는다.

화합물 배출 한계값임계치

(Threshold)

지침 67/548/EEC에 따른 회수에 대한

발암물질, 돌연변이 유발 물질 또는

독성물질로 분류된 VOCs

위해성 문구 R45, R46, R49, R60, R61를

이행하도록 지정되어 있거나 이행을 필요2 mg/m3 10g/h

할로겐화 VOCs 위해성 문구 R40를 지정 20 mg/m3 100 g/h

2.4.2.3 폐수 배출


표 2.10에는 폐수의 배출원, 가능한 오염물질 및 관련 매개변수에 대한 개요가 제시되어 있다.

전체 용량 중에서 모액 및 최초 세척수가 차지하는 비율은 10 – 30 %에 불과하지만, 오염 부하 중에

서 최대 90 %는 모액 및 최초 세척수가 원인이다. 독성/억제 및 생물학적 제거가능성 (bioeliminability)

은 생물학적 처리 설비의 기능 및 성능을 나타내는 핵심 매개변수이다.

표 2.10 폐수, 오염물질 및 관련 매개변수의 배출원에 대한 개요


37

잔류성,생물학적 축적, 구분에 대해서는 4.3.8.19절

참고.

무기물 부하 중금속, 암모니아성 질소, 무기성질소

개별 물질 용제, 우선 물질, POPs

기타 총인, 총질소, pH, 수력 부하, 온도

높은 부하의 원인

COD/TOC, BOD, AOX 유기 화합물, 수용성 또는 용해성

낮은 생물학적 제거가능성 2.4.2.4절 참고.

흡수성유기할로화합물 할로겐화 시작물질, 할로겐화 용제, 할로겐화 생성물

중금속반응 물질, 촉매로서의 중금속 또는 유기 화학물질에

결합된 중금속

2.4.2.4 유기 화합물질의 생분해성 및 제거

[27, OECD, 2003, 28, Loonen, 1999, 29, Kaltenmeier, 1990]

경험 법칙

생분해성 및 생물학적 폐수처리 설비의 특정 화합물에 대한 제거 정도는 예측이 어려우며, 이론적/수

학적 방법이 여전히 부정확하다는 부담이 있다. 하지만 몇 가지 경험 법칙을 통해 다음과 같은 사항들

을 확립할 수 있다.

• 지방족 화합물은 보통 쉽게 분해할 수 있다.

• 이종 (hetero) 원자(예: 고리 모양 에테르) 또는 할로겐 원자와 측쇄 또는 링이 있는 지방족 화합

물은 생분해성이 낮다.

• 간단한 방향족 화합물은 보통 쉽게 분해할 수 있다.

• –SO3H, –NO2 또는 –X 같은 작용기가 있는 방향족 화합물의 생분해성은 낮다.

• –NO2, –NH2, –COOH 및 특히 –SO3H 같은 작용기들은 제거정도를 낮춘다(높은 수용성).

그림 2.9 및 2.10은 방향족 화합물에 대한 이러한 규칙을 설명한다 [30, ESIS, 2003].

생분해성 시험 및 결과의 해석

표 2.11은 사용 중인 가장 공통적인 생분해 시험의 개요가 제시되어 있다.

쉬운 생분해성 시험은 고농도의 시험 물질 (2 ~ 100 mg/L)을 사용하는 호기성 조건의 스크리닝 시험

이며, 생분해율은 COD, BOD 및 CO2 같은 매개변수를 이용해 측정한다. 양성 결과는 대부분의 환경에

서 생분해가 빠르게 이루어지는 것으로 해석된다.

본질적인 생분해성 시험을 이용해 화학물질의 호기성 조건에서 생분해에 대한 가능성이 있는지 여부를

평가한다. 시험 절차는 때로 바이오매스의 적응을 포함해 시험 물질과 생분해성이 낮은 시험 물질을

각각 미생물 유기체와 생물량 비에 장시간 노출하며, 화학물질의 보다 광범위한 생분해를 관찰한다.

본질적 생분해 가능성에 대한 시험에서 음의 값은 환경적 잔류성 또는 억제 영향의 사전 결론으로 이어질


38

수 있다.

시험 결과 (ESIS 데이터베이스에서 뽑은 그림 2.9와 그림 2.10의 사례 및 공정수에 대한 표 4.27, 표

4.29, 표 4.34 참고)는 보통 제거율의 형태로 표시되며, 시험 조건(흡수 또는 분해 같은 영향을 고려해야

한다) 및 지속 시간(특히 결과를 산업용 하수도 처리 설비의 관리를 위한 결정 기준으로 사용하는 경우)

에 근거해서 해석해야 한다.

표 2.11 유기 화학물질의 생분해에 대한 선정된 시험 방법

시험 유형 방법 양성일 때 해석

손쉬운

생분해성

OECD 301 A Die-Away

OECD 301 B CO2 Evolution

OECD 301 C Modified MITI (I)

OECD 301 D Closed Bottle

OECD 301 E Modified OECD Screening

OECD 301 F Manometric Respirometry

“쉬운 생분해 가능”

본질적인

생분해성

OECD 302 A Modified SCAS

OECD 302 B Zahn-Wellens/EMPA

OECD 302 C Modified MITI (II)

OECD 302 D Draft Concawe

“특정 하수도 처리 조건에서 제거 가능”

그림 2.9 생분해성이 80 % 이상인 방향족 화합물의 예.

비율은 생분해성을 나타내며, 그 아래의 숫자 및 문자는 사용된 시험 방법과 관계있다(표 2.11 참고).


39

그림 2.10 생분해성이 80 % 이하인 방향족 화합물의 예.

*비율은 생분해성을 나타내며, 그 아래의 숫자 및 문자는 사용된 시험 방법과 관계 있다(표 2.11 참고).

2.5 단위 공정 및 관련 작업

2.5.1 N-아실화

[6, Ullmann, 2001, 9, Christ, 1999, 16, Winnacker & Kuechler, 1982] *010A,B,D,I,X*

또한 N-아실화에서 발생하는 폐기물의 환경 문제 및 처리에 대해서는 4.3.2.1절을 참고한다.

N-아실화는 염소화, 나이트로화 또는 술폰화를 실행하기 전의 아닐린계 아미노 그룹의 보호를 위한

보편적인 반응이다. 아릴라이드(아세토아세트산의 아미드)는 예를 들어 유기 안료를 위한 중요한 중간체

이다.

화학 반응

가장 중요한 N-아실화를 위한 시약은 다음과 같다.

• 아세트산

• 무수 아세트산, 기타 카르복실산 무수물

• 디케텐

• 아세토아세틱 에스테르


40

• 아세트산 염화물, 기타 할로겐화 아실

• N-카르복시 무수물

이 물질들은 다음과 같은 치환에 따라 작용한다.

R’–NH2 + X–CO–R → R’–NH–CO –R + HX

여기서 HX는 방출된다. HX는 예를 들어 H2O, CH3COOH, C2H5OH, HCl 등이 될 수 있다(디케텐

(diketene)에 대해 발생하는 반응은 첨가반응이다).

조작

그림 2.11은 N-아실화에 대한 일반적인 조작 순서 및 일반적인 폐기물을 나타낸다. 아민과 아실화제

의 등몰량은 일반적으로 H2O나 희석된 아세트산에서 용해(아세토아세트산 에스테르의 경우에는 크실렌

이 자주 사용된다)되어 가열된다. 반응수 또는 아세트산 또는 에탄올 및 용제가 증류되어 사라지고, 생

성물은 직접적으로 얻게 되거나 (때로는 염석을 통한) 결정화 및 여과 다음에 얻게 된다.

아민아세트산

무수 아세트산디케텐

아세토아세틱 에스테르

염

N-아실화 증류

결정화/염석

여과 모액

H2OCH3COOHC2H5OH용제

제품

그림 2.11 조작의 일반적인 순서와 N-아실화에서 발생하는 관련 폐기물.

2.5.2 할로겐화 알킬을 이용한 알킬화

[6, Ullmann, 2001, 15, Köppke, 2000]

또한 할로겐화 알킬을 이용한 알킬화에서 발생하는 폐기물의 환경 문제 및 처리에 대해서는 4.3.2.2절

을 참고한다.

할로겐화 알킬을 이용한 알킬화는 산업용 화학에서 주로 의약품 또는 농업용 화학물질의 합성을 위한

중요한 반응 단계이다. 일부 자주 사용되는 할로겐화 알킬은 염화메틸, 요오드화 메틸, 염화에틸, 염화

이소프로필, 삼차 부틸 염화물 및 염화 벤질 등이다.


41

화학 반응

다음의 반응식은 염화메틸을 이용한 메틸화의 예를 나타낸다.

(1) R–NH2 + 2CH3Cl + 2NaOH → R–N(CH3)2 + 2NaCl + 2H2O

(2) R–N(CH3)2 + CH3Cl → R–N(CH3)3 + Cl-

부가 반응: 부가 반응의 영향은 개별적으로 검토해야 하지만, 일반적으로는 저할로겐화 알킬의 사용을

통해 다양한 예를 들어 다음과 같은 다양한 저분자 화합물의 형성으로 이어진다.

CH3Cl + NaOH → CH3OH + NaCl

CH3OH → CH3–O–CH3 + H2O

조작

알킬화 반응은 특성상 다양하기 때문에, 그러한 반응을 실행할 수 있는 보편적인 반응은 없다. 각 화

합물의 생산을 개별적으로 고려하면서 화학, 엔지니어링 및 경제적 요인을 고려해야 한다.

2.5.3 응축

[6, Ullmann, 2001, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 62, D1 comments, 2004]

또한 응축에서 발생하는 폐기물의 환경문제 및 처리에 대해서는 4.3.2.3절을 참고한다.

응축은 산업용 유기 화학에서 광범위하게 적용된 반응 유형을 대표한다. 일부 사례로는 방향족 아조

화합물 및 폴리 아조 화합물(염료 및 안료를 위한 중간체)의 생산 또는 헤테로 고리화합물(예, 피라졸론,

인돌, 트리아졸, 피리미딘, 티아졸)을 생산하기 위한 고리 닫힘이 있다.

화학 반응

응축 반응의 공통적인 특징은 예를 들어 다음과 같이 반응 물질이 짝을 이루는 동안 H2O 또는 NH3

같은 분자의 방출이다.

R–COOH + R’–NH2 → R–CO–NH–R’ + H2O

H2O의 제거는 생성물을 촉진하기 위한 반응의 평형 상태 이동에 핵심이다.

조작

응축 반응은 특성상 다양하기 때문에, 그러한 반응을 실행할 수 있는 보편적인 반응은 없다. 각 화합

물의 생산을 개별적으로 고려하면서 화학, 엔지니어링 및 경제적 요인을 고려해야 한다.


42

2.5.4 디아조화 반응 및 아조 결합

[6, Ullmann, 2001, 19, Booth, 1988, 46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003, 51, UBA, 2004]

또한 디아조화 및 아조 결합에서 발생하는 폐기물의 환경 문제 및 처리에 대해서는 4.3.2.4절을 참고

한다.

디아조화 및 아조결합 반응은 원료의약품의 제조에 중요하며, 아조 염료 제조의 필수적인 반응이다.

아조 염료는 모든 상업용 유기 염료의 50 % 이상을 차지하는 주요 착색제군이다. 또한 디아조화 다음에

는 히드라진 형성, 잔트마이어 반응 및 아조 이중 결합 환원 같은 공정들이 이어질 수 있다.

디아조 및 결합 성분은 할로겐화 될 수 있으며, 폐수의 흡수성유기할로화합물 부하에 영향을 줄 수

있다. 흔히 아조 결합에는 금속 착염 염료를 생성하기 위해 중금속을 포함하는 중간 금속 처리 단계가

포함된다.

화학 반응

디아조화는 0 ℃ 에서 보통 수용성 무기산 용액에서 이루어지는 1차 아릴아민과 아질산염의 반응이며,

반면에 아민은 대응하는 디아조늄 화합물로 변환된다.

산 농도가 높지 않을 경우에는 디아조아미노 화합물인 Ar–N=N–HN–Ar가 형성될 수 있기 때문에 약염기성

아릴아민은 보다 높은 산 농도(잉여 NO2- )를 필요로 한다. 농축 산(예: 농축 황산)을 사용하는 다른 이유는

약염기성 아릴아민의 디아조늄 화합물이 희석 산에서 쉽게 가수분해 될 수 있다는 사실 때문이다.

그림 2.12 디아조화 반응 및 아조 결합.

아조 결합 반응은 디아조늄 화합물과 결합 성분인 RH의 친전자성 치환 반응이다. 최적의 반응 순서를

유지할 수 있도록, pH는 알칼리나 완충제를 추가해 일정하게 유지해야 한다.

결합 성분: 페놀, 나프톨 및 아민

부가 반응: 디아조 아미노 화합물의 형성

디아조염의 분해에 의한 페놀화합물의 형성

이성질체 형성

출발 물질에 포함된 이성질체의 가공.

조작

그림 2.13에는 염료 제조 과정에서 디아조화 및 아조 결합의 일반적인 순서가 나타나 있다.


43

디아조화 반응기의 아릴아민(디아조 구성요소)의 용액 또는 부유물에 아질산나트륨을 넘칠 정도로 추

가한다. 반응은 얼음을 추가하거나 염수를 이용해 냉각해 0 °C까지 낮춘다. 별도의 탱크에서 결합 성분

이 물과 알칼리 속에서 용해된다. 두 용액은 여과를 통해 정제하거나 결합 용기에 추가한다. 추가 순서

는 구체적인 사례에 따라 다르며, 정밀한 반응 조건 (pH, 온도)은 알칼리나 얼음을 추가하여 맞춘다.

(SiO2, Al2O3 또는 활성탄에 대한 여과를 통한) 반응이 끝나면 반응을 하지 않은 아민과 염분, 수지와

같은 부산물이나 오일 성분이 있는 부산물을 제거하기 위해 정제를 한 후 (보통은 염석 또는 pH 변화

를 통한) 제품의 침전, 여과, 세척, 용해 및 예를 들어 표준화된 염료를 생산하기 위한 분무 건조 등을

해야 할 수도 있다. 대안으로 즉시 반응 혼합물이 압력 투과 (4.2.26절 참고)를 통과한 다음, 예를 들어,

벨트, 스핀 플래시, 분무 또는 오븐 건조 작업이 이어진다.

디아조화

용해

여과

HCl

결합 성분:Alkali, H2O

1차 아민NaNO2,

HCl, H2O,얼음

알칼리, 완충재얼음

염분

H2O

H2O

여과

아조 결합

침전

여과

세정

용해

건조

제품

분무 건조

침투

모액

침투

세척수

그림 2.13 디아조화 및 아조 결합을 위한 일반적인 조작 순서.

가능한 투입 물질(좌측) 및 관련 폐기물(회색 배경)


44

2.5.5 에스테르화

[6, Ullmann, 2001]

유기 에스테르는 경제적으로 상당히 중요하다. 에스테르는 친유성과 소수성이 높고 극성이 낮기 때문

에 용제, 추출용매 및 희석액으로 널리 사용된다. 에틸 아세테이트는 가장 흔한 기술적 용제이다. 대량

의 에스테르, 특히 프탈레이트, 아디프산계 및 지방산 에스테르가 가소제로 사용된다. 좋은 냄새가 나는

에스테르는 방향제, 향신료, 화장품 및 비누 등에서 사용된다. 에스테르는 다양한 유도체로 전환될 수

있으며, 예를 들어 비타민이나 의약품의 합성에서 유용한 중간체이다.

화학 반응

지금까지 알려진 카르복실산 에스테르의 생산 방법은 아주 다양하지만, 가장 간단하면서도 가장 흔한

에스테르화 방법은 카르복실산과 알코올의 반응인 탈수반응이다.

그림 2.14 공통적인 에스테르화.

에스테르화는 가수분해반응의 역방향으로 평형 반응에 이르며, 이러한 점이 정량적 에스테르화가 생성

물 중의 하나, 즉 에스테르 또는 물을 연속적으로 제거하는 경우에만 가능한 이유이다. 에스테르 교환반

응의 경우에는 물 대신에 알코올이 방출된다.

적절한 촉매는 황산, 염산, p-톨루엔술폰산 같은 아릴술폰산 및 클로로 황산 등이다. 인산, 폴리인산

및 산 혼합물 등도 권장된다. 산이 고체 지지체에서 흡착되는 경우에는 에스테르화를 연속 공정의 형태

로 실행할 수 있다.

보통 물의 제거에는 첨가제를 추가하는 과정이 포함되며, 이 작업을 통해 상대적으로 끓는점이 낮고

수분 함유량이 높은 공비혼합물(보통 톨루엔, 크실렌, 클로로 헥산, 드물게 벤젠 또는 CCl4)을 형성한다.

조작

반응은 일반적으로 물이 완전히 분리될 때까지 반응 혼합물을 환류하는 방법으로 실행된다. 물이나

에스테르는 증류를 통해 평형 상태에서 제거된다. 물은 보통 알코올이나 첨가제를 이용해 공비혼합물을

증류하는 방법으로 제거한다. 응축 후에는 공비혼합물이 수상 및 유기상으로 분리되며, 첨가제 또는 알

코올은 반응 혼합물로 재활용된다. 특정 경우에는 벤젠이나 톨루엔 같은 보조 용제를 첨가해 유기상으로

분리되도록 한다.

많은 에스테르는 배관, 증류탑 또는 플레이트 기둥을 이용해서 연속적으로 생산된다. 특히, 이온교환

수지는 연속 공정에서 사용하는 촉매로 적합하다. 반응 물질은 고체 촉매를 통과하거나 위로 지나가며,

촉매를 분리하거나 중화할 필요는 없다.


45

보조 용제상분리

반응수, 용제,

알코올첨가제

에스테르화산,

알코올, 촉매,

첨가제

제품

그림 2.15 에스테르화를 위한 일반적인 조작 순서.


환경 문제

표 2.12에는 에스테르화에서 발생하는 폐수에 대한 몇 가지의 사례 데이터가 제시되어 있다. 그림

2.16에는 응용 저감 기술이 나타나 있다.

표 2.12 에스테르화에서 발생하는 폐수에 대한 사례 데이터

폐수 속성

유기 에스테르의 생물학적 제거가능성

BOD5 mg/L7일 후의 DOC 제거 (%)

(정적 시험) 참조

메틸아세테이트 500 >95

[6, Ullmann, 2001년]

에틸아세테이트 770 >90

비닐아세테이트 810 >90

부틸아세테이트 1,000 >95

2-메톡시에틸아세테이트 450 100

2-부톡시에틸아세테이트 260 100

2-(2-부톡시에톡시)

에틸 아세테이트380 100

아세토아세트산 메틸 940 100

아세토아세트산 에틸 780 >90

n-부틸 글라이콜산 570 93

크로톤산 메틸에스테르 1,050 >95

디메틸아세틸 숙신산 1,100 >95

디에틸아세틸 숙신산 1,070 >95

디메틸 말레인산 20 100

모노메틸 말레인산 150 >95

디에틸 말레인산 200 >90

디부틸 말레인산 630 99

디 (2-에틸헥실) 말레인산 1,450 100

메틸-3-아미노 벤조에이트 10 95

메틸-4-하이드록시 벤조에이트 1,080 100

메틸-4-하이드록시페닐 아세테이트 320 98


46

폐가스

물

세정기소각

재사용

용제 알코올 첨가제

반응수 폐수 처리

용제 회수

폐수

그림 2.16 에스테르화에서 발생하는 폐기물에 대해 응용 저감 기술.

2.5.6 할로겐화

[6, Ullmann, 2001, 15, Köppke, 2000, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 18, CEFIC, 2003]

또한 할로겐화에서 발생하는 폐기물의 환경 문제 및 처리에 대해서는 4.3.2.5절을 참고한다.

할로겐화는 화학에서 가장 중요한 다목적 공정이다. 산업분야에서는 여러 가지 반응성 및 브롬, 요오

드 및 플루오르에 대한 가격 상승으로 인해 염소화가 우세하다.

측쇄 염소화 알킬 방향족, 특히 핵 할로겐화 방향족은 물론이고 톨루엔과 자일렌을 기반으로 하는 것

들은 염료, 플라스틱, 의약품, 향신료, 방향제, 농약, 촉매 및 억제제를 포함해 거의 모든 종류의 화학제

품의 제조에서 화학적 중간체의 역할을 하기 때문에 유기 정밀 화학에서 각광받고 있다.

브롬화는 안트라퀴논 화학 및 유기 난연제의 제조에서 핵심적인 공정이다.

고 할로겐화 방향족 탄화수소

특히 고 할로겐화 된 벤젠, 톨루엔 및 비페닐의 환경 측면의 잔류성의 결과로, 최근 몇 년 동안 이러

한 화학물질에 대해 생산 및 사용에 대한 금지와 제한 및 폐기물 처리를 규제하는 법률 같은 극단적인

조치들이 적용되었다. 염소화 공정의 가능한 부가 반응으로 인해 폴리클로리네이티드 바이페닐 또는 헥사

클로로벤젠이 형성될 수 있다. 염소를 함유하는 방향족의 연소는 폴리클로리네이티드 다이벤조 다이옥신/

퓨란 (PCDD/PCDF)의 형성 원인이 될 수 있다.


47

화학 반응

이러한 화학물질들은 방향족 핵 및 지방족의 대체에서 산업적인 용도와 주요한 관련성이 있다. 두 가

지 경우 모두 수소는 할로겐 (X)으로 치환되며, 관련 할로겐화수소가 생성된다.

R–H + X2 → R–X + HX

Ar–H + X2 → Ar–X + HX

두 가지 반응은 모두 발열성이다. 하지만 지방족 치환은 자외선(수은등을 이용한 조사)을 통해 개시되

는 라디컬 연쇄 메커니즘 다음에 이어지는 반면에, 방향족 핵의 할로겐화는 Friedel-Crafts 촉매(즉 FeCl3,

AlCl3 같은 루이스산)가 뒷받침하는 친전자성 메커니즘을 기반으로 한다.

일반적으로 이성질체 또는 화합물과 다른 정도의 할로겐화의 혼합물이 얻어지게 되며, 대체 매커니즘

에 이어지는 부가 반응은 완전히 억제할 수 없다. 제품 혼합은 방향족/할로겐 비율, 반응 조건 및 촉매

의 선정에 따라 다르다.

현재는 광범위한 유기 용제 및 수용성 용제가 사용되고 있으며, 특히 할로겐화를 위해서 테트라클로로

메탄, 테트라클로로에탄, 디클로로벤젠 및 트리클로로벤젠이 권장된다 [6, Ullmann, 2001].

브롬은 현장에서 브롬화수소로부터 염소를 이용해 발생되는 경우 방향족 치환 반응에서 효과적으로

사용된다.

ArH + HBr + Cl2 → ArBr + 2 HCl

다른 접근법은 알코올을 용제로 사용해 부산물 HBr과 알코올의 반응을 통해 경제적으로 유용한 브롬

화 알킬을 공동 생산하는 것이다. 결과물인 브롬화메틸을 훈증제로 널리 판매할 수 있기 때문에 메탄올

은 최상의 용제이다.

톨루엔의 측쇄 염소화

측쇄 염소화는 염화 벤질 유사체, 벤질 다염화물 및 벤질 트리염화물을 생성하기 위해 특히 톨루엔에

적용된다. 이 반응은 라디칼 연쇄메커니즘 이후 HCl이 생성되는 염소화 반응이 이어진다. 공정에서는

주로 톨루엔/염소 비율에 따른 제품 혼합물과 함께 세 가지 제품 모두의 혼합물이 산출된다.


48

열/빛 열/빛

열/빛

그림 2.17 톨루엔 유도체의 측쇄 염소화.

가능한 부가 반응에서는 다음의 반응식에 나타난 바와 같이 폴리클로리네이티드비닐 또는 헥사클로로

벤젠이 생성될 수 있다.

2ClnC6H5-n–CCl3 + Cl2 → ClnC6H5-n–C6H5-nCln + 2CCl4

Cl2C6H3–CCl3 + 4Cl2 → C6Cl6 + CCl4 + 3HCl

다음의 공통적인 단계는 알칼리 또는 산처리제를 이용해 얻은 생성물을 벤즈알데하이드 유사체 또는

염화벤조일의 가수분해를 통해 얻는 생성물이 부분적으로 가수분해 되는 것이다.

조작

그림 2.18에는 증류 가능한 제품에 대한 할로겐화를 위한 일반적인 조작 순서가 나타나 있다. 그림

2.19에는 제품의 할로겐화 침전을 위한 일반적인 조작 순서가 나타나 있다.


49

유기물질 투입, X2,

AlX3

할로겐화

증류

제품

VOCs, HHC, HX, X2

VOCs, HHC, HX, X2 증류 잔류물, 비의도적 부산물

그림 2.18 증류가 가능한 제품에 대한 할로겐화를 위한 일반적인 조작 순서.


방향제, X2, AlX3, 수용성 또는

유기 용제

할로겐화

침전

여과

제품 세척

고형 제품

물

VOCs, HHC, X2, HX

모액(수용성 또는 유기)

세척수

그림 2.19 제품의 침전을 이용한 할로겐화를 위한 일반적인 조작 순서.


일반적인 배치 반응에서는 할로겐을 교반 방향족 또는 교반 방향족 용액에 첨가한다. 반응기 재료는

반응 물질 및 선정된 반응 메커니즘에 따라 다르다. 발열성 반응은 반응기 냉각 시스템의 냉동 용량에

따라 다른 할로겐 첨가율로 조절된다. 온도 조건의 선정은 방향족의 반응을 기준으로 한다. 반응이 완료

되면, 질소를 이용해 불순물 제거 공정이 실행된다. (예를 들어 냉각 또는 물 첨가를 통해) 제품이 증류

또는 침전되며, 그 결과 발생하는 슬러리를 여과, 세척 및 건조한다.

대부분의 측쇄 염소화는 예를 들어 루프 방식의 에나멜 또는 유리재질의 기포탑 반응기에서 연속적

또는 불연속적으로 실행된다. 반응기는 출발 물질로 채워져 최소한 80 ℃까지 가열되며, 원하는 정도의

염소화에 도달할 때까지 염소를 넣는다. N2를 주입하면 반응이 정지된다. 염소화의 정도가 서로 다른 제


50

품들은 증류를 통해 분리되어 직접 판매되며, 관련 벤즈알데하이드 또는 벤조산/염화벤조일을 생성할 수

있도록 가수분해되거나 추가 염소화를 위해 사용된다.

2.5.7 나이트로화

[6, Ullmann, 2001, 15, Köppke, 2000, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 18, CEFIC, 2003, 46,

Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

환경 문제 및 폐기물의 처리에 대해서는 4.3.2.6절을 참고한다.

액상 나이트로화는 일반적으로 고성능 폭발물의 제조에 사용되는 주요한 단계이며, 염료, 농약, 의약

품 또는 다른 미세 화학물질을 위한 광범위한 방향족 중간체의 생산에 중요하다. 일반적인 나이트로화

반응은 발열성이 높으며, 따라서 안전한 반응 모드를 위해서 반응 물질이 축적되지 않도록 하기 위한 예

방 조치와 함께 적정량을 조절한 공정이 필수적이다. 일반적인 나이트로 방향족 생산은 원료의 원가가

전체 비용의 80 % 이상인 고수율 공정을 기준으로 한다. 모든 효율적인 나이트로화의 필수적인 요구조

건은 황산 회수 및 이성질체 제어와 분리이다. 중요한 나프탈렌 모노술폰산 및 디술폰산의 나이트로화는

보통 형성된 술폰화 물질을 이용해 수행된다. 대표적인 원료로는 폐수의 흡수성유기할로화합물 부하에

영향을 줄 수 있는 할로겐화 방향족이 있다.

화학 반응

나이트로화는 수소 원자의 친전자성 치환 방법으로 1개 이상의 질소 그룹을 방향족 시스템에 비가역

적으로 도입하는 것이다. 질산염을 생성하기 위한 o–나이트로화와 나이트로아민을 생성하기 위한 N–나이트로화는 방향족 화합물에 대해서는 훨씬 중요성이 떨어지지만, 폭발물의 제조와 관련성이 있다.

그림 2.20 방향족 화합물의 나이트로화 반응.

나이트로화는 보통 질산 및 황산(혼합산)과의 액상 반응 과정에서 이루어지며, 때로는 질산과의 반응

과정에서 이루어진다. 예를 들어 단일 나이트로화 반응을 위한 일반적인 혼합산은 질산 20 %, 황산 60

%, 및 물 20 %로 구성된다(이 구성 비율은 20/60/20 혼합산으로 표시한다). 혼합산의 세기와 온도는 필

요한 이성질체의 형성을 극대화하기 위해 변경할 수 있다. 혼합산의 세기가 세고 온도가 높을수록 산화

부가 반응이 된다. 중요한 부가 반응은 페놀 부산물로 이어진다.

조작

그림 2.21에는 방향족 화합물의 나이트로화, 가능한 투입 물질 및 관련 폐기물에 대한 일반적인 조작

순서가 나타나 있다. 반응은 주철, 스테인리스 스틸 또는 에나멜 도금 연강 반응기에서 이루어진다. 온

도는 보통 25 – 100 ℃이다. 기질은 황산 단계에서 용해되며, 그 다음으로 혼합산이 추가된다. 반응이


51

끝나면, 배치가 물속으로 전달되어 희석산의 2상 혼합물과 유기성 제품 층을 생성한다.

상분리가 끝나면, 증류를 통해 액상 제품은 정제된다. 유기 화합물 회수를 위하여 투입 재료와 함께

잔류 산을 추출한다. (필요할 경우 냉수를 첨가해) 고형 제품을 결정화한다. 미정제된 질소방향족은 물

과 희석한 NaOH로 세척해 산과 페놀 부산물을 제거한다. 품질 요구사항에 따라, 물이나 유기 용제에서

재결정화를 할 수도 있다. 이성질체 분리는 결정화, 세척 또는 증류 단계 내에서 실행된다.

나이트로화유기물질 투입,

H2SO4, HNO3

NOX, SOX, VOCs

물 침전상분리

모액(수용성 단계)

여과 모액

물, NaOH 제품 세척 세척수

물 또는 유기 용제

용해 및 여과

재결정화증류 증류 잔류물,

비의도적 이성질체

여과 제2여과액

고형 제품 액상 제품

그림 2.21 나이트로화를 위한 일반적인 조작 순서.


2.5.8 나이트로화 알코올의 제조

[46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003], *026E*

그림 2.22에는 나이트로화 알코올, 예를 들어 나이트로글라이콜 또는 나이트로셀룰로오스의 제조를 위

한 일반적인 구성이 나타나 있다.


52

나이트로화

l 산 혼합물을 이용한 연속 공정

l 온도 제어

l 비CFC 냉각 가스를 이용한 0 ℃ 이하 냉각

정제

l 보조 화학물질을 첨가하지 않고 원심 분리를 이용한 산 폐기물의 분리

l 알칼리 용액을 이용해 제품 세척

l 비할로겐화 용제를 이용한 e-결정화

용제 회수

주입구 및 배출구 사이의 열교환을 포함해 증류를 통한 용제 회수

폐수 처리

l 폭발물 흔적의 씻기

l 증발 또는 사업장내 생물학적 처리 또는

l 도시하수와 공동 처리

산 폐기물 처리

H2SO4의 첨가를 통한 연속 증류

폐가스 처리

물이나 알칼리 용액 또는 희석된 HNO3을 이용한 세정

판매

55 % w/w 질산 또는 액비

판매

증발 후의 농도(비료)

재사용.

나이트로화를 위한 HNO3 >98 %

판매

약 70 % w/w의 H2SO4

그림 2.22 나이트로화 알코올의 제조를 위한 일반적인 구성.

폐 폭발물

폐 폭발물은 경사분리기 및 설비의 세척 과정에서 얻어진다. 일부 폐 폭발물은 생산 장비가 오작동을

하면서 생산될 수도 있다. 기타 폭발성 폐기물은 쓸모가 없어진 제품, 즉 고객에게 필요가 없는 제품에

서 발생한다. 모든 종류의 폐 폭발물은 적절한 용기에 포장한 후 인가된 설비에서 소각 또는 폭발 방법

으로 분해한다. 폐 폭발물의 연소는 2차 봉쇄 장치가 갖춰진 처리 구역에서 실행해 폐기물 처리업자가

재를 수거해 폐기할 수 있도록 한다.

2.5.9 무기 작용제를 이용한 산화

[6, Ullmann, 2001, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 43, Chimia, 2000, 44, Hörsch, 2003]

산소 분자를 이용한 반응은 선택성이 크게 떨어지고 일반적으로 훨씬 많은 투자가 요구되어 제품에

따라서는 경제적으로 연 약 10,000톤 이상의 용량에 해당하는 비용을 들여야 한다는 사실 때문에, 무기

성 시약을 이용한 화학적 산화는 산업적으로 여전히 중요한 방법이다.

개요

표 2.13에는 적절한 산화제, 관련 부산물 및 다른 특성을 선정하는 과정에서 중요한 몇 가지 양상에

대한 개요가 제시되어 있다. CrO3와 MnO2의 경우, 흔히 부산물이 생성된다 [99, D2 comments, 2005].


53

표 2.13 무기성 시약을 이용한 산화의 개요

시약 표적 분자 부산물 대표적인 용제/다른 측면

CrO3 “크롬산” 벤조산, 벤즈알데하이드 Cr2O3 아세트산, 무수 아세트산

KMnO4 벤조산, 벤즈알데하이드 MnO2

MnO2 벤즈알데하이드 Mn2+ 수용성 H2SO4

HNO3 벤조산 NOX

산소를 이용한

NO→HNO3의 현장 회수

NaOCl 스틸벤류 NaCl

Cl2Sulphones, sulphochlorides,

chloranilHCl

환경 문제

표 2.14에는 산화에서 발생하는 폐기물에 대한 몇 가지의 사례 데이터가 제시되어 있다. 주요한 환경

문제는 다음과 같다.

• VOCs, NOX 또는 HCl를 함유할 가능성이 있는 배출가스

• 중금속이 함유되어 있는 고체 작용제 부산물

• Cl2 또는 NaOCl를 사용할 때 고부하 유기 부산물 및 중금속, 높은 흡수성유기할로화합물 부하를

함유할 가능성이 있는 모액

표 2.14 산화에서 발생하는 폐기물에 대한 사례 데이터

폐수 속성

크롬산을 이용한 3-피콜린의 산화 [43, Chimia, 2000]

무기 잔류 고형물 Cr2O3 1.7 – 2.0톤/제품 1톤

KMnO4을 이용한 3-피콜린의 산화 [43, Chimia, 2000]

무기 잔류 고형물 MnO2 4.0톤/제품 1톤

4,4’ Dinitrostilbene - 2,2’ 디술폰산의 제조 [44 Hörsch, 2003]

모액

COD: 28,400 mg/L

AOX: 230 mg/L

BOD28/COD: 0.04

2.5.10 포스겐화

[45, Senet, 1997]

농약, 의약품, 염료 및 중합 개시제를 제조하는 과정에서 매년 약 300,000톤의 포스겐이 사용된다. 포

스겐은 보통 카르보닐 기능을 도입하기 위한 지지체 또는 예를 들어 염소화나 탈수소 반응을 위한 시약

으로 사용된다.

화학 반응

포스겐화는 다음과 같은 조건에 따라 친핵성 또는 Friedel-Crafts 관련 메커니즘 다음에 이어진다.


54

R–H + COCl2 → R–COCl + HCl

추가적인 염소화나 탈수소 반응시약의 사용은 화학당량의 CO2 생성이 동반된다.

조작

포스겐화 반응은 특성상 다양하기 때문에, 그러한 반응을 실행할 수 있는 보편적인 반응은 없다. 따라

서 각 화합물의 생산을 개별적으로 고려하면서, 화학, 엔지니어링 및 경제적 요인을 평가해야 한다.

안전 문제

포스겐화 반응의 주요 안전 측면은 포스겐의 높은 독성과 관련이 있다. 표 2.15에서는 포스겐을 다른

독성 가스와 비교하고 있다.

표 2.15 일부 독성 가스의 비교

가스 후각 식별 L (CT) 0 - 30분 노출

ppm

포스겐 1.5 10

염소 1 873

일산화탄소 없음 4,000

암모니아 5 30,000

이러한 높은 독성으로 인해, 산업적인 차원에서 포스겐을 취급 및 저장하는 것은 주요한 위험 요인으

로 엄격하게 통제해야 하며, 포스겐을 취급 및 저장하는 현장은 취급하는 포스겐의 양에 따라 위험 물질

이 포함된 주요 사고 위험의 통제에 대한 위원회 지침 96/82/EC 체제(지침 2003/105/EC에 따른 최종

변경)의 통제를 받을 수 있다. 따라서 전문 기업의 주문 합성 서비스가 이 분야에서 공통적인 관행이다.

포스겐의 취급으로 인해 발생하는 위험을 제한하기 위한 조치에 대해서는 4.2.30절을 참고한다.

2.5.11 방향족 나이트로 화합물의 환원

[6, Ullmann, 2001, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 19, Booth, 1988]


산업적인 용도에서 가장 중요한 환원 공정 중의 하나가 방향족 나이트로 또는 디나이트로 화합물을

아릴아민 또는 아릴렌 디아민으로 변환하는 것이다. 방향족 아민은 특히 아조 염료, 안료 및 광택제를

위한 중간체 및 사진 관련 화학물질과 농약을 위한 중간체로 또한 이소시아네이트를 통해 폴리우레탄을

위한 중합에서 널리 사용되며, 산화방지제로도 널리 사용된다. 환원방법 중에서 주로 유기 정밀 화학과

관련이 있는 방법은 다음과 같은 세 가지가 있다.

• 보편적인 가용성 때문에 산업적으로 극히 중요한 촉매 수소화. 대부분의 공정이 촉매수소화를 이

용해 실행될 수 있다.

• 고전적인 방법인 철을 이용한 Béchamp와 Brinmeyr 환원


55

• 디나이트로 화합물에서 나이트로 아민을 제조하는 것, 나이트로페놀의 환원, 나이트로안트라퀴논의

환원 및 대응하는 나이트로아조 유도체에서 아미노아조 화합물의 제조와 같이 특수한 경우에 선택

할 수 있는 방법인 알칼리 황화물 환원

세 가지 방법은 또한 할로겐화 된 나이트로 화합물에도 적용될 수 있으며, 따라서 폐수의 흡수성유기

할로화합물 부하에 영향을 줄 수 있다.

2.5.11.1 수소를 이용한 촉매 환원

화학 반응

나이트로화합물의 촉매환원은 매우 강력한 발열반응으로 이러한 위험을 줄일 수 있도록 나이트로화합

물의 농도와 수소의 양 및 부분압, 온도, 촉매의 활동성을 통제한다.

촉매

그림 2.23 방향족 나이트로 화합물의 촉매 환원.

대부분의 방향족 화합물은 액상에서 할로겐화된다. 이런 경우에는 압력과 온도를 별도로 바꿀 수 있다.

온도는 170 – 200 ℃에서 발생되는 방향족 고리의 수소화 반응으로 제한할 수 있다.

보통은 100 – 170 ℃에서 환원이 실행된다. 민감한 화합물은 낮은 온도 (20 – 70 ℃) 또는 낮은 압력

(1 – 50 bar)에서 수소화된다. 보통은 1 – 50 bar가 사용된다.

공정 위험

나이트로 화합물의 촉매 환원은 발열성이 강하다. 이러한 열이 적절하게 분산되지 않으면, 특히 클로로

나이트로 화합물의 경우처럼 나이트로 화합물의 열분해나 응결 반응이 시작되는 경우에 분해 및 폭발이

발생할 수도 있다. 용제가 없는 액상의 방향족 폴리나이트로 화합물에 대한 산업용 수소화는 특히 주의

를 기울여야 한다. 이러한 위험을 줄일 수 있도록, 나이트로 화합물의 농도와 수소의 양 및 부분적인

압력, 온도, 촉매의 활동성 등을 통제한다. 나이트로 화합물은 소량을 연속적으로 첨가하므로 농도를 2 %

이하로 유지한다. 환원수를 첨가해 연속적인 증발을 통해 반응열을 제거하고 촉매의 활동 속도를 늦출

수 있다.

선호되는 용제는 메탄올과 이소프로판올이며, 또한 다이옥산, 테트라히드로퓨란과 N-메틸피롤리돈을

사용한다. 톨루엔 같은 비수용성 용제를 이용한 수소화에서는 무용제 수소화의 경우처럼 물을 제거해서

촉매의 활동성을 유지해야 한다. 아민의 수용성이 좋은 경우는 물을 용제로 사용한다. 물은 또한 나이트

로 화합물이 나이트로카르보닉산 또는 술폰산을 포함한 경우와 같이 알칼리가 포함된 수용성 염분을 형


56

성하는 경우에도 사용할 수 있다. 실제로 상대적으로 저렴한 비용 때문에 레이니 니켈, 레이니 니켈–철,

레이니 코발트 및 레이니 구리만 순수 금속 촉매로 사용된다. 백금 (Pt) 및 팔라듐 (Pd) 같은 귀금속 촉

매는 일반적으로 활성탄, 실리카, 산화 알루미늄 또는 알칼리토 탄산염 같이 표면이 넓은 지지체에서

0.5 – 5 wt-%의 농도로 사용된다.

조작

다양한 방향족 아민은 연간 생산량 (500 톤 미만)이 작으며, 촉매 슬러리를 이용한 배치 수소화 반응

을 통해 생산된다. 반응은 교반되는 강철 또는 스테인리스 스틸 가압 멸균기 또는 루프 반응기에서 실

행된다. 루프 반응기는 열 및 물질 전달이 강화되고 반응 선택성이 향상되어 배치 주기 시간이 줄어들

고 제품 수율이 높아졌다. 또한 대개 촉매 사용량은 적다. 첨가 순서는 구체적인 반응 물질에 따라 달라

진다. 반응이 끝나면 물질이 냉각되며, 촉매는 여과를 통해 제거된다.

2.5.11.2 철을 이용한 환원

화학 반응

다음의 반응식에 나타난 바와 같이 소량의 산 (HCl, H2SO4, HCOOH, CH3COOH)이 존재하는 경우에

질소방향족의 환원이 실행된다.

4Ar–NO2 + 9Fe + 4H2O → 4Ar–NH2 + 3Fe3O4

산은 철의 활성화를 위해 사용된다. 산에서 추출되는 수소는 2 – 3 %에 불과하지만, 물에서는 97 – 98 %가 생성된다.

조작

보통은 흔히 유기 용제(톨루엔, 크실렌, 알코올)가 존재할 때 질소방향족이 철/물/산의 혼합물(철이 약

15 – 50 % 초과)에 첨가되며, 혼합물을 가열해 환류시킨다. 방향족의 반응성에 따라 첨가 순서가 바뀔

수 있다. 일부 경우에는 산이 생략되기도 한다(중성 철 환원). 환원되지 않은 잉여 질소 화합물이 축적

되지 않도록 해야 하며, 완전한 제거 여부에 대해 최종 혼합물을 시험해야 한다. 용해 철을 침전시키기

위해 소다회(灰)를 이용해 알칼리화 한 후, 여과를 통해 철 화합물을 제거한다.

2.5.11.3 알칼리 황화물 환원

화학 반응

알칼리 황화물 환원은 다음의 반응식과 같이 엄격한 화학량론이 없는 격렬하지 않고 선택적인 반응이다.

Ar–NO2 + Na2S2 + H2O → Ar–NH2 + Na2S2O3

그 외에 사용 중인 환원제로는 Na2S2O3을 형성하기도 하는 Na2S나 NaSH가 있다. 황을 첨가해 필요한

양의 황화물을 환원할 수도 있다.


57

조작

질소 화합물의 용액이나 에멀젼에 희석된 수용성 황화물을 첨가한다. 온도(80 – 100 ℃의 범위) 및

농도는 질소방향족의 반응성에 따라 다르다. 폴리나이트로 화합물을 선택적으로 환원하는 경우에는 황화

물이 초과되지 않도록 한다.

2.5.11.4 생산품 분리 (work-up)

그림 2.24에는 방향족 질소 화합물의 환원, 가능한 투입 물질 및 관련 폐기물 배출에 대한 일반적인

조작 순서가 나타나 있다. 분리 (work-up) 방법은 획득된 아민의 속성에 따라 다르다. 공통 방법은 다음

과 같다.

• 액체로 분리

• 냉각 및 염석

• 증기 증류

• 유기 용제로 추출

• 필요한 경우에는 pH 조절

환원

여과

증기 증류

상분리

추출

염석

증류

여과

H2, 촉매철

황화물/황H2O, 산, 용제

소다회(灰)

용제

염분

VOCs, 황 화합물

촉매, 산화철

수용성 모액

수용성/유기 모액

수용성 모액

용제

수용성 모액

그림 2.24 방향족 나이트로 화합물의 환원을 위한 일반적인 순서.


2.5.12 술폰화

[6, Ullmann, 2001, 15, Köppke, 2000, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]


58


황산 그룹을 방향족 시스템에 직접 도입하는 것은 산업용 유기 화학에서 가장 중요한 반응 중의 하나

이다. 상대적으로 자극이 적은 조건에서 수율이 높으며, 보통은 잘 정의된 유도체가 된다. 아릴술폰산은

주로 염료, 살충제, 의약품, 가소제, 광택제 등의 제조 과정에서 중간체로 사용된다. 대표적인 원료로는

폐수의 흡수성유기할로화합물 부하에 영향을 주는 할로겐화 화합물이 있다.

화학 반응

술폰화는 보통 약 50 – 100 % 정도 과잉의 농축 황산과 함께 또는 발연황산을 사용하여 실행한다.

친전자성 방향족 치환반응에 대한 기본적인 규정 때문에, 생성물은 표적 분자와 이성질체의 혼합물이다.

반응은 반응 조건(예를 들어, 온도, 공비혼합물 증류 또는 염화티오닐의 첨가를 통한 반응수의 제거)에

따른 수율 및 이성질체 분배도를 나타내는 이 반응은 가역반응이다.

(발연황산)

그림 2.25 방향족 시스템의 술폰화.

온도의 상승 및 반응수 제거는 또한 부산물로서의 술폰의 형성에 유리하다. 반응 물질(뱡향족, H2SO4,

발연황산) 및 온도에 따라, 술폰산이나 삼산화황의 산화 효과로 인해 비의도적 산화 반응이 발생할 수

있다.

조작

그림 2.26에는 술폰화, 반응물질 및 관련 폐기물에 대한 일반적인 조작 순서가 나타나 있다. 반응은

주철 또는 에나멜 도금 강철 용기의 온도가 약 60 – 90 ℃일 때 실행된다. 술폰화 시약은 용기 속으로

공급되며, 그런 다음 방향족 화합물이 첨가되고 반응은 온도 프로필 또는 계측을 통해 통제된다.

반응이 완료되면 배치가 물속으로 전달되기 때문에, 변환되지 않은 방향족 화합물이 방출된다. 희석

술폰화 물질이 냉각되고, 여과를 통해 유리산이 분리된다. 추가 정제를 위해서 재결정화가 필요할 수도

있다.

유리산이 지나치게 수용성이고 이와 같은 방식으로 분리하는 것이 불가능한 경우에는 다음과 같은 다

른 기술을 실행한다.

• 황산나트륨 또는 염화나트륨을 이용한 염석

• 온도 제어 결정화

• 반응 추출


59

술폰화

침전

여과

제품 세척

용해 및 여과

재결정화

여과

제품

SO2, SO3, VOCs, HCl

석고/Na2SO4, CaCO3

모액

세척수

필터 보조물

제2 여과액

방향제, H2SO4

또는 기름, SOCl2

염분, 물, NaOH, 호분 또는 석회,

Na2CO3

물

염분

물, 필터 보조물

그림 2.26 술폰화를 위한 일반적인 조작 순서.


반응 추출 공정에서는 긴 사슬 지방족 아민을 이용해 아실술폰산을 암모늄염으로 변환해 변환되지 않

은 황산을 회수할 수 있다. 이러한 염분은 액상 형태로 술폰산에서 분리된 다음 수산화나트륨 용액과

함께 술폰산 나트륨 용액과 아민으로 변환되며, 아민은 액상 형태로 분리되어 다시 사용할 수 있다. 무

기염에서 실질적으로 유리된 술폰산은 이와 같은 방식으로 얻을 수 있다.

다른 분리 방법은 탄산칼슘이나 수산화나트륨을 통한 잉여 황산의 중성화를 기반으로 한다. 이러한

방법을 통해 고온의 상태에서 제거되는 대량의 석고(“라이밍 (liming)” 또는 “초오킹 (chalking)”) 또는 황

산나트륨이 된다. 라이밍에서는 소다를 이용해 용해된 아릴술폰산 칼슘을 처리하며, 여과를 통해 침전된

탄산칼슘을 제거한다. 여과액에는 아릴술폰산 칼슘이 포함되어 있다.


60

2.5.13 SO3을 이용한 술폰화

[15, Köppke, 2000]


SO3을 이용한 술폰화는 대량으로 생산된 소수의 방향족 술폰산의 제조에 적용된다.

화학 반응

SO3을 이용한 술폰화는 그림 2.27에 설명되어 있다. 낮은 온도에서 실행되는 경우에는 반응으로 인해

물이 생성되지는 않으며 높은 선택성을 나타낸다.

그림 2.27 SO3을 이용한 술폰화.

부가 반응:

• 술폰의 형성

• 이성질체의 형성

• 산화 부산물의 형성.

액상 반응의 형태로 실행되는 경우에는 할로겐화 화합물이 용제의 역할(예: 염화메틸렌 또는 디클로로

메탄)을 한다.

조작

그림 2.28과 2.29에는 조작, 액상의 반응 및 가스–액체 반응에서 발생하는 가능한 투입 및 관련 폐기

물의 일반적인 순서가 나타나 있다.

액상 반응

두 가지 모두 유기 공급 재료 및 SO3가 유기

용제(예, 염화메틸 또는 디클로로메탄)에서 용해

되며, 연속적으로 반응기에 첨가된다. 완료되면

반응 혼합물이 물속으로 전달되어 냉각된다. 유

기상이 분리되며, 제품은 후속 여과와 함께 냉각

과 황산의 첨가를 통해 액상에서 침전된다.

가스–액체 반응

지역적인 조건에 따라 황산시설에서 SO3 가스

를 직접 추출하거나 황의 연소를 통해 생성한다.

반응은 보통 강하막 반응기에서 실행된다. 많은

경우에 추가 분리 (work-up) 단계를 수행할 필

요가 없다.


61

SO3을 이용한 술폰화

상분리

침전

여과

제품 세척

제품

유기상

모액

세척수

유기물질 공급, 용제 SO3

물

물

그림 2.28 액상에서 SO3을 이용한 술폰화.

SO3을 이용한 술폰화

제품 세척

제품

세척수

유기물질투입SO3

물

그림 2.29 기체‒액체 반응에서 SO3을 이용한 술폰화.

2.5.14 클로로술폰산을 이용한 클로로술폰화

[15, Köppke, 2000]

클로로술폰화는 예를 들어 술폰아미드, 술폰 하이드라자이드, 술폰 에스테르, 술폰산, 술폰 및 티오페

놀 등의 다양한 미세 화학물질을 위한 중간체와 같은 기능을 하는 유기 클로로술폰이 된다.

화학 반응

클로로술폰화는 다음과 같은 두 단계에서 발생한다.


62

그림 2.30 클로로술폰산을 이용한 클로로술폰화.

(1) 단계는 2.5.13절에서 설명한 것과 유사한 술폰화를 나타낸다. 가역적인 두 번째 단계는 염소화이

며, 보통은 잉여 클로로술폰산을 이용해 실행된다. 대신에 다음의 반응식에 나타난 바와 같은 두

번째 단계에는 염화티오닐을 이용한다.

(2b) R–SO3H + SOCl2 → R–SO2Cl + SO2 + HCl

부가 반응:

• 술폰의 형성(예, 클로로벤젠의 경우에 35 %)

• 이성질체의 형성

• 다른 할로겐화 제품의 형성.

조작

그림 2.31에는 클로로술폰화의 일반적인 조작 순서가 나타나 있다.

클로로술폰산은 주철 또는 에나멜 도금-강철 용기에 도입되고 10 – 25 mol %의 방향족 화합물은 25

– 30 ℃에서 교반되어 방향족 화합물의 술폰화 및 HCl 형성이 발생한다. 반응 물질을 50 – 80 ℃까지

가열하면 염화술포닐의 발열 형성이 시작된다.

2개의 클로로술폰 그룹, 예를 들어 아니솔을 쉽게 흡수하는 방향족 화합물의 경우, 모노클로로술폰화

는 낮은 온도에서 디클로로메탄과 같은 희석액이 존재하는 경우에 계산된 양의 클로로술폰산보다 약간

많은 양만으로 실행된다.

HCl이 균일하게 방출되도록 하기 위해 온도를 정확하게 제어해야 한다. 전기 공급을 차단한 후에 교

반기를 재시동하는 것은 위험하며, 용기의 내용물에 거품이 발생해 흐를 수 있다.

제품은 반응 물질을 물로 배수하면서 동시에 냉각해 분리한다. 염화술포닐은 유기 액상의 형태로 침

전하거나 분리한다.


63

클로로술폰화

침전상분리 모액

여과 모액

제품 세척

고형 제품

증류

액상 제품

세척수

증류 잔류물

유기 원료 공급

클로로술폰산

SOCl2, CH2Cl2

염분, 물

물

그림 2.31 클로로술폰화를 위한 일반적인 조작 순서.


2.5.15 Wittig 반응

[6, Ullmann, 2001, 9, Christ, 1999], *003F*

Wittig 반응은 비타민, 카로테노이드, 의약품 및 항생물질을 생산하는 과정에서 널리 사용된다. *003F*

는 방향제의 제조에 Wittig 반응을 사용했지만, 폐기물 처리상의 어려움으로 인해 더 이상은 사용할 수

없다.

화학 반응

Wittig 반응을 통해 세 단계의 이중 결합이 형성된다.

(1) R’–CH2–Cl + P(C6H5)3 → R’–CH2–P+(C6H5)3Cl-

(2) R’–CH2–P+(C6H5)3Cl- → R’–CH=P(C6H5)3

(3) R’–CH=P(C6H5)3 + R”–CHO → R’–CH=CH–R” + O=P(C6H5)3

탈수소화 단계 (2)는 염기, 예를 들어 알칼리 금속 탄산염 또는 아민을 필요로 한다. 반응은 알코올이

나 디메틸포름아미드 (DMF) 또는 수성 용액 같은 유기 용제에서 실행된다.

격렬하지 않은 반응 조건에서 높은 수율을 달성할 수 있다. 하지만 등몰량의 트리페닐포스핀 (TPP)을

사용해야 하며, 불활성 트리페닐포스핀산 (TPPO)이 형성된다.


64

조작

Wittig 반응은 특성상 다양하기 때문에, 그러한 반응을 실행할 수 있는 보편적인 방법은 없다. 따라서

각 화합물의 생산을 개별적으로 고려하면서, 화학, 엔지니어링 및 경제적 요인을 평가해야 한다.

2.5.16 중금속을 포함하는 공정

[1, Hunger, 2003, 6, Ullmann, 2001, 16, Winnacker & Kuechler, 1982, 51, UBA, 2004], *018A,I*,

*015D,I,O,B*

다음과 같은 경우에는 화학적 합성 과정에 중금속이 포함된다.

• 공급재료 또는 제품에 중금속이 함유된 경우

• 중금속을 보조물(예: 촉매, 산화환원제)로 사용하는 경우

표 2.16에는 중금속을 포함하는 공정 유형의 결과가 제시되어 있다.

표 2.16 중금속을 포함하는 대표적인 공정

공정유형 금속 용제 작용제

금속착화물을 형성하는 금속화

아조 염료를 형성하는 1:1

또는 1:2 복합체

크롬

니켈

코발트

구리

물

희석 NaOH

포름산

포름아미드

Cr2O3

CrCl3*6H2O

K2Cr2O7*2H2O/글루코스

Cr 포름산염

NaKCr 살리실산

CoSO4*7H2O/NaNO2

CuSO4*5H2O

CuCl2

단위 공정

산화

망간

크롬

몰디브덴

MnO2

CrO3

환원

아연

구리

수은

주석

금속, 금속 염화물

수소화 니켈 레이니 (Raney) 니켈

촉매

니켈

구리

코발트

망간

팔라듐

백금

루테늄

비스무트

티타늄

지르코늄

금속, 금속 산화물, 염화물 또는

아세테이트, 카르보닐


65

환경 문제

표 2.17에는 중금속을 포함하는 공정에서 발생하는 폐기물에 대한 몇 가지 사례 데이터가 제시되어

있다.

중금속은 분해가 되지 않지만, 슬러지에 흡수되거나 폐수처리장 (WWTP)을 통과한다. 하수 슬러지의

중금속 부하는 폐기에 대한 문제의 원인이 되기 때문에 폐기 및 처리 비용의 증가를 고려해야 한다.

귀금속을 함유하는 촉매는 재활용 회사에 보내져야 한다.

희석, 슬러지 오염/배출을 방지하기 위해 적용된 일반적인 조치는 다음과 같은 수단을 통해 농축된 폐

수 형태의 전처리이다.

• 이온 교환

• 침전/여과

• 반응 추출

표 2.17 중금속을 포함하는 공정에서 발생하는 폐수에 대한 사례 데이터

Raney Ni을 이용한 촉매 환원 *01 8A,I*

여과 후의 모액 니켈 배치당 1.84 kg 0.92 mg/L i

i 전체 배출수의 전처리를 하지 않고 총 2,000 m3을 희석한 후에 계산된 농도

2.6 발효

[2, Onken, 1996, 15, Köppke, 2000, 18, CEFIC, 2003, 25, Kruse, 2001]

발효라는 용어는 살아 있는 유기체나 효소, 특히 박테리아, 또는 효모, 곰팡이나 균류를 생성해 특정

제품을 생산하는 미생물 등으로 화학적 변화를 유도하는 공정 운영을 의미한다. 대부분의 산업용 세균

공정은 미생물이 이미 수행된 대사 반응의 강화 또는 변형이다.

발효가 적용된 몇 가지 사례로는 베타 락탐계 항생제, 페니실린 및 셀파로스포린계, 테트라사이클린,

알칼로이드 및 아미노산 등의 생산 또는 변형이 있다.

항생 물질의 산업용 생산은 항생 물질 생산자의 선별에서 시작한다. 새로운 항생 물질 생산자는 수율

을 상업적 개발을 위해 승인될 수 있는 수준까지 증가시키기 위해 유전학적으로 변형될 수도 있다. 이러

한 유전자변형생물체 (GMO)는 지침 90/219/EEC 및 90/220/EEC에 따른 특별한 조치를 필요로 하며,

IPPC 지침에 따른 물질 정의에서 예외이다. 또한 (예외적으로) 폐기하기 전에 비활성화해야 한다. 실제로

생산 유기체는 환경에서 생존할 수 없기 때문에 발효 단계가 끝난 후의 제조 공정으로 인해 생산 유기체

가 분해되기도 한다. 이러한 상황이 달성되지 않으면, 예를 들어 증기 살균 또는 화학적 비활성화를 통한

별도의 불활성화 조치가 필요할 수도 있다.

발효 기술에서는 때때로 병원 미생물이 이용되기도 한다.


66

2.6.1 조작

그림 2.32에는 발효, 가능한 투입 물질 및 관련 폐기물에 대한 일반적인 조작 순서가 나타나 있다.

원료 및 종자 단계

대규모의 항생 물질 발효에서는 “종자 단계”라고 하며, 최종 생산 단계에 이르는 여러 가지 단계가 있

다. 종자 단계의 목적은 단순히 더 크고 더 왕성한 유기체군을 개발하는 것이며, 이 단계에서는 항생 물

질을 생산하기 위한 어떠한 시도도 하지 않는다. 각 종자 단계를 이용해 다음 단계를 접목하며, 개별 투

자 단계를 위한 공정 시간은 최종 생산 단계보다 적다.

종자 단계 초기는 실험실 규모에서 실행하며, 살균 매체가 들어 있는 보다 큰 미생물 발효기 용기(몇

m3 – 50 m3 이상)를 접종하기 위해 사용되는 효제 배양의 준비 과정이 포함된다.

발효 과정에서 성장 매체로 사용되는 원료는 주로 대량으로 저장된 액체 형태, 예를 들어 옥수수 아

황산 침지액 (corn steep liquor), 유채 기름 및 가수분해물이다. 이런 유형의 원료는 비휘발성이며, 발효

기 용기로 운반해 정리하는 데 특별한 주의가 필요하지 않다. 이러한 물질의 대량 저장 탱크에는 보통

2차 격납과 수위 경보 장치가 설치되어 있어 넘쳐흐르는 것을 방지한다. 다른 혼합 고체 원료는 가방에

넣어 판매되어 낮은 높이에 있는 발효기 매체로 나뉜다. 혼합 구역에는 조작자의 보호를 위해 추출 시

스템이 설치되어 있으며, 공기가 대기 중으로 배출되기 전에 집진 세정기로 지나간다. 대안으로 혼합 구

역에는 먼지가 없고 따라서 조작자에게 위험하지 않은 폐쇄형 시스템과 함께 설계된다. 장비 및 성장

매체는 120 ℃ 이상의 온도에서 20분 동안 멸균된다.

발효 단계

발효 단계는 대형 교반 발효기(수 m3 – 200 m3 이상)에서 실행되며 폭기, 배치식 공급 (batch-fed) 공

정이다. 배치 매체는 제한된 수준의 추가 성장량만 지원하도록 설계되어 있으며, 발효기 내에서 증기로

멸균된다. 멸균이 끝나면 최종 종자 단계 배양액으로 접종된다. 미생물의 성장이 정밀하게 통제되고 조

건이 항균 물질의 생산에 유리해지도록 발효를 하는 동안 추가로 멸균된 양분을 계속해서 첨가한다. 공

정은 최대 8일 동안 계속된다.


67

종자 단계

발효

배출가스

여과 또는 원심 분리

추출

이온 교환기

정제 및 농도

침전

여과

분무 건조

줄기 배양액

여과 공기 성장 매체

H2O

보조물

용제

염분, 알칼리, 산

H2O

보조물

바이오매스 또는 배양액, 첨가물

바이오매스 또는 배양액, VOCs

바이오매스 및 배양액

용제, VOCs

용제, 배양액, 첨가물, VOCs

제품 제품

그림 2.32 발효 및 후속공정 분리 (work-up)를 위한 일반적인 조작 순서.


생성물의 분리 (wokr-up)

다음의 분리 (work-up) 단계는 제품의 속성과 위치에 따라 다르다. 제품은 다음의 단계를 통해 배양

액에서 바이오매스를 분리해 얻는다.

• 여과(전통방식 또는 초미세 여과), 유기 용제 및 pH 조정(예: 페니실린 G)을 이용한 여과 배양액

의 추출 또는 유기 용제(예: 스테로이드)를 이용한 바이오매스의 추출.

• pH 조정 및 보조물(예: 테트라사이클린)의 첨가를 통해 여과된 배양액에서 여과 및 제품 침전(재

래식 또는 한외 여과).

• 이온 교환물질(알칼로이드, 아미노산)에 대한 미여과된 배양액의 pH 조정 및 가공

• (예: 사료 산업을 위한) 미여과된 배양액의 직접 분무 건조

세포 내 제품은 추출하기 전에 세포 분해의 기계적인 단계를 추가로 필요로 한다.


68

추가 단계는 순도 또는 농도를 최적화하기 위해 실행할 수도 있다. 방법의 선택은 다음과 같다.

• 증발

• 초미세 여과

• 크로마토그래피 또는 이온 교환

• 역삼투

정제가 끝난 후에 재래식 결정화 및 건조를 통해 제품이 획득된다.

2.6.2 환경 문제

그림 2.18에는 발효에서 발생하는 폐기물에 대한 사례 데이터가 제시되어 있다. 발효에서 발생하는 폐

수의 사례에 대해서는 4.3.2.11절을 참고한다. 그림 2.33에는 응용 저감 기술이 나타나 있다. 발효 공정

에서 발생하는 주요 폐기물은 다음과 같다.

• 원료 의약품 성분 및 여과 보조물이 함유되어 있을 수 있는 바이오매스

• 원료 의약품 성분 및 여과 보조물이 함유되어 있을 수 있는 여과된 배양액.

• 종자 단계 및 배양 단계에서 발생하며, 악취가 날 수도 있는 배양액 에어로졸을 함유하고 있는 배

출가스

• 용제 사용으로 발생하는 VOCs

• 폐수량의 증가

바이오매스가 유해한 것으로 분류되는 경우에는 활동을 99.99 % 보다 낮은 수준으로 줄일 수 있도록

처리해야 한다. 예를 들어 열, 약물을 이용해 처리하거나 85 – 90 ℃의 온도로 진공 증발기를 적용해

비활성화를 실행한다. 또한 유해한 바이오매스를 소각할 수도 있으며, 이 경우에는 연소 장치가 1,100

℃의 온도에서 작동하고 최소한 2초의 휴지 시간을 두어 허용 분해 효율성을 달성해야 한다. 바이오매

스가 유해하지 않은 것으로 분류되면, 국가 규정에서 요구하지 않는 한 일반적으로 불활성화는 요구되지

않는다.

여과된 배양액은 보통 생물학적 폐수처리 설비로 처리한다.

종자 및 배양 단계에서 발생하는 배출가스에는 1.5 – 2.5 % v/v의 이산화탄소가 함유되어 있으며, 필

터를 사용하지 않는 경우에는 에어로졸 형태로 배양액의 흔적이 포함될 수 있다. 흔히 배출구 밖으로

튀기거나 거품이 생길 위험이 있는 경우에 용기 안에 설치된 검출기를 사용해 자동적으로 배기 밸브를

닫거나 소포제를 첨가해 통제한다. 각 발효기 배출가스는 후속 집진 장치를 통해 역류된다. 적절한 경우

에는 열산화가 적용된다.

표 2.18 발효에서 발생하는 폐기물에 대한 사례 데이터

폐수 속성

[15, Köppke, 2000년]

배출가스 액상 m3 및 분당 0.5 – 1 m3


69

악취가 나는 발효기 배출물질의 경우에는 차아염소산염을 이용하거나 탄소 흡수 또는 생물학적 필터

를 이용한 굴뚝 가스 세정이 필요할 수도 있다. 이 기술에서는 화학적 세정기를 사용할 때 폐기하기 전

에 처리를 해야 하는 미사용 화학물질을 배출해야 한다. 이 흐름은 일반적으로 유지 관리 비용이 많이

소요된다. 탄소 흡수는 허용 탄소 수명을 보장하기 위한 경우에 한해 낮은 오염 부하에 적합하며, 습도

가 높은 발효기 배출가스가 특히 멸균 주기가 진행되는 동안 탄소에 대한 흡수 공정으로 인해 방해를

받을 수 있다. 탄소 흡착제는 기계적으로 간단하며, 지속적으로 높은 냄새 제거 성능을 달성할 수 있다.

생물 여과기는 간단하며 상대적으로 자본 비용이 낮지만, 멸균 주기가 진행되는 동안 고온의 발효기 배

출가스는 25 – 35 ℃로 냉각해야 한다.

결정화, 여과, 건조 및 혼합을 위해 사용된 장비는 냉각수 세정기를 통해 대기 중으로 환기되며, 용제

는 증류를 통해 세정기 용액에서 제거된다. 사용된 용제는 회수해서 재사용할 수 있다.

VOCs 세정기

용제 회수

멸균 필터

비활성화

유해?

생물학적 처리

용제

배출가스

바이오매스 및 보조물

배양액 및 보조물

재사용.

폐수

폐가스

그림 2.33 발효에서 발생하는 폐기물에 대한 응용 저감 기술.


70

2.7 관련 활동

2.7.1 배합

예를 들어, 염료/안료, 살생물제/식물 영양 제품 또는 폭발물 같은 화학적 합성을 통해 생산된 많은

제품들은 배합, 혼합 또는 표준 현탁액에서 얻을 수 있다.

그러한 제조 시설은 기술적으로 합성 장치와 연결되어 있으며, 생산 기간, 배치 운영과 동일한 주기에

연결될 수 있으며 다음과 같은 배출물을 유발할 수 있다;

• 잔류 용제에서 발생하는 VOCs

• 취급 과정에서 발생하는 입자

• 헹굼/ 세척에서 발생하는 세척수

• 추가 분리 과정에서 발생하는 폐수.

표 2.19에는 배합 공정에서 발생하는 폐수의 사례가 제시되어 있다.

표 2.19 배합 공정에서 발생하는 폐수의 일반적인 예

폐수 속성

비활성 가스에서 발생하는 배출가스 VOCs*063E*

*064E*

식물성 위생 제품의 배합 과정에서 발생하는 배출가스 원료 성분을 함유하는 먼지 *058B*

헹굼 과정에서 발생하는 폐수 및 염료의 표준화 과정에서

발생하는 제자리세정제품 손실 0.1 % *060D,I*

2.7.2 천연 물질 추출

[62, D1 comments, 2004], *065A,I*

또한 4.1.5.1절 액체 CO2를 이용해 천연 제품에서 뽑은 추출물 및 4.1.5.2절 역류 밴드 추출을 참고한다.

추출은 천연 자원에서 원료를 획득하기 위한 중요한 공정이다. 일반적인 구성에서는 용제를 이용해

천연 물질(예: 잎, 수피, 동물적 기관)에서 표적 물질(예: 타닌산, 알칼로이드류, 퀴닌 염, 식품 첨가물,

원료의약품 또는 원료의약품에 대한 중간체, 화장품 첨가물)을 추출해 용제의 증류를 통한 추가 가공을

준비할 수 있다.

식물성 물질의 추출에서 발생하는 추출 수율은 공정 기술, 식물성 물질 품질 및 표적 화합물에 따라

10 – 0.1 % 또는 그 이하가 될 수 있다. 이러한 점은 폐수의 양이 최종 제품의 양에 비해 상당히 많다

는 것을 의미한다. 폐수의 양을 줄이려면, 예를 들어 역류 띠 추출을 이용해 추출 수율을 극대화하는 것

이 중요하다.

토양 개량제로 합성해 사용하는 방법으로 식물성 폐기물의 재사용을 극대화하려면, 염소 성분이 없는


71

생분해성 용제를 이용해 추출물을 조사 및 사용하는 것이 중요하다. 사료 산업에서 추출된 발효 배양액

또는 식물성 폐기물을 재사용하는 방법은 유해한 식물성 물질의 잔류물 또는 잔류 원료의약품으로 인해

불가능한 경우가 빈번하다.

간접 증기 가열 또는 증기 주입, 용제의 응결과 증류를 통한 용제의 후속 정제를 통한 식물성 폐기물

을 처리해 용제를 재사용한다. 예를 들어 액체–액체 추출법 및 상 전이를 이용해 후속공정의 정제에서

발생하는 폐수는 가용성 거대 분자 식물성 물질(리그닌류, 탄닌류)로 인해 비생분해성 COD의 높은 부하

와 함께 어두운 색의 폐수가 발생하는 원인이 된다.

표 2.20에는 추출에서 발생하는 폐수의 사례가 제시되어 있다.

표 2.20 추출에서 발생하는 폐수에 대한 일반적인 예

폐수 속성

액체–액체 추출법에서 발생하는 폐수 난분해성 COD (리그닌류, 탄닌류)의 높은 부하*065A,I*

추출된 발효 배양액

식물성 폐기물*065A,I*

*006A,I*


72

3. 현재 배출 및 소비 수준

주어진 데이터는 제공되는 정보에 기반하고 있으며 다양한 출처에서 나온 것이다. 본 단계에서 생길

수 있는 가정 사항을 예방하기 위해 생산 스펙트럼은 의도적으로 분류하지 않았다.

기밀 유지에 대한 우려가 확산되고 있기 때문에, 모든 참고 설비는 별칭으로 명기하였다(예:

*199D,O,X*). 이 예제에서 숫자는 본 기준서 전체에 걸쳐 참고된 설비를 식별하기 위해 사용되며 문자

는 생산 스펙트럼을 나타낸다. 참고한 모든 설비 목록이 표 9.1에 나와 있다.

3.1 대기 배출

이 섹션에서 주어진 농도 값과 물질흐름은 참고 설비로부터 또는 개별 설비가 명시되어 있지 않은 다

른 참고문헌에서 나온 것이다. 하나의 출처로부터 나온 농도 및 물질흐름에 대한 비교의 핵심은 참고

설비(또는 일부 경우에 있어, 문헌에 대한 참고)의 숫자이다.

참고 설비가 출처로서 명명되어 있을 경우, 데이터는 일반적으로 모니터링 보고서에서 나온 것으로,

거기에는 표본/평균 시간에 관한 배경 정보와 표본이 대표할 수 있는 정보(생산 상황)를 포함한다. 주어

진 정보에 대한 해석 시 다음에 유의해야 한다.

• 평균 시간은 보통 30 – 180분으로 다양하며, 일부 경우에서의 시료채취시간은 유용하지 않다.

• 평균 시간 내 또는 서로 다른 시료에서 피크 또는 큰 변동이 발생하는 경우, 그 범위는 표에 나와 있다.

3.1.1 VOCs 배출: 개요

그림 3.1은 주요 VOCs 화합물군과 스페인의 정밀유기화학물질 제조분야에서 그것들이 차지하고 있는

배출 점유율[46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]을 나타내고 있다.

기타

에스테르

할로겐화 용제

올레핀계 탄화수소 C1 - C14

알데하이드 및 케톤

알코올

방향족 탄화수소

지방족 탄화수소 C1 - C14

점유율(%)

그림 3.1 스페인의 OFC 분야 VOCs 배출물질 구성.


73

3.1.2 농도값과 DeNOx 효율

표 3.1은 자료에 나와 있거나 참고 설비에 보고된 대기 배출에 관한 농도 데이터를 보여주고 있다.

표 3.1 선정된 매개변수에서 대기 배출물질에 대한 농도 및 DeNOX 효율

참조 HCl HBr Cl2 Br2 SO2 NOx NH3입자상 물질

VOCs다이옥신/

퓨란DeNOx

효율점 오염원

mg/m3 mg C/m3 ng/m3 %

[15, Köppke, 2000] 2.9 0.6 12 5 6 0.09 산화기, 2대의 세정기

[15, Köppke, 2000] 0.8 3.3 39 세정기(열산화기로 교체)

[15, Köppke, 2000] 0.16 17.5 전자 여과기,세정기

007I A1 32 – 58 2대의 세정기

007I A2 1.1 1.2 – 4.1 2대의 세정기

007I A3 6.1 74.1 2대의 세정기

001A,I (1) 2.4 0.2 82 100 세정기(열산화기로 교체)

001A,I (2) 2 0.1 0.1 0.5 164 13 1.63대의 세정기: HCl, HCl, NaOH/NaHSO3,

산화기, DeNOx (요소)

008A,I (1) 2.9 0.00 소각기 (1200 ℃), DeNOx (NH3), 세정기


008A,I (3) 0.4 3.8 5.9 1.7 0.3 0.00 소각기, DeNOx (NH3), 세정기

008A,I (4) 10 세정기 (NaOH/NaHSO3), 아세트산

008A,I (5) 42대의 세정기, 응축기 (-14 ℃)

극저온 응축기 (-130 – -145 ℃, 200 m3/h)톨루엔, CH2Cl2, 벤젠메틸아민

010A,B,D,I,X 38 1.1 0.00 열산화기

015D,I,O,B (1) 1 0.3 0.24 1.3 1 2대의 세정기

015D,I,O,B (2) 0.6 1.6 1.4 세정기, 촉매 처리

015D,I,O,B (3) 0.3 1.6 7.4 5.1 2 세정기, 3단계

015D,I,O,B (4/1) 2.6 세정기

015D,I,O,B (4/2) 1.1 세정기

015D,I,O,B (5) 4.1 집진장치, 세정기

016A,I (1) 108 - 184 활성탄 흡착

016A,I (2) 1.6 - 18.5 활성탄 흡착

019A,I (1) 0.37 0.08 25 0.71 1.37 0.6 96소각기, DeNOx (NH3), 세정기

질소 용제 부하


74

참조 HCl HBr Cl2 Br2 SO2 NOx NH3입자상 물질

VOCs다이옥신/

퓨란DeNOx

효율점 오염원


019A,I (2) 0.35 0.09 26 0.77 1.19 0.8 0.00 소각기, DeNOx (NH3), 세정기

020A,I 0.66 0.11 5.04 124 3.1 0.7 0.03산화기, DeNOx (요소) 세정기

고 용제 부하

024A,I (1) 1 1 1 2대의 세정기

024A,I (2) 1 1 1 세정기

024A,I (3) 0.5 1 0.5 4개의 평행 세정기

024A,I VOCs1 1,688

2대의 세정기 (THF, 톨루엔, CH2Cl2, 메탄올,i-propanol, 헵탄)

024A,I VOCs2 602

024A,I VOCs3 159

024A,I VOCs4 195

037A,I 1 5 126 1 2 2 0.01 소각기, DeNOx (요소), 세정기

038F 35 소각기

044E 615 나이트로셀룰로오스, HNO3 회수

045E 307 세정기

048A,I (1) 279 세정기, 에탄올, 메탄올

048A,I (2) 4 세정기

048A,I (2a) 3 여과기(저장소로부터)

048A,I (3) 9603대의 세정기: HNO3, H2O, NaOH

(나이트로화반응으로부터)

049A,I (1) 2.5 10.8 – 44.6 3대의 세정기:

049A,I (1a) 0.05 여과기(제재 (milling) 시)

053D,X (1) 1.4 25.6 0.2 1 산화기, 전기 필터, 백 (bag) 필터

053D,X (2) 1 백 (bag) 필터, 제제 (formulation) 과정에서

053D,X (3) 1 백 (bag) 필터, 제제 (formulation) 과정에서

053D,X (4) 0.7 백 (bag) 필터, 제제 (formulation) 과정에서

055A,I (1) 13 – 20 촉매 산화, 톨루엔 및 메탄올에만 해당

055A,I (2) 5.6 저감/회수 없음

055A,I (4) 17.5 열산화기

055A,I (5) 3 0.04 촉매 산화(천연가스만 해당)

055A,I (6) 42 – 57세정기: NaOH 또는 H2SO4,극저온 응축기, 평활 여과기

056X 0.2 0.09 1 - 123대의 세정기: H2O, H2SO4, NaOH,

활성탄 흡착기 2 × 2875 kg


75

참조 HCl HBr Cl2 Br2 SO2 NOx NH3

입자상

물질VOCs

다이옥신/

퓨란

DeNOx

효율점 오염원


057F(1) 0.23 0.23 0.1 37 - 177 세정기: NaOH (TO로 대체)

057F(2) 124 - 228 세정기: NaOH (TO로 대체)

057F(3) 38 - 53 세정기: NaOH (TO로 대체)

058B(1) 0.3 직물 여과기(제제 (formulation) 과정에서)

058B(2) 0.4 직물 여과기(제제 (formulation) 과정에서)

059B,I(1) 13 5.4 DeNOx가 없는 산화기

062E 480 저감/회수 없음

063E425 -

836

나이트로셀룰로오스, 세정기 캐스케이드 (cascade)에서 HNO3 회수

082A,I(1)3 –7.5 1.3 산화기, 세정기

098E113 -

220세정기 캐스케이드: H2O 및 H2O2

101D,I,X(1) 12 13 9 4대의 중앙관리식 세정기, 분산식 세정기

101D,I,X(2) 3 집진 장치, 튜브 여과기(분무 건조에서)

103A,I,X 1.5 2대의 세정기: NaOH 및 H2SO4

106A,I(2) 3.7 0.04 430 3 0.005

열산화기, 980 ℃, 4,000 m3/h, 0.7초의 드웰 (dwell) 시간

DeNOx 시스템 없음, H2O, NaOH 및Na2S2O3를 이용하는 세정기, 열 회수(증기 생산)

107I,X80 -250 열산화기, 1200 m3/h, SCR (NH3)

114A,I 10.4 <55 300 22.5열산화기 900 – 1,000 ℃, 열 회수,

45,000 m3/h, H2O 이용 세정기


76

3.1.3 물질흐름

표 3.2은 자료에 나와 있거나 참조 설비에서 보고된 대기 배출물질에 관한 농도 데이터를 보여주고 있다.

표 3.2 점 오염원에서 발생하는 배출물질에 대한 물질흐름

참조 HCl HBr Cl2 Br2 SO2 NOx NH3입자상

물질VOCs

다이옥신/

퓨란점 오염원

kg/시간kg C/시간

μg/시간

007I A1 0.021 – 0.2 2대의 세정기

007I A2 0.006 0.003 – 0.008 2대의 세정기

007I A3 0.001 0.35 2대의 세정기

001A,I (1) 0.024 0.002 0.82 1 세정기 (현재 열산화기로 대체)

001A,I (2) 0.026 0.007 2.21 0.177 0.0213대의 세정기: HCl, HCl, NaOH/NaHSO3,

산화기, DeNOx (요소)



008A,I (3) 0.019 0.001 0.004 소각기, DeNOx (NH3), 세정기

008A,I (4) 0.005 세정기 (NaOH/NaHSO3), 아세트산

008A,I (5) 0.00012대의 세정기, 응축기 (-14 ℃),

극저온 응축기 (-130 ~ -145 ℃, 200 m3/h), 톨루엔, CH2Cl2, 벤젠메틸아민

010A,B,D,X 0.018 0.001 0.002 열산화기

015D,I,O,B (1) 0.000 0.006 0.005 0.002 0.025 0.019 2대의 세정기

015D,I,O,B (2) 0.013 0.034 0.03 0.064 세정기, 촉매 처리

015D,I,O,B (3) 0.006 0.033 0.154 0.106 0.042 0.021 세정기, 3 단계

015D,I,O,B (4/1) 0.036 세정기

015D,I,O,B (4/2) 0.01 세정기

015D,I,O,B (5) 0.146 집진 장치, 세정기

016A,I (1) 0.09 – 0.15 활성탄 흡착

016A,I (2) 0.001 – 0.03 활성탄 흡착

019A,I (1) 0.007 0.002 0.50 0.014 0.027 0.012소각기, DeNOX (NH3) 세정기

질소 용제 부하

019A,I (2) 0.007 0.002 0.52 0.015 0.024 0.016 0.023 소각기, DeNOX (NH3), 세정기, 다이옥신 테스트

020A,I 0.008 0.001 0.062 1.525 0.038 0.009산화기, DeNOX (요소) 세정기

고 용제 부하


77


물질VOCs

다이옥신

/퓨란점 오염원

kg/시간kg C/시간

μg/시간

026E 0.002 세정기

037A,I 0.008 0.04 1.008 0.008 0.016 0.016 0.08 소각기, DeNOX (요소), 세정기

038F 0.30 소각기

044E 3.38 나이트로셀룰로스, HNO3 회수

045E 0.018 세정기

048A,I (1) 0.016 세정기, 에탄올, 메탄올

048A,I (2) 0.009 세정기

048A,I (2a) 0.01 여과기 (저장소로부터)

048A,I (3) 0.458 3대의 세정기: HNO3, H2O, NaOH(나이트로화반응으로부터)

049A,I (1) 0.032 0.25 – 0.56 3대의 세정기

049A,I (1a) 0.2 여과기 (제재 (milling) 시)

053D,X (1) 0.001 0.01 0.000 0.000 산화기, 전기 필터, 백 (bag) 필터




055A,I (1) 0.04 촉매 산화, 톨루엔 및 메탄올만

055A,I (2) 0.84 회수 및 저감 없음

055A,I (4) 0.043 열산화기

055A,I (5) 0.008 0.000 촉매 산화 (천연가스 만)

055A,I (6) 0.176 세정기: NaOH 또는 H2SO4,극저온 응축기, 평활 여과기

056X 0.001 0.001 0.003 – 0.040 3대의 세정기: H2O, H2SO4, NaOH,활성탄 흡착기 2 × 2875 kg

057F(1) 0.001 0.001 0.001 0.195 – 0.945 세정기: NaOH (열산화기로 대체)

057F(2) 0.668 – 1.229 세정기: NaOH (열산화기로 대체)

057F(3) 0.194 – 0.266 세정기: NaOH (열산화기로 대체)

058B(1) 0.004 직물 여과기 (제제 (formulation) 과정에서)

058B(2) 0.002 직물 여과기 (제제 (formulation) 과정에서)

059B,I(1) 0.045 0.018 DeNOX가 없는 산화기

062E 0.069 저감/회수 없음


78


물질VOCs

다이옥신/

퓨란점 오염원

kg/시간kg C/

시간

μg/

시간

063E0.7 –1.4

나이트로셀룰로오스, 세정기 캐스케이드 HNO3

회수

082A,I(1)0.03 –0.08

0.014 열산화기, 세정기

098E0.87-

1.69세정기 캐스케이드: H2O 및 H2O2

101D,I,X(1) 0.36 0.50 0.34 4대의 중앙집중식 세정기, 분산식 세정기

101D,I,X(2) 0.16 집진 장치, 튜브 여과기 (분무 건조로부터)

103A,I,X 0.013 2대의 세정기: NaOH 및 H2SO4

106A,I(2) 0.015 0.000 1.72 0.012

열산화기, 980 ℃, 4,000 m3/h, 0.7 초 드웰 시간,

DeNOX 시스템 없음, 물을 이용하는 세정기, NaOH

및 Na2S2O3, 열 회수 (증기 생산)

107I,X0.1 –0.3

열산화기, 1200 m3/h, SCR (NH3)

114A,I 0.46 <2.5 13.4 1열산화기 900 – 1,000 ℃, 열 회수,

45,000 m3/h, 물을 사용하는 세정기


79

3.2 폐수

다음의 자료 수집에 나오는 수준은 일반적으로 일별 평균값과 수개월에서 1년에 이르는 데이터를 토대로 하고 있다. 제거율은 생물학적 폐수

처리장 (WWTP) 투입 및 배출 수준에서 구해진 값이다. 데이터가 없는 경우, 표에는 공백으로 표시되어 있다.

3.2.1 보고된 COD 및 BOD5 배출량과 제거 효율

표 3.3은 보고된 COD 및 BOD5의 배출량과 그와 관련된 제거 효율을 보여주고 있다. 대부분의 데이터는 전체 배출수의 생물학적 폐수처리장

(WWTP)의 처리를 참고하고 있지만, 개별적으로 볼 때는 전체 COD 제거가 전처리 단계로 인해 더 높을 수도 있다. 그러한 또는 유사한 상황은

“추가 처리, 비고”에서 기술되어 있다.

표 3.3 COD 및 BOD5 배출량, 부피 유량 및 제거 효율

설비COD COD

제거

BOD5 BOD5

제거부피유량 추가 처리, 비고

처리 전 처리 후 처리 전 처리 후

mg/L % mg/L % m3/d

002A 25,000 1,500 94 250 지역별 설비에서 후처리

003F 3,500 130 96 300 강으로 직접 배출

004D,O 5,000 250 95 150특정 광학표백제, 습식 산화 설비, 계획 중인 추가적인 지역별 설비에

대한 나노-여과

007I 4,740350

(피크)지역별 폐수처리 설비에서 처리

008A,I (2000) 1,600 100 94 1100 7 99.4 3,800

008A,I (2003) 2,500 89 97 1900 5 99.8 3,700

009A,B,D (2000) 160 12 93 1 11,000 염소계 질소방향족을 함유하고 있는 폐수를 위한 사업장내 열회수 포함

중앙집중식 활성탄 시설. 총 COD 제거: 96 %, 총 AOX 제거: 99 %009A,B,D (2002) 292 12 96 1 4,500

010A,B,D,I,X (2000) 2,580 190 93 1350 6 99.6 41,000 C1-CHC 생산으로부터 폐수 분리, 증류를 통한 폐수로부터 용제 회수,

폐수로부터 Hg제거, 중금속 침전, 용제 회수를 위한 폐수 증류, Ni 촉

매 재활용, 2001년 이후로 유역 및 타워 생물학을 이용하는 2 단계 폐

수처리 설비. 부피 흐름에는 지하수 처리가 포함된다.010A,B,D,I,X (2003) 2,892 184 94 1521 12 99 47,500


80

PlantCOD COD

제거

BOD5 BOD5



mg/L % mg/L % m3/d

011X (2000) 4,750 220 95 2,430 18 99.3 1,300 폐수 증류, 즉 경질 안정제 생산으로부터, 폐수로부터 유기주석 화합물

제거011X (2003) 360 8 1,300

012X (2000) 1,750 68 96 820 9 98.9 4300 곰팡이 제거제 생산 시 배출되는 폐수에 포함된 H2O2를 이용한 습식 산

화, NaS를 함유하고 있는 폐수의 산화, 황산을 함유하고 있는 폐수를 농

축, Ni 침전012X (2002) 600 41 93 3.4 8,260

013A,V,X (2000) 1,740 98 94 890 5 99.4 5,750 고농도의 제거 가능 AOX 및 용제를 포함한 폐수 탈피, Ni 및 Hg의 퍼

지(purge)013A,V,X (2003) 1,084 51 95 612 8 98.7 5,180

014V,I (2000) 3,300 167 95 1,400 7 99.5 8,000 96 % 의 COD 제거 (AOX의 경우 95 %)가 가능한 저압 습식 산화 설비

에서 비타민 생산에서 발생하는 폐수 전처리, 잔류물 증발 및 소각을 통

한 농축, 용제 제거 및 재활용(특히 다이옥신), 폐수로부터 추출, 가수분

해에 의한 전처리, 세정 전 배출가스로부터 Zn 제거(전자 여과기)014V,I (2003) 2,660 133 95 1,130 7 99.7 8,000

015D,I,O,B (2000) 1,000 250 75 370 6 98.4 11,000 지역별 하수 50 %, 89 %의 총 TOC 제거 포함 난분해성 TOC 부하(부피

의 10 %, 총 TOC 부하의 50 %)를 함유하고 있는 폐수에 대한 중앙집중

식 고압 습식 산화, antimicrobica 생산 시 배출되는 폐수 흡착/추출,

염료, 광학표백제 및 중간 생성물 생산에서 발생하는 폐수에 대한 중앙

식 나노 여과. 방향족 술폰산염을 함유한 폐수에 대한 중앙식 추출, NH3

탈피, Cu 침전.

015D,I,O,B (2003) 930 220 77 8 11,000

016A,I (1998/1999) 2,025 105 95 1,500 1998/99년도 데이터, 설비 확장 및 추가 전처리 전

016A,I (2001) 97 1,500흡착을 통한 저분해성 폐수 전처리: 2001년 97.2 %의 TOC 제거, 2가지

의 생물학적 단계, 화학적 침전, 활성탄 흡착 포함

016A,I (3) 1,340 40 97 1,500 2003년 수치

017A,I 9,000 390 96 99.6 5002003년 1월 – 9월 평균

특정 폐수에 대한 분리 및 소각

018A,I 3,039 141 95 3502003년 1월 – 9월 평균

특정 폐수에 대한 분리 및 소각

023A,I 5,115 260 95 3,491 16 99.8 1,000 생물학적 제거가능성이 80 % 미만인 폐수 소각

024A,I 100 100 모든 폐수 소각

026E 2,600 182 93 2 20 사용된 모든 산 재활용, 세정수 재사용, 매우 낮은 부피 흐름


81

PlantCOD COD

제거

BOD5 BOD5



mg/L % mg/L % m3/d

043A,I 2,290 189 92 2,400 CHCs 탈피

044E 200 1,100 사용된 모든 산 재활용, 지역별 폐수처리 설비와 공동으로 폐수 처리

045E 100 100 100 60 사용된 모든 산 재활용, 태양열 온수지에서 폐수 증발(에너지 무소비)

055A,I (2002) 729 94 2,000 탈피, 활성탄 흡착, 분리 및 폐기

086A,I 5,734 192 96.5 3,071 8.3 99.8 975 2004년 1월 – 6월 평균

089A,I 18 96생물학적 제거가능성이 90 % 미만인 모액 분리 및 폐기, AOX 피크에

대한 생물학적 폐수처리 설비 후 활성탄 흡착

090A,I,X 79 95

103A,I,X 1,310 83 765 60 지역 하수도로 방류 전 2일간 완충해 줌.


82

3.2.2 무기물질 매개변수의 보고된 배출량 및 그와 관련된 제거 효율

표 3.4는 무기물질 매개변수의 보고된 배출량과 그와 관련된 제거 효율을 보여주고 있다.

표 3.4 무기물질 매개변수의 배출 데이터 및 제거 효율

PlantNH4-N NH4-N

제거

총질소 총질소 제거

무기 질소 무기 질소

제거

총인 총인

제거처리 전 처리 후 처리 전 처리 후 처리 전 처리 후 처리 전 처리 후

mg/L % mg/L % mg/L % mg/L %

006A,I

008A,I (2000) 30 2 93.3 40 25 37.5 20 4.2 0.5 88

008A,I (2003) 47 0.1 99.8 80 22 75.3 16 4.5 0.3 96.4

009A,B,D

(2000)4.2 0.9 78.6 50 28 44 0.13

009A,B,D

(2002)0.7 14 0.2

010A,B,D,I,X

(2000)100 9 91 48 0.8 98.3

010A,B,D,I,X

(2003)51 34 33 44 0.9 98

011X (2000) 88 14.7 83.3 16 1.5 90.6

011X (2003) 17 0.55

012X (2000) 35 3.7 89.4 5 0.7 86

012X (2002) 1.5 11.2 7 37.5 3.5 0.6 83

013A,V,X

(2000)45 2.7 94 7 0.9 87

013A,V,X

(2003)22 1.2 94.5 43 2.7 93.7 6.7 0.8 88

014V,I (2000) 100 5 95 155 23 85.2 100 7 93 5 0.9 82

014V,I (2003) 80 3 96 130 17 87 110 8 93 4 0.6 85

015D,I,O,B

(2000)152 13 91.5 153 18 88.2 7 1.1 84.3

015D,I,O,B 12 19 3.6 1.1 70


83

PlantNH4-N NH4-N

제거

총질소 총질소

제거

무기 질소 무기 질소

제거

총인 총인

제거처리 전 처리 후 처리 전 처리 후 처리 전 처리 후 처리 전 처리 후

mg/L % mg/L % mg/L % mg/L %

(2003)

016A,I1 29 9.5 67 28 1.2 96

016A,I2 80 98

017A,I 85

018A,I 75

023A,I 148 48 68

026E1 0.8 5,458 465 91 0.23

043A,I 42

047B 20 12

055A,I 6.4 6.8

081A,I 25 22

086A,I 135.8 7.8 93.3 254 11.3 95.5 16.9 10.8 35.2

089A,I 0.05 10 0.6

090A,I 0.08 28.7 0.7

096A,I 1 2 0.3

097X 35 23 0.8

100A,I 33.8 50.4

103A,I,X 3.9 10.7 14.2

1 부피 유량 20 m3/d


84

3.2.3 흡수성유기할로화합물 (AOX) 및 독성물질의 보고된 배출값

표 3.5는 보고된 AOX 배출량 및 그와 관련된 제거 효율 그리고 독성물질을 보여주고 있다.

표 3.5 흡수성유기할로화합물 및 독성물질의 배출값

설비AOX AOX

제거

독성

처리 전 처리 후 처리 후

mg/L % LIDF LIDD LIDA LIDL LIDEU

008A,I(2000)

0.95 0.81 2 1 1 – 8 1 – 8 1.5

008A,I(2003)

0.57 0.18 2 2 2 2 – 12 1.5

009A,B,D(2000)

1.1 0.16 85.5 1 2 1 2

009A,B,D(2002)

1.8 0.15 91.6 2

010A,B,D,I,X(2000)

14 0.9 93.6 2 1 3 8

010A,B,D,I,X(2003)

3.8 0.68 82 2 1 2

011X (2000) 1.5 0.25 83.3 3 5 12 8

011X (2003) 0.14 3 4 16 8

012X (2000) 0.3 2

012X (2003) 0.34 2 4 1 4

013A,V,X 0.4

014V,I(2000)

1.1 0.13 88 2 1 – 2 1 1 1.5

014V,I(2003)

0.9 0.11 87

015D,I,O,B(2000)

8.5 1.7 80 2 1 – 4 1 – 32 4 – 32 1.5

015D,I,O,B(2003)

6.3 1.5 77

023A,I 5

040A,B,I(1996)i 1.0 2.0 1.0 2.9

055A,I 1.53 76

089A,I 0.06 1 1 2 2 1.5

090A,I,X 0.08 1 2 2 – 3 2 1.5

EC50, F EC50, D EC50, A EC50, L EC50,EU

vol-%로 표시

037A,I 100 100 1000.8 –

45

038F 100 100 16 – 25 45

115A,I 100 45

016A,I(1) 381 수년 간에 걸친 *040A,B,I*의 수준 진전은 섹션 4.3.8.18 참조.


85

3.3 폐기물


표 3.6은 스페인 카탈로니아 지역에서 2001년 정밀유기화학물질을 생산했던 20개 회사의 폐기물 배출

량을 보여주고 있다.

• 사용 (80.9 %)

• 소각 (9.4 %)

• 제어 증착 (6.0 %)

• 물리 화학적 처리 (3.5 %)

표 3.6 스페인 카탈로이나 지역의 20개 OFC 회사에서 발생된 폐기물

발생된 폐기물 점유율(%)

비 할로겐화 용제 42.5

비 할로겐화 유기성 액체 39.4

배출수 처리에서 발생된 슬러지 7.6

염용액 3.9

할로겐화 용제 2.0

특수 폐기물 1.9

세정수 1.5

“일반적” 폐기물 1.3


86

4. BAT 후보 기법

이 장에서는 일반적으로 본 기준서 범위 내의 산업에서 고수준의 환경 보호를 달성할 수 있는 잠재력을

가지는 것으로 간주되는 기법을 설명한다. 관리 시스템, 공정 구분 기술 및 사후 수단이 포함된다. 단,

최적의 결과를 추구할 때 이들 세 분야 간에 어느 정도 중복이 존재한다.

방지, 제어, 최소화 및 재활용 절차, 그리고 원료 및 에너지 재사용도 검토한다.

기법은 IPPC 목표를 달성하기 위해 개별적 또는 조합으로 제시된다. 지침의 부록 IV에는 BAT 결정 시

필요한 다수의 일반 고려 사항이 나와 있으며, 본 장 범위 내의 기법들이 이들 고려 사항 중 하나 이상

을 해결할 것이다. 본 지침에서 제공하는 BAT의 정의에 따라 기법 비교 및 객관적 평가가 가능하도

록 가능한 한 표준적인 구조를 사용하여 각 기법의 개요를 설명한다.

본 장의 내용에 모든 기법이 포함되는 것은 아니며, BAT의 프레임워크 내에서 동등하게 유효한 다른

기법이 존재하거나 개발되고 있을 수 있다.

일반적으로 각 기법을 설명하기 위해 표 4.1과 같은 표준 구조가 사용된다.

표 4.1 본 장에서 설명하는 각 기법에 관한 정보 분류

고려되는 정보의 유형 포함되는 정보의 유형

설명 기법에 관한 기술적 설명

달성된 환경 편익달성된 배출값과 효율성 성과를 포함해 기법(공정 및 저감)이 다뤄야 할

주요한 환경 편익. 다른 기법과 비교 시 기법의 환경 편익

운영 관련 데이터

배출물/폐기물 및 소비(원료, 물 및 전력)에 대한 성과 자료. 안전 측면,

기법의 가동 제약 요인, 산출 품질 등을 포함하여 기법의 가동, 유지관리 및

제어에 관한 기타 유용한 정보.

매체통합적 영향기법의 시행으로 인해 발생하는 부작용 및 단점. 다른 기법과 비교 시 기법의

환경 문제에 관한 세부 내용

적용 가능성

기법의 적용 및 개장과 관련된 요인(예: 가용 공간, 공정별 특이 사항)에 대한

고려 제약 조건 관련 정보가 제공되지 않을 경우, 기법은 일반적으로 적용

가능한 것으로 기술됨

경제적 측면기법의 역량과 관련하여 비용(투자 및 운영) 및 절감 요인(예: 원료 소비 감소

및 처리기법에 따른 폐기물 배출 저감)에 관한 정보

시행 동력(施行動力) 기법을 시행하는 이유(예: 다른 법률, 생산 품질 개선)

문헌 및 예제 설비 참고기법에 관한 보다 상세한 정보 및 해당 기법이 사용되고 있는 것으로 보고된

설비에 대한 참고


87

4.1 환경 영향 예방

4.1.1 녹색 화학 (Green chemistry)

설명

화학물질 생산과 관련하여, 녹색 화학의 원칙은 대안적인 합성 경로 사용을 촉진하고 기존의 친환경적

이지 못했던 공정에 대한 대안적 반응 조건을 사용하도록 촉진하는 것이다. 즉, 다음에 나오는 것을 통

해 촉진을 하는 것이다.

• 사용되는 모든 투입 물질을 최대한으로 최종 제품에 결합시킬 수 있도록 공정 설계를 개선

• 인간의 건강 및 환경에 대한 독성이 거의 없는 물질을 사용해야 한다. 물질을 선택할 때는 사고,

방출, 폭발 및 화재의 가능성을 최소화 할 수 있도록 해야 한다.

• 가능하다면 어디라도 보조 물질(예를 들어, 용제, 분리제 등)의 사용을 피해야 한다.

• 관련된 환경적, 경제적 영향을 이해하여, 에너지 요구사항을 최소화해야 한다. 주변 온도 및 압력

에서 일어나는 반응을 고려해야 한다.

• 기술적으로 경제적으로 가능하다면, 분해가 아닌 회수 가능한 공급재료를 사용해야 한다.

• 일반적으로 화학량 시약보다 성능이 뛰어난 촉매 시약을 사용한다.

• 불필요한 파생작용(예를 들어, 차단 또는 보호 그룹)을 피해야 한다.

달성된 환경 편익

초기 설계 단계에서 공정이 환경에 미치는 영향 최소화

매체통합적 영향

영향을 받을 것으로 보이지 않음.


제공된 정보 없음.

적용 가능성

새로운 공정에 대부분 적용가능 하지만, 종종 절충을 해야만 하는 경우가 있거나 특성들 중의 하나를

다른 것보다 더 조심해서 다뤄야 하는 경우가 있다. 예: 포스겐은 유기 화학에서 매우 효율적인 반응제

가 될 수 있지만, 반면에 대단히 독성이 강하다.

현장에서 원료의약품 제조가 최신 우수의약품 관리기준 (cGMP)의 규칙 준수 또는 연방의약청 (FDA)

의 승인을 필요로 할 경우, 공정 변경은 요구되는 변종 절차를 이행해야만 수행될 수 있다. 이것은 기존

의 공정을 재설계하는데 있어서 심각한 장애물에 해당한다. 유사한 제약 조건은, 예를 들어, 폭발물 제

조에도 존재한다.

환경 영향을 예방하기 위한 또 다른 선택적 사항은 순도가 더 높은 재료를 투입하는 것이다 [99, D2

comments, 2005].


88

경제적 측면

문제를 예방은 향후 공정 검토 또는 사후 처리 기법 보다 더 나은 비용 대비 효율성을 기대할 수 있다.

시행 동력(施行動力)

최적화된 공정 설계, 향상된 안전성 및 작업 환경

문헌 및 예제 설비 참고

[46, Anastas, 1996, 46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

ACS Green Chemistry Institute (http://www.chemistry.org) 및 EPA Green Chemistry (http://www.

epa.gov/ greenchemistry/index.html) 참조

4.1.2 공정개발에 EHS 고려 사항 통합

설명

만약 환경, 보건 및 안전 (EHS)이 개발 계통 초기에 고려된다면, 하나의 공정이 환경에 미치는 영향

을 성공적으로 예방하고 최소화 할 수 있는 가능성이 증가한다. 평가 과정은 예방, 최소화 그리고 위험

요소 제거에 근거를 두고 있으며, 환경 문제 설계 및 환경문제에 대한 감사 추적 제공을 목표로 한다.

표 4.2에는 그러한 평가를 할 수 있는 도구에 대한 개요가 나와 있다.

표 4.2 공정 개발에서의 환경, 위생, 안전 특성 통합

초기 평가 및 우선 순위 정하기

EHS문제에 대한 서류 평가

목록화된 물질

문제 물질

문제 기법

대상 화합물 지명

예방 모든 주요 EHS 문제 제거 시도

환경 고유의 EHS를 위한 설계

합성 동결

최소화 효율성에 초점을 둠

공정 동결

위험 요소 제거

잔여 EHS 문제 관리, 처리 공정 정의

현장 제한 사항

법적 요구사항

가용한 처분 옵션

사업장내에서 기술 이전

개발에서 취득한 정보 이전 공정과 관련된 EHS 문제에 관한 지식이 제조에 전달될 수 있도록 보장


환경 문제 예방, 최소화 및 위험요소 제거 가능성


89





적용 가능성

일반적으로 적용 가능함

경제적 측면

시간과 인력을 소모하지만 남아 있는 환경 문제 관리에 소요되는 비용을 최소화 할 수 있음.


초기에 환경, 건강 및 안전 문제 예방.


[91, Serr, 2004], *016A,I*

4.1.3 용제 선정지침 예제

설명

용제 선정은 공정 개발의 핵심 부분이다. 사용되는 양으로 인해, 용제는 종종 환경, 건강 및 안전 문

제를 야기할 수 있다. 친환경적인 용제 시스템을 찾을 수 있도록 도와줄 수 있는 수많은 방법론이 있다.

표 4.3에는 용제 선정 지침에 대한 예제가 나와 있다. 표를 보면, 10점은 우려, 1점은 거의 문제가 없음

을 나타내는 각각의 범주 하에 1점부터 10점까지 점수가 할당되어 있다. 또한 테이블은 1~3점은 녹색,

4~7점은 노랑, 8~10점은 빨강색으로 색상을 칠해 보다 단순화 되었다. 범주는 표 4.4에 더 자세히 설명

되어 있다.


초기 개발 단계에서 대형 환경 문제 예방




제공된 정보 없음. 적용 가능성

적용 가능성은 경우에 따라 달라진다. 용제는, 종종 선정을 제한하게 만드는 특정 작업을 수행해야 한다.

용제 분류 및 선정에 관한 보다 자세한 정보는 [99, D2 comments, 2005]에서 찾아 볼 수 있다.

• http://ecb.jrc.it/existing‐chemicals/


90

• Curzons, A.D., Constable, D.C., Cunningham, V.L. (1999). 용제 선정 지침: 환경, 건강 및 안전

기준을 용제 선정과 융합하기 위한 지침. 청정 제품 및 공정. 82‐90.

• Sherman, J., Chin, B., Huibers, P.D.T., Garcia‐Valls, R., Hutton, T.A. (1998). 녹색 공정을 위한

용제 교체. 환경적 건강 전망, Vol 106, Supplement 1. February 1998.

• Joback, K.G. (1994) 오염 방지를 위한 용제 대체 AIChE 심포지엄 시리즈 Vol 303, Pt 90, 페이지

98‐104

경제적 측면

공정 개발 초기에 환경 문제를 예방할 수 있는 가능성은 회수/저감 비용을 감소시킬 수 있음.


환경 문제 예방


*016A,I*


91

표 4.3 용제 선정 지침(출처: *016A,I)

물질 안전성 건강 환경

명칭 CAS 번호 가연성 정전기 건강공기에

미치는 영향

VOCs

가능성

물에

미치는 영향

잠재적

생물학적

처리 설비

부하

재활용 소각

산:

메탄 술폰산 1 75-75-2 1 1 1 1 1 7 4 6 8

프로피온산 79-09-4 3 1 4 7 1 1 5 6 6

아세트산 (glacial) 64-19-7 3 1 8 6 3 1 5 6 6

포름산 64-18-6 3 1 10 4 5 1 5 6 7

알코올:

이소아밀 알코올 123-51-3 3 1 2 1 1 2 4 5 3

1-펜타놀 71-41-0 7 1 1 2 1 1 4 5 3

이소부탄올 78-83-1 7 1 3 2 2 1 5 7 3

n-부탄올 7 1-36-3 7 1 4 3 2 1 5 6 3

이소프로판올 67-63-0 7 1 3 1 5 1 6 5 5

IMS/에탄올 64-17-5 7 1 2 2 5 1 7 5 5

메탄올 67-56-1 7 1 5 3 6 1 7 4 5

t-부탄올 75-65-0 7 1 6 2 4 3 7 5 5

2-메톡시 에탄올 2 109-86-4 3 1 10 8 2 2 5 6 5

알칸:

이소파르 G 90622-57-4 3 10 1 1 1 10 3 10 1

n-헵탄 142-82-5 7 10 3 1 5 8 5 2 1

이소옥탄 540-84-1 7 10 3 1 5 10 5 2 1

클로로헥산 110-82-7 7 10 6 1 6 9 5 2 1

솔벤트 30 (무벤젠으로 가정) 64742-49-0 7 10 2 1 4 10 4 10 1

이소헥산 107-83-5 7 10 6 1 8 10 6 1 1

방향족:크실렌 1330-20-7 7 10 2 4 2 7 3 4 1

토루엔 108-88-3 7 10 5 2 4 7 4 4 1

염기성:트리에틸라민 121-44-8 7 1 10 6 6 5 6 5 4

피리딘 110-86-1 7 1 9 10 3 4 7 6 6

염화물:클로로벤젠 108-90-7 7 1 6 4 2 9 2 4 5

메틸렌 염화물 3 75-09-2 1 1 9 9 10 6 5 2 8

에스테르 n-부틸 아세테이트 123-86-4 7 1 2 3 2 3 3 4 3


92

물질 안전성 건강 환경

명칭 CAS 번호 가연성 정전기 건강공기에

미치는 영향

VOCs

가능성

물에

미치는 영향

잠재적

생물학적

처리 설비

부하

재활용 소각

이소프로필 아세테이트 108-21-4 7 1 4 2 5 2 5 4 3

에틸 아세테이트 141-78-6 7 1 5 2 6 2 5 5 4

에테르:

디페닐에테르 101-84-8 1 1 1 4 1 8 3 4 2

에니솔 100-66-3 3 10 2 1 1 4 3 6 2

테트라하이드로퓨란 109-99-9 7 1 8 1 7 3 7 6 5

디글림 111-96-6 3 1 10 7 1 5 5 10 5

1,2-디메톡시에탄 110-71-4 3 1 10 3 6 5 7 8 5

MTBE 1634-04-4 7 1 9 2 8 7 7 5 3

1,4-디옥산 123-91-1 7 10 9 3 4 4 6 9 5

디에틸 에테르 60-29-7 10 10 7 3 10 4 7 6 3

플루오르: 트리플루오르톨루엔 98-08-8 7 10 4 6 5 8 3 4 6

케톤:

MIBK 108-10-1 7 1 6 1 3 2 4 7 3

케틸레틴 켄톤 78-93-3 7 1 7 4 6 1 6 7 4

아세톤 67-64-1 7 1 6 3 8 1 8 4 5

극성

비양성자:

DMSO 4 67-66-5 1 1 1 1 1 3 5 6 6

N-메틸 피로리돈 872-50-4 1 1 1 1 1 1 6 6 6

슐포란 126-33-0 1 1 1 3 1 4 5 6 7

디메틸 아세타미드 127-19-5 3 1 4 7 1 2 6 6 6

DMF 68-12-2 3 1 9 7 1 1 5 6 6

아세토니크릴 75-05-8 7 1 8 2 6 4 8 5 6

1 메탄 술폰산의 경우 “물에 미치는 영향”의 점수는 한정적 데이터를 기반으로 하였다.2 2-메톡시 에탄올은 “스웨덴 제한 화학물질 목록”에 나와 있다. 코멘트에는 “목표는 이 물질을 단계적으로 제거하는 것”이라고 나와 있다. 따라서 스웨덴에서 사용할

경우 신중할 필요가 있다.3 스웨덴의 경우, 메틸렌 염화물은 공정에 사용을 절대적으로 금지하고 있다.4 DMSO는 디메틸 황화물을 생성하도록 분해될 수 있다. 이것은 심한 악취가 풍기는 물질이며 냄새가 문제가 되지 않도록 높은 수준의 저감시스템을 필요로 한다. 또

한 영국 범령에 따라, 유기 황화물은 2 mg/m3의 배출 기준을 가지고 있다. DMSO를 사용할 경우 디메틸 황화물의 배출 수준을 평가할 때는 신중해야 한다.


93

표 4.4 용제 선정 지침(출처: *016A,I*)에서 고려되고 수치화된 특성

안전 1

가연성 영국 국립 화재 방지 협회 (NFPA) 점수 시스템에 따라 평가됨.

정전기

물질이 정전하를 축적할 수 있는지에 따라 1점 아니면 10점. (전기 저항성은 출

처, 순도, 잠재적 오염 물질 그리고 용제에 녹아 있는 그 밖의 물질에 따라 다르

다는 것에 주목을 해야 한다. 그러한 데이터는 신중하게 적용해야 한다. 의구심

이 들 때에는 샘플을 테스트해야 한다.)

건강등급은 주로 노출 잠재성을 토대로 한다. 이것은 증기 위험 등급을 계산하여 평

가된다: 직업노출한계 (OEL)에 따라 나누어 진 20 ℃에서의 포화 농도.

환경 2

공기에 미치는 영향

범주는 5개의 독립된 요소로 구성된다. 이 5가지 요소는 영국 장기 환경 평가

수준 (EAL), VOCs 지침 영향, 광분해 비, 광화학 오존 생성 가능성 (POCP) 그리

고 냄새가 날 가능성 등이다.

VOCs 가능성 20 ℃에서 용제의 증기 압력을 토대로 가능성 있는 배출량을 평가.

물에 미치는 영향

독성, 생분해성 및 생체 축적 기준에 따라 판단됨(옥탄올/물 분배 계수로부터 평

가되는 바와 같음)

만약 공정이 최종적으로 물로 배출될만한 흐름을 포함할 가능성이 없을 경우 이

기준은 무시할 수 있다. 그러나, 이 기준은 공정으로부터 우연히 물이 배출되는

경우가 있기 때문에 여전히 적절하다.

잠재적 생물학적

처리 설비 부하

용제가 생물학적 처리 시설에 미치는 영향을 평가. 부하(탄소 및 질소 부하), 설

비로부터의 공기가 빠져 나가는 현상의 영향, 물이 있는 공정의 경우, 수용성으

로 인한 증가된 용재의 영향에 기인하는 충격을 평가한다.

만약 공정이 최종적으로 물로 배출될만한 흐름을 포함할 가능성이 없을 경우 이

기준은 무시할 수 있음.

재활용

용제 회수의 잠재적인 용이함 평가. 이것을 평가하는데 사용되는 요소들에는, 끓

는점이 10 ℃ 이내인 본 기준서 상의 다른 용제의 수, 끓는점, 증류 시 과산화물

조성의 위험, 수용성(액류의 잠재적인 손실에 영향을 미침)등이 포함된다.

소각

소각 시 용제의 핵심적인 특성은 연소열, 수용성, 할로겐, 질소, 황 함유량이다

이러한 문제들의 일부는, 소각기 관리자를 통해 다른 와 섞어줌으로써 최소화 될

수 있다. 그러나 이것은 지금까지 점수 시스템에서 고려되지 않았다.

1 본 안내에서 나오는 안전 관련 고려 사항은 운영상의 위험, 즉 화재나 폭발 위험에 국한된다.2 본 섹션의 수많은 하위 범주는 용제가 물이 사용되는 공정에서 사용된다는 가정을 한다. 용제만

사용하는 공정에 점수를 적용할 경우 판단에 맡기는 것이 중요하다.

4.1.4 대안적 합성 및 반응 조건 예시

4.1.4.1 기체-액체 반응에서 SO3를 이용한 술폰화

설명

지방 알코올 화합물 및 에톡실레이트의 술폰화는 기체-액체 반응을 이용하여 수행될 수 있다. 이에

대한 설명은 섹션 2.5.13을 참조한다.


• 액체 모액 없음

• 제품 세정에서 발생하는 세정수 없음

• 폐수는 배출가스에 대한 알카라인 세정에서만 발생하고 세정액의 95 % 이상이 재활용 됨.


94





적용 가능성

적용 가능성은 경우에 따라 달라진다. 따라서 각각의 화합물 생산은 화학적, 공학적, 경제적 인자를

평가하여 개별적으로 고려된다.

경제적 측면

제공되는 데이터가 없지만, 경제적 이점이 시행 동력(施行動力)이 되었을 것으로 추측할 수 있다.


공정 최적화, 경제성.


[51, UBA, 2004], *061X*

4.1.4.2 나프틸아민 술폰산의 건식 아세틸화

설명

수용성 매체에서의 아세틸화 반응 및 암모늄 황산염을 이용한 제품 염석 대신에, 2‐나프틸아민‐8술폰

산이 폐수를 배출시키지 않고도 무수 아세트산에서 아세틸화 될 수 있다. 만들어진 아세트산은 간편하게

회수되어 다른 공정에 재활용될 수 있다.


• 폐수: -100 %

• 염석으로 인한 염: -100 %

• 제품 1,000 kg 당 270 kg의 아세트산 회수


폐수에서 폐가스로 이동.


분리 장비가 장착된 바닥이 평평한 용기와 스팀 가열이 요구된다.

적용 가능성

일반적으로 아세틸화에 국한되는 것은 아니지만, 적용성은 경우에 따라 달라진다. 따라서 각각의 화합

물 생산은 화학적, 공학적, 경제적 인자를 평가하여 개별적으로 고려된다.


95

경제적 측면

데이터가 부족한 관계로 전통적인 공정과 새로운 공정 간의 비교가 불가능 하였지만, 경제적 이점이

시행동인이 되었을 것으로 추측된다.


공정 최적화, 경제성


[9, Christ, 1999], *010A,B,D,I,X*

4.1.4.3 트리페닐포스핀 산화물 (TPPO)의 처리/폐기를 대체하는 재활용

설명

TPPO는 화학량의 Wittig 공정에서 생성되는 잔여물이다(예시는 표 4.5 참조). TPPO는 분해하기가

어렵고, 인은 폐수처리 설비를 위한 중요 매개 변수가 될 수도 있다. TPPO 폐기를 위해 설명된 처리

단계는 여전히 고형 잔류물을 형성하고, 생성된 P2O5는 촉매에 독성 영향을 주고 여과기 막힘을 일으킬

수도 있다.

표 4.5 Wittig 공정에서 트리페닐포스핀 산화물 (TPPO) 생성 예시

레티노이드 합성용 C15 장치의 공정 [6, Ullmann, 2001]

300 kg의 시작 재료

고형 잔류물 TPPO 380 kg

처리 및 폐기(그림 4.1) 대신, TPPO는 그림 4.2에 나오는 계획에 따라 TPP로 전환을 통해 재활용될

수 있으며 추가 공정에서 재사용될 수 있다.

폐가스

세정소각

침전/

여과

생물학적 WWTP분리 (work-up)

재사용을 위한

트리페닐포스핀

폐수

Ca3(PO4)2

처분

그림 4.1 TPPO 처분을 위한 처리 단계.


96


그림 4.3은 TPPO의 재활용 실시여부에 따른 Wittig 반응에 대한 전체적인 균형을 비교하고 있다(주

의: Wittig 반응 자체의 다른 시작 물질 또는 결과 물질은 이 균형에 나타나지 않는다). 배출은 다음과

같이 감소하였다:

• 인 화합물: -100 %

• 폐수 내 염화물: -66 %

• CO2: -95 %.

획득한 Al(OH)3는 사업장내 폐수처리장에서 응결제로서 사용될 수 있다.


TPPO 변환의 2차 추출과정에서 폐수 발생.


• 포스겐이 생성되고 즉시 반응기로 들어간다. 포스겐 및 염소는 가스 밀폐 챔버에서 취급된다.

• 처리 단계는 교반 반응기에서 수행된다.

적용 가능성

생성된 TPPO의 양이 재활용에 대한 투자를 정당화 할 수 있을 경우 적용 가능. 추가적으로 사업장외

재활용이 가능하다.

사업장내 TPPO 재활용은, 제한된 양의 TPPO가 사용되는 사용자 지정 생산 합성에서 경제적으로 실

현 가능한 것처럼 보이지는 않는다 [62, D1 comments, 2004].

경제적 측면

• 전통적인 처리/처분 비용과 획득된 재활용 과정 사이의 비교가 없지만 경제적인 이점이 동인이 될

것으로 추정할 수 있다.

• 포스겐 기술을 현장에 설비화해야 하는 경우 비용이 더 높다.


공정 최적화, 경제성


*036L*, [9, Christ, 1999]


97

재사용을 위한 TPP

증류

용해

염화

탈할로겐화

가수분해/

추출2차 추출

C6H5Cl

증류

정제

(증류)

포스겐

생산

수집된

TPPO

Al 파우더

그림 4.2 TPPO에서 TPP로 변환 단계.

TPP 합성

Wittig 반응

소각

폐수처리

TPP 합성

Wittig 반응

폐수처리

그림 4.3 TPPO 재활용 여부에 따른 Wittig 반응에서의 전체적인 물질수지.


98

4.1.4.4 효소 공정 대 화학 공정

설명

화학 공정 대신 효소 공정을 사용하면 환경적 관점에서 이점이 있다. 주요 이점으로는 합성 단계가

줄어들고(추가적인 변경 또는 기능적 그룹에 대한 보호 없음) 적은 양의 용제를 사용한다는 것이다. 에

너지가 절감되고, 안전 및 폐기 처분 문제가 거의 없으며 향상된 제품 품질 또한 비용 이점을 가져다준

다. 효소는 용액에서 사용되거나 기질에 고착되거나 또는 살아 있는 세포에서 다기능성 효소 시스템의

일부로서 사용될 수 있으며, 반응 매체 안에서 자유롭게 또는 기질에 고정된 상태로 사용될 수 있다.


6‐아미노페니실린산의 예제가 표 4.6에 나와 있다:

표 4.6 효소 공정 대 화학 공정 간 비교

화학적 방법 효소 방법

반응제 소모량

1,000 t 페니실린 G, 포타슘염 1,000 t 페니실린 G, 포타슘염

800 t N, N‐디메틸 아닐린

600 t 오염화인

300 t 디메틸 디클로로실란

45 t 암모니아

0.5 – 1 t 생체촉매

용제 소모량(회수 가능, 부분적 폐기처분)

10,000 m3 물

4,200 m3 디클로로 메탄

4,200 m3 부탄올

1,000 톤 페니실린 G 변환 시 소모 수준


더 많은 양의 물 소비.



적용 가능성

개별적으로 기술적 실행 가능성을 고려해야 한다.

환경적인 이점의 또 다른 예제 [46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]:

• 아스파탐

• 7‐아미노 세팔로스포란산

• 항경련제 LY300 164.


99

현장에서 원료의약품 제조가 최신우수의약품 관리기준 (cGMP)의 규칙 준수 또는 연방의약청 (FDA)의

승인을 필요로 할 경우, 공정 변경은 요구되는 절차를 이행해야만 수행될 수 있다. 이것은 기존의 공정

을 재설계하는데 있어서 심각한 장애물이 된다.

경제적 측면

비용적 이점


비용적 이점


[9, Christ, 1999, 46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]

4.1.4.5 촉매 환원

설명

산업적인 규모로 수행되는 대부분의 환원 과정은 촉매 수소화를 통해 시행될 수 있다. 이것은, 철을

이용한 환원반응처럼, 대용량의 폐기물을 생성하게 되는 다른 환원제의 화학량 사용을 피할 수 있다.


폐기물이 형성되는 것을 막을 수 있다. 표 4.32 참조.


수소화는 촉매와 같은 중금속 화합물을 사용해야 할 수 있으며 그러한 중금속 화합물은 반드시 회수

및 재활용해야 한다.



적용 가능성

대부분의 환원 과정에 산업적인 규모로 적용 가능하지만 [6, Ullmann, 2001], 정밀유기화학에서는 여

전히 다른 환원제가 결정적인 특별 이점을 가지고 있다 [62, D1 comments, 2004]. 선택적 촉매 공정은

일반적으로 화학량 반응보다 성능이 더 뛰어나다 [10, Anastas, 1996, 46, Ministerio de Medio

Ambiente, 2003].

철을 이용한 환원에서 촉매 환원까지의 단계에 대한 예제는 [9, Christ, 1999]를 찾아보기 바란다.

환원 과정에서 생기는 산화철이 안료에 사용되는 경우가 있다 [62, D1 comments, 2004].

경제적 측면

• 전통적 반응기와 비교 시 수소화 장비로 인한 투자비용이 더 높다.

• 잔류물 제거 비용 감소


100

• 촉매 회수 비용 발생

• 안전 요구사항 증가 [99, D2 comments, 2005].


• 반응 선택성

• 대량생산제품의 높은 효율성

• 잔류물 처분 비용


[6, Ullmann, 2001, 10, Anastas, 1996, 16, Winnacker and Kuechler, 1982, 46, Ministerio de Medio

Ambiente, 2003], *067D,I*

4.1.4.6 미세 구조의 반응기 시스템

설명

화학 반응 공학에서 미세 반응 기술은 최근에 굉장한 발전을 하고 있으며, 현재에도 산업적인 규모로

수행되고 있다.

미세반응기는 1 mm 미만의 범위를 갖는 3차원 구조가 특징이며, 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

• 주로 다채널 반응기

• 직경의 범위는 10~100 μm

• 10,000 ~ 50,000 m2/m3의 특정 표면

• 높은 열전달 성능

• 짧은 확산 시간, 질량 전달이 반응비에 미치는 영향이 작음

• 등온 조건 가능

그림 4.4에는 혼합, 반응, 열전달이 동시에 가능한, 스테인레스강 시스템에서 비타민 전구체를 합성할

수 있는 5개의 평판으로 구성된 미세반응기가 나와 있다 [6, Ullmann, 2001]. 원하는 수량만큼 제품을

얻으려면 특정수의 미세반응기가 일렬로 평행하게 운영되어야 한다.

그림 4.4 비타민 전구체를 합성하기 위한 5개의 평판으로 구성된 미세반응기.


101


• 보다 높은 효율성(공정 집적화)을 통해 폐기물이 적음

• 선천적으로 반응기가 안전함

• 배출물은 많고 부산물은 적음


영향이 있을 것으로 보이지 않음.


• 전형적인 셀 용량은 2 mL

• 연속 유속은 1~10 mL/분

• 처리량 최대 140 g/시간

적용 가능성

[6, Ullmann, 2001]: 고온 반응, 촉매 반응, 광화학 반응 등을 포함하여, 수많은 반응들이 미세반응기

에서 성공적으로 테스트되어 왔다.

생산 예제 [69, Wuthe, 2004]:

• 특수 화합물 연간 80 톤 생산

• 유기 안료 생산 (20 톤/년)

다른 예제들:

• *094I*: 새로운 또는 난해한 전통화학을 이용한 배치 공정을 대체

• *095A,1*: 중간 생성물 및 원료의약품에 대한 계약 개발 생산

경제적 측면

표 4.7은 배치 용기와 미세반응기에서 시험 생산에 소요되는 비용을 비교한 것이다. 일반적인 확장의

개념이 다수 병렬화 (Numbering‐up)로 대체되었기 때문에, 가장 중요한 것은 연구실에서 개발된 것을

생산으로 전환하기 위해 소요되는 비용에 미치는 영향이다.

표 4.7 배치 용기와 미세 반응기의 시험 생산 비용 비교

50리터 배치 용기 미세반응기 어레이

투자비 96,632 유로 430,782 유로

확장 기간 10 man days 10 man days

평균 수율 90 % 93 %

특수 용제 소비 10.0 l/kg 8.3 l/kg

시설당 요구되는 인력 2 명 1명

생산비 427 kg/year 536 kg/year

특별 생산비 7,227 유로/kg 2,917 유로/kg

미세반응기의 비용 이점 2,308,529 유로/년

투자수익률 0.14년


102


보다 높은 수율, 공정 강화


*094I*, *095A,I*, [6, Ullmann, 2001, 40, Schwalbe, 2002, SW, 2002 #70, 69, Wuthe, 2004], [78,

Boswell, 2004], [94, O'Driscoll, 2004], [70, SW, 2002] 및 본 기준서 내의 참조문헌

4.1.4.7 이온성 액체의 반응

설명

반응은 유기 용제와 혼화성이 없고 측정 가능한 증기압이 전혀 없는 이온성 액체에서 수행될 수 있

다. 따라서 VOCs 수준이 현저하게 감소한다. 현재 이온성 액체를 활용하는 이상 산 포집 (Biphase Acid

Scavenging utilising Ionic Liquid, BASIL) 법이 산업적 규모로 사용되고 있다. 이점은 다음과 같다. 가

스 형태의 HCl이 배출되지 않으며, 열전달 향상, 간편한 액체‐액체 분리, 보다 높은 선택성 등이 기존

설비에 사용될 수 있고, 가성소다를 이용한 간단한 처리를 통해 간편하게 이온성 액체를 재활용 (98 %)

할 수 있다.

이온성 액체 (IL)란 무엇인가?

이온성 액체란 녹는 점이 100 ℃ 미만인 유기염을 말하며, 녹는점이 실온보다 낮은 경우도 많다. 최

근에 와서, 화학 반응에 사용되는 전통적인 유기 용제 대용품으로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 가장

많이 사용되는 것은 이미다졸륨과 피리디늄 유도체이지만, 포스포늄이나 테트라알킬암모늄 화합물도 이

용도도 사용될 수 있다. 최근에, 환경 친화적 무할로겐 이온성 액체가 도입되었다.


• 반응비 향상, 수율 및 선택성 증대. 이 두 가지를 통해 폐기물의 양이 더 적어짐

• VOCs 대체




개별적 사례마다 다름.

적용 가능성

*036L*은 알콕시페닐포스핀 생산에 이온성 액체를 사용하고 있으며, 이것은 최초로 상업적 용도로 다

용도 물질을 유기 공정에 사용한 것이다. 생산은 온도가 상승된 배치 반응기 내에서 수 톤 규모로 수행

된다. 공정이 진행되는 동안, 이온성 액체는 깨끗한 액체 상태로 순수 제품과 분리되며 재활용된다 [65,

Freemantle, 2003].


103

가능한 적용 분야는 다음과 같다 [66, Riedel, 2004]:

• 합성 및 촉매 공정에서 용제로 사용. 예를 들어 Diels-Alder 고리 첨가 반응, Friedel-Craft 아실화

및 알킬화 반응, 수소화 및 산화 반응, 헤크 반응 (Heck reaction) 등

• 추출 및 분리 기술에서 유기 용제 및 물과 결합된 이상 시스템으로 사용

• 균일 촉매를 간편하게 재활용하기 위하여 특별한 기능화가 필요 없이 촉매 고정으로 사용

• 전기 화학에서 전해질로 사용

경제적 측면

제공된 정보 없음


제공된 정보 없음


[62, D1 comments, 2004], [65, Freemantle, 2003], *036L*

4.1.4.8 극저온 반응

설명

이 반응은 굉장히 낮은 온도(-50 ~ -100 ℃)에서 운영되는 극저온 배치 반응기에서 수행된다. 적절한

액체를 이용하여 배치 반응기를 간접 냉각시켜 온도를 낮추고, 다시 액체 질소를 이용하여 냉각된다.


극히 낮은 온도에서, 몇몇 이성체 또는 입체 이성체 반응의 반응 수율은 50에서 90 % 이상까지 상당

히 증가할 수 있다. 이것은 이전의 모든 반응 단계에 영향을 미쳤던 고가의 중간생성물 비용을 상당한

절감하고 폐기물을 감소시킨다. 이렇게 하면, 추가적인 폐기물을 막을 수 있고, 원료의약품 또는 중간생

성물에 섞여 있는 불순물을 분리하는데 필요한 조사 단계에 노력을 들일 필요가 없다.


액체 질소 사용으로 인한 더 높은 에너지 필요.


-50 ~ -100 ℃의 온도가 필요.

적용 가능성

개별 합성 작업에 따라 다름.

경제적 측면



104


선택성 및 높은 반응 수율.


[62, D1 comments, 2004], *065A,I*, 083A,I*, *084A,I*

4.1.4.9 초임계 CO2에서의 반응

설명

이 반응은, 그림 4.5 (수소화) 나와 있듯이, 초임계 반응기 시스템을 이용하여 초임계 CO2 (초임계점

이 73.8 bar/31 ℃)에서 수행된다. 초임계 CO2는 용제를 대체하고 n‐헥산과 유사한 특성을 나타낸다. 이

반응은 더 이상 통제되는 물질이 아니며, 수소는 무한정으로 녹을 수 있다. 압력, 온도, 잔류시간, 수소

농축과 같은 반응 조건을 독립적으로 조작할 수 있다. 완료 직후, 압력을 감소시키면 CO2는 증발한다.

펌프

압축기

투여 장치

사전 가열

혼합 펌프

CO2 배출

혹은 재활용

그림 4.5 초임계 반응기 시스템.


• VOCs가 거의 없음

• 폐기물이 적음

• 높은 선택성


105

• 높은 수율




73.8 bar/31 ℃ 이상.

적용 가능성

수소화 이외에 개발 중인 몇몇 반응 유형에는 다음과 같은 것들이 포함된다.

• 알킬화

• 산 촉매 반응/에테르화

• 하이드로포밀화 반응 (hydroformylation)

경제적 측면

초임계 CO2 에서 반응은 대표적인 비용집약적 공정이지만, 비용은 선택성, 에너지 사용 감소, 제품 조

사 비용 절감, 용제 폐기 등을 통해 정당화된다.


본질적으로 “조정이 가능한” 시스템이므로 선택이 가능.


*021B,I*

4.1.4.10 부틸리튬 대체

설명

부틸리튬은 탄화수소의 양성자 제거 또는 방향족 화학물질의 금속화를 위한 강력한 염기로서 유기 합

성에 사용된다. 이 반응은 대개 열산화에 의해서만 통제될 수 있는 고휘발성 부탄(끓는점: -0.5 ℃)을 발

생시킨다.

부틸리튬은 휘발성이 좀 더 낮은 헥실리튬과 같은 알킬리튬 화합물로 대체될 수 있다. 헥실리튬의 경

우, 끓는점이 68.7 ℃인 헥산을 생성한다.


• VOCs 배출 감소

• 특별한 경우, 고급 사후 처리 기술을 사용하지 않는다.




106


도데칸과 같은 휘발성이 덜한 부산물이 발생할 수 있으며(라디칼의 이합체화 공정의 결과), 이로 인해

추가적인 세척 과정이 요구되고 결국 추가적인 자원을 소모할 수 있다.

적용 가능성

한 가지 예로, 헥실리튬의 반응성은 부틸리튬의 반응성과 유사하며, 따라서 대체적으로 동일한 애플리

케이션에 사용될 수 있다.

경제적 측면

• 알킬리튬 대용품의 구입비용이 더 높아질 수도 있고

• 시장에서 알킬리튬 대체의 제한된 유용성

• 저감 기술의 필요가 적어짐으로써 낮아진 가격


VOCs 배출 감소, 경제적 측면.


*025A,I*

4.1.5 천연제품에서의 추출

4.1.5.1 액체 CO2를 이용한 천연제품에서의 추출

4.1.4.9를 참조한다.

설명

초임계 CO2(초임계 온도:73.8 bar/31 ℃)는 추출 과정에서 용제를 대신할 수 있으며, 헥산과 유사한

속성을 나타낸다. 적절한 압력만 있으면 CO2는 쉽게 재활용되기 때문에, 추출 용제와 관련된 일반적인

용제 제거 문제를 일으키지 않고 고품질 및 고순도 추출이 가능하다.


• VOCs 배출 없음, VOCs 회수/저감 시스템 필요 없음

• 고 효율성

• 추출물 정제가 어렵지 않음




73.8 bar 이상의 압력이 필요


107

적용 가능성

초임계 CO2의 용제 특성이 주어진 용액에서 충분히 추출이 가능한 경우에 적용 가능. 열에 민감한 물

질을 격리해야 할 경우 선호됨.

[46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003]에 나오는 예제: 향신료 또는 그 밖의 건조 원료로부터 저

휘발성 향신료 추출.

경제적 측면

자본 집약적 공정 자세한 정보는 제공되지 않지만, 시행 동력(施行動力)으로서 경제적 이점을 추측할

수 있다.


정보는 제공되지 않지만, 시행 동력(施行動力)으로 경제적 이점을 추측할 수 있다.



4.1.5.2 역류 밴드 추출

설명

설비 재료 추출에 있어서, 공정에 사용된 기술, 설비 재료의 품질, 대상 화합물에 따라 추출 수율은

10 ‒ 0.1 % 사이에서 변하거나 심지어 더 적을 수도 있다. 이것은 최종 제품의 양에 비해 폐기물의 양

이 상당할 수도 있다는 것을 의미한다. 폐기물의 양을 감소시키기 위해서는, 역류 밴드 추출 등을 사용

함으로써, 추출 수율을 최대화 하는 것이 중요하다.


보다 높은 추출 수율.





적용 가능성

일반적으로 적용 가능함.

경제적 측면

수율이 높기 때문에 비용적인 이점과 잔류물 폐기 시 비용이 적게 듦.


효율성 향상.


108


[62, D1 comments, 2004], *065A,I*

4.1.5.3 추출 후 잔류 설비 물질 재사용

설명

“이상적인” 추출 용제는 아래와 같은 요구사항을 충족시켜야 한다.

• 높고, 선택 가능한 용해도: 투입 물질에 들어 있는 필요한 부분을 제외한 나머지는 용해되어야 한다.

• 낮은 비열, 상대 밀도 그리고 증발열

• 불연성, 공기와 혼합 시 폭발물이 형성되지 않아야 함

• 무독성

• 추출 장비를 부식시켜서는 안 됨

• 투입 물질에 투과성이 좋아야 하고, 용액으로부터 간편하고 완벽한 제거 및 향이나 맛에 영향을

주지 않으면서 잔여물 추출되어야 함.

• 화학적으로 정제되고 균질하며 안정적이어야 함. 끓는점이 너무 높지 않고 일정해야 함.

이 모든 조건을 충족시키는 용제는 없으며 각각의 추출 공정에 맞는 최적의 용제를 찾아야 한다.

간편하게 분해가 가능한 용제를 사용하면 추출 잔류물에 대한 폐기 및 잠재적 재사용이 간편해진다.


추출 후 잔류 설비 물질 재사용 가능.





적용 가능성

일반적으로 적용 가능함.

경제적 측면

보다 낮은 잔류물 폐기처분 비용


효율성 향상.


[62, D1 comments, 2004], *065A,I*


109

4.1.6 안전성 평가

본 기준서는 환경적 영향이 상당히 큰 사고를 방지하는데 유용하다는 점에서 안전성 평가를 소개하고 있

다. 그러나, 본 기준서에서 이러한 주제 전체를 다룰 수는 없다. 공정 안전 분야는 본 기준서에 수록된

사항보다 훨씬 더 광범위하며 본 절은 초기 개요로 처리되어야 한다. 4.1.6.3절에는 추가 정보를 위한 참

고 문헌 목록이 수록된다.

4.1.6.1 화학 반응에 대한 물리 화학적 안전성 평가

설명

특정 설비 내 특정 공정에서 해당 반응에 대한 체계적인 안전 평가는 그림 4.6에 명시된 체계에 따라

수행할 수 있다. 평가는 일반 작업에 대해 실시하며(그림 4.7 참조) 화학 공정 편차 및 설비 작업상의

편차로 인한 영향을 고려한다.

물질 및 반응과 관련한 모든 물리 화학적 안전 데이터는 기술 및 조직 내 안전 수칙과 아울러 필수

장비 측면에서 평가해야 한다. 고려해야 할 중요한 물리 화학적 매개변수의 예는 다음과 같다.

• 1차 반응과 2차 반응(분해 등) 모두에 대한 반응 엔탈피 (△HR)

• 가스 생성 가능성 (M) 및 가스 생성율 (dM/dt) 또는 그에 따른 반응 또는 분해 가능성으로 산출

된 매개변수

• 열 발생률 (dQR/dt), 해당되는 경우 온도 함수로 나타난

• 시스템의 총 열 제거 용량 (dQK/dt)

• 공정 조건에서 해당 물질 및 반응 혼합의 열 안정성에 대한 제한 온도 (Texo)

• 불필요한 신생 물질 또는 부산물 (△n subst.)이 형성됨에 따라 반응 엔탈피 증가 또는 가스 형성

또는 제한 온도 (Texo) 감소

공정을 적절히 관리할 수 있는지를 확인하는 조치는 다음과 같다(순위를 정하지 않음).

예방 조치

(권장)

‐ 조직평가

‐ 제어 공학 기술과 관련한 개념

‐ 반응 스토퍼

‐ 비상 냉각

설계 조치

‐ 내압 구조

‐ 충분한 포집 용량을 포함하는 압력 방출


대형 사고 및 물질 유출 예방


없다고 봄.


110



적용 가능성

화학 반응과 유사하며 건조 또는 증류와 같은 다른 작업에도 적용 가능. 중요한 안전 사례로는 유기

분진 또는 용제 증기 처리가 해당된다.

경제적 측면

• 안전 조치 비용 추가

• 내압 구조 시 높은 비용


공정 안전

참고 문헌 및 표본 설비

[42, TAA, 1994], [100, TAA, 2000] 및 수록 문헌.

공정 변경 또는 설비 변경

일반 작업 평가(*)

시작

고장 가능성 파악

제어가 가능한 반응인가?

기술 및/또는 조직적 조치

평가

추가 고장 파악 ?

제어가능한 반응인가?

문서 작성

아니오

예

예 예 아니오

종료

공정/계획

그림 4.6 안전성 평가 절차.

* : 그림 4.7 참조


111

공정 조건 하에서의 물질 평가

공정 또는 설비를 수정해야 한다

사용 및 발생된 모든 물질이 충분히 안정적인가?

부수 및 부가 반응과 필수 반응의 평가

가스 발생

?

가스를 적절히 제거할 수 있는가?

화학 반응 출력 평가

반응 출력 평가 dQ/dt = QR/반 회분식 반응의

미터링 타임

과열이 관리되는가?dQ/dtR < dQ/dtK?

?

고장 가능성 평가

아니오

예

예

예

예예

아니오

아니오

아니오

아니오

그림 4.7 일반 작업의 반복적인 평가 전략.


112

표 4.8 화학 공정 또는 설비 운영 편차에 따른 영향

고장 원인 △HR dM/dt(dQR/dt)

- (dQK/dt)Texo

△nsubst.

화학 공정 편차에 따른 영향

시작 재료(사양, 특성, 속성), 예를 들어 l 촉매 효과가 있는 오염 l 농도 증가/감소 l 이전 사용 후 잔여물 l 활성제/억제제의 분해(가령, 장기 보관 결과).

시작 재료/보조 재료 유무, 예를 들어 l 사용한 용제 l 솔루션 프로모터 l 활성제/억제제

미터링, 예를 들어l 적절하지 못한 물질, 잘못된 수량/비율 l 미터링 순서 변경 l 잘못된 미터링 비율

반응 조건, 예를 들어 l pH 수치 변화 l 온도 증가/감소 l 반응/잔류 시간, 반응 시작 지연l 부산물/잔여물 증가

혼합, 예를 들어 l 부적절한 교반 l 고체/촉매 분리

설비 운영 편차에 따른 영향

보조 에너지 가용성, 예를 들어 l 압축 공기, 질소, l 전류l 전열 매체, 냉각 매체l 환기

가열/냉각 매체(온도), 예를 들어 l 안전한 공정 작업을 위해 규정된 온도 초과/미달

공정 장비, 예를 들어 l 고장

물질 흐름, 예를 들어 l 펌프/밸브 고장 l 밸브작동 오류 l 배관/밸브/피팅 막힘(특히 환기 파이프) l 설비의 다른 물질 역류

충전량, 예를 들어 l 과잉 l 충전 폐기 밸브 l 누출 콘덴서(열교환기)의 밸브 유출

교반, 예를 들어 l 고장

l 점성 증가

l 기계적 열 전달

부품 완전성l 부식(특히 열전달 시스템간 결과 물질의 유출과 관련)

l 기계적 손상


113

4.1.6.2 폭주 반응 방지

설명

폭주 반응의 결과는 심각할 수 있다. 따라서, 시설은 유사 사고의 재발 방지를 위해 공정 설계 관리,

기구 설치 및 잠금장치를 통해 반응 편위 (excursion)가 발생되기 쉬운 조건을 예방하는데 집중해야 한다.

시설은 급속 반응 예방을 위해 다음 조치를 취해야 한다.

• 공정 개선을 통해 본질적 안전 수준을 개선한다. 본질적으로 보다 안전한 공정을 검토함으로써 행

정관리 의존성을 줄인다.

• 작업자 실수 가능성을 최소화한다.

• 과압 원인으로 용기가 파열될 수 있는 사고를 숙지한다.

• 학습한 교훈을 활용한다. 품질 관리 및 작업자 실수 문제에 그치지 않고 실제 근본 원인을 파악한다.

• 표준 운영 절차 (SOP)를 평가한다.

• 직원 훈련 및 감독을 평가한다.

• 폭주 반응(중성화, 억제 등) 억제를 위한 조치를 평가한다.

• 비상 감압 시스템의 효율성을 평가한다.


폭주 반응 및 관련 피해 예방


없다고 봄.



적용 가능성

특히 발열 반응 시, 대체로 적용 가능. 또한 자동 반응(아크릴로니트릴에 대한 온장 실험 등) 가능성

이 있는 보관 제품과도 연관된다.

경제적 측면



사고 및 이후 환경 유출 예방.


[72, EPA, 1999]


114

4.1.6.3 유용한 링크 및 추가 정보

• Barton, J., R. Rogers (Eds.) (1993). 화학 반응 위험 사항 – 지침, ICgemE, Rugby, GB

• Bretherick, L. (1990). 반응성 화학 위험 사항에 관한 핸드북, 4판, Butterworths, London

• Grewer, T. (1994). 화학 반응의 열적 위험 사항, Esevier, 암스테르담 공정 안전 진행 사항(저널),

http://www3.interscience.wiley.com/cgi‐bin/jhome/107615864 열람 가능

• Steinbach, J. (1995). Chemische Sicherheitstechnik , VCH Weinheim

• Technische Regel für Anlagensicherheit-TRAS 410 Erkennen und Beherrschen exothermer

chemischer Reaktionen, Reihe 400 Sicherheitstechnische Konzepte und Vorgehensweisen,

Fassung April 2000, (Bundesanzeiger Nr. 1 66a vom 05.09.2001); Technischer Ausschuss für

Anlagensicherheit ‐ Sicherheitstechnische Regel des TAA.

http://www.sfk-taa.de/Berichte_reports/TRAS/tras_neu.htm. 열람 가능.

4.2 환경 영향의 최소화

4.2.1 최신 다용도 설비

설명

새로운 생산 설비 *037A,I*는 제약품을 생산하며 카이랄 합성, 생체 촉매 반응, Grignard 반응, Friedel

‐Crafts 반응, 브롬화, 염화, 방향족 치환반응, 금속 수소화물 환원과 같은 반응을 수행한다.

중요한 측면은 다음과 같다.

• 별도의 응축기, 극저온 응축, 세정, 열 소각 등 VOCs 방출을 관리하는 몇 가지 기술을 검토하였

다. 해당 설비에서 발생 가능한 모든 방출을 즉시 처리할 수 있다는 점에서 열산화를 선정하였다.

또한, 열산화기로는 설비의 에너지 공급원으로 사용될 수 있다.

• 잔여물 발생에 대한 특성 값은 제품 톤당 잔여물이 약 15톤이다. 제품은 최대 100톤/연/제품 규모

로 생산된다. 회수 경로는 대부분 품질과 순도 조건으로 인해 가능하지 않다. 할로겐화 화합물 또

는 염분 등으로 오염된 용제에 한하여 폐수 처리 설비에서 처리된다.

• 슬러지는 해외에서 가공되어야 한다는 점에서, 선택의 폭이 보다 넓은 공정을 실현함으로써 폐수

처리 설비의 슬러지 발생을 줄이기 위한 조사가 진행 중이다.

• 잔여물 방지를 위한 다른 조치는 다음과 같다. 공정에서 효소를 사용하고, 보다 낮은 온도에서 반

응을 수행하며 반응이 완료된 후 라세미화 (Racemise) 한다.

• 폭주 위험이 있는 한 가지 공정이 있다. 시작 단계에서 반응기의 온도를 측정하여 반응이 지침에

따라 이루어지는지를 점검한다. 온도가 경고 온도 지점을 초과할 경우 반응은 억제된다.

설비는 확산 배출을 최소화하고 에너지 효율을 최적화하는 방식으로 설계된다.


115

꼭대기 바닥 (5층)의 경우, 시작 재료의 중량을 측정하여 폐쇄된 공간에 적재할 수 있다. 제품은 펌프

및/또는 진공이 아닌 중력 작용으로, 3층에 고정되는 반응기에 투입된다. 펌프는 갑작스런 배출의 주요

원인이므로, 이러한 방식으로 갑작스런 배출을 최대한 예방할 수 있으며 에너지를 절약할 수 있다. 4층

의 경우(따라서 중량 측정 및 반응기 사이) 열 오일을 냉각 매체로 사용하여 (이중) 콘덴서를 고정한다.

용제는 반응기로 되돌리거나 수납 용기로 흘려 보낼 수 있다. 모든 시스템은 갑작스런 배출 방지를 위

해 폐쇄된다. 보다 낮은 층의 경우, 제품은 반응기에서 수납 및 건조 기능이 결합된 용기로 투입된다.

이때 역시 펌프/진공이 아닌 중력이 작용한다. 각 층마다 파이프가 집결하여 다기관을 형성한다. 장치는

필요한 공정 절차에 따라 유연한 파이프를 통해 각기 다른 구성으로 상호 연결할 수 있어 건축 자재 이

용을 배제할 수 있다. 포장은 생산 활동 완료 후(즉, 여러 종류의 제품 통합에 대한 전환이 이루어진

후) 교체되어 시스템이 안전하게 가동되고 갑작스런 배출이 발생되지 않는지를 확인한다. 장비 구성이

새로운 공정으로 변환된 경우, 포장을 변경하고 장비를 가압으로 설정하여 잠재 누출을 탐지한다. 생산

중 반응기 내부는 경미한 질소 과압으로 VOCs 증발이 약간 감소한다(차단). 건물이 폐쇄되고 기계적 환

기가 이루어진다. 건물 내부 압력은 외부보다 약 10 % 더 높다. 건물은 개별 환기되는 내화 구획들로

분류된다. 이들 구획에서 배출된 모든 가스는 회수되거나, 폐수 처리 회수 후 대기로 방출된다. 모든 콘

덴서 및 하수 배출구는 열산화기에 연결되어 모든 지점의 배출이 처리되도록 한다. 폐수 배출구 또한

열산화기에 연결된다.


• 높은 에너지 효율

• 확산/비산 배출의 최소화

• 회수 확대 및 VOCs 배출물질 감소


없다고 봄.



적용 가능성

새로운 설비(건물 등)에 대체로 적용 가능. 기술 제한에 따라 개별적 솔루션이 이루어질 수 있다. 예

를 들어 중력식 유동 작용은 고점도 유체에는 적용할 수 없다 [99, D2 설명, 2005].

중력식 유동 작용의 대안으로 캔 펌프를 사용하여 비산 배출물질을 방지할 수 있다 [99, D2 설명,

2005].

경제적 측면

비용 편익은 보다 높은 효율을 통해 예상할 수 있다.


116


비용 및 환경 편익, 효율성.


*037A,I*

4.2.2 공정 시작 전 현장 평가

설명

공정 시작 전 현장 평가는 의사 결정 과정의 일부분이다. 늦어도 신제품 제조를 위한 필수 공정 및

작업을 최종적으로 선정한 이후에는 본 제품 착수 지점에 관한 의사 결정이 이루어져야 한다. 기본적으

로, 신제품은 기존(자체 혹은 다른 사람의) 현장에서 착수할 수 있거나 새로운 현장을 구축하여 제품 착

수를 실현한다. 이러한 결정은 투자/운영 비용, 과학/기술 인력 또는 공급 재료 및 제품 물류와 같은 자

원의 가용성 등 수많은 요인에 좌우된다.

환경적 관점에서, “공정 확정” 후 주요 문제는 폐수 관리(복원, 회수, 억제 및 폐기 옵션을 고려) 및

공급 재료 및 제품/폐기물 운송 등이다. 그림 4.8은 운송에 관하여 두 곳의 현장 평가를 도해한 것이고

그림 4.9는 착수할 공정/작업에서 발생되는 폐수 관리에 관한 두 곳의 현장 평가를 도해한 것이다.

개조 또는 폐기 포함 비용

고부하 세척 용수의 폐수 전처리배출가스 감소

회수 용제의 재사용 옵션

산 회수

완충 및 생물학적 WWTP

회수된 산의 재사용 옵션

그림 4.8 운송에 관한 두 곳의 현장 평가.

각각 0 = 양의 값과 5 = 음의 값 사이의 평가 값을 기준으로 한다.


117

현장 1

개조 또는 폐기 포함 비용

고부하 세척 용수의 폐수 전처리

회수된 산의 재사용 옵션

용제 회수

완충 및 생물학적 WWTP

배출가스 감소

산 회수

현장 2

그림 4.9 신제품에서 발생되는 폐수에 관한 두 곳의 현장 평가.

각각 0 = 양의 값과 5 = 음의 값 사이의 평가 값을 기준으로 한다.


• 초기 평가에 따라 환경적으로 이로운 현장 답사 기준을 마련한다.

• 회수 재료의 재활용/재사용 활성화 가능성이 가장 높은 현장 파악.


없다고 봄.



적용 가능성

대체로 적용 가능.

경제적 측면

해당 사항 없음.


의사 결정 기준 마련 필요성.


[62, D1 의견, 2004], *066I*


118

4.2.3 제초제 생산 시 예방수칙

설명

*085B* 현장의 경우, 제초제 생산 시 독성이 있는 시작 재료 및 제품을 처리해야 한다. 예방수칙은 표

4.9에 설명된다.

표 4.9: 기준 제초제 생산 현장에서의 예방수칙

원자재 공급 원료는 밀폐 용기로 공급하여 하역 시 안전하고 배출 정도가 낮게 한다.

하역

지하 탱크가 있어 누출 또는 사고 시 유해 용액을 회수할 수 있는 콘크리트 구

조의 안전한 장소에서 하역. 하역은 확산 배출을 최소화하기 위해 가스 조정 시

스템을 갖춘 상태에서 실시해야 한다.

원자재, 중간 산물 및 제품 처리 모든 처리는 수동 작업이 없는 폐쇄 시스템에서 실시된다.

자동화전체 설비는 일정한 제품 품질을 유지하는 동시에 설비를 원활하고 안전하게 운

영할 수 있는 공정 관리 시스템으로 관리된다.

설비 밀폐

설비는 극소량의 누출도 즉시 탐지할 수 있도록 완전히 밀폐되며 25 mbar (N2

blanket)의 약간 과압 상태에서 보관된다. 과압은 흡입 현상을 막고 필요 시 N2

주입을 위해 특수 밸브 및 관리 시스템으로 유지된다.

완제품 보충 고체 제품은 분진 발생을 최소화하기 위해 펠렛화(플레이크 없이!)한다.

빗물 및 헹굼/세척수

세척 작업을 위한 물은 생물학적 처리 전 특수 활성탄 이동 베드에서 처리된다.

모든 빗물은 링 배출구(생산 설비 주변 전체)를 통해 4개의 차폐된 포집 탱크에

회수되며 제초제 및 흡수성유기할로화합물을 분석한다. 흡수성유기할로화합물이

1 mg/L 미만이고 제초제가 5 μg/L 미만일 경우 방출이 가능하나, 그렇지 않을

경우 활성탄 흡착으로 처리된다.


환경 문제 최소화.


없다고 봄.



적용 가능성

대체로 적용 가능

경제적 측면

장비 및 유지 관리 비용 상승. 자동화를 통한 능률 개선.


환경 문제 최소화, 자동화를 통한 능률.


119


[68, 익명, 2004], *085B*

4.2.4 “letter acid” 생산 개선

설명

나프탈렌 술폰산(또한 “letter acid”라고도 지칭함)은 염료/안료 제조 시 중간물질로 널리 사용된다. 술

폰 계열은 분자에 수성 용액 적용에 필요한 수용성을 부여한다. 각기 다른 적용은 종합적으로 술폰화,

나이트로화, 환원 및 알칼리 융합에 의해 가장 보편적으로 얻어지는 다양한 대체 유형으로 활성화된다.

환경적 문제는 대량의 부산물을 포함하는 상당량의 폐수를 생성한다. 표 4.10은 기존 공정에 따라 J 산

(1-hydroxy-6-aminonaphthalene-3-sulfonic acid) 생산 시 이를 도해한 것이다.

표 4.10 J 산(기존 공정) 제조 시 물질수지

시작 재료(톤) 폐수 및 제품(톤)

13.3

7.0 무기 염류68 m3 폐수

1.0 유기 부산물, 생물 분해 불가

4.0 잔류 고형물

0.3 SOX, NOX 폐가스

1.0 제품

이러한 이유로 잔류 폐수 처리 및 기존 생산 공정을 개정하였다. 표 4.11은 H 산 생산 개정의 표본을

나타낸 것이다. 개선된 공정은 *067D,I* 현장에서 실현되었다.

표 4.11 H 산 공정 수정

임무 개선사항 환경 편익

수율 개선

최신 공정 관리 시스템, 공정 매개변수 편차

감소20 % 시작 재료 소비 (나프탈렌,

H2SO4, CaCO3, HNO3)일부 중간 단계를 연속 시스템으로 교체

환원을 통한 Fe3O4 슬러지

예방 또는 재사용

산화철 안료 생산 시 재사용 편익 없음.

H2의 촉매 환원 100 % Fe3O4 슬러지

폐수량 최소화

중간 분리 단계 생략

70 % 폐수일부 중간 단계를 연속 시스템으로 교체

중간 증발 단계 도입

폐수의 유기물 부하 고압 습식 산화 적용 COD 제거 98 %

폐수의 염분 함량물량 최소화를 통한 염석 공정 방지

100 % NaCl 소비중간 분리 단계 생략

VOCs, NOx (및 H2) 의

안전한 감소열산화 적용 배출량 감소

개정 공정에서 몇 가지 분리 단계가 생략됨에 따라 H 산 분리에 따른 모액의 특성은 다음과 같다.

• COD: 45 kg/m3


120

• COD: 1.17 톤/톤 H 산

• 용량: 26 m3/톤 H 산

• 생물학적 제거 가능성: 생물학적 제거 불가능.

습식 산화는 120 ~ 150 bar와 240 ~ 300 ℃에서 작용한다.


표 4.11 참고.


없다고 봄.


설명 참조.

• 기본적으로 새로운 설비가 구축되었다.

• 추가된 회수/억제 기술 효과

적용 가능성

*067D,I*의 사례는 기본적으로 새로운 설비의 구축을 나타낸다. 시작점은 100년으로 거슬러 올라가며

취약한 인프라의 낡은 설비에서 운영되었던 공정이었다.

경제적 측면

제공된 자세한 정보는 없으나 새로운 인프라, 열산화기 및 습식 산화 시설이 구축되었다는 점에서 주

요 투자를 추정해 볼 수 있다.


가장 큰 동인: 배출량과 아울러 낡은 설비의 연령, 취약한 인프라.


[6, Ullmann, 2001, 9, Christ, 1999, 16, Winnacker 및 Kuechler, 1982, 68, 익명, 2004, 76, Rathi,

1995], [86, Oza, 1998], *067D,I*, *091D,I*

4.2.5 무수 진공 형성

설명

무수 진공은 폐쇄 회로 절차상의 기계 펌프 시스템을 사용하거나 건식 작동 펌프를 이용하여 형성된다.

예를 들어 슬라이드 로터리 진공 펌프(윤활유 유무에 관계없이)는 펌프 물질에 의한 수질 오염 방지

시 사용할 수 있다(그림 4.10). 이를 통해 증기는 프리콘덴서를 통해 감소된 압력에서 Roots 진공 펌프

로 흡입되고 추가 콘덴서와 평행으로 배열된 두 개의 슬라이드 베인 로터리 펌프에 의해 폐가스 처리

시스템(열산화기)으로 전달된다. 펌프는 물 냉각이 필요하다.


121

폐가스

처리

슬라이드

베인 펌프Roots 펌프

공정

배출가스

콘덴서콘덴서 콘덴서

응축 포집

용기

그림 4.10 수질 오염 현상이 없는 진공 발생의 예.


진공 발생 시 물 오염 방지.


없다고 봄.



적용 가능성

광범위하게 적용 가능.

가스 출입구의 고온을 이용하는 등 가스의 펌프 내 응축을 방지할 수 있다는 것이 전제 조건이다. 건

식 작동 펌프는 특히 응축 가능 물질(수증기 등) 또는 분진 또는 코팅 형성 또는 중합 물질이 가스 흐

름에 비교적 대량 함유되어 있는 경우에는 사용할 수 없다 [62, D1 의견, 2004].

건식 작동 펌프 사용은 가스 흐름에 부식 물질이 함유된 경우 제한된다 [99, D2 의견, 2005].

윤활유 사용 시 펌프의 증기는 로터리 슬라이드 베인 진공 펌프 오일의 윤활성을 떨어뜨릴 수 있다

[62, D1 의견, 2004].

건식 작동 펌프는 보통 온도 등급 Ex T3로 제한되며 적용 조건이 Ex T4 (*010A,B,D,I,X*)인 경우에는

사용 불가이다.

이와 비교해 볼 때 워터젯과 증기젯 진공 펌프는 작업이 매우 실용적으로, 보다 낮은 유지 관리 조건


122

및 저렴한 비용으로 보편적으로 사용할 수 있다 [62, D1 의견, 2004].

용제의 재사용은 불순물/오염과 관련한 문제로 인해 원료의약품의 제조 시 제한될 수 있다 [62, D1

의견, 2004]. 모든 유기 용제 재사용은 안전 위험과 관련한 문제로 인해 폭발성 물질 제조 시 제한될 수

있다 [99, D2 의견, 2005].

경제적 측면

건식 진공 펌프 투자 비용은 워터 링 진공 펌프보다 훨씬 높으나 장기적인 관점에서 전체 비용은 액

체 링 워터 처리 비용을 감안하여 대등해 질 수 있다.

* 113I,X*는 3개의 워터 링 펌프를 2개의 새로운 건식 작동 진공 펌프로 교체한 설비의 예를 보여준

다. 표 4.12에서, 이전 설비와 새로운 설비의 운영 비용이 비교된다. 안전 장비 및 설비를 포함한 새로

운 진공 발생 기술의 순수 투자액은 EUR 89,500 (175,000 DEM) (1999년)이었다. 따라서 원금 회수 기

간은 1년이다.

표 4.12 두 가지 진공 발생 기법의 운영 비용 비교

금액/연 비용 EUR/연

워터 링 펌프가 포함된 이전 설치:

에너지 요구사항 27 kW × 8,000 h 216,000 kWh 13,250

물 요구사항

(EUR 1. 12/m3)2.8 m3/h × 8,000 h 22,400 m3 25,100

발생 폐수

(EUR 3.07/m3)

2.8 m3/h × 8,000 h

(COD: 1,200 mg/L)22,400 m3 68,770

총계 107,120

건식 작동 진공 펌프(배출수 없음)가 포함된 신규 설치:

에너지 요구사항 35 kW × 8,000 h 280,000 kWh 17,180

총계 17,180

운영 비용 절감 899,40

통화는 1 EUR = 1.95583 DEM의 변환 계수를 적용하여 DEM에서 EUR로 환산하였다.


폐수 오염물질 감소 및 경제적 측면.


[9, Christ, 1999], [106, Koppke, 2000], *010A,B,D,I,X*

4.2.6 용제를 링 매체로 활용한 액체 링 진공 펌프

설명

단일(및 휘발성이 크지 않은) 용제를 펌프할 경우, 동일한 용제를 매체로 한 액체 링 펌프는 그림

4.11과 같이 용제 회수 시스템과 함께 적용할 수 있다. 잠재적인 물 오염을 방지하는 것 외에도, 용제를


123

링 매체로 사용할 경우 다른 이점이 있다.

• 진공은 냉각을 통해 유지되며, 물의 경우에는 0 ℃를 초과한 값으로 제한되나 보다 낮은 융점의

용제를 선정할 경우 보다 유연하다.

• 물보다 낮은 증기 압력의 용제를 사용할 경우 진공 상태를 보다 양호하게 유지할 수 있다.

폐가스

처리

배출가스1

배출가스2

링 펌프

콘덴서 콘덴서

재사용을

위한

이소프로

판올

증기

Strip

pin

g c

olu

mn

그림 4.11 이소프로판올을 링 액체로 사용하는 액체 링 펌프의 배치도.


진공 발생 시 수질오염 방지.


없다고 봄.


*010A,B,D,I,X*의 사례:

• 톨루엔을 링 액체로 사용

• 콘덴서의 배출가스는 열산화로 처리된다.

냉각 및 증기 형성 시 에너지 사용. 일반적인 건식 작동 진공 펌프와 비교하여 배출가스의 추가 처리

가 필요할 수 있다.


124

적용 가능성


회수 용제의 재사용은 원료의약품 [62, D1 의견, 2004] 및 폭발물 [99, D2 의견, 2005] 제조 시 제한

될 수 있다.

제시된 사례에서, 탈기관의 물은 폐수처리장으로 전달된다. 다른 경우 그러한 물의 특성화는 다른 옵

션으로 이어질 수 있다.

대략적으로 분해 과정은 하루 용제 사용량이 100 kg 이상일 경우에만 경제적으로 가능하다 [62, D1

의견, 2004].

경제적 측면

제공된 자료가 없으므로 용제 링 펌프에 비해 기존 링 펌프에 대한 비용 비교는 불가능하나 경제적

이점이 주요 동인인 것으로 추정된다.

용제를 재사용할 수 없는 경우 경제적 편익은 제한될 수 있다 [62, D1 의견, 2004].


폐수 오염물질 감소, 경제적 측면.


[9, Christ, 1999], *010A,B,D,I,X*

4.2.7 폐쇄형 사이클 액체 링 진공 펌프

설명

액체 링 진공 펌프는 밀폐 액체의 전체 재순환에 맞게 설계할 수 있다. 시스템에는 일반적으로 잔류

가스 응축을 위한 응축 회수 탱크 및 포스트 콘덴서가 포함된 펌프 흡입 콘덴서가 내장된다. 구성 재질

은 일반적으로 CrNiMo 스텐레스강이며 공정 측면과 관련된 모든 실 (seal)은 PTFE 재질이다.


• 밀폐 액체(물 등) 오염량이 상당히 감소한다.

• 냉각 및 밀폐 액체간 접촉이 없는 완전히 폐쇄된 시스템.

• 처리된 가스/증기(용제 등)는 회수된다.


없다고 봄.


재순환된 밀폐 액체는 특정 시간이 경과한 후 폐기를 검토해야 한다.


125

적용 가능성


회수 용제의 재사용은 API [62, D1 의견, 2004] 제조 시 제한될 수 있다. 안전 문제로 폭발물 제조 시

적용 불가 [99, D2 의견, 2005].

경제적 측면



폐수 오염물질 감소, 경제적 측면.


*042A,I*, *010A,B,D,I,X*

4.2.8 피깅 시스템

설명

피깅 기술은 자재 운송 및 세척 기술의 한 부분이다. 피깅 시 파이프 내용물은 제품을 파이프에서 완

전히 배출하기 위해, 밀착된 피팅 플러그(피그)에 의해 추진된다. 피그는 가장 보편적으로 가스성 추진

체(압축 공기 등)가 원동력이다. 산업용 피깅 장치의 주요 부품은 다음과 같다.

• 피그

• 피깅 가능한 밸브가 포함된 피깅 가능한 파이프

• 피그 적재 및 하역장

• 추진체 공급

• 관리 시스템

그림 4.12는 산업 용도로 사용되는 피그의 일반적인 특성을 나타낸 것이다. 피깅은 다음과 같이 다양

한 위치에 적용할 수 있다.

• 생산 설비 내 용기 사이

• 공정 설비 – 저장기지

• 저장기지 – 충전 설비


126

pig signaler (자석)탄성 있는 전면부, 굴곡 및

정지 시 중요

Waist는 파이프 굴곡부를

통과할 수 있다.

Sealing lip, 피그는

T-구획에서 타이트한

상태이다.

그림 4.12 산업 제품용 파이프 내 피그의 일반적 특성.


• 헹굼 절차 불필요, 혹은 이에 따른 세제량 감소

• 헹굼수 내 오염 물질 감소

• 유용한 제품 손실 감소


없다고 봄.


특정 임무에 좌우됨

적용 가능성

적용제품은 매우 다양하다. 특히 긴 배관, 복수 제품 설비 및 일괄 작업 시 유용하다.

또한 우수제조관리기준 (GMP) 조건에서 소독 설비에도 적용 가능 [41, Hiltscher, 2003]. 단, 우수의약

품관리기준 (cGMP) 조건인 경우 적용 가능성은 제한될 수 있다 [99, D2 의견, 2005].

개조 시 피깅 가능한 파이프가 필요하므로 장애가 커질 수 있다 [62, D1 의견, 2004].

표 4.13은 피깅 시스템 적용 시의 몇 가지 사례를 나타낸 것이다.


127

표 4.13 피깅 시스템 적용 사례

015D,I,O,B 염료

042A,I 일괄 작업 후 점성이 있고 불안정한 중간 물질 등 파이프 배출, 비 cGMP

070X 특수 계면 활성제

036L 염료, 글라이콜, 기타

071 I,X 계면 활성제, 용액상태의 제품 및 중간 물질

072X,I 첨가제

073F 향신료, 방향제

074F 향신료, 방향제

075X,I 용제

076X 특수 계면 활성제

077X 특수 계면 활성제, 80 원자재 및 제품

078X,I 아민

경제적 측면

표 4.14는 재래식 장치 및 피깅 배관 시스템 비용의 비교 사례를 나타낸 것이다. 제시된 데이터는

3.7년의 투자 수익률을 나타낸다.

표 4.14 재래식 장치 및 피깅 배관 시스템의 비용 비교

100 m 배관, 3인치

재래식 장치 EUR 피깅 시스템 EUR

투자 비용 (10년 사용 수명)

피그 자재

구조물

밸브, 플랜지

파이프 자재

구조물

밸브, 플랜지, 압력 방출 용기

총계 65,000 총계 105,000

연간 운영 비용

세제

1회 헹굼

제품 소실

소실된 제품 폐기 및 세제

3 피그, EUR 250 유지 보수 건당

(헹굼 없음)

총계 14,000 3,250


• 자동화 가능, 수동 배출과 비교하여 시간 절약

• 비용 감소


[41, Hiltscher, 2003], 기준 설비의 경우 적용 가능성에 관한 정보를 참조한다.


128

4.2.9 간접 냉각

설명

냉각은 직접 또는 간접적으로 수행할 수 있다. 물 주입(분사)으로 증기 단계를 냉각하는 대신, 냉각

매체(물, 염수, 오일 등)가 별도의 사이클로 펌프되는 표면 열 교환기로도 효과적으로 냉각할 수 있다.


• 폐수량 감소

• 추가적인 폐수 배제


없다고 봄.


특정 사례에 좌우됨.

적용 가능성


공정상 안전한 온도 관리, 온도 상승 또는 온도 충격을 위해 물이나 얼음을 추가해야 하는 경우에는

간접 냉각이 불가하다. 예를 들어 아민의 디아조늄 생성 시 표준 공정에서 얼음을 추가하는 경우이다

(*004D,O*). 직접 냉각은 또한 “급속 (run away)” 상황을 제어할 경우에도 필요할 수 있다 [62, D1 의

견, 2004].

또한 열 교환기가 차다될 우려가 있는 경우에도 적용 불가이다 [62, D1 의견, 2004].

경제적 측면



추가적인 폐수 배제 및 법규화.


[49, Anhang 22, 2002], *001A,I*, *014V,I*, *015D,I,O,B*

4.2.10 핀치 방법

설명

모든 공정은 고온 및 저온 흐름으로 구성된다. 고온 흐름은 냉각이 필요한 것이고 냉각 흐름은 가열

이 필요한 것으로 정의된다. 모든 공정에서, 단일 라인은 공정에서 모든 고온 흐름 또는 모든 저온 흐름

을 나타내는 온도 엔탈피 플롯을 토대로 추출할 수 있다. 모든 고온 흐름 또는 모든 저온 흐름을 나타


129

열함량 (Kw)

온도 ℃

온도 ℃

열함량 (Kw)

온도 ℃

엔탈피

그림 4.13 두 개의 고온 흐름.

그림 4.14 고온 복합 커브.

그림 4.15 핀치 및 에너지 목표를 나타낸 복합 커브.

내는 단일 라인은 각각 고온 복합 커브 또는 저온

복합 커브라 지칭한다. 복합 커브의 구성은 그림

4.13과 같다. 두 개의 고온 흐름은 온도 엔탈피 다

이어그램에 표시된다.

흐름 1은 200에서 100 ℃로 냉각된다. 이는 1의

CP(즉 질량 유속 × 특정 열 용량)를 가진다. 흐름

2는 150에서 50 ℃로 냉각된다. 이는 2의 CP를 가

진다. 따라서 200 kW의 열이 손실된다.

고온 복합 커브는 전체 온도 범위에 걸쳐 열 함

량을 단순히 추가하는 방법으로 형성된다.

200 ~ 150 ℃ 사이에는 단일 흐름만 존재하며 1

의 CP를 가진다. 따라서 전체 온도 범위에서 열 손

실은 50 kW이다. 150 ~ 100 ℃ 사이에서는 두 개

의 고온 흐름이 존재하며 총 CP는 3이다. 150 ~

100 ℃의 총 CP는 200 ~ 150 ℃의 CP를 초과하므

로 고온 복합 커브 부분은 150 ~ 100 ℃의 두 번

째 온도 범위에서 보다 수평으로 나타난다.

100 ~ 50 ℃ 사이에는 단일 흐름만 존재하며 CP

는 2이다. 따라서 총 열 손실은 100 kW이다.

그림 4.14는 고온 복합 커브를 나타낸다.

저온 복합 커브는 동일한 방식으로 형성된다.

실제 분야에서 흐름의 수는 일반적으로 훨씬 더

많지만 이러한 흐름은 정확히 동일한 방식으로

구성된다.

그림 4.1.5는 동일 온도 엔탈피 다이어그램에 구

성된 고온 및 저온 복합 커브를 나타낸 것이다. 다

이어그램은 공정의 총 가열 및 냉각 요구조건을 나

타낸다.


130

엔탈피 축을 기준으로 커브가 중첩된다. 고온

복합 커브를 활용하여 공정 대 공정 열 교환을 통

해 저온 복합 커브를 가열할 수 있다. 그러나 어

느 한쪽 끝에 돌출부가 있어 저온 복합 커브 상단

에 외부 열원 (QH,min)이 필요하고 고온 복합 커브

하단에는 외부냉각 (QC,min)이 필요하다. 이를 고온

및 저온 활용 목표라고 한다.

커브가 가장 근접하여 맞닿는 지점을 핀치라고

한다. 핀치에서 커브는 최소 접근 온도 ∆Tmin으

로 구분된다. ∆Tmin의 해당 값에서 중첩 부분은

공정 대 공정 열 교환의 최대량을 나타낸다. 또한

QH,min 및 QC,min은 최소 활용 요구조건이다.

공정의 핀치 및 활용 목표를 파악한 이후에는

핀치 방법의 3가지 황금률을 적용할 수 있다.

공정은 핀치 상단의 한 개 시스템과 핀치 하단의

한 개 시스템으로, 각각 두 개 시스템(그림 4.16

참조)을 고려할 수 있다. 핀치 상단의 시스템은

단지 잔류 열, 즉, 열손실원만을 필요로 하는 반면

핀치 하단의 시스템은 거부 열, 즉 열원을 가진다.

엔탈피

온도 ℃

열손실원

제로

고온

흐름

열원

그림 4.16 핀치 상단 및 하단 시스템 체계 표시.

엔탈피

온도 ℃

열원

열손실

원

그림 4.17 열손실원에서 열원까지 핀치 전체의 열 전달.

세 가지 규칙은 다음과 같다.

• 열은 핀치 전체에 전달될 수 없다.

• 핀치 상단에는 외부 냉각이 있을 수 없다.

• 핀치 하단에는 외부 가열이 있을 수 없다.

핀치 전체 열 이동량이 α인 경우 추가적인 고온 활용량(α)이 적용되어야 하며 추가적인 저온 활용량이

필요하다(그림 4.17 참조). 마찬가지로 열손실원의 모든 외부 냉각 및 열원의 모든 외부 가열은 에너지

요구조건을 높인다.


131

따라서:

T = A - α

T = 목표 에너지 소비량

A = 실제 에너지 소비량

α = 교차 핀치 열 유량

에너지 목표를 달성하려면 교차 핀치 열 유량을 제거해야 한다.


생산 현장의 에너지 균형 최적화.


없다고 봄.


핀치 방법을 불연속 공정에 적용하는 핵심은 데이터 추출이다. 간편한 방법은 없으며 비용 절감(= 에

너지 절감) 기회가 있을 경우, 모든 공정 흐름의 세부 측정 및 일정표가 필수적이다.

적용 가능성

대체로 적용 가능. [6, Ullmann, 2001]은 300개 이상의 제품을 생산하는 30개 반응기를 통해 일괄 공

정을 운영하는 OFC 현장에 핀치 방법을 적용한 사례를 보고하고 있다.

경제적 측면

비용 편익. [6, Ullmann, 2001]의 사례에서, EUR 502,500 (USD 450,000)의 절감액과 3개월~3년의 원

금 회수 기간이 보고되고 있다.


비용 편익


[6, Ullmann, 2001], [79, Linnhoff, 1987]

4.2.11 에너지의 효율적인 연계 증류

설명

증류를 두 단계(두 기둥)로 실시할 경우 양쪽 기둥의 에너지 유량은 결합될 수 있다. 본 예시에서

(DMF의 정제, 그림 4.18 참조), 첫 번째 기둥 상단의 흐름은 두 번째 기둥 하단의 열 교환기로 급송된

다. 증기 활용이 약 50 % 감소하였다. 이러한 감소는 비용 절감 효과를 거두었다. 단점으로, 두 기둥

간의 에너지 결합은 첫 번째 기둥의 편차가 두 번째 기둥의 공정에 영향을 주어 공정 관리 개선을 통해

서만 처리할 수 있음을 의미한다.


132

냉각수

DMF 저장

증기

그림 4.18 DMF의 에너지 측면에서 연계된 증류.


증기 소비량이 약 50 % 감소.


없다고 봄.


개별 사례에 좌우됨.

적용 가능성


경제적 측면

비용 편익


비용 편익.


[9, Christ, 1999]


133

4.2.12 최적화된 장비 세정 (1)

설명

생산 공장의 세정 절차는 생성되는 폐수 부하를 줄이기 위해 최적화될 수 있다. 특히 추가적인 세정

단계(사전 세정)를 도입하면 세척수로부터 상당 부분의 용제를 분리하는 것이 가능해진다. 높은 부하의

사전 세정 흐름은 탈기 (stripping) 혹은 소각의 방법으로 후속적으로 처리될 수 있다.


희석을 회피함으로써 개별적이고 효과적인 회수/처리(소각)가 가능해진다.


없다고 봄.


개별 사례에 좌우됨.

적용 가능성

대체로 적용 가능. 최적화된 세정에 대한 기타의 선택 사항은 [99, D2 comments, 2005]를 포함한다.

• 최적화된 생산 순서

• 회수를 가능하게 하기 위한 동일 약품/용제 사용

• 전용 장비에서 대량 제품 생산

• 용제 및 세정액의 재사용

경제적 측면

• 재활용 혹은 처리의 고효율성

• 폐수 처리 비용 절감


비용 최적화.


[43, Chimia, 2000]

4.2.13 최적화된 장비 세정 (2)

설명

장비(예: 반응기)의 세정은 종종 용제에 의한 최종 세정으로 완료된다. 용제의 추가 후에 (4.2.18절 용

기 내부에 액체 추가 참고), 용기는 교반 및/혹은 가열에 의해 세정된다. 잔류 용제는 용기를 비운 후

진공 및/혹은 약간의 가열을 통해 제거된다.


134


개방을 통한 VOCs의 직접적인 방출 방지.


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면





[54, Verfahrens u. Umwelttechnik Kirchner, 2004] *059B,I*

4.2.14 VOCs 배출의 최소화 (1)

설명

• 오염원의 억제 및 폐쇄

• 개방 부위 제거

• 증기 평형 사용

• 휘발성 화합물 사용 감축

• 저휘발성 물질 사용

• 운전 온도 저하

• 용제의 회수를 위한 콘덴서를 포함하여 건조를 위한 질소 대기 하에서의 폐쇄 회로 사용

• 세정을 위한 폐쇄 장비의 사용

• 모니터링 및 유지 보수 프로그램의 시행


• 확산 및 포착이 어려운 배출의 감축

• 배출원에서의 감축이 회수 혹은 저감보다 더욱 효과적이다.


없다고 봄.


135


산출량 혹은 에너지 효율에 대한 부정적 영향이 가능하다.

적용 가능성

일반적으로 적용 가능하며 산출량 혹은 에너지 효율을 고려하여야 한다.

의약품 생산의 경우, 휘발성 화합물(설명에서 언급한 바와 같이)의 사용 감축은 공정의 검증 및 인증

에 따른다 [62, D1 comments, 2004]. 미합중국 타이틀 V 청정공기법의 누설 탐지 및 수리 프로그램의

일부 실행 방법이 적용 가능하다(예를 들어 나사를 사용한 플렌지보다는 용접을 한 플렌지) [62, D1,

comments, 2004]. 누설 탐지 분석 결과는 종종 재현될 수 없다 [99, D2 comments, 2005].

경제적 측면

• 현지 상황에 크게 의존하는 투자 및 유지 보수 비용

• 신품 용제 및 저감 장비의 추가적 구매 비용

• 설비의 신뢰성에 관한 유익한 영향


확산 및 포착이 어려운 배출의 감축, 그리고 경제적 측면


[37, ESIG, 2003]

4.2.15 VOCs 배출의 최소화 (2)

설명

• 밀폐 전동 펌프, 마그네틱 드라이브 펌프, 이중 작용의 기계적 실 (seal) 및 실링 혹은 잠금 매체

를 갖는 펌프, 격막 (diaphragm) 펌프 혹은 벨로우 (bellow) 펌프와 같이 타이트하도록 설계한 펌

프의 사용

• VOCs의 기체 혹은 증기가 압축되는 경우 다중 실링시스템 사용. 습식 실링 시스템이 사용된다면

컴프레서에 적용한 실링 액체는 공기제거가 이루어지지 않을 수도 있다. 예를 들어 채워 넣은 불

활성 기체 혹은 운반되는 배기물질의 양이 유출될 때와 같이 건식 실링 시스템이 사용된다면 유출

된 폐가스는 다시 포집되어 수집 시스템 안에 채워진다.

• 플렌지 형태의 접합부는 공정 기술, 안전 혹은 유지 보수에 관한 이유 때문에 필요한 경우에만 사

용되어야 한다. 이 경우에 기술적으로 타이트한 플렌지 형태의 접합부가 사용되어야 한다(최대 누

수 비율 10 – 5 kPa*l/(s*m)).

• 밸브 혹은 게이트와 같은 차단 및 컨트롤 장치의 스핀들 가이드를 밀봉하기 위해서 높은 밀봉력과

출구 쪽의 안전 패킹 그랜드 혹은 유사한 효과의 밀봉 시스템을 갖춘 금속 벨로우즈가 사용되어야

한다(최대 누수 비율은 섭씨 250도 미만에서 10 mbar*l/(s*m)이며 섭씨 250도 이상에서는 10 - 2

mbar*l/(s*m)이다. (누수 비율은 [102, VDⅠ, 2000]에 따라서 탐지된다.)


136

• 액체의 추가에 대해 바텀 로딩(바닥 장입) 혹은 표면 하 필링 (filling)을 적용

• 검사 중 혹은 보관용 탱크의 세정 중 발생하는 폐가스는 연소 후 시스템 (post‐combustion system)

안에 채워지거나 혹은 배출을 줄이기 위해 유사한 대책이 적용되어야 한다.

• 보관용 탱크가 지상에 설치되고 운영되는 한 탱크의 외벽과 지붕은 최소한 영구적으로 70 %에 달

하는 총 열반사율을 갖는 적절한 도료로 도포하여야 한다.

• 이중 작용의 기계적 실 및 실링 매체 혹은 잠금식 매체와 같은 기술적으로 타이트한 교반식 실링

시스템의 사용.


• 확산 및 포착이 어려운 배출의 감축.

• 배출원에서의 감축이 회수 혹은 저감보다 더욱 효과적이다.


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면

• 현지 상황에 크게 의존하는 투자 및 유지 보수 비용

• 설비의 신뢰성에 대한 유익한 영향


확산 및 포착이 어려운 배출의 감축.


[99, D2 comments, 2005], [48, TA Luft, 2002]

4.2.16 용기의 기밀성

설명

용기의 기밀성은 포착이 어려운 배출의 방지 및 회수 혹은 저감 시설로 흐르는 배출가스량을 감축하

는 중요한 필수 조건이다.

용기의 기밀성을 보증하기 위해서는 용기가 응용 압력 혹은 진공을 유지할 때까지 (예를 들어 최소

30분간 약 100 mbar) 모든 개방 부위가 점검되어야 한다(그리고 필요한 곳은 밀봉되어야 한다).

압력 시험은 정기적으로 수행한다.


137


• 포착이 어려운 배출의 감축

• 회수 혹은 저감 기술에 사용되는 배출가스 양의 감축

• 충격 불활성화를 가능하게 해준다.


없다고 봄.



적용 가능성

일반적으로 적용 가능하며 또한 예를 들어 파이프와 같은 다른 타입의 장비에도 적용될 수 있다. 또

한 진공 증류의 경우에도 적용이 가능하다.

경제적 측면

낮은 실행 비용. 불활성화 및 회수 혹은 저감 비용에 대한 긍정적 효과.


포착이 어려운 배출 및 배출가스량 감축.


[54, Verfahrens u. Umwelttechnik Kirchner, 2004] *042A,I*, *059B,I*

4.2.17 용기의 충격 불활성화

설명

용기의 불활성화는 산소의 수준을 일정 한계치 이하로 안전하게 유지하기 위하여 수행된다. 산소(공

기)는 다음 방식으로 용기 안으로 들어간다.

• 액체, 고체 등의 추가를 통하여

• 진공이 적용될 때 개방부위를 통하여

• 액체 안에 담겨 있을 때

• 혹은 단순히 청소 혹은 유지 보수를 위하여 용기가 개방되는 경우

불활성화는 배출가스 부피 유량을 생성하고 불활성 기체(질소)는 유기 오염물의 운반체로서 작용할 수

있다.

충격 불활성화를 위해서는 다음의 두 단계가 요구되는 산소 함유량에 도달할 때까지 수행된다.

(1) 진공의 적용

(2) 질소의 범람 (flooding)


138

충격 불활성화는 장비의 기밀성이 보증되는 경우에만 가능하다. 표 4.15는 지속적인 불활성화 및 충격

불활성화와 비교한 서로 다른 생성 배출가스량을 보여 준다.

표 4.15 불활성화에서 발생하는 배출가스량에 대한 예

충격 불활성화 지속적 불활성화

용기의 부피 5 m3

배치의 지속 시간 30 hours

지속적인 불활성화에 대한 교환 비율 5 m3/hour

충격 불활성화에 대한 사이클의 개수 3

불활성화로부터의 배출가스량 15 m3 150 m3


• 회수 혹은 저감 기술에 사용되는 배출가스 양의 감축

• 불활성 기체의 소모 감축.


없다고 봄.



적용 가능성

장비의 기밀성이 보증되는 때에만 일반적으로 적용이 가능하다. 안전 요건은 예를 들어 공정이 산소

를 생성하는 경우에서와 같이 지속적인 불활성화의 적용을 방지할 수도 있다.

경제적 측면

불활성화 및 회수 혹은 저감 비용에 대한 긍정적 효과.


배출가스 부피 유량 감축.



4.2.18 용기 내 액체 추가

설명

용기 내 액체의 추가는 기체의 변위를 유발하고 따라서 회수 혹은 저감 기술로 향하는 배출가스 용적

유량에 기여한다. 액체의 추가는 상부 주입 혹은 바닥 주입 혹은 침액배관 (dip-leg)의 방식으로 가능하다.

유기 액체의 경우 변위된 기체에서의 유기물 부하은 상부로 주입되는 경우 약 10배에서 100배 정도

높다.


139

• 가능한 유압 시스템을 이용하여 필터에서 젖은

케익을 제거

• 재용해의 방법으로 잔류물을 다음 배치와 함께

재활용 혹은 필터 내에 그대로 둠

• 장비를 폐쇄된 상태로 유지

• 케익을 건조 (진공 및 가열된 장비)

• 유압시스템으로 건조물을 제거

• 잔류물을 질소로 날려 사이클론으로 다시 수거

• 장비를 폐쇄된 상태로 유지

용기에 고체와 유기 액체가 추가된다면 고체는 액체가 바닥에서 주입되는 경우에 동적인 덮개로서 사

용이 가능하며 그것은 또한 변위된 기체의 유기물 부하에 긍정적인 영향을 준다.


액체의 추가로 인한 변위된 기체에서의 오염물 부하 낮아짐.


없다고 봄.



적용 가능성

광범위하게 적용 가능하나, 안전 혹은 품질 우려로 인해 제약이 발생한다. 유사한 제약 사항이 따르지

만 이의 대안으로서, 기체 평형화가 사용될 수 있다 [99, D2 comments, 2005].

경제적 측면

낮은 실행 비용. 불활성화 및 회수 혹은 저감 비용에 대한 긍정적 효과.


회수 및 저감 비용



4.2.19 폐쇄 시스템에서의 고체-액체 분리

설명

OFC 현장에서 자주 발생하는 업무는 고체 혹은 중간 생성물을 액체(일반적으로 용제)에서 여과방식에

의해 분리하는 것이다. VOCs 배출의 확산은 장비가 추가적인 처리 혹은 건조를 위해 젖은 필터 케이크

를 방출하기 위해 개방될 때에 발생한다. 예를 들어 다음과 같은 선택 사항 중의 하나를 적용함으로써

이를 회피할 수 있다.

Nutsche 방식의 압력 필터 Nutsche 방식의 필터 건조기


140


배출 확산의 최소화.


없다고 봄.



적용 가능성

대체로 적용 가능. 압력 Nutsche 필터는 광화학, 무기 및 유기 화학, 정밀 화학, cGMP 조건 하에서의

운전을 포함하여 특히 제약 산업에서 성공적으로 활용된다. 지속적, 반지속적 혹은 불연속적 운전에 대

해 적절한 장비가 거의 모든 액체‐고체 분리 문제에 이용 가능하며 그 각각에 대해 다양하고 적절한 디

자인이 이용 가능하다.

고체–액체의 분리는 또한 원심분리기로도 수행됨으로써 후속 운전에 대해 시스템의 폐쇄를 유지한다.

경제적 측면

개선 비용.


배출 확산의 최소화.


[89, 3V Green Eagle, 2004], [91, Serr, 2004], *088I,X*

4.2.20 증류로부터의 배출가스 흐름 최소화

설명

증류에서 나오는 배출가스 흐름은 컨덴서의 구조가 충분한 열 제거를 허용한다면 실제적으로 제로로

최소화될 수 있다. 그림 4.19는 에탄올/디에틸에테르/물의 혼합물에 대한 분리의 예를 보여준다. 첫 번

째의 칼럼은 물과 에탄올로부터 디에틸에테르를 분리하며 두 번째 칼럼은 상부층이 94 %의 에탄올과 6

%의 물로 구성되고 바닥에는 물이 형성되도록 해준다. 응축은 수냉식 컨덴서로 수행된다 (10 ~ 12 ℃).

에너지 소비는 바닥층의 산물과 투입 원료 간의 열 교환에 의해 최적화된다.


141

컨덴서 디에틸에테르, 18 ℃

추가적 처리용

에탄올, 20 ℃

추가적 처리용

에탄올/

디에틸에테르/

물

에탄올/

물

증기

증기

물

열 교환기

컨덴서

그림 4.19 폐쇄 증류 시스템의 예시.


• 증류로부터의 VOCs 배출 방지

• 저감 시스템의 완화


없다고 봄.


*062E*으로부터의 예

• 가열: 증기

• 공급: 460 kg/시간

• 비상 압력완화 장비

적용 가능성


만일 비응축 기체가 증류 장치 투입에서 용해된다면(예를 들어 불활성 기체), 증류 시작 단계에서 추

가되는 양을 다루기 위한 조치를 취해야 한다.

유기 용제로부터의 재결정화에 유사하게 적용 가능하다 (*064E*).


142

경제적 측면

통풍 시스템에 비해 중대한 비용 추가는 존재하지 않는다.


비용 상의 이점.


[54, Verfahrens u. Umwelttechnik Kirchner, 2004], *062E*

4.2.21 폐수의 구분

설명

다목적 현장에서의 폐수 관리 전략은 만일 서로 다른 목적지로 향한 폐수의 구분이 현실적으로 수행

될 수 없다면 비효과적이라 할 수 있다. 단일 제품의 제조에서 그리고 서로 다른 생산 활동을 고려한다

면 생성된 폐수의 목적지는 예를 들어 아래와 같이 자주 변경될 수 있다.

제품 1 모액 습식 산화

세척수 생물학적 WWTP


캠페인의 마지막 세척수 생물학적 WWTP

제품 2 모액 1 추출

모액 2 습식산화


*015D,I,O,B* 현장에서 폐수의 전형적인 배출원은 액체‐고체 분리를 위한 장치(여과 압착, 기타 여과)

이다. 그러한 모든 장비는 폐수에 대한 4개의 주요 목적지에 연결된다. 그것은 생물학적 폐수처리 설비

및 전처리 시설들이다. (그림 4.20).


143

6개의 필터 압력




2 층

1 층

지상층

생물학적 WWTP

역삼투압

추출

습식산화

압력 교반 필터 넛츠

그림 4.20 생산공장에서 나오는 폐수의 구분.


운전요원들이 폐수의 관리를 실현하도록 해준다.


없다고 봄.



적용 가능성


유사한 예: *068B,D,I*

경제적 측면

파이프, 계기장비, 자동화 밸브 등에 대한 비용


관리 전략의 실현


144



4.2.22 역류 제품 세척

설명

광택 단계로서 유기제품은 불순물의 제거를 위하여 자주 수상으로 세척된다. 낮은 물 소비와 결합에

있어서 고효율 (그리고 낮은 폐수의 발생)은 반대 방향의 제품 세척에 의해 가능하고 이는 또한 기타의

정제 단계와 결합될 수도 있다. 그림 4.21은 트리나이트로 톨루엔 (TNT)의 제조에 있어서 반대 방향의

제품 세척을 보여 준다. 추가적인 정제 단계는 소디움 설파이트의 추가 및 소위 “붉은 물 (red water)”

이라 불리는 TNT 제조공정 폐수의 제거를 통하여 비대칭 TNT를 제거한다.

TNT from

nitration

Recycle to

nitration

“Red water" to incineration

Water

TNT for further processing

그림 4.21 TNT 제조에 있어 역류 제품 세척.


• 낮은 물소비량

• 폐수발생 감소

• 특정 내용물 혹은 농도의 재활용 혹은 개별 처리 가능


없다고 봄.



적용 가능성

광범위하게 적용 가능함.

세척 과정의 최적화 정도는 생산 수준 및 규칙성에 의존한다. 그러므로 역류 세척은 대규모의 공장에

서 경제적이며 그 이유는 그것이 구체적으로 하나의 생산 공정에 맞춤식으로 적용될 수 있기 때문이다.


145

생산량이 적거나, 실험적 생산 운영 혹은 간혹 발생하는 생산 캠페인의 경우 이들 과정은 사용할 수 없

다 [62, D1 comments, 2004].

경제적 측면

비용 상의 이점.


비용 상의 이점 및 물 소비량


[91, Serr, 2004], *062E*, *064E*

4.2.23 반응 컨트롤의 예: 아조 결합

설명

아조 결합 배치는 구성 성분이 혼합되거나 혹은 몇 시간 이후에 즉시 완료될 수 있다. 여분의 디아조

늄 화합물의 존재 여부를 점검하기 위해 용이하게 결합을 하는 성분 (예를 들어 약알칼리성의 H 산 용

액)과 함께 한 방울의 반응 용액이 여과지 위에 묻힌다. 만일 어떠한 색상도 나타나지 않는다면 결합은

완료된 것이다. 소비되지 않은 결합 성분의 존재 여부는 디아조늄염 용액을 묻혀서 확인할 수 있다.


• 생성된 모액의 COD 부하 감소

• 시작 물질의 보다 효과적인 사용


없다고 봄.



적용 가능성

광범위한 공정, 특히 정량적 변환이 가능한 경우 (예를 들어 결합 혹은 첨가 반응).

경제적 측면

• 높은 수율

• 폐수 처리 비용 절감


경제적 측면


*004D,O*


146

4.2.24 고염분 함유 모액의 방지

설명

염분 제거 혹은 벌크 중성화 (예를 들어 알칼리 추가, “라이밍 (liming)” 또는 “초오킹 (chalking)”)에

의한 생성 물질의 분리는 방지하여야 하며 그 이유는 생성된 모액 (종종 높은 유기물 부하를 포함하는)의

분리 (work-up)가 염 함유량에 의해 종종 제한되기 때문이다. 그 예는 술폰화 혹은 나이트로화에서 소

비된 산으로, 만일 염 함유량이 너무 높지만 않다면, 황산 제조 공장에서 재활용될 수 있다.

대안으로 사용 가능한 기법은 예를 들어 다음과 같다.

• 분리막 공정 (섹션 4.2.26 참조)

• 용제 기반 공정

• 반응 추출 (섹션 4.2.25 참조)

• 간 분리의 생략 (섹션 4.2.4 참조)

용제 기반 공정으로의 변경 예시는 [9, Christ, 1999] 에 제공되고 표 4.16에서 보여진다.

표 4.16 탈염공정 회피를 위한 공정 변경

[9, Christ, 1999]이전공정 신공정

H2SO4에서의 반응 용제 기반

침전 유발 요인 탈염공정 pH 조정 및 진공 냉각

H2SO4의 회수가 가능한가? 아니오 예

모액은 생물학적 폐수처리장으로 향하는가?

예

COD 연간 3,000톤

분해가 어려움

아니오


• 모액의 분리 (work-up) 가능 및 특히 소비된 H2SO4 회수 가능

• 폐수의 유기물 부하 감소


용제 기반 공정으로 변경하는 경우 VOCs 배출 및 회수/저감을 위한 추가 에너지/화학물질의 소비


대안으로 사용 가능한 분리 기술/공정에 의존한다.

적용 가능성

결과로서 나타나는 공정을 변경할 수 있는 옵션에 의존한다.

경제적 측면

예를 들어 다음과 같은 특정 대안에 의존한다.


147

• 용제 기반 공정으로의 변경으로 인해서 전체 공정이 대치되거나 혹은 새로운 회수/저감 기술이 수

립되어야 하는 경우의 고비용

• 만일 대안으로 사용하는 분리 기술이 산출량을 증가시키고 처리 비용을 최적화하는 경우의 경제적

인 이점


• 높은 유기 폐수 부하

• 추가적인 처리 비용


[15, Köppke, 2000], [9, Christ, 1999]

4.2.25 반응 추출

설명

유기산은 탄화수소에 용해된 적절한 유기 염기로 pH를 조절한 후에 수용액으로부터 선별적으로 추출

될 수 있다. 염기는 일반적으로 3차 아민(예를 들어 ® Hostarex A327)이다. 산과 염기는 유기상에서 안

정적인 착화합물을 구성한다. 상 분리 후에 착화합물은 NaOH 용액의 추가에 의해 분리되고 산은 나트

륨염으로 얻을 수 있다. 염기와 탄화수소는 폐쇄 사이클에서 사용된다.


• 유용한 원재료 혹은 생성물질의 회수

• 유기 폐수 부하의 감소


없다고 봄.


분리 대상에 따라 다름.

적용 가능성

유기염기에 대해 일반적 절차가 가능하다.

기타 적용 [6, Ullmann, 2001]:

• 5 % trioctyl amine in Shellsol AB를 갖는 페놀과 비스페놀

• 20 % trioctyl amine in Shellsol AB 를 갖는 mercapto benzo thiazol

• 전통적인 착화제/킬레이트제를 갖는 금속 양이온

경제적 측면

• 회수한 원재료 혹은 생성물질이 추가적인 가공이 가능할 정도로 순수한 경우에 수익성이 있다.


148

• 폐수 처리비용의 감소


• 원재료 혹은 생성 물질의 회수

• 폐수 처리 비용 감소

• 폐수배출 부담금의 감소 [62, D1 comments, 2004].


[6, Ullmann, 2001, 9, Christ, 1999, 33, DECHEMA, 1995] 및 본 기준서 내의 참고 문헌

4.2.26 염료 제조에서의 압력 투과의 이용

설명

수용성 염료의 생산에서 생성물질의 분리는 일반적으로 염분 제거, 필터링, 재용해 혹은 재부유 및 재

여과와 건조에 의해 수행될 수 있다. 이 공정에서 높은 COD 및 염류 부하를 갖는 모액이 생성된다. 압

력 투과 (그림 4.22 참조)가 이러한 단계들을 대체할 수 있고 높은 산출량 및 폐수의 감소를 가져온다.

압력투과 설비 물, 무기염 및 작은 유기분자는 투과하고, 정량적으로 염료를 용액 내에 가둘 수 있는

반투막을 사용한다. 염을 포함하는 합성용액은 반응 용기를 통과하여 보존용 탱크로 가고 후속적으로 압

력을 받는 막을 통과한다. 그리하여, 염을 포함하지만 염료는 거의 없는 투과액과 염료 농축액으로 분리

된다. 염료 농축액은 보전용 탱크로 되돌아간다.

합성공장에서 나온 염료 용액 (모액)

순수한 물

염료가 없는 투과액

보존용 탱크 멤브레인스테이션

염료 용액의 표준화와 건조

그림 4.22 압력 투과를 사용한 생성물질 분리.


149


표 4.17은 전통적인 물질의 반응 마무리와 비교한 주요 환경적 이점을 보여준다.

표 4.17 압력 투과에 의한 물질 분리 (work-up)의 환경적 이점

전통적 공정 압력투과 공정

생산된 염료 1 톤 1 톤

폐수

양 7.0 톤 – 90 %

염 부하 1.5 톤 – 90 %

COD 50 kg – 80 %


기타 환경 매체로의 이동은 보고되지 않는다. 여러 단계를 갖는 전통적인 공정이 하나의 단계를 갖는

공정으로 교체되기 때문에 에너지 소비는 증가할 것으로 기대되지 않는다.


분리의 요건에 따라서 미세 여과, 초미세 여과, 나노 수준의 여과 혹은 역삼투압이 사용된다. 막 표면

은 나선형으로 감긴 모양이거나, 판 형태 혹은 관 모듈 형태이다. 운영 압력 및 처리량은 막의 특성 및

분리 작업에 따라 결정된다.

적용 가능성

압력 투과는 수용성 염료에서 뿐만 아니라 원칙적으로는 다양한 분리 작업에 적용이 가능하다. 특정

경우의 중요한 사전 조건은 다음과 같다.

• 적절하고도 신뢰할 수 있는 막이 이용될 필요가 있다.

• 만족할 수 있는 제품 품질에 도달할 수 있다.

기타 예시

• 폐수에서 나온 3차 아민(생성물질)의 역삼투압에 의한 분리.

회수 제품 및 감축된 폐수 비용은 매우 신속한 보상을 가져온다 (*0071*).

• 초미세여과에 의한 발효 물질의 분리 [46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003].

경제적 측면

경제적인 이점은 다음과 같다.

• 폐수비용의 절감

• 동일하거나 혹은 때로 제고된 제품 품질

• 5 % 까지의 높은 산출량

• 표준화에 드는 보조 비용 절감


폐수 부하의 감축, 산출량 최적화, 비용상의 장점


150


[9, Christ, 1999], [61, Martin, 2002], *060D,I*, *004D,O*, *007I* 및 본 기준서 내의 참고문헌.

4.2.27 토양의 보호

설명

토양 및 지표수 오염의 잠재적 위험을 갖는 물질(일반적으로 액체)이 취급되는 시설은 잠재적 누출이

최소화되는 방법으로 건축되고, 운영되고 유지되어야 한다. 그러한 시설들은 밀폐되고 안정적이며 가능

한 기계적, 열적 혹은 화학적인 문제에 충분한 저항성을 갖추어야 한다. 누출은 신속하고도 신뢰를 줄

수 있는 방법으로 인지되어야 한다. 누출 물질은 안전하게 보존되고 취급 및 처리되어야 한다. 이것은

기타의 대책이 효력을 갖기 전에 누출될 수 있는 물질의 양에 따른 불침툭성이며 안정적인 보존 지역에

적용함으로써 실현된다. 대안으로써 누출 감지 시설을 갖춘 이중벽 장비가 사용될 수 있다.


토양, 지표수 및 지하수 오염의 예방


없다고 봄.


토양 보호 대책은 토양, 지표수 혹은 지하수 오염의 경우에 취급 물질에서 유발되는 위험 요인에 의

존한다.

대책은 다음을 포함한다.

• 최대 크기의 탱크 혹은 드럼, 혹은 바닥에서 파이프로 연결된 경우에는 다수의 탱크 용량을 기반

으로 충분한 보존 용적을 제공

• 모든 결합 구조의 완전성과 기밀성, 그리고 물 혹은 기타 물질에 의한 침투 저항성을 검사 및 입증

• 지정된 누출 보호 지역에서만 물질을 하역 및 적재

• 지정된 누출 보호 지역에서만 처리 대기 물질을 보관 및 수집

• 시각적으로 검사가 가능하도록 시설을 설계

• 누출이 발생할 수 있는 펌프의 구멍이나 처리장 챔버에 액체 수위 경보 장치를 설치 혹은 대안으

로서 모니터링 인원이 정기적으로 펌프 구멍을 모니터링

• 탱크에 월류 제어장치 (overflow controller)를 장착

• 탱크 및 파이프 라인을 시험 및 검사하는 프로그램

• 물 이외의 물질 운반에 사용되는 파이프의 플렌지와 밸브 누출 검사(예를 들어 시각적 검사 혹은

물을 이용한 검사). 이들 검사 기록의 유지.

• 물 이외의 물질 운반에 사용되는 파이프의 플렌지와 밸브 누출물의 수거를 위한 집수 시스템.

• 봉쇄 방재 및 적절한 흡착 물질의 공급


151

적용 가능성


배관작업이 결합 지역 내에 위치하며 누출되더라도 위험의 결과를 가져 오지 않는 경우에는 공식적

검사가 불필요하다 [62, D1 comments, 2004].

보관 시설의 경우 토양 보호를 위해서는 [64, European Commission, 2005]를 참조한다.

경제적 측면



토양, 지표수 및 지하수 오염의 예방.


*019A,I*, *020A,I*, *001A,I*, *014V,I*, *01 5D,I,O,B*

4.2.28 소화용 및 오염 지표수의 보존

설명

소화용 및 오염 지표수는 지표수 시스템에서 수거되어 현장의 최대 소화용수 방출량 및 동시에 일정

량의 우수를 저장하도록 설계된 연못에 저장된다. 포함된 액체는 요구되는 바의 통제된 비율로 폐수처리

설비로 펌프에 의해 옮겨질 수 있다.




없다고 봄.


보존 용적은 저장/취급되는 물질의 양 및 특성에 의존하고 예를 들어 24시간에 50 밀리미터의 강우량을

고려한다.

일반적으로 TOC = 20 mg/L에서 자동화 밸브 작용을 포함하여 온라인 모니터링을 한다.

적용 가능성


기존 현장의 공간적인 제약이 심각한 장애가 될 수 있다 [99, D2 comments, 2005].

폐수 파이프 시스템 또한 보존 용적으로서 사용될 수 있다 [99, D2 comments, 2005].


152

경제적 측면





*017A,I*, *01 8A,I*, *019A,I*, *020A,I*

4.2.29 예시: 포스겐화 (phosgenation) 관리자의 교육

설명

독성 물질의 취급은 관리자가 정상적 조업 상태에서 안전하게 작업을 하고 정상적인 상태에서 이탈이

발생했을 때 적절히 대응할 수 있도록 충분하고 적절한 지식을 요구한다. 그러므로 포스겐으로 작업을

하는 관리자의 교육은 다음을 포함한다.

이론적 배경

• 포스겐에 대한 정보 (예를 들어 독물학, 물리 화학적 성질)

• 포스겐화 공정에 대한 정보

• 보관 및 배관

• 탐지 및 비상 시스템의 작동 지식

• 세정기의 저감

• 포스겐을 포함한 용제의 운반 및 중성화

• 시료 채취

• 포스겐에 의한 중독

• 비상 계획

• 개인 보호 장비

실제적인 훈련

• 세정기의 작동 및 조절

• 안전 장치의 점검, 활성화 및 정지

• 컨덴서의 점검, 활성화 및 정지, 채우기 및 비우기

• 포스겐 실린더의 설치와 제거, 가열 활성화

• 포스겐 소비의 균형화

• 시료 채취

• 포스겐화의 조절

• 기체 제거 및 중성화

• 냉각 시스템


153

• 포스겐 취급을 위한 설치

• 연결 파이프

• 정상 상태에서 이탈 시 개입 및 조치


포스겐 보관 및 취급의 위험 제한


없다고 봄.



적용 가능성

유해 물질의 취급 혹은 기타 유해한 작업에 대체로 적용 가능 [62, D1 comments, 2004]. 개별 물질의

특성 및 조건은 훈련 내용의 변경을 요구할 수도 있다.

경제적 측면

예를 들어 시간 및 재료와 같은 훈련 관련한 추가적 비용.




*024A,I*

4.2.30 예시: 포스겐의 취급

설명

포스겐은 높은 독성 때문에 보관 및 취급에서 유발되는 위험을 제한하기 위한 주의가 필요하다. 이들

은 표 4.18 (다음 페이지)에서 제공되는 대책을 포함한다.




없다고 봄.




154

대책 비고 [99, D2 comments, 2005]

포스겐 보관, 포스겐화 공정 및 저감 지

역을 별도로 적용

최적화는 크기에 의존한다. 장치가 클수록 섹션 간의 거리는 보다 길고 섹

션을 결합하고 집중하는 것이 보다 적절하다

보관량의 최소화 절대적으로 맞다. 그러나 특히 공정에서 포스겐을 수거하는 중에, 전체 시

스템의 포스겐 재고를 최소화하기 위해 포스겐의 보관이 증가하는 경우가

있을 수 있다.

보관 장치 중에 구역을 적용 (예를 들어

48 kg의 포스겐에 대해 5개의 가스 실

린더)

실린더의 크기 (주어진 예시는 반드시 표준 실린더를 나타내지는 않는다)

및 포스겐의 총량에 따라서는 구획/구역 설정이 불리할 수도 있다 (예를 들

어 그 경우 누출을 탐지하는 것이 보다 어렵다).

각각의 보관 장치는 평형화를 위해 중량

측정이 가능하게 해줌

만일 포스겐이 실린더로 공급된다면 적용 가능하다.

포스겐 탐지장치가 설치된 반응기에 이

중벽의 파이프를 적용

유지 보수 노력의 증가 및 어려움에도 불구하고 이중벽 적용은 포스겐화 장

치의 극히 중요한 부분을 보호하는 선택 방법이 될 수 있다.

보관을 위한 글러브 박스 장비를 사용 누출의 경우 포스겐 접촉을 피하는 또 다른 방법은 신선한 공기 마스크를

사용하는 것이다.

반응기를 별도의 선실에 놓고 완전한 보

호복 및 장비를 갖추고 접근을 개방

포스겐을 포함한 장비를 개방하는 것은 피해야 한다. 별도의 선실은 구조적

공간 내의 일반 정책의 부분이다. 배치는 포스겐의 양 및/혹은 전반적 포스

겐 안전 시스템과 전략에 의존한다.

단지 폐쇄 장비만을 사용

포스겐 탐지를 기반으로 하는 자동적인

작용을 포함한 밸브를 이중으로 제조

다른 회사들은 긴급 사태의 대비에 실패한 것처럼 보이는 중복성에 나쁜 사

례를 갖고 있다. 그들은 적절한 기능의 보장을 위하여 보다 많은 시험과 검

사를 수행하는 경향이 있다. 자동 작용에 대해서는 유사한 문제가 고려되어

야 한다.

공정의 시작 이전에 질소로 압력 점검을

적용

중복적이고 독립적인 탐지 네트워크를

적용

이것은 장치의 크기와 복잡성에 따라 다르다. 너무 많은 중복은 모순되는

정보의 판단에 문제를 유발한다(자동 혹은 인적). 일부 회사는 서로 다른

탐지 시스템 때문에 중복을 싫어하며 가장 잘 알려지고 보다 신뢰할 수 있

는 하나의 시스템을 선호한다. 일부 회사는 탐지 네트워크에 좋은 경험이

있으며 대규모 시설은 체류시간 증가를 싫어하며 (중요한) 부분 탐지 (spot

detection)를 선호한다.

적용 가능성

일반적으로 독성 물질의 취급 및 보관에 적용 가능하다 (예를 들어, Cl2, 암모니아 기체, EtO, 등). 개

별 물질의 특성과 조건은 대책의 변경을 요구할 수 있다.

경제적 측면

전통적인 수립과정/운영보다 비용이 높다.




[116, Phosgene Panel, 2005], *024A,I*

표 4.18 포스겐의 보관 및 취급에서 발생하는 위험성 제한에 관한 대책


155

대책 비고 [99, D2 comments, 2005]

예를 들어 컨덴서 (+5, 30 and 60 ℃)

및 두 개의 세정기를 통해 공정을 배기

적용 온도는 시스템이 운전되는 압력에 따라 다르다.

세정기를 통해 실내 공기를 배기 개방형 구조의 시설에는 적용이 불가능하다. (예를 들어, 개인 안전 장비의

사용에 따라서는) 만일 전체 안전 시스템이 상당한 양의 포스겐이 실내공기

로 배출되는 것을 허용한다면(예를 들어 반응기의 개방부위), 그 다음에 실

내 공기의 배기 가능성을 고려하여야 한다. 기타의 경우에 그 필요성은 개

별적으로 평가되어야 한다.

긴급 상황을 위해 암모니아 가스의 공급

을 갖춤

암모니아는 포스겐에 대한 매우 효과적인 중성화제이다. 그러나 상황을 신

중하게 고려하여 적용하여야 한다(예를 들어 구조적 공간 내에서).

관리자를 위한 특별 교육을 적용

엄격한 작업 절차를 시행

4.3 폐수의 관리와 처리

CWW에서 BREF에 대한 인터페이스 [31, European Commission, 2003]

“화학분야에서의 일반적인 폐가스와 폐수 처리/관리 시스템”에 대한 BREF는 전체 화학산업에서 공통

적으로 적용이 가능한 기술을 기술한다. 그 결과 단지 포괄적인 결론을 이끌어 냈으며, 사실상 유기 정

밀화학제품의 제조에 관한 구체적 특성을 고려할 수 없었다.

정보의 소스로서 CWW에 대한 기준서로부터의 결과를 이용하여 정밀유기화학물질 제조에 대한 BAT

기준서는 정밀유기화학물질 제조의 측면에서 그러한 기술에 관한 추가적인 평가를 제공하였다. 주요한

측면은 기술의 선정 및 적용 가능성 그리고 다목적 현장 관리에 내재하는 도전 과제에 대해 운영 방법

(배치 제조, 생산 캠페인, 자주 발생되는 제품 변경)이 주는 영향이다. 더 나아가 성능이 평가되고, 정밀

유기화학물질 제조에 특정 정보와 자료를 기반으로 결론을 이끌어냈다.

회수와 저감의 기술은 다음 섹션에서 다시 상세하게 설명되지 않는다. 추가적인 정보가 필요한 경우

에는 CWW에 관한 BAT 기준서를 참조하도록 한다 [31, European Commission, 2003].

4.3.1 물질수지 및 모니터링

4.3.1.1 공정 폐수 분석

설명

다목적 현장에서 (2.2절 참조), 오염의 예방과 통제는 각 공정의 폐수가 우선 확인되고 특성이 파악되

는 경우에만 가능하다. 공정 폐수 분석은 운영, 입력 및 폐수를 나타내는 유량 차트를 기반으로 한다.

두 번째의 보조 차트는 각각의 폐수에 대한 관련 자료를 제공한다.

표 4.19 및 4.20은 하나의 가능한 방법을 예를 들어 설명해준다. (예시는 비밀 유지 이유 때문에 내용

이 변경되었다).


156

표 4.19 공정 폐기물 분석, 흐름 차트

공정 폐수 분석: 흐름 차트

예시한 산의 배치 브롬화

입력 작업

폐기물

흐름 ID

목적지

샘플 ID

세정기 Sc-01배출

반응기A-01

필터

Sc-01에서 배출

Sc-01a

메인 세정기로

180 kg 예시 산

200 kg 얼음

300 kg NaCl

65.5 kg Br2

300 L HCl

2,100 L 물

물 속의 브롬

Sc-01b

회수로

129

모액

F-01a

저압습식산화로

1816,300 리터의 염수

세척수

F-01b

WWTP로

198


157

표 4.20 공정 폐수 분석, 폐수의 특성

공정 폐기물 분석 수증기

예시 산의 배치 브롬화

폐수 흐름 ID 샘플 ID 함유량

분해 정도

COD 감축

질산화에 대한 독성

희석 계수 *

배치당 리터

연간 배치

배치 당 부하 (kg)

COD BOD

흡수성

유기할

로화합

물

물 속의

브롬Sc01a 129 브롬 15 kg 1,000

모액 F01a 18126 kg 시작물질 손실

NaCl, HCl, HBr35 % 770 2,600 130 35

세척수 F01b 198 손실 제품 40 % 317 6,300 130 1.5

* 전체 배출수 2,000 m3와 혼합 후에 희석


158

폐수

배치/일 1 배치 당 용적 3,100 리터

1999년도의 배치 47 1999년의 용적 145,700 리터

매개변수 수준 부하/일 부하/년

COD 20,000 mg/L 62.0 kg 2.9 톤

BOD5 4,400 mg/L 13.6 kg 641 kg


공정 폐기물 분석은 다음과 같은 내용을 제공한다.

• 개별 폐기물의 명확한 확인 및 특성 파악

• 폐기물의 다음 단계 목적지 결정에 대한 근거

• 개선 전략을 위한 정보


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면



공정 설계 혹은 공정 검토의 중심적 부분, 또한 오염 배출원 목록의 한 부분.


*006A,I*, *017A,I*, *018A,I*

4.3.1.2 폐수의 분석

설명

정밀유기화학물질 산업 현장에서 매우 다양한 폐수가 만들어진다. 그러한 폐수 매개변수의 기본적인

세트에 대한 지식이 생성되면 (동일한 생산 단계의 모든 배치가 동일한 폐수를 만든다고 가정하고) 그

지식은 분리 및 전처리 전략의 근거를 나타낸다. 표 4.21은 그러한 기본적인 자료세트의 예시를 보여준다.

표 4.21 다목적 설비에서 발생하는 폐수 분석의 예


159

폐수

TOC 1,600 mg/L 5.0 kg 234 kg

흡수성유기할로화합물 217 mg/L 673 g 31 kg

총 질소 300 mg/L 0.8 kg 39 kg

총 인 없음

중금속

Cr 없음

Ni 없음

Cu 없음

Zn 없음

염화물 27,200 mg/L 84.3 kg 4.0 톤

브롬화물 103,000 mg/L 319 kg 15 톤

SO42- 없음

pH 1.0 COD/BOD5 = 4.5

독성 없음

생물 제거 가능성 75 % 제거 (Zahn‐Wellens), 첨부 참조

질산화반응의 방해 질산화에 영향이 없음

결과즉각적으로 생분해 가능 그리고 질산화를 억제하지 아니함

흡수성유기할로화합물의 전처리 요구됨


분리와 전처리가 가능하도록 기본 자료 세트를 창출


없다고 봄



적용 가능성


경제적 측면

검사 비용


폐수 관리의 기본 요건


[84, Meyer, 2004]


160

4.3.1.3 난분해성 유기물 부하: Zahn‐Wellens 검사

설명

이 검사 방법의 목적은 정적 시험에서 비교적 고농도의 미생물(활성 슬러지)에 노출되었을 때 유기 물

질 제거에 대한 평가이다. 검사는 과거에 검사 물질에 (특히 현장의 생물학적 폐수처리 설비로부터) 노

출되었던 활성 슬러지를 이용하여 수행될 수도 있으며, 이는 종종 매우 광범위한 유기물질의 분해에 이

르는 적응의 결과를 가져온다. DOC (혹은 COD) 값이 측정되고 공시험 셋업에 비교된다. 관찰된 DOC

(혹은 COD) 제거는 생물 제거 가능성의 검증된 측정을 제공한다. 만일 산소의 흡수 역시 측정된다면

검사는 진정한 분해, 흡착 및 스트리핑 효과 간의 구분을 허용할 수 있고 또한 검사 물질의 억제 혹은

적응 효과에 대한 정보도 제공한다.


The Zahn‐Wellens test:

• 생물 제거 가능성 및 생분해에 대한 정보 제공

• 생물학적 처리 조건 하에서 물질의 거동에 관한 의미있는 정보 제공

• BOD/TOC 비율의 결정에서 제공하는 정보보다 많은 유용한 정보를 제공한다. 그림 4.23은 낮은

생분해를 나타낼 때 서로 다른, 혹은 부정확한 결론으로 유도될 수 있음을 보여준다.

• 폐수의 추가적인 처리에 관한 알려진 결정 사항의 중요한 정보 소스이다.

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

13일 이후의 DOC 제거 %

(Zahn‐Wellens)

그림 4.23 BOD/TOC 비율 및 Zahn-Wellens 검사와 모액과의 비교.


없다고 봄.

0 20 40 60 80 100


161



적용 가능성

검사 물질은 다음과 같아야 한다.

• 검사 조건 하에서 수용성일 것

• 검사 조건 하에서 무시할 만한 증기압을 가질 것

• 검사 농도에서 세균 억제 작용이 없을 것

• 단지 제한적인 범위에서 검사 시스템 내에 흡수될 것

• 검사 용액으로부터의 거품으로 상실되지 않을 것

대체로 적용 가능. Zahn‐Wellens 검사는 일반적으로 적용이 가능하며 모액 혹은 세척수와 같은 폐수

의 난분해성 유기물 (ROC)을 결정하는 흔히 사용되는 검증된 방법이다

내재된 생분해도에 대한 기타 검사 방법 및 스크리닝 검사 방법(즉각적인 생분해)은 표 2.11에 상술된다.

생분해 검사 결과는 검사 조건 및 검사 지속 기간을 토대로 해석되어야 한다. 스크리닝 방법에서 (혹

은 BOD/TOC 비율이) 높은 생분해를 나타내는 경우 추가 검사는 불필요하다.

경제적 측면



공정 설계 혹은 공정 검토의 중심적 부분, 또한 오염 배출원 목록의 한 부분.


[27, OECD, 2003], [17, Schönberger, 1991], *001A,I*, *014V,I*, *015D,I,O,B*, *023A,I*

4.3.1.4 용제 (VOCs), 고위험성 물질 및 중금속에 대한 물질수지

설명

물질수지는 현장 공정의 이해 및 개선 전략의 개발을 위한 하나의 근거가 된다. 완벽한 물질수지를

위해서는 투입량이 산출량과 동일해야 한다. 표 4.22는 화학물질 취급 사업장에서의 질량 균형 요소를

보여준다. 모든 산출경로가 모든 경우에 적절한 것은 아니다 (예를 들어 중금속은 분해될 수 없다).


162

표 4.22 화학물질 취급 사업장의 물질수지

투입 산출

+개방재고

‐폐쇄재고

+생산량

+구매량

+사업장내 재활용량

고려사항

공기에 대한 손실

점 오염원으로부터의 배출

포착이 어려운 배출

열적 산화제로부터 산출

물에 대한 손실

WWTP로부터 최종 배출수에 대한 손실

WWTP로 향하는 유입수

WWTP로부터 포착이 어려운 손실

WWTP에서 분해된 부분

폐활성 슬러지에 대한 손실

표층수에 대한 손실

소비량생산품에 대한 손실

중간 보관

사업장내 열적 분해열적 산화제에 투입

열적 산화제에서 배출

사업장외 열적 분해

사업장내 비 열적 분해 기타 처리

사업장외 비열적 분해

사업장내 재활용/재사용

사업장외 재활용/재사용

사업장내 매립

사업장외 매립

알려지지 않음

100 % 100 %


163


물질수지는 사업장내 공정 이해 및 개선 전략의 개발을 위한 하나의 근거가 된다.


없다고 봄.



적용 가능성


용제의 물질수지를 위한 수단은 Annex III of the VOCs Directive 1999/13/EC [99, D2 comments,

2005]에 따른 용제 관리 계획이다.

경제적 측면

추가적 대책 (따라서 비용)이 요구되고 그에 따라 추가적 인원이 필요하다.


허가 및 보고 요건의 조건 그리고 물질수지는 개선 전략 개발의 근거로서 사용될 수 있다


*006A,I*, *017A,I*, *018A,I*, *019A,I*, *020A,I*, *007I*, *024A,I*

4.3.1.5 폐수의 TOC 물질수지

설명

폐수의 TOC 물질수지는 현장 공정 이해 및 개선 전략 개발의 근거이다. 그림 4.24는 2000년도에 대

한 *015D,I,O,B*의 예시를 보여준다. 물질수지는 공정 폐수 분석을 토대로 한다 (4.3.1.1절 참조).


164

배출

324 t

생물학적WWTP

지자체 폐수

추출

습식산화소각

외부

역삼투

폐수

2683 t

그림 4.24 폐수에 대한 TOC 물질수지 예시.


물질수지는 사업장내 공정 이해 및 개선 전략의 개발을 위해 필수적이다.


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면





*01 5D,I,O,B*


165

4.3.1.6 폐수에 대한 흡수성유기할로화합물 물질수지

설명

폐수에 대한 흡수성유기할로화합물의 물질수지는 생산 현장의 할로겐화 화합물을 추적하고 추가적인

개선의 우선순위를 수립하는 근거이다. 그림 4.25는 2003년도의 *009A,B,D*에서 나온 예시를 보여준다.

0.49 kg/d

0.15 kg/d

0.02 kg/d

0.01 kg/d

2.45 kg/d

0.65 kg/d

지하수

4804 m3/d / 2.3 mg/L

총투입: 19 kg AOX/d

생산 5149 m3/d / 329 mg/L

9.8 kg/d

2.9 kg/d

0.4 kg/d

0.2 kg/d

49 kg/d

13 kg/d

배출1.3 kg AOX/d

활성탄

흡착

생산 1170 m3/d / 58 mg/L

생산 Xxx m3/d / xxx mg/L생산 y84 m3/d / 1 mg/L

생산 6

82 m3/d / 159 mg/L

생산 2

43 m3/d / 68 mg/L

생산 3

150 m3/d / 3 mg/L

생산 4

26 m3/d / 8 mg/L

총투입: 145 kg AOX/d 총산출: 9.5 kg AOX/d

0.1 kg/d

9 kg/d

생물학적 WWTP

수성잔류물

그림 4.25 폐수에 대한 흡수성유기할로화합물 물질수지 예시.


물질수지는 사업장내 공정 이해 및 개선 전략의 개발을 위한 하나의 근거가 된다.


없다고 봄.



적용 가능성



166

경제적 측면





*009A,B,D*

4.3.1.7 공정 배출가스 용적 유량 모니터링

설명

오염원에서의 배출가스 용적 유량 감축은 회수 및 저감 시스템의 바람직한 집중적 사용을 유도한다.

따라서 공정에서의 배출가스 용적 유량에 대한 정기적인 모니터링은 관리자에게 다음과 같은 유용한 정

보를 제공한다.

• 최대 유량 상황은 최적화의 높은 잠재력을 갖는 후보군을 나타낸다.

• 누출에 의한 용적 유량의 확인

• 생산 기간과 배치의 최적화된 계획을 가능하게 해주는 용적 유량 자료 입수

요구되는 유량계는 유지 보수를 가능하게 하거나 혹은 마모 정도를 최소화하기 위해 우회로 (bypass)

를 장착할 수 있다.


• 공장의 최적화 및 운영을 위한 정보를 제공

• 최적화된 계획을 통하여 회수 및 저감 시스템의 집중적인 사용 가능


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면

낮은 실행 비용. 회수 혹은 저감 비용에 대한 긍정적 효과.


배출가스 용적 유량의 감축 회수 및 저감 비용


167



4.3.1.8 폐가스 배출량 모니터링

설명

정밀유기화학물질 제조 현장에서의 배치 모드 생산은 배출 수준의 큰 차이를 유발할 수 있다. 이 효

과는 다음과 같은 실제 상황에 좌우된다.

• 다수의 공정/운전으로부터 배출되는 가스가 하나의 주된 회수/저감 시스템에 연결되는 경우에는

차이가 적다.

• 단지 하나의 생산 라인이 개별 회수/저감 시스템으로 연결되는 경우에는 차이가 크다.

• 주요한 최대 용적 유량이 발생하고 가스 수집시스템에서 완충되지 않거나 혹은 연결된 회수/저감

시스템에 의해 차단되지 않는 경우 차이가 크다.

배출량의 차이가 예상되는 경우에는 모니터링은 이를 반영하여야 하며, 단일 시료채취 지점보다는 배

출 프로필을 제공하여야 한다.

그림 4.26은 *056X*로부터의 예시를 보여 준다. 이 예시에서 두 개의 배치 모드 생산 라인은 하나의

회수/저감 시스템을 공유한다. 도표는 30분의 평균값을 토대로 하며 “라인” 이외에도 감시보고서는 최대

값, 최소값 및 평균값을 제공한다. 더 나아가 입수된 배출 프로필은 동일한 시간 동안에 수행된 유발 운

전/공정과 비교될 수 있다.

잠재적 생태독성을 갖는 물질이 개입된 경우에는 그러한 물질의 배출은 개별적으로 추가적으로 모니터

링된다. 표 4.23에서 하나의 예를 보여준다.

총탄소 (m

g/m

3)

시 간

그림 4.26 하나의 저감 시스템을 공유하는 두 개의 생산 라인에서의 TOC 프로필.


168

표 4.23 개별 물질에 대한 모니터링 프로파일 (mg/m3, 30 분에 대한 값)

물질 08:00 h – 14:00 h

Total organic C 37.0 40.4 28.8 18.0 10.8 3.4 3.6 3.6 3.6 3.5 7.0 6.0

Propylene oxide ‐ ‐ <1.1 ‐ <1.1 ‐ <1.1 ‐ <1.1 <1.1 <1.1 ‐Epichlorohydrin ‐ ‐ <1.1 ‐ <1.1 ‐ <1.1 ‐ <1.1 <1.1 <1.1 ‐Benzyl chloride ‐ ‐ <1.1 ‐ <1.1 ‐ <1.1 ‐ <1.1 <1.1 <1.1 ‐Formaldehyde ‐ <0.03 0.14 <0.03 0.07 0.07 0.18 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

HCl <0.7 1.35 <0.7 <0.7 <0.7 <0.7 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐NH3 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 0.64 0.61 0.25 0.14 0.10 0.07


상세 정보를 갖는 모니터링 자료를 가능하게 한다.


없다고 봄.



적용 가능성


배출가스 저감 장치로 연결된 다수의 서로 다른 공정을 갖는 공장에 대해서는 예를 들어 불꽃이온화

검출기 (FID)를 사용하여 VOCs 배출에 대한 지속적 모니터링 시스템의 설치가 배출의 통제를 위해 필

요하다. 자동 측정 시스템의 고정 배출원 배출 품질 보증에 대한 정보는 EN 14181 [99, D2 comments,

2005]를 참조한다.

경제적 측면

보다 긴 시료채취 시간 및 분석/평가의 추가적 비용. 지속적 모니터링의 경우 높은 비용.


실제의 배출 현황을 반영 필요성


*056X*

4.3.2 단위 공정으로부터의 폐기물

4.3.2.1 N‐아실화로부터의 폐기물

설명

N‐아실화에서 나오는 주된 폐기물은 다음과 같다.


169

• 아세트산 혹은 에탄올과 같은 저분자 화합물 및 크실렌과 같은 용제를 포함하는 배출 가스

• 저분자 화합물의 고부하를 포함하는 모액 및 특정 공정에 따라서는 아세트 염화물이 사용된다면

손실 물질, 부산물, 알루미늄 그리고 흡수성유기할로화합물 부하

VOCs/용제는 응축에 의해 배출가스로부터 회수 가능하며 필요한 경우는 정제 후에 내부적으로 혹은

상업적으로 재사용이 가능하다.

반응공정이 수용액에서 실행된다면 모액은 에탄올 혹은 아세트산이 다량 함유된다. 이것은 반응 후에

반응 물질이 유기용제에 의해 추출되는 경우이기도 하다. 만일 저분해성 물질 손실 혹은 부산물에 의해

오염되지 않았다면 이들 폐수는 즉각적으로 생분해가 가능할 것으로 예상되지만, 기존 폐수처리 설비의

용량이 문제가 될 수는 있다.

만일 이러한 조건이 허용되고 유사한 산출량을 달성할 수 있다면, 무수 아세트산에 의한 아세틸화 역

시 건조 공정에서 수행이 가능하다 (4.1.4.2절 참조).

재사용

H2O CH3COOH C2H5OH 용제

회수

전처리

모액

폐수

그림 4.27 N‐아실화에서 나오는 폐수에 대한 회수/저감 기술.

표 4.24 N-아실화에서 나오는 폐기물 처리에 대한 예

폐수 특성

수용액에서 2‐naphtylamine‐8‐sulphonic acid의 아세틸화 [9,

Christ, 1999]

모액

각각의 1,000 kg 물질에 대해

l 1,200 kg ammonium sulphate

l 1,000 kg COD

l WWTP 이후 2,000 kg 하수 슬러지

생물학적 WWTP


170


낮은 배출 수준 및 회수에 있어서 효율 향상.


회수/저감 기술의 효과.



적용 가능성


경제적 측면



낮은 배출 수준 및 회수에 있어서 개선된 효율


[9, Christ, 1999]

4.3.2.2 할로겐화 알킬에 의한 알킬화로부터 나오는 폐기물

설명

할로겐화 알킬에 의한 알킬화에서 나오는 예상 폐기물은 다음과 같다.

• 유기물 투입 및 부가반응으로부터 나오는 VOCs를 포함하는 배출 가스

• 손실된 유기물 투입 및 부가반응에서 나오는 높은 유기물 부하량을 포함한 폐수

저분자 화합물의 형성은 가스 및 폐수에 있어서 유기물 부하량으로 이어진다. 표 4.25는 할로겐화 알

킬에 의한 알킬화에서 나오는 폐수에 대한 예시를 제공하고, 그림 4.28은 할로겐화 알킬에 의한 알킬화

에서 나오는 폐수의 처리를 보여준다.

배출 가스는 열적 산화 혹은 높은 수용성인 경우에는 세정기 내에서 흡수에 의해 처리된다. 흡수에

의해 유발되는 유기물 부하는 생물학적 폐수처리 설비에서 추가적으로 처리된다.

예상되는 폐수의 높은 부하는 일반적으로 즉시 생분해 가능하지만 폐수처리 설비의 용량이 문제가 될

수 있다. 대안으로서 저분자 화합물 함유량은 폐수를 수증기로 탈기시킴으로써 폐가스 이동경로로 전달

될 수 있다. 그 결과 자열적 (autothermally)으로 열적 산화제를 운영하는 것이 가능하게 할 수 있다.


171

표 4.25 할로겐화 알킬에 의한 알킬화에서 나오는 폐기물 처리에 대한 예

폐기물 특성 회수/저감

염화메틸에 의한 메틸화 [15, Köppke, 2000]

폐수

Volume 20 – 30 m3/h

COD 20,000 mg/L

BOD5 14,000 mg/L

탈기/생물학적 WWTP 및 열적 산화4.3.5.9절도 참조할 것

배출 가스2,000 m3/h예를 들어 디메틸에테르, 염화메틸

염화메틸과 상 변환 촉매를 이용한 테오브로민 생산 [9, Christ, 1999]

정제1에서 나오는 모액 공정으로 재순환

정제1에서 나오는 모액 제품 톤 당 60 kg COD 생물학적 WWTP

소모된 촉매 및 여과 잔류물 제품 톤 당 50 kg 폐수 소각

비수성 용액에서 알킬화에 의한 원료의약품 생산 [67, UBA, 2004]

NaOH에 의한 2단계 추출에서 나오는 폐수

COD 390 g/L, 150 톤/년

BOD 270 g/L

분해정도 96 %

생물학적 WWTP

H2SO4/물에 의한 2단계 추출에서 나오는 폐수

COD 33 g/L

BOD 12 g/L

분해 정도 96 %

TN 1.2 g/L

생물학적 WWTP

폐가스

열적 산화

흡수

수증기

수증기 탈기기

폐수

폐가스

그림 4.28 할로겐화 알킬에 의한 알킬화에서의 폐기물에 대한 회수/저감 기술.


172




회수/저감 기술의 효과



적용 가능성


경제적 측면



낮은 배출 수준 및 회수에 있어서 향상된 효율

참조 문헌 및 표본 설비

표 4.25 참조

4.3.2.3 응축으로부터 나오는 폐기물

설명

응축에서 나오는 주된 폐기물은 다음과 같다.

• 용제 혹은 휘발성 반응제의 사용에서 나오는 VOCs를 포함하는 배출 가스

• 수상 혹은 유기 모액

• 유기물 부하량을 포함하는 추출 및 제품 세척에서 발생된 폐수

그림 4.29는 응축에서 나오는 폐수에 대한 처리 기술을 보여주며 그러한 폐수에 대한 일부 예시를 보

여준다.


173

폐가스

열적 산화

흡수

증류

소각

전처리

폐수

유기성 모액

재사용

수상 잔류물:Ÿ 모액Ÿ 추출로부터 Ÿ 세척수

그림 4.29 응축에서 나오는 폐기물에 대한 회수/저감 기술.

표 4.26 응축에서 발생하는 폐기물 처리에 대한 예


식물 영양제품의 중간생성물 생산 [62, D1 comments, 2004]

여과 후 모액

용량 17,700 m3/년

TOC 2.8 g/L, 50 kg/일, 49 톤/년 분해정도 73 %

AOX 300 mg/L, 5.4 톤/년

생물학적 WWTP

원료의약품의 생산 [62, D1 comments, 2004]

추출 및 제품 세척에서 나오는 수용액

용량 10 m3/년

COD 80 g/L, 800 kg/년

BOD 64 g/L

분해 정도 47 %

TN 43 g/L

처리 (소각)

배출 가스는 열적 산화 혹은 높은 수용성의 경우에는 세정기에서 흡수에 의해 처리된다. 흡수에 의한

유기물 부하는 생물학적 폐수처리 설비에서 추가적으로 처리된다.

폐수는 주로 유기물 함량의 부하와 생물학적 제거가능성에 따라서 전처리, 처리(소각), 혹은 생물학적

폐수처리 설비에서의 직접 처리가 고려된다.

유기성 잔류물은 사업장내 또는 사업장외 증류 및 재사용이 고려된다. 증류 잔류물은 (소각) 처리된다.


174







적용 가능성


경제적 측면





[6, Ullmann, 2001, Winnacker, 1982 #16]

4.3.2.4 디아조화 및 아조 결합으로부터 나오는 폐기물

설명

디아조화 및 아조 결합에서 나오는 주된 폐기물은 다음과 같다.

• 디아조화 단계에서 나오는 HCl을 포함하는 배출가스

• 종종 불응성 COD (refractory COD)와 흡수성유기할로화합물(할로겐화된 시작 물질이 사용되는 경

우)의 높은 부하, 염석에서 나온 높은 염 부하 그리고 금속 착염료의 형성에서 나오는 중금속을

포함하는 모액

• 불응성 COD와 흡수성유기할로화합물(할로겐화된 시작 물질이 사용되는 경우)의 보다 낮은 부하,

그리고 금속 착염료의 형성에서 나오는 중금속을 포함하는 세척수

• 낮은 COD 부하, 낮은 흡수성유기할로화합물 부하 (할로겐화된 시작 물질이 사용되는 경우) 그리고

보다 낮은 염 부하를 포함하며 압력투과로 인해 나오는 투과물

그림 4.30은 다이아조화 및 아조 결합에서 나오는 폐기물에 대한 처리 기술을 보여준다. 표 4.27은

다이아조화 및 아조 결합에서 나오는 폐기물에 대한 일부 예시 자료를 제공한다. 표 4.28은 중금속이

포함된 경우의 아조 염료 제조로부터 나오는 예시를 제공한다. 표 4.29는 모액의 처리에 관한 상세 예

시를 보여 준다.

부하과 Zahn‐Wellens 검사 결과가 이용 가능한 경우, 생물분해가능성 검사 결과 및 2,000 m3 배출수로


175

희석됨에 따른 난분해성 COD는 배출 폐수에서의 COD 농도에 대한 영향을 보여주기 위해 계산되었다.

폐가스

세정기

화학적 산화습식 산화

저압 습식산화처분 (소각)모액

세척수

투과 폐수 처리

폐수

그림 4.30 다이아조화 및 아조 결합에서의 폐기물에 대한 응용 저감 기술.

배출 가스는 세정기에서 흡수된다.

수용성 아조 염료의 제조에서 나오는 모액 및 세척수 역시 생물학적 제거가능성은 낮은 반면에 높은

COD 부하를 포함한다. 이것은 반응하지 않은 시작 물질이 남아 있는 경우이다. 그러므로 디아조 혹은

결합 성분이 아직도 반응 혼합물에 존재하는지를 점검하는 것은 매우 중요하다.

할로겐화된 시작 물질이 사용된 경우에는 높은 흡수성유기할로화합물 부하를 예상할 수 있다. 모액

및 세척수는 낮은 생물 분해 가능성 상태에서 전체 배출수의 생물학적 처리 공정으로의 upstream에서

전처리된다. 선택할 수 있는 방법은 예를 들어 화학적 산화, 습식 산화, 저압 습식 산화 혹은 처분(소각)

이다. 압력 투과에서 나온 투과물은 일반적으로 낮은 부하를 보이며 전체 배출수와 함께 처리된다.






176

표 4.27 다이아조화 및 아조 결합에서 나오는 폐기물에 대한 예시 자료

폐기물 특성 참고

수용성 아조 염료의 제조

모액, 세척수

1톤의 염료 제조

폐수 7톤염 부하: 1.5톤COD 부하: 50 kg

[9, Christ, 1999]

모액

TOCBOD/TOC

13일 후 DOC * 제거 (Zahn Wellens 검사)

mg/L

다이아조 염료 0.2 16 %

[17, Schönberger, 1991]

아조 분산 염료 0.4 35 %

아조 분산 염료 1,170 0.9 41 %

아조 분산 염료 1,330 0.5 48 %

아조 분산 염료 1,970 0.8 49 %

아조 분산 염료 953 0.4 51 %

아조 분산 염료 1,170 0.6 54 %

질산화 모노아조 염료 10,200 0.3 72 %

질산화 모노아조 염료 8,490 0.2 72 %

질산화 모노아조 염료 1.5 75 %

질산화 모노아조 염료 1,140 1.2 75 %

질산화 모노아조 염료 1,560 1.7 76 %

모직용 아조 염료 0.5 95 %

* 용해성 유기 탄소


177

표 4.28 중금속이 포함된 아조 염료 제조로부터 나오는 폐기물에 대한 예

2,000 m3로 희석( i 주석을 참고)

조정된 Cr 아조 및 Cr 아세테이트와의 1:2 염료 혼합물 형성 *015D,I,O,B*

모액 15 m3/배치

TOC 47,000 mg/L

COD 76,000 mg/L

BOD/TOC 0.12

분해정도 (Zahn-Wellens) 100 %

NH4–N 56,000 mg/L

Chromium 32 mg/L 0.24 mg/L

세척수

12 m3/배치

TOC 40,000 mg/L

COD 9,000 mg/L

분해 정도 (Zahn-Wellens) 100 %

NH4–N 4,000 mg/L


조정된 1:2 크롬 아조 염료 형성 *015D,I,O,B*

모액 20 m3/배치

TOC 5,000 mg/L

AOX 410 mg/L

분해 정도 (Zahn-Wellens) 90 %


크롬 아세테이트를 포함한 크롬 아조 염료의 형성 *015D,I,O,B*

모액 20 m3/배치

TOC 40,000 mg/L

분해 정도 100 %


NH4–N 50,000 mg/L

세척수

60 m3/배치

TOC 2,000 mg/L

분해정도 95 %


NH4–N 1,400 mg/L

one-pot 합성에서 크롬 아조 염료 형성 *015D,I,O,B*

모액 Chromium 165 mg/L

세척수 1 Chromium 200 mg/L

세척수 2 Chromium 50 mg/L

i 전처리 없이 전체 배출수를 2,000 m3 희석한 후의 계산된 농도


178

표 4.29 다이아조화 및 아조 결합에서 발생한 모액 및 세척수에 대한 예

[51, UBA, 2004]

목적분해 및 2,000 m3으로 희석한

이후의 COD (*주석을 참조)

예시 1

모액

생물학적 처리 35 mg/L

배치 당 용적 10 m3

COD 70 g/L

BOD/TOC 0.01

분해정도 90 %

SO4 5 g/L

세척수



COD 30 g/L

BOD/TOC 0.02

분해정도 80 %

예시 2

모액

고압 습식산화에 의한

전처리63 mg/L

Volume per batch 18 m3

COD 20 g/L

분해정도 65 %

세척수

생물학적 처리 21 mg/L배치 당 용적 16 m3

COD 13 g/L

분해정도 80 %

예시 3

모액

고압 습식산화

또는 소각에 의한

전처리

163 mg/L배치 당 용적 10 m3

COD 50 g/L

분해정도 35 %

예시 4

모액

생물학적 처리 106 mg/L배치 당 용적 9.5 m3

COD 32 g/L

분해정도 30 %

예시 5

모액



COD 16 g/L

분해정도 95 %

SO4 2,000 kg

예시 6

모액

고압 습식산화에 의한

전처리92.5 mg/L


COD 370 kg

BOD5 60 kg

분해정도 50 %

세척수

생물학적

처리

30 mg/LCOD 110 kg

BOD5 20 kg

분해정도 45 %

* 생물분해가능성 검사 및 2,000 m3로 희석한 결과에 따른 불응성 COD


179



적용 가능성


활성탄 흡착은 생물학적 폐수 처리 이전의 또 다른 전처리의 대안이다 [99, D2 comments, 2005].

경제적 측면





[9, Christ, 1999, 17, Schönberger, 1991, 51, UBA, 2004],

4.3.2.5 할로겐화에서 나오는 폐기물

설명

할로겐화에서 나오는 주된 폐기물은 다음과 같다.

• 할로겐, 관련 할로겐화수소산 및 VOCs/HHC를 포함한 배출 가스. 부하는 반응제 및 반응 조건에

의존한다.

• 부산물 및 손실 물질에서 발생한 COD/흡수성유기할로화합물의 높은 부하를 포함하는 수성 모액

• 부산물 및 손실 물질로 인한 보다 낮은 부하의 COD/흡수성유기할로화합물을 포함하는 세척수

• 용제, 부산물 및 손실 물질을 포함하는 유기성 모액

• 할로겐화 화합물의 혼합물을 포함하는 증류 잔류물 및 비의도적 부산물

그림 4.31은 할로겐화에서 나오는 폐기물의 처리를 보여준다.


180

폐가스

열적 산화

HX 흡수제 세정기

X2 탈기 재사용을 위한 HX

(AOX가 없는)

재사용

용제 회수 처분 /소각

전처리세척수

모액(수성)

모액(유기)

폐수

그림 4.31 할로겐화에서 나오는 폐기물에 대한 회수/저감 기술.

표 4.30은 할로겐화에서 나오는 폐기물의 일부 예시를 제공한다. 배출가스는 HX, X2, N2 및

VOCs/HHC를 포함한다. 높은 비율의 할로겐(염소의 경우 80 %)은 쉽게 할로겐화되는 화합물, 할로겐화

에 사용하는 원재료 및 촉매를 포함하는 세정탑(예를 들어 기포탑)에서 제거될 수 있다 (4.3.5.5절 참

조). 그리고 폐가스는 HHCs를 재거하기 위하여 약 1100 ℃에서 1 – 2초의 체류시간으로 연소된다. 만

일 폐가스에 HHCs가 없다면 NOX의 형성을 줄이기 위해 보다 낮은 온도에서 산화제가 작용한다(체류시

간 0.75초에서 약 800 ℃). 할로겐화 수소는 세정기 안의 물에 흡수된다. 탈기 후, 시장성이 높은 품질

의 흡수성유기할로화합물이 없는 유리 할로겐화수소산을 얻을 수 있다 (4.3.5.2절 참조). 그 이후에 가스

흐름은 또 다른 세정기에서 처리되어 잔류 할로겐을 제거한다. 그렇지 않으면, 반응 가스의 유기성분은

다른 세정탑에서 고비점 용제 (high boiling solvent)에 세척되기도 한다. 배출가스에 유기화합물의 요구

량이 미달될 경우에는 처리는 세정단계로 국한된다.


181

표 4.30 할로겐화에서 발생하는 폐기물 처리에 대한 예


측쇄 염소화 [15, Köppke, 2000]

HCl, Cl2, Chlorotoluene

(그리고 N2)

유량: 500 m3/h

HCl 720 kg/h

Cl2 31 kg/h

Chlorotoluene 14 kg/h

N2 45 kg/h

열적 산화

HCl 회수

Cl2 분해

증류 잔류물 및 비의도적 부산물

(100톤의 p‐chlorobenzylchloride,

454.7톤의 p‐chlorobenzaldehyde 및

141 톤의 p‐chlorobenzoyl chloride

생산으로부터)

p-chlorobenzalchloride 및 p‐ chlorobenzotrichloride,

polymers를 포함하는 40.9톤

발열량 25,000 kJ/kg

소각

CH3Br의 공동생산에 의한 탄산의 브롬화 *007I*

HBr, Br2, N2, CH3OH, CH3Br

HBr 흡수기로 배치 당 방출

유량(최대) 250 m3/h

HBr 11,350 kg

Br2 750 kg

N2 1,000 kg

CH3OH 350 kg

CH3Br 100 kg

HBr 세정기의 회수

(4.3.5.4절 참조)

브롬아민산의 제조 [16, Winnacker and Kuechler, 1982]

모액

배치당

180 kg로 시작

1 ‐aminoanthraquinone‐2‐ sulphonic acid

26 kg의 시작물질 손실

염소화 (및 부분적인 산화)에 의한 중간생성물질의 제조 [67, UBA, 2004]

결정화/여과로부터의 모액 처분/소각

세정 및 제품 세척에서 나오는 폐수

부피 400 m3/년

TOC 105 g/L (40 kg/d, 41 톤/년)

AOX 16 g/L (6 kg/d)

분해정도 94 %

생물학적 WWTP

염소화에 의한 4‐chloro‐3‐methylphenol의 제조 [26, GDCh, 2003]

배출가스 열적 산화/세정기

Trichloroacetic acid/Na trichloroacetate의 제조 [26, GDCh, 2003]


p‐dichlorobenzene의 제조 [26, GDCh, 2003]


사이드 체인 염소화에 의한 benzyl chloride의 제조 [26, GDCh, 2003]


세정에 의한 폐수 생물학적 WWTP


182

증류 잔류물, 비의도적 부산물. 1 % 이상의 유기적으로 결합한 염소를 포함하는 방향족 화합물은

PCDDs/Fs의 배출을 줄이기 위해 충분한 반응 온도 및 체류시간을 제공하는 노 (furnace)에서 연소된다.

산소가 초과되는 경우에 할로겐화 화합물은 할로겐화 수소, 이산화탄소 및 물로 변환된다. 할로겐화 수

소는 세정에 의해 배출가스로부터 제거된다. 보다 상세한 정보는 폐기물 소각에 관한 BAT 기준서

(BREF on Waste Incineration)를 참조 한다 [103, European Commission, 2005].

수성 모액은 난분해성 혹은 독성을 갖는 고부하의 COD/흡수성유기할로화합물을 포함하며 특수 전처

리는 전체 배출수의 처리를 위한 upstream 방향으로 수행된다. 대체방법으로는 그러한 폐수는 처분(소

각)이 고려된다.

세척수 역시 난분해성 부하 혹은 독성에 따라 전처리가 고려되거나 혹은 생물학적 폐수처리 설비에서

처리된다.







적용 가능성


경제적 측면, 시행 동력(施行動力)



표 4.30을 참조할 것

4.3.2.6 나이트로화에서 나오는 폐기물

설명

나이트로화 공정에서 나오는 주된 폐기물은 다음과 같다.

• 산화 부반응에서 나오는 SOX 및 NOX, 그리고 VOCs를 포함하는 배출 가스. 부하는 혼합산의 온도

및 산도에 의존한다.

• 고부하의 유기 부산물 (그리고 손실 물질) 및 희석된 혼합산을 포함하며 상 분리 혹은 여과에서

나오는 모액

• 비의도적 이성질체 및 특히 방향족 질산화의 경우 페놀 화합물과 같은 유기 부산물을 포함한 제품

세척에서 나오는 세척수


183

• VOCs, 증류 잔류물 및 비의도적 이성질체를 포함하며 유기용제에 의한 제품의 재결정화에서 나오

는 배출 가스

• 저농도의 유기 부산물 및 비의도적 이성질체를 포함하며 수상 혹은 유기상인 재결정에서 나오는

이차 여과액

표 4.31은 질산화에서 나오는 폐기물에 대한 예시 자료를 제공하며 그림 4.32는 응용 저감 기술을

보여준다.

표 4.31 질산화에서 발생하는 폐기물에 대한 예시 자료

폐기물 배출원 특성 목적

톨루엔의 mononitration

*087I*

사용된 산 회수

알칼리 세척수, pH 10

최대 2 m3/h, COD 20,000 mg/L

나이트로톨루엔 이성체 4,750 mg/L

나이트로크레졸 11200 mg/L

난분해성

TN: 5,400 mg/L

공기에 의한 습식 산화

TNT 제조

*062E*

사용한 산 회수

“Red water” from selliting (4.2.2.2절 참조)

비대칭 나이트로톨루엔 (6 – 7 % of the TNTs)

난분해성

소각

나이트로글라이콜의

제조 *45E*NOX, SOX 세정

[15, Köppke, 2000]

NOX, SOX, VOCs

부하는 혼합산의 온도 및 강도에 의존한다.

NOX 400 g/m3 까지

원료의약품을 위한

중간 물질 제조

(346 kg 제품)

*025A,I*

모액: 2,810 L

1. 세척수: 4,500 L

2. 세척수/메탄올: 2,300 L

소각

nitrocellulose의 제조

*044E*NOX 10.2 g/m3 세정, 질산의 재활용에 의한

회수 혹은 비료 업계에 판매

H acid의 제조

(sulphonation, nitration,

alkaline fusion의 순서)

[9, Christ, 1999]

배출가스 열적 산화

모액 고압 습식 산화

모액은 황산으로 희석되고 회수가 가능하다 (예를 들면 nitrocellulose의 질산화 후에 산 세척에서 나

오는 사용된 산은 40 %의 황산, 25 %의 질산 및 35 %의 물을 포함한다). 대부분의 질소 방향족이 낮은

용해성을 가지지만, 하나 혹은 그 이상의 sulphonic acid group을 갖는 유도체는 적당한 정도의 수용성

을 가지며 나이트로페놀은 희석된 NaOH로 세척이 가능하다. 질소 방향족 혹은 나이트로페놀의 이러한

독성 및/혹은 낮은 생분해 정도 때문에 활성탄 혹은 이온 교환 수지에 흡착과 같은 특별한 전처리가 세

척수에 대해 요구되는 것이다. 대안으로서 산화적인 전처리가 적용된다. 재결정에서 나오는 세척수 및

여과액은 공정에서 담수 대신에 사용되는 때도 있다.


184

증류 잔류물, 비의도적 이성질체

2차 여과

VOCs

NOx, SOx, VOCs

여과에서

나오는 모액

상분리에서

나오는 모액

세척수

H2SO4 회수

용제 회수

추출

흡착, 습식산화 소각과

같은 전처리

유기용제 ?

VOCs 부하?

소각

열적 산화

NH3

생물학적 WWTP

세정기

물

세정기

재사용

폐수

NaOH폐가스

재사용

재사용

그림 4.32 질산화에서 나오는 폐기물에 대한 응용 저감 기술.







적용 가능성


경제적 측면



185




[9, Christ, 1999, 15, Köppke, 2000], *025A,I*, *087I*

4.3.2.7 방향족 질소 화합물 환원에서 발생하는 폐기물

설명

질산화 공정에 따른 주요 폐기물은 다음과 같다.

• VOCs가 함유되거나 황화합물이 포함될 수 있는 환원 단계로 부터의 배출가스

• 산화 반응철 및 유기 화합물이 함유된 철 환원으로 부터의 잔류 고형물

• 촉매

• 증기 증류, 추출, 단계별 분리 또는 염석 및 여과 후 생성되는 수성 모액으로, 투입 물질의 용해성

및 할로겐화 정도에 따라 COD 및/또는 AOX 부하 함량이 높거나 황화합물 및 잔류 촉매(니켈

등)가 포함될 수 있다.

• 유기성 모액

표 4.32는 방향족 질소 화합물 환원에서 발생하는 폐수의 특성 및 처리에 관한 몇 가지 예를 나타내

며 그림 4.33은 처리 기술을 보여준다.

폐가스NaOH

세정기소각

물폐가스

전처리

폐수 처리

황화물 처리수성 모액, 황화물

수성 모액

VOCs, 황화합물 VOCs 부하?

촉매

재사용

재사용

용제

유기성 모액

용제 회수

산화철 고형 폐기물

세정기

폐수

그림 4.33 질소 방향족 환원에서 발생하는 폐수 처리.


186

배출가스는 VOCs 부하에 따라 연소 가스 세정을 병행하는 소각이나 세정만으로 처리된다.

철 환원 시 유기 화합물로 오염된 상당량의 잔류 산화 반응철이 발생되며 이를 폐기해야 한다. 폐기

비용이 추가됨에도 불구하고 철 환원은 촉매 공정 장비의 높은 투자 비용으로 인해 소량 제품(연간 100

톤 미만)에서 계속 사용되고 있다.

표 4.32 질소방향족 물질의 환원에서 발생하는 폐기물의 처리

폐수 특성 처리

H2가 포함된 p‐nitro‐toluene의 촉매 환원 [16, Winnacker 및 Kuechler, 1982]

(1,000 kg의 톨루이딘 제조)

잔류 고형물 2 kg

폐수 0.4 m3 베이스와 함께 응축

중간물의 촉매 환원 *018A,I*

모액 1.84 kg 니켈/배치, 여과 후침전/여과,

생물학적 WWTP

철이 포함된 p‐nitro‐toluene의 환원 [16, Winnacker and Kuechler, 1982]

(1,000 kg의 톨루이딘 제조)

잔류 고형물2,200 kg (2,170 kg 산화 반응철, 30 kg

유기물)

폐수 20 m3 베이스와 함께 응축

촉매 환원에 의한 4‐aminodiphenylamine의 제조 [26, GDCh, 2003]

폐수 생물학적 WWTP

배출가스 열산화 반응

촉매 환원에 의한 2,4‐dichloroaniline의 제조 [26, GDCh, 2003]

폐수 활성탄 흡수, 탈기, 생물학적 WWTP

배출가스 열 산화 반응/세정기

촉매 환원에 의한 2.5‐dichloroaniline의 제조 [26, GDCh, 2003]



촉매 환원에 의한 3.4‐dichloroaniline의 제조 [26, GDCh, 2003]



촉매 환원에 의한 p‐chloroaniline의 제조 [26, GDCh, 2003]

폐가스 열 산화 반응/세정기

촉매 환원에 의한 2,4,5‐trichloroaniline의 제조 [26, GDCh, 2003]


배출가스 세정기(폐쇄 시스템)


187

촉매는 회수 및 재사용된다.

발생된 방향족 아민의 용해성에 따라, 수성 모액의 COD 함량이 높고 시작 화합물이 할로겐화 된 경

우에는 흡수성유기할로화합물 부하도 높아진다. 높은 용해성은 추가적인 친수성 치환체 (‐Cl, ‐NO2, ‐SO3H 등)가 있을 경우에 확률이 높다. 생분해 가능성은 또한 특정 시작 물질/제품에 좌우된다. 생분해

가능성 또는 유독성이 낮은 경우에는 총 유출수의 upstream에서 생물학적 처리 시 특수 전처리를 실시

한다. 알칼리성 황화물 환원에 따른 모액은 보통 금속 황화물과 같은 침전물과 연관된 황화합물을 제거

하기 위해 특수 처리가 필요하다.


배출량 감소 및 회수 시 향상된 효율


회수/저감 기술 효과



적용 가능성


경제적 측면



배출량 감소 및 회수 시 향상된 효율


[16, Winnacker 및 Kuechler, 1982, 26, GDCh, 2003].

4.3.2.8 술폰화에서 발생하는 폐기물

설명

술폰화 공정에 따른 주요 폐기물은 다음과 같다.

• 산화 반응에 따른 SO2가 함유된 배출가스, 발연황산 이용에 따른 SO3, SOCl2 이용에 따른 HCl, 및

VOCs. 부하는 반응제(방향족, H2SO4, 발연황산) 및 온도에 따라 좌우된다.

• 라이밍 (liming)/초오킹 (chalking)에 따른 오염된 석고 및 CaCO3 또는 중성화에 따른 Na2SO4

• 유기 부산물(및 소실분), 변환되지 않은 황산 및 가능한 경우 염(염석 또는 중성화 결과) 부하 함

량이 높은 1차 제품 분리 단계에 따른 모액.

• 유기 부산물, 황산 및 염분 농도가 보다 낮은 제품 세척 후의 세척수.


188

• 유기 부산물, 황산 및 염분 농도가 보다 낮은 재결정화 후의 2차 여과액.

• 필터 보조물: 숯, 규조토 (diatomaceous earth), 규조토 (kieselguhr) 또는 유기 불순물이 함유된 유

사 보조물.

표 4.33은 술폰화에서 발생하는 폐수의 몇 가지 표본 데이터를 나타내며 표 4.34는 폐수 처리에 관한

예를 보여준다. Zahn-Wellens 시험에 따른 부하 및 결과가 도출된 경우, 생물 제거 가능성 실험 및

2,000 m3 배출수 희석 결과에 따라 난분해성 유기물의 COD를 산출하여 배출된 폐수 내 COD 농도의

영향을 나타내었다.

그림 4.34는 처리 기술을 나타낸 것이다.

표 4.33 술폰화에서 발생하는 폐기물에 대한 예시 자료

폐기물 특성

[15, Köppke, 2000]

SO2, SO3, HCl,

VOCs

부하는 반응제(방향족, H2SO4, 발연황산, SOCl2) 및 온도에 좌우된다. 발연황산이 사용되는 경우:

SO3 최대 35 g/m3+SO2

석고, Na2SO4,

CaCO3

오염

모액

COD >20,000 mg/L

BOD5 2,500 – 4,000 mg/L

생물 제거 가능성 30 – 60 %

AOX 최대 200 mg/L

AOX 부하는 원재료에 좌우된다.

폐수

COD <1,000 mg/L

BOD5 40,100 mg/L

생물 제거 가능성 30 – 60 %

AOX 최대 20 mg/L

AOX 부하는 원재료에 좌우된다.

2차 여과물 (filtrate)

필터 보조물 (filter

auxiliaries)숯, 규조토 (diatomaceous earth), 규조토 (kieselguhr) 또는 유사 물질

환경적 주요 문제는 1차 제품 분리 단계에 따른 모액과 관련된다. 모액은 희석된 황산이며 COD 부하

(아릴술폰산) 함량이 높고 경우에 따라 (할로겐화된 원재료 또는 SOCl2 첨가에 따른) 흡수성유기할로화

합물 함량이 높을 수 있다.


189

표 4.34 술폰화에서 발생하는 폐수에 대한 예

[51, UBA, 2004]

예 1

모액

공정이 연속 모드로 수정되었다.

외부 설비의 산 회수.

배치 당 생산량 23 m3

배치 당 COD 550 kg

배치 당 AOX 5 kg

BOD5/TOC 0.06

처리

분해 및 2,000 m3으로

희석 후 COD

(* 주기 참조)

예 2

모액 1

고압 습식 산화 반응에 의한

전처리

979 mg/L


TOC 12 g/L

분해 능력

(Zahn‐Wellens)15 %

모액 2

128 mg/L


COD 45 g/L

BOD5 0.4 g/L

분해 능력 5 %

SO42‐ 14 g/L

예 3

산 폐기물(모액 1)

외부 황산 설비의 회수톤당 질량 21

H2SO4 75 %

TOC 560 kg

모액 2

생물학적 처리 20.5 mg/L


COD 2.7 g/L

BOD5 0.28 g/L

분해 능력 70 %

AOX 26 mg/L

SO4 70 g/L

예 4

모액

추출 및 재사용에 의한 공정

최적화 후30.8 mg/L

일일 생산량 6 m3

TOC 3.6 g/L

20 kg/t

분해 능력 11 %

예 5

세정수

장비 세정 후의 폐수, 2단계톤당 생산량 4 + 9 m3

톤당 TOC 3 + 6 kg

분해 능력 45 %

* 생물 제거 가능성 실험 및 2,000 m3의 희석 결과에 따른 난분해성 유기물의 COD


190

아릴술폰산 대부분의 생물분해성이 낮으므로 특수 전처리가 필요하다. 모액의 추후 처리방법은 제품과

의 분리에 사용된 방법에 좌우된다.

• 아릴술폰산이 중성화 또는 염분 추가 없이 황산 용액에서 침전될 수 있는 경우, 소비된 산은 황산

시설에서 회수될 수 있다.

• 모액에 염분이 함유된 경우(염석 또는 중성화 결과), 첨단 습식 산화 반응 공정(저압 또는 고압 습

식 산화 반응 등)이 처리 방법이 될 수 있으며 이후 생물학적 폐수 처리 작업 시 효율적인 분해

가 가능하다.

• 표 4.34의 예3은 폐수의 TOC 부하가 비교적 낮아 효율적인 습식 산화 반응 또는 소각을 방해함에

따라 생물학적 폐수 처리 설비에서만 처리되는 경우(생물 제거 가능성 70 %)를 보여준다.

재결정화에 따른 세척수 및 여과물은 담수가 아닌 1차 결정화 단계에서 사용될 수 있다.

폐가스

세정기세정기

H2SO4 재생성

염분 ?

화학적 산화습식 산화

저압 습식 산화폐기(소각)

모액

술폰화에서

재사용

결정화에서

재사용

세척수의 2차

여과물

필터 보조물

석고, Na2SO4,CaCO3

소각

생물학적 WWTP

고형 폐기물

폐수

그림 4.34 술폰화에서 발생하는 폐기물의 응용 저감 기술.


배출량 감소 및 회수 시 향상된 효율성.




191



적용 가능성


경제적 측면



배출량 감소 및 회수 시 향상된 효율성.


[16, Winnacker and Kuechler, 1982, 26, GDCh, 2003].

4.3.2.9 SO3가 포함된 술폰화에서 발생하는 폐기물

설명

SO3가 포함된 술폰화에 따른 주요 폐기물은 다음과 같다.

• 개별적 사례에 따라 SO2, SO3 및 VOCs가 함유된 배출가스

• H2SO4가 함유되어 있으며 COD 부하 함량이 높은 모액(소실분, 부산물)

• COD 부하가 보다 낮은 세척수(소실분, 부산물).

그림 4.35는 응용 저감 기술을 나타낸 것이다.

폐가스

응축 열 산화

세정기

세정기

생물학적 WWTP

폐수

H2SO4 회수재사용

모액

세척수

용제 회수

및 재사용

그림 4.35 SO3가 포함된 술폰화의 응용 저감 기술.


192

배출가스 할로겐화된 용제가 사용되는 경우, 배출가스의 VOCs 부하는 회수를 위해 응축기를 통과하며

이후 열 산화 반응으로 분해되어(약 1100 ℃의 온도 및 1 – 2초의 체류 시간) 연소 가스로 처리된다.

VOCs의 수용성이 높은 경우, 열 산화 반응은 물 세정기의 흡수로 대체된다.

SOX는 NaOH/H2O2가 포함된 반응성 흡수제에서 제거되며, Na2SO4로 변환되어 총 배출수 중 SO42‐ 부하

함량이 높아질 수 있다.

모액. SO3가 포함된 술폰화는 모액의 염분 함량이 술폰산 회수 시설에서 처리될 수 있을 정도로 낮다

는 이점이 있다.

세척수는 생물학적 폐수처리 설비에서 처리된다.


배출량 감소 및 회수 시 효율성 개선.





적용 가능성


경제적 측면



배출량 감소 및 회수 시 향상된 효율성


[15, Köppke, 2000]

4.3.2.10 술포클로린화 (sulphochlorination)에서 발생하는 폐기물

설명

술포클로린화에서 발생하는 주요 폐기물은 다음과 같다.

• 주로 HCl 및 Cl2가 함유된 배출가스, 염화 티오닐 (thionyl chloride) 사용에 따른 SO2 또는 희석제

사용에 따른 CH2Cl2 및 유기물 공급에 따라 가능한 경우 VOCs

• 원치않는 염소화로 인해 COD 부하(소실분, 부산물) 및 흡수성유기할로화합물 부하가 높은 제품 여

과 또는 단계별 분리에 따른 모액


193

• 소실분 및 부산물로 인해 COD/흡수성유기할로화합물 부하가 보다 낮은 세척수

• 액상 제품 분리 (work-up) 후 증류 잔류물.

표 4.35는 술포클로린화에서 발생하는 폐기물의 몇 가지 표본 데이터를 나타나며, 그림 4.36은 응용

저감 기술을 보여준다.

폐가스

HCl 흡수기 세정기

Cl2 탈기기

재사용 또는 추가

분리를 위한 HCl

소각증류 잔류물

모액

세척수

습식 산화

저압 습식 산화

폐기(소각)

폐수

그림 4.36 술포클로린화에서 발생하는 폐기물의 처리.

배출가스. HCl은 대량으로 발생 및 회수되나 유기 화합물 및/또는 Cl2가 포함될 수 있다(추가적인 정

보는 4.3.5.2절을 참조한다). 오염 물질은 이후 분리 (work-up) 단계가(염소 탈기 등)가 필요하며 다른

공정과의 교차 오염을 방지하기 위해 제한될 수 있다. 가스 흐름은 최종적으로 반응 세정기에서 처리된다.

모액은 일반적으로 COD/흡수성유기할로화합물 부하율이 높고 생물학적 제거가능성이 낮으며 습식 산

화 반응, 저압 습식 산화 반응 또는 소각으로 처리된다.

낮은 난분해성 유기물 부하의 세척수는 생물학적 처리 설비에서 처리된다.

증류 잔류물에는 다양한 부산물이 포함되며(할로겐화 정도가 더 높을 수 있다) 소각된다.


194

표 4.35 술포클로린화에서 발생하는 폐기물에 대한 예

폐기물 특성

[15, Köppke, 2000]

모액 COD 5,000 – 10,000 mg/L

BOD5 500 – 2,000 mg/L

분해 능력 30 – 60 %

흡수성유기할로화합물 최대 40 mg/L







적용 가능성


경제적 측면





[15, Köppke, 2000]

4.3.2.11 발효에서 발생하는 폐수

설명

발효 공정에서는 다양한 고부하 폐수가 발생된다(또한 2.6절 참조). 표 4.36은 설비 *009A,B,D*의 예

를 나타낸다. 모든 폐수는 유기물 부하의 높은 생물 분해 능력을 보여주며 최종적으로 생물학적 폐수처

리 설비에서 처리된다. 주요 매개변수는 질소 부하로 중앙 생물학적 폐수처리 설비의 주요 과제를 나타

낸다. 따라서, 분산 혐기성 처리 및 질소가 함유된 화합물 제거와 같은 전략이 적용된다. *009A,B,D*의

경우, 중앙 생물학적 처리 이전의 추가적인 질산화 단계를 구축 중이다.




195




또한 표 4.36을 참고한다.

적용 가능성


경제적 측면





[91, Serr, 2004, 99, D2 의견, 2005], *009A,B,D*


196

표 4.36 발효 장치에서 발생하는 폐수에 대한 예

폐수 하류 처리용량 COD

생물학적

제거가능성BOD5 NH4‐N NaOH 요소 PO4

m3/day g/L t/일 % g/L 톤/일 톤/일 톤/일 톤/일 톤/일

a프로판올 분리에 따른 증류

잔류물• 혐기성 전처리 및 이후 폭기 단계를

거쳐 중앙 생물학 폐수 처리

1.1.1.1.1.

• 시설 내에서의 분산식 질산화 반응

1.1.1.1.2.

• 크레졸(살생물제)을 이용한 GMO 비활

성화, 그에 따른 크레졸 농도는 생물학

적 처리 단계에 영향을 미치지 않는다.

362 11 4 96 6 2.3 0.21

b 크로마토그래피 재생에 따른

용액

15 2.3 98 2.5 0.55

11 3.3 99 1.4 0.40c

d 배출가스 중앙 세정 95 23 2.2 98 19 1.8

e 셀 물질 제거 후 발효액 26 58 1.7 99 29 0.8 0.17 0.10

f셀 분해 및 원심 분리

70 1.1 98 0.8 0.03 0.00

64 0.3 96 0.2 0.01 0.00g

h 크로마토그래피 후 침투증발기를 이용한 요소 분리, 생물학적

폐수 처리145 16 2.3 95 4.4


197

4.3.3 방향족 용제 및 저분자 알코올 회수

설명

톨루엔과 같은 방향족 용제 및 메탄올과 같은 저분자의 알코올은 지금까지 정밀유기화학물질 제조 분

야에서 사용된 용제의 대부분을 나타내며 톨루엔 수치는 특히 회수 활동을 설명한다. 다음의 업무가 가

장 빈번하게 이루어진다.

• 제품이 톨루엔 용액에 함유되어 있다. 톨루엔은 포장 기둥에서 회수 및 정제된 후 톨루엔/물 혼합

물로 분리된다(그림 4.37 참조).

• 제품 분리 후 톨루엔 및 메탄올 혼합이 이루어진다. 톨루엔 및 메탄올은 불연속 증류에 의해 공비

혼합물로 회수되며 톨루엔 및 메탄올/H2O 단계에 물을 첨가하여 분리된다. 후자는 연속적으로 증

류되며 메탄올을 발생시킨다(그림 4.38 참조)

• 톨루엔은 배출가스에서 회수된다(그림 4.39 참조)

• 톨루엔/메탄올 혼합물은 배출가스에서 회수된다(그림 4.40 참조).


• 유용한 재료 회수

• 배출 감소

• 톨루엔 배출량<100 mg/m3.


• 증류, 증기 발생 및 냉각 시 에너지 소모

• 냉각수 소비 및 활성탄의 회수 필요.


5 및 25 ℃ 저온동결 트랩 (cold trap): 약 500 g/m3의 톨루엔 투입량

약 51 g/m3의 톨루엔 발생량.

적용 가능성

배출가스를 통한 회수 시 대체로 적용 가능.

회수는 이미 다량의 폐용제가 발생된 현장에서는 불가능하다 [99, D2 의견, 2005].

사용된 용제의 정제는 재사용 또는 시장 옵션이 가능한 경우에만 합당하다.

순도 조건에 따라 원료의약품 제조 등 용제/부산물의 재사용 또는 재활용 옵션이 제한될 수 있다.

경제적 측면

용제 회수의 경제적 실효성은 다음에 따라 좌우된다.

• 이미 회수 설비를 갖춘 경우 운영비용과 시장 가격 비교.

• 회수 설비를 우선 구축해야 하는 경우 투자에 대한 원금 회수 시간.


198


비용 편익


[9, Christ, 1999]

폐가스

냉각기냉각기냉각기

톨루엔H2O제품

제품

생물학적WWTP

톨루엔 보관

용기

그림 4.37 톨루엔 회수.

배출가스 처리

냉각기냉각기

모액: 톨루엔/ 메탄올

증기

고형 폐기물

톨루엔 저장

메탄올/H2O버퍼

증기

메탄올 저장

생물학적WWTP

그림 4.38 톨루엔/메탄올 혼합물의 회수 및 분리.


199

가스

냉각기

폐가스

증기

응축기

배출가스(톨루엔)

압력 방출

용기

툴루엔 반송

건조 회로

가스

히터

그림 4.39 배출가스를 통한 톨루엔 회수.

폐가스

응축기

H2O배출가스

톨루엔/메탄올/기타

소각

분리/정제를

위한

톨루엔/메탄올

생물학적WWTP

그림 4.40 배출가스를 통한 톨루엔/메탄올 혼합물 회수.


200

4.3.4 용제 및 부산물의 재사용 및 재활용

설명

가능하면 부산물의 재사용 및 재활용을 통해 폐수 처리 부하 및 관련 배출이 감소한다. 일반적 예로

는 이전 배치에서 증류된 용제를 다음 배치 공정에서 재사용하는 것이다.


폐수 처리 부하 및 관련 배출 감소.


증류를 위한 전력 소비.



적용 가능성


순도 조건에 따라 원료의약품 제조에서 용제/부산물의 재사용 또는 재활용 옵션이 제한될 수 있다.

경제적 측면

폐기 방출 감소에 따른 비용 편익.


비용 최적화 및 환경적 편익.


[62, D1 의견, 2004]

4.3.5 배출가스 처리

4.3.5.1 배출가스의 NOx 회수

설명

폭발물 제조 현장에서 나이트로화는 주요 공정이다. 사용한 산의 회수는 비용 관리에서 매우 중요

하다.

질산 농축을 위해 92 – 95 % H2SO4를 이용한 역류 추출로 물을 제거한다. 맨 위에는 98 – 99 %

HNO3가 형성된다. 맨 아래에는 63 – 68 % H2SO4가 형성되며 연소 가스로 분리하여 93 %까지 농축하

거나 진공 증류를 이용하여 96 – 98 %까지도 농축할 수 있다. 질산은 또한 질산마그네슘을 통한 증류

로 농축할 수 있다. 황산은 가열 또는 증기 주입을 통해 질산 및 질소 화합물과 분리된다 [6, Ullmann,

2001].


201

NOX는 반응, 급송 탱크, 원심 분리 후 배출가스에서 회수되며 세정을 통해 완충된다(그림 4.41 참조).

첫 번째 세 개의 흡착탑은 물로 작동하며 마지막은 H2O2로 처리된다. H2O2는 NO를 산화 시키는데 이

용된다.

NO + NO2 + 2 H2O2 → 2 HNO3 + H2O

2 NO2 + H2O2 → 2 HNO3

이는 흡수 효율을 상당히 개선하며 배출된 NOX는 >98 % NO2로 구성된다.

폐가스

반응, 공급 탱크, 원심 분리 및 버퍼의

배출가스

산 회수

그림 4.41 세정기 캐스케이드를 포함한 배출가스 중 NOx 가스의 회수.


• 배출가스의 효율적인 NOX 회수

• 배출량 감소.


에너지 및 H2O2 소비

표 4.37 배출가스의 NOx 회수에서 NOx 배출량

배출된 NOX

kg/시간 mg/m3

0.87 – 1.69 113 – 220


202


• 세정기 캐스케이드의 체적 유량: 7700 m3/시간

• 세정 매체: H2O2 15 %.

적용 가능성


경제적 측면

비용 편익


달성된 환경 편익 참조.


*098E*, *099E*

4.3.5.2 배출가스의 HCl 회수

설명

HCl은 염소화 공정 이후 배출가스의 열 산화 반응으로 생성된 연소 가스로부터 회수된다. 연소 가스는

생성된 수성 HCl에서 분리된 염소가 함유되어 있으며 2차(최종) 흡수 단계에서 처리된다(그림 4.42 참조).

폐가스 배출

수성 HCl

냉각기

가스 단계

Cl2 탈기기

판매용 수성

HCl 30 %

열 산화에 따른

연소 가스

(수증기 형성 후)

흡수

최종

흡수

그림 4.42 연소 가스를 통한 HCl 회수.


203


• 배출가스 흐름을 통한 99.95 %의 HCl 회수

• 중성화 시 NaOH 절약

• 열 산화 반응 단계를 통해, 회수된 HCl은 판매가 가능할 정도로 순도가 높다.

• HCl 회수에 따른 편익으로 높은 VOCs 분해 성능의 열산화기 설치가 권장된다.

• 도출된 배출값은 표 4.38에 나와있다.

표 4.38 HCl 회수 후 발생된 폐가스 배출수준

매개변수 단위 [15, Köppke, 2000]

org. C mg/m3 <3.1 – 9.0

CO mg/m3 <5

HCl mg/m3 <2.4 – 44

Cl2 mg/m3 <0.1

SOX mg/m3 <0.6

NOX mg/m3 <0.012

입자상 물질 mg/m3 1.2 – 3.8

다이옥신 ng/m3 0.083 – 0.09

표 4.39 최종 흡수 단계에서 발생된 폐수 발생량

매개변수 단위 [15, Köppke, 2000]

용량 m3/d 111

NaOH mg/L 4,226

여과 가능 물질 mg/L 19

DOC mg/L 17

COD mg/L 17

Cl mg/L 18,500

SO4 mg/L 11,100

NH4‐N mg/L <0.2

NO2‐N mg/L <0.2

NO3‐N mg/L 1.2

총 인 mg/L 0.4

흡수성유기할로화합물 mg/L <0.5

메탄올 mg/L <0.3

아세톤 mg/L <0.1

CCl4 μg/L <0.3

o‐dichloro benzene μg/L <2.3

o‐chloro toluene μg/L <1.1

p‐chloro toluene μg/L <1.2

톨루엔 μg/L <1

o‐xylene μg/L <1.1

p‐xylene μg/L <1.8


204


재래식 흡수 방식에 비해 매체간 영향 없음.


표 4.40 HCl 회수 시스템의 물질흐름

냉각기로 투입 단위 [15, Köppke, 2000]

부피 유량 m3/h 약 3,000

산소

kg/h

298

질소 2458

CO2 321

HCl 710

Cl2 57

H2O 253

적용 가능성

다음과 같이 HCl이 풍부한 모든 배출가스 흐름에 적용 가능.

• 할로겐화

• 술포염소화

• 포스겐화

• 산염화물을 포함한 에스테르화

• 또는 유사한 공정

20.4 % HCl의 공비 혼합물로 인해 염화수소 농도가 낮은 가스 흐름을 통한 농축 염산 생산 시 압력

이 증가되어야 하거나 온도가 감소되어야 하거나 혹은 둘 다인 경우이므로 상당히 많은 주의를 요한다

[62, D1 의견, 2004].

사례

• *085B*: SOCl2를 이용한 에스테르화 결과 배출가스 흐름에 따른 HCl 회수 [68, 익명, 2004]

• *069B*: SOCl2를 이용한 염화 결과 배출가스 흐름에 따른 HCl 회수, 회수된 HCl은 사업장내에서

재사용된다.

경제적 측면

• 배출가스가 어떠한 방식으로든 처리되었을 것으로 전제하며, 회수된 HCl의 판매에 따른 비용 편익

만을 고려한다(표 4.41 참조).



205

표 4.41 HCl 회수의 비용 편익

연간 작업시간 6,000

시간당 회수된 HCl (30 %) 2,279

kg HCl 당 가격 (30 %)EUR 0.05

(DEM 0.1)

연간 비용 편익EUR 699,000

(DEM 1,368,000)


비용 편익.


[15, Köppke, 2000] *085B*

4.3.5.3 배출가스의 HCl 세정 및 관련 배출량

설명

그림 4.43 및 그림 4.44는 점 오염원의 HCl 배출치(농도 및 물질흐름)를 나타낸다(세로 막대는 최대

및 최소값을 나타낸다). 표시된 데이터는 표 3.2 및 표 3.1에서 발췌한 것이다. 도출된 데이터의 특성은

다음과 같다.

• 각종 세정 매체 (H2O, NaOH 등)를 이용한 한 개 이상의 세정기를 통한 배출

• 21건의 참고문서 중 13건에서 HCl와 관련하여 1 mg/m3 이하의 배출 농도를 보고하고 있다.

• 화학 공정(특히 염소처리)은 높은 농도를 유발할 수 있으나, 낮은 물질흐름으로 작용될 수 있다.

점 오염원

소각 후

TO에 의해 연소 가스 처리로 대체

기타

그림 4.43 점 오염원의 HCl 배출에 대한 농도값.


206

점 오염원

소각 후

TO에 의해 연소 가스 처리로 대체

기타

그림 4.44 점 오염원의 HCl 배출에 대한 물질흐름값.


배출가스에서 HCl 제거 및 배출량 감소.


물과 화학 물질 소비.



적용 가능성

대체로 적용 가능. 세정기는 표준 장비이다.

경제적 측면



HCl 배출량.


모든 기준 설비에서 세정 적용.

4.3.5.4 배출가스를 통한 브롬 및 HBr 회수

설명

브롬화 공정에서는 수소 브롬화물 및 브롬이 함유된 가스상 배출흐름이 다량 생성되며 대기 방출 전

에 세정한다. 또한 브롬이 풍부한 기류는 브롬 저장 및 일일 탱크 충전 동안, 그리고 저장 및 아이소탱

크 (isotank) 공급 용기 가압 중 분리되어 비교적 건조한 압축 공기 과압으로 방출된다. 공정 시설 내

설비 구역은 전체 및 국소 추출 환기 설비를 갖추고 있다. 브롬 계열의 해당 부위로 누출될 가능성을


207

감안하여 대기 방출 전 추출된 공기를 세정해야 한다.

연계된 일련의 세정 시스템이 구축되어 수소 브롬화물, 브롬 및 휘발성 브롬화 추적 가능성 및 공정

배출에 따른 기타 유기 화합물과 브롬화 설비의 추출 증기 흐름을 회수/제거한다. 그림 4.45는 *007I*

현장의 설치 환경을 나타낸 것이다.

46 % w/w HBr의 최종 브롬화수소산 용액 농도는 필수 및 예비 탱크의 결합 용량과 함께 결정되어

최소 한 개 반응기 배치 시 발생된 모든 브롬화수소의 흡수가 가능하다.

폐가스

기타

주요설비 세

정기

Br2 보관 및 기타

작업 시의 방류

분리/재사용을

위한 Br2 용액

HBr은 일부 반응

단계에서

배출된다.

분리/재사용을 위한 HBr

그림 4.45 HBr 및 Br2 회수/제거 시 세정 시스템.


대기 또는 수중 방출이 아닌 재사용/판매를 위한 유용한 재료 회수.

표 4.42는 *007I*의 예시에 대한 대기 배출물질을 나타낸 것이다.


208

표 4.42 HBr/Br2 회수/제거 시스템 배출물질

*007I*

메인 세정기 이후

(2002년 연간 평균)

mg/m3 kg/시간

Br2 1.6 0.007

HBr 검출 한계 미만

유기 브롬화물 20.0 0.1


재래식 흡착 방식에 비해 매체간 영향 없음.


세정기의 물질흐름은 표 4.30을 참조한다.

적용 가능성

• HBr이 풍부한 모든 배출가스 흐름에 적용 가능(제시된 예시에서, 배치 당 11350 kg HBr 및 750

kg Br2)

• 세정기를 통해 발생된 HBr에는 또한 유기물 부하가 함유될 수 있으며 재사용/판매 전 정제가 필

요할 수 있다.

경제적 측면

• 배출가스가 어떠한 방식으로든 처리가 되었을 것이라 전제한다. 회수된 HBr의 재사용/판매를 통한

비용 편익



비용 편익


[75, Trenbirth, 2003], *007I*

4.3.5.5 배출가스를 통한 여분의 염소 흡수

설명

염소화를 통한 배출가스의 염소 부하는 자외선 하에서 유기 공급 재료와의 반응을 통해 흡수할 수 있

다(그림 4.46 참조). 할로겐화된 유기 공급 물질 일부는 다음 배치를 위해 저장되거나 연속 공정으로 급

송된다.


209

유기물질

공급

염소염소화

반응기

추가 처리를 위한 폐가스

염소 흡

수기 자

외선

그림 4.46 여분의 염소 흡수.


• 강한 기류에 따른 염소 부하의 약 80 % 흡수 및 재사용

• 하류 (downstream) 기술 전환


없다고 봄.



적용 가능성

지방족 화합물의 할로겐화에 적용 가능.

경제적 측면



염소의 효율적 사용 및 하류 기술 전환.


210


[15, Köppke, 2000]

4.3.5.6 반응기 및 증류과정에서 VOCs의 응축

설명

반응기 또는 증류를 통한 VOCs의 응축은 하류 배출가스 처리 전 고부하 배출가스의 간접 냉각으로

수행한 후 가스 및 액상을 분리한다. 상황에 따라(환류 공정 또는 증류탑의 필요한 온도 프로필 등) 응

축물은 이후 공정으로 재공급되거나 재사용을 위해 보관된다. 그림 4.47은 개요를 제공한다. 냉각 단계

의 수 및 적용 온도는 특정 용제에 따라 좌우된다.

반응기 재사용을 위해

응축

응축기

응축기

추가 처리를 위한 폐가스

그림 4.47 반응기를 통한 2단계 응축.


• 다른 배출가스 흐름과의 혼합 전 출처 지점의 VOCs 부하 저감 및 회수.

• 성능: 70‐95 %(특정 사례에 좌우됨)

• 필요한 하류 저감 용량 감소.


211


폐가스 경로에서 액체상으로 오염물질 전환.


• 일반적으로 얼음 또는 각종 염수류를 이용한 간접 냉각 또는 오일을 매체로 활용.

• 온도 조건:

[15, Köppke, 2000]: 주로 -50 ℃ 미만의 톨루엔 또는 i-부탄올 등의 용제

[68, 익명, 2004]: 톨루엔의 경우 두 단계는 a) 냉각수 5 ℃, b) 염침투 ‐25 ℃

[9, Christ, 1999]: 톨루엔의 경우 a) 25 ℃, b) 5 ℃ 이후 활성탄 흡착.

적용 가능성

정상적인 모든 용제에 적용 가능.

특히 극저온 응축 시 습기를 함유한 배출가스를 포함하거나 지리적 위치로 인해 고습 환경에서는 제

한될 수 있다 [62, D1 의견, 2004], [99, D2 의견, 2005].

경제적 측면

• 일반적으로 낮은 자본 비용

• 일반적으로 낮은 운영 비용

자본/운영 비용은 용제의 휘발성 및 필요한 냉각 매체에 따라 높을 수 있다.


하류 저감 용량 및 배출허용기준 (VOCs 지침) 감축을 위한 온도 조절.


[15, Köppke, 2000], *002A*, *003F*, *006A,I*, *017A,I*, *018A,I*, *019A,I*, *020A,I*, *022F*, *023A,I*,

037A,I

4.3.5.7 VOCs의 열 산화 반응 및 액상 폐기물의 공동 소각

설명

유기 화학물질의 다목적 생산 시 응용 공정과 관련된 유연성 및 폐수의 안전한 관리가 요구된다. 폐

가스 저감 시스템은 변동이 심한 부하물을 포함하여 질소, 염소, 브롬 또는 황이 함유된 탄화수소 및 화

합물을 처리해야 한다. 한 가지 가능한 옵션은 액상 폐기물의 소각과 함께 폐가스의 열 산화 반응을 적

용하는 것이다. 열산화기/소각로로써 다음을 처리할 수 있다.

• 최대 VOCs 가스

• 최대 유기성 액체 폐기물

• 최대 저발열량

• 보조 연료인 천연 가스


212

이 모든 입력 사항을 동시에 처리할 수 있다. 적절한 연소 온도 및 체류 시간을 설정할 경우 할로겐

화된 화합물의 도입이 가능하다. 사업장내 폐수 처리 설비 등에서 VOCs의 희박, 악취배출은 공기 연소

로 해결한다. 모듈식 설비 환경은 그림 4.48과 같다 [34, Schwarting, 2001].

(1) 충격 팬, 고정식 화염 필터 및 동적 화염 방지막을 갖춘 폐가스 포집 시스템

(2) 증기 발생을 위한 DeNOX 기능 및 폐열 보일러 내장 연소 장치

(3) NH3 (DeNOX), 세정 매체 (NaOH, NaS2O3)의 보관 탱크

(4) 산 가스 및 할로겐 제거 시스템

(5) 연기 제어 시스템

그림 4.48 폐가스 및 액상폐기물의 모듈식 열처리 설비.


• VOCs 분해 효율은 최대 99.99 %. 도출된 배출 수준은 표 4.43과 같다.


213

표 4.43 폐가스의 열적 처리에 대한 도출 가능 배출량

매개변수 단위[34, Schwarting,

2001]

*019A,I*

질소성 용제 부하 시험 다이옥신 샘플링

org. C mg/m3 <1 0.6 0.8

CO mg/m3 <1 17 19

HCl/Cl2 mg/m3 <5 0.37 0.51

HBr/Br2 mg/m3 <5

SOX mg/m3 <20 0.08 0.09

NOX mg/m3 <80 25 26

NH3 mg/m3 0.71 0.77

DeNOX 효율 % 최대 97 96.08

다이옥신 ng/m3 <0.05 <0.001

보증값 시험 샘플링

• 고열량 적용 시 1차 에너지 소모 저감

• 생물학적 폐수처리에 부적합한 비회수성 액체 폐기물 및 저열량 수성 시스템의 처분옵션.

• 배출 최대치 없음.

추가 정보는 표 3.1, 표 3.2 및 4.3.5.18 및 4.3.5.19를 참조한다.


• 유기물 부하의 폐수 경로로의 전환 없음

• 열량 투입이 적을 경우 높은 에너지 소모

• 소각을 통한 TDS 수준 및 잔류 고형물을 고려해야 한다.

액체 폐기물 병합 소각의 경우:

• 유독성/분해성이 낮은 부하의 생물학적 폐수처리 설비 완화

• 사업장내 처분 시 유해 폐기물을 운송할 필요가 없다.

• 1차 에너지의 대체.


• 약 500 kg/시간당 액체 폐기물

• DeNOX 장치: 950 – 1,000 ℃ (SNCR) 또는 SCR

적용 가능성

열 산화 반응은 VOCs 및 특히 유해한 대기 오염물질을 분해하는 검증된 방법으로 높은 효율성으로

작용하며 공정 배출, 저장 탱크, 자재 운송 작업, 처리, 보관 및 폐기 설비 등 거의 모든 VOCs 배출원

에 적합하다. 표 4.44는 제한/규제에 관한 개요를 제공한다.

개별 상황에 따라 추가 옵션을 실행할 수 있다.


214

• 질소 화합물이 함유된 저산소 농도의 배출가스에 대한 2단계 버너 [99, D2 의견, 2005]

• 습식 전기 집진기와 같은 입자상 물질 제거 “WESP”, *020A,I*

• HCl 또는 HBr 회수(또한 4.3.5.3절 및 4.3.5.4 참조)

• 산화 반응 장치에 연결된 비활성 헤더 및 자동 인터록 잠금 장치의 시스템은 최대 50 % LEL로 작

동할 수 있다.

표 4.44 배출가스의 열적 처리의 한계 및 규제 개요

제약/한계

일반적인 가스 유량 90 – 86,000 m3/h

온도 750 – 1,200 ℃

배출가스의 VOCs 농도 < 25 % LEL

체류시간 0.5 – 2 초

참고 [31, 유럽 위원회, 2003]

*093A,I*의 예시:

• 각종 오염물질에 영향을 받지 않음

• 낮은 보조 연료 소모, 2 g/m3 유기 탄소를 초과하는 자동 열

• 낮은 운영 비용.

제한사항:

수소화반응 등의 배출가스, 실란화합물 농도가 상승한 증기, 산화 에틸렌 멸균 배출 등은 안전 문제

또는 공정 장비 기능에 대한 부정적인 잠재적 영향으로 인해 열산화기에 연결할 수 없다 [99, D2 의견,

2005].

경제적 측면

경제수지는 개별 사례에 좌우된다. 그림 4.45는 개요를 제공한다. 액체 폐기물(회수 불가 용제)의 소

각 및 공정 증기의 동시 발생 (1차 에너지 치환) 시 빠른 투자 수익을 기대할 수 있다 [34, Schwarting,

2001]. HCl 또는 HBr은 연소 후 회수할 경우, 유기 화합물로 오염되지 않으며 직접 판매할 수 있다.

표 4.45 폐가스의 열적 처리의 경제적 비용 및 편익 개요

경제적 비용 경제적 편익

투자비 자본 비용

공정 보조 연료

증기 발생

폐기 비용 절감

폐수 처리 비용

HX 회수

사용한 용제는 소각로에서 연소시켜 폐기물 처리로의 운송을 방지하며 불필요한 천연 가스 소모를 예

방한다. 이 경우 천연 가스는 소각로를 필요한 온도로 설정하는 용도로만 사용된다. 사용한 용제의 연소


215

용량은 VOCs 농도의 LEL이 초과되지 않는 조건이다. 표 4.46에 따라 산출한다 [62, D1 의견, 2004].

*038F* 현장에서 소각로는 사용한 약 300 kg 용제/시간(연소 계수 = MJ/kg)을 연소하도록 설계된다.

이는 400 m3의 천연 가스/시간을 절감한다. 일년 내에, 사용된 2500톤의 용제가 소각로에서 연소되며

총 3,300,000 m3의 천연 가스/연간이 절감된다. 0. 134 유로/m3의 천연 가스 가격을 적용하면 절감액은

연간 44만 유로를 넘는다. 사용된 용제를 연소시킬 경우 운영 비용이 감소하므로 투입된 투자에 대한

원금 회수가 가능하다. 소각로는 또한 현장에서 필요한 증기의 50 %를 생산한다.

표 4.46 천연 가스 대체에 따른 비용 절감 산출

사용한 용제 연소 용량 60 L/hour

사용한 용제의 연소 계수 45 MJ/kg

연소한 사용 용제의 밀도 0.8 kg/L

천연 가스의 연소 계수 31 MJ/m3

천연 가스 가격 EUR 0.134/m3

절감된 천연 가스 69 m3/hour

용제를 연료로 사용한 비용 절감 EUR 9.25/hour

천연 가스 가격은 통계학을 기준으로 한다. 지정된 값은 2004년 첫 3개월 동안의 수치로서 25,000,000 m3/연

간 매출과 연간 최소 8,000시간의 활동성을 나타내는 사용자를 통해 수집한 것이다.


법규화 및 투자 수익률.


*019A,I*, *037A,I*, *039F* [34, Schwarting, 2001], [62, D1 의견, 2004]

4.3.5.8 할로겐화 폐용제의 공동 소각

설명

생산 공정에 따른 배출가스와 함께 할로겐화 폐용제의 공동 소각은 다이옥신/퓨란의 낮은 배출 비율

을 보장하려면 연소실에서 충분한 온도, 잔류 시간 및 난기류 조건이 필수적이다. 따라서 1,100 ℃ 이상

의 연소 온도 및 2초 이상의 잔류 시간이 대체로 적용된다. 또한 배출 비율은 온도 프로필을 제어하고

(신생 형성 방지) 이후 연소 가스 처리하면서 영향을 받는다. 표 4.47은 *008A,I*의 예를 나타낸 것으로

소각로가 배출 비율의 큰 증가 없이 또한 보다 낮은 온도 및 잔류 시간에서도 작용할 수 있음을 검증하

기 위한 시험이 수행되었다. 결과적으로 소각로는 850 ℃ 이상의 연소 온도와 1초 이상의 잔류 시간으

로 작동된다.


216

표 4.47 상이한 체류시간 및 온도조건에서 작동하는 소각로의 PCDD/F, PCBs 및 PAHs 수치에 대한 평가의 예

*008A,I*

연소 가스 처리

l 냉각 (30 m3/시간 H2O)

l 세정기 (pH 7 – 8 및 30 m3/시간)

l SCR (280 ℃)

폐용제 투입

l 500 kg/시간

l 이소프로파놀, 메탄올, 염화메틸렌 혼합

l 0.81 – 0.85 kg/L의 밀도

l H2O 함량 1 – 13 % w/w

l Cl 함량 4.2 – 5.6 % w/w

온도 조절 ±50 ℃

실험 1 실험 2

샘플링 시간 3 × 6 시간 3 × 6시간

연소 온도 ≥1200 ℃ ≥850 ℃

체류 시간 ≥2초 ≥1초

부피 유량(건조) 6,500 Nm3/시간 9,600 Nm3/시간

천연 가스 소모 46 ‒ 61 m3/시간 75 ‒ 79 m3/시간

PCDD/F (I‐TEQ) 1 0.0019 ng/m3 0.0008 ng/m3

PCBs (sum) 1 0.006 μg/m3 0.007 μg/m3

PAHs (sum) 1 0.078 μg/m3 0.023 μg/m3

1 수치는 Nm3, 건식 가스 및 11 vol‐% O2와 연관된다.

결과분석적 방법의 정확성과 각 매개변수에 대한 검출 한도를 감안할 때 PCDD/F,

PCBs 및 PAHs의 배출 수준은 특정 시험 조건에서 크게 다르지 않다.


• 보조 연료 소모 감소

• 유지 관리 감소, 마모율 감소.


없음.


표 4.47 참조.

적용 가능성

각 개별 사례에 대한 평가가 필요하다.

경제적 측면

보조 연료 감소, 유지 관리비 감소 및 마모율 감소에 따른 비용 절감.


경제적 측면 및 달성된 환경 편익 참조.


217


*008A,I*

4.3.5.9 메탄올의 분리 및 열산화반응

설명

폐수 중 메탄올의 회수 및 정제(알칼리화 등)와 이후 재사용은 다른 유기 오염물질을 가진 공비 혼합

물의 형성으로 인해 종종 경제적으로 실현 가능하지 않다. 대부분의 경우에서, 신선한 메탄올을 구매하

는 것이 훨씬 저렴하다. 그러나 높은 메탄올 부하의 폐수는 충분한 생물 분해가 가능할 수 있을 뿐만

아니라 기존 폐수처리 설비의 용량을 변형시킬 수도 있다. 또는, 메탄올 및 다른 저분자 화합물은 증기

로 분리한 후 열 산화 반응을 통해 공정 배출가스와 함께 처리할 수 있다. 분리기에서 열량을 투입함으

로써 열산화기의 자동 열 작동이 가능하다. 그림 4.49은 개요를 제공한다.

H2O

공정 폐수 응축기

공정의 배출가스

Buffer폐가스

증기 발생

보조 연료열교환기

열산화기

탈기컬럼

그림 4.49 폐수 중 메탄올의 분리 및 열산화 반응.


218


• 폐수와 폐가스 모두 부분적 저감

• 자동 열 작동 모드일 때 높은 에너지 효율

• 열산화기 또한 다른 배출원의 폐가스 흐름을 처리할 수 있다.


• 폐수에서 배출가스로의 일부 전환

• 시동 및 정지 시 필요한 보조 연료

• 증기 주입 시 폐수 부피 증가.


표 4.48 분리 및 열 산화 반응에 대한 운영적 측면의 데이터

[15, Köppke, 2000]

탈기기의 폐수 투입

부피 유량 20 m3/시간

COD 약 20,000 mg/L

BOD5 약 14,000 mg/L

공정에서 열산화기로 폐가스 투입 2,000 m3/시간

WWTP의 폐수 COD 3,500 mg/L

증기 소모3 톤/시간

(열산화기에서 75 % 생성)

적용 가능성

탈기 가능한 높은 유기물 부하의 경우 대체로 적용 가능.

경제적 측면

표 4.49 탈기 및 열 산화 반응을 결합한 운영 비용

[15, Köppke, 2000]연간 비용

(2000)조건

운영

비용

탈기 및

열산화 반응

EUR 1,760,000

(DEM 3,450,000)

탈기기의 COD 20,000 mg/L

WWTP의 COD 3,500 mg/L

응축: 10 ‒ 30 % H2O

운영 비용에는 에너지, 직원 및 자본 비용이 포함된다

• 투입된 COD 부하 <14,500 mg/L은 경제적 상황을 변화시키고 생물학적 폐수처리 설비의 단일 처

리가 권장된다.

• 보다 낮은 농도 (COD <3,500 mg/L)로 분리 시 비용이 점점 증가한다.

• 응축 시 H2O 함량 >30 %는 공정을 수동 열 모드로 변화시키며 보조 연료가 필요하다.

• H2O 함량 <10 %는 높은 에너지 조건으로 인해 효율적이다.


219


비용 효율적인 저감 기술 및 배출허용기준 (ELV).


[15, Köppke, 2000], *020A,I*

4.3.5.10 VOCs 배출 방지 및 저감 전략

설명

기존 설비는 다음과 관련된 종합 전략을 취함으로써 용제 투입량의 <5 % 수준으로 총 VOCs 배출량

을 저감할 수 있다.

a) 확산/비산 배출을 방지/저감하고 저감을 요하는 물질흐름을 최소화하기 위한 통합 조치의 단계별

이행.

b) 열/촉매 산화 또는 활성탄 흡착과 같은 고도 회수/저감 기술 적용.

c) 전용 장비를 갖춘 보다 소규모 현장의 배출원별 특정 회수/저감 기술 적용 및 단일 또는 두 가지

다른 대형 용제를 활용.


VOCs 배출 방지 및 감소.


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면

장비 개조 및 저감 기술의 추가 비용.


유지 관리 프로그램 및 배출허용기준 (ELV).


*017A,I*, *018A,I*, *019A,I*, *020A,I*, *023A,I*, *027A,I*, *028A,I*, *029A,I*, *030A,I*, *031A,I*,

*032A,I*


220

4.3.5.11 아세틸렌의 회수 및 저감

설명

아세틸렌과 같은 대량의 고휘발성(및 유해) 화합물 관련 공정은 폐수 처리에 관한 이례적인 과제를 제

시한다. 특정 사례에서, 아세틸렌은 반응제로 사용되며 에틸렌 (Li – C ≡ C – H 전처리 시 발생되는

부산물) 및 NH3 (용제)와 함께 각 공정 단계에서 몇몇 배출가스 증기에 포함되어 있다.

공정 최적화 전, 아세틸렌의 물질수지는 다음과 같다.

• 반응에서의 소비량 30 %

• 에틸렌 손실 20 %

• 아세틸렌 손실 50 %

최적화 후, 대부분의 아세틸렌 손실은 회수되며 그림 4.50에 명시된 원칙에 따라 반응 시 재활용된다.

액상 NH3는 배출가스에서 아세틸렌을 흡수할 때 사용되며 반응 싸이클의 탈착 후 재활용된다. 잔류

NH3은 또 다른 단계에서 물속에 흡착되며 나머지 유기물 부하(주로 에틸렌)는 사업장내 증기 발생을 위

한 에너지원으로 활용된다. NH3/H2O 혼합물(약 15 % NH3)이 형성되며 정류 후 공정에서 재사용된다.

그 결과 발생한 폐수는 생물학적 폐수처리 설비에서 처리된다.

공정에 따른 배출가스:아세틸렌에틸렌

암모니아

공정 내에서의아세틸렌 재사용

아세틸렌 탈착

NH3/아세틸렌

완충기

NH3/H2O

완충기

천연 가스 주입

생물학적WWTP

보일러 설비에서의 에너지 회수

NH3

완충기

아세틸렌 흡

수

NH

3

흡수

NH

3

정류

그림 4.50 아세틸렌 회수 시스템.


221

회수 시스템 대부분이 암모니아의 끓는점 (‒33 ℃) 미만에서 작동하므로 매우 낮은 온도에 적합한 냉

각 시스템이 필수적이다. 사용된 냉매는 반응 용제(이 경우, 암모니아)와 동일하다. 따라서, 냉각은 염화

불화 탄화수소 (chlorofluorohydrocarbon)를 사용하지 않고 수행할 수 있을 뿐만 아니라 공정상의 암모

니아와 냉각 암모니아가 우연적으로 혼합되는 경우에도 사용된 용제와 동일하므로 문제시 되지 않는다.

누출 시 압력의 차이는 반응 용액으로 유입될 수 있는 유일한 흐름은 냉각제라는 것을 입증한다. 또한

암모니아의 강한 냄새로 누출 탐지가 가능하므로, 누출로 인해 손실되는 냉각제의 양은 매우 적다.

냉각 공정에서는 압축기 및 팽창기 시스템 (expander system)을 사용한다. 냉장 설비의 근접성은 압

축된 고온의 암모니아를 열원으로 사용할 수 있다. 따라서 용해된 아세틸렌을 분리하는데 사용되는 아세

틸렌 탈착 컬럼은 냉각 기기의 폐열로 가열된다. 과열 (excess heat)만이 냉각탑에서 제거되며 이로써

최소량의 냉각수만 필요하게 된다.


• 암모니아 소모량 감소(‒75 %)

• 아세틸렌 소모량 감소(‒50 %)


• 회수 시스템의 에너지 소모

• NH3 정류에서 발생하는 폐수



적용 가능성

각각의 사례를 개별적으로 평가해야 한다.

예를 들어 신규 공정은 본래의 일괄 (straight-through) 공정에 비해 더욱 복잡하다. 그 결과 환경과

경제적 측면에서 모두 유리하다. 신규 설비의 성능은 개별 공정 단계에서 서로 조화를 이루도록 함으로

써 최적화된다. 이는 각 단계별로 사용되는 동일한 일괄 처리 설비에만 적용될 뿐 아니라 보일러 설비

내 에너지 활용에도 적용된다. 본 설비의 작업자는 보다 높은 수준의 이해를 요함에 따라 개선된 훈련

및 교육이 필요하다.

공정에서 증기 생산 시 높은 에너지의 배출가스 아세틸렌 및 에틸렌을 연소한다는 개념은 매우 관심

을 끈다. 그러나 그러한 공정을 적용할 수 있기에 앞서 심각한 안전 문제가 해결되어야 한다. 본 예시에

서는 대기 중 다양한 농도 범위에서 폭발성이 있으며(하한 가연성 2.3 vol‐%, 상한 가연성 82 vol‐%) 산

소가 없는 경우에도 비교적 높은 압력에서 분해됨으로써 엄청난 열과 고압을 발생시킬 수 있는 아세틸

렌의 안전 측면을 특히 주의해야 한다. 조사 결과 자가 분해는 가스 혼합물이 점화되는 경우에도 천연

가스로 아세틸렌을 희석함으로써 억제할 수 있다. 본 예시에서 보일러 설비는 천연 가스로 작동되므로

배출가스 연소 시 이러한 원칙이 적용되었다. 생산 설비의 배출가스는 흡수기를 거친 후 천연 가스 증

기를 주입하여 40 %까지 희석된 후 보일러 설비에 필요한 압력으로 압축된다. 또한 생산 설비 자체는


222

화염 방지기 시스템에 의해 연소 설비에서 분리된다.

경제적 측면

회수를 통한 경제 편익.


효율 증가, 비용 편익 및 환경 편익.


[9, Christ, 1999], *014V,I*

4.3.5.12 1,2-디클로로에탄의 촉매 산화 반응

설명

*069B* 현장에서, 배치/캠페인 공정은 반응 동반자 및 용제로서 1,2‒디클로로에탄을 포함한다. 배출가

스는 반응기, 액체‐액체 단계 분리 및 특히 증류 단계에서 발생되며 위험 단계 R45: 즉, 암을 유발할 가

능성이 있는 1,2‒디클로로에탄이 함유되어 있다.

따라서 고도 처리 기술인 촉매 산화 반응은 1,2‒디클로로에탄 배출량을 낮은 수준으로 저감하기 위해

선정되었다. 그림 4.51은 *069B*의 예시를 설명한다. 촉매 산화기는 생산 건물 지붕 위의 컨테이너 안에

배치하며 가동 후 자동 열 반응으로 작동한다. 촉매 산화기는 설비 운영 시스템을 포함하며, 추가적인

작업자가 필요 없다.

재사용을 위한

1, 2‐디클로로에탄

반응기

단계별 분리

증류폐수

대기 배출

촉매 산화

반응

응축기

세정기

그림 4.51 1,2-디클로로에탄이 함유된 배출가스의 촉매 산화 반응.


223


표 4.50은 *069B* 예시의 경우 발생된 배출량을 나타낸다.

표 4.50 1,2-디클로로에탄의 배출 수준

배출 수준

오염물질 mg/m3 g/시간

1,2‒디클로로에탄 확인 안됨!


없다고 봄.


• 부피 유량: 약 400 m3/시간

• 작동 온도에 도달한 후 자동 열 작동.

적용 가능성

광범위하게 적용 가능. 다른 사례를 보면 다음과 같다.

• *042A,I*: 촉매 산화 반응

• *043A,I*: 염화 비닐의 촉매 산화 반응 (R45:발암 가능 물질)

• *043A,I*: 메르캅탄의 촉매 산화 반응

• *055A,I*: 촉매 산화 반응(생산 건물 1, 자동 열)

• *055A,I*: 촉매 산화 반응(생산 건물 2, 자동 열).

경제적 측면

총 투자 비용(*069B*, 2004): EUR 1,500,000


유해 오염물질.


[91, Serr, 2004], *069B*, *042A,I*, *043A,I*, *055A,I*

4.3.5.13 VOCs의 결합 농도 및 촉매 산화 반응

설명

낮은/다양한 농도의 VOCs를 함유한 높은 부피 유량의 배출 공기는 촉매 산화 반응(또는 응축) 전

VOCs를 농축시키는 기술로 처리할 수 있다.

그림 4.52는 이러한 기술을 나타낸 것이다. 배출가스는 흡착기로 유도되어(연속적으로 회전하는 벌집

구조 또는 일련의 충전담체), 10 ‒ 120 ℃의 온도 범위에서 VOCs를 보유할 수 있다. 흡착제의 약 80 ‒


224

95 %가 언제든지 충전되고 있다. 흡착제의 나머지 약 5 ‒ 20 %는 고온의 공기로 가열되어 이전에 흡착

된 화합물을 탈착함으로써 높은 VOCs 농도의 가스 증기가 발생된다. 가스 증기는 이후 VOCs가 산화되

는(또는 농축된 VOCs가 응축으로 회수될 수 있다) 촉매제로 유도된다. 이러한 공기는 촉매제를 통과하

면서 가열된다 (VOCs의 산화 반응으로 인해). 이러한 열은 열 교환으로 회수되어 가스 증기 가열 시 사

용될 수 있다.

대다수의 적용에서, 촉매제는 흡착된 VOCs가 탈착되는 즉시 산화될 수 있도록 흡착기(촉매 코팅)로

모아진다.

예: 1,500 m3/h 3.7 g C/m3

배출가스

22,500 m3/h250 mg C/m3

흡착

탈착

열 교환

대기 배출

신선한 공기

1,500 m3/h

촉매

선택적

가열기열 교환

그림 4.52 VOCs의 결합 농도 및 촉매 산화 반응.


• 배출가스 증기에서 VOCs 제거

• 낮은 에너지 소비(열 산화 반응, 열 회수식 산화 반응 또는 촉매 산화 반응과 관련된 소비에 비해

5 – 30배 낮음). 보조 연료 없이도 연속 작동이 가능한 것이 일반적이다.

• 야간/주말 가열로 사전작업이나 대기 작업이 불필요하다

• 압력 손실이 낮음에 따라 환기 시 에너지 요구량이 감소한다.


없다고 봄.


• 10 – 1,000 mg/m3의 VOCs 농도


225

• 최대 120 ℃의 배출가스 온도가 허용된다.

• 흡착제가 비가연성이며 최대 500 ℃까지 열적으로 안정적이다.

• 낮은 압력 손실

• 장비의 공간 요건이 낮음.

적용 가능성

배치 단위의 최대 농도가 흡착기에서 자동으로 조율되므로 가변적인 VOCs 농도의 배출가스 유량에

적용가능. 농도 범위가 10 – 약 1,000 mg/m3인 톨루엔, 자일렌, MIBK, MEK 스티렌 및 글라이콜 등의

다양한 용제에 적합. 흡착기는 최대 약 120 ℃의 배출가스 온도까지 기능하다.

경제적 측면

• 낮은 가열 요건에 따른 낮은 운영 비용

• 저감 장비의 집중 사용으로 최적화된 (보다 소규모의) 배치


경제적 측면 참조.


[95, 최신 Umwelttechnik AG, 2005, 96, 최신 Umwelttechnik AG, 2005], *104X*, *105X*


226

4.3.5.14 비열 (Non-thermal) 배출가스 처리

응축 극저온 응축 습식 세정 흡착 생물 여과

설

명

온도를 이슬점 미만으로

낮춤으로써 가스증기에서 용제

증기 (VOCs) 제거

온도를 이슬점 미만으로

낮춤으로써 가스 증기에서

용제 증기 (VOCs) 제거

서로 접촉된 용해성 가스 및 용제

간 물질 이동(흡착)

흡착성 가스 및 고체 표면

사이 간 물질 이동

미생물을 통한 여상 (filter

bed)의 분해

달

성

된

환

경

편

익

∙ 물질 회수 가능

∙ 하류 저감에 따른

물질수지의 감소

∙ 물질 회수 가능

∙ 최대 99 % VOCs 저감의

성능(개별 사례에 좌우됨)

∙ 오염물질에 따라 물질 회수

가능,

∙ 무기 화합물 및 높은 수용성의

VOCs (알코올 등)의 경우 최대

99 % 저감 성능

∙ HCl의 가능 수치는

<1 mg/m3, 염화인의 경우

2 – 5 mg/m3

[62, D1 의견, 2004]

∙ 성능은 개별 화합물의 흡착

특성에 따라 좌우된다,

VOCs의 경우 최대 95 %

저감

∙ 성능은 특정 VOCs의

생물 분해성에 따라

좌우된다.

운

영

관

련

데

이

터

응축 온도:

∙ 얼음의 경우 2 ℃로 감소

∙ 각종 염수 종류일 때 –60

℃로 감소

응축 온도:

∙ 극저온 유형(액체 질소) 인

경우 –120 ℃로 감소

유용한 세정 여재:

∙ 물

∙ 산

∙ 알칼리

∙ 비극성 VOCs의 폴리에틸렌

글라이콜 에테르 (PEG)

일반적으로 증기를 이용한

오프라인 베드의 상호 교환

및 회수성의 두 개 베드

설치, 타개책을 위한

모니터링

매

체

간

영

향

∙ 에너지 요구

∙ 높은 에너지 요구

∙ 형성된 용제는

회수/폐기돼야 한다.

∙ 수성 세정 여재를 이용하여

폐수 경로로 오염물질 부하

이동

∙ 폐수 경로로 오염물질 부하

이동, 증기로 회수할 경우

추가 처리/폐기가 필요할

수 있다.

∙ 하강 사이클의 활성탄을

폐기해야 한다.


227

응축 극저온 응축 습식 세정 흡착 생물 여과

적

용

가

능

성

얼음 또는 염침투 응축기는

VOCs 배출원에 직접 부착된

표준 장비로, 보통 배출원으로

피드백한다.

추가적인 하류 처리가 필요할

수 있다.

– 낮은 유량으로 제한

(<1,000 m3/시간)

– 가스 흐름 내 물과 관련된

제한

+ 무기 화합물에 널리

적용 가능

‒ 극성 VOCs는 적용 가능성

제한

‒ 비극성 또는 할로겐화

VOCs에는 적용 불가

+ PEG는 비극성 VOCs에

적용된다.

+ 건식 단일 구성품 공기

증기를 통해 검증된 기술

‒ 다용도 작업 시 적용

가능성 제한(습도, 고분자

중량 화합물)

∙ 악취 제어

∙ 쉽게 분해되는 유기

증기 제어

경

제

적

측

면

∙ 낮은 자본 비용

∙ 낮은 운영 비용

시

행

동

력

∙ 물질 회수

∙ 하류 저감 완화

∙ 물질 회수, 배출가스 증기

최종 처리

∙ 배출가스 증기 최종 처리, 물질

회수

∙ 배출가스 증기의 최종

처리, 물질 회수

∙ 배출가스 흐름 최종

처리

참

조[31, 유럽 위원회, 2003, 36, Moretti, 2002], [63, Short, 2004], *020A,I*


228

4.3.5.15 저온 플라즈마 유도 및 VOCs의 촉매 산화 반응

설명

이러한 기술은 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계로 오염 물질 분자는 들뜸 챔버 (excitation

chamber) 내 수천 볼트의 강력한 전기 교류장 (electrical alternating field)을 일으키게 된다. 자극을 받

은 가스 분자의 상태는 이론적으로 가스 온도는 실제적으로 큰 변화 없이(소위 저온 플라즈마) 섭씨 수

천 ℃ 가열에 해당되는 것이다. 두 번째 단계에서 가스는 접촉 촉매를 통해 유도되며, 자극을 받은 분자

는 완전히 산화 반응된다. 두 단계 모두 실온 또는 배출가스의 실제 온도에서 작용한다.


• 배출가스 증기에서 VOCs 제거

• 열 에너지를 추가/제거할 필요가 없으므로 높은 에너지 효율

• 효율적인 악취 제거


없다고 봄.


• 시간당 20 m3/시간에서 수만 m3까지 부피 유량

• 실온 또는 배출가스의 실제 온도에서 작동

• 들뜸 (excitation) 용도로서의 에너지 소비량은 처리된 배출가스 m3당 0.5 ‒ 3와트 시간. 정확한 에

너지 소비량은 오염 물질 및 농도에 따라 좌우된다.

적용 가능성

주요 적용 분야는 악취 및 연기 제거, 공급된 공기 정화, 살균 및 용제 부하를 최대 약 100 mg/m3까

지 효율적으로 제거하는 용도이다. 이러한 기술은 농도 변화 또는 배출가스 조성 변화에 영향을 받지

않는다.

*01 5D,I,O,B*의 사례: 생물학적 폐수처리 설비 환기 시 악취 제거.

경제적 측면

• 특히 소량에서 평균 농도일 때 경제적

• 유지 관리 비용이 낮음

• 낮은 에너지 소비에 따른 낮은 운영 비용


경제적 측면 참조.


*01 5D,I,O,B*, [97, 최신 Umwelttechnik AG, 2005], [98, 최신 Umwelttechnik AG, 2005]


229

4.3.5.16 최대 배출 농도 최소화 (minimising emission concentration peaks)

설명

배치 (batch) 공정의 특징은 배출가스의 오염물질 부하 및 부피 유량이 가변적이라는 것이다. 그러한

변화는 회수 또는 저감 기술 작용 시 문제가 되며 흔히 불필요한 최대 배출 농도를 야기하기도 한다.

최대 농도는 잠재적으로 환경적 영향이 높아질 수 있다.

그러한 영향은 그림 4.53에서와 같이 흡착 평활 필터를 적용함으로써 최소화 할 수 있다.

폐가스

평활 필터 2:Ÿ 점토

평활 필터 1:Ÿ 제올라이트

모듈식 배출가스 처리:Ÿ 세정

Ÿ 입자 필터

Ÿ 극저온 응축기

공정

배출가스

그림 4.53 최대 배출 농도 완화.


최대 배출 농도 최소화.


없다고 봄.


*055A,I*의 예시:

• 1,200 kg Zeocat PZ‐2400

• 960 kg 점토 Alumina A

• 온도 범위 ‐30에서 200 ℃.

적용 가능성

평균 및 최대 농도 간 비율 최적화 시 대체로 적용 가능.


230

경제적 측면



• 최대 배출 농도의 환경적 피해 최소화

• 농도 제한, 안전 기준 준수 [99, D2 의견, 2005].


[91, Serr, 2004], *055A,I*

4.3.5.17 모듈식 배출가스 처리 설정 관리

설명

개별 사례에서 다용도 현장의 단일 주요 저감 시스템 적용 시 바람직하지 못한 상황이 초래된다. 여

기에는 다음과 같은 사례들이 있다. 비극성 VOCs의 경우 세정기 시스템 성능 저하, 또는 높은 보조 연

료 소모 시 열산화기의 에너지 효율 감소. 주요 원인은 다용도 현장의 배출가스 흐름이 연속적이거나

정기적으로 발생되지 않고 오염물질, 부피 유량, 농도 및 부하 측면에서 변경된다는 것이다.

모듈식 배출가스 처리 설정은 다용도 설비의 운영 모드를 보다 잘 반영할 수 있으며 관리 시스템은

저감 시스템 생산 및 운영 간 고도의 조직화를 보장할 수 있다. 이것에는 시스템 및 기본 매개변수의

지속적인 최적화가 포함된다. 기본 회수/저감 툴박스에는 다음이 포함된다.

• 물 또는 해당되는 경우, 다른 매체 (NaOH, H2SO4, NaHSO3 등)를 이용한 세정

• 적절한 온도의 응축기

• 적절한 배치에서의 활성탄 흡착.

이러한 최적화는 또한 회수/저감 기술의 투입을 균등화하여 유량 또는 최대 부하 누적을 방지함으로

써 가용 회수/저감 용량을 보다 집중적으로 활용할 수 있는 방법이 포함된다.

주요 구성요소는 다음과 같다.

(1) 배출 유발 작업 및 그 연대기적 순서를 파악 및 분석

(2) 배출원의 부피 유량 및 부하 저감 조치를 취한다.

(3) 해당 작업의 잔류 부피 유량을 고려한다.

(4) 오염물질의 물리 화학적 속성을 감안한다(포화 농도, 흡착 특성 등).

(5) 운영상의 배출 한도를 설정한다(표 4.51 참조).

(6) 작업 옵션을 포함하여 단일하거나 여러 합당한 저감 모듈을 선정한다.

(7) 이러한 절차를 가능한 생산 상황에 맞게 최적화한다.


231

매개변수 운영상 물질흐름

총유기탄소

kg/시간

<0.25

메탄올 <0.25

에탄올 <0.25

2‐propanol <0.25

아세트산 <0.25

Ethyl acetate <0.25

톨루엔 <0.25

1,1,1‐trichloroethane <0.25

1,1‐dichloroethane <0.25

Tetrachloroethylene <0.050

Methylenechloride <0.050

NOX (NO2) <0.5

SOx (SO2) <0.1

HCl <0.01

몇 가지 기본 규칙을 저감 모듈 선정 시 적용한다.

• 세정을 통해 무기 화합물을 처리한다.

• 극성 유기 화합물 처리에는 세정이 포함된다.

• <50 m3/시간인 모든 부피 유량에 최소한 한 가지 응축기 단계가 적용된다.

• VOCs 배출 물질흐름이 표 4.51의 수치를 초과할 경우 활성탄 흡착이 추가된다.

연속적인 시스템 최적화는 정기적인 모니터링이 필요하다.


모듈식 단계는 각각의 생산 상황에 따른 일일 개별 회수/저감 해결방안을 제공한다. 대부분 현장에

열 산화 반응 설비를 구축하기 위한 비용 및 에너지 소모를 방지할 수 있다.

또한 모듈식 설정은 배출원의 부피 유량 및 부하를 줄이기 위해 가능한 모든 공정 통합 조치를 이행

하는 동기를 부여한다.

• 저감 용량을 집중적으로 사용함으로써, 공정 통합 조치를 유도

• 비효율적인 단독 저감 해결방안 배제.

회수/저감 기술 관리 및 선정에 적용된 배출 수준은 운영상 배출 한도의 100 %에 해당하며 표 4.51

과 같다. 경험에 따르면 다음과 같다.

• 평균 배출 수준은 운영상 배출 한도의 약 40 %이다.

• 최대 배출은 운영상 배출 한도의 최대 200 %까지 발생된다.

표 4.51 모듈식 저감 설정 시 가능한 배출 수치


232

매개변수 운영상 물질흐름

NH3 <0.01

입자상 물질 <0.1

Cl2

g/시간

<5

H2S <1

HBr <1

HCN <1

벤젠 <1.25

발암물질

1,2‐dichloroethane <1.25

Trichloroethene <1.25

Bromoethane <1.25

Acrylnitrile <0.75

Ethylenoxide <0.75

Benzo(a)pyrene <0.075

Ni 및 그 화합물 <0.75

기존 및 그 화합물 (AsH3 없음) <0.075

Cd 및 화합물 <0.075

AsH3 <1.25

시안화물(쉽게 용해) <2.5

입자상 물질

Cu 화합물 <2.5

Pb 화합물 <1.25

Ni 화합물 <1.25

Hg 화합물 <0.125

Tl 화합물 <0.125


• 개별 저감 기술의 매체간 영향

• 운영상 배출 한도 설정으로 배출 증가.


표 4.51에 명시된 물질흐름은 또한 저감 모듈의 출처 및 선택 시 주요 매개변수를 나타낸다.

적용 가능성

모듈식 저감 설정은 효과적인 열/촉매 산화 반응을 위해 VOCs 부하 및 부피 유량이 충분치 않은 다

용도/복수 제품 현장에 적용 가능하다.

높은 휘발성의 화합물(부탄, 에틸렌 등)의 최대 배출을 단시간 동안 처리해야 할 경우 어려움이 발생

된다.


233

경제적 측면

개별 저감 기술 비용 외에도 추가적으로 관리 시스템의 이행 및 유지 관리 비용을 감안해야 한다.

자동화 장비 등 오류 방지 비용 [99, D2 의견, 2005].


배출 한도 수치 및 열/촉매 산화 반응 방지.



4.3.5.18 VOCs 처리 및 배출 수준 선정

설명

VOCs 처리 기술 선정은 다용도 현장에서 중요한 임무이다. 공정 응축기 외에 배출가스를 통한 VOCs

의 주요 회수/저감을 위한 일반적인 툴박스는 다음과 같다.

• 세정(일반적으로 물)

• 극저온 응축

• 활성탄 흡착

• 촉매 산화 반응

• 열 산화/소각

보다 체계적인 처리 기술 단계는 설비 규모(또한 보다 복잡한 설비의 고유연성에 대한 필요성을 시사)

또는 실제 획득 가능한 배출 수준을 증가시킴으로써 초기화된다. 이러한 단계를 생략하기 위한 옵션은

세정 또는 활성탄 흡착, 및/또는 응축 온도 감소 등을 위해 부피 유량을 감소하거나 용량을 늘리는 것이

다. 표 4.52는 열산화기로 대체된 세정기의 예를 나타낸 것이다.

표 4.52 열산화기로 대체된 세정기의 VOCs 배출 수준에 대한 예

농도 부피 유량 물질흐름

mg C/m3 m3/시간 kg C/시간

세정기 a 38 ‒ 53 5,000 0.2 ‒ 0.3

세정기 b 37 ‒ 177 5,300 0.2 ‒ 1

세정기 c 100 10,000 1

세정기 d 124 ‒ 228 5,400 0.7 ‒ 12

배출가스에 아세틸렌 (4.3.5.11절 참조) 또는 1,2‐디클로로에탄 (4.3.5.12절 참조) 등 심한 휘발성 또는

유독 물질이 함유되는 경우 보다 체계적인 처리 기술을 사용해야 한다.

그림 4.54 및 그림 4.55는 점 오염원에서 배출된 총유기탄소에 대한 농도 및 물질흐름을 나타낸다.

다용도 현장에서 폐가스 배출 시 낮은 총유기탄소 농도가 무조건 낮은 배출량을 나타내는 것은 아니다


234

(또한 표 4.53을 참조). 배출량은 실제 부피 유량이 다음과 같이 크게 변화되므로 kg/시간 (E 농도 ×

부피 유량) 측면에서만 이해할 수 있다.

• 세정기: 50 ‒ 38,000 m3/시간

• 열산화기/소각로: 400 ‒ 45,000 m3/시간

이는 다음과 같이 추가 부피를 처리할 때 희석이 이루어짐을 나타낸다.

• 건물 환기가 주요 세정기와 연결된 경우

• 산화 반응기(산소 요구)에서 연소하거나 특히 폭발 위험을 최소화하기 위해 (LEL 미만으로 유지)

배출가스를 공기와 혼합하는 경우

표 4.53 점 오염원의 VOCs 농도 및 물질흐름 예시

농도 부피 유량 물질흐름

mg C/m3 m3/시간 kg C/시간

세정기 1 279 57 0.016

세정기 2 9 38,00 0.34

TO 1 0.8 20,000 0.016

TO 2 35 8,600 0.3

점 오염원

총 탄소량 C/m

3

연소 가스 처리의 TO/I

한 개 이상의 세정기

촉매 산화기

활성탄 흡착

극저온 응축

회수/저감 없음

촉매 산화기(천연 가스에 한 함)

그림 4.54 정밀유기화학물질 제조 점 오염원의 VOCs 배출에 대한 농도 수치.

“점 오염원”이라는 표현은 기준서 상의 배출 데이터와 관련된다. 몇 가지 데이터 세트가 동일한 설비 또는 설

비 내 동일한 배출 설비에 속하나 다양한 작업 조건을 반영할 수 있다. TO/I는 열산화기 또는 소각로를 의

미한다. 200 mg/m3보다 높은 농도 값은 단순히 200 mg/m3으로 표시된다. 세로 막대는 최대 및 최소값이다.

표시된 데이터는 표 3.1에서 발췌한 것이다.


235

점 오염원

한 개 이상의 세정기

연소 가스 처리의 TO/I

촉매 산화기

활성탄 흡착

극저온 응축

회수/저감 없음

촉매 산화기(천연 가스에 한 함)

총 탄

소량 C/m

3

그림 4.55 정밀유기화학물질 제조 점 오염원의 VOCs 배출에 대한 물질흐름값.


비 내 동일한 배출 설비에 속하나 다양한 작업 조건을 반영할 수 있다. TO/I는 열산화기 또는 소각로를 의

미한다. 세로 막대는 최대 및 최소값이다. 표시된 데이터는 표 3.2에서 발췌한 것이다.


• 기술 및 배출 수준 선택 개요.


응용 회수/저감 기술의 매체간 영향

• 세정 시 폐수가 발생된다.

• 활성탄 흡착은 폐수에서 생성되거나 부하된 탄소의 폐기에 의한 탄소의 탈착이 필요하다.

• 극저온 응축 시 냉각 에너지가 필요하다.

• 촉매 또는 열 산화는 보조 연료가 필요하다.

따라서 보다 체계적인 처리 기술 단계는 일반적으로 매체간 영향이 증가한다. 촉매/열 산화 반응의

경우 경미한 매체간 영향이 발생되며 이 경우 다음 상황이 발생될 수 있다.

• 보조 연료를 사용한 용제로 대체할 수 있다.

• 자동 열 작업이 가능하다.

• 또한 증기 발생 시 에너지를 회수할 수 있다.


개별 처리 기술의 작업 데이터.

적용 가능성



236

경제적 측면

일반적인 툴박스로 표시된 기술은 정밀유기화학물질 제조 분야에 널리 적용된다. 보다 체계적인(보다

고비용) 기술의 단계는 보통 증가된 설비 규모가 동반된다. 표 4.54는 제거된 VOCs 톤당 비용 산출을

나타낸 것이다 [60, SICOS, 2003]. 극저온 응축 비용은 N2를 사용하여 불활성 가스 네트워크에 공급할

경우 훨씬 낮아진다 [99, D2 의견, 2005].

표 4.54 제거된 VOCs 톤당 비용 산출 [60, SICOS, 2003].

비용 제거된 VOCs 톤당 EUR

투자비 생산 장비 38,000

가스 포집 시스템 1,400 ‒ 12,000

열 산화 반응 및 산성 가스 처리 6,000

극저온 응축 1,600 ‒ 29,000

열 산화 반응 및 액체 폐기물의 공동 소각 500

공정 열 산화 반응 및 산성 가스 처리 600

극저온 응축 300 ‒ 1,600


측정 400

연간 총 생산 장비 5,500

가스 포집 시스템 200 ‒ 1,800

열 산화 반응 및 산성 가스 처리 1,500

극저온 응축 600 ‒ 5,800



회수/저감 기술 선정은 정밀유기화학물질 제조 현장에서 중요하다.


표 3.1 및 표 3.2의 기준 설비 참조 [60, SICOS, 2003]

4.3.5.19 NOx: 회수, 저감 및 배출 수준

설명

정밀유기화학물질 제조 현장에서 NOx가 함유된 배출가스의 배출원은 주로 다음과 같다.

• 나이트로화와 같은 화학 공정

• 배출가스의 열 산화/소각(공기 중 아세토니트릴 또는 질소가스와 같이 질소를 함유한 유기 화합물의

열 산화 반응).

나이트로화가 광범위하게 실행되는 현장(폭발물 제조 등)은 사용된 산의 회수가 강력한 NOX 배출원을


237

나타낸다. 화학 공정에 따른 NOX를 함유한 수많은 배출가스에는 또한 VOCs도 포함되며 DeNOX 시스템

(이미 현장에 구비된)을 갖춘 열산화기/소각로에서 처리될 수 있다. 또 다른 옵션은 산화 반응이기를 두

단계 연소로 설계한 것이다 [99, D2 의견, 2005].

흔히 사용되는 농도 단위 ppm (mL/m3)은 다음 계수를 이용하여 질량 농도 (mg/m3)로 변환할 수 있

다. 1 ppm = 1.88 mg/m3 (101.3 kPa 및 298 Kelvin에서 단량체 NO2 기준이며 이상적인 가스 양상).

원칙적으로 NOX의 배출 가스는 농도가 <200 ppm (370 mg/m3)인 경우 무색이다 [6, Ullmann, 2001].

점 오염원

나이트로화 반응기 발생 또는 사용한 산의 회수

SNCR (요소)의TO/I

SCR (암모니아)의 TO/I

TO/I, 기타

기타

그림 4.56 점 오염원의 NOx 배출에 대한 농도값.

점 오염원

나이트로화 반응기 발생 또는 사용한 산의 회수

SNCR (요소)의TO/I

SCR (암모니아)의 TO/I

TO/I, 기타

기타

그림 4.57 점 오염원의 NOx 배출에 대한 물질흐름값.


비 내 동일한 배출 설비에 속하나 다양한 작업 조건을 반영할 수 있다. TO/L은 열산화기 또는 소각로를 의

미한다. 세로 막대는 최대 및 최소값이다.

a) 열 산화 반응/소각에 따른 NOX

열 산화 반응에 따른 연소 가스의 NOX 수치는 주로 질소가 함유된 화합물 투입 및 연소 온도에 좌우

된다. 예를 들어 *019A,I*의 경우 약 650 mg/m3의 NOX 수치는 1,150 ℃의 온도에서 발생된 후 약 96


238

%의 효율로 SCR에 의해 환원된다.

표 4.55 열산화기/소각로의 NOX 배출

농도 1 물질흐름 1 부피 유량 1 온도 1 DeNOX

mg/m3 kg/시간 m3/시간

010A,B,D,I,X 38 0.018 473 830 ℃

059B,I 13 0.045 3,460

019A,I (1) 25 (CO: 17) 0.5 20,000 1,150 ℃ SCR (NH3)

019A,I (2) 26 0.52 20,000 1,150 ℃ SCR (NH3)

107I,X 100 0.1 ‒ 0.3 200 CR (NH3)

037A,I 126 1.01 8,015 1,100 ℃ SNCR (요소)

020A,I 124 (CO: 2.5) 1.53 12,338 1,150 ℃ SNCR (요소)

106A,I (2) 430 1.72 4,000 980 ℃ 없음

001A,I (2) 164 2.21 13,475 SNCR (요소)

114A,I 300 13.4 45,000 900 ‒ 1,000 ℃ 없음

1 수치는 NO2로 표시되고 건식 가스, Nm3 및 11 vol‐% O2와 연관된다.

보다 높은 연소 온도를 적용하거나, 배출가스에 질소 화합물이 함유된 경우 NOX 배출 수준을 낮추기

위해 NH3 또는 요소를 환원 등가로 활용하여 SCR 또는 SNCR을 적용한다. NH3 또는 요소는 연속적인

공급과 반대로 필요시에만 주입된다. 한 대의 NOX 분석기는 DeNOX 장치 앞에 위치하며 원래의 값을

측정하는 반면 다른 분석기는 출구 뒤에 위치한다. PLC는 두 개 값을 비교하여 그에 맞게 요소를 주입

한다. 그림 4.58은 *020A,I*의 경우 50 ‒ 150 mg/m3까지 NOX 설정 지점을 변경하여 각종 요소 주입 효

과를 나타낸 것이다. 표 4.56은 관련된 요소 소비량을 나타낸 것이다.

250

200

150

100

50

0

8월/9월

그림 4.58 *020A,I*의 경우 SNCR의 NOX 설정 지점 변경 결과.


239

표 4.56 NOx 설정목표에 따른 SNCR의 요소 소모량

요소 주입량 NOX 설정목표

2000 20 t 50 mg/m3

2001 17.9 t

150 mg/m32002 17 t

2003 18 t 현장의 아세토니트릴 사용 증가

요소 가격: 약 170 유로/톤 (2003)

b) 화학 공정에 따른 NOX: 나이트로화 및 사용한 산의 회수

보고된 NOX 배출 가운데 최고 수치는 생산 현장에서 보고된 것으로 알코올의 나이트로화(나이트로셀

룰로오스, NC 또는 나이트로글라이콜, NG 등) 및 사용된 황산/질산 회수가 이루어진다. 표 4.57은 NC

제조 및 사용한 산의 회수 시 제공된 데이터를 나타낸 것이다. 특히 높은 NOX 수치는 농축된 HNO3 사

용 시 부가 반응으로 유기 화합물이 산화 반응되는 경우 발생된다 [99, D2 의견, 2005].

표 4.57 산의 나이트로화 및 회수에서 NOX 배출 데이터

NOX 배출 수준 1

부피 유량 m3/h 회수 시스템 주력 생산 산 회수kg/시간 mg/m3

062E 0.069 480 145 없음 NG

026E 1.2 ‒ 1.5 최대 4,000 NC

044E 3.38 615 5,500 6 × H2O NC

063E 0.7 ‒ 2.0 425 ‒ 1,098 1,650 ‒ 1,820 4 × H2O NC

098E 0.87 ‒ 1.69 113‐220 7,7003 × H2O1 × H2O2

NC 2,300 kg/h

1 수치는 NO2로 표시되고 건식 가스 및 Nm3와 연관된다.

HNO3의 회수는 흡착 캐스케이드 (cascade)에 의해 실행된다. 흡착 효율은 흡착 압력, 단계의 수 및

온도에 좌우된다. 단계별 가스 온도는 산화 반응 과정을 지배한다는 점에서 특히 중요하며 이는 전체

흡착 과정에 대한 제한 요소이다 [6, Ullmann, 2001]. 따라서 최고 효율은 마지막 흡착 단계에서 H2O2를

이용한 세정 적용 시 도달한다(또한 4.3.5.1절 참조).


낮은 NOX 배출 및 효율적 회수.


물 소비, 에너지 및 화학 소비.



적용 가능성



240

경제적 측면



배출량 감소 및 효율적 회수.


표 4.57의 기준 설비 참조.

4.3.5.20 배출가스의 NH3 세정 및 관련 배출량

설명

그림 4.59 및 그림 4.60은 점 오염원의 NH3 배출치(농도 및 물질흐름)를 나타낸다(세로 막대는 최대

및 최소값을 나타낸다). 표시된 데이터는 표 3.1 및 표 3.2에서 발췌한 것이다. 도출된 데이터의 특성은

다음과 같다.

• 한 개 이상의 세정기를 통해 각종 세정 매체 (H2O, 산 등)를 이용한 배출

• NH3의 전체 배출 농도는 <10 mg/m3이다.

• NH3의 전체 배출 물질흐름은 <0.11 kg/h이다.

점 오염원

SCR의 암모니아 슬립

기타

그림 4.59 점 오염원의 NH3 배출에 대한 농도값.


241

점 오염원

SCR의 암모니아 슬립

기타

그림 4.60 점 오염원의 NH3 배출에 대한 물질흐름값.


비 내 동일한 배출 설비에 속하나 다양한 작업 조건을 반영할 수 있다. 세로 막대는 최대 및 최소값이다.


배출가스에서 NH3 제거 및 배출량 감소.





적용 가능성


경제적 측면



NH3 배출량.



4.3.5.21 배출가스의 SOX 세정 및 관련 배출량

설명

그림 4.61 및 그림 4.62는 점 오염원의 SOX 배출 수준(농도 및 물질흐름)을 나타낸다. 표시된 데이터


242

는 표 3.1 및 표 3.2에서 발췌한 것이다. 도출된 데이터의 특성은 다음과 같다.

• 한 개 이상의 세정기를 통해 각종 세정 매체 (H2O, NaOH 등)를 이용한 배출

• <15 mg/m3인 농도값만 보고한다.

• 0.4 kg/시간 미만의 물질흐름만 보고한다.

• 높은 물질흐름은 높은 농도 수준에 속한다.

• 82 mg/m3 *00 1A,I(1)*의 이상값 (outlier)은 오염원이 변경됨에 따라 다이어그램에서 누락되었다.

점 오염원

그림 4.61 점 오염원의 SOX 배출에 대한 농도값.

점 오염원

그림 4.62 점 오염원의 SOX 배출에 대한 물질흐름값.


비 내 동일한 배출 설비에 속하나 다양한 작업 조건을 반영할 수 있다. 세로 막대는 최대 및 최소값이다.


243


배출가스에서 SOX 제거 및 배출량 감소.





적용 가능성


경제적 측면



SOX 배출량.



4.3.5.22 배출가스의 입자상 물질 제거

그림 4.63 및 그림 4.64는 점 오염원의 입자상 물질 배출 수준(농도 및 물질흐름)을 나타낸다. 표시된

데이터는 표 3.1 및 표 3.2에서 발췌한 것이다. 도출된 데이터의 특성은 다음과 같다.

• 튜브필터, 백필터, 섬유필터, 집진 장치를 사용하거나 선택적인 습식 전기 집진기 (WESP) 또는 세

정 기능의 열 산화 반응 등 주요 저감 시스템 자체에서 회수/저감.

• 입자상 물질이 열산화기/소각로에서 배출된 경우 입자상 물질은 광물화된 물질로 구성된다고 전제

한다.

• 보고된 농도 범위는 0.05 ‒ 5 mg/m3이다. 13 mg/m3의 이상치는 습식전기집진기 (WESP)가 없는

열산화기에서 배출된다.

• 보고된 물질흐름 범위는 <0.001 ‒ 0.2 kg/시간이다.

• 최고 물질흐름 (0.2 kg/시간)은 최저 농도 수치에 해당한다 (0.05 mg/m3).


244

원료의약품 생산

염료 생산

기타

살생물제/식물 영양 제품 생산

입자상 물질 m

g/m

3

점 오염원

그림 4.63 점 오염원의 입자상 물질 배출에 대한 농도값.


염료 생산

기타

살생물제/식물 영양 제품 생산

입자상 물질 kg

/hour

점 오염원

그림 4.64 점 오염원의 입자상 물질 배출에 대한 물질흐름값.

“점 오염원”이라는 표현은 기준서 상의 배출 데이터와 관련된다. 몇 가지 데이터 세트가 동일한 설비 또는 설비

내 동일한 배출 설비에 속하나 다양한 작업 조건을 반영할 수 있다. 세로 막대는 최대 및 최소값이다.

4.3.6 유리 시안화물 분해

4.3.6.1 NaOCl를 통한 유리 시안화물 분해

설명

독성효과 때문에, 시안화물은 *023A,I* 현장의 장치 1에 대한 그림 4.65에서와 같이 세정, pH 조정 및

산성 분해를 통해 풍부하고 희박한 배출가스/폐수에서 제거된다. 장치 2 설정 시 두 번째 세정기 및 완

충 탱크가 생략된다. 최종 단계에서, CNO는 소다를 통해 CO2 및 N2로 변환된다.


245

HCN이

풍부한 폐수

HCN이 희박한

폐수

HCN이 희박한 가스HCN이 풍부한 가스

완충지

pH

조절

산화 반응

폐수

폐가스

완충지

세

정

기

세

정

기

그림 4.65 시안화물 분해.


• 배출가스 및 폐수에서 HCN/CN 제거

• 도출된 배출 수치(표 4.58)

표 4.58 시안화물 분해 후 달성된 배출값

농도 물질흐름 참고

장치 1배출가스 0.9 mg/m3 3.2 g/시간

*023A,I*

폐수 검출 한계 미만

장치 2배출가스 1.0 mg/m3 2.0 g/시간

폐수 검출 한계 미만


246


• 처리 화학 물질 소비

• 에너지 소비

• 폐수 내 증가된 염분 부하

• 흡수성유기할로화합물 형성 가능성


표 4.59 시안화물 분해에 관한 운영 데이터

단위 1 단위 2

참고

처리 용량

HCN이 풍부한 가스

50 m3/시간

16 kg/시간 HCN

320 g/m3 HCN

2000 m3/시간

40 kg/시간 HCN

20 g/m3 HCN

*023A,I*HCN이 희박한 가스3500 m3

극미량의 HCN

산화 85 kg NaCN/batch 30 kg NaCN/batch

전체 효율 99.99 %

적용 가능성

대체로 적용 가능. COD 부하가 높은 폐수에 시안화물이 발생된 경우, 원칙적으로 유기물 부하 제

거를 위한 산성 전처리 옵션은 시안화물 분해 (O2를 이용한 습식 산화 등, 또한 4.3.7.4절 참조)에도 적용

된다.

알코올 등 다른 유기 화합물이 방해를 받을 수 있다 [62, D1 의견, 2004]. 또한 유기 시안화물은

HCHO로 분해될 수 있다 [62, D1 의견, 2004].

대기 배출과 관련하여 도출된 다음 수준으로 포스겐 제거 시 유사한 단계를 적용한다 (*024A,I*).

• <0.5 g/시간의 물질흐름일 때 <0.04 mg/m3

경제적 측면



폐가스 및 폐수의 유독 화합물 제거


*023A,I*, *024A,I*


247

HCN 흔적을

가진 가스

NaOH완충

NaCN 용액

시안화물

함량이

높은 물

재사용

재조정

시안화물 함량이 낮은 물

NaOH 또는

H2SO4

H2O2

시안화물

함량이

낮은 물pH

조절

산화반응

폐가스

폐수

그림 4.66 H2O2를 이용한 시안화물 분해.

4.3.6.2 H2O2를 통한 유리 시안화물 분해

설명

독성효과 때문에, 시안화물은 NaOH 용액을 포함한

세정기를 이용하여 기류에서 제거된다. 용액은 완충

용기 및 세척기 사이에서 순환된다. 이러한 용액은

공기 중 HCN 흡착 시 유리 OH‒ 함량이 지나치게

낮은 경우 정기적으로 채취하여 교환한다.

이후 시안화물 용액은 원재료 대체를 위해 다른

CN‒이 풍부한 폐수로 재조정된다. CN‒ 함량이 낮은

폐수는 재조정이 생략된다. 나머지 시안화물은 pH

조정 및 H2O2를 이용한 산성 분해를 통해 CN‒ 함량이 낮은 폐수와 함께 분해된다.


• 배출가스에서 HCN/CN 제거

• 도출된 배출 수치: 표 4.60 참고.

• 폐수 재사용

• 흡수성유기할로화합물이 형성되지 않음

• 오염된 고형 잔류물 없음.


• 에너지 및 화학물질 소모

• H2O2 사용 시 안전 측면


처리 용량 및 효율성에 관한 사항은 표 4.61을

참조한다.

적용 가능성


COD 부하가 높은 폐수에 시안화물이 발생된 경우,

원칙적으로 유기물 부하 제거를 위한 산성 전처리

옵션은 시안화물 분해 (O2를 이용한 습식 산화 등,

또한 4.3.7.4절 참조)에도 적용된다.


248

대체 예시:

*097I* 현장에서, 최대 50,000 mg/L까지 시안화물이 함유된 폐수는 <1 mg/L의 수치에 도달하도록 가

수 분해 (180 ℃까지 가열 등) 된다. 시안화물 함량이 더 낮은 폐수(최대 5,000 mg/L)는 <0.03 mg/L의

수치에 도달하도록 H2O2로 처리된다.

*036L* 현장의 경우 시안화물이 함유된 공정 배출수는 알칼리 (pH = 11) 및 포름알데히드와의 반응으

로 처리된다. 그에 따른 시아노하이드린 (cyanhydrine)은 변경된 생물학적 폐수처리 설비로 급송되어 분

해 가능하다. 모니터링 결과 유리 CN >30 mg/L인 경우, 전처리를 반복한다.

표 4.60 시안화물 분해 후 달성된 배출값

농도 물질흐름 참고

배출가스 1 mg/m3 3 g/시간[62, D1 의견, 2004]

폐수 1.1 mg/L 2.3 g/시간

표 4.61 H2O2를 이용한 시안화물 분해에 관한 운영 데이터

참고

처리 용량

가스 흐름3,400 m3/시간

50 mg/m3 HCN

[62, D1 의견, 2004]

CN 농도가

높은 폐수

1 m3/시간

5 % CN

시안화물 함량이 낮은

폐수

15 m3/시간

700 mg/m3

HCN

전체 효율 99.9 %

경제적 측면

폐수 처리 비용 감소.


배출가스 및 폐수의 유독 화합물 제거


[62, D1 의견, 2004]


249

4.3.7 폐수 관리 및 처리

4.3.7.1 분리에 의한 폐수 전처리

증류 탈기 흡착 추출 막 공정

설명

분별된 증류에 의한 폐수의

낮은 끓는점 부분

제거

불활성 탈기 가스를 이용한

폐수의 휘발성 화합물 제거

후 응축 또는 소각

활성탄으로의 흡착을 통한

폐수의 화합물 제거. 고온

증기 또는 연소를 통한 부하

활성탄 탈착.

불용성 용제를 이용한 성분

제거. 밀도 차이는 단계별

분리로 이어지며, 이후

단계는 다음과 같다.

(1) 제거된 성분이 함유된

추출 용제의 소각

(2) 용제 증발 및 잔류물

소각

(3) 물 단계의 생물학적 처리

목표 성분은 반투과막으로

보존한다(역삼투 또는

나노여과).

달성된 환

경 편

익

생물학적 처리 전 휘발성

화합물 및 높거나 난분해성

흡수성유기할로화합물 또는

COD 부하를 제거, 물질 회수

가능

특히 폐수의 생물학적 처리

전 휘발성 염화 화합물

제거, 물질 회수 가능

생물학적 처리 전 페놀,

흡수성유기할로화합물의

효율적 제거.

제거 효율

[15, Köppke, 2000]:

페놀: >92 %

AOX: >91 %

생물학적 처리 전 높거나

난분해성

흡수성유기할로화합물 또는

COD 부하 제거

추가 처리(보통 소각) 전

높거나 난분해성 유기물

COD 또는

흡수성유기할로화합물

부하가 함유된 폐수의 농도

증가 또는 탈염.

운영 관

련

데이터

분리 과정에 따라 좌우됨. 분리 과정에 따라 좌우됨.사업장내 또는 사업장외에서

부하 상태의 활성탄 탈착

용제의 예로는 경질 원유,

톨루엔, 펜탄, 헥산. 분리 과정에 따라 좌우됨.

매체간 영

향

보다 많은 양의 물을 탑정

증류 (overhead distillation) 시

목표 농도에 도달하는데

높은 에너지가 소모된다.

매체간 영향은 분해 가스

처리(응축, 소각 등)에

좌우된다.

폐기 옵션은 부하 상태의

활성탄 또는 탈착된 물질에

따라 검토해야 한다.

추출 용제 처리(소각

또는 증발/소각 등)에

좌우됨.

결과적으로 발생된 농축

폐수 처리에 따라 좌우됨.


250

증류 탈기 흡착 추출 막 공정

적용 가

능성

휘발성 화합물에는 적합,

보다 많은 양의 물을 탑정 증류

(overhead distillation)

해야 할 경우에는 부적합.

휘발성 화합물로 제한됨

다른 오염물질 또한

흡착되므로 효율성이 감소되어

생물학적 처리 후 연마

단계에서도 사용된다.

오염물질 농도가 낮은

경우에는 부적합

농도가 증가하거나 탈염 시

적합. AOX에 대한 반응성

낮음

경제적 측

면

예: 소각 전 (1995)

농도 상승

유기물 부하: 25 wt‐%유속: 15 톤/d

전체 비용을 10 % 감소하기 위

해 증류를 이용하여 5 % 부하

및 78 vol‐% 제거

예: 제초제의 중간물 (1995)

유속: 4 m3/h

농도: 70 mg AOX/L

<1 mg AOX/L로 감소

비용은 용제 가격 및 열량

수치의 이용 가능성에 따라

좌우된다.

i‐decanol을 이용한

chloroaromatics 추출:

유량: 20 m3/h;

AOX: 150 ‒ 1,500 mg/L

잔류물의 증발, 소각 및

생물학적 처리를 포함한 비용:

EUR 5.75 (DEM 11.24)/m3

(2000)

열적 방법에 비해 낮은

에너지 비용

이후 촉매 산화 반응을

포함하여 EUR 120 (DEM

230)/kg AOX

EUR 750 (DEM 1400)/kg

AOX

시행 동

력(

施行動

力)

생물 분해 능력 또는 억제/유해 현상이 낮은 COD/AOX 부하에서 생물학적 처리 단계의 완화

참조

수록할 참고 내용이

매우 많음*047B*, *082A,I*, *020A,I* *009A,B,D*, *069B*, *047B*

[33, DECHEMA, 1995]; [31, 유럽 위원회, 2003]; [15, Köppke, 2000] 및 수록 문서 참조


251

4.3.7.2 산화 반응을 통한 폐수의 전처리

폐수 소각 화학적 산화 반응산성 매체에서의

습식 산화 반응 저압 습식 산화 반응

알칼리 매체에서의

습식 산화 반응

설명

보조 연료와 함께 소각을 통한

유기물 부하의 전체 산화 반응.

자동 열적 조건은 50 ‒ 100

g/L COD를 초과할 때

가능하다.

자외선 또는 촉매 (Fenton 용제

등)의 도움으로 오존 또는

H2O2를 이용한 유기

오염물질의 전체 혹은 일부

산화 반응

공기를 이용한 유기 오염물질

산화 반응, 보통 생물학적

처리가 뒤따름.

공기 또는 순산소를

이용한 유기오염물질의

일부 산화 반응, 보통

생물학적 처리가 뒤따름

산소 또는 공기를 이용한

유기오염물질의 산화 반응,

보통 생물학적 처리가

뒤따름

달성된 환

경

편익

생물 분해 능력이 낮거나

유독한 유기물 부하 물질의

총 제거


유독한 유기물 부하 물질 제거

또는 생물 분해 능력 강화


유독한 유기물 부하 물질

제거

유기물 부하 물질의 생물

분해 능력 강화:

COD 제거 80 %

AOX 제거 90 %


유독한 유기물 부하 물질

제거

운영 관

련

데이터

할로겐 화합물 연소 시

1,200 ℃ 예시의 경우, 4.3.8.2절 참조

Ÿ 온도: 175 ‒ 325 ℃

Ÿ 압력: 20 ‒ 200 bar

Ÿ 산성 매체

기포탑:

온도: 120 ‒ 220 ℃

압력: 3 ‒ 25 bar

촉매: Fe 염분, chinones

온도: 250 ‒ 320 ℃

압력: 100 ‒ 150 bar

알칼리 매체

매체간 영

향

Ÿ 자동 열 모드인 경우 에너지

소모

Ÿ 연소 가스 처리 시 가능한

요건

Ÿ 화학물질 소비

Ÿ 폐수로의 Fe 손실

Ÿ 에너지 소비

Ÿ 에너지 소비

Ÿ 다이옥신 발생 가능

Ÿ 에너지 소비

Ÿ 다이옥신 발생 가능Ÿ 에너지 소비

적용 가

능성

COD가 50 ‒ 100 g/L을

초과하는 경우 적합(자동 열)

또는 농도를 높이는 단계가

선행되거나 보조 연료를

이용하여 실행

높은 염분 함량은 탈염

단계(막 혹은 추출)를 거쳐야

하며 부식이 문제가 될 수

있다

투입량:

염화물 함량 최대 5 %

COD >10,000 mg/L

부식 문제는

최대 8.5 % w/w의 염분

함량에서 발생된다.


252

폐수 소각 화학적 산화 반응산성 매체의


저압 습식

산화 반응

알칼리 매체의


경제적 측

면

일반적인 비용:

EUR 530 (DEM 1,000)/t

폐수 (1995)

총 산화 반응의 예시 (1995):

COD/AOX 비율 20:1

H2O2 소모량:

2.125 kg/kg COD

42.5 kg/kg AOX

at EUR 1.1 (DEM 2)/kg H2O2

(100 %)

추가 비용 산출에 관한

사항은 4.3.8.2절을 참조한다

티타늄 등 특수한 구조의

물질은 비용이 높아질 수 있다

[62, D1 의견, 2004].

일반적인 비용:

EUR 530 (DEM 1,000)/t

폐수 (1995)

(탈염 없음)

습식 산화 반응과

비교하여 보다 단순한

물질 요건으로 인해 비용

감소

감가상각을 포함한 EUR

0.6‐0.7/kg COD

종합적 비교 (1995)

40톤 폐수/일

증류 +

소각

EUR 67 (DEM 125)/m3

일부 산화 반응 +

생물학적 처리

EUR 41 (DEM 76)/m3

시행 동

력(

施行動

力)

생물 분해 능력 또는 억제/유해 현상이 낮은 특정 COD/AOX 부하에서 생물학적 처리 단계의 완화

참조

*001A,I*, *019A,I*, *023A,I*,

*047B*,*079D*,*080I*,

*033L*,*036L*,*081A,I*,

*042A,I*,*043A,I*,*091D,I*,

*092B,I*

*004D,O*, *068B,D,I*, *108B,I*,

*109A,V*, *110B*, *111A,I*,

1 12L, 또한 4.3.8.2절 참조

*01 5D,I,O,B*

*014V,I*, *033L*,

*034A,I*,*035D*,

*042A,I*

*046I,X*, *050D*

*078L*, *087I*, *088I,X*

[90, 3V Green Eagle, 2004]; [92, Collivignarelli, 1999]; [33, DECHEMA, 1995]; [39, Bayer Technology Services, 2003];

[31, 유럽 위원회, 2003]; [15, Köppke, 2000], 자체 수록 문서 참고


253

4.3.7.3 정밀유기화학물질 제조 설비의 폐수 전처리 옵션

설명

*010A,B,D,I,X*는 각종 폐수를 처리할 수 있도록 다양한 전처리 옵션을 구축하였다. 그림 4.67은 개요

를 제공한다. 표준 옵션에는 생물학적 처리, 활성탄 흡착 및 폐수 소각이 포함된다. 폐수에 시안화물

(H2O2를 이용한 처리) 또는 중금속(침전/여과)이 함유된 경우 추가 단계가 적용된다. 폐수 배치의 대표

적 예는 표 4.62에 수록되어 있다(결정적 매개변수/원인이 강조되어 있다).

현장(현장 밖)의 중앙

H2O2를 이용

한 시안산염 처리

그림 132

수성 잔류물

침전/여과

폐수 소각

(현장 밖)

활성탄 흡착

생물학적 WWTP

생물학적

WWTP (현장 밖)

H2O2를

이용한

시안산염 처리

그림 4.67 *010A,B,D,I,X*에서 구축된 전처리/처리 옵션.

표 4.62 폐수 처리 옵션의 선정에 관한 일반적인 예(결정적 매개변수/원인이 강조되어 있다).

(전)처리 옵션 단위 (전)처리 전 (전)처리 후 전처리 용량 설명

생물학적 처리COD

mg/L

2,880 224 m3/일 99 % 제거

TOC 855 11

활성탄 흡착

COD 21,630 1,081

20 m3/일DOC 12,600 2,016

AOX 1,100 99

COD 18,000 55

11 m3/일DOC 9,700 11

AOX 2,900 10

시안화물 처리

COD 28,700 24,200

16 m3/일보건 및 안전

측면

DOC 12,500 11,450

AOX 1,650 1,540

CN‐ ppm 280 5

침전/여과 Ni mg/L 950 9.9


254


• 확정된 전처리/처리 옵션에 따라 작업자는 특성에 따라 폐수를 처리할 수 있다.

• 생물학적 폐수처리 설비의 완화.


응용 기술의 에너지 및 화학적 소모.



적용 가능성

대체로 적용 가능. 기타 다양한 종합적 처리 옵션은 정밀유기화학물질 제조 현장에 성공적으로 적용

된다.

경제적 측면

응용 처리 옵션의 경제적 측면. 높은 투자 비용은 사업장외의 해결책으로 배제되었으며 또한 전략을

추가적으로 변경할 수 있다.


• 폐수의 적절한 처리

• 생물학적 폐수처리 설비의 완화.


[91, Serr, 2004], *010A,B,D,I,X*

4.3.7.4 O2를 이용한 습식 산화 반응을 통한 폐수의 공동 전처리

설명

*088I,X*는 농축된 폐수의 습식 산화 반응, 생물학적 처리 및 슬러지의 습식 산화 반응 옵션을 제공하

는 폐수 처리 플랫폼을 운영한다. 필요 시 습식 산화 반응이 가능하도록 개별 폐수에서 용제를 제거할

수 있다. 혼합을 통해 다양한 범위의 투입이 가능하고 습식 산화 반응은 정상 가동 시 자동으로 실행된

다. 폐수의 습식 산화 반응은 COD 부하의 약 80 %를 제거하며 나머지 COD 부하는 생물학적 분해 능

력이 매우 높다(분자 중량이 낮은 유기 화합물). 주요 화합물(활성 물질 등)의 변환이 매우 높다(보통

>99 %). 마지막으로 모든 폐수는 생물학적 폐수처리장에서 처리된다. 중금속은 습식 산화 반응 후 금속

산화물로 분리된다. 전반적으로(습식 산화 반응 및 생물학적 처리) 평균 >99 % 가량 COD가 제거된다.

생물학적 처리에 따른 슬러지는 습식 산화 반응으로 처리되나 급격한 조건은 보다 완화되었다(수분함량

이 보다 낮음). 슬러지의 습식 산화 반응에서 발생하는 배출수는 생물학적으로 피드백된다.

표 4.63은 습식 산화 반응으로 전처리된 폐수의 선정된 사례를 나타낸 것이다.


255

생물학적

WWTP

습식 산화반응

액체‐고체 분리

혼합

금속 산화물

등의 고형물

슬러지의

습식 산화

반응

금속 산화물

등의 고형물

투입 용기 및

버퍼

일부 정밀유기화학물질

제조 현장의 폐수

폐수 배출

분

리

그림 4.68 O2를 이용한 습식 산화 반응의 공동 전처리.

습식 산화 반응 시 폐수를 고려할 때 중요한 기준은 다음과 같다.

• 폐수에는 원료의약품 또는 살생물제/식물 영양 제품 제조 시의 원료 물질이 함유되어 있다.

• 폐수는 생물학적 폐수처리 설비의 질산화를 억제한다(억제 현상은 20 %부터 문제가 된다고 판단된다).

• 폐수에 함유된 생물 분해 가능 유기물 부하는 미비하다.

• 폐수의 COD 부하는 높다. 생물 분해 능력과 별개로 높은 COD는 습식 산화 반응으로 보다 효율

적으로(보다 비용 효율적으로) 처리된다.

• 폐수에는 중금속이 함유된다.

• 폐수에는 시안화물이 함유된다. 습식 산화 반응은 pH 12 ‒ 13에서 작용하므로 시안화물은 문제가

되지 않는다.

그림 4.69는 폐수에 대한 평가 및 결정 사항에 관한 예시를 나타낸 것이다.


256

표 4.63 O2를 이용한 습식 산화 반응으로 처리한 폐수의 예시 및 결과

초기 샘플습식 산화 반응

전 후

mg/L

살생물제 생산 시 노란색의 세척수

질산염화 및 염화 벤조 삼불화물 9,700 <15

COD 23,600 21,991 3,435

염화물 7,090 4,727 4,963

용제 470 470 470

항생제 생산

COD 70,388 32,214 3,856

BOD5 582 2,642

BOD5/COD 0.02 0.69

킬달 (kjeldahl) N 39,060 32,970

현탁 고형물 16,160 4,556

용제 284 209 199

항생제 생산

COD 1,570 1,486 191

BOD5 580 549 162

BOD5/COD 0.37 0.37 0.85

용제 52 48 18


COD 54,000 25,700 6,000

TOC 30,000 15,000 830

BOD5 2,000 1,000 150

BOD5/COD 0.04 0.04 0.03

시안화물 35,000 17,500 <1

염화물 85,000 42,500 42,500

질산염 <1 <1 7,500


257

습식산화반응 생물학적 처리

그림 4.69 외부 배출원의 폐수에 대한 평가 결과.


• 폐수의 전처리 및 생물학적 처리의 매우 효과적인 조합

• 원료 물질, 생물분해능력이 낮은 유기물 부하, 중금속, 흡수성유기할로화합물 및 CHC의 매우 효율

적인 제거

• 슬러지 문제 또한 해결된다.


• O2 소모

• pH 조정을 위한 화학 물질

• 펌핑을 위한 에너지.


표 4.64는 폐수의 습식 산화 반응에 대한 운영 데이터의 개요를 제공한다.

적용 가능성

설치가 매우 유연하며 다양한 폐수에 대한 전처리 옵션을 제공한다. 단일 장치의 배치는 2 ‒ 25 m3/

시간까지 가능하다. 비교적 높은 투자 비용은 보다 큰 규모의 다목적 현장 또는 본 예시와 같이 공동

전처리에서 보다 잘 입증된다. 낮은 처리 비용 때문에 O2를 이용한 습식 산화 반응은 COD 부하가 높은

폐수의 생물학적 처리의 적합한 대안이 된다. 최대 8.5 % w/w의 염분 함량에서는 부식 문제가 발생되

지 않는다.

O2를 이용한 습식 산화 반응이 적용 또는 계획되는 다른 예시:


258

• *042A,I*: 4.3.7.11절 참조

• *102X*: 공동 처리 플랫폼 구축 중.

표 4.64 *088I,X* 현장에서 O2를 이용한 습식 산화 반응에 대한 운영 데이터

O2를 이용한 습식 산화 반응

투입 조건

COD 10,000 ‒ 150,000 mg/L 또한 혼합이 가능하다

평균 투입 COD 40,000 mg/L

휘발성 유기 화합물(용제) 최대 2,000 mg/L 옵션으로 분해가 제공된다

염화물, 브롬화물 최대 85,000 mg/L 또한 혼합이 가능하다

공정 조건

모드 연속적, 자동열

처리량 18 m3/시간

pH 12 ‒ 13

온도 약 300 ℃

압력 약 100 ‒ 150 bar

분해된 용제 외부 폐기

오프가스

온도 60 ℃

처리세정, 에너지 회수를 감안한

열 산화 반응

출력평균 COD 제거 80 %

평균 생물 분해 능력 >95 %

경제적 측면

• 높은 투자 비용

• 낮은 운영 비용

• 습식 산화 반응: EUR 0.20 ‒ 0.25/kg COD.


생물학적 처리 및 효율적인 전처리 시 필요.


[90, 3V Green Eagle, 2004], [91, Serr, 2004], [92, Collivignarelli, 1999], *088I,X*, *087I*

4.3.7.5 살생물제/식물 영양 제품에 대한 생산 현장의 전처리

설명

살생물제 및 식물 영양 제품 생산 시 방류된 폐수의 원료 물질 농도가 높아지고 어류 및 물벼룩에 대

한 독성 수치가 높아질 수 있다 (4.3.8.18절 참조). 최종 처리 후 일일 부하 기준으로 측정된 잔류물은

*047B*의 경우 물질 당 5 및 500 g/d 사이에서 달라진다고 보고된 반면 발생된 다른 원료 물질은 검출

한계 미만이었다. 제품 생산과정에서 발생하는 폐수는 그러한 폐수가 폐수 처리 회사에서 폐기되거나 처

리 후 이곳에서 방류되는 경우에도 생물학적 폐수처리 설비에 유사한 영향을 미친다. 따라서 살생물제/


259

식물 영양 제품 생산 시 발생되는 폐수는 현재 특히 탈기, 추출, 압력 가수분해, 습식 산화 반응 또는

활성탄 흡착으로 전처리된다. 이는 표 4.66에 제시된 예시로 설명된다.


• 생물학적 폐수처리 설비의 보호.

• 독성 영향 및 잔류성 물질로부터 방류수 보호.


전처리 시 에너지 및 화학 물질 소모.


표 4.65는 오존 분해 단계의 운영 및 성능 데이터를 제공한다.

표 4.65 오존 분해의 운영 데이터 및 성능

오존 분해 2.5 m3/시간, 15,000 m3/년

처리 전 처리 후

흡수성유기할로화합물 50 mg/L <20 mg/L

분해 능력 60 % 90 %

TOC 거의 불변

적용 가능성


경제적 측면

오존 분해의 투자 비용: EUR 1,000,000 (2001).


배출수 중 흡수성유기할로화합물에 대한 규정.


[53, UBA, 2004], [67, UBA, 2004], *047B*


260

표 4.66 살생물제/식물 영양 제품의 폐수 전처리

예시 [67, UBA, 2004], [68, 익명, 2004] 전처리

생산 물질 단위 공정 폐수 추출 탈기오존

분해

습식

산화

활성탄

흡착소각

침전/

여과

1 인산 에스테르 모든 폐수 X X추출 소각, 반응 시 사용된 것과 동일한 용제의 추출,

사업장내 및 사업장외 최종 생물학적 처리.

2 살충제 중간물 모든 폐수 X X사업장내 생물학적 처리가 뒤따름

3 살충제 모든 폐수 X X

4 식물 보호제에스테르화,

결합, 재배열

모액:

28 m3

COD 18.5 g/L (500 kg/day)

AOX 1.4 g/L (40 kg/day)

X X

모액에는 시안화물이 함유되며 전처리 후 생물학적

처리가 이어진다. COD 및 흡수성유기할로화합물

(AOX)의 경우 전체적으로 93 % 제거. 두 단계 증류

를 통한 용제 회수.

5 식물 영양 제품 대체 모액 X 생물학적 처리 및 침전물 소각을 거침.

6 식물 영양 제품탈수,

고리 닫힘단계별 분리 시 모액 X

생물학적 처리 및 추출된 원료 물질의 일부 회수를

통한 다단계 추출

7 요소 제초제 첨가 여분의 모액 X 모액 대부분이 회수된다.

8 제초제첨가,

대체

AOX >5 mg/L 또는

제초제 >10 μg/L인 경우 빗물X


261

4.3.7.6 폐수 관리 (1)

설명

입자상 물질의 폐수를 폐수처리장에 직접 전달할 수 있는지에 관한 결정은 다목적 현장에서 중요한

문제이다. 중요한 기준은 활성 슬러지에 대한 독성효과 및 유기물 부하의 생물제거도이다.

아니오박테리아에

유해한가 ?

공정 폐수

예분해 능력이

>80 % ?

예아니오

농도 상승

사업장내 또는 사업장외

소각

WWTP

그림 4.70 참조 설비의 폐수 관리.


• 원료의약품 현장의 폐수 관리 시 중요한 판단 기준

• 생물학적 폐수처리장의 높은 운영상 안정성 확보

• 폐수처리장의 분해 불가능 물질 투입 방지

• >95 %의 총 COD 제거 수준 (2003년 연 평균) 도달 가능

• 99.8 %의 BOD 제거 수준(연간 평균)에 도달


소각을 위한 전력 소비.


Zahn‐Wellens 시험에 의해 결정된 분해도

적용 가능성

대체로 적용 가능. 소각은 단지 전처리 옵션만은 아니다. 다른 예시의 경우 4.3.7.1절 및 4.3.7.2절을

참조한다.

경제적 측면

보관, 농도 및 소각 현상 증가 비용.


262


• 폐수처리장의 안정성

• 폐수처리 설비의 유기물 부하 배출허용기준 (ELV).


*01 5D,I,O,B*, *023A,I*, *027A,I*, *028A,I*, *029A,I*, *030A,I*, *03 1A,I*, *032A,I*

4.3.7.7 폐수 관리 (2)

설명

입자상 물질 함유 폐수를 폐수처리장에 직접 전달할 수 있는지에 관한 결정은 다목적 현장에서 중요한

문제이다. 중요한 기준은 활성 슬러지에 대한 유해 현상 및 유기물 부하의 난분해성 유기물 (ROC)이다.

표준으로 *068B,D,I*는 전처리 시 생물 제거 가능성이 <80 %인 모든 폐수를 고려한다.

다른 기준은 다음과 같다.

• 박테리아 억제

• 우선순위 물질

• 발암 물질

• 중금속

다음 전처리 옵션을 사업장내에서 사용할 수 있다.

• 침전, 여과/화학적 산화

• 중금속 복합 물질의 분해

• 중금속의 침전, 여과

그림 4.71은 기준 설비의 결정 사항을 나타낸다. 기타 기준 가운데 한 가지를 적용하여 전처리할

경우 80 % 생물학적 제거 가능성을 초과하는 예외 사항이 발생된다. 화학적 산화 반응이 충분한 결과를

산출하지 못할 경우 80 % 생물 제거 가능성 미만의 예외 사항이 발생된다 (TOC 제거 혹은 강화된 생

물 분해 능력).


263

생물학적 제거 가능성 (%)

산화 전처리 WWTP

난분해성 TO

C

부하/batch (kg)

그림 4.71 참조 설비의 결정 사항.


• 정밀유기화학물질 제조 현장의 폐수 관리 시 중요한 판단 기준


• 생물학적 처리 전 낮은 생물 분해능의 TOC 제거

• 폐수처리장에 대한 유기물질 투입의 생물 분해 능력 강화.

표 4.67은 전체 배출수 중 유기물 부하의 생물학적 제거 가능성에 대한 전처리의 영향을 나타낸다.

표 4.67 개별 폐수 전처리 후 전체 배출수의 생물 분해 능력/제거 가능성

연도

전처리를 위해 선정된 폐수의

생물 분해 능력생물학적 처리 전 전체 배출수의

생물학적 제거 가능성처리 전 처리 후

2001 60 % 81 % 91 %

2002 64 % 78 % 92 %


전처리 시 화학 물질 및 에너지 소비.


폐수의 생물학적 분해 능력은 OECD 스크리닝 테스트로 결정되며, 생물학적 처리 전 총 배출수의 생

물학적 분해 능력은 고유의 생물 분해 능력 시험으로 결정된다(또한 2.4.2.4절 및 4.3.1.3절 참조).

적용 가능성



264

경제적 측면

전처리 비용



• 폐수처리장의 유기물 투입에 대한 생물 제거 가능성의 배출허용기준 (ELV)


[91, Serr, 2004], *068B,D,I*

4.3.7.8 폐수 관리 (3)

설명

입자상 물질의 폐수를 폐수처리장에 직접 전달할 수 있는지에 관한 결정은 다목적 현장에서 중요한

문제이다. 중요한 기준은 활성 슬러지에 대한 독성 영향 및 특히 유기물 부하의 난분해도이다. 표준으로,

*0089A,I*는 폐기 시 Zahn‒Wellens 시험을 통해 생물 제거 가능성이 <90 %인 모든 폐수를 고려한다.

배출수 중의 난분해성 유기물 부하가 보다 낮을 경우 설비는 흡수성유기할로화합물 방지장치로서 최

종 활성탄 필터를 효과적으로 운영할 수 있다.


• 정밀유기화학물질 제조 현장의 폐수 관리 시 중요한 판단 기준


• 생물학적 처리 전 낮은 생물 분해능의 TOC 제거.


처분기술에 대한 매체 간 효과.


폐수의 생물 분해 능력은 Zahn‐Wellens 시험으로 판단.

적용 가능성


경제적 측면

폐기 비용.



• 난분해성 유기물 부하의 보다 낮은 배출.


265


*068B,D,I*

4.3.7.9 의무전처리 또는 폐수의 폐기관련 사항

설명

경우에 따라, 고유 특성(높은 유독성)으로 인해 특정 모액(표 4.68 참조)의 경우 생물학적 폐수처리장

에서 처리할 수 없으며 전처리(회수 또는 저감) 또는 폐기(소각)해야 한다.

표 4.68 의무전처리 또는 폐수의 폐기관련 사항

폐수 주요 매개변수 참고

부가 반응, 유독성으로 인한 높은

흡수성유기할로화합물 부하

*001A,I*, *006A,I*, *007I*, *01 7A,I*, *018A,I*,

*019A,I*, *020A,I*, *023A,I*, *024A,I*, *027A,I*,

*028A,I*, *029A,I*, *030A,I*, *030A,I*, *031A,I*,

*032A,I*

공정수, 박테리아에 유독성을

나타내는 활성 물질 제조 시

응축 및 재생성된다.

박테리아에 대한 유독성, 생물학적

폐수처리장의 기능 손상 또는 저하[15, Köppke, 2000]

활성 물질 생성 또는 형성에서

발생하는 폐수

생물학적 폐수처리장 후 잔류 독성

수준, LIDF, LIDD, LIDA등으로 표시[62, D1 의견, 2004]

술폰화, 나이트로화 등에 따

른 폐산

보통 높은 COD 부하 시 생물 제거

가능성이 낮음[15, Köppke, 2000], *026E*, *044E*, *045E*


• 유독/억제/낮은 분해 능력의 투입으로부터 생물학적 폐수처리장 완화

• 배출수의 흡수성유기할로화합물 부하 감소

• 배출수의 유독성 감소

• 고산성부분의 중성화 방지.


전처리 기술에 따라 좌우.


전처리 기술에 따라 좌우.

적용 가능성


경제적 측면

전처리 또는 폐기 비용 상승.


원료 또는 제품의 회수. 폐수 처리 비용 감소.


266


표 4.68 참조.

4.3.7.10 난분해성 유기물 부하 (1)

설명

입자상 물질을 함유한 폐수를 전처리 해야 할지 또는 생물학적 폐수처리장에 직접 보내야 할지에 관

한 결정은 다목적 현장에서 중요한 문제이다. 중요한 기준은 공정에 의한 유기물 부하 및 그에 대한 난

분해성 유기물 부분으로, 이는 변함 없는 생물학적 처리를 거치기 때문이다.

난분해성 유기물 부하 = 유기물 부하 × (100 ‒ 제거 %)

배치(또는 일일) 당 약 40 kg보다 높은 난분해성 TOC 부하는 생물학적 폐수처리장 상류의 산화 반응

(또는 비교 가능한 성능에 가까운 방식)으로 처리된다.

도해에 관한 사항은 표 4.69에 명시된 예시를 참조한다.

표 4.69 공정의 난분해성 유기물 부하 평가 예시

예: 두 가지 중간물의 산화 결합

침전, 여과, 제품 세척

TOC 부하/배치제거

(Zahn‒Wellens)

난분해성

TOC 부하/배치 또는 /일일대상

모액 180 kg 35 % 117 kg 습식 산화 반응

폐수 50 kg 65 % 17.5 kg WWTP

그림 4.72은 기준 설비의 결정 사항을 나타낸다.

폐수

산화 전처리 WWTP

난분해성 TO

C

부하/

배치 (kg)



267


• 다목적 현장의 폐수 관리에 대한 중요한 판단 기준

• 작업자 및 담당자가 높은 저감률의 폐수에 우선 순위를 부여하고 집중할 수 있는 툴

• 어려운 제품 혼합을 가진 현장에서도 효율적인 전략

• *015D,I,O,B*의 경우와 같이 분리된 폐수 내 난분해성 유기물 부하의 98 % 제거 등, 난분해성 유

기물 부하 배출 감소.


매체통합적 영향에 관한 사항은 각각의 특정 전처리 기술에 관한 내용을 참고한다.



적용 가능성

모든 폐수를 전처리할 수 없다는 사실을 전제로, 분해 능력이 낮은 수많은 폐수와 제품 간 혼합 시

우선 순위를 설정해야 하는 경우 특히 적용 가능.

특정한 경우, 기술적 제한으로 전처리가 어려울 수 있다 [62, D1 의견, 2004]. 예를 들어, 염료 중간물

생산에 따른 모액에는 다음의 난분해성 TOC 부하가 나타난다(또한 표 4.34의 예시 3을 참조한다).

• 70 ‒ 90 kg (Zahn‒Wellens 테스트에 따른 후 10 ‒ 30 % 제거).

이러한 수치에도 불구하고, 모액은 생물학적 폐수처리 설비에서만 처리된다. 전처리는 다음 이유로 적

용되지 않는다.

• 농도 상승 단계에서 유성 침전물로 인해 사업장내 습식 산화 반응이 불가능하다.

• 실제 TOC 농도에 따라 소각은 비효율적인 것으로 나타났다.

• 20 ‒ 25 %의 H2SO4 농도 및 실제 TOC 농도로 인해 폐산으로의 폐기가 불가능하다.

경제적 측면

일부 혜택을 누리고 있으나, 특정 전처리 기술을 적용하는데 따른 추가 비용. 빈도가 매우 낮은(드문

배치 생산) 폐수에 대한 전처리 옵션은 경제적으로 불가능하다. *015D,I,O,B*의 경우, 폐수는 난분해성

유기물 부하가 연간 2톤 TOC를 초과하는 경우 전처리에 대해서만 고려된다 [99, D2 의견, 2005].


차단기준을 마련할 필요가 있다.


*014V,I*, *015D,I,O,B*


268

4.3.7.11 난분해성 유기물 부하 (2)

설명

비용 감소 및 약 5 ‒ 6년의 원금 회수 시간으로 인해, 042AI*는 사업장내 습식 산화에 의한 사업장외

폐수 소각의 단계별 대체를 고려한다. 그러한 매개변수의 예상 대상은 고부하 또는 유독성 폐수이다.

계획을 위한 기준으로, 다음 특성을 지닌 일반적인 폐수(현재까지 폐수 소각에서 고려된)를 적용한다.

• TOC: 15 g/L 이상

• 부피: 20 m3


• 다목적 현장의 폐수 관리를 위한 중요한 판단 기준

• 작업자 및 담당자가 높은 저감률의 폐수에 우선 순위를 부여하고 집중할 수 있도록 하는 툴.


• 난분해성 유기물 부하 배출 감소.





적용 가능성


경제적 측면

일부 혜택을 누리고 있으나, 특정 전처리 기술을 적용하는데 따른 추가 비용.


차단기준을 파악할 필요가 있다.


[91, Serr, 2004], *042A,I*

4.3.7.12 난분해성 유기물 부하 (3)

설명

*082A,I*는 다음 기준에 따라 높은 난분해성 유기물 부하를 함유한 폐수의 생물학적 폐수처리장 완화

를 위한 기술로 폐수 소각을 고려한다.

• 생물 제거 가능성 <80 %


269

• 내화 부하 (TOC): 7.5 ‒ 28 kg 이상.



• 작업자 및 담당자가 높은 저감률의 폐수에 우선 순위를 부여하고 집중할 수 있는 툴




매체간 영향에 관한 사항은 각각의 특정 전처리 기술에 관한 내용을 참고한다.



적용 가능성


경제적 측면





[91, Serr, 2004], *082A,I*

4.3.7.13 난분해성 유기물 부하 (4)

설명

*001A,I*는 다음 기준에 따라 높은 난분해성 유기물 부하를 함유한 폐수의 생물학적 폐수처리장 완화

를 위한 기술로 폐수 소각을 고려한다.

• 생물 제거 가능성 >80 %

• 난분해성 TOC 부하: <40 kg.

그림 4.73은 *001A,I* 현장 (2002)에서의 결정 사항을 나타낸 것이다. 예외 규칙은 난분해성 TOC 부

하가 약 95 kg/배치이지만 생물학적 제거 가능성이 높은 모액이다.


270

모액 또는 세척수

생물학적 처리난분해성 TO

C

부하/

배치 (kg

)


주: 생물학적으로 처리된 모액/세척수에 대한 데이터만 제공되며, 높은 난분해성 유기물 부하의 공정수는 소각

검토 대상이다.



• 작업자 및 담당자가 높은 저감률의 폐수에 우선 순위를 부여하고 집중할 수 있는 수단







적용 가능성


경제적 측면





*001A,I*


271

4.3.7.14 폐수에서 나온 흡수성유기할로화합물 제거 (1)

설명

흡수성유기할로화합물은 수용액의 할로겐화 유기화합물에 대한 평가를 위한 확립된 스크리닝 매개 변

수이며 개선 전략 개발의 근거이다. 관련 흡수성유기할로화합물 부하를 갖는 폐수의 주된 배출원은 다음

과 같은 것들이 포함된 공정/운전을 의미한다.

• 할로겐화 용제

• 할로겐화 중간 물질, 생성 물질 및 부산물

그러한 폐수에서 나오는 흡수성유기할로화합물의 제거는 원칙적으로 불응성 유기물 함량에 대한 전처

리 기술 혹은 특정한 처리 기술의 적용에 의해 수행된다. 표 4.70은 *014V,I*의 사례를 보여준다.

표 4.70 생물학적 폐수 처리 후의 흡수성유기할로화합물 제거 및 그에 따른 배출

WWTP


(AOX) 부하 흐름의 사례

AOX 투입 AOX 배출

평균 2,000

저압 습식 산화

120 mg/L AOX

16 m3/day

2,710 kg

1.1 mg/L

2003: 0.9 mg/L

339 kg

0.13 mg/L

2003: 0.11 mg/L

60 mg/L AOX

50 m3/day

기타

NaOH에 의한 가수분해

145 mg/L AOX

5 m3/day

130 mg/L AOX

2 m3/day

기타


• 생물학적 폐수처리장의 경감

• 보다 적은 양의 할로겐화 유기 화합물이 방출

결과 투입량 및 생물학적 폐수처리장으로 투입되고 그로부터 방출되는 수준에 대한 기타 사례는 표

4.71에 제공되고 그림 4.74에서 보여준다.


응용 처리 기술을 위한 에너지 및 화학제품의 소비량




272

적용 가능성

대체로 적용 가능. 가수분해는 측쇄 할로겐화 유기 화합물에 대해서만 유효하다 [99, D2 comments,

2005].

표 4.71 흡수성유기할로화합물 제거의 기타 사례

생물학적 WWTP

투입 배출

흡수성유기할로화합물 연평균 mg/L

*009A,B,D*

(2000)중앙 활성탄 시설

1.1 0.16

*009A,B,D*

(2002)1.8 0.15

*010A,B,D,I,X*

(2000)C1-CHC의 스트리핑, 폐수의 증류

14 a) 0.9 a)

*010A,B,D,I,X*

(2003)3.8 0.68

*011X* (2000)폐수의 증류

1.5 0.25

*011X* (2003) 0.14

*012X* (2000)H2O2에 의한 습식 산화

0.3

*012X* (2003) 0.34

*013A,V,X*높은 농도의 퍼지가능한(purgeable) 흡수성유기할로화합물

을 갖는 폐수의 스트리핑0.4

*01 5D,I,O,B* 고압 습식 산화, 흡착/추출 8.5 1.7

*055A,I* CHC의 스트리핑, 활성탄에 대한 흡착, 소각 1.5

*059B,I* 활성탄에 대한 흡착 4 8

*068B,D,I* 화학적 산화 1.5

*069B* 추출 8

*082A,I* 스트리핑, 정류, CHC를 폐수에서 제거하기 위한 추출 조합 1.17

*100A,I*간헐적으로 활성탄을 활성 슬러지에 추가, 통합 및

처분(소각)0.8 b) 0.3 b)

008A,I (1997)

개별 전처리: 추출, 활성탄 흡착, 침전/여과, 공정 변경,

바이오 리액터 및 활성탄 흡착 조합, 통합 및 처분(소각)

1.44 0.84

008A,I (1998) 0.75 0.42

008A,I (1999) 0.64 0.54

008A,I (2000) 0.95 0.81

008A,I (2001) 0.89 0.45

008A,I (2002) 0.70 0.40

008A,I (2003) 0.57 0.18

a) 투입으로서 최고치 (14 mg/L)는 아세트알데히드 생산에서 나오는 예외적으로 분해성이 좋은 폐수 때문이다 (93.4 %)b) 서로 다른 분석 방법, 결과는 추출성 유기할로겐화물 (EOX)로서 표현


273

생물학적 WWTP으로의 유입

생물학적 WWTP로부터의 배출

선택 수성 잔류물의 전처리 후 총 유출수

AO

X

농도(

단위 m

g/L

)

그림 4.74 생물학적 폐수처리장으로 투입되고 배출되는 흡수성유기할로화합물 농도.

경제적 측면

응용 처리기술의 경제적 측면


법제화


[84, Meyer, 2004], see Table 4.71, *014V,I*

4.3.7.15 폐수에서 나오는 흡수성유기할로화합물 제거 (2)

설명

흡수성유기할로화합물는 수용액 안의 할로겐화 유기화합물의 평가를 위한 확립된 스크리닝 매개변수

이며 개선 전략 개발의 근거이다. 관련된 흡수성유기할로화합물 부하를 갖는 폐수의 주된 배출원은 다음

과 같은 것들이 포함된 공정/운전을 의미한다.

• 할로겐화 용제

• 할로겐화 중간 물질, 생성물질 및 부산물

그러한 폐수에서 나오는 흡수성유기할로화합물의 제거는 원칙적으로 불응성 유기물 함량에 대한 전처리

기술 혹은 특정한 처리 기술의 적용에 의해 수행된다. 그림 4.75은 *055A,I*로부터의 예시를 보여 준다.

설명을 위해서 표 4.72는 생물학적 폐수처리 설비에 투입되는 흡수성유기할로화합물 투입 농도에 대한

전처리의 효과를 보여준다.

전처리를 수행할 폐수의 선택을 위한 첫 번째 기준은 >30 mg/L 흡수성유기할로화합물의 농도와 생물

제거 가능성이다. 단지 작은 수의 배치만이 생산되는 경우에도 흡수성유기할로화합물 부하는 고려된다.


274

전처리/소각

전처리 후 생물학적 WWTP

생물학적 WWTP

배치당 AO

X

부하( kg

)

모액

그림 4.75 흡수성유기할로화합물을 포함한 폐수의 처리.

표 4.72 생물학적 폐수처리 설비에 투입되는 흡수성유기할로화합물에 대한 전처리의 영향 도해

*055A,I*: 흡수성유기할로화합물을 포함하는 5개의 폐수시료

전처리 없는 AOX 부하 (kg) 0.31 0.91 3.19 0.14 2.78

전처리 후의 AOX 부하 (kg) 0.005 0.03 0.3 0.055 0.004

생물학적 처리 전 2,000 m3의 전체 배출수에 추가된 흡수성유기할로화합물

전처리 없음 3.67 mg AOX/L

전처리 있음 0.20 mg AOX/L



• 2002: 1.53 mg/L 흡수성유기할로화합물이 생물학적 폐수처리장(약 2,000 m3/일)에 투입

• 보다 적은 양의 할로겐화 유기 화합물이 방출

• 생물학적 폐수처리 설비에서 흡수성유기할로화합물에 대하여 75 ‒ 80 %의 생물 제거 가능성을 달성




전처리는 다음의 방법으로 수행된다.

• 탈기

• 활성탄 흡착

• 특정 반응

• 처분(소각)

적용 가능성



275

경제적 측면



법제화


[33, DECHEMA, 1995], [91, Serr, 2004], *055A,I*

4.3.7.16 폐수에서 나오는 흡수성유기할로화합물 제거 (3)

설명

*082A,I* 현장에서 고도로 활발한 성분의 제조에서 나오는 폐수가 역삼투압 방법으로 전처리된다(그림

4.76 참조). 할로겐화 화합물을 추적하는 가이딩 매개변수 (guiding parameter)는 흡수성유기할로화합물이

다. 표 4.73은 전처리가 고려되고 있는 폐수의 전형적인 특성을 한눈에 볼 수 있게 해준다.

표 4.73 예시된 폐수의 일반적인 특성

단위 최소 최대 평균

COD mg/L 1,000 25,000 5,000

흡수성유기할로화합물 mg/L 4 50 30

원료 성분 mg/L 500 2,000 1,000

pH 3 8 7

온도 ℃ 20 50 30

막 시스템은 서로 다른 막을 갖는 2단계 시스템으로서 실현된다. 투과액 중의 유기물 함량은 바이오

분해가 되지 않으며 생물학적 폐수처리장을 통해 배출된다. 이러한 경우에 농축물은 공정에서 재사용이

불가능하며 처분된다(소각).

분리막

스테이션 1

분리막

스테이션 2

투과

450 ‒ 630 l/hour

생물학적

WWTP소각 농도

50 ‒ 70 l/hour

사전 여과

1 μm

공급

500 ‒ 700 l/hour

그림 4.76 폐수에서 흡수성유기할로화합물을 제거하기 위한 2단계 분리막 장치.


276


• 투과액 중의 달성 가능한 흡수성유기할로화합물: 0.5 mg/L (평균 투입량에 관계된 99.99 % 제거)

• 방류 수역의 경감

• 농도 증가는 처분(소각)되는 양의 90 %를 줄여준다.


에너지 소비


• 2 단계의 장치, 폴리아미드, 활성 복합 타입

• 단계 1: 8인치 모듈 DVA 003 “와이드 스페이서 타입”

• 단계 2: 8인치 모듈 ROM 103 “표준 스페이서 타입”

• 막표면 약 160 m2

적용 가능성

분리막의 종류와 구조는 분리 작업이 무엇인가에 따라 달라진다. 주어진 사례에서 분리막은 성능의

손실이 없이 4,000 시간 가동되었다.

경제적 측면



방류 수역의 경감.


[82, Baumgarten, 2004], *082A,I*

4.3.7.17 흡수성유기할로화합물: 나노 여과 방식에 의해 폐수 중 요오드 화합물 제거

설명

X-선 조영제의 생산에서 나오는 세척수는 2,4,6‐트리요오드화물 벤조산 (2,4,6-triiodine benzoic acid)의

유도체를 자주 수반하므로 약 1,000 ppm의 요오드를 포함하고 있다. 관련 화합물은 이온이거나 비이온

일 수 있으며 600 ‒ 1,600 g/mol 범위의 분자량을 보이고 생분해성은 매우 낮다.

*082A,I* 현장에서 세척수는 별도로 수거되고 2단계의 나노 여과 방식에 의해 폐수에서 제거된다. 1단

계에서는 요오드 화합물이 60 g/L로 농축되고 2단계에서는 투과액의 농도가 1 ppm 흡수성유기할로화합

물 이하로 보증된다.


생물학적 폐수처리장 및 생분해성이 매우 낮은 유기물 부하에서 나오는 방류 수역의 경감.


277


에너지 소모


• NFM1 막, 폴리아미드, 음전하 표면 (negative surface)

• 유입: 1 m3/h (최대 유량 36 m3/d 가능), 20 bar, 20 ℃, 3 g/L까지의 농도

• 1단계: 8 모듈 와이드 스페이서 타입, 100 ㎡

• 2단계: 8 모듈 노말 스페이서, 64 ㎡

• 99.97 %의 요오드 제거.

적용 가능성

막의 형태와 구조는 분리 작업에 따라 결정된다

경제적 측면

다른 폐수 소각에 비해 비용은 6 %가 낮다.


방류 수역 경감 및 배출한계값


[82, Baumgarten, 2004], *082A,I*

4.3.7.18 폐수에서 나오는 CHC 및 용제의 제거

설명

*082A,I* 현장에서 용제(의 혼합물)을 포함하는 모든 폐수는 이러한 용제들을 제거하기 위해 분리, 정

류 및 추출 혹은 이들 기술의 혼합에 의해 처리된다. 표 4.74는 투입과 산출 수준을 한눈에 볼 수 있게

나타낸 것이다. 수거된 용제는 내부 혹은 외부에서의 재사용을 위해 추가적으로 정제되거나 혹은 사업장

내 소각을 위한 대체 연료로서 사용된다.

표 4.74 *082A,I*에 예시된 폐수에서 용제의 제거

투입 g/L 산출 g/L 제거 대상 CHC 함량

공기에 의한 스트리핑 2 ‒ 12 CHCs <1 mg/L

정류 10 ‒ 200 0.1 ‒ 1 <1 mg/L

추출 정류 50 ‒ 200 1 ‒ 10 Alcohols <1 mg/L

추출 100 ‒ 250

0.8 ‒ 25

0.5 ‒ 10

0.3 ‒ 20

DMF

Alcohols<1 mg/L

용제(일반적으로 즉시 분해가 가능한)의 최적화된 제거 덕분에 중앙의 생물학적 폐수처리장에서의

COD 제거율은 보다 낮다(약 90 % 정도).


278


• 덜 유용한 용제는 폐수처리장에서 손실

• 생물학적 폐수처리장의 집중적인 사용

• 전처리된 폐수는 1 mg 미만의 염소화된 탄화수소를 포함.

• 배출수에 포함된 CHCs의 방출 저하

• 폐수처리장에서 나오는 CHCs의 확산 방출 감축


에너지 소비


• 정류탑: 3 ‒ 4 m3/h

• 추출: 1 m3/h

• 분리: 공기 중: 1 ‒ 2 m3/h.

적용 가능성


메탄올의 회수는 종종 낮은 시장 가격 때문에 경제적으로 실행가능하지 않다. 이것은 특히 메탄올의

농도가 낮은 폐수의 경우에 그러하다. 4.3.5.9절에서 설명한 바와 같이, 14.5 g/L을 초과하는 메탄올 농

도에서는 수지타산이 맞으며, 생물학적 폐수처리 설비에서의 분해 대신에 탈기와 열적 산화가 선호된다.

*055A,I*의 사례:

• 톨루엔에 대한 목표: 0.5 g/L

• THF/DMF에 대한 목표: 0.3 g/L

*016A,I*의 사례:

용제 (합계)에 대한 목표: 1 g/L

경제적 혹은 에너지 차원에서의 평형화 이외에도 폐수에서 나오는 용제의 제거는 활성탄 흡착과 같은

하류에서의 전처리 시설 보호를 위해서도 요구될 수 있다 [99, D2 comments, 2005].

경제적 측면

처리비용: 약 67 유로/m3 (2003).


유용한 용제의 회수


[83, Gebauer, 1995], *055A,I*, *016A,I*, *082A,I*


279

4.3.7.19 폐수에서 나오는 CHC 제거 (2)

설명

*055A,I* 현장에서 염소화된 탄화수소의 적절한 부하를 포함하는 모든 폐수, 특히 CH2Cl2 (R40),

HCCl3 (R22, R38, R40, R48/20/22)는 별도로 수거되어 탈기와 증류가 혼합된 방법으로 전처리된다. 그림

4.77은 그러한 전처리에 대한 선택을 보여준다.

전처리 전

전처리 후 / 전처리

없음

모액

그림 4.77 CHC의 전처리.


• 배출수에 포함된 CHCs의 방출 저하

• 생물학적 폐수처리장으로 CHC 투입: 0.12 mg/L (2002)

• 폐수처리장의 CHCs 확산 방출 감축


에너지 소비



적용 가능성



280

경제적 측면



주변 지역 및 방류수역 보호


*055A,I*, *043A,I*, *088I,X*, [33, DECHEMA, 1995], [91, Serr, 2004]

4.3.7.20 폐수에서 나오는 CHC 제거 (3)

설명

*014V,I* 현장에서 완충탱크 그리고 분리된 CH2Cl2를 포함하는 폐수처리장의 두 단계에서 나오는 배출

가스는 활성탄의 흡착방법으로 처리된다.


폐수처리장에서 나오는 CHC의 확산 배출 감축 .


활성탄 흡착의 매체통합적 영향



적용 가능성


경제적 측면



확산 방출의 감소


*014V,I*

4.3.7.21 공정수에서 나오는 니켈의 제거

설명

니켈은 수소화를 위한 Raney 니켈 촉매로서 자주 사용되고 있다. 반응이 완료되면 촉매는 회수 및 재

사용을 위해 제거된다. 조건에 따라서 니켈 적당량이 용액에 잔류하며 2 단계의 이온 교환기 내에서 추

가적인 처리가 요구되는 반면 두 번째의 이온 교환기는 단지 백업을 위해 존재한다. 그림 4.78은


281

*018A,I*에서 운영되는 셋업을 한눈에 볼 수 있게 해준다.

수소화

여과 촉매 회수 및 재사용

회수를 위한 산

이온 교환 이온 교환 추가 처리

NaOH

응집 보조제

처분 여과

폐수

그림 4.78 공정수에서 나오는 니켈의 제거.

경제적 이점의 실현

• 니켈이 기타 공정 단계로 유입되는 것을 방지

• 니켈 농도를 0.5 mg/L 미만으로 감축

• 폐수처리장에서 나오는 슬러지의 니켈 부하를 저감

• 니켈이 활성 슬러지의 활동을 억제함에 따라 폐수처리장의 효율 증대


• 산의 추가적인 소비

• 응집 보조제의 소비

• 니켈 부하가 폐수에서 폐수로로 전달


• 회수되는 니켈: 2,600 ‒ 13,500 mg/L

• 배치 당 용적: 700 L.


282

적용 가능성

특정 조건에 따라서는 유사한 장치를 갖는 중금속에 일반적으로 적용이 가능하다.

기타의 경우에는 화학적 침전 및 그 뒤를 이은 이온 교환의 순서가 보다 효과적일 수 있다 [62, D1

comments, 2004].

공정수로부터의 중금속 제거는 유기질, 예를 들어 복잡한 구조 또는 이온 교환기의 저효율에 의해 원

활하지 않을 수 있다 [62, D1 comments, 2004].

• 수산화물 침전: 니켈 혹은 다수의 기타 염기 금속 이온 용액은 수산화나트륨, 혹은 가성 소다 혹은

그 혼합물에 의해 pH 7.0과 9.5 사이에서 거의 정량적으로 침전된다. 여과 조제 및 응집제는 매

우 유용하다 [62, D1 comments, 2004] .

• 황화물 침전: 중금속의 정제는 황화물, 다황화물 (polysulphide) 그리고 가장 좋은 것으로는 비독성

의 수용성 sodium‐trimercaptotriazine, TMT에 의해 ppb 수준까지도 가능하다. 니켈의 TMT 침전

을 위해서는, 예를 들어 최적 조건은 다음과 같다. 1g의 니켈이 15 % Na3TMT 용액 20 mL 및

0.5 %의 알루미늄 용액과 함께 pH 12에서 같이 침전된다. 1분 동안 급속교반 시킨 후에 15분간

서서히 저어주면 여과액은 리터당 0.4 mg 이하를 포함한다 [62, D1 comments, 2004].

• 일반: 이들 모든 수처리 공정은 병행하여도 성공적이다 [62, D1 comments, 2004].

경제적 측면

추가적인 공정 단계를 위해서는 이온 교환기는 불가피하므로, 회수물의 처리/처분 비용만이 표 4.75에서

비교된다.

표 4.75 처분 비용과 비교한 회수 침전 및 여과비용

외부 처분 유로 (2001) 침전 및 여과 유로 (2001)

보관 탱크 자본 비용 216,000 ‒ 254,000 Skid 장치 및 필터 78,000 +/- 10 %

처분 비용 185,000 per year 엔지니어링 25,000

WWTP에서 후속 처리

통화는 IEP에서 유로 변환(변환비율은 1 EUR = 0.787564 IEP)

경제적 타당성

• 폐수처리장의 성능 제고

• 폐수처리장에서 나오는 슬러지에 대한 처분 비용 감축


• 추가 처리에서의 니켈 배제

• 중금속에 대한 ELV


[15, Köppke, 2000], *018A,I*


283

4.3.7.22 폐수에서 나오는 중금속의 제거

설명

중금속 부하를 갖는 폐수의 주요 배출원은 다음과 같다.

• 반응제로서 중금속을 사용한 금속화, 산화, 환원 또는

• 중금속이 촉매로서 사용된 공정

폐수의 사례는 표 2.17을 참고한다. *068B,D,I* 현장에서 중금속은 예를 들어 금속화를 위해 광범위하

게 사용되며 발생된 폐수 역시 중금속 착화합물을 포함한다. 이들 폐수는 요구되는 경우 금속 착화합물

의 분해를 위한 단계를 포함하여 중금속 함유량을 제거하기 위해 개별적으로 처리된다.

그림 4.79는 개별 중금속 처리를 위하여 어떻게 중금속을 포함하는 폐수가 선택되는지를 보여주며 표

4.76은 생물학적 폐수처리장 이전 및 이후의 전체 배출수에 대한 결과값을 제공해준다. 중금속 처리를 하지

않고 생물학적 처리설비로 보내어진 모든 폐수는 5 mg/L 미만의 구리, 크롬, 니켈 혹은 아연을 포함한다.

폐수

중금속 처리 생략

중금속 처리 적용

구리 농도 (m

g/L)

그림 4.79 중금속 처리를 위한 폐수의 선정.

표 4.76 폐수에서 중금속 제거 및 그에 따른 배출 수준

WWTP

전 *068B,DI*으로부터의 중금속WWTP에서 배출되는 중금속

연평균 mg/L

침전 및 여과

Na2S4O4을 포함한 중금속 착화합물 분해,

침전, 여과

Cu 0.41 0.02

Cr 0.31 0.03

Ni 0.08 0.03

Zn 0.49

Pb 0.1

Cd 0

Hg 0.004

중금속의 처리 이후 폐수는 다른 폐수와 혼합됨(희석)을 유념한다.


284



• 물로 배출되는 중금속의 저감

기타 사례는 표 4.77에서 제공된다.

표 4.77 중금속 제거 및 그에 따른 배출 수준에 대한 다른 사례

WWTP

이전 참고 공장에서 나오는 중금속WWTP에서 배출되는 중금속

연평균, mg/L

침전, 여과

015D,I,O,B 1Cr 0.13 0.05

Cu 0.29 0.14

014V,I 2 Ni 0.07 0.03

010A,B,D,I,X (2003)

Cr 0.05 0.004

Cu 0.10 0.007

Ni 0.10 0.04

Zn 0.017

009A,B,D

(2002)

Cr 0.04 0.003

Cu 0.03 0.007

Ni 0.03 0.02

Zn 0.15 0.04

013A,V,X Ni 0.03

중금속 처리 후에 폐수는 다른 폐수와 혼합됨을 유념한다(희석).1 *015D,I,O,B*: 구리 착화합물 분해 (습식 산화)2 *014V,I*는 세정 전에 배출가스에서 나오는 중금속 (특히 아연)을 제거한다.





적용 가능성

사례공장 068B,D,I에서 중금속이 광범위하게 사용되며 생물학적 폐수처리장으로 투입되기 이전에 달성

한 중금속 수준은 최악의 경우를 보여준다.

만일 동일한 제거 수준이 전처리와 생물학적 폐수처리가 연계된 것과 비교하여 설명될 수 있다면, 생

물학적 처리가 사업장내에서 수행되고 처리 슬러지는 소각된다는 것을 전제 조건으로 중금속은 총 배출

수에서 생물학적 폐수처리 공정만을 사용함으로써 제거될 수 있다.


285

경제적 측면



법제화, 생물학적 폐수처리장 및 중금속 부하에서 나오는 슬러지의 경감


[91, Serr, 2004], *014V,I*, *015D,I,O,B*, *068B,D,I*

4.3.7.23 폐수에서 요오드 회수

설명

*015D,I,O,B* 현장에서는 알킬화를 위해 요오드 알킬 화합물이 사용된다. 요오드는 대상 분자 (target

molecule)의 부분이 아니므로 그것은 상분리 후에 폐수 내에서 화학양론적으로는 I- 로서 남아있다. 요

오드는 이 폐수가 가장 높은 부하를 포함하므로 1단계의 분리에서 모액으로부터 회수된다.

표 4.78 요오드를 포함하는 폐수의 사례

폐수 I- 농도 I- 부하 I- 회수?

모액 92 g/L 550 kg/batch Yes

세척수 1 16 g/L 48 kg/batch No

세척수 2 1.5 g/L 4.5 kg/batch No

요오드는 pH 조절, NaSO3에 의한 산화, CuSO4의 추가 및 침전물의 여과에 의하여 CuI로서 회수된다.


화학물질 소비



적용 가능성


경제적 측면



유용한 원료의 회수


*01 5D,I,O,B*


286

4.3.7.24 높은 인 부하를 포함하는 폐수의 처분

설명

높은 인 부하를 포함한 폐수는 생물학적 폐수처리장 및 보다 높은 부하로부터의 방류수를 경감하기

위하여 *055A,I* 현장에서 통합되고 별도로 처분된다. 표 4.79는 그러한 모액에 대한 사례를 보여준다.

표 4.79 처분을 위한 인 포함 모액

전체 P 배치당 용적 배치당 인 부하 H3PO4 함유량

모액 1 130 g/L 0.5 m3 65 kg 34 % w/w

모액 2 181 g/L 1.5 m3 271.5 kg


생물학적 폐수처리장 및 높은 인 부하로부터의 방류수 경감


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면



생물학적 폐수처리장 및 방류수의 경감


*055A,I*

4.3.8 전체 배출수의 처리 및 관련 배출 수준

4.3.8.1 전체 배출수의 중금속에 대한 달성 가능 수치

설명

[31, European Commission, 2003]를 위하여 독일에서 견본으로 제출한 자료는 전형적인 화학 공장 현

장에 대하여 전체 배출수(우수 혹은 냉각수에 의해 폐수가 희석되지 않은 조건에서)에서 다음의 수치들

이 달성된다는 것을 보여준다. 특히 아연, 구리, 니켈과 같은 중금속에 대해서는 보다 소규모 공장의 적

절한 전처리에도 불구하고 특히 정밀유기화학물질의 생산으로부터는 약간 높은 수치가 나타난다.


287

표 4.80 전체 배출수 중 중금속에 대한 달성 가능한 수치

mg/L 중의 달성 가능한 배출값

매개변수 Cr Cu Ni Zn

중금속의 의도적 사용 (전처리 적용) 0.05 0.1 0.05 0.1

달성 수치들은, 기타 매체로의 전달이 발생되지 않는다면(예를 들어 비료로서 폐수 처리 슬러지를 사

용하는 것으로부터), 생물학적 폐수처리장에서 중금속을 제거하는 것을 고려한다.


중금속 부하로부터의 방류수 경감


없다고 봄



적용 가능성


경제적 측면



중금속 부하로부터의 방류수 경감


[50, UBA, 2001]

4.3.8.2 H2O2를 이용한 화학적 산화에 의한 전체 배출수의 전처리

설명

*004D,O*는 중소기업이며 유기염료(주로 아조 염료)와 광학표백제(스틸벤 (stilbene) 타입)를 다목적 공

장에서 생산한다. 매우 낮은 생물 제거 가능성 (그리고 강렬한 색상) 때문에 모든 공정수는 저장되고,

Fenton 시약 (H2O2/촉매)을 이용한 지속적 산화에 의해 도시하수로 배출되기 전에 전처리된다. 전처리는

표준형의 교반식 탱크 반응장치에서 수행된다.


• 생물학적으로 낮은 분해성을 갖는 유기물 부하의 화학적 산화반응

• 생물학적 처리 이전에 이미 95 %에 달하는 COD 제거

• 잔존 COD는 생물학적으로 보다 분해 가능한 것으로 상정한다.


288


• 화학제품 소비

• 에너지 소비


• 처리량: 40,000 m3 연간 (약 150 m3/일)

• 투입염분함량: 10 %

• 조건: 110 ℃ 및 1 bar

• 전처리에 투입되는 COD: 5,000 mg/L (750 kg/일)

• 전처리에 의한 COD 제거: 체류 시간 및 H2O2 정량에 의존

최대 95 % 실제 80 %

• 전처리 후의 COD 부하: 38 kg/일 (95 %의 제거)

150 kg/일 (80 %의 제거).

적용 가능성

• 생물학적 처리에 의해 충분한 제거가 이루어지지 않는 경우에 적용

• 전체 배출수가 낮은 유기물 부하의 세척수, 세정수 및 헹굼 물을 포함하는 경우 전처리는 높은 난

분해성의 부하를 갖는 폐수에 적용되는 경우에만 효율적이다 (4.3.7.10절도 참조).

• H2O2에 의한 화학적 산화반응에 의한 선택적 폐수를 처리하는 사례는 4.3.7.7절에서 제공된다.

기타 사례는 표 4.81에서 제공

표 4.81 H2O2에 의한 화학적 산화의 적용 사례

참조 설비

처리량

m3/시간

(최대)

ppm COD

입력

(최대)

ppm COD

출력오염물질

100 % 산화에

따른

평균 H2O2

소비 kg/m3

투자 비용

EUR

운영

비용

EUR/m3

*108B,I* 8 15,000 5,000

Aniline, pyridine,

thiophene,기타 독성

유기화합물

15 500,000 10

*109A,V* 5 5,000 1,500 비분해 화합물, 유기용제 7 500,000 5

*110B* 2 5,000 500Glyphosate, 기타 독성

유기 화합물10 450,000 8

*112X* 100 3,500 2,500Mercaptobenzothiazole

및 기타2

1,900,00

01.3

경제적 측면

운영 비용: 제거된 COD kg 당 115 유로 표 4.81도 참조한다.


COD 부하의 감축. 지자체의 계획된 생물학적 폐수처리장 경감.


289


*004D,O*, [58, Serr, 2003], [99, D2 comments, 2005]

4.3.8.3 사업장외 생물학적 폐수처리장을 대체하는 사업장내 설비

설명

*016A,I*는 스웨덴에 2개의 의약품 생산 현장을 가지고 있다. 배출수는 과거에 도시 폐수처리장으로

배출되었지만 조사 결과 도시 폐수처리장의 생물학적 제거는 *016A,I*에서 나오는 배출수로 인해 정기적

으로 문제가 발생됨을 보여 주었다. 또한 유기물질은 분해가 되지 않았고 수로에 유입되는 배출수에서

검출되었다. *016A,I*는 수로 직접 배출에 합당한 수질 수준을 갖는 배출수를 만들기 위한 목적으로 처

리를 개선하고 자사 공장에서 나오는 폐수에 대한 자체적인 맞춤형의 공정을 만들기로 결정을 하였다.


• 공동 처리의 낮은 성능을 구체적인 사업장내 처리 방법으로 대치

• 사업장내 처리는 다목적 현장에서 나오는 폐수 그리고 관련된 처리 성능에 대한 효율적 통제, 관리

및 모니터링과 방류수역으로의 직접 배출을 가능하게 한다.

• 산업 배출수와 함께 하수 시스템으로 유입된 휘발성 화합물에 의한 위험을 회피한다.


• 사업장내 처리로 인해 영양물질의 추가가 있을 수 있고, 유량과 부하의 평형을 위해 추가적인 완충

용적이 요구될 수 있다.

• 각각의 경우에 있어서는 난분해성의 화합물은 단지 억제 한계 농도 이하로만 분해될 수도 있다(공

동 처리에서 가능함).


각각의 경우에 의존한다.

적용 가능성

사업장외 처리 시설을 보유한 기존 공장(외주 계약, 공장 레이아웃을 포함하여)이 폐수처리장을 사업

장내로 이동하는 것은 커다란 제약이 따른다.

경제적 측면



도시 폐수처리장에서의 장애 및 그에 따라 발생하는 폐수처리장 배출수의 수질문제 방지. 방류수역으

로의 COD 배출 저감


[52, Berlin, 2000], *016A,I*


290

4.3.8.4 도시하수와의 공동 처리

설명

일반적으로 도시하수와 정밀유기화학물질 제조 현장에서 나온 폐수를 공동 처리하는 것은 시너지 효

과도 없고 부정적인 효과도 없다. 즉 잔류물 부하량이 단순히 추가될 수 있다. 그러나 공동 처리는 장점

과 단점 모두를 가질 수 있다(달성된 환경 편익과 적용 가능성을 참조하도록 한다). 위험을 최소화하기

위해서는 질산화를 억제하는 요소에 대한 폐수 처리시설에 유입된 배출수를 신중하게 조사하고, 적절하

다면 전처리에 의해 일부의 중요한 흐름을 개선하거나 혹은 유량조절 하에 처리장에 유입시키는 것이

필수적이다.

물의 경제성, 그리고 질산화의 중단 시 질소 배출이 발생되는 것을 최소화하기 위해 암모니아에 오염

된 폐수를 암모니아 재활용과 병행하여 알맞게 물리화학적으로 전처리하는 것이 적당할 것이다.

공동 폐수 처리에 있어서, 어떠한 경우에도 질소 제거가 전반적으로 별도의 폐수 처리의 경우보다 더

부실하지 않아야 한다.

공동 처리의 특별한 경우로서 화학적 폐수를 지자체의 폐수처리장으로 통제된 방법에 의해 유입하는

것이 유용하다는 것이 검증되었다. 이것의 사례는 집중적이고 즉시 분해 가능한 흐름을 혐기 단계(소화

탑) 또는 탈질화 단계로 구체적인 계량화된 방법으로 투입하는 것이다.


• 영양 상태의 개선

• 폐수 온도 및 그에 따라 분해 운동을 최적화

• 두 개의 폐수에 대한 일일곡선이 그에 상응하게 구성되거나 혹은 서로 일치하는 경우 공급 부하의

균일화

• 농도를 독성 활동의 위험 한계치 이하로 낮추어 폐수 성분의 독성 및 억제 효과를 저감


없다고 봄


개별 건에 의존함

적용 가능성

개별 건에 대한 평가가 요구된다. 다음의 경우에는 적용이 불가하다.

• 종합 하수 시스템에 의해 지배적으로 배수가 이루어지는 지자체에서, 그리고 상대적으로 높은 강

우량의 경우 수압 과부하가 발생하여 오염물질의 배출 증가를 가져오고 상대적으로 오랜 회수 시

간이 필요한 질화 세균 및 기타 세균이 공동 배출수 처리장에서 휩쓸리는 것을 유발하는 경우

• 생산 관련한 운영상의 결점으로 인해 공동 처리 시설의 경우 도시하수 부분 역시 부적절하게 처리


291

되는 관계로 증가된 수질 오염을 가져오므로 정제율이 감소되는 경우

• 다수의 화학물질은 일부 저농도에서도 질산화를 방해할 수 있다. 질산화의 붕괴 이후에 충분한

질소 제거를 보장해주기 위해서는 몇 주가 소요될 수 있다.

도시하수와의 공동 처리는 많은 미확인 대사산물 및 부산물을 갖는 복합적 배출수에는 적용할 수 없다.

이러한 배출수는 사업장내 생물학적 폐수처리장이 우선되어야 한다 [99, D2 comments, 2005].

일반적으로 처리장 규모가 클수록 생물학적 처리 공정은 보다 안정적이고 달성이 가능한 결과 또한

보다 우수하다 [117, TWG 2 comments, 2005].

경제적 측면

폐수와 하수 슬러지의 공동 처리는 개별적인 경우에 있어서 자본 비용 및 운영비용의 잠재적 절감 가

능성을 제공한다.


비용 절감.


[62, D1 comments, 2004] 및 OFC 부문의 다수 사례

4.3.8.5 사업장외 폐수 처리장의 효율 검증

설명

*001A,I*의 폐수는 최종적으로 지자체의 폐수처리장에서 처리된다. 분해/제거는 샘플 수집 및 혼합 그

리고 도시 폐수처리장의 조건을 시뮬레이션하여 이들 샘플에 분해/제거 시험을 수행함으로써 관련 매개

변수(예를 들어 COD/TOC, 흡수성유기할로화합물, 총인)에 대해 검증된다.


사업장외 폐수처리장의 성능 평가가 가능하다.


없다고 봄


• 주기: 분기

• 호기성 처리의 모의 실험: Zahn‐Wellens 검사 (4.3.1.3절도 참조).

적용 가능성


경제적 측면

시료채취 및 검사를 위한 추가 비용


292


사업장외 폐수 처리의 성능 검증


*001A,I* (수정: *007I*, *021B,I*)

4.3.8.6 전체 배출수의 처리

설명

폐수의 유기물 부하 감축을 위한 주요 단계는 전체 배출수의 처리이다. 통합 대책 및 선택적 폐수의

전처리는 생물학적으로 용이하게 처리할 수 있는 전체 배출수를 만들어낸다. 다목적 생산에서 발생하는

투입의 변화 때문에 생물학적 단계는 여전히 투입의 부하 및 특성(독성, 바이오 분해 정도)의 변화에 대

해 대처해야만 한다. 그림 4.80은 이러한 도전 과제(정밀유기화학물질 제조 분야에서 특히 전형적인)를

우수한 성능으로 충족할 수 있는 신뢰할 수 있는 장치를 보여준다. 이 장치는 두 개의 생물학적 처리

단계, 활성탄 흡착, 화학적 침전 (인의 제거) 및 모래여과를 포함한다.

진균 단계

온도 조절부상

세균 단계

활성탄 흡착 화학적 침전/부상

모래 여과

폐수폐기물

슬러지 완충 및 건조

완충 1

완충 2

그림 4.80 두 개의 생물학적 및 하나의 활성탄 단계에 의한 전체 배출수 처리.


• 유기물 부하의 제거: 97 % (2001)

• 질소의 제거: 80 %

• 인의 제거: 98.5 % (2001)

• 높은 독성 저감, 높은 안정성 대 독성 쇼크

• 분해 가능성이 낮은 잔류 물질에 대해서도 유효


기타의 생물학적 처리장에 비해 추가적인 효과는 없음. 활성탄은 재활용 혹은 처분되어야 한다.


293


• 용량: 2,000 m3/d

• 투입 온도: 29 ‒ 30 ℃

• 체류 시간: 30 시간

• 완충 용적: 2 × 4,000 m3

• 진균 단계: 생물막 (bio-film), pH 4/75 %의 유기물 부하 제거

• 세균 단계: 생물막 (bio-film), pH 8/90 %의 투입에 관련된 유기물 부하 제거.

생물학적 단계 이전에 흡착에 의하여 분해 가능성이 낮은 폐수를 전처리.

적용 가능성

특히 분해 가능성이 낮은 또는 독성의 폐수에 대한 적절한 전처리와 결합될 때 광범위한 적용 가능성

이 기대된다.

주어진 사례는 가능성이 있는 유일한 장치는 아니다. 상세한 정보를 위해서는 [31, European

Commission, 2003], 그리고 특히 그것에 포함된 부록 7.6.1 및 7.6.2에 있는 사례를 참조하도록 한다.

생물학적 처리 이후 활성탄 흡착이 전체 배출수에 적용되는 기타의 사례:

• *009A,B,D*

• *082A,I*

• 흡수성유기할로화합물 보호로서의 *089A,I*.

경제적 측면



도시 폐수처리장 내 공동 처리의 낮은 성능


*016A,I*

4.3.8.7 생물학적 폐수처리장의 보호 및 성능 (1)

설명

생물학적 분해를 방해하는 독성 폐수를 예방하기 위한 적절한 조치를 취할 때 생물학적 폐수처리장의

생물학적 분해 잠재력을 충분히 이용한다면 99 % 이상의 평균 BOD5 제거율이 달성된다고 추정된다. 표

4.82는 독성 및 부유성 고형물에 대한 달성 가능한 배출 수치를 보여준다.


294

표 4.82 생물학적 폐수처리장 이후의 달성가능한 배출값

매개변수 달성 가능한 배출수치 단위

부유성 고형물 10 ‒ 20 mg/L

독성 대상

물고기 LIDF 2

최저

비효율 희석 1

물벼룩 LIDD 4

조류 LIDA 8

발광 세균 LIDL 16

1 설명은 용어집의 LID를 참고할 것

생물학적 처리장의 보호는 다음에 의해 보증된다.

• 독성 폐수의 통합 및 전처리 또는 처분(소각)

• 예를 들어 자동화된 생물학적 검사 장비(“경보장치 (toximeter)”), 슬러지 활동의 측정 혹은 민감한

생산 공정으로부터의 특성 매개변수 통제 방법에 의해 처리되지 않은 폐수의 모니터링

• 유기물 함량, 질소 부하 또는 염분 농도(특히 염분 농도 10 g/L 이상 발생 시)에 관하여 투입 수

질의 변동을 방지하기 위한 충분한 완충용적 공급

• 생물학적 처리설비의 생물 환경에 피해를 입힐 수도 있는 의외의 오염 폐수를 분리하기 위한 체류

용적 공급

• 생산과 폐수처리장 시설 간에 진보된 통신 절차 적용(예를 들어 공정에서 나온 의외의 배출에 대

한 정보)

부유성 고형물에 대한 달성 배출 수준의 사례(연간 평균):

• 014V,I 10 mg/L

• 011X >10 mg/L

• 008A,I 10.4 mg/L

• 081A,I 17 ‒ 20 mg/L

• 036L 20 mg/L


• 생물학적 폐수처리장의 보호

• 산소요구량, 부유물질 및 독성으로 인한 방류 수역의 경감


없다고 봄.


개별적인 경우에 따라 달라짐.


295

적용 가능성


급성 독성 이외에도 기타의 관련된 양상은 만성 독성, 생물학적 축적 및 내분비계 장애를 포함할 수

있다. 생물학적 축적 및 내분비계 장애에 대해서는 측정규정이 여전히 진행 중에 있다 [99, D2

comments, 2005].

경제적 측면



생물학적 폐수처리장의 보호 및 산소요구량, 부유성 고형물 및 독성으로 인한 방류 수역의 경감


[50, UBA, 2001]

4.3.8.8 생물학적 폐수처리장의 보호 및 성능 (2)

설명

*100A,I* 는 특히 질소의 제거에 대해 안정적인 성능을 보증하기 위해 사업장내 생물학적 폐수처리장을

개선하고 있다. 미래의 시스템은 A/B 시스템이 될 것이다. 단계 A에서 유입수는 COD 제거 및 유기 질

소의 암모늄화 작용에 의해 독성이 제거될 것이다. 단계 B에서는 NH4‐N이 질산화/탈질화 및 급격하게

바이오 분해가 가능한 “탄소원”의 추가에 의해 제거될 것이다. 표 4.83은 현재의 장치 및 결과적인 질소

배출 수준을 보여준다.

현재 조건 하에서는 완충 및 전처리에도 불구하고 그 성능이 다음에 의해 영향을 받을 것이다.

a) 특정 생산 배치와 큰 상관관계를 갖는 질소 투입량의 변동

b) 독성의 투입

그림 4.81은 3개의 예시한 기간에 대한 배출 수준을 보여준다.

기간 1에서 10 ‒ 20 mg/L의 무기질소 평균 배출 수치가 현재의 시스템으로 달성되었다. 이 기간 중

에는 아주 안정적이고 낮은 부하에서 NO2– 및 NO3

– 는 검출되지 않았다(자료는 보여지지 않는다). NH4‐N의 평균 농도는 14.8 mg/L였다.

기간 2에서는 질소 부하량이 급격히 증가하여 그 결과 73.7 mg/L의 NH4‐N 평균 농도가 1개월 이상

지속 도달하였다. 폐수에 존재하는 하나 혹은 그 이상의 물질의 독성 때문에 미생물 군집이 보다 높은

질소 부하량에 적응할 수 없었다.

기간 3은 특정 생산 기간의 결과로서 팩터 10에 의해 슬러지 부하율이 증가함에 따라 질소의 최대 효

과를 나타낸다. 잔류 독성이 있을 수는 있지만 시스템의 급격한 회수가 관찰된 관계로 그렇게 예상하지


296

는 않는다.

표 4.83 개선 전 현재 생물학적 폐수처리장의 장치 및 질소 배출 수준

유입물

2,000 m3/day

총질소: 20 ‒ 120 mg/L

무기질소: 10 % of 총 질소

완충 2,800 m3

중화

1. 정제

살수장치 3,160 m3

2. 정제

활성 슬러지 8,000 m3

3. 정제

슬러지 부하율0.1 kg COD/kg VSS.d

6 g N/kg VSS.d

2002년 중반부터 2004년 중반까지 자료

NH4-N NO3-N NO2-N

mg/L

평균 33.8 12.2 4.4

75 % 59.0 15.6 1.0

90 % 84.6 51.4 8.8

기간1

기간2기간3

그림 4.81 2002‒2004년 중 3차례 표본기간에 대한 NH4-N 배출 수준.


297


• 생물학적 폐수처리장의 안정적인 성능

• 개선 후의 계획: 10 ‒ 20 mg/L 무기질소 (평균).


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면

개선 비용


생물학적 폐수처리장의 불안정한 운영.


* 100A,I*

4.3.8.9 COD 제거율: 폐수

설명

95 % 이상의 COD 제거율은 높은 난분해성 부하량을 지닌 폐수에 대해 통합 (4.3.7.10, 4.3.7.11,

4.3.7.12절도 참조) 및 생물학적 폐수처리장에서의 처리 이전 혹은 그것을 대신한 후속적인 전처리에 의

해 달성된다.

적절한 전처리 기술은 다음을 포함한다.

• 활성탄 흡착 시설 (사례: *009A,B,D*}

• 고압 습식 산화 (사례: *015D,I,O,B*)

• 저압 습식 산화 (*014V,I*)

• 폐수의 증발 및 소각(*040A,B,I*).


방류수역으로의 COD 배출에 대한 효과적인 저감.


응용 전처리 기술에 따라 달라짐.


298


응용 전처리 기술에 따라 달라짐.

적용 가능성


경제적 측면



방류수역으로의 COD 배출 저감.


[50, UBA, 2001]

4.3.8.10 COD 배출 수준 및 제거율의 이해

설명

정밀유기화학물질 제조 현장의 전체 배출수는 폐수가 방류 수역으로 배출되기 전에 일반적으로 사업

장내 혹은 사업장외 생물학적 폐수처리장에서 처리된다. 기타의 처리 기술을 사용한 전체 배출수의 처리

는 예외이다(표 4.84를 참조).

표 4.84 전체 배출수의 처리 대안

전체 배출수의 처리 대안

적용 기술 근거

067D,I 습식 산화 비분해성 유기물 부하

045E 증발 국지의 기상 조건 및 낮은 용적 유량 (60 m3/day)이 증발을 가능하게 한다.

024A,I 소각 국지의 조건은 고비용의 솔루션을 매우 선호한다.

생물학적 폐수처리장에 대해 93 ‒ 97 %의 COD 제거율이 연간 평균으로서 달성된다(그림 4.82 참조).

COD 제거율을 독립적 매개 변수로서 이해할 수 없으며 개별 상황의 전후관계 속에서 이해를 하여야

한다는 점이 중요하다. COD 제거율에 영향을 갖는 요소 및 그 효과는 표 4.85에서 제공된다. 그림

4.82에서 제거율 75 ‒ 77 %이며 동떨어져 있는 두 개의 점은 광범위한 통합 및 전처리에도 불구하고

위에 언급한 요인 (e)가 그 원인이다(전처리를 포함하여 전반적인 제거율은 보다 높다. 표 3.3도 참조

하도록 한다).

추가적으로 본다면 정밀유기화학물질 제조 공장의 운영상의 모드(배치, 캠페인, 생산 스펙트럼의 변경)

도 그러한 차이를 만든다. 그림 4.83, 4.84, 4.85는 투입 용적 유량, 유기 투입/산출 및 제거율의 그러한

차이를 보여준다. 이것이야말로 COD 제거율이 일반적으로 연간 평균으로서 주어지는 이유이다.

본 기준서의 목적을 위해서 보고된 사례들은 12 ‒ 390 mg/L의 COD 배출 수준을 보인다. 그림 4.82


299

는 산출 농도와 COD 제거율 간에 어떠한 상관관계도 확인될 수 없다는 것을 보여준다. 생물학적 단계

가 효율적으로 작동하고 있다는 것을 상정한다면 (높은 COD 제거), 남아있는 불응성 부하는 단지 통합

및 전처리에 의해서만 감소될 수 있다. *017A,I*의 데이터 세트가 이것을 아주 잘 보여주고 있다.

• COD 투입: 9,000 mg/L (상대적으로 높은 투입 수준)

• COD 제거: 96 % (매우 좋아 보임)

• BOD 제거: 99.6 % (역시 좋아 보임).

그러나 제공된 데이터 세트 중에서는 가장 높은 배출 수준임 (390 mg/L).

표 4.85 생물학적 폐수처리장의 COD 제거율에 대해 영향을 미치는 요인

요인 효과

통합 및 전처리의

정도

(a) 생물학적 처리 이전 난분해성 COD의 광범위한 통합 및 제거 보다 높은 제거율

(b)생물학적 처리 이전 난분해성 COD의 광범위한 통합 및 제거의

저하보다 낮은 제거율

(c) 용제의 광범위한 제거 보다 낮은 제거율

(d) 용제 제거의 저하 보다 높은 제거율

생산 스펙트럼(e) 생산스펙트럼이 폐수의 대부분에서 난분해성의 COD를 유발

전처리에도 불구하고 보다

낮은 제거율

(f) 생산스펙트럼이 폐수의 단지 일부에서 난분해성의 COD를 유발 보다 높은 제거율

CO

D

배출 수준

(

단위: m

g/L

):

COD 제거율

그림 4.82 정밀유기화학물질 제조 현장 생물학적 폐수처리장의 COD 제거율 및 배출 수준.


300

CO

D

제거

1월부터 9월까지

그림 4.83 전체 배출수의 생물학적 처리에 대한 COD 제거 프로파일.

프로파일은 투입/산출 농도 및 처리 용적에서 나온 일일 수치를 토대로 한다.

TOC: 완충 투입/배출, 2003년도 일 평균

그림 4.84 다목적 현장의 생물학적 폐수처리장의 투입 및 배출.

2003년도 일일수치

그림 4.85 *043A,I*의 생물학적 폐수처리장의 부피 유량.


301


성능 데이터의 이해는 최적화 전략 수립의 근거이다.


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면



성능 데이터의 이해는 최적화 전략 수립의 근거이다.


자료 및 참조 공장에 대해서는 표 3.3을 참조.

4.3.8.11 BOD 제거율 및 배출 수준

설명

정밀유기화학물질 제조 공장에서 나오는 전체 배출수는 일반적으로 그리고 최종적으로 생물학적 폐수

처리장에서 처리된다. BOD 제거 및 배출 수준은 용이하게 분해될 수 있는 유기물 부하의 생물학적 분

해가 어느 정도까지 완료되는지를 나타낸다.

제공된 데이터는 생물학적 폐수처리장에 투입되는 BOD 투입 수준이 370 ‒ 3,491 mg/L임을 보여준

다. 그림 4.86은 관련된 BOD 제거율 및 배출 수준을 보여준다. 달성된 모든 배출 수준은 20 mg/L 이

하이며 제거율의 범위는 98.4 ‒ 99.8 %이다. 가장 낮은 BOD 제거율은 낮은 유입농도 (370 mg/L)에 속

하며 제공된 BOD 배출 수준 중에 가장 낮은 값이다 (6 mg/L). 모든 수준은 여과되지 않은 샘플의 검

사와 관계가 있다.


302

BO

D

배출 수준 m

g/L

BOD 제거율 %

그림 4.86 달성된 BOD 배출 수준과 관련된 BOD 제거율.


• 쉽게 분해 가능한 유기물 부하의 완료는 방류 수역을 경감한다.

• 낮은 BOD 배출 수준은 생물학적 단계의 운영 안정을 나타낸다.


가능한 것으로 사료되지 않음.



적용 가능성

일반적으로 적용 가능

경제적 측면



달성된 환경 편익을 참조한다.


표 3.3에 있는 참고 공장을 참조한다.


303

4.3.8.12 흡수성유기할로화합물 제거율 및 배출 수준

설명


처리장에서 처리된다. 흡수성유기할로화합물 제거 및 배출 수준은 생물학적 분해 공정이 어느 정도까지

할로겐족 유기물을 제거하는지를 나타낸다. 제공된 데이터는 흡수성유기할로화합물 제거율 15 ‒ 94 %

그리고 배출 수준 0.06 ‒ 1.7 mg/L를 보여준다. 그림 4.87은 달성된 배출 수준에 대한 흡수성유기할로

화합물 제거율을 보여준다. 투입 농도에 대해서는 4.3.7.14절을 참조한다.

흡수성유기할로화합물 데이터가 동일한 공장에서 나온 것임을 고려한다면 흡수성유기할로화합물 제거

율은 COD 제거에 비해 체계적으로 더 낮다. 이것은 할로겐 화합물(다른 무엇보다도)이 보다 낮은 생분

해도를 유발하는 기능성 집단에 속한다는 가정을 반영하는 것이다 [33, DECHEMA, 1995].

흡수성유기할로화합물은 단지 유기 화합물에 대한 또 다른 스크리닝 매개변수이며 따라서 흡수성유기

할로화합물 배출을 저감하는 전략은 이와 유사하게 폐수의 통합 및 전처리를 기반으로 한다.

사례: *023A,I*의 경우 흡수성유기할로화합물과 관련한 어떤 전처리도 수행되지 않으며 배출 수준은 5

mg/L이다.

AO

X

배출 수준 m

g/L

흡수성유기할로화합물 제거율 %

그림 4.87 흡수성유기할로화합물 제거율과 배출 수준.


• 흡수성유기할로화합물로 인한 방류 수역의 경감

• 개선 전략 개발을 위한 스크리닝 매개변수


없다고 봄.


304



적용 가능성


경제적 측면





표 3.5의 참고 공장을 참조한다.

4.3.8.13 LID 배출 수준

설명


처리장에서 처리된다. 배출수 (WEA)의 평가는 조류, 발광세균, 물벼룩속(屬), 물고기에 대한 잔류 독성

및 유전독성을 보여준다. 그림 4.88은 제공된 LID 배출 수준을 보여준다(표 3.5도 참조하도록 한다).

생물학적 처리 후 증가된 잔류 독성 수준 (LID 혹은 EC50으로 표현된)은 잠재적 개선을 시사한다. 옵

션은 다음을 포함한다.

• 독성 유기물 부하를 갖는 폐수의 통합/전처리 제공

• 생물학적 폐수처리장 투입물의 완충/균등화 개선

점 오염원

LID 수치

조류세균

물벼룩물고기유전독성

그림 4.88 전체 배출수의 평가에서 나타난 독성 수치.


305


• 방류 수역의 경감

• 잠재적 개선의 지표


없다고 봄



적용 가능성


경제적 측면

추가 모니터링 및 그에 따른 조치의 비용





4.3.8.14 질소 배출 수준

설명


처리장에서 처리된다. 무기질소 화합물 (NH4+, NO3

–, NO2–의 합으로서 무기질소로 표현된)의 분해는 질

산화 및 탈질화의 단계로서 수행된다. 그림 4.89는 총 질소에 대한 것을 포함하여(이용이 가능한 경우

에) 제공된 배출 데이터를 보여준다. 무기질소에 대한 수준은 1 ‒ 34 mg/L의 범위이다. 총질소에 대한

배출수준은 일반적으로 보다 높으며 그 이유는 유기적으로 결합된 질소 역시 그 수치에 포함되기 때문

이다. 가장 높은 무기질소를 배출하는 생물학적 폐수처리장 (50 ‒ 34 mg/L)는 처리 용량 조절 혹은 성

능 개선을 위해 2004년도에 개선되었다. 어떤 경우에서 높은 수치는 확장된 발효장치에서 나온 높은

NH4+ 부하로 인한 것이며 다른 경우는 4.3.8.8절에서 설명된다. 가장 낮은 수치는 폐수처리장의 용량이

오랜 체류 시간을 제공하는 경우, 예를 들어 1 mg/L의 무기질소 및 7일이라는 체류 시간을 갖는

*096A,I*의 경우에 달성된다.


306

무기질소

총질소질소 배출 m

g/L

점 오염원

그림 4.89 생물학적 폐수처리장 이후의 질소 배출 수준.




없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면



방류수역으로의 무기 질소 화합물 배출 저감.



4.3.8.15 폐수에서 나오는 무기질소의 제거

설명

10 ‒ 20 mg/L의 연평균 무기질소 배출은 생물학적 폐수처리장 내에서의 질산화 및 탈질화에 의해 달

성 가능하다.


방류수역으로의 무기 질소 화합물 배출을 효과적으로 저감


307


추가 처리 단계 운영을 위한 에너지 소비


최적화된 분해를 보증하기 위해서는 충분한 체류 시간이 요구된다.

적용 가능성


경제적 측면



방류수역으로의 무기 질소 화합물 배출 저감


[50, UBA, 2001], [31, European Commission, 2003]

4.3.8.16 폐수에서 나오는 인 화합물 제거

설명

1 ‒ 15 mg/L의 연간 평균 총 인 배출은 생물학적 제거 및 요구되는 경우에 생물학적 폐수처리장 내

에서의 화학적/기계적 처리에 의해 달성이 가능하다.


인 화합물의 방류 수역 배출을 효과적으로 제거


없다고 봄.



적용 가능성


경제적 측면



인 화합물의 방류 수역 배출 저감.


308



4.3.8.17 인의 배출 수준

설명


처리장에서 처리된다. 인 화합물은 생물학적 단계에서 영양분으로 일부 소비되고 잔류량은 방출되기 전

에 화학적/기계적 방법으로 제거된다. 그림 4.90은 정밀유기화학물질 제조 현장에서 생물학적 폐수처리

장으로 투입/배출되는 수준을 제공한다.

투입 수준은 3.5 ‒ 48 mg/L이고 배출 수준은 (화학적/기계적 처리가 적용되는 경우) 0.2 ‒ 1.5 mg/L

이다. *086A,I*, 의 경우 구체적인 인 제거를 위해 화학적/기계적 처리는 수행되지 않는다.

아래는 보다 높은 배출 수준을 갖는 사례이다.

• *011X*: 생물학적 단계의 최적화는 보다 낮은 인 배출 수준의 결과를 가져왔다 (2000년도: 1.5

mg/L; 2003년도: 0.5 mg/L)

• *047B*: 생물학적 단계의 최적화에도 불구하고 인의 배출 수준은 1.3 mg/L이다. 이 현상의 배경은

인 유기화합물의 생산이다.

생물학적 WWTP로의 투입

생물학적 WWTP에서의 배출

총인 m

g/L

점 오염원

그림 4.90 정밀유기화학물질 제조 현장의 생물학적 폐수처리장에 대한 총인 투입 및 배출 수준.




없다고 봄.


309

운영 관련 데이터, 적용 가능성


경제적 측면

일반적으로 적용 가능.


인 화합물의 방류 수역 배출 저감.



4.3.8.18 활성 성분 생산에서 나오는 배출수의 생물 모니터링 (Biomonitoring)

설명

*040A,B,I* 현장에서 원료의약품 및 살생물제 (biocide)가 생산된다. 생물학적 모니터링(물고기, 물벼룩,

조류 및 발광 세균에 대한 독성을 LID 수치로 표현)은 생물학적 폐수처리장 이후 남아 있는 배출수의 잔류

급성 독성을 평가하기 위해 사용되어 왔다 (4.3.8.13절도 참조). 몇 년에 걸친 경험은 다음을 보여준다.

• 일반적으로, 서로 다른 4개의 검사 대상 종에서 유래된 정보는 서로를 보완한다.

• 대규모의 복잡한 생산 현장에서 조차도 잔류 급성 독성의 원인을 확인하고 그 영향을 최소화하는

것이 기술적으로 가능하다.

• 시료 채취 주기는 생산 스펙트럼에 있어서의 변경 주기와 일치하여야 한다(주어진 사례에서는 연간

20개의 샘플이 검사된다).

그림 4.91은 *040A,B,I*의 경우에 대한 1985 ‒ 1996년까지의 생물학적 모니터링 결과를 보여준다. 단

계적으로 그 공장은 위험한 폐수의 통합 및 처분(소각) 그리고 특정 생산 단계의 개선을 실현하였다. 최

종적으로 다음과 같은 평균 LID 수치가 달성되었다.

• LIDF : 1

• LIDD : 2

• LIDL : 3

• LIDA : 1


310

물고기에 대한 독성

물벼룩에 대한 독성

발광세균에 대한 독성

조류에 대한 독성LID

인자

그림 4.91 *040A,B,I*의 배출수에 있는 평균 잔류 급성 독성.

각각의 연간 수치는 20개의 측정을 토대로 한다.


생물학적 모니터링 자료는 잔류 급성 독성 및 복합 배출수의 평가를 위한 유용한 수단을 나타낸다.


없다고 봄.


모니터링 주기는 생산 스펙트럼에 있어서의 변경과 일치하여야 한다.

적용 가능성

기타의 매개 변수가 생물학적 폐수처리장의 성능 차이를 나타내는 경우 또는 독성이 이미 생산 스팩

트럼(예를 들어 생물학적 활성 성분) 때문에 중대한 우려 사항으로서 확인된 경우에 특히 적용 가능하다.

생산 현장이 기타 매개 변수의 관찰에 의해서는 용이하게 확인이 될 수 없는 내재적인 독성 문제를

갖는 경우에 상황을 확인하기 위해 일반적으로 적용 가능하다.

경제적 측면

• 샘플링 및 측정을 위한 비용

• 입수된 정보의 높은 가치


활성 성분의 생산에서 나오는 배출수의 잔류 급성 독성


[88, Falcke, 1997], *040A,B,I*


311

4.3.8.19 폐수 처리의 관리 수단으로서의 WEA

설명

폐수의 처리에 대한 유효성은 WEA (전체 배출수 평가)에 의해 평가될 수 있다 (2.4.2.4절도 참조).

독성, 지속성 및 생물농축으로 구성된 생태 독성의 양상에 대한 평가는 처리된 폐수 혹은 전체 배출수에

대해 환경 영향 검토를 위해 수행된다. 환경 영향이 중대한 것으로 판단되는 경우에 폐수의 처리는 개

선을 필요로 한다. 폐수 처리의 변경은 그러한 변경의 환경적인 성능에 대해 평가된다.


수생 환경에 대한 부정적 영향의 감소


전처리 기술에 따라 다르다.


전처리시설에서 나온 배출수는 채취・평가될 수 있다. 수집된 정보는 환경에 대한 영향의 저감을 위한

관리 수단으로서 사용이 가능하다.

적용 가능성

기타의 매개 변수가 생물학적 폐수처리장의 성능 차이를 나타내는 경우 또는 독성이 이미 생산 스팩

트럼(예를 들어 생물학적 활성 성분) 때문에 중대한 우려 사항으로서 확인된 경우에 특히 적용 가능하다.

생산 현장이 기타 매개 변수의 관찰에 의해서는 쉽게 확인이 될 수 없는 내재적인 독성 문제를 갖는

경우에 상황을 확인하기 위해 일반적으로 적용 가능하다.

WEA 툴박스 안에서 몇 가지의 검사가 이용 가능하며 대부분 급성 독성 및 생물농축에 관해서는 강

력한 검사이기도 하다. 그러나 지속적이고 만성적인 독성에 대해서는 보다 추가적인 작업이 요구되며 향

후 몇 년 안에 그러한 문제는 마무리될 것으로 예상한다.

경제적 측면

WEA 내에서의 검사 수행에 요구되는 노력은 혼합 배출수의 단일 물질에 대한 종합적인 분석과 비교

될 수 있다.


방류 수역의 경감


[99, D2 comments, 2005], [73, Gartiser, 2003]


312

4.3.8.20 독성 및 TOC의 온라인 모니터링

설명

다목적 생산에서 나오는 투입의 변화 때문에 폐수처리장의 생물학적 단계는 투입물의 부하 및 특성

변화, 예를 들어 독성을 다루어야 한다. 생물학적 폐수처리장에 독성이 투입되는 것은 분해 공정을 억제

할 수 있고 안정적인 운영을 해칠 수 있다.

독성의 온라인 모니터링은 생물학적 폐수처리장에서 나온 배출수에 노출되었을 때 미생물 (예를 들어

질화세균)의 호흡 억제를 참고용 샘플과 비교하여 측정하는 것이다 (그림 4.92 참조). 억제의 증가 (20

‒ 30 % 및 그 이상)는 아래와 같은 대책을 수립하도록 유발한다.

• 활성탄의 추가적인 주입

• 배출수를 완충 탱크로 재순환

온라인 TOC 측정에서 나온 자료와 결합하여 억제 효과를 확실한 생산 공정에 관련시키는 것도 가능

할 수 있다.

O2 전극

배출수

측정 셀영양액

배출

발효장치(시험균주)

그림 4.92 온라인 독성 모니터링의 원리.


잔류 급성 독성이 우려사항으로서 확인되는 경우 사업장내 생물학적 폐수처리장을 보호하고 통제하는

수단.


없다고 봄.


• 반응 시간 3분 미만

• 사업장내 생물학적 폐수처리장의 질화 세균이 시험균주로서 사용되는 경우 대표적인 측정

• 시험균주에 대한 폐수 비율은 조절이 가능하다.


313

적용 가능성


유사한 셋업:

• *009A,B,D*: 독성(완충 투입) 및 DOC 온라인 측정

• *010A,B,D,I,X*: 독성(완충 투입) 및 TOC 온라인 측정

경제적 측면

• 투자: EUR 40,000 ‒ 50,000

• 운영: 연간 EUR 4,000 ‒ 5,000


잔류 급성 독성이 우려사항으로서 확인되는 경우 생물학적 폐수처리장의 보호.


[91, Serr, 2004], *016A,I*

4.3.8.21 생물학적 처리 이전 및 이후의 전체 배출수 모니터링

설명

구성된 모니터링 시스템에 의해 입수한 자료는 특히 새로운 공정이 도입되거나 문제가 발생하는 경우

화학제품 현장의 의사결정에 대한 중요한 근거가 될 수 있다. 장기적 경향과 더불어 특별 생산 주기(예를

들어 시험 (trial)), 새로운 원료의 도입 혹은 장비의 대체와 같은 단일 사건의 영향도 확인이 가능하다.

추가적으로 자체적인 모니터링 자료는 ELV의 준수를 입증할 수 있고 신뢰의 분위기를 조성할 수 있다.

표 4.86은 참고로 인용한 공장에서 수립한 바와 같은 폐수 모니터링 계획을 보여준다.


의사 결정을 위한 중요한 자료 근거


없다고 봄.


• 매개 변수가 폐수에서 전혀 발생하지 않거나 혹은 검출 한계 이하에서 발생할 것으로 기대된다면

측정은 생략된다.

• 원료 투입으로부터 매개 변수가 신뢰할 수 있는 수준으로 계산될 수 있다면 낮은 수준의 주기가

실행된다.


314

모니터링대상 매개변수 주기

전처리장치 투입 및 배출

(성능)관련 매개변수 일일/배치 기준

생물학적 WWTP

투입용적

pH

연속적

연속적

생물반응조 투입 및 배출

(혐기 단계, 압력 생물학)COD or TOC 일일

생물학적 단계로 투입

COD or TOC

NH4-N

총인

일일

일일

일일

통기탱크

산소함유량

pH

온도

슬러지 지표

탈질소화 이후 NO3-N

연속적

연속적

연속적

일일

일일

정제단계 가시도 일일

하수 혹은 방류 수역 배출 이전 샘플 채취점

pH

온도

부유물질

BOD5

COD or TOC

NH4-N

NO3-N

NO2-N

CrVI

Cl2

CN-

연속적

연속적

일일

주간

일일

주2회

주2회

주2회

주2회

주2회

주2회

적용 가능성


경제적 측면

• 샘플링 및 측정을 위한 비용

• 입수 정보의 높은 가치


의사 결정 및 준수 입증을 위한 데이터베이스의 확립.


*001A,I*, *014V,I*, *015D,I,O,B*

표 4.86 참조 설비에서 수행되는 모니터링 계획


315

모니터링대상 매개변수 주기

총인

F-

SO42-

S2-

SO32-

Al3+

As

중금속


나열된 물질

월간

월간

월간

월간

월간

월간

월간

2개월 마다

2개월 마다

2개월 마다

방류수역 배출점 검사

냄새, 색상, 슬러지 발생과 같은 특징 월간

매개변수가 폐수에서 전혀 발생되지 않을 것으로 예상하는 경우에는 측정이 생략된다.

신뢰할 수 있는 매개변수가 원료투입에서 계산될 수 있다면 보다 낮은 주기가 실행된다.

4.4 환경 관리 수단

설명

최선의 환경적 성능은 일반적으로 최선의 기법을 도입하고 가장 효과적이고 효율적인 방법으로 운영

하는 것이다. 이것은 IPPC 지침에 의해 “사용 기술과 시설이 설계, 구축, 유지 보수, 운영 및 해체되는

방법”으로서 ‘기법’을 정의한 것을 보면 이해할 수 있다.

IPPC 시설로서 환경관리 시스템은 이러한 설계, 구축, 유지 보수, 운영 및 해체를 체계적이고 입증 가

능한 방법으로 다루기 위해 관리자가 사용할 수 있는 하나의 수단이다. 환경관리시스템은 환경 정책의

개발, 실행, 유지, 검토 및 관찰을 위한 조직 구조, 책임, 실행, 절차, 프로세스 및 자원을 포함한다. 환

경 관리시스템은 그 시스템이 시설의 전반적 관리와 운영의 내재적인 부분을 구성하는 경우에 가장 효

과적이고 효율적으로 된다.

EU 내에서는 다수의 조직이 자발적으로 EN ISO 14001:1996 또는 EU 생태관리 및 감사 계획, 즉 유

럽연합환경경영감사제도 (EMAS)를 기반으로 하는 환경관리 시스템을 시행하기로 결정하였다. 유럽연합

환경경영감사제도는 EN ISO 14001의 관리 시스템 요건을 포함하지만 법적 준수, 환경적 성능 및 직원

개입에 대해 추가적인 강조를 하고 있으며, 그것은 또한 관리 시스템의 대외적 검증과 공식적인 환경 선

언의 인증을 요구한다 (EN ISO 14001에서 자발적 선언은 대외적인 검증에 대한 하나의 대안이다). 또한

표준화되지 않은 환경관리시스템을 채택하기로 결정한 다수의 조직이 존재한다.

표준화 시스템 (EN ISO 14001:1996 및 유럽연합환경경영감사제도) 및 비표준화(맞춤형) 시스템 모두

원칙적으로는 조직을 하나의 실체로서 인정하지만 본 기준서는, IPPC 지침 하에서 규제를 받는 실체는

시설이라는 사실 (2조에 정의된 바와 같이) 때문에, 조직의, 예를 들자면 제품과 서비스에 대한, 모든 활


316

동을 포함하지 않는 정밀한 접근 방식을 취한다.

IPPC 시설에 대한 환경관리 시스템은 다음과 같은 구성요소를 포함할 수 있다.

(a) 환경 정책의 정의

(b) 목적 및 목표의 기획 및 수립

(c) 절차의 실행과 운영

(d) 점검 및 교정 조치

(e) 관리 검토

(f) 규칙적인 환경 선언의 준비 작성

(g) 인증 기관 혹은 외부의 환경관리 시스템 검증 주체에 의한 인증

(h) 공장 최종 해체를 위한 다자인 고려

(i) 청정 기술의 개발

(j) 벤치마킹

이들 특징은 아래에서 보다 상세하게 설명한다. 위에 언급하였으며 유럽연합환경경영감사제도에 모두

포함된 (a)에서 (g)까지 구성요소에 대한 상세 정보를 위해서 독자들은 아래에 기술한 참고 문헌을 조회

하도록 한다.

(a) 환경 정책의 정의

최고 경영진은 시설을 위한 환경 정책 정의 및 다음을 보증하는데 책임을 갖는다.

- 환경 정책이 활동의 성격, 규모 및 환경 영향에 적절하다.

- 오염의 예방 및 통제에 대한 약속을 포함한다.

- 관련된 모든 적용 가능한 환경 법안 및 규정 그리고 조직이 신청한 다른 요건을 준수한다는 약속을

포함한다.

- 환경의 목적 및 목표를 설정하고 검토하는 틀을 제공한다.

- 문서화한 후 모든 직원에게 전달한다.

일반 대중 및 모든 이해당사자가 이용 가능하다.

(b) 계획, 즉:

- 환경에 중대한 영향을 주거나 줄 수 있는 그러한 활동을 결정하고 이 정보를 최신으로 유지하기

위해 시설의 환경적 양상을 확인하는 절차.

- 조직이 신청하고 그 활동의 환경적 양상에 적용이 가능한 법적 및 기타의 요건을 확인하고 그에


317

접근하는 절차

- 법적 및 기타의 요건 그리고 이해 당사자의 견해를 고려하여 문서화된 환경 목적 및 목표를 수립

하고 검토

- 각각의 기능 및 수준에서 목적 및 목표를 달성하는 책임 그리고 달성의 방법 및 일정의 지정을

포함하여 환경 관리 프로그램을 수립하고 정기적으로 업데이트

(c) 절차의 집행 및 운영

절차가 알려지고 이해되며 준수되도록 보증할 수 있도록 제도를 갖추는 것은 중요하므로 효과적인 환

경관리는 다음을 포함한다.

(i) 구조와 책임

- 한 사람의 구체적인 관리 대표를 임명하는 것을 포함하는 역할, 책임 및 권한을 정의, 문서화 및

의사전달

- 인적 자원, 전문성, 기술 및 재무 자원을 포함하여 환경 관리 시스템의 집행 및 통제에 중요한 자

원을 공급

(ii) 훈련, 인지 및 권한

- 그 업무가 활동의 환경적 충격에 중대한 영향을 주는 모든 인원이 적절한 훈련을 받는 것을 보증

하기 위해 훈련 필요성을 확인

(iii) 의사전달

- 시설의 다양한 수준 및 기능 간 내부 의사전달 절차 그리고 외부 이해 당사자와의 대화 촉진 절

차 및 외부 이해당사자로부터의 관련 의사전달을 입수, 문서화 및 합리적인 경우에는 대응하는 절

차를 수립 및 유지

(iv) 직원의 개입

- 제안 예약 제도 혹은 프로젝트 기반의 그룹 작업 혹은 환경 위원회와 같은 적절한 형태의 참여를

적용함으로써 높은 수준의 환경 성능 달성을 목표로 하는 과정에 직원을 개입

(v) 문서화

- 관리 시스템의 핵심적 요소 및 그 상호작용을 설명하고 관련 문서화 작업에 방향을 제공하기 위

해 종이 혹은 전자적 형태로 최신의 정보를 수립하고 유지.

(vi) 효율적인 프로세스 통제

- 예를 들면 준비, 작업 개시, 일상적인 운영, 셧다운 및 비정상적인 상태 등 모든 모드의 운영 하

에서 프로세스를 적절하게 통제.


318

- 이들 매개 변수(예를 들어 유량, 압력, 온도, 구성 및 량)를 측정하고 통제하는 주요 성능 지표 및

방법을 확인.

- 근본 원인을 확인하고 이들 사건이 재발하지 않도록 보증하기 위한 비정상적 운영 상태의 문서화

및 분석(이것은 원인의 확인이 개인의 잘못을 추궁하는 것보다 더 중요한, ‘잘못을 묻지 않는’ 문

화에 의해 촉진될 수 있다).

(vii) 유지 보수 프로그램

- 장비 및 표준 등에 대한 기술적 설명 그리고 장비 고장 및 그 결과를 기반으로 한 유지 보수를

위한 조직화된 프로그램 수립

- 적절한 기록 보전 시스템 및 진단 검사에 의해 유지 보수 프로그램을 지원

- 유지 보수 계획 및 실행의 책임을 명확하게 할당

(viii) 비상 대응 태세 및 대응

- 사고 및 비상 상황의 잠재성 확인 및 그 대응 그리고 그와 연관된 환경 영향 예방 및 완화의 잠

재성을 확인하는 절차를 수립하고 유지

(d) 점검 및 교정 조치, 즉

(i) 관찰 및 측정

- 성능 추적의 정보 기록, 관련 운영 통제 및 시설의 환경 목적 및 목표 적합성을 포함하여 환경에

중대한 영향을 줄 수 있는 운영 및 활동의 주요 특성을 정기적으로 관찰 및 측정하는 문서화된

절차를 수립 및 유지(배출 모니터링의 참고 기준서도 참조한다).

- 관련 환경 법안 및 규정 준수를 정기적으로 평가하는 문서화된 절차를 수립 및 유지

(ii) 교정 및 예방 조치

- 허가 사항과 기타 법적 요건 및 목적 및 목표의 불일치를 취급 및 조사하고, 발생된 모든 영향을

완화하며, 문제의 규모에 적절하고 발생된 환경 영향에 상응하는 교정 및 예방 조치를 취할 수

있는 책임과 권한을 정의하는 절차를 수립 및 유지

(iii) 기록

- 훈련 기록 및 감사와 검토 결과를 포함하여 분명하고 확인 가능하며 추적 가능한 환경 기록을 확

인, 유지 및 처리하는 절차의 수립 및 유지

(iv) 감사

- 환경 관리 시스템이 계획된 합의 사항을 준수하고 적절히 실행 및 유지되었는지 여부를 결정하기

위하여, 감사 범위, 주기 및 방법뿐 아니라 감사 수행 및 결과 보고의 책임과 요건을 포함하며,

직원과의 협의, 운영 상태 및 장비의 검사, 기록 및 문서의 검토를 포함하며 문서 결과 보고를 창

출하며 직원 (내부 감사) 혹은 외부 당사자 (외부 감사)에 의해 공명정대하고 객관적으로 수행되

는 정기 환경관리 시스템 감사를 위한 프로그램 및 절차를 수립 및 유지

- 활동의 성격, 규모 및 복잡성, 관련된 환경 영향의 중요성, 이전 감사에서 발견된 문제의 중요성


319

과 긴급성, 환경 문제의 이력에 따라서 적절한 감사 혹은 감사 일정을 3년을 초과하지 않는 간격

으로 완료한다. 보다 중요한 환경 영향을 갖는 보다 복잡한 활동은 보다 자주 감사를 시행한다.

- 감사 결과의 사후 관리를 보증할 수 있도록 적절한 메커니즘을 설치한다.

(v) 법적 준수의 정기적인 평가

- 적용 환경 법안 및 시설의 환경 허가 조건 준수 검토

- 평가의 문서화

(e) 관리 검토, 즉:

- 지속적인 적절성, 적합성 및 유효성 보증을 위해 최고 경영진이 결정한 주기로 최고 경영진에 의

한 환경 관리 시스템 검토

- 이러한 평가의 수행을 위해 필요한 정보 수집을 보증

- 검토의 문서화

(f) 정기적인 환경 선언 준비

- 환경 목적 및 목표를 위해 달성한 결과에 특별히 주목하는 환경 선언을 준비 그것은 정기적으로

준비하며 1년에 한번 배출, 폐수 발생의 심각성에 따라서 그보다 덜 자주 준비된다. 그것은 관련

된 이해당사자의 정보 필요성을 고려하고 일반 대중이 이용할 수 있다(예를 들어 전자 출판, 도서

관 등).

그러한 선언을 작성함에 있어서 관리자는 적절한 기존의 환경 성능 지표를 이용할 수 있으며 선

택한 지표는 다음과 같아야 한다.

i. 시설의 성능에 대한 정확한 평가를 제공한다.

ii. 이해할 수 있으며 명확하다.

iii. 시설의 환경 성능 발전을 연간으로 대비하여 평가할 수 있어야 한다.

iv. 부문, 국가적 혹은 지역적인 적절한 벤치마크와 대비가 가능하다.

v. 적절한 규제 요건과 비교가 가능하다.

(g) 인증 기구 혹은 외부의 환경관리 시스템 검증주체에 의한 인증

- 관리 시스템, 감사 절차 및 환경선언이 공인된 인증 기관 혹은 외부의 환경관리 시스템 검증 주

체에 의해 검토되고 인증되도록 한다. 적절히 수행된다면 시스템의 신뢰도를 제고한다.

(h) 시설의 최종 해체를 위한 설계 고려사항

- 사전 고려는 해체를 보다 용이하고 깨끗하며 저렴하게 해주므로 새로운 공장의 설계 단계에서 장

치의 해체가 가져오는 환경 영향에 대해 고려한다.

- 해체는 대지(및 지하수)에 대한 환경 위험을 가져오고 대량의 고형 폐기물을 생성한다. 예방 기법

은 공정에 맞는 것이어야 하지만 일반적 고려는 다음을 포함한다.

i. 지하의 구조물을 피한다.

ii. 해체를 용이하게 해주는 기능을 적용한다.

iii. 용이하게 해체가 가능한 표면 마감재를 선택한다.


320

iv. 화학제 제거, 배출, 세척이 용이하도록 장비를 구성한다.

v. 단계적 폐쇄가 가능한 유연하고 독립적인 장치를 설계한다.

vi. 가능한 경우에는 생분해 및 재활용이 가능한 재료를 사용한다.

(i) 청정 기술의 개발

- 가장 초기의 설계 단계에서 적용한 기술이 보다 효과적이고 저렴하기 때문에 환경 보호는 관리자

가 수행하는 공정 설계 활동의 내재적인 특징이어야 한다. 청정기술, 예를 들어 연구 개발 활동이

나 연구를 통해 청정 기술의 개발에 대한 고려를 한다. 내부 활동에 대한 대안으로서, 적절하다면

관련 분야의 기타 관리자 혹은 연구 기관의 커미션 작업과 보조를 맞추는 노력도 필요하다.

(j) 벤치마킹, 즉:

- 에너지 효율 및 에너지 보전 활동, 투입 재료의 선택, 공기 및 물로의 배출(예를 들어 유럽 오염

물질 배출 관리대장, EPER을 사용하여), 물의 소비 및 폐기물의 발생에 대한 것을 포함하여 부문,

국가 혹은 지역의 벤치마크와 체계적이고 정기적인 비교를 수행

표준화 및 비표준화 환경관리 시스템

환경관리 시스템은 표준화와 비표준화(맞춤형)의 형태를 갖는다. EN ISO 14001:1996와 같은 국제적으

로 인정된 표준 시스템을 실행하고 준수하는 것은 특히 적절하게 수행되는 외부의 검증을 전제로 할 때

보다 높은 신뢰도를 환경관리 시스템에 제공한다. 적용 환경 법안의 준수 보증을 위한 환경 선언과 메

커니즘을 통한 일반 대중과의 상호 작용으로 인해서 유럽연합 환경경영감사제도는 추가적인 신뢰도를

제공한다. 그러나 적절하게 설계되고 실행된다면 비표준화 시스템도 원칙적으로는 동일하게 효과적으로

될 수 있다.


환경관리 시스템의 실행 및 준수는 시설의 환경 성능에 대한 관리자의 관심에 초점을 맞춘다. 특히

정상적/비정상적 상황에 대한 명확한 운영 절차 그리고 책임 소재의 유지와 그에 대한 준수는 시설의

허가 조건 및 기타 환경 목표와 목적이 항상 충족되고 있음을 보증하여야 한다.

환경 관리 시스템은 전형적으로 시설의 환경 성능에 대한 지속적 개선을 보증한다. 시작점이 부실할

수록 보다 중요한 단기적인 개선이 기대될 수 있다. 만일 시설이 이미 전반적으로 좋은 환경 성능을 갖

는다면, 시스템이 관리자가 높은 성능 수준을 유지하도록 도움을 줄 것이다.


환경 관리 기술은 IPPC 지침의 통합적 접근과 일치하는 전반적인 환경 영향을 다루는 목적을 갖는다.


구체 정보는 보고되지 않았다.

적용 가능성

위에서 기술한 구성 요소들은 일반적으로 모든 IPPC 시설에 적용될 수 있다. 범위(예를 들어 상세 수


321

준) 및 환경관리 시스템의 성격(예를 들어 표준화 혹은 비표준화)은 일반적으로 시설의 성격, 규모 및

복잡성 그리고 시설이 갖는 환경 영향의 범위와 관계가 있다.

경제적 측면

좋은 환경관리 시스템을 도입하고 유지하는 것의 비용 및 경제적 이점을 정확히 결정하는 것은 어렵다.

다수의 연구가 아래에 제시된다. 그러나 이들은 단지 사례에 불과하며 그 결과 또한 완전히 일관성을

가지지는 않는다. 그러한 사례들은 EU 전반에 걸친 모든 부문을 대표하지는 않을 수도 있으므로 신중하게

다루어져야 한다.

1999년에 수행된 스웨덴의 한 연구는 스웨덴의 360개의 모든 ISO 인증을 받았으며 유럽연합 환경경영

감사제도에 등록된 회사들을 조사하였다. 50 %의 응답률을 보인 연구는 무엇보다도 다음과 같이 결론을

내렸다.

- 환경관리 시스템을 도입하고 운영하는 비용은 높지만 매우 소규모의 회사들의 경우를 제외하고는

불합리할 정도로 높은 것은 아니다. 비용은 향후에 감소할 것으로 기대된다.

- 기타의 관리 시스템과 환경관리 시스템을 높은 수준으로 통합 및 제어하는 것이 비용 감소의 가

능한 한 방법으로 간주된다.

- 환경 목적 및 목표의 절반은 비용 절감 및/혹은 매출 증가를 통해 1년 안에 비용이 회수된다.

- 최대의 비용 절감은 에너지, 폐수처리 및 원료에 대한 비용 감소를 통해 이루어졌다.

- 대부분의 회사들은 환경관리 시스템을 통하여 회사의 시장에서의 입지가 강화되었다고 생각한다.

회사들의 1/3이 환경관리 시스템으로 인한 매출 증가를 보고한다.

일부 회원국에서는 시설이 인증을 보유하는 경우에 감리 비용이 인하되어 청구된다.

다수의 연구1)는 회사의 규모와 환경관리 시스템 집행비용 간에 반비례 관계가 있음을 보여준다. 유사

한 반비례 관계는 투자 자본의 회수 기간에도 존재한다. 두 가지 요소 모두 대기업에 비해 중소기업에

서의 환경관리 시스템 실행에 대하여 덜 유리한 비용‒이익 관계를 암시한다.

스위스의 한 연구에 따르면 ISO 14001의 구축 및 운영을 위한 평균비용은 차이가 있다.

- 직원 수 1 ‒ 49명인 회사에 대해: 환경관리 시스템 구축에는 44,000유로 (CHF 64,000)이고 연간

운영비는 11,000 유로 (CHF 16,000)

- 직원 250 명 이상의 산업 현장에 대해: 환경관리 시스템 구축에는 252,000 유로 (CHF 367,000)이

고 연간 운영비는 106,000 유로 (CHF 155,000)

이들 평균 수치는 반드시 주어진 산업 현장에 대한 실제 비용을 나타내지는 않으며 그 이유는 이 비

1) E.g. Dyllick 및 Hamschmidt (2000, 73) Klemisch H. and R. Holger, Umweltmanagementsysteme in kleinen und mittleren

Unternehmen Befunde bisheriger Umsetzung에서 인용 KNI Papers 01/02, 2002년 1월, p 15; Clausen J., M. Keil 및 M.

Jungwirth, EU에서의 EMAS 상태. 지속 가능한 개발 연구를 위한 수단으로서의 생태 관리 (Eco‐Management as a Tool for

Sustainable Development Literature Study), 생태 경제 연구(베를린) 기관 및 생태학 연구소 혹은 국제 및 유럽 환경 정책(베

를린) (Institute for Ecological Economy Research (Berlin) and Ecologic Institute or International nd European

Environmental Policy (Berlin)), 2002, p 15.


322

용이 중요한 요소의 수(오염물, 에너지 소비..) 및 연구 대상 문제의 복잡성에 크게 의존하기 때문이다.

최근의 독일 연구 (Schaltegger, Stefan and Wagner, Marcus, Umweltmanagement in deutschen

Unternehmen ‐ der aktuelle Stand der Praxis, February 2002, p. 106)는 서로 다른 분야에 대한 다음

과 같은 EMAS 비용을 보여 준다. 이들 수치는 위에 인용한 스위스 연구의 경우보다 훨씬 낮다는 것을

유념하도록 한다. 이것은 환경관리 시스템 비용의 결정이 어렵다는 사실을 확인해준다.

구축비용 (EUR):

최소 ‐ 18,750

최대 ‐ 75,000

평균 ‐ 50,000

인증비용 (EUR)

최소 ‐ 5,000

최대 ‐ 12,500

평균 ‐ 6,000

독일 기업 연구소의 한 연구 (Unternehmerinstitut/Arbeitsgemeinschaft Selbständiger Unternehmer

UNI/ASU, 1997, Umweltmanagementbefragung ‐ Öko‐Audit in der mittelständischen Praxis ‐ Evaluierung und Ansätze für eine Effizienzsteigerung von Umweltmanagementsystemen in der Praxis,

Bonn.)는 유럽연합 환경경영감사제도에 대해 달성한 연간의 평균 절감비용 및 평균 회수 기간을 보여

준다. 예를 들어 80,000유로의 집행 비용에 대해 그들은 연간 평균 50,000유로의 절감을 발견하였고 이

는 1년 반의 회수 기간에 상응한다.

시스템의 인증에 관련된 대외적 비용은 국제 인증 포럼 (http://www.iaf.nu)이 발간한 지침에 의해 추

정이 가능하다.


환경 관리 시스템은 예를 들어 다음과 같은 다수의 장점을 제공한다.

• 기업의 환경 측면에 대한 통찰력 향상

• 의사 결정을 위한 근거 개선

• 직원의 동기 부여 제고

• 운영 비용 절감 및 제품 품질 개선을 위한 추가적 기회

• 개선된 환경 성능

• 회사 이미지 개선

• 제조물 책임, 보험 및 비준수 비용 감소

• 직원, 고객 및 투자자에 대한 매력 증대

• 규제기관의 신뢰 증대 및 이로 인한 규제 기관 감시의 축소

• 환경단체와의 관계 개선

5. 최적가용기법

323

사례 설비

위의 (a) ‐ (e)는 EN ISO 14001:1996 및 EC EMAS (Eco‐Management and Audit Scheme)의 요소이며,

(f) 및 (g)는 유럽연합 환경경영감사제도에 고유한 요소이다. 이들 두 개의 표준화된 시스템은 다수의

IPPC 시설에 적용된다. 하나의 예를 들자면 EU의 화학 및 화학 제품 산업 (NACE 코드 24)에 속하는

357개의 조직이 2002년 7월 기준 유럽연합 환경경영감사제도에 등록되었으며 그들 중의 대부분은 IPPC

시설을 운영한다.

영국에서 잉글랜드 및 웨일즈의 환경기관이 2001년에 IPC의 규제를 받는 시설 (IPPC 선도업체)에 대

해 조사를 수행하였다. 그에 따르면 응답업체의 32 %는 ISO 14001 (이는 모든 IPC 시설의 21 %에 해

당) 인증업체이며 7 %는 유럽연합 환경경영감사제도에 등록되었다. 영국의 모든 시멘트 작업(약 20개)은

ISO 14001에 인증되었으며 대부분은 유럽연합 환경경영감사제도에 등록되었다. 환경관리 시스템(반드시

표준화된 것이 요구되지는 않으나)의 수립이 IPC 라이센스에서 요구되는 아일랜드에서는 대략 500개의

허가된 시설 중 100개로 추정되는 시설이 ISO 14001에 따라서 환경관리 시스템을 수립했으며 기타 400

개의 시설은 비표준화 환경관리 시스템을 선정하였다.

[43, Chimia, 2000]는 OFC 현장에서의 다음과 같은 성공적인 환경관리 시스템 실행 사례를 보고한다.

*039A,I*현장의 다양한 생산 공정은 대량의 폐수를 발생하고 그것은 회사의 자체 폐수처리장에서 처리

된다. 비록 모든 법적인 요건이 현재 만족되고 있지는 않지만 공장은 ‘책임 있는 보호 프로그램

(Responsible Care Programme)’의 일환으로 생태 효율을 증대하는 야심찬 목표를 설정하였다. 2년 후에

첫 번째 순이익이 명확해지고 있다. 이 기간 중에 공장은 폐수의 용제 부하를 27 % 감소하였고 그것은

단지 환경적인 이점일 뿐만 아니라 실측 가능한 경제적인 이익이기도 하다. 이것은 다음의 지원을 받는

생산 공장에서의 다양한 대책에 의해 달성되었다.

• 부서 간 작업팀(매트릭스 팀)

• 결과적인 비용 절감에 직원의 직접 참여

참고문헌

(유럽 의회 및 평의회의 규정 (EC) No 761/2001는 지역 사회 생태 관리 및 감사 계획(EMAS)에

단체의 자발적인 참가를 허용한다. OJL 114, 24/4/2001,

http://europa.eu.int/comm/environment/emas/index en.htm)

(EN ISO 14001:1996, http://www.iso.ch/iso/en/iso9000‐14000/iso14000/iso14000index.html; http://www.tc207.org)


324


본 장 및 그 내용을 이해하기 위해 다시 본 기준서의 서문과 특히 서문의 5절 “기준서를 이해하고

사용하는 방법”으로 돌아가 본다. 기법 및 관련 배출 또는 소비 수준이나 본 장에서 설명한 수준의

범위에 대해서는 다음 단계들을 포함하는 반복적인 공정을 통해 평가가 이루어졌다.

• 해당 부문의 주요 환경 문제에 대한 확인

• 주요 문제들을 처리하는 데 가장 많이 관련되어 있는 기법의 검사.

• EU와 세계에서 사용할 수 있는 자료를 기준으로 가장 훌륭한 환경성과 수준의 확인

• 비용, 매체통합적 영향, 기법의 실행에 관련된 이행 원동력과 같이 이러한 성과 수준이 달성되었던

조건의 검사.

• 지침의 2(11)조 및 부록 IV에 따라 일반적인 의미로 이 부분에 대한 BAT 및 관련 배출이나 소비

수준의 선택

유럽 IPPC 사무국 및 관련 기술작업반 (TWG)을 통한 전문적 판단이 본 기준서에서 정보를 설명하는

이러한 각 단계 및 방법에서 주요한 역할을 했다.

이러한 평가를 기반으로 하여 이 장에서는 전체적으로 해당 부문에 적절하다고 생각되고 많은 경우에

해당 부문 내 일부 시설의 현재 성과를 반영하는 기법 및 BAT의 사용과 관련된 배출 및 소비 수준을

설명한다. “최적가용기법 관련” 배출 또는 소비 수준에 대한 설명은 BAT에 대한 정의의 범위 안에

본질적으로 존재하는 비용과 이익의 균형을 염두에 두고 해당 수준이 설명된 기법을 이 부문에서

적용한 결과로 예상할 수 있는 환경 성과를 나타내는 의미로 이해할 수 있다. 하지만 이러한 수준은

배출 한계값이나 소비 한계값이 아니며, 그렇게 이해해서도 안 된다. 일부 경우에는 기술적으로 보다

우수한 배출 또는 소비 수준을 달성할 수 있지만, 관련 비용이나 매체 간 고려 사항으로 인해 해당

부문 전반에 대한 BAT로서 적절하지 않은 것으로 생각할 수 있다. 하지만 해당 수준은 특별한

원동력이 있는 보다 특수한 경우에 정당화되는 것으로 생각할 수 있다.

BAT의 사용과 관련된 배출 및 소비 수준은 특정 기준 조건(예: 평균 기간)과 함께 생각해야 한다.

위에서 설명한 “BAT 관련 수준”이라는 개념은 본 기준서의 다른 부분에서 사용된 “달성 가능한

수준”이라는 용어와 구별되는 것이다. 일정 수준을 특정 기법 또는 기법들의 결합을 이용해 “달성

가능한” 것으로 설명하는 것은 해당 수준이 상당한 기간에 걸쳐 해당 기법을 사용하고 적절하게

유지보수 및 운영되는 시설 또는 공정에서 달성될 수 있는 것으로 이해할 수 있다.

가능한 경우에는 비용 관련 자료를 앞 장에서 설명한 기법에 대한 설명과 함께 제시했다. 이러한

자료들은 해당 비용의 규모에 대해 대략적으로 나타낸다. 하지만 기법을 적용하는데 실제로 소요되는

비용은 예를 들어, 세금, 수수료 및 해당시설의 기술적 특성과 관련된 특수한 상황에 따라 크게 다르다.

본 기준서에서 그런 현장 고유의 요인들을 모두 평가할 수는 없다. 비용 관련 자료가 없는 상황에서,

기존의 시설에 대한 관찰 결과를 토대로 기법의 경제적 가능성에 대한 결론이 내려진다.


325

본 장의 일반적인 BAT는 기존 시설의 현재 성과 또는 새로운 시설에 대한 제안 여부를 판단할 수

있는 참고 기준을 의미한다. 이와 같은 방법으로 일반적인 BAT는 적절한 “BAT 기반” 조건을

결정하거나 9(8)조에 따른 일반적인 제약 규정을 확립하는 것을 지원할 것이다. 새로운 시설들은 여기서

설명된 일반적인 BAT 수준 또는 그 이상의 수준에서 수행하도록 설계할 수 있는 것으로 예상된다.

또한 기존시설은 각 경우에 기술 및 경제적 적용 분야에 따라 일반적인 BAT 수준 또는 그 보다 나은

수준으로 이동할 수 있을 것으로 예상된다.

BAT 기준서는 법적으로 구속력이 있는 기준을 설정하지는 않지만, 특정 기법을 사용할 경우의 달성

가능한 배출 및 소비에 대해 회원국 및 대중에게 산업 지침에 대한 정보를 제공하는 것을 목적으로

하고 있다. 특정 경우에 대한 적절한 한계값은 IPPC 지침의 목적 및 지역적 사항을 고려해서 결정해야

한다.

다른 BREF에 대한 인터페이스

“화학공정의 폐수 및 폐가스 처리/관리 시스템” (CWW)에 대한 BREF에서는 화학 산업의 스펙트럼

전반에 적용할 수 있는 기법을 설명한다. 그 결과 일반적인 결론을 이끌어낼 수 있었으며, 그로 인해

사실상 정밀유기화학물질의 제조에 대한 구체적인 특징들을 살펴볼 수 없었다.

정밀유기화학물질 제조에 대한 BREF에서는 CWW에 대한 BREF의 결과를 정보원으로 이용해

정밀유기화학물질 제조 맥락에서 그런 기법들에 대한 보다 깊이 있는 평가를 제공한다. 주요한 측면은

다목적 현장을 관리해야 하는 묵시적인 과제는 물론이고 처리 기법의 선정 및 적용 가능성에 대한 조작

방법(배치 제조, 생산 기간, 작은 제품 변경)의 영향이다. 또한 정밀유기화학물질 제조 고유의 정보 및

데이터를 바탕으로 성과를 평가하고 결론을 이끌어낸다. 정밀유기화학물질 제조의 설치와 관련해서는

정밀유기화학물질 제조에 대한 BREF의 결과가 CWW BREF의 일반적인 결론에 우선한다. 물에 대한

간접적인 배출, 즉 산업 단지의 통합 처리나 도시하수처리 설비와 관련해, IPPC 지침의 2(6)조에서는

전반적인 환경 보호 및 간접 배출이 더 높은 수준의 환경오염으로 이어지지 않는다는 규정을 위해

동등한 수준을 보장할 것을 요구한다.

회수 및 저감 기법에 대한 상세한 설명은 CWW에 관한 BREF에서 확인할 수 있다 [31, European

Commission, 2003년].

대형 또는 위험 물질의 저장에 대한 BAT는 저장에서 발생하는 배출물질에 대한 BREF에서 설명되어

있다 [64, European Commission, 2005년].

적절한 모니터링 기준은 모니터링의 일반적인 원칙에 대한 BREF를 참고한다 [108, European Commission,

2003년].

다른 부문들의 여러 가지 환경 관련 핵심 문제와 경제적 균형이 다를 수 있었기 때문에, 정밀유기

화학물질 제조에 대한 BREF의 결론과 다른 부문별 BREF, 예를 들어 용제를 사용한 표면 처리에 대한

BREF의 비교는 의도적으로 피한다.


326

물질흐름 및 농도 수준

일반적인 BAT 관련 배출 수준이 농도와 물질흐름을 기준으로 모두 제시되어 있는 본 장에서,

구체적인 여러 경우에 보다 많은 유량을 나타내는 것을 BAT 기준으로 사용한다. 모든 BAT 관련 배출

수준은 점 오염원에서 발생하는 배출물질과 관련이 있다. 따로 언급이 없는 경우에는 배출물질은 Nm3을

기준으로 한다.

5.1 환경에 대한 영향의 예방 및 최소화

5.1.1 환경에 대한 영향 예방

5.1.1.1 공정 개발에 대한 환경, 보건 및 안전 고려 사항의 통합

환경, 보건 및 안전 문제를 공정 개발의 초기단계에 고려하면, 공정이 환경에 미치는 영향을 예방하고

최소화할 수 있는 가능성이 커진다. 이러한 점은 생산 공정에서 의약물질 우수제조관리기준과 같은 다른

규정에 따른 검증 절차 또는 유럽 의약청 (EMEA), 미국 식품의약국 (FDA) 또는 기타 원료의약품을 생

산하는 경우에 해당 의약품 승인 기관의 승인을 요구하는 경우에는 더욱 그렇다. 그런 경우에는 공정의

개선 과정이 길어지고 비용의 많은 소요에 대한 재확인을 해야 할 것이다. 목표는 환경 문제를 계획하

고 환경 문제의 평가와 고려를 위해 회계 감사가 가능한 단서를 제공하는 것이다. 하지만 대개는 절충

점을 찾거나 어느 하나의 측면이 다른 측면보다 유리해야 한다. 대안이 되는 합성 및 반응 조건에 대한

사례는 4.1.4절에 제시되어 있다. 실제로 불가피하게 발생하는 다양한 폐기물의 관리 및 처리는 여전히

다목적 현장의 중요한 임무이다.

BAT는 환경, 보건 및 안전 고려 사항을 공정 개발에 통합하기 위해 회계 감사가 가능한 단서를

제공하기 위한 것이다 (4.1.2절 참고).

BAT는 다음과 같은 새로운 공정들을 개발하는 것이다 (4.1.1절 참고).

a) 공정 설계를 개선해 사용되는 최종 제품에 대한 모든 투입 재료들의 혼합을 극대화한다(예를 들어,

4.1.4.3절 및 4.1.4.8절 참고).

b) 인체건강 및 환경에 대한 독성이 거의 없거나 전혀 없는 물질을 사용한다. 물질은 사고, 배출, 폭발

및 화재의 가능성을 최소화할 수 있도록 선택해야 한다(예, 용제 선정에 대해서는 4.1.3절 참고).

c) 보조제의 사용을 피한다(예, 용제, 분리제 등, 4.1.4.2절 참고).

d) 해당분야의 환경 및 경제적 영향을 인식하여 에너지 요구사항을 최소화한다. 상온 및 대기압 조건

의 반응을 우선적으로 선택해야 한다.

e) 기술적인 측면 및 경제적인 측면에서 실용적인 경우에는 소모품 보다는 회수가 가능한 공급 원료

를 사용한다.


327

f) 불필요한 유도체화(예, 블로킹 또는 보호 그룹)를 피한다.

g) 일반적으로 화학양론적인 시약보다 뛰어난 촉매 시약을 사용한다(예, 4.1.4.4절 및 4.1.4.5절 참고).

5.1.1.2 공정 안전 및 폭주 반응의 예방

본 기준서에서는 환경에 심각한 영향을 줄 가능성이 있는 사고를 예방하는 데 도움을 줄 수 있는

안전 평가가 소개된다. 하지만 이러한 주제를 본 기준서에서 모두 다룰 수는 없을 것이다. 공정 안전

분야는 여기서 설명한 것보다 훨씬 광범위하다. 4.1.6.3절에는 추가적인 정보에 대한 참고 목록이

포함되어 있다.

5.1.1.2.1 안전 평가

BAT는 정상적인 운전에 대한 체계적인 안전 평가를 실행하는 것이며, 화학 공정의 편차 및 설비

운영상의 편차로 인한 영향을 고려하는 것이다 (4.1.6절 참고).

BAT는 공정이 적절하게 통제될 수 있도록 하기 위해 다음과 같은 기법 중에서 어느 하나 또는 기법

조합을 적용하는 것이다(순위 없음, 4.1.6.1절 참고).

a) 조직 차원의 조치

b) 제어 공학 기법을 포함하는 개념

c) 반응 정지기(예, 중성화, 억제)

d) 비상 냉각

e) 내압 제작

f) 압력 완화

5.1.1.2.2 위험 물질의 취급 및 저장

위험 물질의 취급 및 저장에는 위험 요인을 제한하기 위한 예방 조치가 필요하다. 독성 물질을

취급하는 현장에서는, 작업자들이 정상적으로 운전되는 상태에서 안전하게 작업을 하고 정상적인 운전

상태에서 벗어난 상황이 발생했을 때 적절하게 대응할 수 있도록 충분하고 적절한 지식을 갖추고

있어야 한다.

BAT는 위험 물질의 취급 및 저장 과정에서 위험 요인이 발생하는 것을 제한하기 위한 절차 및 기술

조치들을 확립 및 실행하는 것이다(사례에 대해서는 4.2.30절 참고).

BAT는 위험 물질을 취급하는 작업자에 대한 충분하고 적절한 훈련을 제공한다(사례에 대해서는

4.2.29절 참고).


328

5.1.2 환경에 대한 영향의 최소화

5.1.2.1 설비 설계

설비의 설계는 쉽게 변경되지 않으므로 기존 설비의 단계적 개선이 필요하다. 예를 들어 결과적으로

이용하는 중력 흐름의 가능성은 실제로 이용할 수 있는 생산 건물 (5층 필수)에 따라 다르며, 많은 경우

에는 불가능할 수도 있다.

BAT는 다음 사항들을 포함하는 기법을 적용해 배출 물질을 최소화하도록 새로운 설비를 설계하는

것이다 (4.2.1, 4.2.3, 4.2.14, 4.2.15, 4.2.21절 참고).

a) 폐쇄 및 밀봉된 장비의 사용

b) 생산 건물의 폐쇄 및 기계를 이용한 환기

c) VOCs를 취급하는 공정 장비에 대한 불활성 가스 블랭킷 사용

d) 용제 회수를 위해 반응기를 1개 이상의 응축기에 연결

e) 응축기를 회수/저감 시스템에 연결

f) 펌프 대신에 중력 흐름 이용(펌프는 중요한 일시적인 배출원이 될 수 있다)

g) 폐수의 분리 및 선택적 처리 실행

h) 안정적이고 효율적인 운전이 이루어지도록 하기 위해 현대적인 공정 제어 시스템의 적용을 통한

높은 정도의 자동화 실행

5.1.2.2 지표 보호 및 저수 (water retention) 옵션

BAT는 유출 가능성을 최소화하도록 지면 및 지하수 오염의 잠재적인 위험 요인이 되는 물질(보통

액체)들을 처리하는 시설을 설계, 건설, 운영 및 유지하는 것이다. 시설은 기계적, 열적 또는 화학물질

스트레스에 대비해 밀폐되고, 안정적이며, 충분한 내성을 갖춰야 한다 (4.2.27절 참고).

BAT는 누출을 빠르고 안정적으로 인식할 수 있도록 하는 것이다 (4.2.27절 참고).

BAT는 처리 또는 폐기가 가능하도록 유출물과 누출되는 물질을 안정적으로 유지할 수 있을 정도의

충분한 저류 용량을 제공하는 것이다 (4.2.27절 참고).

BAT는 방화수 및 오염된 지표수를 안전하게 유지할 수 있을 정도의 충분한 저수 용량을 제공하는

것이다 (4.2.28절 참고).

BAT는 다음의 기법들을 모두 적용하는 것이다 (4.2.27절 참고).

a) 누출 유수에 대해 보호가 된 지정 구역에서만 적재 및 하역 실행

b) 누출 유수에 대해 보호가 된 지정 구역에서 폐기하고자 하는 물질을 저장 및 수집

c) 수위 경보 장치를 설치하거나 직원이 정기적으로 펌프 흡입수조를 감독하면서 유출이 발생할 수


329

있는 펌프 흡입수조 또는 기타 처리 설비 설치

d) 플랜지와 밸브를 포함해 탱크 및 배관을 시험 및 검사할 수 있는 프로그램 설치

e) 오일펜스 및 적절한 흡수 재료와 같은 유출 제어 장비를 설치

f) 제방의 완전한 상태 여부를 시험 및 검증

g) 과충전 방지 장치를 갖춘 탱크 구비.

5.1.2.3 VOCs 배출물질의 최소화

5.1.2.3.1 배출원의 봉쇄

이러한 사례로는 폐쇄형 시스템의 용제에서 고형 제품 또는 중간체의 분리가 있다. 이러한 상황은 결

과적으로 후속 운전을 위해 습식 필터 케이크를 배출할 때 필터 드라이어를 사용하거나 시스템을 깨끗

하게 유지해 실현할 수 있다 (4.2.19절 참고).

BAT는 방치된 배출물을 최소화하기 위해 배출원을 둘러싸서 봉쇄하여 통로를 폐쇄하는 것이다

(4.2.14절 참고).

5.1.2.3.2 폐쇄 회로에서의 건조

BAT는 용제 회수를 위한 응축기를 포함해 폐쇄를 이용한 건조를 실행한다 (4.2.14절 참고).

5.1.2.3.3 용제를 사용한 장비 세척

흔히 장비(예: 용기)의 세척은 최종적으로 용제를 이용해 헹구는 작업으로 마무리한다. 장비는 폐쇄되어

있는 상태이며, 잔류 용제는 용기를 비운 후에 진공 또는 가열을 통해 증기를 제거한다 (4.2.13절 참고).

BAT는 용제를 이용해 헹구고 세척하는 동안 장비의 폐쇄된 상태를 유지하는 것이다 (4.2.14절 참고).

5.1.2.3.4 공정 통풍의 재순환

BAT는 순도 요구조건에 따라 허용되는 경우에 공정 증기의 재순환을 이용하는 것이다 (4.2.14절

참고).

5.1.2.4 배출가스 부피 유량 및 부하의 최소화

5.1.2.4.1 통로 폐쇄

일정한 온도(예, 응축기를 통해 설정)에서 배출가스의 물질 유량을 제어할 수 있는 결정적인 매개변수

는 부피 유량이다.

BAT는 공기가 공정 장비를 통해 가스 수집 시스템으로 흡입되는 것을 막을 수 있도록 불필요한

통로를 폐쇄하는 것이다 (4.2.14 및 4.3.5.17절 참고).


330

5.1.2.4.2 공정 장비의 기밀성 시험

이 시험은 장비가 진공 또는 압력을 유지할 때까지 모든 통로를 폐쇄 및 밀봉하는 방법으로 실행한다

(예, 최소한 30분 동안 약 100 mbar의 진공 상태).

BAT는 공정 장비, 특히 용기의 밀폐성을 확보하는 것이다 (4.2.16절 참고).

5.1.2.4.3 불활성화

장비의 기밀 (airtightness) 시험을 정기적으로 실행하고, 연속적인 불활성화 대신에 충격 불활성화의

적용을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고 예를 들어 공정에서 O2가 발생하거나 불활성화 후에 공정이

물질의 추가 부하를 필요로 하는 경우에는 안전 요구조건으로 인해 연속적인 불활성화를 받아들여야 한

다.

BAT는 연속적인 불활성화 대신에 충격 불활성화를 적용하는 것이다 (4.2.17절 참고).

5.1.2.4.4 증류에서 발생하는 배출가스 부피 유량의 최소화

응축기의 배치를 통해 충분한 열을 제거할 수 있는 경우에는 증류에서 발생하는 배출가스 부피 유량

을 거의 0에 가까운 수준까지 최소화할 수 있다.

BAT는 응축기의 배치를 최적화하는 방법에 의해 증류에서 발생하는 배출가스 부피 유량을

최소화하는 것이다 (4.2.20절 참고).

5.1.2.4.5 용기로의 액체 투입

용기로의 액체 투입은 상부 공급식이나 하부 공급식으로 또는 침액배관 (dip-leg)을 이용한다. 유기성

액체의 경우, 배출가스의 유기물 부하는 상부 공급식을 통해 추가되는 경우에는 약 10 ‒ 100배가 높다.

고체 및 유기 액체를 모두 용기에 추가하는 경우, 고체는 액체를 하부에서 공급하는 경우에 동적 덮개

(dynamic lid)로 이용할 수 있다.

BAT는 반응 화학 또는 안전 고려 사항으로 인해 실행이 불가능해지는 경우를 제외하고 하부

공급식으로 또는 침액배관 (dip-leg)을 이용해 용기에 액체를 추가하는 것이다 (4.2.15, 4.2.18절 참고).

그런 경우에 벽을 향하는 배관을 이용해 상부 공급식으로 액체를 추가하면 튀는 것을 줄일 수 있기

때문에 배출가스의 유기물 부하를 줄일 수 있다.

고체 및 유기 액체를 모두 용기에 추가하는 경우, 반응 화학 또는 안전 고려 사항으로 인해 실행이

불가능해 지는 경우를 제외하고 BAT는 밀도 차이로 인해 배출가스의 유기물 부하 감소를 촉진하는

상황에서 블랭킷으로서 고체를 이용하는 것이다 (4.2.18절 참고).

5.1.2.4.6 최대 배출 농도의 최소화

배치 공정의 특징적인 측면은 배출가스의 오염 부하 및 부피 유량의 변화이다. 다양한 변화는 회수


331

또는 저감 기법의 운영을 위한 해결 과제를 의미하며, 환경에 대해 더 많은 영향을 줄 가능성이 있는

바람직하지 않은 배출 농도 증가의 원인이 된다.

BAT는 예를 들어 다음 사항을 통해 피크 부하 및 유량과 관련 배출 농도의 축적을 최소화하는

것이다.

a) 생산 매트릭스의 최적화 (4.3.5.17절 참고)

b) 평활 필터 (smoothing filter)의 사용 (4.3.5.16 및 4.3.5.13절 참고)

5.1.2.5 폐수의 용량과 부하의 최소화

5.1.2.5.1 염분 함량이 높은 모액

제품이나 중간체를 수용액에서 분리하는 과정에서 고부하 수성 모액이 생성되는 경우가 빈번하게 나

타난다. 특히 제품이 염석 또는 대형 중성화에 의해 획득되는 경우, 높은 염분 함유량으로 인해 그러한

모액의 분리 (work-up)가 자주 방해를 받는다. 대신에 제품 또는 중간체를 분리하는 경우에는 수율이

증가하거나 제품 품질이 향상되기도 하지만, 대체 분리 기법의 기술적 적용 가능성은 각 경우에 대해 개

별적으로 평가해야 한다. 여러 가지 사례는 4.2.4, 4.2.25 및 4.2.26절을 참고한다.

BAT는 염분 함유량이 많은 모액을 피하거나 예를 들어 다음과 같은 대체 분리 기법 (4.2.24절

참고)을 적용해 모액에 대한 분리 (work-up)를 실행하는 것이다.

a) 분리막 공정

b) 용제 기반 공정

c) 반응성 추출

d) 또는 중간체 분리 생략

5.1.2.5.2 역류 제품 세척

정제 단계로서, 수용성 단계를 이용해 자주 유기 제품을 세척해 불순물을 제거한다. 역류 세척을 이용

해 물 소비 감소(및 폐수 생성 감소)와 함께 높은 효율성을 달성할 수 있다. 하지만, 세척 공정의 최적

화 정도는 제품 수준이나 규칙성에 따라 다르다. 소량, 실험 생산 과정 및 좀처럼 드문 생산 기간에는

역류 제품 세척을 적용할 수 없다.

BAT는 생산 규모 여부에 따라 기법의 도입을 정당화할 수 있는 경우에 역류 제품 세척을 적용하는

것이다 (4.2.22절 참고).

5.1.2.5.3 무수(無水) 진공 생성

무수 진공 생성은 예를 들어 공회전 펌프, 용제를 고리 매체 (ring medium)로서 이용하는 액체 링 펌

프 (liquid ring pump) 또는 폐쇄형 사이클 액체 링 펌프를 이용해 실현할 수 있다. 하지만 이러한 기법


332

의 적용 가능성이 제한되는 경우(아래의 상호 참조 참고), 증기 분사기 또는 워터 링 펌프의 사용이 정

당화된다.

BAT는 무수(無水) 진공 생성을 적용하는 것이다 (4.2.5, 4.2.6 및 4.2.7절 참고).

5.1.2.5.4 반응의 완료 여부에 대한 결정

화학 공정의 완료 여부를 정확하게 결정함으로써 배치 공정으로 인해 발생하는 폐수의 잠재적인 부하

를 최소화할 수 있다.

배치 공정의 경우, BAT는 원하는 반응 종료 지점의 결정에 대한 분명한 절차를 확립하는

것이다(사례에 대해서는 4.2.23절 참고).

5.1.2.5.5 간접 냉각

간접 냉각은 안전한 온도 조절, 온도 급변 또는 온도 충격을 실행하기 위해 물이나 얼음을 추가해야

하는 온도 공정에 대해 적용할 수 없다. “폭주 (run away)” 상황 (4.1.6.2절 참고)을 제어하기 위해 또는

열교환기를 차단할 우려가 있는 경우에 직접 냉각이 요구될 수도 있다.

BAT는 간접 냉각을 적용하는 것이다 (4.2.9절 참고).

5.1.2.5.6 세척

생산 설비 세척 절차를 최적화하여 발생하는 폐수 부하를 줄일 수 있다. 특히 추가적인 세척 단계(헹

굼 전)의 도입을 통해 세척수에서 대부분의 용제를 분리할 수 있다. 다양한 물질이 빈번하게 배관 속에

서 운반되는 경우, 세척 기법의 사용은 세척 절차 내에서 제품 손실을 줄여주는 다른 옵션을 제시해주는

것이다 (4.2.8절 참고).

BAT는 세척수 내 유기물 함량을 최소화하기 위해 장비를 헹굼/세척하기 전에 헹굼 전 단계를

적용하는 것이다 (4.2.12절 참고).

5.1.2.6 에너지 소비의 최소화

OFC 현장에서는 다양한 공정/조작에 냉각 및 가열, 열 교환 또는 온도 프로파일의 사용 등이 포함된다.

열 소비를 최적화하기 위한 확실한 사례는 예를 들어 에너지의 효율적인 연계 증류 (energetically

coupled distillation)를 하는 경우에 잔류 열을 다른 공정에 대한 에너지 투입량으로 사용하는 것이다.

다른 사례로서, 4.2.10절에서는 지금까지 30대의 반응기 및 300개 이상의 제품과 함께 배치 공정을 운전해

비용 절감 및 빠른 원금 회수 기간을 달성하는 OFC 현장에서 훌륭하게 적용된 핀치 방법론의 기본 개

념이 제시되어 있다.

BAT는 선정 항목을 평가하고, 에너지 소비를 최적화하는 것이다(여러 가지 사례는 4.2.11 및

4.2.20절을 참고한다.


333

매개변수

배치당 용량

표준

연간 배치

일일 용량

연간 용량

COD 또는 TOC

BOD5

pH

생물 제거 가능성

질산화 작용을 포함한 생물학적 억제

5.2 폐수의 관리 및 처리

불가피하게 발생하는 다양한 폐기물의 관리 및 처리는 다목적 현장의 핵심적인 임무이다. 하지만 회수

/저감 기법의 투자에 대한 대안으로서, 항상 공정의 현대화를 폐수 용량 또는 부하, 폐쇄 주기를 방지

또는 최소화하고 사업장내 또는 사업장외에서 재사용하기 위한 하나의 방법으로 평가해야 한다 (5.1절의

BAT 참고, 4.1.4.2절 및 4.1.4.3절 참고). 다목적 현장의 조작 방법 및 빈번한 제품 변경은 자연스럽게

유연한 회수/저감 솔루션, 예를 들어 모듈 개념 (4.3.5.17절 참고) 또는 몇 가지 임무를 효율적으로 동시

에 수행하는 기법 (4.2.1절 및 4.3.5.7절 참고)에 유리하다. 또한 항상 4.3.7.4절에 나타난 통합 전처리/

처리 플랫폼 같은 솔루션을 포함해 폐수에 대한 외부 처리를 하나의 선택 방안으로 고려해야 한다.

5.2.1 물질 수지 및 공정 폐기물 분석

물질 수지는 다목적 생산을 위한 중요한 도구이면서 개선 전략을 위한 우선순위의 개발이다. 폐기물의

관리는 발생하는 폐기물의 특성에 대한 지식 및 최종 배출자료를 포함한 폐기물의 처리 결과에 대한

모니터링을 바탕으로 한다.

5.2.1.1 물질 수지

BAT는 연간 기준으로 VOCs (CHC 포함), TOC나 COD, 흡수성유기할로화합물 또는 추출성유기할로겐화물

및 중금속에 대한 물질 수지를 확립하는 것이다 (4.3.1.4, 4.3.1.5 및 4.3.1.6절 참고).

5.2.1.2 폐기물 분석

BAT는 폐기물의 배출원과 기본적인 자료를 확인해 배출가스, 폐수 및 잔류 고형물의 관리 및 적절한

처리를 실행하기 위해 상세한 폐기물 분석을 실행하는 것이다.

5.2.1.3 폐기물의 평가

매개변수를 과학적인 관점과 무관한 것으로 볼 수 없는 한, BAT는 최소한 폐기물에 대해 표 5.1에

제시된 매개변수를 평가하는 것이다 (4.3.1.2절 참고).

표 5.1 폐수 흐름의 평가를 위한 매개변수


334

매개변수


예상되는 장소

CHCs

용제

중금속

총질소

총인

염소

브롬화물

SO42‐

잔류 독성

5.2.1.4 대기 배출물의 모니터링

폐가스의 모니터링은 생산 공정의 조작 방법(배치, 준연속 또는 연속)을 반영하며, 또한 특히 생태독

성학적 가능성이 있는 물질이 배출되는 경우에는 개별 물질의 배출을 고려해야 한다. 따라서 단기 표

본 추출 과정에서 도출된 값 대신에 배출 프로파일을 기록해야 한다. 배출 데이터는 책임 있는 운영과

관련이 있다.

대기 배출의 경우, BAT는 생산 공정의 작동 방법을 반영하는 배출 프로파일을 모니터링하는 것이다

(4.3.1.8절 참고).

비산화성 저감/회수 시스템의 경우, BAT는 연속 모니터링 시스템(예: FID)을 적용하여 다양한

공정에서 발생하는 배출가스를 중앙 회수/저감 시스템에서 처리하는 것이다 (4.3.1.8절 참고).

BAT는 물질이 배출되는 경우에 생태 독성이 있는 물질을 개별적으로 모니터링하는 것이다 (4.3.1.8절 참고).

5.2.1.5 개별 부피 유량의 평가

폐가스 배출 상황의 이해에 대한 핵심과 개선 전략의 기초는 부피 유량의 공정 및 조작이 회수 및

저감 시스템에 미치는 개별적인 영향에 대한 인식이다.

BAT는 공정 장비에서 회수/저감 시스템에 이르는 개별 배출가스 부피 유량을 평가하는 것이다

(4.3.1.7절 참고).

5.2.2 용제의 재사용

BAT는 순도 요구조건(예를 들어 우수제조관리기준에 따른 요구조건)이 허용하는 한 다음과 같은

방법을 통해 용제를 재사용하는 것이다.

a) 순도 요구조건이 허용하는 한 추후 배치 (batch)에 대해 이전 배치 (batch)의 생산 기간에서

발생한 용제를 사용한다 (4.3.4절 참고).

b) 사업장내 또는 사업장외에서 정제 및 재사용하기 위해 폐용제를 수집한다 (4.3.3절 참고).


335

c) 사업장내 또는 사업장외에서 열량을 활용하기 위해 폐용제를 수집한다 (4.3.5.7절 참고).

5.2.3 배출가스의 처리

5.2.3.1 VOCs 회수/저감 기법 및 달성 가능한 배출 수준의 선정

VOCs 처리 기법의 선정은 다목적 현장에서 핵심적인 임무이다. 다목적 현장의 부피 유량은 상당히

많이 변화하기 때문에, 기법의 선정을 위한 주요 매개변수는 배출원의 평균 물질흐름 (kg/시간)이다.

하나의 기법 또는 기법 결합을 현장 전반, 개별 건물 또는 개별 공정에 대한 회수/저감 시스템으로

적용할 수 있다. 이러한 점은 구체적인 상황에 따라 다르며, 배출원의 수에 영향을 준다.

5.2.3.1.1 VOCs 및 회수 저감 기법의 선정

BAT는 그림 5.1의 흐름도에 따라 VOCs 회수 및 저감 기법을 선정하는 것이다.

5.2.3.1.2 비산화성 VOCs 회수 및 저감 기법

최소화한 후에는 비산화성 회수/저감 기법은 부피 유량 (5.1.2.4절 참고)이 효율적으로 작동하며,

달성된 농도 수준은 예를 들어 건물 또는 실내 환기에서 발생하는 부피 유량을 통해 희석하지 않은

대응 부피 유량과 관련이 있다.

BAT는 비산화성 VOCs 회수 또는 저감 기법을 적용하는 경우에 표 5.2에 제시된 수준까지 배출을

줄이는 것이다 (4.3.5.6, 4.3.5.11, 4.3.5.14, 4.3.5.17, 4.3.5.18절 참고).

표 5.2 비산화성 회수/저감 기법에 대한 BAT 연계 VOCs 배출 수준

매개변수 점 오염원으로부터의 평균 배출 수준*

TOC 0.1 kg C/시간 또는 20 mg C/m3**

* 평균 시간은 배출 프로필과 관련이 있으며 (5.2.1.1.4절 및 4.3.1.8절 참고), 수준은 건식 가스 및 Nm3와 관련된다.

** 농도 수준은 예를 들어 실내나 건물 환기에서 발생하는 부피 유량을 통해 희석하지 않은 부피 유량과 관련이 있다.

5.2.3.1.3 열산화/소각 및 촉매 산화를 통한 VOCs 저감

열산화/소각 및 촉매 산화는 효율성이 가장 높은 것으로 입증된 VOCs 분해 기법이지만, 상당한 매체

간 효과를 나타낸다. 직접적인 비교에서는 촉매 산화 과정이 에너지를 적게 소비하면서 NOX를 적게 발

생시키기 때문에, 기술적으로 가능한 곳에서 선호되는 방법이라 할 수 있다. 열산화는 보조 연료를 유기

성 액상 폐기물(예를 들어, 사업장내에서 기술적/경제적으로 이용할 수 있지만 회수가 불가능한 폐용제)

로 교체할 수 있는 경우 또는 폐수에서 발생하는 유기 화합물의 분해를 통해 자동가열 조작을 실행할

수 있는 경우에 유리한 방법 (4.3.5.9절과 5.2.4.3절의 BAT 참고)이다. 또한 배출가스에 VOCs 이외에

높은 부하의 다른 오염물질이 함유되어 있는 경우, 열산화는 예를 들어 시장성이 있는 HCl의 회수

(4.3.5.2절 참고) 또는 열산화제에 DeNOX가 장착되어 있거나 2단계 연소를 하도록 설계되어 있는 경우

에는 NOX의 효율적인 저감 (4.3.5.7절 참고)을 가능하게 한다. 열산화/소각 및 촉매 산화는 또한 악취

배출을 줄일 수 있는 적절한 기법이 될 수 있다.


336

BAT는 열산화/소각 또는 촉매 산화를 적용하는 경우에 표 5.3에 제시된 수준까지 배출을 줄이는

것이다 (4.3.5.7, 4.3.5.8, 4.3.5.18절 참고).

표 5.3 열산화/소각 또는 촉매 산화 경우의 총유기탄소에 대한 BAT 연계 배출 수준

열산화/소각 또는

촉매 산화

평균 물질흐름

kg C/시간

평균 농도

mg C/m3

전체 유기 탄소 <0.05 또는 <5

평균 시간은 배출 프로필과 관련이 있으며 (5.2.1.1.4절 참고), 수준은 건식 가스 및 Nm3와 관련된다.

배출가스의 vocs

VOCs를 적합한 온도에서 회수하기 위해 한 개 이상의 응축기를 배출가스 흐름에

연결한다.

열 또는 촉매 산화 실행을 위한 한 가지

이상의기준을 만족하는가?

(표 5.4)

예

예

예

예

아니오

아니오

아니오

아니오

단일 또는 복합 비산화처리기법의 적용성을

평가한다

표 5.2에 나오는 수준을 달성했는가?



단일 또는 복합 비산화 처리기법

을 적용한다

최적화된 구성을 적용한다

열산화 또는 촉매 산화를 적용하고 5.3에 나오는 수준을 달성한다. 그렇지 않을 경우 적어도 동일한 배출 수준을

달성하기 위해 다른 기법 또는 복합기법을 적용한다.

아래에 의거 최적화를 평가한다:• 기존의 처리 용량 증대• 처리 효율성 증대• 고효율의 기법을 추가

종료종료

종료

그림 5.1 VOCs 회수/저감 기법의 선정에 대한 BAT.


337

표 5.4 촉매 및 열산화/소각에 대한 선정 기준

선정 기준

a 배출가스에 독성이 아주 강하고 발암성이 있거나 cmr 범주 1 또는 2 물질이 함유되어 있다.

b 정상적인 조작에서는 자동가열 조작이 가능하다.

c 1차 에너지 소비의 전반적인 감소가 설비에서 가능하다(예, 2차 열 옵션).

5.2.3.2 NOX의 회수/저감

5.2.3.2.1 열산화/소각 또는 촉매 산화에서 발생하는 NOX

열산화/소각 또는 촉매 산화의 경우, BAT는 표 5.5에 제시된 NOX 배출 수준을 달성하는 것이며,

필요한 경우에는 DeNOX 시스템(예, SCR 또는 SNCR) 또는 2단계 연소를 적용해 그러한 수준을

달성하는 것이다(예, 4.3.5.7절 및 4.3.5.19절 참고).

5.2.3.2.2 화학 공정에서 발생하는 NOX

NOX가 강력한 NOX 흐름(약 1,000 ppm 이상)에서 흡수 되는 경우에는 사업장내 또는 사업장외에서

재사용할 수 있도록 55 % HNO3를 획득할 수 있다. 대개 화학 공정에서 발생하는 NOX를 함유하고 있

는 배출가스는 VOCs가 함유되어 있으며, 예를 들어 DeNOX 장치가 장착되어 있고 (이미 현장에서 이용

하고 있는 경우에는) 2단계 연소 장치로 제작된 열 산화기/소각기에서 처리할 수 있다.

화학 생산 공정에서 발생하는 배출가스의 경우, BAT는 표 5.5에 제시된 NOX 배출 수준을 달성하는

것이며, 필요한 경우에는 H2O나 H2O2 같은 세정기 매체가 설치된 세정 또는 세정기 캐스케이드

(cascade) 같은 처리 기법을 적용해 그러한 수준을 달성하는 것이다 (4.3.5.1절 참고).

표 5.5 BAT 연계 NOX 배출 수준

배출원평균 물질흐름

kg/시간 *

또는

평균 농도

mg/m3* 설명

화학 생산 공정,

예를 들어,

나이트로화, 폐산의 회수

0.03 – 1.7 7 – 220 **

범위의 하한은 세정 시스템과 H2O를

이용한 세정에 대한 낮은 입력과 관계

있다. 입력 수준이 높은 경우에는

H2O2을 세정 매체로 이용해도 범위의

하한을 달성할 수 없다.

열산화/소각, 촉매 산화 0.1 – 0.3 13 – 50 ***

열산화/소각, 촉매 산화, 질소

유기 화합물25 – 150 *** SCR의 하위 범위,

SNCR의 상위 범위

*

**

***

NO2로 표현된 NOX, 배출 프로필에 관한 평균 시간 (5.2.1.1.4절 참고)

수준은 건식 가스 및 Nm3와 관련이 있다.

수준은 건식 가스 및 Nm3와 관련이 있다.

5.2.3.3 HCl, Cl2 및 HBr/Br2의 회수/저감

HCl은 H2O 또는 NaOH와 같은 세정 매체를 사용하는 세정기가 1개 이상 설치된 시설에서 발생된


338

배출가스에서 제거된다 (4.3.5.3절 참고). 생산량이 필수 장비에 대한 투자비용을 정당화하는 경우

HCl의 농도가 높은 배출가스에서 HCl를 효율적으로 회수할 수 있다. 생산 라인이 제품을 대량으로

생산하거나 일정 범위 안에서 유사한 제품을 생산하는 경우에는 이러한 상태를 예상할 수 있다. 사례는

4.3.5.2를 참고한다. VOCs 제거를 통해 HCl 회수할 수 없는 경우에는 회수된 HCl에 들어 있는

흡수성유기할로화합물을 고려해야 한다. 비슷한 경우로, Cl2가 배출가스 안에 존재하는 경우에는

추가적인 조치를 취해야 한다. 유사한 조건에서 배출가스로부터 HBr와 Br2를 회수/제거할 수 있다

(4.3.5.4절 참고).

BAT는 0.2 – 7.5 mg/m3 또는 0.001 – 0.08 kg/시간 HCl 배출 수준을 달성하는 것이며, 필요한

경우에는 H2O 또는 NaOH와 같은 세정 매체를 사용하는 1개 이상의 세정기를 적용해 그러한 수준을

달성하는 것이다 (4.3.5.3절 참고).

BAT는 0.1 – 1 mg/m3의 Cl2 배출 수준을 달성하는 것이며, 필요한 경우에는 초과 염소 (4.3.5.5절

참고)의 흡수 또는 NaHSO3 같은 세정 매체를 이용한 세정과 같은 기법을 적용하는 것 (4.3.5.2절

참고)이다.

BAT는 1 mg/m3 미만의 HBr 배출 수준을 달성하는 것이며, 필요한 경우에는 H2O 또는 NaOH와

같은 세정 매체를 이용한 세정을 적용해 그러한 수준을 달성하는 것이다 (1.1.1, 4.3.5.4절 참고).

5.2.3.4 NH3 배출 수준

5.2.3.4.1 배출가스에서 NH3의 제거

BAT는 0.1 – 10 mg/m3 또는 0.001 ‒ 0.1 kg/시간 HCl 배출 수준을 달성하는 것이며, 필요한

경우에는 H2O 또는 산과 같은 세정 매체를 이용한 세정을 적용해 그러한 수준을 달성하는 것이다

(4.3.5.20절 참고).

5.2.3.4.2 DeNOX에서 발생하는 NH3 슬립 (slip)

BAT는 <2 mg/m3 또는 <0.02 kg/시간의 SCR 또는 SNCR에서 NH3 슬립 수준을 달성하는 것이다

(4.3.5.7절 참고).

5.2.3.5 배출가스에서 SOx 제거

BAT는 1 – 15 mg/m3 또는 0.001 ‒ 0.1 kg/시간 SOx 배출 수준을 달성하는 것이며, 필요한 경우에는

H2O 또는 NaOH과 같은 세정 매체를 이용한 세정을 적용해 그러한 수준을 달성하는 것이다 (4.3.5.21절

참고).

5.2.3.6 배출가스에서 입자상 물질의 제거

다양한 배출가스에서 입자상 물질을 제거한다. 회수/저감 시스템의 선정은 입자상 물질의 속성에 따라


339

크게 다르다.

BAT는 0.05 ‒ 5 mg/m3 또는 0.001 ‒ 0.1 kg/시간 입자상 물질 배출 수준을 달성하는 것이며,

필요한 경우에는 백 필터, 섬유 필터, 집진 장치, 세정 또는 습식 전기 집진 (WESP) 같은 기법을

적용해 그러한 수준을 달성하는 것이다 (4.3.5.22절 참고).

5.2.3.7 배출가스에서 유리 시안화물의 제거

시안화물은 독성으로 인해 세정을 통해 시안화물을 함유한 배출가스에서 제거된다.

BAT는 폐가스에서 유리 시안화물을 제거하는 것이며, 1 mg/m3 또는 3 g/ 시간의 배출가스 배출

수준을 HCN과 같이 달성하는 것이다 (4.3.6.2절 참고).

5.2.4 폐수의 관리 및 처리

5.2.4.1 분리, 전처리 또는 폐기를 위한 일반적인 폐수

일부 종류의 폐수는 그 특징적인 속성 때문에 분리와 선택적 전처리 또는 폐기방법이 특정적으로 적

용된다.

5.2.4.1.1 할로겐화 및 클로로술폰화에서 발생한 모액

BAT는 할로겐화 및 클로로술폰화에서 발생한 모액을 분리 및 전처리 또는 폐기하는 것이다.

5.2.4.1.2 생물학적으로 활성인 물질을 포함하고 있는 폐수

이러한 폐수에는 예를 들어 살생물제/식물 영양 제품에서 발생하는 폐수 또는 일반적으로 (나이트로)

페놀을 함유하고 있는 방향제의 나이트로화 후에 세척하는 제품에서 발생하는 세척수 등이 있다.

BAT는 후속 폐수 처리 또는 배출 후의 환경에 대해 위험 요소를 내포할 수 있는 수준까지

생물학적으로 활성인 물질을 포함하고 있는 폐수를 전처리하는 것이다 (4.3.2.6, 4.3.7.5, 4.3.7.9,

4.3.8.13 및 4.3.8.18절 참고).

5.2.4.1.3 술폰화 또는 나이트로화에서 발생하는 폐산

술폰화 또는 나이트로화에서 발생하는 폐산은 보통 회수할 수 있다. 예를 들어 염분 함량이 높아 회

수가 불가능한 경우(또한 5.1.2.5.1절의 BAT 참고)에는 5.2.4.2에 제시된 BAT로 인해 전처리가 필요할

수 있다. 상분리 후에 나이트로화에서 모액을 추출하는 것이 그러한 사례이다.(또한 4.3.2.6절 참고)

BAT는 예를 들어 사업장내 또는 사업장외에서 회수를 위해 술폰화 또는 나이트로화에서 발생하는

폐산을 별도로 분리 및 회수하는 것 또는 5.2.4.2에 제시된 BAT를 적용하는 것이다 (4.3.2.6, 4.3.2.8절

참고).


340

5.2.4.2 관련 난분해성 유기물 부하를 이용한 폐수 처리

폐수의 난분해성 유기물 부하는 생물학적 폐수처리장을 통과하며, 생물학적 처리 이전에 전처리를 해

야 한다 (4.3.7.10절 참고). 전처리 기법에는 산화 기술(예, 4.3.7.2절 참고) 및 비분해 기술(예, Section

4.3.7.1절 참고) 및 대안적인 처리 방법(소각) 등이 있다. 전처리에는 다음과 같은 두 가지의 주요한 전

략을 이용할 수 있다. 난분해성 유기물 부하의 제거 또는 그와 같은 부하의 생분해성 강화 (4.3.7.6절과

4.3.7.12절을 비교한다). 하지만 전처리 기법의 투자에 대한 대안으로서, 공정의 현대화를 항상 폐수의

난분해성 유기물 부하를 방지하거나 최소화하기 위한 하나의 방법으로 평가해야 한다. 현대화 여부에 대

한 주요한 기준은 생물학적 제거 가능성이다. 실제 생산품이 대부분의 폐수에서 유기물 부하의 생물학적

분해 가능성을 부족하게 하는 원인이 되는 경우(예, 염료의 제조, 광택제, 방향족 중간체)에는 우선 순위

를 정하기 위한 선정 기준으로 난분해성 유기물 부하를 도입한다. 생물학적 제거 가능성 및 그에 따른

난분해성 유기물 부하는 예를 들어 Zahn‐Wellens test를 통한 본질적인 생물학적 분해 가능성의 평가와

관련이 있다 (4.3.1.3절 참고). 선별의 목적으로 본질적인 생물학적 분해 가능성의 80 % 수치대신에,

BOD5/COD 비율인 0.6을 이용할 수 있다. 다른 단위 공정에서 발생하는 폐수의 사례는 4.3.2절을 참고

한다. 실험적 생산 과정 및 극히 소량극히 소량 생산의 경우에는 난분해성 유기물 부하를 위한 전처리

전략의 발전이 실용적인 방법이 아니다.

5.2.4.2.1 관련 난분해성 유기물 부하

전처리 목적에서 BAT는 유기물 부하를 다음과 같이 분류하는 것이다.

폐수의 생물학적 제거 가능성이 80 – 90 % 이상인 경우에는 난분해성 유기물 부하는 관련이 없다

(4.3.7.6, 4.3.7.7, 4.3.7.8절 참고). 생물학적 제거 가능성이 낮은 경우에는 약 7.5 – 40 kgTOC/배치

또는 kgTOC/일 보다 낮으면 난분해성 유기물 부하가 관련이 없다 (4.3.7.10, 4.3.7.12 및 4.3.7.13절

참고).

5.2.4.2.2 분리 및 전처리

BAT는 5.2.4.2.1절에 제시된 기준에 따라 관련 난분해성 유기물 부하가 포함되어 있는 폐수를 분리

및 전처리하는 것이다.

5.2.4.2.3 전반적인 COD 제거

5.2.4.2.1절에 따른 관련 난분해성 유기물 부하를 운반하는 분리된 폐수의 경우, BAT는 95 %를

초과하는 전처리 및 생물학적 처리의 결합을 통해 전반적인 COD 제거율을 달성하는 것이다 (4.3.8.9절

참고).

5.2.4.3 폐수에서 용제의 제거

사용되는 용량으로 인해 용제는 흔히 공정에서 환경에 큰 영향을 주는 요소이다. 따라서 용제의 회수


341

및 재사용 또는 최소한 열량을 활용하는 것이 중요한 임무이다. 다음과 같은 경우에는 언제라도 재사용

을 위해 폐수에서 용제를 회수할 수 있다.

생물학적 처리를 위한 비용

+ 새로운 용제에 대한 구매비용회수 + 정제 비용＞

에너지 균형(어떤 부분의 생물학적 폐수처리장과 다른 부분의 분해/증류/열산화와의 비교)이 천연 연

료를 완전히 대체할 수 있다면 열량을 이용하기 위해 폐수에서 용제를 회수하는 것은 언제나 환경에 유

익하다. 많은 용제에 대한 결과로서, 폐수에서 1 g/L의 목표를 사용할 수 있다. 목표수치는 저렴한 용제

(예, 메탄올에 대해 에탄올 10 – 15 g/L) 및 정제하기 위해 많은 노력을 필요로 하는 용제 (4.3.7.18절

참고)보다 높다. 급속한 분해가 가능한 용제는 또한 생물학적 폐수처리장을 위해 필요한 탄소배출원을

대표할 수 있다(예, 4.3.8.8절 참고). 분해/소각 같은 복합적인 기법들은 생물학적 폐수처리장의 처리에

대한 효율적이고 현실적인 대안을 대표할 수 있으며, 또한 주요 배출가스 저감 시스템으로서 열산화/소

각에 유리하도록 경제/에너지 균형을 변경할 수도 있다 (4.3.5.9절 참고). 경제적 균형 또는 에너지 균형

외에, 활성탄 흡수와 같은 후속 전처리 시설을 보호하기 위해 폐수에서 용제를 제거해야 할 수도 있다.

할로겐화 용제의 경우에는 5.2.4.4절의 BAT를 적용하며, 생물학적으로 제거 가능한 용제의 경우에는

5.2.4.2절의 BAT를 적용한다.

생물학적 처리 및 새로운 용제의 구입 비용이 회수 및 정제 비용보다 비싼 경우, BAT는

분해/증류/정류, 추출 같은 기법 또는 이러한 기법들 결합한 복합적인 기법을 이용해 사업장내 또는

사업장외에서 재사용할 수 있도록 폐수에서 용제를 회수하는 것이다.

에너지 균형이 천연 에너지를 완전히 대체할 수 있는 것으로 나타난다면, BAT는 열량을 이용하기

위해 폐수에서 용제를 회수하는 것이다 (4.3.5.7절 참고).

5.2.4.4 폐수에서 할로겐화 화합물의 제거

5.2.4.4.1 퍼지가능한 (purgeable) 염화탄화수소의 제거

퍼지가능한(purgeable) 염화탄화수소 (CHC)는 생태독성학적 잠재력이 있으며, 기술적으로 가능한 경우

에는 용제로 대체되고 있다. CHC는 계속해서 사용되고 있으며, 폐수에서 그와 같은 화합물을 제거하기

위해 모든 노력을 기울이고 있다.

BAT는 예를 들어 분해, 정류 또는 추출을 통해 폐수에서 퍼지가능한 (purgeable) CHC를 제거하는

것이며, 전처리를 통해 배출구의 전체 농도를 1 mg/L 미만으로 줄이거나 사업장내 생물학적 폐수처리장

또는 도시하수도로 이어지는 투입구의 전체 농도를 0.1 mg/L 미만으로 줄이는 것이다 (4.3.7.18,

4.3.7.19, 4.3.7.20절 참고).


342

5.2.4.4.2 흡수성유기할로화합물을 함유하는 폐수의 전처리

일부 회원국에서는 흡수성유기할로화합물은 수용성 용액의 할로겐화 유기 화합물을 평가할 수 있도록

확립된 스크리닝 매개변수이다. 그렇지 않은 회원국에서는 흡수성유기할로화합물은 매개변수로서 확립되

었으며, 많은 경우에 단계적인 실행이 필요하다. 흡수성유기할로화합물의 배출 수준에 적극적인 영향을

주는 주요한 요인은 흡수성유기할로화합물 기준을 이용한 공정에서 폐수를 분리 및 선택적으로 전처리

하는 것이다. 사례 및 응용 기술은 4.3.7.15, 4.3.7.16, 4.3.7.17, 4.3.7.23을 참고한다.

BAT는 상당한 흡수성유기할로화합물 부하를 이용해 폐수를 전처리하는 것이며, 사업장내 생물학적

폐수처리장 또는 도시하수도로 이어지는 투입구에서 5.6에 표시된 흡수성유기할로화합물의 수준을

달성하는 것이다.

표 5.6 사업장내 생물학적 폐수처리장 또는 도시하수도로 연결된 투입구의 BAT 연계 흡수성유기할로화합물 수준

매개변수 연간 평균 수준 단위 설명

흡수성유기할로화

합물0.5 – 8.5 mg/L

상부는 할로겐화 화합물이 많은 공정에서 처리되고 대응하는

폐수가 전처리되는 경우 또는 흡수성유기할로화합물이

생물학적으로 제거 가능한 사례와 관련이 있다.

5.2.4.5 중금속을 함유하는 폐수의 전처리

중금속의 배출수준에 적극적인 영향을 주는 주요한 요인은 의도적으로 중금속을 이용하는 공정에서

폐수를 분리 및 선택적으로 전처리하는 것이다. 사례 및 응용 전처리 기법은 4.2.25, 4.3.2.4, 4.3.7.3,

4.3.7.21절을 참고한다. 전처리와 생물학적 폐수 처리를 복합한 기법과 비교해 동등한 제거 수준을 달성

한 것으로 입증되면, 생물학적 폐수 처리 공정만을 이용해 전체 배출수에서 중금속을 제거할 수 있지만

그럴 경우 사업장내 생물학적 처리를 실행한 후 처리 슬러지를 소각해야 한다.

BAT는 상당한 수준의 중금속이나 중금속 화합물을 함유하고 있는 폐수를 그러한 중금속을

의도적으로 사용하는 공정에서 전처리하는 것이며, 사업장내 생물학적 폐수처리장 또는 도시하수도로

이어지는 투입구에서 표 5.7에 제시된 중금속 농도를 달성하는 것이다.

표 5.7 사업장내 생물학적 폐수처리장 또는 도시하수도로 이어지는 투입구의 중금속 BAT 연계 수준

매개변수 연간 평균 수준 단위 설명

Cu 0.03 – 0.4

mg/L

고농도 범위는 많은 공정에서 중금속 또는 중금속

화합물을 의도적으로 사용하는 과정 및 그와 같이

중금속을 사용하면서 발생한 폐수를 전처리하는

과정에서 발생한다.

Cr 0.04 – 0.3

Ni 0.03 – 0.3

Zn 0.1 – 0.5

5.2.4.6 유리 시안화물의 분해

시안화물은 그 독성으로 인해 예를 들어 pH 조정 및 H2O2을 이용한 산화 분해를 통해 시안화물을 함

유한 폐수에서 제거된다(다른 기법의 경우, 적용 가능성의 4.3.6.2절 참고). 각각의 경우에 따라 생물학


343

적 폐수처리장의 시안화물을 안전하게 분해할 수도 있다(적용 가능성의 4.3.6.2절 참고). NaOCl을 이용

해 전처리하는 것은 흡수성유기할로화합물이 형성될 가능성이 있기 때문에 BAT로 간주되지 않는다. 다

른 시안화물 부하 흐름을 원래의 상태로 되돌리면 원료의 재사용과 대체가 가능할 수 있다. 폐수에서

발생해 COD 부하가 높은 시안화물은 알칼리 조건에서 O2를 이용한 습식 산화 같은 기술을 통해 산화

처리할 수 있다. 그런 경우에는 폐수에서 1 mg/L 미만의 시안화 수준을 달성할 수 있다 (4.3.7.4절 참

고).

BAT는 기술적으로 가능한 경우에 원료를 대체할 수 있도록 유리 시안화물을 함유하는 폐수를 원래의

상태로 되돌리는 것이다.

BAT의 기능은 다음과 같다.

a) 상당한 부하의 시안화물을 함유하고 있는 폐수를 전처리하고 처리된 폐수에서 1 mg/L 이하의

시안화물 수준을 달성한다 (4.3.6.2절 참고).

b) 생물학적 폐수처리장에서 안전하게 분해할 수 있다(적용 가능성의 4.3.6.2절 참고).

5.2.4.7 생물학적 폐수 처리

5.2.4.1, 5.2.4.2, 5.2.4.3, 5.2.4.4절 및 5.2.4.5절(폐수의 관리와 처리)에 제시된 BAT를 적용한 후,

BAT는 생물학적 폐수처리장에서 생산 공정, 헹굼 및 세척수로 인해 발생하는 폐수와 같은 관련 유기물

부하를 함유하는 배출수를 처리하는 것이다 (4.3.8.6 및 4.3.8.10절 참고).

5.2.4.7.1 사업장내 및 통합 처리

생물학적 폐수 처리는 다른 산업용 폐수나 도시 하수와 사업장내에서 또는 통합 처리 형태로 실행된다.

통합 처리는 장단점이 있으며 (4.3.8.4절 참고), 정밀유기화학물질 제조 현장에서 발생하는 복합 배출수의

생물학적 처리를 위해서는 생산과 폐수처리장 사이의 높은 통신 수준이 요구된다. 중요한 측면은 예를

들어 부하나 독성 같은 투입 속성의 변화에 대해 생물학적 처리를 보호하는 것이다 (4.3.7.5, 4.3.8.4,

4.3.8.6, 4.3.8.7절 참고). 안정적인 운영을 보장할 수 없는 경우에는 보다 신뢰할 수 있는 설비로 개선

을 해야 한다 (4.3.8.3, 4.3.8.8절 참고). 이러한 개선 사항에는 도시 하수와의 통합 처리를 현장 처리로

전환하는 것이 포함될 수 있다.

BAT는 통합 폐수 처리효율이 전체적으로 사업장내 처리의 경우보다 우수하도록 보장하는 것이다.

이러한 상황은 일반적인 분해도/생물학적 분해도 시험을 통해 실현할 수 있다 (4.3.8.5절 참고).

5.2.4.7.2 제거율 및 배출 수준

생물학적 폐수 처리의 경우, 일반적으로 연평균 93 – 97 %의 COD 제거율을 달성할 수 있다. 중요한

점은 COD 제거율을 독립 매개변수로 이해할 수는 없지만, 생산품 종류(예를 들면, 현장에 있는 대부분

의 폐수에서 난분해성 유기물 부하를 생성하는 염료/안료의 생산, 광택제, 방향족 중간체), 용제 제거 정


344

도 (4.3.7.18절 참고) 및 난분해성 유기물 부하의 정도 (4.3.8.7 및 4.3.8.10절 참고)에 따라 영향을 받는

다는 것이다. 개별 상황에 따라, 예를 들어 처리 용량이나 완충 용량 또는 질산화/탈질이나 화학적/기계

적 단계의 적용을 조정할 수 있도록 생물학적 폐수처리장을 개선해야 한다. 일부 회원국에서 흡수성유기

할로화합물은 수용성 용액의 할로겐화 유기 화합물을 평가할 수 있도록 확립된 스크리닝 매개변수이다.

그렇지 않은 회원국에서는 흡수성유기할로화합물이 매개변수로서 확립되고 있으며, 많은 경우에 단계적

인 실행을 필요로 할 것이다. 중금속 배출 수준에 적극적인 영향을 주는 주요한 요인은 폐수의 분리 및

선택적 전처리이다 (4.3.7.22절 참고).

BAT는 전체 배출수의 생물학적 분리 가능성을 이용하는 것이며, 99 % 이상의 BOD 제거율 및 1 – 8

mg/L의 BOD 배출 수준을 달성하는 것이다. 이러한 수준은 예를 들어 냉각수를 혼합과 같은 희석 없이

생물학적 처리를 한 후의 배출수와 관련이 있다 (4.3.8.11절 참고).

BAT는 표 5.8에 제시된 배출 수준을 달성하는 것이다.

표 5.8 생물학적 폐수처리장에서 발생하는 배출물에 대한 BAT

연평균 *

매개변수 수준 단위 설명

COD 12 – 250

mg/L

4.3.8.10절 참고

총인 0.2 – 1.5고농도 범위는 주로 인을 함유하는 화합물의 생산으로

인해 발생한다 (4.3.7.24, 4.3.8.16, 4.3.8.17절 참고).

무기질소 2 – 20

고농도 범위는 주로 질소를 함유하는 유기 화합물 또는

발효 공정에서 발생한다 (4.3.2.11절 및 4.3.8.14절

참고).

흡수성유기할로화합물 0.1 – 1.7

고농도 범위는 많은 흡수성유기할로화합물 관련 생산 및

흡수성유기할로화합물 부하가 상당히 많은 폐수의

전처리로 인해 발생한다 (4.3.8.12, 5.2.4.4.2절 참고).

Cu 0.007 – 0.1 고농도 범위는 많은 공정에서 중금속 또는 중금속

화합물을 의도적으로 사용하는 과정 및 그와 같이

중금속을 사용하면서 발생한 폐수를 전처리하는

과정에서 발생한다 (4.3.7.22, 4.3.8.1, 5.2.4.5절 참고).

Cr 0.004 – 0.05

Ni 0.01 – 0.05

Zn – 0.1

부유 물질 10 – 20 4.3.8.7절 참고

LIDF 1 – 2

희석 인자독성은 또한 수질 독성 (EC50 수준)으로도 표현된다, 예

4.3.8.7, 4.3.8.13, 4.3.8.18절 참고.

LIDD 2 – 4

LIDA 1 – 8

LIDL 3 – 16

LIDEU 1.5

* 이러한 수준은 예를 들어 냉각수를 혼합과 같은 희석 없이 생물학적 처리를 한 후의 배출수에 해당한다.

5.2.4.8 전체 배출수 모니터링

다목적 설비의 관리자는 생물학적 폐수처리장의 성과를 포함한 전체 배출수의 정기적인 모니터링을

통해 제품 변화, 개별 생산 기간 또는 개별 생산 배치로 인해 발생하는 문제들을 확인하고 그러한 문제


345

들을 해결하기 위한 조치를 통해 결과가 만들어진다는 것을 표시할 수 있다(사례에 대해서는 4.3.8.8절

참고). 난분해성 유기물 부하, 흡수성유기할로화합물 및 중금속의 모니터링은 전처리 전략이 성공했는지

여부를 나타낸다(사례에 대해서는 4.3.7.14절 및 4.3.7.22절 참고). 모니터링 빈도는 생물학적 폐수처리

장의 완충 용량 및 잔류 시간의 비율은 물론이고 생산의 조작 방법 및 제품 변화의 빈도를 나타낸다.

모니터링 빈도에 관한 사례는 4.3.8.21절의 표 4.86을 참고한다.

BAT는 최소한 표 5.1에 제시된 매개변수를 측정하는 생물학적 폐수처리장으로 투입 및 배출되는

전체 배출수를 모니터링하는 것이다 (4.3.8.21절 참고).

5.2.4.8.1 생물 모니터링 (Biomonitoring)

생태 독성학적 가능성이 있는 물질을 의도적으로 무심히 취급하거나 생산하는 경우(예, 원료 의약품

성분의 생산, 살생물제, 식물 영양 제품 등의 생산), 생물학적 모니터링은 불확실하고 광범위할 수도 있

는 개별 물질들을 추적하는 대신에 전체 배출수의 잔류 급성독성을 확인할 수 있는 도구이다. 생물학적

모니터링은 또한 다른 모니터링 데이터의 변동만큼 가시적이지 않을 수 있는 생산 지점에 대한 본질적

인 문제를 확인할 수 있는 선택 사항을 나타낸다. 생물학적 모니터링 빈도는 생산의 조작 방법 및 제품

변화의 빈도를 반영한다. 생물학적 모니터링에 따라 잔류 독성이 우려할 만한 사항이라는 것이 나타나는

경우에는 그런 독성의 원인은 여러 가지 조치를 개발 및 실행하기 위해 확인해야 한다.

BAT는 생태 독성이 있는 물질이 의도적으로 또는 무심히 취급 생산되는 생물학적 폐수처리장 이후에

전체 배출수의 일반적인 생물학적 모니터링을 실행하는 것이다.

5.2.4.8.2 온라인 독성 모니터링

잔류 독성이 우려할 만한 사항으로 확인되는 경우(예, 생물학적 폐수처리장 효율의 변동이 주요 생산

제품과 관련될 수 있는 경우), 온라인 TOC 측정과 결합한 온라인 생물학적 모니터링은 위험한 상황을

사전에 확인하고 관리자가 대응 조치를 할 수 있도록 하기 위한 도구이다.

BAT는 잔류 급성 독성이 우려할 만한 사항으로 확인되는 경우 온라인 TOC 측정과 결합한 온라인

독성 모니터링을 적용하는 것이며, 사례에 대해서는 4.3.8.7절과 4.3.8.20절 참고.

5.3 환경 관리

많은 환경 관리 기법은 BAT로서 결정된다. 환경관리 시스템(예, 표준화 또는 비표준화)의 범위(예, 설

명의 수준) 및 특성은 일반적으로 설비의 특성, 규모 및 복잡성과 관련이 있다.

BAT는 개별 상황에 따라 적절하게 다음의 특징들을 결합하여 환경 관리 시스템을 실행하고 지키는

것이다 (4장 참고).

• 최고 경영진을 통한 확립에 대한 환경 정책의 정의(최고 경영진의 의지는 환경관리 시스템의 다른


346

여러 기능의 성공적인 적용을 위한 전제 조건으로 간주된다)

• 필요한 절차에 대한 계획 수립 및 확정

• 다음 사항에 특별한 주의를 기울여 절차의 실행과 운영

- 조직도 및 책임

- 교육, 인식 및 적성

- 의견 교환

- 직원 참여

- 문서 작성

- 공정의 효율적인 제어

- 유지 보수 프로그램

- 비상 준비 및 대응

- 환경 법령에 대한 준수 보호

• 다음 사항들에 특별한 주의를 기울여 성능 확인 및 시정 조치.

- 모니터링 및 측정(배출물의 모니터링에 대한 참고 기준서 참고)

- 시정 및 예방 조치

- 기록의 유지

- 환경 관리 시스템이 계획된 장치들에 적합한가의 여부 및 적절하게 실행 및 유지되었는가의 여부

를 판단하기 위한 독립적인(가능한 경우) 내부 감사

• 경영진의 검토.

위의 사항들을 단계적으로 실행할 수 있는 세 가지의 추가 사항들은 지원 조치로 간주된다. 하지만

이러한 사항들이 없는 상태는 일반적으로 BAT과 일치하지 않는다. 이 세 가지의 추가적인 단계는

다음과 같다.

• 공인 인증 기관 또는 외부 환경관리 시스템 검증자의 검사 및 검증을 받은 관리 시스템 및 감사

절차.

• 설비의 중요한 환경적 측면을 설명하는 정기적인 환경 조사서의 작성 및 발표(및 가능한 경우 외부

검증)를 통한 부문 벤치 마킹과의 비교는 물론이고 환경 목적 및 목표에 대한 연차적 비교 가능.

• 유럽연합 환경경영감사제도 및 EN ISO 14001:1996 같이 국제적으로 승인된 임의적 시스템에 대한

실행 및 지지. 이러한 임의적 조치를 통해 환경관리시스템의 신뢰성을 높일 수 있다. 특히 그 안

에 위에 언급된 모든 사항들이 내포된 유럽연합 환경경영감사제도의 신뢰성은 더욱 높아진다. 하

지만 비표준화 시스템은 원칙적으로 적절하게 설계 및 실행된 경우에 한해 동일한 효과를 낼 수

있다.

6. 유망 기법

347

6. 유망 기법

6.1 혼합 개선

설명

대부분의 OFC는 혼합, 반응 및 분리(예, 결정화, 액체‐액체 추출법)를 위해 사용되는 배치 교반 용기

에서 제조된다. 아주 다양한 용기 및 교반기 설계를 이용할 수 있으며, 각각 공정 요구조건에 따른

장・단점이 있다. 실물 크기의 교반 탱크의 혼합 조건은 실험실 또는 파일럿 (pilot) 용기와 크게 달라

그로 인해 공정 수행에 상당한 영향을 줄 수 있다. 설비에 대해 부적절한 혼합 조건을 적용할 경우에는

다음과 같은 결과가 초래될 수 있다.

• (원료의 사용량 및 폐기물 발생량 증가로 이어지는) 예상보다 낮은 수율

• 과도한 시약의 사용 필요성

• (용기에서 부족한 혼합을 방해하는) 용제의 과다한 사용

• (과다 교반, 비효율적인 교반기 설계 또는 과도한 배치 시간으로 인한) 과도한 에너지 사용

• 고형 시약의 낭비 또는 과다한 배치 시간을 초래하는 공정으로의 고체물질의 부적절한 혼합

• 과다한 가스 사용으로 이어지는 가스상 시약의 부적절한 전달

• 제품 가변성으로 인한 불합격 배치.

달성된 환경적 편익

이 점은 적용되는 사례에 따라 다르지만, 일반적인 혼합 개선사항의 사례에서 산출된 사항은 다음과

같다.

• 염소 소비량의 50 % 감소

• 원료 사용량의 50 % 감소, 폐기물 용량의 75 % 감소(안료 생산)

• 폐수에 함유된 유기 불순물의 50 % 감소(폐기물 처리)

• 계면 활성제 사용량의 90 % 감소(분말 삭감 공정)

• 배치 시간의 65 % 감소 및 그에 따른 에너지 사용의 감소(겔 제조)

• 새 교반기의 초과 설계 방지를 통한 전력 산출량의 30 % 감소(페인트 설비)


적절한 혼합이 사용되도록 보장한다면 설비의 운영 가능성을 개선하면서 배치 손실을 피하는 데에도

도움이 될 것이다.


없다고 봄.

적용 가능성

잠재적으로 대부분의 정밀유기화학물질 제조 공정에 걸쳐 적용 가능하다. 기회는 새로운 설비가 설계


348

되고 있을 때 가장 크지만, 개조는 비용 측면에서 기존의 설비 및 공정의 효율성을 높일 수 있다. 다목

적, 다품목 설비에 이용할 수 있는 기회는 줄어들지만, 용량을 확대한 혼합의 고려사항은 심각한 공정

문제가 있고 개조가 높게 요구되어질 때 가장 적절한 용기의 선정 또는 식별을 가능하게 해준다.

경제적 측면

문제의 예방은 이후의 설비 개조, 생산 손실 또는 폐기물의 사후 처리보다 비용 면에서 더 효율적이다.


경제성 개선, 생산 증가, 제품 품질 향상.


[104, BHR Group, 2005]

6.2 공정 강화

설명

대부분의 정밀유기화학물질 제조는 혼합, 반응 및 분리(예, 결정화, 액체‐액체 추출법)를 위해 사용되

는 배치 교반 용기에서 제조된다. 그런 기법은 이해가 쉽고 상당히 유연하다는 이점이 있다. 하지만 6.1

절에서 설명한 바와 같이, 성능은 대개 최상의 수준에 미치지 못한다. 교반 용기에서 최적의 상태로 혼

합되는 경우라고 해도, 성과에 대한 근본적인 제한(예, 혼합 및 열 전달의 비율)으로 인해 여전히 일정

한 비율의 성과 손실이 있을 수 있다 (6.1절 참고).

배치에서 소규모의 연속적이고 집중적인 반응기 기법으로 바꾸면 환경 성과에서 단계적인 변화가 발

생할 가능성이 있다. 다양한 그와 같은 공정통합 기법은 다음 사항을 포함해 단일 공정 및 다단계 공정

에 이용할 수 있다.

• 고정식 혼합 반응기

• 방사기 (ejector)

• 혼합 화학 반응기‒열 교환기 (HEX 반응기)

• 회전식 원반 반응기

• 진동식 흐름 반응기

• ‘higee’ 기술.

공정통합 기법은 마이크로 반응기 기법에 대해 보완적 (4.1.4.6절)이고 보다 높은 생산율 (10 ‒ 10,000톤/년)이 요구되는 경우에 적용할 수 있으며, 마이크로 반응기에 대한 ‘숫자 상승’ 철학은 비현실

적이다.


이러한 점들은 적용되는 사례에 따라 다르지만, 일반적인 공정통합의 적용에 따른 환경상의 장점에 대

한 사례는 다음과 같다.

6. 유망 기법

349

• 수소규소화 반응 공정의 불순물 수준을 99 % 줄여 제품 가치를 높일 수 있는 한편 과다한 시약을

약 20 % 정도 줄이고 추가적인 용제에 대한 요구조건 제거.

• 에너지 사용량을 70 % 이상 감소(연구가 이루어진 일정한 범위의 공정에 대한 일반적인 수치 – 시간이 소비되는 혼합의 상당한 감소를 통해 달성 및 열을 통합할 수 있는 능력).

• 위험 가능성이 있는 공정에 대한 반응기 용량을 99 % 이상 감소하여 본질적으로 안전한 작동을

할 수 있게 됨.

공정통합과 녹색 화학물질의 결합 (4.1.1절), 용제 선정 (4.1.3절) 및 대체 종합 및 반응 조건 (4.1.4

절)을 통해 환경상의 장점을 극대화할 수 있다.


없다고 봄.


집중적이고 연속적인 공정을 위해 약간의 개발 시간이 추가로 필요할 수 있으며, 시동 및 가동 중단

절차에 주의를 기울여야 한다. 안정적인 상태에서 운영하는 경우에는 그러한 기술을 통해 신뢰할 수 있

는 공정을 얻을 수 있으며, 수동 조절 필요성을 최소화하면서 배치간 가변성이 발생하지 않도록 할 수

있다.

적용 가능성

공정통합은 이상적으로 (몇 분 이내의 반응 시간을 지닌) 본질적인 빠른 화학 반응에 적합하다.

이러한 점은 많은 재래식 설계 공정에 대해서는 맞지 않을 수 있지만, 흔히 강화된 화학 조건을

이용함으로써 공정통합 기법이 효과적으로 이용되도록 할 수 있다. 반응 물질, 촉매 또는 제품으로

사용할 수 있는 고체의 존재로 인해 몇 가지 공정통합 기법에서 어려움을 겪을 수 있다(하지만 이러한

점은 마이크로 반응기를 이용할 때보다 문제가 훨씬 적게 발생한다). 기회는 새로운 설비가 설계되고

있을 때 가장 크지만, 개조는 비용 측면에서 기존의 설비 및 공정의 효율성을 높일 수 있다.

공정통합은 재구성이 가능한 ‘플러그 & 플레이 (plug and play)’ 설비의 사용을 통해 다목적, 다품목

설비에 대해 적용할 수 있다.

경제적 측면

적용하는 경우에 따라 다르지만, 품질(및 그에 따른 가치) 향상, 제품 수율 증가, 원료 및 용제 사용

감소와 같은 장점이 늘어날 수 있다. 공정통합 설비에 대한 자본 비용 절감은 일반적으로 재래식

설비의 50 ‒ 70 % 수준이다.


경제성 개선, 생산 증가, 제품 품질 향상, 고유 안전성 향상.


[105, Stankiewicz, 2004]


350

6.3 마이크로파를 이용한 유기 합성

설명

마이크로파를 이용한 유기 합성 (MAOS)에서는 마이크로파 에너지를 이용해 가열하며 화학 반응을 일

으킨다. 마이크로파 조사방법 (microwave irradiation)은 ‘마이크로파 유전 가열 (microwave dielectric

heating)’에 의해 효율적으로 물질을 가열한다. 이러한 현상은 특정 물질(용제 또는 시약)이 극초단파 에

너지를 흡수해 열로 전환할 수 있는 능력에 따라 달라진다. 주사는 마이크로파 에너지와 분자를 직접

짝 지워 효율적인 내부 열을 생산한다. 마이크로파 광자의 에너지는 너무 낮아 화학 결합을 분해할 수

없기 때문에, 마이크로파는 화학 반응을 유도할 수 없다.

마이크로파 가열은 넓은 범위의 반응을 빠르고 쉽게 실행할 수 있도록 한다. 그런 반응에는 알릴 알

킬화, 이중결합 간의 복분해 반응, 고리 첨가 반응 (cycloaddition), C‒H 결합 활성화, 고분자 지지체을

이용한 조합 화학 (combinatorial chemistry)을 지향한 수많은 재정렬 및 반응 등이 있다. 이러한 기법에

는 과열 용제를 포함하는 반응이 포함되어 있다. 이러한 기법은 제품을 분리하는 것이 용이한 용제의

사용을 가능하게 한다.


• (반응 속도의 급격한 강화, 수율 향상 및 부산물 감소 등과 관련된) 에너지 효율성 향상

• 전이 금속 촉매의 방지 및 그에 따른 독성 폐기물의 방지 가능

• 반응 매개변수의 탁월한 제어

매체간 영향

없다고 봄.


“마이크로파와 밀봉 용기 기술을 이용한 급속 유전 가열(압력솥)은 미래에 마이크로파를 이용한 유기

합성을 수행할 수 있는 최상의 방법이 될 가능성이 가장 많을 것이다.” [107, Kappe, 2004]

용제의 선정은 끓는점보다는 예를 들어 이온 용액 같은 극성이 높은 물질을 첨가해 쉽게 조절할 수

있는 반응 매체의 유전 특성의 지배를 받는다.

적용 가능성

많은 반응 유형에 적용 가능. 간단(프로그램의 단순성 및 사용의 용이함)하고 효과적인 기술.

현재는 한 번에 몇 리터를 가공할 수 있다. 연속 흐름 반응기는 현재 단일 공동과 다중 모드 공동에

모두 이용할 수 있기 때문에 몇 kg의 물질을 준비할 수 있다. 하지만 현재는 1,000 kg/배치 이상의

생산 규모 수준에서 유기 합성을 위한 마이크로파 기술을 이용한 사례에 대해 정리되어 출판된 사례가

없다. 일부 마이크로파 시스템의 제조자들은 기술을 실험실 규모에서 공정 설비로 전환하기 위해

노력하고 있다.

6. 유망 기법

351

경제적 측면

• 반응 시간 감소(분 vs 시간), 수율 향상 및 부산물 감소

• 장비 비용 상승(재래식 가열 장비에 소요되는 비용보다 몇 배가 높다)


• 정제 화학물을 위한 합성 향상.


[107, Kappe, 2004년], [93, Leadbeater, 2004년]

6.4 정유량 반응기 시스템 (Constant flux reactor system)

설명

‘정유량’의 개념은 대부분의 열 전달 장치 및 반응기 설계(배치, 준연속 및 연속)에 적용할 수 있다.

하지만 정유량은 현대의 정밀 화학/의약품 제조 설비에서 발견할 수 있는 가장 공통적인 유형의 공정

장비인 연속 교반 탱크 반응기에 대한 적용 분야에서 가장 발전했다.

정유량 교반 탱크 반응기는 기본적으로 다른 온도 제어 원리를 이용한다. 재래식 교반 탱크 반응기가

가열/냉각 재킷의 온도를 조절하는 방법으로 공정 온도를 제어하는 반면, 정유량 교반 탱크 반응기의 열

전달 면적은 가변적이다(아래의 그림 6.1 참고). 그림에서 q = U·A·LMTD는 열 전달 방정식이며, 여

기서 q는 열 교환기 (W)를 통해 추가 또는 제거된 열, U는 열 전달 계수 (W m‐2 K‐1), A는 열 전달 면

적 (m2)이며 LMTD는 재킷과 공정 사이의 온도 차이 (K)이다.

재킷 온도의 조절 (LMTD) 기능이

공정 온도를 제어한다.

효과적인 재킷 면적의 조절 (A)

기능이 공정 온도를 제어한다

재래식 제어 정유량 제어

그림 6.1 재래식 온도 제어와 정유량 제어의 비교.


352

가변적인 표면적은 재킷을 다중의 독립 제어 열 전달 요소로 분해함으로써 생성된다(개별 재킷 요소

에 대한 공급 및 복귀 배관은 공동의 다기관에 연결되어 있다). 배출 다기관은 작동 중인 열 전달 요소

의 수를 조절하는 데 사용되는 동력 피스톤에 설치된다.

주요 제어 매개변수로서 면적의 이용은 소형의 열 전달 요소의 이용과 함께 다음과 같은 몇 가지의

고유한 성능 능력을 전달한다.

• 열 수지 측정법을 이용해 전례 없이 정확한 공정 모니터링

• 재래식 기술 보다 정확하고, 빠르며, 안정적인 공정 온도 제어

• 용기 내부의 공정 조건 개선

• 열 전달 용액의 이용률 증가.


공정의 (열 측정법을 통한) 연속적인 온라인 모니터링에는 다음과 같은 환경상의 장점이 있다.

• 정확한 공정 종말점 검출 – 향상된 제품 수율 전달 및 폐기물 감소.

• 정확한 공정 종말점 검출 – 설비 이용률 향상 및 불필요하게 긴 배치 시간과 관련된 에너지 비용

감소.

• 잠재적인 폭주 반응의 확인 – 관련 환경상의 위험 요소 감소.

정유량의 공정 온도 제어를 개선하면 반응 선택성(과 공정 조건)을 개선함으로써 생산 품질 및 수율을

향상시킬 수 있다. 폐기되는 제품의 양이 감소하는 것은 이러한 과정의 자연스러운 결과이다.

마지막으로 정유량에서는 공정 온도 제어에 대해 근본적으로 다른 접근법을 이용한다. 또한 환경과

관련해 열 전달 유체 시스템에 대해 다음과 같은 사항들을 향상시킬 수 있다.

• 열 전달 유체를 계산하기 위해 필요한 펌핑 에너지의 90 % 이상 감소.

• 열 전달 유체 온도를 제어하기 위해 필요한 절대 가열 및 냉각 에너지 감소.

• 필요한 열 전달 유체의 재고 감소 – 열 전달 유체의 소비 감소.


없다고 봄.


정유량은 사실상 재래식 교반 탱크 반응기와 동일한 방법으로 작동할 수 있다.

• 부피 용량: 100 mL ‒ 100,000 L

• 제작 재료: 스테인리스 강, 하스텔로이, 유리, 유리 내장 강철 및 기타 합금.

• 작동 압력: 필요에 따라 조절.

• 작동 온도: 필요에 따라 조절.

• 재래식 재킷 배치 반응기와 동일하거나 그보다 나은 U값(전체적인 열 전달 계수).

6. 유망 기법

353

적용 가능성

정유량은 사실상 모든 크기의 배치 용량 설계에 적용할 수 있다. 설계는 실험실, 파일럿 및 산업적

이용에 적합하다. 정유량의 개념은 배치 용기 운영, 예를 들어 화학 합성 반응, 결정화, 중합 및 발효에

적용할 수 있다.

또한 정유량의 개념은 연속 반응기에 적용할 수 있다. 하지만 이 분야의 발전 정도는 초기 단계이다.

경제적 측면

공정을 온라인으로 모니터할 수 있는 능력이 있으면 공정을 지속적으로 개선 및 최적화할 수 있다.

그럼으로써 설비 성능 운영에서 경제적으로 상당히 유리해진다. 하지만 많은 경제적 장점은 특정 공정

및 사용된 설비의 특성에 따라 결정된다.

정유량을 실행하는 자본 비용은 대개 달성 가능한 운영상의 장점에 비해 작다.


의약품 산업 내에서, FDA의 공정 및 분석 기술 (PAT) 계획은 의약품 제조에서 분석 기술을 적용하게

하는 핵심적인 힘이다. 정유량은 의약품 제조 환경에서 정확하면서도 간단하고 다양한 분석 도구를

제공한다.

좀더 일반적으로 말하면, 정유량이 전달할 수 있는 경제적인 장점을 통해 많은 적용 분야에 걸쳐

광범위한 화학물질 제조자들의 관심을 고조시키고 있다.


[109, Ondrey, 2005년], [110, A. Desai 및 R. Pahngli, 2004년], [111, Ashe, 2004년], [112, Hairston,

2003년], [113, Ashe, 2002년]


354

7. 맺음말

7.1 정보교류에 대한 품질

작업 시기

정밀유기화학물질의 제조를 위한 최적가용기법에 대한 정보 교환은 2003 ‒ 2005년에 실행되었다.

정보를 수집하고, 본 기준서를 기록하며, 두 곳의 자문 기관과 최종 기술작업반 (TWG) 회의에서 발생

하는 설명을 바탕으로 본 기준서를 개발하는 데 25개월이 걸렸다. 표 7.1에는 작업의 이력이 나타나 있

다.

표 7.1 정밀유기화학물질을 위한 BREF의 작업 시기조정

업무 시작 회의 2003년 5월 26 ‒ 28일

1차 초안 2004년 2월

2차 초안 2004년 12월

최종 기술작업반 회의 2005년 6월 27 ‒ 30일

정보의 출처 및 본 기준서의 개발

본 기준서의 개발을 위한 목표 정보를 제공하기 위한 목적에 따라 몇 편의 보고서를 면밀하게 검토했다.

독일 [15, Köppke, 2000, 50, UBA, 2001년], 스페인 [46, Ministerio de Medio Ambiente, 2003년] 및

CEFIC [18, CEFIC, 2003년]에서 제출한 보고서는 첫 번째 초안을 위한 기본 원칙으로 생각할 수 있다.

대부분의 정보는 보통 1개 이상의 기술작업반 (TWG) 회원이 있는 스페인, 아일랜드, 프랑스, 영국,

프랑스, 스웨덴, 헝가리, 오스트리아, 스위스, 독일 및 이탈리아 [58, Serr, 2003년, 91, Serr, 2004년]에

있는 28곳의 생산 현장을 방문해 얻었다. 추가로 다양한 출처에서 모범 사례에 대한 정보와 예를 제공

했다. 출처에는 산업 및 회원국 섀도우 그룹, 많은 개별 기업(이 기준서에는 115 곳의 기준 설비의 데이

터가 포함되어 있다)이 포함되어 있으며, 기고문에는 저자가 익명을 원한 출처가 포함되어 있다.

본 기준서는 1차 초안의 경우에는 약 1,000개의 의견, 2차 초안의 경우에는 약 800개의 의견을 기반

으로 개발되었다. 최종 회의 시 주요 논의 항목은 VOCs 회수/저감 기법, 사업장내와 사업장외에서의 생

물학적 폐수 처리 및 폐수의 전처리 방법 선택이었다.

합의 수준

정보 교환 과정은 훌륭했으며, 기술작업반의 최종 회의가 진행 되는 기간과 그 이후에 높은 정도의

동의에 도달했다. 어떠한 관점 차이도 기록되지 않았다. 하지만 참고해야 할 점은 기밀 유지 관련 사항

이 증가함으로써 작업 전반에 상당한 장애가 되었다는 것이다.

7. 맺음말

355

7.2 향후 작업 권고사항

정밀유기화학물질 제조 분야의 배출 및 소비 수준에 대한 계량화된 개요

정밀유기화학물질 제조 분야의 환경 관련 핵심 문제는 일반적으로 1.2절에서 기술된다. 하지만 본 기

준서의 3장 “현재의 배출 및 소비 수준”에는 개별 기준 설비의 배출 수준만 포함되어 있으며, 그림 3.1

및 표 3.6을 제외하고 전반적으로 정밀유기화학물질 제조 부문의 배출에 대한 보다 상세한 개요를 제시

하기 위해 이용할 수 있는 구체적인 데이터나 정보는 없었다. 향후 연구에서는 이러한 개요를 제공할

수 있을 것이다.

정밀유기화학물질 제조 설비의 VOCs 배출 상황에 대한 이해 확대

정밀유기화학물질 제조 생산은 다목적 설비의 배치 제조로서 실행된 것은 물론이고 배치, 준배치 또는

연속 작동과 함께 “보다 큰” 용량의 제품을 위한 전용 생산 라인을 포함한다. 이러한 점은 상당히 가변

적인 상황이라는 것을 입증하며, 정보 교환을 통해 VOCs 배출 상황을 이해하기 위한 통상적 접근법

(conventional approach)이 누락될 수 있는 것으로 나타났다. 표 7.2에는 관련 주제가 열거되어 있다.

표 7.2 대기 중으로 배출되는 VOCs 배출물질에 관한 향후 작업을 위한 권고 사항

주제 설명

도관 배출원의 배출 수준에 대한 모니터링

및 이해

가변성이 높은 배출 용량 흐름은 배출 수준의 해석에 대한 해결 과제를

의미한다. 향후 작업은 5.2.1.1.4절과 5.2.1.1.5절의 배출 프로필의 모니

터링 및 연속 모니터링에 대한 BAT에서 생성되는 데이터를 바탕으로

할 수 있을 것이다.

분산 및 일시적인 배출물정보 교환에서는 전체 VOCs 배출물의 확산/비산 배출물의 역할 및 공

유에 대한 평가를 실행할 수 있을 정도의 정보가 제공되지 않았다.

VOCs 화합물에 대한 통일된 분류 시스템

유럽 전역에 걸쳐 대기 중으로 배출되는 물질에 대한 여러 분류 시스템

이 사용되고 있다는 사실 때문에 다소 유해한 화합물을 분류하게

되었을 때 정밀유기화학물질 제조에 대한 작업에 장애가 되었다.

정밀유기화학물질 제조 폐수를 위한 통합 전처리 플랫폼

정밀유기화학물질 제조에 대한 정보 교환은 폐수의 전처리 조합 및 전체 배출수의 생물학적 폐수 처

리의 중요성을 강조한다. 알칼리 조건에서 O2를 이용한 고압 습식 산화 처리는 4.3.7.4절에서 설명한 바

와 같이 특히 많은 정밀유기화학물질 제조 현장이 동일한 지역에 위치해 있는 경우에 OFC 현장에서 생

성된 폐수로 인한 해결 과제에 대한 상당히 효율적이고 유연한 대응 방법을 제공한다. 동시에 생물학적

폐수 처리로 인한 슬러지에 대한 해결책을 제공한다(또한 표 7.3 참고). 미래의 작업에서는 이러한 접근

법의 경제적 측면에 대한 보다 심층적인 평가와 개별 폐수 처리 전략과의 비교에 초점을 맞출 수 있을

것이다.

배합 과정의 평가

예를 들어, 염료/안료, 살생물제/식물 영양 제품 또는 폭발물 같은 화학적 합성을 통해 생산된 많은

제품들은 배합, 혼합 또는 표준화된 부유물에서 만들어 진다. 그런 제조 설비는 기술적으로 합성 장치와

연결되어 있으며, 생산 기간, 배치 운영과 동일한 리듬과 연관되어 있을 수 있다. 배합 활동으로 인해


356

잔류 용제의 VOCs, 처리 과정의 입자상 물질, 헹굼/세척의 세척수 또는 추가 분리 과정의 폐수 같은

배출물이 발생할 수 있다. 미래의 작업은 2.7.1절에서 이용할 수 있는 정보를 바탕으로 할 수 있으며,

배합 공정을 보다 깊이 있게 평가한다.

다른 주제

일부 경우에는 정보 교환에서 BAT 개념에 따른 평가를 위한 충분한 근거를 제공하지 못하거나 관련

결론을 일반적인 상태로 유지해야 했다. 표 7.3에는 최종 기술작업반 (TWG) 회의에서 확인된 이러한

주제들을 수록하고 있다.

표 7.3 BAT 개념 범위 내 평가에 관한 정보가 매우 적은 주제

주제 설명

폐수 처리에서 발생하는 슬러지의

처리

예를 들어 4.3.7.4, 4.3.7.22 및 5.2.4.5절 참고. 미래의 작업 에서는 여러 가지

선택 방법을 평가할 수 있을 것이다.

천연 제품 추출 천연 제품에서 원료를 획득하기 위한 중요한 공정, 2.7.2절 및 4.1.5절 참고.

폐 폭발물의 처리 폭발물 생산 현장에서 빈번하게 실행되었다, 2.5.8절 참고.

향후 R&D 과제 제안

대부분의 정밀유기화학물질 제조는 혼합, 반응 및 분리(예, 결정화, 액체‐액체 추출법)를 위해 사용되

는 배치 교반 용기에서 제조된다. 그런 기법은 이해가 잘 되고 상당히 유연하다는 이점이 있다. 하지만

성과는 대개 최상의 수준에 미치지 못한다 (6.2절 참고). “유망 기법” 장에서는 일정한 범위의 대체 공정

기술이 설명되어 있다. 4장에서는 BAT 후보 기법 중에서 산업적인 차원에서 최초로 적용한 다른 사례가

제시되어 있다 (4.1.4.6절 참고). 이러한 기법들은 환경상의 장점이 있는 것으로 간주되지만, 그러한 설

명은 보통 막연하다. 미래의 R&D에서는 환경상의 장점, 매체간 효과 및 그러한 기법의 적용 가능성에

대한 보다 상세한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

통합 배출 평가 (Whole effluent assessment; WEA)는 지금까지 폐수 처리의 효율성을 평가하기 위한

도구로 제안되었다. WEA 개념에서는 생물학적 정량을 이용해 독성, 지속성 및 생물학적 축적을 평가한

다. WEA 도구 상자 내의 몇 개 시험은 대개 급성 독성 및 생물학적 축적과 관련해 이용이 가능하고 강

력하다. 하지만 지속성과 만성 독성에 대한 어느 정도 추가적인 작업이 요구되며, 정밀유기화학물질 제

조 맥락에서 “가용성”을 입증하기 위해 사례 연구를 수행해야 할 것이다.

EC는 자체의 RTD 프로그램에도 불구하고 청정 기술, 최근의 배출수 처리 및 회수 기술, 관리 전략

등을 다루는 일련의 프로젝트에 착수 및 지원하고 있다. 이러한 프로젝트들은 잠재적으로 미래의 BREF

검토에 유용하게 기여할 가능성이 있다. 따라서 독자들에게는 본 기준서의 범위에 관련되어 있는 일정한

연구 결과가 있을 경우 유럽 IPPC 사무국에 통보할 것을 요청한다(본 기준서의 서문 참고).

참고문헌

357

참고문헌

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8. 용어

363

8. 용어

8.1 약어 및 설명

A

ADR 국제적으로 육상을 통해 위험 물질을 운반하는 것에 관한 유럽 협약. (European

agreement concerning the international carriage of dangerous goods by road)

AOX 흡수성유기할로화합물 (Adsorbable organic halogen). 물속에 흡착 가능한 유기

결합 할로겐의 측정 단위. 분석 시험은 활성탄(할로겐 제거)에 대해 물 표본 속에

함유되어 있는 유기 물질을 흡수하는 과정으로 구성된다. 염화물 이온(유기 결합

할로겐)을 완전히 제거하기 위해 질산나트륨으로 활성탄을 희석한다. 그런 다음

활성탄을 산소의 흐름 속에서 연소시키고, 그 결과 만들어지는 염화수소를

정량적으로 결정한다. 이러한 분석 방법을 이용해 결정이 가능한 것은 염소, 브로민

및 요오드(생태적으로 중요한 플루오르 화합물)에 불과하다. 브로민 및 요오드는

Cl로 계산된다. 분석 가치는 물의 흡수성유기할로화합물(단위: mg Cl/L) 또는

물질의 흡수성유기할로화합물(단위: mg Cl/g)로 표현된다.

API 원료 의약품 (Active pharmaceutical ingredient)

Aquatic toxicity 수생독성, 수생 생물에 대한 일정한 오염물질의 영향에 대한 측정 단위. 가장

공통적인 매개변수는 다음과 같다:

IC10 = 박테리아 성장의 억제 농도 (10 % 억제) IC10값 이상의 농도는 박테리아

처리의 효율성에 강한 영향을 주거나 활성 슬러지를 완전히 오염시킬 수 있다.

LC50 = 치사 농도(폐사율 50 %) 물고기에 사용되며, 일정한 물질이 50 %의

폐사율을 일으키는 물 농도를 나타낸다.

EC50 = 영향 농도(영향 50 %) 물벼룩류 및 조류와 같은 특히 민감한 유기체에

사용된다.

일정한 오염물질의 수질 독성은 다음과 같이 정의한다.

• 높은 독성: 0.1 mg/L 미만

• 강한 독성: 0.1 ‒ 1 mg/L

• 독성: 1.0 ‒ 10 mg/L

• 중간 독성: 10 ‒ 100 mg/L

• 무독성: 100 mg/L 초과

B

Biodegradability 생분해 가능성, 박테리아를 이용해 생물학적으로 산화할 수 있는 유기물질의 능력에

대한 측정 단위. BOD 시험 (OECD 시험 301 A ‒ F)으로 측정하며, 생물학적 폐수


364

처리 작업에서 발생하는 생분해 메커니즘과 관련이 있다. 보통 (물질의) %로

표현한다.

Bioeliminability 생물학적 제거, 생물학적 설비(생분해를 포함)에서 발생할 수 있는 모든 제거

메커니즘의 결과로서 배출수로부터 제거할 수 있는 유기물질의 측정 단위. 생물학적

처리 설비에서 모든 제거 메커니즘의 전체적인 영향을 결정하는 생물 제거 시험

OECD 302 B로 측정한다.

• (소화할 수 있는 특수 순응 박테리아의 성장을 필요로 하는 물질의 생분해를

설명하기 위해 장기간(최대 28일) 측정된) 생분해

• 활성 슬러지에 대한 흡착

• 휘발성 물질의 분해

• 가수분해 및 침전 공

보통 (물질의) %로 표현한다.

BOD5 5일 내의 생물화학적 산소 요구량 (Biological oxygen demand within 5 days)

이산화탄소나 물에 대해 물속에 존재하는 유기물질을 생화학적으로 산화하기 위해

박테리아가 소모하는 산소의 측정 단위.

유기물 부하가 높을수록 소모되는 산소의 양이 많아진다. 그 결과 배출수 속의

유기물 농도가 높은 상태에서 물속의 산소량이 수생 생물을 위한 허용 가능한 수준

이하로 줄어들 수 있다.

BOD 시험은 20 ℃의 희석액에서 수행되며, 소모된 산소의 양은 5, 7일 또는

공통적으로 30일 이내에 결정된다. 대응하는 매개변수는 BOD5, BOD7 및

BOD30라고 부른다. 분석값은 보통 다음과 같은 단위로 표현된다.

• mg O2/L (배출수) 또는

• mg O2/g (기질).

BREF BAT 기준서 (Best Available Techniques Reference documents)

C

CA 탄소 흡수 및 배출 (Carbon adsorption and disposal)

CAS 화학 초록 서비스 (Chemical Abstracts Service)

CEEC 중부 및 동부 유럽 국가 (Central Eastern European Countries)

CEFIC 유럽화학산업협회 (European Chemical Industry Council)

CFC 염화불화탄화수소 (Chlorofluorocarbon)

CFR 미국연방규정 (Code of Federal Regulations). 미국 연방 정부의 집행부서 및

기관이 연방관보에 발표한 일반 및 영구 규정의 법전

8. 용어

365

CHF 스위스 프랑 (Swiss Franc)

cGMP 최신의약품우수제조관리기준 (Current good manufacturing practice in

manufacturing, processing, packing, or holding of drugs)

CHCs 염화탄화수소 (Chlorinated hydrocarbons)

CIP 제자리 세정 시스템 (Cleaning-in-place)

cmr 발암성, 변이원성, 생식독성 (carcinogenic, mutagenic, reprotoxic)

COD 화학적산소요구량 (Chemical oxygen demand).

물속의 유기물과 무기물을 화학적으로 산화시키는 데 요구되는 산소의 양에 대한

측정 단위.

COD 시험은 강산 산화제가 있는 상태에서 ca. 150 ℃에서 실행된다. 산소

소모량을 평가하기 위해 3가 크롬으로 줄어든 4가 크롬의 양이 결정되며, 획득된

값은 산소 당량으로 전환된다.

분석값은 보통 다음과 같은 단위로 표현된다.

• mg O2/L (배출수)

• mg O2/g (기질).

Contaminant Boom 봉쇄방재, 예를 들어 특정 지역 내 또는 특정 지역 밖의 석유 같은 유출물의 배열

속에 포함시키기 위해 사용할 수 있는 플라스틱, 중성 또는 합성 물질로 구성된

부유식 및 고정식 장치. 방재는 여러 가지 형태, 크기 및 유형으로 이루어지며,

지상 또는 물에서 사용할 수 있다.

CP 비열용량, 특정 열 용량을 이용해 증식된 질량 유속 (Mass flowrate multiplied with

the specific heat capacity)

D

DeNOx 폐가스에서 발생하는 산화질소의 제거 (Elimination of nitrogenoxides from waste

gases)

DMF 디메틸포름아미드 (Dimethylformamide)

DEM 독일 마르크화 (German Mark)

DMSO 디메틸 술폭사이드 (Dimethyl sulfoxide)

DOC 용존 유기 탄소 (Dissolved organic carbon)

E

EC 유럽공동체 (European Community)


366

EC50 반수영향농도 (Half maximum effective concentration)

절차에서는 통도와 반응으로 구성된 최소한 5개의 데이터 쌍이 필요한 통계적

데이터 분석을 이용한다. 반응은 0 ‒ 100 %가 되어야 한다. EC50 수준은 시험

집단의 50 %에 측정 가능한 악영향을 유발하는 농도를 나타낸다. “LID” 참고.

ECPA 유럽작물보호협회 (European Crop Protection Association)

EFTA 유럽자유무역연합 (European Free Trade Association)

EHS 환경, 보건 및 안전 (Environment, Health and Safety)

EIPPCB 유럽 IPPC 사무국 (European Integrated Pollution Prevention and Control Bureau)

ELV 배출한계값 (Emission limit value)

EMAS 유럽연합 환경경영감사제도 (Eco-management and audit scheme)

EMPA 스위스 연방 재료 검사 및 연구소 (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

EOX 추출성 유기할로겐화물 (Extractable organic halogen)

EPA 미국환경보호청 (Environmental Protection Agency)

ESIG 유럽용제산업그룹 (European Solvents Industry Group)

ESIS 유럽화학물질정보시스템 (European Existing Substances Information System)

EtO 에틸렌 산화물 (Ethylene oxide)

EU 유럽 연합 (European Union)

EUR 유로 (Euro)

F

FDA 미국 식품의약국 (US Federal Drug Administration)

FID 불꽃 이온화 검출기 (Flame ionisation detector)

G

GDCh 독일화학자협회 (Gesellschaft Deutscher Chemiker)

GMO 유전자변형생물체 (Genetically modified organism)

GMP 우수제조관리기준 (Good manufacturing practice)

8. 용어

367

H

HHC 할로겐화 탄화수소 (Halogenated hydrocarbons)

HMX 옥토겐 (Octogen) 및 사이클로테트라메틸렌 테트란니트라민 (Cyclotetramethylene

tetranitramine)으로 잘 알려진 고농축 폭발물 (High Melting eXplosive)

HNS 헥사나이트로스틸벤 (Hexanitrostilbene)

I

IBC 중형벌크용기 (Intermediate Bulk Container)

IEP 아일랜드 파운드 (Irish Pound)

IMS 산업용 변성 에탄올 (Industrial methylated spirits)

IPPC 통합환경관리 (Integrated Pollution Prevention and Control)

IQ 설치 적격성 확인 (Installation qualification)

ISO 국제표준화기구 (International Organisation for Standardisation)

I‐TEQ 다이옥신/퓨란의 국제 독성등가 환산농도 (International toxicity equivalent of

dioxins/furans)

L

L (CT) 제시된 노출 기간의 치사 농도 (Lethal concentration for a given exposure period)

LEL 폭발 하한계 (Lower explosion limit)

LIDF,D,A,L,EU 최저 비효율 희석 (Lowest ineffective dilution)

시험 유기물에 대한 영향이 없는 것으로 관찰될 때까지 전체 배출수를 희석한다.

시험 유기체는 보통 물고기 (F), 물벼룩류 (D), 조류(A), 발광미생물 (L), 유전 독성

(EU) 등이다. LID 시험은 농도‐반응 관계가 요구되지 않기 때문에 시험 절차는

EC50의 결정보다 간단하지만, 통계 평가나 신뢰 한계를 전혀 이용할 수 없다.

시험을 실행하기 위해, 시험 물고기를 점점 물고기 알로 대체하지만, “LIDF” 라는

용어는 변하지 않고 수준도 일정하게 유지된다.

M

MAOS 마이크로파를 이용한 유기 합성 (Microwave Assisted Organic Synthesis)

MEK 메틸 에틸 케톤 (methyl ethyl ketone)

MIBK 메틸 아이소부틸 케톤 (methyl isobutyl ketone)


368

MITI 일본 통상산업성 (Ministry of International Trade and Industry, Japan)

MTBE 메틸 tert-뷰틸 에테르 (Methyl tertiary butyl ether)

MW 메가와트 (Megawatt)

N

NC 나이트로셀룰로스 (Nitrocellulose)

NCE 신규 화학물질 (New chemical entity)

NG 나이트로글라이콜 (Nitroglycol)

nm 나노미터 (Nanometer)

O

OECD 경제협력개발기구 (Organisation for Economic Co-operation and Development)

OFC 정밀유기화학물질 (Organic fine chemicals)

OQ 가동 적격성 확인 (Operational qualification)

P

PAHs 다환방향족 탄화수소류 (Polycyclic aromatic hydrocarbons)

PAN 페록사실나이트레이트 (Peroxacil nitratates)

PCBs 폴리클로리네이티드 바이페닐 (Polychlorinated biphenyls)

PCDD 폴리클로리네이티드 다이벤조파라다이옥신 (Polychlorodibenzo dioxins)

PCDF 폴리클로리네이티드 다이벤조퓨란 (Polychlorodibenzo furans)

PEG 폴리에틸렌글라이콜 (Polyethylene glycol)

PETN 펜타에리스리톨 테트라나이트레이트 (Pentaerythritol tetranitrate)

PI 공정 강화 (Process intensification)

PLC 프로그램형 논리 제어기 (Programmable Logic Controller)

POP 잔류성유기오염물질 (Persistent organic pollutant)

ppm 백만분의 일 (Parts per million)

PTFE Teflon®라는 상표명으로 더 잘 알려진 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoro

ethylene)

8. 용어

369

Purgeable CHCs 퍼지가능한 염화탄화수소 (Purgeable chlorinated hydrocarbons)는 일반적으로

분해를 통해 물에서 제거할 수 있는 염소계 화합물을 포함한다. 물에서

퍼지가능한(purgeable) CHC의 제거를 위한 다른 기술은 분류를 포함해 정류, 추출

및 정류와 증류의 조합 등이다.

PV 공정 검증 (Process validation)

R

R&D 연구 개발 (Research and development)

Refractory 난분해성 유기물 부하

organic load 예를 들어 Zahn‐Wellens test 같은 본질적인 생물학적 분해 가능성 시험에 따라

생물학적으로 분해할 수 없는 폐수 중에서 유기물 부하 부분.

R-phrases 위해성 문구 (R-phrases)는 위험 물질을 이용하는 과정에서 포함되는 위험으로 인해

발생하는 특수한 위험을 나타내는 표준 문구이다. 위해성 문구라는 표현은 위험

물질의 분류, 포장 및 라벨 표시와 관련된 법률, 규정 및 행정 조항의 근사값에

대한 지침 67/548/EEC의 부록 III에 규정되어 있다.

R40 발암 효과의 제한적인 증거 (Limited evidence of a carcinogenic effect). (위의

“위해성 문구” 참고)

R45 암을 유발할 수도 있음 (May cause cancer). (또한 위의 “위해성 문구” 참고)

R46 유전성 유전자 손상을 유발할 수도 있음 (May cause heritable genetic damage).

(또한 위의 “위해성 문구” 참고)

R49 흡입을 통해 암을 유발할 수도 있음 (May cause cancer by inhalation). (또한 위의


R60 생식 능력에 손상을 유발할 수도 있음 (May impair fertility).(또한 위의 “위해성

문구” 참고)

R61 태아에게 피해를 줄 수도 있음 (May cause harm to the unborn child).(또한 위의


RTD 연구, 기술 및 개발 (Research, technology and development)

S

SCAS 준연속 활성 슬러지 (Semi-continuous activated sludge)

SCR 선택적 촉매 환원 (Selective catalytic reduction)


370

SNCR 선택적 비촉매 환원 (Selective non-catalytic reduction)

SME 중소기업 (Small or medium sized enterprise)

SOP 표준 운영 절차 (Standard Operating Procedure)

T

T+ 흡입, 피부 접촉 및 삼킬 경우 매우 독성이 강한(화합물) (Very toxic (compound))

TAA 독일 환경자원보존원자력안전부 (Technical Committee for Plant Safety at the

German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Nuclear

Safety)

TATB 1,3,5‐트리아미노‐2,4,6‐트리나이트로벤젠 (1,3,5-Triamino-2,4,6-trinitrobenzene)

TDS 총용존고형물 (Total dissolved solids)

THF 테르라하이드로퓨란 (Tetrahydrofuran)

TMT 트라이머캅토트라이아진 (Trimercaptotriazine)

TNT 2,4,6‒트리나이트로톨루엔 (2,4,6-Trinitrotoluene)

TO 열산화기 (Thermal oxidiser)

TOC 총유기탄소 (Total organic carbon)

TPP 트리페닐포스핀 (Triphenylphosphine)

TPPO 트리페닐포스핀 산화물 (Triphenylphosphine oxide)

TWG 기술작업반 (Technical Working Group)

U

UBA 독일 환경청 (Umweltbundesamt)

UK 영국 (United Kingdom)

US 미국 (United States of America)

USD 미국 달러 (US Dollar)

UV 자외선 (Ultraviolet)

V

VOCs 휘발성 유기 화합물 (Volatile Organic Compound)

8. 용어

371

VSS 휘발성 부유물질 (Volatile Suspended Solids)

v/v 용량/용량 비율 (Volume by volume ratio)

W

WEA 통합 배출 평가 (Whole Effluent Assessment)

전체 배출수 표본의 생태독성학적 영향(지속성, 생체 축적 및 독성)의 평가 다음과

같은 두 가지 절차를 공통적으로 이용해 독성 수준을 표현한다: EC50 또는 LID.

WESP 습식 전기 집진기 (Wet Electrostatic Precipitator)

wt‐% 중량 백분율 (Weight percentage)

w/w 중량/중량 비율 (Weight by weight ratio)

WWTP 폐수처리장 (Waste Water Treatment Plant)


372

8.2 사전

English Deutsch Français Españl

abatement Minderung réuction, suppression limpieza

activated carbon Aktivkohle charbon actif carbón activo

active ingredient Wirksubstanz ingredient actif componente activo

AOX AOX AOX AOX

batch Charge lot batch

batch production chargenweise Herstellung production endiscontinue

producción en batch

BOD BSB DBO DBO

broth Brühe bouillon caldo

by‐products Nebenprodukte sous‐produits subproducto

COD CSB DCO DQO

condenser Rückflusskühler condenseur condensador

degradability Abbaubarkeit dégradabilité degradabilidad

distillation residue Distillationsrückstand résidu de distillation residuo de destilación

effluent Abwasser effluent aguas residuals

emission inventory Emissionskataster inventaire desemissions

catastro de emisiones

exhaust gas Abgas rejet gazeux emisión gaseosa

fire fighting water Löschwasser eau d’incendie agua contraincendio

heavy metal Schwermetall métaux lourds metal pesado

intermediate Zwischenprodukt produit intermédiaire producto intermedio

isomer Isomer isomére isómero

mass balance Massenbilanz bilan matiére balance de materias

mother liquor Mutterlauge eaux méres aguas madres

organic load organische Fracht charge organique carga orgónica

phase Phase phase fase

pigging technology Molchtechnik technique de raclagedes canalisations

transporte y limpiezasimultaneous

point source (emission) Emissionsquelle point source punto de emisión

precipitation Fällung precipitation precipitación

pretreatment Vorbehandlung pré‐traitement pre‐tratamiento

recovery Rückgewinnung récupération recuperación

rinsing/cleaning water Spülwasser rinçage/eau de rinçage aguas de limpieza

salting out Aussalzen précipitation par ajoutde sel

precipitar con sal

scrubber Wäscher épurateur(laveur de gaz)

lavador de gases

stirred‐tank reactor Rührkesselreaktor reacteur sous agitation reactor de tanqueagitado

stripping Strippen stripage, separation agotamiento

thermal oxidation thermischeNachverbrennung

oxidation thermique oxidacación termica

TOC TOC DBO COT

total effluent Gesamtabwasser effluents totaux efluente total

VOCs VOCs COV COV

wash‐water Waschwasser eau de lavage aguas de lavado

waste water stream Abwasserteilstrom écoulement des eauxusées

corriente segregada

work‐up Aufarbeitung finition, fabrication procesar

yield Ausbeute rendement rendimiento

9. 부록

373

9. 부록

9.1 참조 설비에 대한 설명

표 9.1에는 본 기준서에서 정보 또는 데이터를 사용하는 출처가 되는 참조 설비가 수록되어 있다. 특정

설비의 이름이 없는 경우에는 본 기준서에서 사용된 다른 정보나 데이터는 기고문에서 비롯된 것이다.

번호를 붙이는 순서는 특별한 의미가 없지만, 번호는 본 기준서 전체에 걸쳐 일정한 참조 설비를 식별하는

것으로 사용될 수 있다. 번호 다음의 글자는 다음과 같은 생산 스펙트럼을 나타낸다.

출현 횟수

A 원료의약품 51

B 살생물제 (biocides) 또는 식물 영양 식품 14

D 염료 또는 안료 13

E 폭발물 8

F 향신료 또는 방향제 6

I 중간체 (intermediates) 73

L 대형 통합 다품목 사업장 (large integrated multiproduct site) 2

O 광학표백제 (optical brighteners) 2

V 비타민 3

X 다른 OFC 27

표 9.1 참조 설비에 대한 설명

설비 생산

001A,I 원료의약품, 중간체

002A 원료의약품

003F 방향제

004D,O 광학표백제, 염료

005A 원료의약품


007I 중간체


009A,B,D 원료의약품, 활성 식물성 보호 시약, 염료

010A,B,D,I,X 원료의약품, 활성 식물성 보호 시약, 염료, 중간체, 추가 정밀유기화학물질, 황산, 아세트알데히드, C1‐CHC

011X 광안정제, 산화방지제, 부식 억제제, 첨가물, 안정제

012X 유기 및 무기 특수 물질

013A,V,X 원료의약품, 비타민, 정밀유기화학물질

014V,I 비타민, 중간체

015D,I,O,B 염료, 중간체, 광학표백제, 항균제






021B,I 중간체, 살생물제


374

설비 생산

022F 향신료/방향제




026E 폭발물







033L 대형 통합 다품목 현장


035D 염료

036L 대형 통합 다품목 현장


038F 방향제


040A,B,I 원료의약품, 살생물제, 중간체




044E 폭발물

045E 폭발물

046I,X 중간체, 주문 합성

047B 살생물제, 건강 보조 식품



050D 염료 및 안료

051I,X 중간체, 다품목

052I,X 중간체, 다품목

053D,X 안료, 인쇄 보조물



056X 섬유 보조제

057F 방향제/향미료

058B 제초제, 구제제

059B,I 살생물제, 중간체, 다품목

060D,I 염료, 중간체

061X 특수 계면활성제

062E 폭발물

9. 부록

375

설비 생산

063E 폭발물

064E 폭발물


066I 중간체

067D,I 염료 및 안료, 중간체

068B,D,I 염료, 식물성 건강 식품, 중간체

069B 식물성 건강 식품


071I,X 특수 계면활성제

072I,X 첨가물

073F 방향제, 향미료

074F 방향제, 향미료

075I,X 중간체, 다른 정밀유기화학물질


077X,I 첨가물, 특수 계면활성제, 중간체

078X,I 중간체, 다른 정밀유기화학물질

079D 염료 및 안료

080I 중간체





085B 살생물제 및 식물성 건강 식품, 중간체


087I 중간체

088I,X 섬유용 화학물, 세제용 효소, 첨가물, 중간체


090A,I,X 원료의약품, 중간체, 식품 첨가물

091D,I 염료, 염료용 중간체

092B,I 살충제, 제초제, 살생물제, 중간체


094I 중간체



097I 중간체

098E 폭발물

099E 폭발물


101D,I,X 염료, 중간체, 다른 정밀유기화학물질

102X 제공되지 않음

103A,I,X 원료의약품, 중간체, 분석 시약, 다른 정밀유기화학물질


376

설비 생산

104X 특수 고무 및 첨가물




108B,I 농약, 중간체

109A,V 원료의약품, 중간체

110B 농약


112X 첨가물

113I,X 화장품용 계면활성제




정밀유기화학물질 제조 (역저)

발행 : 2010년 6월 초판 발행

2013년 12월 2판 발행

감수 : 국립환경과학원 통합환경관리체계 추진 TF

강영렬, 김우일, 김기헌, 김혜진, 정유진, 박재홍, 김형준, 김규연, 장세경

김용석, 권오상

한국석유화학협회 김기영

발행처 : 국 립 환 경 과 학 원

(우) 404-708 인천시 서구 환경로 42 종합환경연구단지

홈페이지 : http://www.nier.go.kr 전화 : 032-560-7695

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정밀유기화학물질 제조webbook.me.go.kr/DLi-File/NIER/09/019/5584513.pdf · EU 통합환경관리 (IPPC) BAT 기준서 정밀유기화학물질 제조 Integrated Pollution