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[기획] 액체탄산 활용한 친환경 製革 공정탈회(脫灰)공정 적용…암모니아 발생 억제, 품질 고급화 구현 |
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피혁 및 가죽 산업은 원료 피(皮)로부터 가죽을 만드는 수많은 제조과정에서 다량의 오염물질을 배출, 오랜 시간동안 대표적인 공해유발 산업으로 인식되고 있다.
그러나 20세기에 들어 전세계적으로 환경과 생태계보호가 최대 이슈로 떠오르면서 각국별로 환경보호를 위한 각종 규제를 강화하고 있는 상황이다.
이러한 추세는 피혁산업에도 예외없이 적용되고 있는데 이미 피혁 선진국들은 환경친화적인 제혁공정에 대한 연구가 활발하게 진행중이며 일부 국내 업체들도 친환경 공정을 도입, 현장에 적용하고 있다.
2001년 현재 국내 피혁공단별로 폐수장에 유입되는 폐수의 총질소량에 대한 규제는 가, 나, 특례지역이 60ppm, 청정지역이 30ppm이지만 오는 2003년부터 규제가 한층 강화될 전망이다.
결국 국내 피혁업체들이 세계적인 트렌드에 부응하기 위해서는 폐수처리 등과 같은 사후처리 위주의 오염절감기술보다는 오염물질 발생을 사전에 억제하는 사전처리기술의 도입이 시급한 실정이다.
[피혁공정과 환경오염]
일반적으로 피혁 제조는 수적공정을 시작으로 탈모공정(석회작업), 탈회공정, 효해공정, 침산공정, 유제공정, 염색공정, 건조공정, 도장공정 등을 거치게 된다.
탈회(脫灰)공정에 앞서 털을 제거하기 위해 실시하는 탈모(脫毛)공정은 Ca(OH)2 및 탈모 촉진제에 의해 캐라틴(각질, keratin) 성분을 가수분해시키는 방식으로 진행되는데 이때 사용하는 Ca(OH)2는 탈모공정 이외에는 가죽에 있어 전혀 불필요한 성분이다.
이에따라 탈모공정이 마무리되면 피혁조직을 생화학적으로 보호하기 위해 각종 유기산 및 무기산 계통의 탈회제를 이용, 탈모 처리된 나피(limed pelt) 내부에 잔존되어 있는 칼슘성분을 완만한 pH 조건하에서 제거시켜야 한다.
그러나 모든 공정중 가장 많은 환경오염물질 및 잔류물을 발생시키는 공정도 바로 탈모(脫毛)공정과 탈회(脫灰)공정으로 두 개의 공정에서 발생되는 피혁폐수의 총질소량이 전체 총질소량의 대부분을 차지한다해도 과언이 아니다.
특히 탈회공정에서는 다수의 국내 업체들이 사용중인 질소계 탈회제 '염화암모늄'과 '황산암모늄'이 석회(lime)와 반응해 암모니아 가스를 발생시켜 폐수장 총질소량을 증대시키는 가장 핵심적인 수질 오염원으로 지적된다.
<표-1>은 각각의 피혁 제조공정별 오염물질 분포를 나타내고 있다.
이에따라 피혁 선진국들은 탈모공정에서 털을 회수하는 일명 'Hair shaving'공정을 점차 확대하고 있는 추세이며 탈회공정에서도 액체탄산을 통해 암모니아 발생을 억제하려는 시도가 잇따르고 있다.
[액체탄산과 탈회기술]
탄산을 활용한 탈회는 1백여년전 드라이아이스를 이용해 탈회공정을 실시했던 것을 효시로 볼 수 있다.
당시에는 온도의 급격한 감소로 인해 기대했던 탈회효과를 얻지 못했으며 환경적 관심의 대상이 아니었기에 별다른 이목을 끌지도 못했다.
이후 1953년경 Edwin Oak가 세계최초로 탄산가스를 어린염소 가죽에 적용, 탈회실험을 발표했지만 이 역시 세간의 관심밖에 있었다.
그러나 1990년 이후 그린라운드(green round)에 대비해 피혁산업에서의 환경규제치가 강화되면서 미국, 이탈리아 등 피혁 선진국을 중심으로 '탄산 탈회법'이 집중적인 관심을 받게됐다.
국내 업체들이 심각한 오염원배출을 감수하고 탈회공정에 탈회제로서 질소계인 염화암모늄과 황산암모늄을 사용하는 것은 저렴한 가격, 나피(limed pelt)와 칼슘의 반응성, 완충용액으로의 활용 등 많은 잇점이 상존하기 때문이다.
반면 앞서 살펴봤듯이 이들은 석회외 반응하면서 독성가스의 일종인 암모니아를 배출하며 작업장 환경에도 심각한 악영향을 미치게 된다.<표-2>
물론 몇몇 대규모 피혁업체들이 이같은 문제를 극복하기 위해 비질소계 탈회제를 사용중이기는 하지만 대부분 수입제품에 머물러 있는데다 제조공정상 여러 가지 실험을 거쳐야하기 때문에 모든 피혁업체로 확산되기에는 다소 물의가 따르는게 사실이다.
즉 액화탄산 탈회법은 사전에 암모니아 가스발생 자체를 억제하기 위해 개발된 방법인 것이다.
액화탄산 탈회법은 크게 두가지 단계에 의해 일어나는데 먼저 pH>8.3에서는 칼슘 수산화물과 탄산화물이 반응, 비수용성 칼슘탄산염(CaCO3)을 형성한다.
4.4<pH<8.3의 경우 칼슘탄산염이 탄산화물과 반응해 수용성 칼슘중탄산염(Ca(HCO3)2)을 생성하면서 탈회가 진행된다.<표-3>
다시말해 액체탄산 탈회법은 탈회공정중 액체탄산과 석회(Ca(OH)2)를 반응시켜 수용성 칼슘중탄산염을 만들어냄으로서 암모니아 발생을 제어, 폐수내 총질소량에 어떠한 영향을 미치지 않는 청정 제혁공정이라 할 수 있다.
[액체탄산 탈회법의 효과]
탈회공정에서 질소계 탈회제를 대체해 액체탄산을 첨가함으로서 얻을수 있는 부대효과는 매우 다양하다.
우선 작업장내의 암모니아 가스 발생을 억제할수 있으며 폐수에 포함된 총질소량은 물론 COD와 BOD도 50%이상의 감소 효과가 나타났다.
<표-4>는 실험에 의해 질소계탈회제 사용시와 비질소계탈회제 사용시 그리고 액체탄산 사용시의 총질소량을 비교 분석한 것이다.
이에 따르면 질소계 탈회제의 경우 2,615ppm의 질소량을 보인 반면 비질소계 탈회제는 900～1,454ppm 수준이었고 액체탄산을 첨가했을 시에는 117ppm으로 질소계 탈회제 대비 무려 93～96%의 대폭적인 질소량 감소효과를 보였다.
같은 실험에서 COD는 질소계 탈회제대비 83～96%, BOD는 77～89%가량 감소했다.
또한 기존 탈회공정은 탈회제 보관장소로부터 태고까지 탈회제를 이송해야했지만 탄산의 경우 태고 앞에서 밸브만 개방하면 되므로 운전자의 조작 편의성이 뛰어나다.
다수의 탈회시스템을 운용하는 경우에도 파이프라인을 활용하면 하나의 탄산 저장탱크만으로 충분한 효과를 얻을수 있어 시설투자비와 관련경비 절감이 가능하다.
특히 탄산가스의 미세기포가 가죽표면에 남아있는 불용성 기름성분을 완벽하게 제거할 수 있으며 기존 차량용 가죽에서 문제점으로 지적되고 있는 Window fogging(자동차 유리에 휘발성 물질 부착)까지 해결하는 등 고품질의 우수한 제품을 생산할 수 있다.
반면 액체탄산을 활용하면 폐수의 총질소량은 감소하지만 비질소계 탈회제를 사용하는 것 보다 가죽내에 잔존해 있는 칼슘의 함량이 다소 높은 것으로 나타났다.
이에따라 탈회효과 증대를 위해 탈회보조제로 액체탄산과 함께 HCl을 사용해본 결과, 탁월한 성능향상을 얻을수 있었으며 탈회시간 단축으로 액체탄산 사용량도 절감할 수 있었다.
한편 액체탄산은 약품비 절감측면에서도 질소계 탈회제의 2배, 비질소계 탈회제의 13～20배의 효과를 나타냈다.
이에따라 2001년 현재 이탈리아 Conceria Bertini Franco Srl社, 미국 Santa Croce社 등 전세계적으로 약 40여개 이상의 유수 피혁업체들이 탈회공정에 액체탄산을 적용한 탈회시스템을 구축하고 있는 것으로 알려져 있다. |
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