Part 4. 유해성대기오염물질 목차 1. 유해성대기오염물질의정의 2. 유해성대기오염물질의특성 3. 유해성대기오염물질의관리 4. 유해성대기오염물질의측정 5. 위해성평가의개념과사례
시작하기에앞서. 유해대기오염물질이란? 대기환경중장기간저농도노출로인한독성이우려되는물질중일반적으로대기환경기준이설정된기준성오염물질과구분됨. 따라서단기간평균농도보다는장기간평균농도가이슈임. 미국의 HAPs 혹은 TAPs? HAPs는 Clean Air Act (1990 Amendments) 에서사용하나, 일반적 ( 포괄적 ) 으로는 Toxic Air Pollutants (or Air Toxics), 과거 7종에서 1990년 189종으로확대된후지금은 187종목록등재 (1995년카프로락탐과 2005년 MEK 제외 ) 일본은유해대기오염물질로사용 종전 234 종에서최근 242 종으로확대, 환경기준 4 개, 환경목표치 7 개항목설정 우리나라는? 법적용어로는특정대기유해물질이나미국과일본의개념과는약간차이가있음
유해성대기오염물질 (HAPs) 의특징 독성중특히유전독성 (genetic toxicity) 이강한물질 발암성, 돌연변이성, 기형, 신경장애등 ( 벤젠, BaP 등 ) 환경잔류성 (persistency) 이강한물질 다양한환경매체에널리분포됨 (Pesticides 등 POPs) 생체농축성 (bio-accumulation) 이강한물질 생태계먹이사슬을통한독성전이 (Hg, Cd, Pb 등 PBTs) 허용안전치가매우낮거나없는 (non-threshold) 물질 환경기준설정의어려움 ( 벤젠등 ) 유해성대기오염물질 (Hazardous Air Pollutants) 의범주 VOC, PAH, PCBs, Dioxins/Furans, Pesticides, 중금속일부
대기환경관리의역할과중요성 대부분의유해화학물질은대기환경으로일차적으로배출 국내사업장조사결과 (TRI 및 PRTR) 약 90% 이상이대기로배출 불특정비산배출 (fugitive emission) 이전체의 60% 이상 연돌규제중심의배출원관리의비효율성 대기는유해화학물질이환경으로유입하는일차관문 오염영향지역광역화및피해집단규모의대형화 다매체노출평가에대한국내 외연구의실증적결과 호흡을통한노출경로가지배적 (BaP 의경우약 80-90%) 2012 년구미불산사고이후특정대기유해물질에관심집중 현재 35 종에서확대지정계획 ( 대기오염물질분류체계개선안 )
What We Need for Air Pollutants Control Emissions Inventory Data Ambient Monitoring Data Human Exposure Data Clinical Studies Data Toxicological Information Epidemiological Data and Evidence Environmental Science and Engineering Environmental Health Science Information for criteria pollutants we know a lot!! Information for HAPs limited, complex, uncertain!!!
1990 미국 Clean Air Act 개정 Title 1 대기환경기준의달성과유지 Title II 이동오염원 Title III 유해대기오염물질 Title IV 산성물질침적 Title V Title VI 1970 년 CAA 개정후 20 년동안 8 개에불과하던 HAPs 수가 189 종으로확대 ( 후에카프로락탐및 MEK 제외현재 187 종 ) 주요오염원에대하여 MACT (Maximum Available Control Technology) 적용 MACT 로도충분히안전하지않을경우 ( ample margin of safety ) 위해성에근거한기준추가제정 => non-trheshold pollutants 가많아여전히논란
미국 HAPs 목록의변천사 1970-1990 Asbestos 1973 Berylium 1973 Mercury 1973 Vinyl chloride 1975 Benzene 1977 Radionuclides 1979 Inorganic Arsenic 1980 Coke oven emissions 1984 1986 년 Right-to-know Act 이후 Release of Toxic Chemicals 의 EPA 에보고의무화 189 종 ( 이후 187 종 ) 목록작성 위해성이큰물질부터저감유도 Weighting 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin 100,000 Benzidine 1000 Bis(chloromethyl) ether 1000 N-Nitroso-N-methylurea 1000 2-Acetylaminofluorene 100 Acrolein 100 Arsenic compounds 100 Asbestos 100 Chlordane 100 2-Chloroacetophenone 100 Chromium compounds 100 Dimethylcarbamoyl chloride 100 Ethylenimine (Aziridine) 100 Heptachlor 100 Hexachlorobenezene 100 Hydrazine 100 Mercury compounds 100 N-Nitrosodimethylamine 100 1,2-Propylenimine 100 Toxaphene (chlorinated camphene) 100
Method Target Analytes Method Target Analytes TO-1 VOCs(80~200 ) Benzene, Toluene, Xylene 등 TO-10 PCBs TO-2 Highly volatile VOCs(-15~120 ) Vinyl chloride, Chloroform 등 TO-11 Formaldehyde TO-3 VOCs nonpolar(-10~200 ) Vinyl chloride, Methylchloroform 등 TO-12 NMOC TO-4 PCBs TO-13 PAHs TO-5 Aldehydes, Ketones TO-14 VOCs TO-6 Phosgene TO-15 VOCs TO-7 N-nitrosodimethylamine(NDMA) TO-16 VOCs(FT-IR) TO-8 Phenol, Methylphenols TO-17 VOCs TO-9 Dioxins, Furans
미국의 33 Urban Air Toxics 목록 Acetaldehyde Ethylene oxide Acrolein Formaldehyde Acrylonitrile Hexachlorobenzene Arsenic comounds Hydrazine Benzene Lead compounds Beryllium compounds Manganese compounds 1,3-butadiene Mercury compounds Cadmium compounds Methylene chloride (dichloromethane) Carbon tetrachloride* Nickel compounds Chloroform Polychlorinated biphenyls (PCBs) Chromium compounds Polycyclic organic mater (POM) (7-PAH) Coke oven emissions* Quinoline Dioxin 1,1,2,2-tetrachlorethane 1,2-dibromoethane* Tetrachloroethylene (perchloroethylene) Propylene dichloride Trichloroethylene 1,3-dichloropropene Vinyl chloride Ethylene dichloride (1,2-dichloroethane) * Toxic air pollutants with less significant emissions contributions from area sources.
미국의 TRI 관련배출원별발암위해도추청 (EAP 1990)
미국의 HAPs 평가및규제과정시스템 EPA Air Toxic Research Priority Area Health effects Ambient monitoring Source and ambient methods Integrated Air cancer project Health assessment documentation Exposure modeling and monitoring Area source emission inventory methods Risk assessments Complex modeling Technology assessment Technology transfer centers Risk reference concentrations Transformation and fate
일본의 248 종중 23 개우선취급물질목록 지침치 ( 환경목표치 ) Acrylonitrile 2 ug/m3 O O Acetaldehyde O O Vinyl chloride monomer 10 ug/m3 O O Chloroform 18 O O Toluene O O Ethylene oxide - - 1,2-dichloroethane 1.6 O O Dichloromethane 0.15 mg/m3 O O Mercury 0.04 - O Asbestos - - Dioxins 0.5 ng/m3 - O Tetrachloroethylen 0.2 mg/m3 O O Trichloroethylen 0.2 mg/m3 O O Nickel 0.025 O O Arsenic 6 ng/m3 - O 1,3-butadiene 2.5 O O Beryllium - O Benzene 0.003 mg/m3 O O Benzo[a]pyrene - O Formaldahyde O O Manganese - O Chromium (VI) - Total Chromium & Chromium (III) - O
국내특정대기유해물질 사람의건강 재산이나동 식물의생육에직접또는간접으로위해를줄우려가있는대기오염물질 ( 대기환경보전법 ) 허가를받아야배출시설설치가능 대기보전특별대책지역에서는배출시설설치를제한할수있음 1978 년 16 종 1998 년 25 종 2008 년까지 10 종추가 무기물질 (11 항목 ) 유기물질 (24 항목 ) 카드뮴및그화합물비소및그화합물수은및그화합물납및그화합물니켈및그화합물크롬및그화합물베릴륨및그화합물석면, 불소화물, 염소및염화수소시안화수소 다이옥신, 폴리크로리네이티드바이페닐, 클로로포름, 벤젠, 1,3- 뷰타디엔, 프로필렌옥사이드, 폼알데하이드, 벤지딘, 페놀, 아세트알데하이드, 염화비닐, 사염화탄소, 이황화메틸, 아닐린 추가항목 (10 종 ) 다환방향족탄화수소, 에틸벤젠, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 다이클로로메탄, 에틸렌옥사이드, 1,2- 디클로로에탄, 하이드라진, 스타이렌, 아크릴로나이트릴
환경부지정우선관리대상물질 특정대기유해물질 1 Dioxins (coplanar PCB 17 Cadmium 및그포함 ) 화합물 33 Phenol 2 Polycyclic aromatic Chrome [VI] 및그 18 Hydrocarbons (PAHs) 화합물 34 Cobalt 및그화합물 3 Benzene 19 Arsenic 및그화합물 35 Phosgene 4 Ethylene oxide 20 Lead 및그화합물 36 Asbestos ( 함유물질포함 ) 5 1,3-Butadiene 21 Nickel 및그화합물 37 Chlorine 6 Vinyl chloride 22 Mercury 및그화합물 38 Diesel & gasoline exhaust 7 Dichloromethane 23 Formaldehyde 39 2-Ethoxyethylacetate 8 Styrene 24 Acetaldehyde 40 Carbon disulfide 9 Tetrachloroethylene 25 Acrylonitrile 41 2-Ethoxyethanol 10 Propylene oxide 26 Acrolein 42 Hydrazine 11 Chloroform 27 Aniline 43 N,N-Dimethylformamide 12 1,2-dichloroethane Di (2-ethylhexyl) 28 phthalate 44 Acrylamide 13 Ethylbenzene 29 Epichlorohydrin 45 Dimethyl sulfate 14 Trichloroethylene 30 Vinyl acetate 46 2-Methoxyethanol 15 Carbon tetrachloride 31 Nitrobenzene Methylene diphenyl 47 diisocyanate (polymeric) 16 Beryllium 및그화합물 32 Dibutyl phthalate Toluene diisocyanate 48 (mixture)
국내대기중 VOC 의오염특성요약 산단지역은산업유형에따라오염특성이특징적으로차이가남 1,3-butadiene, benzene, TCE, 아세트알데하이드, 방향족 VOC 등 VOC 농도의계절변동은다른기준성오염물질에비해적음. 대도시벤젠의농도는대체로 0.5-2.0 ppb 범위이며배경지역은 0.5 ppb 이하수준으로나타남. 개별물질로는톨루엔의농도가가장높으며, 대체로전체 VOC 농도의약 50% 를점유함 ( 톨루엔 vs 벤젠의비가약 1:6-1:10 정도 ). 카보닐화합물의경우대도시는포름알데하이드가, 산단지역은아세트알데하이드가농도가높은것으로나타남. 산단지역의배출원공기중 VOC 측정사례는매우드문실정 배출원측정에대한의무규정에대한검토필요
국내대기중 PAHs 의오염특성요약 PAHs 농도는계절변동이심함 전형적인동고하저형 대도시대기중 BaP 의농도는대략 0.5~1 ng/m 3 수준 과거 10 년간약 50% 의농도감소경향을보임 저분자 PAH( 고리 4 개까지 ) 는가스상 - 입자상분배가뚜렷하나고분자 PAH 는호흡성미세입자에지배적으로분포 20 년의측정역사에도불구하고가용자료는매우제한적 특히오염우심지역인대규모산단에서의측정사례가매우부족한실정 배출원 PAH 측정자료는문헌상거의찾을수없음
국내특정대기유해물질배출시설관리규제 구분대기오염물질 ( 특정이외 ) 특정대기유해물질 지정물질 26 종 35 종 배출시설인허가 ( 벌칙 ) 공장입지규제 자가측정횟수 설치신고 (5 년이하징역 ~ 3 천만원이하벌금 ) 사업장규모 (1 5 종 ) 따라제한 예 ) 4 5 종 ( 계획관리 생산녹지지역등 ), 5 종 ( 상업지역 ) 1종 : 매주 1회, 2종 : 매월 2회 3종 : 2개월마다 1회 4 5종 : 반기 1회 설치허가 (7 년이하징역이나 1 억원이하벌금 ) 공업지역에만입지가능 제한지역내설치시폐쇄명령 1종 : 매주 1회 2종 5종 : 매월 2회 종별 1 종 2 종 3 종 4 종 5 종 특정 주 1 회 ( 월 2 회 ) 월 2 회 ( 월 1 회 ) 월 2 회 ( 월 1 회 ) 월 2 회 ( 월 1 회 ) 월 2 회 ( 월 1 회 ) 일반 주 1 회 ( 월 2 회 ) 월 2 회 ( 월 1 회 ) 2 월 1 회 ( 분기 1 회 ) 반기 1 회 ( 년 1 회 ) 반기 1 회 ( 년 1 회 )
특정대기유해물질의종류및배출허용기준범위 번호 오염물질종류 배출허용기준 대상시설 비고 1 카드뮴및그화합물 0.02 1.0mg /Sm3 해당시설 2 시안화수소 10ppm 모든배출시설 3 납및그화합물 0.2 5mg /Sm3 해당시설 4 PCB - - 5 크롬및그화합물 0.5 1mg /Sm3 해당시설 6 비소및그화합물 0.5 3mg /Sm3 해당시설 7 수은및그화합물 0.1 5mg /Sm3 해당시설 8 프로필렌옥사이드 - - 9 염소및염화수소 2 20ppm 해당시설 염화수소기준 10 불소화물 2 5ppm 해당시설 11 석면 - - 12 니켈및그화합물 20mg /Sm3 모든배출시설 13 염화비닐 10 200ppm 해당시설 14 다이옥신 - - 잔류성유기오염물질관리법 15 페놀및그화합물 10ppm 모든배출시설 16 베릴륨및그화합물 - - 17 벤젠 20ppm 모든배출시설 번호 오염물질종류 배출허용기준 대상시설 비고 18 사염화탄소 - - 19 이황화메틸 - - 악취시험공정기준 20 아닐린 - - 21 클로로포름 - - 22 포름알데히드 10ppm 모든배출시설 23 아세트알데히드 - - 24 벤지딘 - - 25 1,3-부타디엔 - - 26 Pahs - - 27 에틸렌옥사이드 - - 28 디클로로메탄 50ppm 모든배출시설 29 스틸렌 - - 30 테트라클로로에틸렌 - - 31 1,2-디클로로에탄 - - 32 에틸벤젠 - - 33 트리클로로에틸렌 - - 34 아크릴로니트릴 - - 35 히드라진 - -
HAPs 측정상문제점과정도관리의중요성 HAPs 측정의일반적특징 - Very low concentrations detection limits problem (MDL) - Many isomers identification problem (ex, BaP and BeP) - Complexity in sample clean-up artifacts formation 정도관리 (QC/QA) 의 5 대기본요소 - Precision Quality Control (within-a-lab control) - Accuracy Quality Assurance (inter-lab control, SRM/CRM) - Representativeness ( 대표성 ) 지역대표성, 시간대표성 - Completeness ( 완전성 ) 측정항목별측정된유효자료의수 - Comparability ( 비교호환성 ) SOP 를통한표준화및정규화 환경대기시험법도보완되어야하지만배출원시험법의심각한문제점에대한해결방안은? QC/QA 절차및 SOP 등을마련하고검토할전문가그룹 (expert group) 의구성과운영필요성
HAPs 관리를위한주요과제 유해물질관리를위한우선순위설정방안 - 배출원조사 (emission) 와환경측정 (observation) 결과를함께고려 - 유해성 (toxicity), 만연성 (abundance), 측정가능성 (measurability) 에근거 환경기준설정을통한접근방안 - 기준설정의 3대요건 : 위해성평가자료, 측정가능성, 제어기술의확보 - 벤젠 (VOC), BaP (PAH), PM 2.5 (POM) 등 key Toxic물질에대한집단적선도효과기대 배출원조사를위한시료채취및분석기술개발및응용 - 농도, 온도, 수분, 현장의열악한조건 - 정도관리의어려움 (SRM/CRM의미비 ) 독립적인 HAPs 측정공정시험방법마련 - 기존대기공정시험법과별도체계로항목별지정할필요 - 환경대기및배출원시험법을독립적으로정비할필요성 HAPs 인벤토리문제 => 별도논의할주요과제 - 사업장위주의 PRTR의개선문제 - CAPSS등면오염원과선오염원정보수집시스템개선문제