포항과구미의대규모산단지역대기중휘발성유기화합물농도분포특성에관한연구 백성옥, 김수현, 김미현 J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2, 67~78 (25) 영남대학교건설환경공학부, 국립환경연구원실내환경사업단 Characterization of Atmospheric Concentrations of Volatile Organic Compounds in Industrial Areas of Pohang and Gumi Cities Sung-Ok Baek, Soo-Hyun Kim and Mi-Hyun Kim School of Civil, Urban, and Environmental Engineering, Yeungnam University Indoor Environment Research Group, National Institute of Environmental Research ABSTRACT This study was carried out to evaluate the temporal, spatial, and seasonal variations of VOC, and to characterize the VOC concentrations in two large industrial complexes located in Pohang and Gumi cities. Twenty-four hours continuous sampling of selected VOC was made with STS 25 sequential tube samplers and double-bed adsorbent tubes. Air samples were collected every three hour interval for 7 consecutive days in each site during summer and winter. VOC were determined by thermal desorption coupled with GC/MS. A total of 27 VOCs of environmental concern were determined, including aliphatic, aromatic and halides. Generally, concentrations of toxic VOC were higher in Gumi than Pohang, and VOC levels in industrial areas were typically several-fold higher than those in residential areas. The most abundant VOC appeared to be toluene for both cities. However, chlorinated VOC were higher in Gumi than Pohang, while aromatic VOC were more abundant in Pohang than in Gumi. Two cities showed relatively different variations of VOC concentrations within a day. It is likely that traffic related sources are major factors affecting the VOC in Pohang, and industrial solvents usages are important sources in Gumi. These results imply that the occurrence and levels of atmospheric VOC are strongly dependent on the type of industries in each city. Therefore, in order to develop any control strategies or to establish the priority rankings for VOC in large industrial complexes, the type of industries and the occurrence of VOC in the atmosphere should be taken into consideration. Key words : VOC, BTEX, industrial complex, air pollution, vehicle emissions 서 론 To whom correspondence should be addressed. Tel: +82-53-8-2544, E-mail: sobaek@yu.ac.kr 최근들어국내에서는환경보건학적영향과관련하여휘발성유기화합물에대한관심이고조되 67
68 J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2 고있다 ( 환경부, 25). 휘발성유기화합물 (Volatile Organic Compounds: 이하 VOC) 의배출원은모든국가가유사하겠으나배출원별 VOC 의종류와배출량은각국의경제및산업구조의특성에따라달라질수있다. 예를들면유기용제및세정제를많이소비하는산업구조에서는 VOC 배출량이많아지게된다. 이러한관점에서 VOC 배출량은한국가의산업구조와발달정도에따라다를수있다. 일본의경우일반적으로이동배출원인자동차에서 ~4%, 도장시설등용매를다량사용하는시설에서 ~4%, 주유소및석유저장및출하시설에서 ~2% 를차지하며, 세탁소및기타배출원에서나머지 ~2% 정도가배출되고있다 (, 8). 이처럼다양한배출원을가진 VOC 가대기에영향을주고있어미국, 영국을비롯한유럽국가들은이미 년전부터향후의가장심각한도시규모의대기오염물질로서 VOC 를선정하여연구를집중권장하여왔다 (Fisk, 5, USEPA, 9). 일본은이미 6 년에 VOC 4 개항목 ( 벤젠, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 디클로로메탄 ) 에대한대기환경기준을마련한바있다 ( 境, 22). 영국은현재벤젠과, 3- 뷰타디엔에대한환경기준을설정해두고있으며 ( 백성옥과김기현, 8), 유럽연합은벤젠에대해서만기준을채택한바있다. 국내에서도오존오염도가매년증가하고도시지역에서는단기환경기준을초과하는사례가빈번히발생함에따라 VOC 에대한규제관리가요망되고있다 ( 한국대기환경학회, 24). 특히 VOC 배출량이많은산단지역의경우환경학적관심사가높아울산과여천산단에서는 VOC 측정관련조사가이루어진바있다 ( 김용표등, 8; 김영성등, 9; 환경부, 2; 전준민, 24). 그럼에도불구하고국내의경우전반적인 VOC 농도에대한자료축적이아직은미비한실정이며, 특히산업유형이서로다른다양한산단지역에서의 VOC 종류와농도에대한자료가부족한실정이다. 경북지역의대규모산단이위치한포항과구미지역은입주한산업체의특성을고려할때매우대조적인산업단지이다. 포항은철강산업이위주인관계로주로석탄과석유와같은화석연료의연소배출량이많은반면, 구미는주로전자산업이육성 되어유기용제사용량이많은지역이다. 이들지역은과거에부유먼지관련연구는이미수차례수행된적 ( 대구지방환경청, 9; 최진수등, 6) 이있으나 VOC 관련연구는미진한편이어서현재의환경오염상태를정확히진단하기는어려운실정이다. 본연구에서는유해성대기오염물질인벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠및자일렌등 aromatic 화합물과 C 4~C 2 영역의 aliphatic 탄화수소및독성이강한 C ~C 2 할로겐화탄화수소등을대상으로경북지역내에위치한포항철강산업단지, 구미국가산업단지를조사대상지점으로선정하여두지역에서나타나는 VOC 의출현양상및농도분포를지역별, 계절별, 시간대별로구분하여그특성을평가하고자하였다. 본연구에서얻어진자료와정보들은향후이들물질에대한환경보건학적영향평가및대기환경관리를위한기본적인근거자료로활용될수있을것으로기대된다.. 시료채취장소 재료및방법 시료채취지점은포항과구미산업단지의특성을대표할수있는포항장흥동, 구미공단동의대기오염자동측정소에시료채취장치를설치하였고, 대조지점으로는포항, 구미의주거지역인포항죽도동과구미원평동대기오염자동측정소에시료채취장치를설치하였다. 이러한시료채취지점들은사방 2 도이상장애물로막히지않은개방된지점으로서안정적인전원공급이가능하고외부인의현장출입이없으며측정인력의접근이용이한지점이다. 2. 시료채취기간 대기중 VOC 시료는계절요인을파악하기위하여여름철중 주 ( 포항 : 22 년 7 월 24~ 일, 구미 : 22 년 8 월 ~7 일 ) 와겨울철중 주 ( 포항 : 22 년 2 월 3~9 일, 구미 : 22 년 2 월 2~8 일 ) 의기간에걸쳐채취하였다. 시료채취빈도는각지점에서하루 8 개의시료를 3 시간간격으로 주일동안연속채취하였다. 한도시에서두개의지
June 25 Baek et al. : 포항과구미의대규모산단지역대기중휘발성유기화합물농도분포특성에관한연구 69 점 ( 주거와공업지역 ) 을선정하여시료를채취하였으므로계절당시료수는총 224 개이며여름과겨울의두계절에걸쳐채취된시료수는총 448 개였다. 시료채취기간중날씨는겨울철포항의강우영향을제외하면대체적으로맑은날씨를보였다. 3. 시료채취방법 본연구는대기공정시험법및미국 EPA 분석방법의근본원리와특성에준하는동일한방법을채택하여 VOC 현장시료채취를수행하였다 (USEPA, 7). 시간대별연속적인채취를위해최대 24 개시료의연속채취가가능한자동시료채취장치인 STS-25 (Sequential Tube Sampler, Perkin Elmer, UK) 를사용하였으며, VOC 채취용흡착매체로는 Carbotrap (4 mg) 과 Carbotrap-C ( mg) 를이중으로충전한스테인레스스틸흡착관 (.6 cm 9 cm Perkin Elmer, UK) 을사용하였다. 모든흡착관은자동전처리장치인 TC-2 (Thermal conditioner, Markers Inc., UK) 을이용하여고순도질소가스가 8 ml/min 로흐르는조건하에서 2~ 3 C 의온도범위에서여러단계를거쳐불순물을깨끗하게탈착시킨후, /4 인치 swagelok 타입의마개와 PTFE 패럴로막고다시이중밀봉을위해 septum 이달린마개가있는 ml Vial 에넣어서각측정지점별시료채취에사용하였다. 시료채취유량은 ~ ml/min 로하였으며각각의시료채취지점에대해 3 시간간격으로하루 8 개의시료를채취하였다. 시료채취시흡착관을통과하는유량은전자식미량유량계 (Ultraflow Electronic Calibrator, SKC Inc., USA) 를사용하여현장에서직접시료채취전 후각각 3 회이상측정하여평균한값을실제현장시료의농도결정시에적용하였다. 시료채취전 후유량에대한상대표준편차는 2% 이내의재현성을보여거의변화가없었다. 본연구에서적용한시료채취방법의타당성검토에대한내용은이전의논문에상세히나타나있다 ( 백성옥등, 23). 4. 시료분석방법 채취된 VOC 대상물질의분석에는자동열탈착장치 (ATD-4, Perkin Elmer, UK) 가 GC 칼럼 (Rtx-2.2,.32 mm 5 m.8 µm) 으로직접연결된 GC/MSD (HP68/5973, Hewlett-Packard, USA) 시스템을사용하였다. 흡착관에채취된분석대상 VOC 는일차적으로 32 C 에서 ml/min 의유량으로 분간열탈착된다. 이렇게탈착된시료는다시 - C 의저온응축트랩에서농축된후약 4 초이내에 3 C 까지급속가열되는 2 차열탈착을통해 GC 의분석칼럼으로주입되게된다. VOCs 분석에사용된 ATD-4 과 GC/MSD 의운전조건은 Table 에나타내었다. 본연구에서는기본적으로환경대기중에서출현빈도가높고환경학적관심사가높은 VOC 를대상으로하였으며벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠및자일렌등의 BTEX 계통과, 3- 뷰타디엔등올레핀계탄화수소및클로로포름, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌등 halides 를포함하는총 62 종의 VOC 를선정하였다. 본논문에서는전체시료에서농도 Table. Operating conditions for ATD and GC/MS for VOC analysis ATD 4 (Perkin Elmer, UK) GC/MSD (HP68/5973, Hewlett Packard, USA) Parameter Value Parameter Value Cold trap packing Tenax TA 2 mg Rtx-2.2 ±Carbotrap 47 mg GC Column (.32 mm, 5 m,.8 µm) Desorb time and flow min, ml/min Initial temp. C ( min) Cold trap holding time 5 min Oven ramp rate 5 C/min Cold trap high temp. 3 C Final temp. 2 C (2 min) Cold trap low temp. - C Column flow.8 ml/min Oven temp. 32 C Detector type Quadropole Min. pressure 2 psi Q-pole temp. C Inlet split No MS source temp. 2 C Outlet split ml/min Mass tange 35~ amu Valve and line temp. 2 C Electron energy ev
J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2 Cumulative probability (%) Cumulative probability (%) Cumulative probability (%) Cumulative probability (%) Benzene. 2 3 4 5 m, p-xylene. 2 3 4 5, 3, 5-Trimethylbenzene. 2 3 4 5 n-pentane. 5 5 2 Concentration (ppb) Toluene. 2 4 Trichloroethylene. 5 5 2 25 35, 2, 4-Trimethylbenzene. 5 5 2 25 n-hexane...5..5 2. Concentration (ppb) Pohang industrial area (n = 2) Gumi industrial area (n = 2) Fig.. Cumulative distributions of VOC concentrations in industrial areas of Pohang and Gumi. 가전혀검출되지않은항목을제외한 27 항목에대한 VOC 측정결과를대상으로고찰하였다. 정 성 정량분석에사용된기체상표준혼합가스 (Toxic Standard gas) 는한국표준과학연구원으로부터구
June 25 Baek et al. : 포항과구미의대규모산단지역대기중휘발성유기화합물농도분포특성에관한연구 7 Cumulative probability (%) Cumulative probability (%) Cumulative probability (%) Cumulative probability (%) Benzene. 2 3 4 5 m, p-xylene. 2 3 4 5, 3, 5-Trimethylbenzene...2.4.6.8. n-pentane. 2 3 Concentration (ppb) Toluene. 3 6 9 2 5 8 Trichloroethylene...2.4.6.8., 2, 4-Trimethylbenzene...3.6.9.2.5.8 n-hexane...5..5 2. 2.5 Concentration (ppb) Pohang residential area (n = 2) Gumi residential area (n = 2) Fig. 2. Cumulative distributions of VOC concentrations in residential areas of Pohang and Gumi. 입한각물질의농도가공칭 ppb 수준인혼합가스와 Restek 사의오존전구물질표준가스 (Catalog #3442, 공칭 ppm) 를사용하였다. 분석방법의정도관리에대한상세한내용은이미별도의논문에
72 J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2 서상세히보고한바있다 ( 백성옥등, 22). 결과및고찰. 측정지점별 VOC 농도분포비교 본연구에서는오염물질의배출양상이다를것으로기대되는경북주요산단지역인포항장흥동및구미공단동과각도시의주거지역인포항죽도동과구미원평동을측정지점으로선정하여여름 겨울두계절에걸쳐시료를채취하여분석하였다. 각측정지점별 VOC 에대한측정결과는 SPSS 를이용하여기초통계처리하였으며, 검출한계이하의자료에대해서는전체분석대상물질의검출한계추정치 ( 각물질별. ppb) 의 /2 값을대입하여자료의평균치를계산하였다. 이때계산된평균치가. ppb 이하일경우에는편의상평균치역시 N.D. (not detected) 로표시하였다. Table 2 에는환경학적관심사가높고환경대기중빈번히검출되는 VOC 농도를나타내었으며, 그중주요물질에대해서는 Fig. 과 2 에누적확률분포도로전체자료의분포양상을나타내었다. Fig. 에는산단지역을대상으로포항과구미지역측정자료를비교하였으며, Fig. 2 에는주거지역자료를대상으로두도시의농도분포양상을비교하였다. 전반적인 VOC 농도분포를살펴보면산단지역이주거지역에비해대체적으로농도가높게나타났으며, BTEX 계통 ( 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 ) 은검출빈도가 % 이상이었다. 그러나, 3, 5- 트리메틸벤젠,, 2, 4- 트리메틸벤젠, 트리클로로에틸렌의경우검출빈도가다소낮게나타났다. 또한, 구미산단이포항산단에비해농도의분포범위가넓은것으로나타났으며농도수준역시높게나타났다. Table 2 에나타낸 VOC 중가장농도가높은물질은톨루엔이었으며, 다음으로자일렌류인것으로조사되었다. 환경적관심사가높은벤젠을포함한 BTEX 의경우비단산단지역뿐만아니라두도시의주거지역에서도모두검출되어이들물질들은인위적활동이밀집된대기환경에서는그출현정도가만연한물질군임을알수있다. 톨루엔의경우포항산단지역은 N.D.~6 ppb 의범위에서, 구미산단지역은 N.D.~34 ppb 로나타났 으며평균농도역시구미가 7.8 ppb, 포항은 3. ppb 로 2 배이상농도차이를보였다. 트리클로로에틸렌의경우포항은 N.D.~ ppb 이하의범위에서검출되었으나구미는 N.D.~33 ppb 의범위에서검출되어구미지역의경우포항지역에비해전자산업체에서유기용제로톨루엔과트리클로로에틸렌을다량사용하고있음을알수있다. 실제구미지역의전자업체에서사용되고있는 8 가지종류의유기용제중톨루엔이점유율 37.7% 로 위였으며그뒤를이어트리클로로에틸렌은점유율 34.% 로 2 위를차지하고있는것으로조사된바있다 ( 서원주, 22). 구미지역에서는석유계유기용제의구성성분인펜탄류와헥산의농도도높게나타나유기용제사용량이많음을확인할수있었다. 이와는대조적으로포항지역에서는방향족탄화수소인자일렌류, 트리메틸벤젠류, 에틸톨루엔류가높게나타나구미산단과는다른지역적특성이관측되었다. 이는포항지역측정지점이타지역보다철강재료및철강제품의운반을위한대형화물차량의영향을많이받고있다는사실과연관지을수있다. 벤젠은두산단지역에서유사하게나타나산단의특성을보여주지는않았으며시료채취기간동안거의 2 ppb 이하의낮은농도수준으로검출되었다. 한편, 주거지역은모두유사한농도분포를보여주었으나트리클로로에틸렌은구미주거지역의농도가높게나타남을알수있다. 벤젠보다독성이큰것으로알려진, 3- 뷰타디엔은포항과구미지역모두에서그평균값이검출한계이하로나타났다. 포항의경우여름철에지역에관계없이, 3- 뷰타디엔이검출되지않았으며겨울철에산단지역에서두번, 주거지역에서세번검출되었다. 구미의경우여름철에주거지역에서, 3- 뷰타디엔이한번검출되었으며겨울철에산단지역에서두번, 주거지역에서네번검출되었다. 세계보건기구에서 급발암성물질로지정된벤젠은지역에관계없이.44~.83 ppb 정도의평균값을나타내어두물질모두일본과영국의대기환경기준치인.85 ppb 와 ppb 를각각만족하는수준인것으로나타났다. 반면, 톨루엔의경우구미지역이포항지역에비해 2 배정도높게나타났으며구미주거지역과포항산단지역의최대치가 6 ppb 로유사하게검출되어산단특성에따른용매
June 25 Baek et al. : 포항과구미의대규모산단지역대기중휘발성유기화합물농도분포특성에관한연구 73 Table 2. Summary of VOC concentrations in Pohang and Gumi (Unit : ppb) Pohang Gumi Site Industrial area Residential area Industrial area Residential area VOC (n = 2) (n = 2) (n = 2) (n = 2) Mean Median Max* Mean Median Max. Mean Median Max Mean Median Max Isopentane.2.5.86..32 5.23.5.4 3.25.48.39 2.72, 3-Butadiene N.D. N.D..4 N.D.** N.D..54 N.D N.D..494 N.D. N.D..86 Dichloromethane N.D. N.D..4 N.D. N.D..38 N.D. N.D..49 N.D. N.D..27 n-pentane.2.5.26.34.26.45.69. 7.36.43.25.96 3-Methylpentane N.D. N.D..37 N.D. N.D..34.5 N.D..87. N.D..78 n-hexane.2.3.67.9 N.D..2.3.2.73.23 N.D. 2.8 Methylcyclopentane. N.D..66. N.D..48.4.22 2..32 N.D. 4.4 n-heptane N.D. N.D..23 N.D. N.D..34.25 N.D..63 N.D. N.D..34 Benzene.83.58 6.29.44.35 4.34.62.4.96.68.37 2.92 Trichloroethylene N.D. N.D..97 N.D. N.D..6 2.49.46 32.8.24 N.D. 2.3 n-octane N.D. N.D..9 N.D. N.D..29 N.D. N.D.. N.D. N.D..22 Toluene 3. 2.33 5.9.59.92. 7.8 6.25 33.65 2.28.4 5.8 Tetrachloroethylene N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D.. N.D..72 N.D. N.D..69 n-nonane N.D. N.D..28 N.D. N.D..34.4 N.D..7. N.D..33 Ethylbenzene.67.66 3..29.8 3.5.55.3 4.56..2.2 m, p-xylene 4..52 34.6.78.53 8.3.29.59 2.63.68.49 2.97 o-xylene.5.5.88.23 N.D. 2.25.38.2 3.53.23.8. Styrene.5 N.D. 2.38 N.D. N.D..79.33.22 3.7.5 N.D..7 n-decane.5.2.5.3 N.D..66.3.28.67.5 N.D..85 n-propylbenzene. N.D. 2.2 N.D. N.D.. N.D. N.D..5 N.D. N.D. N.D. m, p-ethyltoluene.48. 3.3 N.D. N.D..5.2 N.D..73. N.D..43, 3, 5-Trimethylbenzene.44 N.D. 2.6 N.D. N.D..44. N.D..63 N.D. N.D..33 o-ethyltoluene.5 N.D. 3.58 N.D. N.D..5 N.D. N.D..22 N.D. N.D..3, 2, 4-Trimethylbenzene.7.37 4.98.36.26.65.34.5 2.43..9.27 n-undecane.4 N.D...5 N.D..4.29.75 9.74.2 N.D..7, 2, 3-Trimethylbenzene.44 N.D. 8.35. N.D..46. N.D..67 N.D. N.D..38 n-dodecane.3 N.D..59. N.D. 3.68 3..3 42.8.65 N.D. 4.74 *Maximum, **Not Detected. 사용량이주거지역에영향을주고있었다. 산단지역과주거지역에있어각 VOC 물질별최대값은역시예상한대로산단지역에서나타났으며, 산단의특성에따라최대값을나타내는물질의종류는다르게나타났다. 구미산단지역의경우트리클로로에틸렌이 32.8 ppb, 톨루엔은 33.7 ppb, n- 언데칸 9.74 ppb, n- 도데칸 42.8 ppb 의값으로나타났으며, 포항산단지역의경우 m, p- 자일렌 34.6 ppb, o- 자일렌.9 ppb, m, p- 에틸톨루엔 3. ppb,, 3, 5- 트리메틸벤젠 2.2 ppb,, 2, 4- 트리메틸벤젠 42. ppb 등으로나타났다. 따라서산단의특성에따라최우선관리대상물질의지정을달리하는관리방안이수립되어야할것으로사료된다. 또한, 산 단지역의경우주거지역에비해평균치와최대치의변동폭이큰것으로미루어볼때측정지점인근의배출원과의풍향배치관계에따라농도변동이큰영향을받는것으로판단된다. Table 2 에나타낸 VOC 물질은모두농도값과검출빈도는차이가있었지만산단지역내검출된 VOC 는주거지역에서도빈번히검출됨을알수있다. 따라서구미와포항과같은산업도시에서는공업지역의 VOC 배출영향이주거지역에까지파급되고있는것으로사료된다. 2. VOC 농도의계절별및일중변화특성 VOC 농도의계절별분포를비교한결과는
74 J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2 Table 3 에나타내었다. 본연구에서측정한결과로미루어볼때전반적으로겨울철이여름철에비해농도가높은것으로나타났다. 이는자외선이강한여름철 VOC 의오존전구물질로의작용과겨울철난방을통한배출량의차이가그원인으로판단된다. 또한겨울철에는지표면복사역전층의발생빈도와지속시간이길어짐으로대기가안정화되는경우가많아일시적으로높은농도가관측되는경향이있는것으로보아진다. 한편, 포항지역의경우겨울철시료채취기간동안날씨가흐리고강우의영향이있어몇몇물질은여름철에비해농도가낮게나타났으며, 트리클로로에틸렌은계절적특성이아닌지역적특성에따른농도변동으로파악된다. 주거지역의경우 VOC 물질에따라대체로농도변화는대동소이하지만겨울철이다소높게나 타났고, 산단지역은물질에따라농도차이가있어계절적특성을뚜렷이보이지는않았다. 따라서주거지역은계절적인영향을받은것으로파악되었으며, 산단지역은계절적영향보다는지역적인특성에따라농도변동이나타나는것으로사료된다. 하루중시간대별 VOC 농도변동을파악하고자 3 시간간격으로채취한자료의일중변화양상을 Fig. 3 에나타내었다. 포항과구미산단지역에서의농도변동을살펴보면, 벤젠은지역에관계없이하루중농도변화는크게없는것으로나타났으며, 다른 VOC 의경우에는 ~3 시, 2~24 시의이른새벽시간대와야간시간대에는낮은농도를보였다. 하루중상 공업활동이시작되는시간이라할수있는 9~2 시에는농도가증가하는추세를보이다가일사량이가장강하고활발한대류현상 Table 3. Seasonal average concentrations of VOC in Pohang and Gumi (Unit : ppb) Pohang Gumi Site Industrial area Residential area Industrial area Residential area VOC Summer Winter Summer Winter Summer Winter Summer Winter Isopentane.3.29.42.58.24.78.2.76, 3-Butadiene N.D.* N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Dicholromethane N.D. N.D N.D. N.D. N.D..24 N.D. N.D. n-pentane.7.25.28.4.83 2.56.3.74 3-Methylpentane N.D. N.D. N.D. N.D. N.D..25 N.D..6 n-hexane.23.8.2.7 N.D..57 N.D..38 Methylcyclopentane N.D..3 N.D....69 N.D..54 n-heptane N.D. N.D. N.D. N.D. N.D..44 N.D..2 Benzene.64.2.39.49.2.3.25. Trichloroethylene N.D..3 N.D. N.D..23 4.74 N.D..38 n-octane N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D.. Toluene 3. 3..47.7 3.85.78.9 3.65 Tetrachloroethylene N.D. N.D. N.D. N.D. N.D..5 N.D.. n-nonane N.D. N.D. N.D..2 N.D..24 N.D..6 Ethylbenzene 2.64..34.23.8.93.6.44 m, p-xylene 6.72 2.28.84.7.4 2.9.4.96 o-xylene 2.24.77.26.2 N.D..67.2.34 Styrene.4.5 N.D. N.D..3.53 N.D..22 n-decane.3.7 N.D..8.6.47 N.D..25 n-propylbenzene.2 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D m, p-ethyltoluene.56.39 N.D..2 N.D..9 N.D..5, 3, 5-Trimethylbenzene..38 N.D..2 N.D..5 N.D..2 o-ethyltoluene.8.3 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D, 2, 4-Trimethylbenzene.89.54.28.44 N.D..6.2.48 n-undecane N.D..9 N.D..25.4 2.7 N.D..35, 2, 3-Trimethylbenzene.39.49 N.D..4 N.D..7 N.D..5 n-dodecane N.D..56 N.D..93.35 6.64 N.D..24 *Not Detected.
June 25 Baek et al. : 포항과구미의대규모산단지역대기중휘발성유기화합물농도분포특성에관한연구 75 Benzene (ppb) 3. 2.5 2..5..5 Pohang 2.5 2..5..5 Gumi Toluene (ppb). 2 8 6 4 2. 25 2 5 5 2.5 Ethylbenzene (ppb) 8 6 4 2 2..5..5 m, p-xylene (ppb) 25 2 5 5 5. 6 5 4 3 2.5, 2, 4-Trimethylbenzene (ppb) 2 9 6 3.2.9.6.3 Trichloroethylene (ppb).6.5.4.3.2.. 5 5 3 6 9 2 5 8 2 24 3 6 9 2 5 8 2 24 Time (hr) Time (hr). 2 Industrial area Residential area Fig. 3. Variations of VOC concentrations collected every 3 hour interval in Pohang and Gumi.
76 J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2 으로인하여대기혼합층이발달되는낮시간대에는농도가상대적으로감소하는경향을나타내었다. 하루중최고농도가검출된시간대는배출시설이재가동되는 5~8 시또는퇴근시간대인 8~2 시임을알수있었다. 한편, VOC 배출량이적은주거지역은산단지역과달리하루중농도변화가거의없는것으로나타났다. 이는산단지역처럼시간에따른 VOC 배출량의변동이일정하게일어나는것이아니라늘상존하는배출량에의한농도변동으로단지기상조건에따라좌우되는것으로사료된다. 시간대별로파악한 VOC 의일중농도분포에서포항산단지역은주로자동차통행량과관련이있으며, 구미산단에서특이하게높은농도로나타난트리클로로에틸렌은산업체에서의유기용제사용에따른배출량의영향을받는것으로파악된다. 3. 다른산단지역 VOC 농도와의비교 VOC 의오염원은매우다양하며지역특성에따라물질별서로다른농도분포를하고있어산단특성에따른 VOC 종류와농도를파악하고자본연구결과와울산과여천산단에서다른연구에서얻어진측정자료를바탕으로 3 종의 VOC 물질을선정하여 Table 4 에정리하였다 ( 환경부, 2; 전준민, 24). 포항산단지역의경우, 3, 5- 트리메틸벤젠과, 2, 4- 트리메틸벤젠이다른산단에비해높은농도로검출되었고, 구미산단지역은할로겐화탄화수소인트리클로로에틸렌과테트라클로로에틸렌의농도가높게나타났다. 울산석유화학단지는전반적으로농도가높게나타났으며, 특히방향족탄화수소인벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌류, 스티렌의농도가높다는것을알수있었다. 한편, 여천산단은다른산단에서검출되지않은발암성물질인염화비닐이검출되었으며한시료채취지점에서는 4.95 ppb 로톨루엔농도보다높게나타났다. 벤젠은포항 구미지역은 ppb 이하로나타난반면울산과여천의경우상대적으로높은농도를보였다. 특히울산산단의경우.5 ppb 로일본과영국의대기환경기준치를상당히초과하는수준으로나타났다. 톨루엔은대부분지역에서가장높은농도로검출되어산업체의배출량과자동차배기가스의영향을동시에받는주요항목인것을알수있다. 유기염소계용매인트리클로로에틸렌은구미산단지역에서평균 2.49 ppb 를보여울산석유화학단지.8 ppb 와포항철강산업단지의. ppb 에비해 ~25 배정도높게나타났다. 울산은벤젠과스티렌의농도가톨루엔에비해높게나타나석유화학산단의특징을나타내었으며, 또한다른지역에서검출되지않은, 3- 부타디엔이검출되어독성 VOC 의농도가심각한수준인것으로사료된다. Table 4. Comparison of VOC concentrations in large industrial complexes in Korea (unit : ppb) Area Pohang Gumi Ulsan ) Yeocheon 2) VOC Resi- Resi- Resi- Industrial Industrial Industria Industrial Industrial Industrial deintial dential dential 2 3 Vinyl chloride N.A.* N.A. N.A. N.A. N.A. N.A..78 2.7 4.95, 3-Butadiene N.D.** N.D. N.D. N.D..53 N.D. N.A. N.A. N.A. Chloroform N.D. N.D. N.D. N.D..42.7.3..79 Benzene.83.44.62.68.46.3.88.32 2. Trichloroethylene. N.D 2.49.24.8..8.8.7 Toluene 3..59 7.8 2.28.9 5.2 2.85 4.55 3.2 Tetrachloroethylene N.D. N.D.. N.D..2.3.8.9.5 Ethylbenzene.67.3.56.32 2.4.49.39.27.48 m, p-xylene 4..79..79.69.5..27.7 o-xylene.52.27.4.25 3.39.46.27.25.38 Styrene.7 N.D..34.9.59.6..89.5, 3, 5-Trimethylbenzene.48 N.D. N.D. N.D.7..2.7.2, 2, 4-Trimethylbenzene..35.4.3.52.37.2.8.2 *Not available, **Not Detected. ) 환경부 (2), 2) 전준민 (24)
June 25 Baek et al. : 포항과구미의대규모산단지역대기중휘발성유기화합물농도분포특성에관한연구 77 이처럼각산단의특성상사용되는유기용제와공정상의세척제로쓰이는화학물질에따라 VOC 종류와농도가다르게나타남을알수있으며, 울산 여천산단은포항 구미산단에비해독성이강한 VOC 가검출되고있음을알수있다. 또한, 각각의산단지역에서높게나온 VOC 가같은도시의주거지역에서도높게나오는경향을보여해당산단지역에서발생하는 VOC 가그배후지역까지영향을미치는것으로판단된다. 결 론 본연구는대기오염양상이일반대도시와다를것으로생각되는경북주요산단지역중포항철강산업단지지역과구미섬유및전자산업단지를선정하여측정지점특성에따른시간별, 계절별, 측정지점별휘발성유기화합물들의농도분포특성을알아보고자하였다. 연구결과다음과같은결론을얻을수있었다. 첫째, 분석대상물질의농도는측정지점에따라다양한분포로나타났으며, 약 종의 VOC 중가장농도가높은항목은톨루엔이었으며, 다음으로자일렌류인것으로조사되었다. 측정지점중구미산단지역의휘발성유기화합물의농도가대부분가장높게나타났고, 그다음으로포항산단지역, 구미주거지역, 포항주거지역순이었다. 또한, 구미산단지역은주로반도체와전자제품의세척용으로사용되고있는트리클로로에틸렌의농도가타지점보다훨씬높은지역특성을나타내었다. 둘째, 계절별농도는주거지역의경우 VOC 물질모두농도변화는대동소이하지만겨울철이다소높게나타났고, 산단지역은물질에따라농도차이가있어계절적특성을뚜렷이보이지는않았다. 따라서주거지역은전반적으로계절적인영향을받은것으로조사되었고, 산단지역은계절적영향보다는국지적인특성에따라농도변동이나타남을확인할수있었다. 셋째, 시간별로파악한 VOC 의하루중농도분포를보면벤젠은산단지역과주거지역모두하루중농도변동이크게없는것으로나타났으나대체로출근시간대인오전 9~2 시에농도가증가하는추세를보였으며, 일사량이강한낮시간대에조금 감소하다가포항산단지역은 5~8 시, 구미산단지역은 5~2 시에하루중최고농도가나타났다. 넷째, 산단별특성을보면포항산단지역의경우트리메틸벤젠류가다른산단에비해높게검출되었으며, 구미산단지역은할로겐족탄화수소인트리클로로에틸렌의농도가특히높은것으로나타났다. 울산석유화학단지는다른산단지역에비해방향족탄화수소인벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌류, 스타이렌의농도가높게나타났다. 한편,, 3- 뷰타디엔과비닐클로라이드은울산 여천산단에서검출되어포항 구미산단에비해독성 VOC 의농도가심각한수준임을알수있었다. 마지막으로, 각산단지역에서높은농도를보인 VOC 가그도시의주거지역에서도높은농도로나타나대규모산단이위치한도시의주거지역의 VOC 농도는산단지역의영향을많이받는것을확인할수있었다. 따라서산업도시의대기중 VOC 에대한적절한관리방안을수립할경우고농도로검출되는 VOC 와시간별, 계절별 VOC 농도분포양상에대한자료를고려하여야할것으로사료된다. 사 사 본연구는 22 년도경북지역환경기술개발센터에서지원한연구비로수행된과제임. 참고문헌 김용표, 나광삼, 문길주. 울산공단지역의휘발성유기화합물농도 : 8 년 6 월측정결과. 한국대기환경학회춘계학술대회논문집. 9; 48-49. 김영성, 송철한, 심상규, 김용표, 문길주. 여천공업단지봄, 가을대기중휘발성유기화합물농도비교, 한국대기보전학회지. 8; 4(2): 53-6. 대구지방환경청. 포항지역대기환경정책수립을위한입자상물질발생원조사연구. 대구지방환경청보고서. 9; 346 p. 백성옥, 김기현. 영국대기환경관리의최근동향. 한국대기환경학회지. 8; 4(3): 25-26. 백성옥, 김미현, 김수현, 박상곤. 국내대기중독성휘발성유기화합물의오염특성 (I)- 측정방법론평가. 한국독성학회지, 22; 7(2): 95-7.
78 J. ENVIRON. TOXICOL. Vol. 2, No. 2 서원주. 구미산업단지의 VOC 사용실태및관리방안에관한연구, 영남대학교환경대학원석사학위논문. 22; 43p. 전준민. 여수석유화학산단내 VOCs 에대한오염원분류표의개발및 CMB 모델에의한기여도산정. 경희대학교대학원박사학위논문. 24; 27p. 최진수, 전찬준, 백성옥. 구미지역대기중부유분진농도측정및발생원별기여도추정. 대한환경공학회지. 8; 2(4): 59-532. 한국대기환경학회. 대도시대기질관리방안조사연구 - 광화학대기오염생성과정규명과저감대책수립. 국립환경연구원최종보고서. 24; 544p. 환경부. 벤젠관련실태조사내용및저감대책, 환경부보도자료, 25. 5. 9 일자. 환경부. 특정대기유해물질의대기오염실태조사연구보고서. 환경부보고서. 2; 32p.. における VOC の と 氣 境 に及ぼす. 國 境 究 ニュ - ス. 8; 7(5): 27-. 境. べソゼソ による 氣の に係る 境基 について. 境告. 22. Fisk DJ. Volatile organic compounds-a European overview. Proc. of Int I Conf. on VOC in the Environment, London. 5, NOV. 7-9: 3-. USEPA. Conpendium Method TO7: Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling onto Sorbent Tubes. 7; EPA/625/R- 96/b. USEPA. Category for persistent, bioaccumulative, and toxic new chemical substances, Federal Register, 9; 64: 694-624.