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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 9종의 지정악취물질과 인체에 유해한 영향을 미치는 3종의 VOC물질 등을 대상으로 매립지 부지 위에 존재하는 배출공, 매립지 주변 지역, 민가 지점에서 시료채취를 수행하여 배출 공과 매립지 주변대기질의 악취물질의 농도와 구성비를 비교하고자 하였다.
- 본 연구에서는 13종의 악취물질을 대상으로 매립지 부지 위에 존재하는 배출공, 매립지 주변지역, 민가 지점에서 시료채취를 수행하여 배출공과 매립지 주변 대기 질의 악취물질 농도와 구성비를 비교하고자 하였다. 그 결과, 배출공에서 발생되는 황계 열 악취 물질 중에서는 황화수소가 151~358ppm로 가장 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었고 VOC의 경우에는 톨루엔이 가장 높은 물질임을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 5가지 황계열 악취물질에 대하여 분석을 수행하였다. 그림 4는 2007년 2월 7일에 배출 공에서 측정된 황계열 악취물질의 평균농도를 나타내고 있다.
- 본 연구에서는 매립지와 그 주변 대기에서 7종류의 VOC에 대하여 분석을 수행하였다. 분석에 대한결과를 그림 2에 제시하였다.
- 본 연구에서는 악취물질이 순간적으로 발생되는농도의 변화폭이 매우 넓어서 발생되는 농도의 대표성을 찾기가 매우 어려울 뿐만 아니라, 주변 지역에 민원을 야기시킬 수 있는 농도 또한 순간적으로 발생하기 때문에 매립지와 그 주변 대기에서 시료 채취된 악취물질의 농도를 파악하는 한편, 악취 물질의 상대적인 구성비를 판단하고 각각의 시료채취 지점에서 악취물질의 구성형태를 파악하고자 노력하였다. 표 2는 시료채취 지점에서 채취된 시료의 농도를 제시하고 있다.
- 또한, 동일한 날에각각의 배출공에서 채취된 시료는 농도의 차이가 있지만 각 물질들의 농도분포가 경향성을 가지고 있는것으로 판단된다. 이러한 농도분포의 경향성을 보다 명확히 파악하기 위해 배출공과 그 주변대기에서의 V0C의 구성비를 확인하여 보았다.
제안 방법
- VOC 분석은 Cryogenic System 인 자동열탈착장치 (Tekmar 6000, Tekmar-Dohrmann, USA)에서 -150 ℃ 농축시킨 후 280℃에서 5분간 탈착하여 GC/MSD (Agilent Technology 5975, USA)를 사용하여 정성분석을 수행하였고, 또 다른 동일한 자동열탈착장치와 GC/ FID (HP5890 Hewlett Packard, USA) 시스템을 사용하여 정량분석을 수행하였다. GC/FID을 위한 분석 컬럼은 Rtx-1 (L: 60.
- 32 mm)을 사용하였다. 고농도의 모드에 있어서는 GC 상부에 장착되어져 있는 100 pL 용량의 루프시스템 (loop system)을 이용하여 GC 내부로 직접 시료를 주입시키는 방법을 사용하였다. 모든 시료에 대한 결정계수(『)는 0.
- 대기 중의 저농도 황계열 악취물질의 분석을 수행하기 위하여, Pulsed flame photometric detector (PFPD; 0. I analytical, USA) 검출기를 장착한 GC (Donam instrument, model: 6200, Korea)4 펠티어 트랩을 사용한 전자식 저온농축장치 (Thermal desorber (TD); Donam instrument, model: SPIS-TD, 3000 Korea)를조합하여 사용하였다. 이와 같은 시스템은 기존의 일반적 인 Flame photometric detector (FPD)에 비해 100 배 이상 좋은 수십 pg 대의 감도를 보이는 것으로 알려져 있고 안정성, 선택성, 재현성, 검출한계 등에 있어서도 매우 유리하다고 알려져 있다(최여진 등, 2005).
- 매립지에서 발생되는 악취물질 중에서 황계열 악취 물질은 매립지와 매립지 주변에서 측정되어진 농도의 값이 매우 상이할 것으로 판단되어 동일한 분석기 안에서 모든 농도를 측정하기 위하여 저농도와 고농도로 시스템을 분리하여 분석을 수행하였다.
- 채취된 시료는 얼음 상자 (ice box)에 4℃ 이하의 저온으로 보관 후 실험실에서 분석되었다. 모든 시료채취 과정에서 현장 대기 중에 포함되어 있는 입자상 물질을 제거하기 위하여 시료채취 장치의 유입구의 전면에 유리필터 (glass wool filter)를 장착하였다.
- 파악하였다. 발색된 시료는 UV/VIS 분광광도계 (UV mini 1240, Shimadzu)^ 이용하였으며 640nm의파장에서 흡광도를 측정하였다.
- 걸쳐서 이루어졌다. 배출공에서 배출되는 성분들은 고농도로 존재한다는 점을 감안하여, 테들러백 (Tedlar Bag; SKC, USA)을 이용하여 시료를 채취하였다. 그러나 주변 대기와 같은 저농도의 시료채취는 분석물질의 종류에 따라 다양한 방법으로 수행되었다.
- , 1999). 이러한 문제를 해결하기 위하여, 시료의 유입구에 전자식 수분제어장치 (Moisture dryer; Donam instrument, model; 1000, Korea)를 설치하여 수분을 약 95% 이상 제거한 후 TD 내부로 시료를 유입시켰다. 분석컬럼으로는 GS- Gaspro (Length: 30 m, ID: 0.
- 이 때, 시료채취용 흡착관은 Pyrex Tube에 Tenax TA와 CarbotrapTM을 채워 사용하였다. 저농도의 암모니아 시료의 흡수액으로는 붕산과 증류수의 희석용액을 사용하였으며 흡수 시 포집 효율을 높이기 위하여 100mL의 용액을 2개의 임핀저에 나누어 시료 채취를 수행하였다. 시료의 포집 시 유량의 조절은 실험실에서 미리 검량된 MFC를 사용하였으며 비교적 저농도인 site 1, 2, 5의 경우 현장에서 약 2~3 L/min의 유량으로 흡입하였다.
- 대상물질은 표 1과 같다. 황계 열 악취물질은 황화수소, 메 틸머 캅탄, 다이 메 틸설파이 드, 카본디 설파이 드다이 메틸다이 설파이드에 대하여 분석을 수행하였고, 톨루엔을 포함한 7가지의 VOC물질과 암모니아에대하여 각각 분석을 수행하였다. 시료채취는 각각의 site에서 물질의 종류별로 3회 이상 수행되었다.
- 그러나 주변 대기와 같은 저농도의 시료채취는 분석물질의 종류에 따라 다양한 방법으로 수행되었다. 황계열 악취물질의 경우에는 내부에 자체 펌프가 장착되어진 렁샘플러 (lung sampler, ACEN, KOREA)를 이용하여 10 L 용량의 테들러백 안으로 직접 채취하는 방법을 이용하였다. 매립지 주변 환경 대기 중의 저농도의 VOC 시료는 흡착관을 사용하여 150 mL/min, 20 mine.
대상 데이터
- 1. A geographical location of five sampling sites investigated in this study.
- 정량분석을 수행하였다. GC/FID을 위한 분석 컬럼은 Rtx-1 (L: 60.0 m x 530 gm x 3.0 |im, SGE) 을 사용하였고 GC/MSD는 DB-I (L: 60.0m x 320 |im X3.0 μm, J & W)을 사용하였다. 모든 물질에 대한결정계수(F)는 0.
- H매립지에 발생되는 악취물질의 채취는 매립지 주변 중 상부에 위치한 1지점 (site 1, 고도 319m), 1 지점으로부터 약 670m 떨어진 매립지 부지 위에 설치된 배출공 2지점 (site 3, 고도 210 m, site 4, 고도 204 m), 매립지 부지위의 공기질을 측정하기 위하여 설정된 것으로서 site 3에서 약 10m 정도 떨어진 지점 (site 2, 고도 210 m), 매립지에서 외부에 위치한 주변 민가 지점 (site 5)에서 이루어졌다.
- 본 연구 대상인 H 생활폐기물 매립지는 춘천도심에서 약 15km 외곽으로 떨어진 춘천시 H동에 위치해 있고 총 면적은 약 122,000折이다 본 매립지는 1997년 6월에 공사를 시작하여 1999년 12월에 완공된 대규모 생활폐기물 처리장으로, 매립지 바닥에 침출수가 스며들지 않도록 차수막층, HDPE sheet, 모래층이 차례로 설치되어 1998년 이후 매립을 시작하여현재 운영 중인 위생매립지 이다.
- 이러한 문제를 해결하기 위하여, 시료의 유입구에 전자식 수분제어장치 (Moisture dryer; Donam instrument, model; 1000, Korea)를 설치하여 수분을 약 95% 이상 제거한 후 TD 내부로 시료를 유입시켰다. 분석컬럼으로는 GS- Gaspro (Length: 30 m, ID: 0.32 mm)을 사용하였다. 고농도의 모드에 있어서는 GC 상부에 장착되어져 있는 100 pL 용량의 루프시스템 (loop system)을 이용하여 GC 내부로 직접 시료를 주입시키는 방법을 사용하였다.
- 시료채취는 2006년 12월 12일과 2007년 2월 7일이틀에 걸쳐서 이루어졌다. 배출공에서 배출되는 성분들은 고농도로 존재한다는 점을 감안하여, 테들러백 (Tedlar Bag; SKC, USA)을 이용하여 시료를 채취하였다.
- , 3 L의 시료를 채 취 하였다. 이 때, 시료채취용 흡착관은 Pyrex Tube에 Tenax TA와 CarbotrapTM을 채워 사용하였다. 저농도의 암모니아 시료의 흡수액으로는 붕산과 증류수의 희석용액을 사용하였으며 흡수 시 포집 효율을 높이기 위하여 100mL의 용액을 2개의 임핀저에 나누어 시료 채취를 수행하였다.
이론/모형
- 저온 보관하여 실험실로 옮겨진 시료는 인도페놀법에 의하여 상온에서 약 1시간 정도 발색하였으며흡수된 시료 당 3개의 분석시료로 발색하여 재현성을 파악하였다. 발색된 시료는 UV/VIS 분광광도계 (UV mini 1240, Shimadzu)^ 이용하였으며 640nm의파장에서 흡광도를 측정하였다.
성능/효과
- 그 결과, 배출공에서 발생되는 황계 열 악취 물질 중에서는 황화수소가 151~358ppm로 가장 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었고 VOC의 경우에는 톨루엔이 가장 높은 물질임을 확인할 수 있었다. 또한, 이러한 경향성은 주변 대기 중의 농도측정에서 비슷하게 나타났다.
- 배출 공인 site 3과 4에서는 톨루엔이 차지하는 비율이 약 54-63% 정도로 절반 이상을 차지하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 주변 환경대기에서는 톨루엔이 27 ~36% 정도로 차지하는 비중이 적은 것을 확인할 수 있었고, 상대적으로 벤젠이 주변 환경대기에서 차지하는 비율이 배출공에 비하여 상당히 크다는 것을 알 수 있었다. 매립지 주변대기에서의 황화수소의 농도는 시골의 산림지역임에도 불구하고 일부 서울지역보다 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
- 그림 2에 나타낸 배출공에서의 VOC 배출농도를 보면, 헥산(446~ 2, 557 ppb), 벤젠 (100~ 686 ppb), 톨루엔 (4, 314~ 11, 464 ppb), 에틸벤젠 (933 ~ 1, 972 ppb), m, p-자일렌(581 ~ 3, 132 ppb), 스타이 렌(131 ~428 ppb), O-자일 렌 (337 ~ 986 ppb) 정 도로써 총 VOC의양을 보면 배출공과 주변 환경대기 중에서의 농도의차이가 수백 배에서 수천 배에 이르는 것을 확인할수 있었다. 그림 2의 (a)와 (b)를 비교해보면 상대적으로 저농도인 site 1, 2, 5의 VOC의 농도는 12월과 2월의 차이가 거의 없지만 고농도인 배출공에서의농도는 12월에 측정된 농도가 2월에 비해 약 2배 정도 높은 것을 파악할 수 있었다.
- 이러한 경향은 다른 매립지에서선행되어진 연구에서도 이와 유사하게 나타남을 확인할 수 있었다 (Kim* 以, 2005).또한, 동일한 시료 채취 지점에서 연속적으로 측정된 시료도 시료 간의 악취 물질의 농도의 차이가 2배 이상인 것을 확인할 수 있었고, 이 점은 악취물질의 특성상 농도의 순간적 변화가 매우 특이하게 나타나는 것임을 보여 주고 있다. 이러한 동일 지점에서의 큰 폭의 악취농도의 차이는 선행된 다른 연구에서도 확인할 수 있었다(Kim 2005).
- 이러한 결과는 배출공 자체에서 발생된 황화수소의 농도가 1차 측정 시기가 2차 때보다 상대적으로 높아서 주변 지역에 직접적인 영향을 미친 것으로 사료된다. 또한, 배출 공에서 발생되는 황계열 악취물질과 VOC 성분의 시료 채취 시기에 따른 증감의 경향을 확인해 본 결과 어느 특정한 단일 물질의 증감이 아닌 악취 물질의 전반적인 증감에는 상관성이 있는 것으로 확인되었다. 이러한 상관성은 황계열 악취물질이나 미량으로 존재하는 VOC 성분들의 생성 이나 배출이 비교적 유사한 작용에 의해 생성되어진다고 보고한 일부 연구를 뒷받침해주고 있다(김기현 등, 2004).
- 또한, 이러한 경향성은 주변 대기 중의 농도측정에서 비슷하게 나타났다. 또한, 배출공에서 발생되는 황계열 악취물질과 VOC성분의 시료채취 시기에 따른 농도의 증감 경향을 확인해 본 결과, 전체적 인물질의 증감에 있어서는 상관성 이 있는 것으로 확인되었다. 그러나 배출공과 그 주변대기 중의 VOC는 구성비가 상당히 상이한 것을 알 수 있었다.
- 반면, 주변대기에서는 황화수소를 제외한나머지 황계열 악취물질이 검출한계 이하로 존재하는 것을 알 수 있었다. 또한, 배출공의 경우와 마찬가지로 동일한 장소에서 연속적으로 시료를 채취한다고 하더라도 악취의 특성상 순간적으로 농도가 변하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 매립지 주변대기에서의 황화수소의 농도를 서울의 대기질에서 측정되어진 연구 결과(100±60ppt)와 비교해 본 결과매립지 주변이 시골의 산림지역임에도 불구하고 서울지역보다 조금 높거나 비슷한 수준의 황화수소 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다(손장호와 김기현, 2004).
- 그러나 주변 환경대기에서는 톨루엔이 27 ~36% 정도로 차지하는 비중이 적은 것을 확인할 수 있었고, 상대적으로 벤젠이 주변 환경대기에서 차지하는 비율이 배출공에 비하여 상당히 크다는 것을 알 수 있었다. 매립지 주변대기에서의 황화수소의 농도는 시골의 산림지역임에도 불구하고 일부 서울지역보다 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 주변 매립지 배출공에서 발생되는 황화수소의 영향인 것으로 판단된다.
- 고농도의 모드에 있어서는 GC 상부에 장착되어져 있는 100 pL 용량의 루프시스템 (loop system)을 이용하여 GC 내부로 직접 시료를 주입시키는 방법을 사용하였다. 모든 시료에 대한 결정계수(『)는 0.998 이상을 얻을 수 있었고, 또한, 상대표준편차를 이용하여이들 성분에 대한 분석재현성을 평가한 결과, 10% 내외 수준인 것으로 나타났다.
- , 2005). 반면, 주변 환경대기에서는 톨루엔이 27~36% 정도로 차지하는 비중이 적은 것을 확인할 수 있었고, 벤젠이 차지하는 비율이 배출공에 비하여 상대적으로 매우 큰 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 수행되어진결과에 따르면 배출공에서 발생되는 V0C는 톨루엔, m, p-자일렌, 에틸벤젠이 대부분을 차지하는 것을 알 수 있었고, 주변대기에서는 톨루엔, 벤젠, 헥산이 구성비에서 큰 비중을 차지하는 것을 확인할 수 있었다.
- 이에 반해, site 1, 5에서는 황회수소가 약 100~300 PPt 정도의 비슷한 수준으로 존재하는 것을 확인할수 있었다. 반면, 주변대기에서는 황화수소를 제외한나머지 황계열 악취물질이 검출한계 이하로 존재하는 것을 알 수 있었다. 또한, 배출공의 경우와 마찬가지로 동일한 장소에서 연속적으로 시료를 채취한다고 하더라도 악취의 특성상 순간적으로 농도가 변하는 것을 확인할 수 있었다.
- 그러나 배출공과 그 주변대기 중의 VOC는 구성비가 상당히 상이한 것을 알 수 있었다. 배출 공인 site 3과 4에서는 톨루엔이 차지하는 비율이 약 54-63% 정도로 절반 이상을 차지하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 주변 환경대기에서는 톨루엔이 27 ~36% 정도로 차지하는 비중이 적은 것을 확인할 수 있었고, 상대적으로 벤젠이 주변 환경대기에서 차지하는 비율이 배출공에 비하여 상당히 크다는 것을 알 수 있었다.
- 그림 4는 2007년 2월 7일에 배출 공에서 측정된 황계열 악취물질의 평균농도를 나타내고 있다. 배출공에서 황계열 악취물질을 보면 메틸 머캅탄 (66.3 ~ 243.1 ppb), 다이메틸설파이드 (29.1 ~Ⅲ.7 ppb)에 비해 황화牛소(48.76~ 197.22 ppm) 의 농도가 수백 배에서 수천 배 이상 높은 것을 확인할 수 있었고, 구성비에 있어서도 99% 이상임을 확인할 수 있었다. 이러한 경향은 다른 매립지에서선행되어진 연구에서도 이와 유사하게 나타남을 확인할 수 있었다 (Kim* 以, 2005).
- 반면, 주변 환경대기에서는 톨루엔이 27~36% 정도로 차지하는 비중이 적은 것을 확인할 수 있었고, 벤젠이 차지하는 비율이 배출공에 비하여 상대적으로 매우 큰 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 수행되어진결과에 따르면 배출공에서 발생되는 V0C는 톨루엔, m, p-자일렌, 에틸벤젠이 대부분을 차지하는 것을 알 수 있었고, 주변대기에서는 톨루엔, 벤젠, 헥산이 구성비에서 큰 비중을 차지하는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 배출공과 주변대기에서의 구성비가 다른 원인은 대기 중에 존재하는 수분에 의한 흡수, OH 라디칼과 같은 산화물과의 반응 등과 같은 환경적 인 영향을 들 수 있다.
- 또한, 배출공의 경우와 마찬가지로 동일한 장소에서 연속적으로 시료를 채취한다고 하더라도 악취의 특성상 순간적으로 농도가 변하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 매립지 주변대기에서의 황화수소의 농도를 서울의 대기질에서 측정되어진 연구 결과(100±60ppt)와 비교해 본 결과매립지 주변이 시골의 산림지역임에도 불구하고 서울지역보다 조금 높거나 비슷한 수준의 황화수소 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다(손장호와 김기현, 2004). 이러한 결과는 주변 매립지 배출공에서발생되는 황화수소의 영향인 것으로 판단된다.
- 이러한 상관성은 황계열 악취물질이나 미량으로 존재하는 VOC 성분들의 생성 이나 배출이 비교적 유사한 작용에 의해 생성되어진다고 보고한 일부 연구를 뒷받침해주고 있다(김기현 등, 2004). 암모니아의 농도는 배출공 1, 904~7, 169μ{小, 주변 대기 63~ 543 ppb 범위로 나타나 배출공의 농도가 주변 대기에 비하여 약 4배에서 110배 정도 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 황계열 악취물질의 검출한계 (Below Detection Limit, 3 standard deviation)는 1,000 mL의 샘플링 부피를 기준으로 황화수소 244ppt, 메틸 머캅탄 141 ppt, 디메틸설파이드 133ppt, 디메틸디설파이드 75ppt 이하로 나타났다. 표 2에서 알 수 있듯이 배출 공에서 발생되는 황계열 악취물질 중에서는 황화수소가 151 ~358 ppm로 가장 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었고 VOC의 경우에는 톨루엔이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이러한 경향성은 주변 대기 중의 농도측정에서 비슷하게 나타났다.
- 또한, 이러한 경향성은 주변 대기 중의 농도측정에서 비슷하게 나타났다. 한편, 매립지 주변의 환경대기 중 악취농도를 살펴 본 결과, 황화수소의 경우 매립지 주변 (site 2) 에서의 1차 측정 결과값이 2차 측정값보다 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 배출공 자체에서 발생된 황화수소의 농도가 1차 측정 시기가 2차 때보다 상대적으로 높아서 주변 지역에 직접적인 영향을 미친 것으로 사료된다.
- 상대적으로 매립지의 배출공과 가까운 거리인 site 2는 site 1과 site 5에 비해서는 L5배에서 2배 정도 높은값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 한편, 매립지의배출공보다 더 높은 고도에 위치해 있는 site 1은 12 월 달과 2월 달에 얻는 농도의 값이 모든 악취물질에 대하여 상당히 비슷한 농도추이를 나타내는 것을알 수 있었다 본 연구에서 측정된 농도를 다른 문헌과 비교해보면 시료채취 장소가 시골지역임에도 불구하고 대도시나 공업지역의 대기 중에서 측정되어진 농도와 비슷하거나 조금 더 높은 값을 나타내는것을 확인할 수 있었고, 이것은 매립지에서 배출되는매립가스가 주변 대기에 적지 않은 영향을 미칠 수있다는 것을 암시해 주고 있다(김조천, 2006).
- 표 2는 시료채취 지점에서 채취된 시료의 농도를 제시하고 있다. 황계열 악취물질의 검출한계 (Below Detection Limit, 3 standard deviation)는 1,000 mL의 샘플링 부피를 기준으로 황화수소 244ppt, 메틸 머캅탄 141 ppt, 디메틸설파이드 133ppt, 디메틸디설파이드 75ppt 이하로 나타났다. 표 2에서 알 수 있듯이 배출 공에서 발생되는 황계열 악취물질 중에서는 황화수소가 151 ~358 ppm로 가장 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었고 VOC의 경우에는 톨루엔이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 이러한 결과는 주변 매립지 배출공에서 발생되는 황화수소의 영향인 것으로 판단된다. 이 연구를 바탕으로 보다 정확한 매립지에서의 주변지역에 대한 악취 기여도를 평가하기 위하여 보다 많은 시료 채취지점 및 환경조건에서 광범위한 연구가 수행되어져야할 것이다.
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