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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 중금 속류 배출원에 대해 기존의 데이터베이스를 통해 분석하고 배출량이 많은 업종에 대해서 시설별 실측을 통해 배출량을 산정하여 배출특성을 파악하고자 하였다. 또한 업종별로 인위적 배출원에서 배출되는 특정대기유해물질로 설정되어진 카드뮴 등 7개 중금속 물질의 농도와 배출량은 향후 유해 대기오염물질 인벤토리 구축을 위한 기초 자료의 제공을 목적으로 하였다.
- 배출특성을 파악하고자 하였다. 또한 업종별로 인위적 배출원에서 배출되는 특정대기유해물질로 설정되어진 카드뮴 등 7개 중금속 물질의 농도와 배출량은 향후 유해 대기오염물질 인벤토리 구축을 위한 기초 자료의 제공을 목적으로 하였다.
제안 방법
- 수은 시료의 전처리는 대기오염 공정시험법 제27항의 제1 안과 US EPA METHOD 101A에 따라 원통형 여과지에 포집된 입자상 수은과 황산 . 과망간산칼륨 용액에 산화시켜 포집 된 가스상 수은을 각각 전처리하였다. 비소의 경우 대기오염 공정시험법 제17항에 따라 입자상 비소는 시료가 부착된 여과지를 적당한 크기로 잘라 250 mL 비이커에 넣고 질산과 황산을 이용하여 전처리하였으며 가스상 비소는 시료를 채취한 흡수 병 내의 용액을 250mL 비이커에 씻어 넣고 입자상 비소 전처리 방법과 동일하게 실험하였다.
- 대부분의 중금속은 입자상으로 존재하기 때문에 17개 대상 사업장 배출시설의 먼지배출현황을 살펴보았다. 먼지는 대부분 배출허용기준의 20-10% 이내의 양호한 수준으로 배출되고 있는 것으로 나타났으며, 제철제강 및 합금철제조업의 전기 아크로 및 일반도료 및 관련 제품제조업 중 유성페인트 제조시설의 배합공정의 경우 고효율집진장치를 운전함에도 불구하고 기준의 약 56〜 39% 및 32% 수준으로 약간 높게 배출되는 것으로 나타났다.
- 선정되어진 6개 업종 중 오염 물질별 배출량 상위 사업장을 선정한 후 TRI D/B를 이용하여 (환경부, 2004) 2차 선정과정을 거쳐 최종 17개 사업장을 대상으로 Pb 등 7개 중금속에 대한 실측 조사를 수행하였다. 또한, 선정되어진 17개 사업장에 유해대기오염물질 배출원 조사표 (Questionnaire) 를 송부하여 사업장의 일반정보 및 원료 사용량 등의 기초정보를 조사하였다. 이는 각 업종에서의 일반적인 공정흐름을 확인하고, 대기오염방지시설의 효율 및 배출계수 산정을 위한 세부 data로 활용되었다.
- 배출시설에서 배출되는 중금속 성분은 입자상 오염물질과 함께 배출되는 특성이 있기 때문에 대기오염 공정시험 방법 중 먼지 시험 방법에 따라 반자동식 시료 채취기 (CAE, M-5 METER, USA)로 먼지 시료 채취 방법과 동일하게 등속 흡인으로 채취하였다. 시료 채취에 사용되어진 원통형 여과지 (Whatman 2814432) 는 110±5°C(배출가스 온도가 110±5°C 이상일 경우 배출가스온도와 동일)에서 비결합 수분을 완전히 제거하고 데시케이터에서 실온으로 방냉한 후 무게를 측정하여 중금속 분석용으로 사용하였다.
- 과망간산칼륨 용액에 산화시켜 포집 된 가스상 수은을 각각 전처리하였다. 비소의 경우 대기오염 공정시험법 제17항에 따라 입자상 비소는 시료가 부착된 여과지를 적당한 크기로 잘라 250 mL 비이커에 넣고 질산과 황산을 이용하여 전처리하였으며 가스상 비소는 시료를 채취한 흡수 병 내의 용액을 250mL 비이커에 씻어 넣고 입자상 비소 전처리 방법과 동일하게 실험하였다. 전 처리된 분석용 시료는원자홉광광도계 (Spectra AA, Varian, USA)를 사용하여 분석하였고, 분석조건은 표 2에 나타내었다,
- 6개 업종의 업종별 사업장 수는 지정 폐기물 소각 업이 가장 많은 31개소였으며 다음은 냉간압연 및 압출 제품 제조업, 제철 제강 및 합금철 제조업 순으로 각각 18, 13개소였다. 선정되어진 6개 업종 중 오염 물질별 배출량 상위 사업장을 선정한 후 TRI D/B를 이용하여 (환경부, 2004) 2차 선정과정을 거쳐 최종 17개 사업장을 대상으로 Pb 등 7개 중금속에 대한 실측 조사를 수행하였다. 또한, 선정되어진 17개 사업장에 유해대기오염물질 배출원 조사표 (Questionnaire) 를 송부하여 사업장의 일반정보 및 원료 사용량 등의 기초정보를 조사하였다.
- 업종별로 중금속 7종에 대한 배출량을 비교하여 배출원별 특성을 파악하기 위해 검출된 농도에 대해 각 사업장의 배기가스 유속과 굴뚝 내경 등을 이용하여 업종별로 배출량을 산정하였다. 그림 2에는 각 업종별 중금속류 배출량을 나타내었으며 그림 3에는 각 업종별 배출 비율을 나타내었다.
- 연구대상 물질(중금속 7종)이 배출되는 업종을 선정하기 위해 국립환경과학원 대기배출원조사(SODAM, SOurce DAta Management system)에 등록된 자료 중 2003년의 조사결과(환경부, 2004)를 중심으로 현황 및 배출량을 분석하였다. SODAM에 보고된 배출량 자료는 각 사업장 굴뚝에서의 실측농도와 유량에 의해 직접 계산한 배출량 데이터를 합산한 수치이다.
대상 데이터
- 시료 채취에 사용되어진 원통형 여과지 (Whatman 2814432) 는 110±5°C(배출가스 온도가 110±5°C 이상일 경우 배출가스온도와 동일)에서 비결합 수분을 완전히 제거하고 데시케이터에서 실온으로 방냉한 후 무게를 측정하여 중금속 분석용으로 사용하였다. 가스상으로 존재하는 수은, 비소 등은 흡수액 (수은: 황산 및과망간산칼륨 용액, 비소: 수산화나트륨 용액)을 이용하여 채취하였다.
이론/모형
- 중금속 분석은 대기오염 공정시험 방법 (환경부, 2002) 을 준수하였고 분석시료 전처리는 이산화납 등의 난용성 물질의 분해를 위해 질산-과산화수소수법에 따랐다(그림 1). 중금속 추출을 위하여 사용한 시약은 유해중금속분석용 등급으로 HNS와 巨。2(30%) 등의 시약을 사용하였다.
성능/효과
- 이러한 철광석을 순수한 철로 만들어내기 위해 코크스를 태워 발생하는 불안정한 상태의 일산화탄소(CO)를 환원제로 선철을 만드는 과정을 제선공정이라 하며 이러한 제선공정에서 나온 선철을 강으로 제조하기 위해 탄소량을 줄이고 불순물을 제거하기 위한 재 정련 과정을 제강공정 이라 한다. 2개 조사대상 전기 아크로의 연간 중금속 배출량은 약 342.9 kg으로 이 중 Cr (168.0 kg/yr, 49%)과 Pb( 120.1 kg/yr, 35%) 이 대부분을 차지하는 것으로 나타났는데 이는 고철 중 불순물로 혼입되어 있는 Cr과 Pb이 정련과정에서 배출된 것으로 판단된다.
- 2003년 조사대상 사업장 수는 2, 588개 (1종: 597개, 2 종: 1, 003개, 3종: 988개)로 나타났는데 이 중 중금속을 배출하는 곳은 69개 업종, 147개 사업장으로 조사되었다. 69개 업종 중 배출 상위 업종은 축전지제조업, 냉간압연 및 압출 제품 제조업, 기타 제1차 비철금속 산업, 제철제강 및 합금철 제조업, 일반도료 및 관련 제품 제조업, 지정폐기물 소각 업 (지정폐기물 소각처리) 등 6개 업종이었다. SODAM에 의한 배출량 산정 결과 6개 업종의 연간 중금속 배출량 합은 172, 803.
- 7〜 100%를 차지하는 것으로 조사되었다. 6개 업종에서 주로 사용하는 방지시설은 스크러버형식의 분무탑, 백 필 터 또는 백필터+분무탑, 싸이클론+백필터 등인 것으로 조사되었다.
- 2%를 차지하는 것으로 나타났다. 6개 업종의 업종별 사업장 수는 지정 폐기물 소각 업이 가장 많은 31개소였으며 다음은 냉간압연 및 압출 제품 제조업, 제철 제강 및 합금철 제조업 순으로 각각 18, 13개소였다. 선정되어진 6개 업종 중 오염 물질별 배출량 상위 사업장을 선정한 후 TRI D/B를 이용하여 (환경부, 2004) 2차 선정과정을 거쳐 최종 17개 사업장을 대상으로 Pb 등 7개 중금속에 대한 실측 조사를 수행하였다.
- 카드뮴, 납, 크롬, 니켈, 베릴륨 등 7종의 중금속 물질을 조사한 결과 배출허용기준이 있는 물질인 카드뮴, 납, 크롬, 구리, 니켈, 아연의 배출 농도는 모든 시설에서 배출허용 기준보다 낮은 농도로 배출되고 있는 것으로 조사되었다. SODAM 에 조사된 주요 중금속 배출업종은 1차 비철금속, 축전지제조업 등 6개 업종이었으며 이들 업종의 연간 총 배출량은 172, 803kg/yr로 전체 업종의 중금속 배출량 220, 937 kg/yr의 78.2%를 차지하는 것으로 나타났다. 업종별 중금속 배출 특성 파악을 위해 6개 업종, 17개 사업장에 대해 실측조사 결과, 17개 사업장 모두 7개 중금속이 중금속 배출 허용기준의 0.
- 69개 업종 중 배출 상위 업종은 축전지제조업, 냉간압연 및 압출 제품 제조업, 기타 제1차 비철금속 산업, 제철제강 및 합금철 제조업, 일반도료 및 관련 제품 제조업, 지정폐기물 소각 업 (지정폐기물 소각처리) 등 6개 업종이었다. SODAM에 의한 배출량 산정 결과 6개 업종의 연간 중금속 배출량 합은 172, 803.2 kg/yr로 전체 조사업종에서 배출되어지는 중금속 양 (220, 937.7 kg/yr)의 78.2%를 차지하는 것으로 나타났다. 6개 업종의 업종별 사업장 수는 지정 폐기물 소각 업이 가장 많은 31개소였으며 다음은 냉간압연 및 압출 제품 제조업, 제철 제강 및 합금철 제조업 순으로 각각 18, 13개소였다.
- 0018 kg/hr) 순으로배출되 었으며 , As 및 Cd도 미량 배출되었다. 공정 가동율은 E-l, E-2, E-3 순으로 61.8%, 71.5%, 45.9%로 확인되었으며 전체 중금속 배출량 또한 유사한 추이를 보였다.
- 그리고 S0DAM의 D/B 자료와도 유사한 배출 경향성을 확인할 수 있었다. 기타 제1차 비철금속 산업의 해당 배출원 3곳 모두 배출허용기준을 충분히 만족하고 있으며, C-2 및 C-3 배출원의 경우 방지시설의 노후로 인하여 C-1 배출원보다 상대적으로 크롬의 배출이 많은 것으로 나타났으며, 투입 원자재 역시 재활용 원료를 95% 이상 사용하는 사업장인 것으로 조사되었다.
- 19 网/11? 로 나타났다. 냉각 압연 및 압출제품제조업종에서는 산세척과 표면 도금공정에서 배출되어지는 Cr의 평균 농도가 31.35|ig/m3로 가장 높게 검출되었다. 기타 저〕1차 비철금속 산업의 경우도 Cr이 38.
- 0 kg 이 었다. 냉간압연 및 압축제품제조업 에서 공통 적으로 크롬과 니켈의 배출량이 두드러진 원인은 강판의 내식성, 내열성, 내마모성, 광택, 굳기 등의 향상을 위해 크롬을 도금하는 공정 (EGL) 에 기인한 것으로 확인되었다. 냉간압연 및 압출 제품제조업종의 경우 배출원별로 확연히 구분되는 배출량의 차이를 보였으며, 특히 B-2 배출원의 경우 동종의 타 배출원에 비해 다량의 중금속을 배출하는 것으로 확인되었다.
- 냉간압연 및 압축제품제조업 에서 공통 적으로 크롬과 니켈의 배출량이 두드러진 원인은 강판의 내식성, 내열성, 내마모성, 광택, 굳기 등의 향상을 위해 크롬을 도금하는 공정 (EGL) 에 기인한 것으로 확인되었다. 냉간압연 및 압출 제품제조업종의 경우 배출원별로 확연히 구분되는 배출량의 차이를 보였으며, 특히 B-2 배출원의 경우 동종의 타 배출원에 비해 다량의 중금속을 배출하는 것으로 확인되었다. 이는 공정가동률에 의한 것으로 B-2의 경우 조사 당시 97.
- 먼지는 대부분 배출허용기준의 20-10% 이내의 양호한 수준으로 배출되고 있는 것으로 나타났으며, 제철제강 및 합금철제조업의 전기 아크로 및 일반도료 및 관련 제품제조업 중 유성페인트 제조시설의 배합공정의 경우 고효율집진장치를 운전함에도 불구하고 기준의 약 56〜 39% 및 32% 수준으로 약간 높게 배출되는 것으로 나타났다.
- 17Rg/n? 로 다른 금속에 비해 상대적으로 높은 농도로 검출되었다. 물질별로 살펴보면 Be은 검출되지 않았으며, Pb이 6개 업종에서 평균 76.10|ig/m3로 가장 높게 검출되었으며 다음은 Cr, Ni, Cd 순으로 각각 44.69, 27.35, 4.75 gg/m3 이 었다. 표 5에 각 사업장에서 배출되는 중금속의 평균농도를 나타내었다.
- SODAM 의 자료가 실측값보다 높게 나타나는 원인으로는 측정 당시 공정가동율 및 운전조건에 의한 것으로 판단된다. 실측 당시 배출원별 공정가동율 등은 평균 40% 이하로 시설용량 대비 공정 가동율이 매우 낮은 것으로 조사되었으며, 각 배출원별 정상적 공정 가동 시에는 SODAM 배출량과 유사하거나 다소 높을 것으로 분석되었다. 특히 수은의 경우, 배출가스량이 많은 제철제강 및 합금철 제조업의 전기 아크로에서 농도는 배출허용 기준 미만이지만 양적으로 많이 배출되는 것으로 나타났는데 이를 고려하여 우선적인 관심을 가지고 관리해야 할 것으로 판단된다.
- 2%를 차지하는 것으로 나타났다. 업종별 중금속 배출 특성 파악을 위해 6개 업종, 17개 사업장에 대해 실측조사 결과, 17개 사업장 모두 7개 중금속이 중금속 배출 허용기준의 0.1% 이하의 농도로 조사되었으며, 연간 배출량은 제철 제강 및 합금철 제조업이 342.9 kg으로 가장 높게 나타났으며 다음은 지정폐기물 소각업, 일반도료 및 관련 제품제조업, 기타 제1차 비철 금속산업, 냉간 압연 및 압출 제품제조업 축전지 제조업 순으로 나타났다. SODAM 의 자료가 실측값보다 높게 나타나는 원인으로는 측정 당시 공정가동율 및 운전조건에 의한 것으로 판단된다.
- 5, 100%로 나타났다. 일반 도료 및 관련제품제조업은배합공정어】서, 지정폐기물소각업은 소각공정에서 중금속이 배출되는 것으로 나타났으며 실측 공정의 시설용량은 각각 13.9〜 100, 41.7〜 100%를 차지하는 것으로 조사되었다. 6개 업종에서 주로 사용하는 방지시설은 스크러버형식의 분무탑, 백 필 터 또는 백필터+분무탑, 싸이클론+백필터 등인 것으로 조사되었다.
- 일반 도료의 배합공정에서 배출되는 중금속의 종류 및 배출량은 Pb (0.00054〜0.011 kg/hr)과 Cr (0.00079 -0.0023 kg/hr), Ni (0.00053-0.0018 kg/hr) 순으로배출되 었으며 , As 및 Cd도 미량 배출되었다. 공정 가동율은 E-l, E-2, E-3 순으로 61.
- 일반도료 및 관련 제품제조업의 대상시설에 대한 실측 결과 Pb과 Cr의 배출율이 65% (33.1 kg/yr), 19% (9.64kg/yr)로서 3개 대상 시설의 연간 배출량 50.8 kg의 대부분을 차지하였으며, 이는 도료 제조 시 색상의 투명성/산화 방지 등의 기능을 부여시키기 위해사용되어지는 크롬옐로우 PbCrQ」황색) 및 연백 PbCO3 . Pb(OHB의 혼합과정에서 다량의 납과 크롬이 배출되는 것으로 확인되었다.
- 2% 의 공정을 가동한 것으로 확인되었다. 전기아크로에서는 Pb (0.011-0.017 kg/hr)3]- Cd (0.015 kg/hr), Cr (0.0023〜0.085 kg/hr)이 주로 배출되어지는 것으로 나타났으며 Hg도 일부 배출되는 것으로 조사되었다 전기아크로의 중금속 배출농도는 매우 낮지만 여러 종류의 물질이 배출되는 것으로 조사되었는데, 이는 지정폐기물소각업과 같이 측정당시 전기아크로에장입 및 용융시키는 고철 및 폐 철의 종류에 따라 배출 중금속 종류가 달라질 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 결과를 바탕으로 하여 전기아크로에서 배출되는 Hg 등 HAPs의 정확한 자료 확보 및 측정 결과의 대표성 확보를 위한 정밀 조사가 필요한 것으로 사료된다.
- 축전지 제조업 조사대상 3개 사업장에서 배출되는 단위 시간당 중금속 배출량은 배출원별로 차이는 존재하였으나, 납과 그 부산물로서의 크롬의 배출량이 다른 중금속에 비해 월등히 많이 배출되는 것을 확인할 수 있었다. 주요 배출시설인 납 용융용해로 및 차량주조산전 공정의 실측결과에서 나타난 Pb 및 Cr의 단위 시 간당 배출량이 각각 0.0004-0.0055 kg/hr, 0.000056-0.0025 kg/hr으로 조사되어, Pb과 Cr이 축전지제조업에서 배출되는 주요 중금속인 것으로 나타났다. 이는 기판 (Grid)을 성형하기 위하여 합성연괴 (Ingot)를 로 (Melting Pot)에서 녹인 후 금형을 이용해 기판을 성형하는 과정에서 납이 배출되었기 때문으로 판단된다.
- 지정폐기물 소각 업의 경우 실측 조사 대상 시설의 연간 중금속 배출량이 103.5 kg으로 Ni의 함량이 47% (47.6 kg/yr)로 가장 많이 배출되었으며, Pb 17% (17.6 kg/yr), Cr I5%(15.5kg/yr), As 11 %(11.4kg/yr) 순으로 배출되고 있는 것으로 나타나 업종의 특성상 다양한 중금속이 배출됨을 볼 수 있었다. 지정폐기물 소각업종의 경우 여타 다른 중금속 주요 배출업종과 달리 투입폐기물의 성상이 불균일할 뿐만 아니라, 여러 가지 변수로 인해 배출량 산정에 많은 어려움이 있었다.
- 00 kg/yr) 이 었으며 그 외의 금속은 5% 미만이었다. 축전지 제조업 조사대상 3개 사업장에서 배출되는 단위 시간당 중금속 배출량은 배출원별로 차이는 존재하였으나, 납과 그 부산물로서의 크롬의 배출량이 다른 중금속에 비해 월등히 많이 배출되는 것을 확인할 수 있었다. 주요 배출시설인 납 용융용해로 및 차량주조산전 공정의 실측결과에서 나타난 Pb 및 Cr의 단위 시 간당 배출량이 각각 0.
- 나타내었다. 축전지제조업에서 중금속이 배줄되는 공정은 용융용해로와 차량주조산전공정이었으며 3개 사업장의 실제 측정공정 시설용량은 전체 중금속 배출공정에 대해 3.2 〜6.4%를 차지하였다. 냉간압연 및 압출 제품제조업은 전기아연도금(EGL공정), ETL탈지/산처리/ 도금 공정에서 중금속이 배출되는 것으로 나타났으며 이 공정 중 실제 측정공정의 굴뚝 시설용량은 77.
- 결론을 얻었다. 카드뮴, 납, 크롬, 니켈, 베릴륨 등 7종의 중금속 물질을 조사한 결과 배출허용기준이 있는 물질인 카드뮴, 납, 크롬, 구리, 니켈, 아연의 배출 농도는 모든 시설에서 배출허용 기준보다 낮은 농도로 배출되고 있는 것으로 조사되었다. SODAM 에 조사된 주요 중금속 배출업종은 1차 비철금속, 축전지제조업 등 6개 업종이었으며 이들 업종의 연간 총 배출량은 172, 803kg/yr로 전체 업종의 중금속 배출량 220, 937 kg/yr의 78.
후속연구
- 085 kg/hr)이 주로 배출되어지는 것으로 나타났으며 Hg도 일부 배출되는 것으로 조사되었다 전기아크로의 중금속 배출농도는 매우 낮지만 여러 종류의 물질이 배출되는 것으로 조사되었는데, 이는 지정폐기물소각업과 같이 측정당시 전기아크로에장입 및 용융시키는 고철 및 폐 철의 종류에 따라 배출 중금속 종류가 달라질 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 결과를 바탕으로 하여 전기아크로에서 배출되는 Hg 등 HAPs의 정확한 자료 확보 및 측정 결과의 대표성 확보를 위한 정밀 조사가 필요한 것으로 사료된다.
- 특히 수은의 경우, 배출가스량이 많은 제철제강 및 합금철 제조업의 전기 아크로에서 농도는 배출허용 기준 미만이지만 양적으로 많이 배출되는 것으로 나타났는데 이를 고려하여 우선적인 관심을 가지고 관리해야 할 것으로 판단된다. 이번 연구를 통하여 사업장의 HAPs 관리 및 배출 실태를 폭넓게 파악하고 대표성과 신뢰도 향상을 위해서는 대상 업종의 사업장 수 확대와 이들 사업장에 대한 보다 정밀한 조사가 필요할 것으로 사료된다.
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