본 연구에서는 시화지구의 공단과 주거 지역에서의 휘발성 유기화합물 농도를 측정하고 그 특성을 비교 분석하였다. 공단지역과 주거지역 21개소에 passive sampler를 1개월간 설치하여 총 6회에 걸쳐 벤젠, 트리클로로에틸렌, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌과 스티렌을 채취하였다. 그 결과 VOCs 물질 중 톨루엔이 공단지역과 주거지역에서 가장 높은 농도로 검출되었다. 공단지역의 평균 TVOC농도는 주거지역의 1.86배에 해당했으며, 여름철에 비해 겨울철에는 그 농도가 크게 감소하였다. 또한, 평균 BTEX 농도는 공단지역의 화합물의 농도가 주거지역보다 1.94~5.39배 더 높은 것을 보여준다. 에틸벤젠과 자일렌은 여름철에 비교해 겨울철에 농도가 감소하였으나, 벤젠은 더 높은 농도로 측정되었다. VOCs 간의 상관계수는 공단지역에서의 물질간의 상관성이 주거지역보다 좀 더 큰 것으로 나타내었다. 공단지역에서는 대체로 양의 상관성을 보이는 물질들이 주거지역에서는 에틸벤젠과 톨루엔의 경우를 비롯해 음의 상관성을 보였다. 전반적으로, VOCs 농도는 공단지역에서 더 높았으며, 주거지역의 VOCs 분포에 잠재적으로 영향을 미치는 것으로 파악할 수 있다.
본 연구에서는 시화지구의 공단과 주거 지역에서의 휘발성 유기화합물 농도를 측정하고 그 특성을 비교 분석하였다. 공단지역과 주거지역 21개소에 passive sampler를 1개월간 설치하여 총 6회에 걸쳐 벤젠, 트리클로로에틸렌, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌과 스티렌을 채취하였다. 그 결과 VOCs 물질 중 톨루엔이 공단지역과 주거지역에서 가장 높은 농도로 검출되었다. 공단지역의 평균 TVOC농도는 주거지역의 1.86배에 해당했으며, 여름철에 비해 겨울철에는 그 농도가 크게 감소하였다. 또한, 평균 BTEX 농도는 공단지역의 화합물의 농도가 주거지역보다 1.94~5.39배 더 높은 것을 보여준다. 에틸벤젠과 자일렌은 여름철에 비교해 겨울철에 농도가 감소하였으나, 벤젠은 더 높은 농도로 측정되었다. VOCs 간의 상관계수는 공단지역에서의 물질간의 상관성이 주거지역보다 좀 더 큰 것으로 나타내었다. 공단지역에서는 대체로 양의 상관성을 보이는 물질들이 주거지역에서는 에틸벤젠과 톨루엔의 경우를 비롯해 음의 상관성을 보였다. 전반적으로, VOCs 농도는 공단지역에서 더 높았으며, 주거지역의 VOCs 분포에 잠재적으로 영향을 미치는 것으로 파악할 수 있다.
In this study, we investigated the concentrations of volatile organic compounds (VOCs) in Shiwha area and compared the characteristics of both industrial area and residential area. The passive samplers were set 6 times each for a month in 21 locations at industrial and residential area to obtain 6 V...
In this study, we investigated the concentrations of volatile organic compounds (VOCs) in Shiwha area and compared the characteristics of both industrial area and residential area. The passive samplers were set 6 times each for a month in 21 locations at industrial and residential area to obtain 6 VOCs including benzene, trichlorobenzene, toluene, ethyl benzene, xylene and stylene. Above all, toluene was the most abundant VOCs in the ambient air both in industrial and residential area. Average TVOC concentration of industrial area was 1.86 times higher than that of residential area, and it was greatly reduced in winter compared with summer. Furthermore, the average BTEX concentrations showed that all concentrations of industrial area were 1.94~5.39 times higher than those of residential area except benzene which were similar to each other. In winter, the concentration of ethyl benzene and xylene were significantly decreased by comparing with summer: but benzene concentrations were increased. Also, BTEX relative ratio was as follows: toluene>benzene>ethylbenzene>xylene. Correlation coefficients among VOCs were confirmed that VOCs in ambient air of industrial area were generally more related to each other than that of residential area. On the whole, the concentrations of VOCs in industrial area were higher, and it seems to be potential that industrial area affects the distribution of VOCs to residential area.
In this study, we investigated the concentrations of volatile organic compounds (VOCs) in Shiwha area and compared the characteristics of both industrial area and residential area. The passive samplers were set 6 times each for a month in 21 locations at industrial and residential area to obtain 6 VOCs including benzene, trichlorobenzene, toluene, ethyl benzene, xylene and stylene. Above all, toluene was the most abundant VOCs in the ambient air both in industrial and residential area. Average TVOC concentration of industrial area was 1.86 times higher than that of residential area, and it was greatly reduced in winter compared with summer. Furthermore, the average BTEX concentrations showed that all concentrations of industrial area were 1.94~5.39 times higher than those of residential area except benzene which were similar to each other. In winter, the concentration of ethyl benzene and xylene were significantly decreased by comparing with summer: but benzene concentrations were increased. Also, BTEX relative ratio was as follows: toluene>benzene>ethylbenzene>xylene. Correlation coefficients among VOCs were confirmed that VOCs in ambient air of industrial area were generally more related to each other than that of residential area. On the whole, the concentrations of VOCs in industrial area were higher, and it seems to be potential that industrial area affects the distribution of VOCs to residential area.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는, 공단지역과 주거지역의 VOCs 농도의 실태를 조사하고 두 지역간의 비교를 수행하며, VOCs 농도의 계절별 변화, BTEX 물질간의 상대비율과 상관계수 등을 분석하여 시화산업단지의 VOCs 오염도를 평가하고자 한다.
또한 BTEX(Benzene, Toluene, Ethyl benzene, Xylene) 농도 비율로부터 VOCs 방출원을 규명하기 위한 연구도 수행되었다. Nelson 등은 m,p-에틸벤젠에 대한 m,p-자일렌의 비율로 대기 중에서의 광화학 반응에의 효과를 분석하고, X/B 비율로 광화학 회로의 흐름을 파악했다.
제안 방법
본 연구에서는 Fig. 1에서와 같이 시화산업단지의 공단지역과 주거지역의 VOCs 측정을 위해 21개의 격자망을 구성하여 passive sampler를 설치하여 시료를 채취하여 비교 분석하였다. Passive sampler를 이용한 대기오염물질의 농도측정은 분자확산 현상을 이용하는 것으로서, 공기의 흐름을 최소화한 상태에서 passive sampler의 경계층을 통과한 오염물질이 분자확산에 의해 흡수액이 묻어있는 흡착제에 포집되도록 하는 것이다.
본 연구에서는 시화지구의 공단지역과 인근 주거지역에 각각 10개의 지점에 passive sampler를 설치하여 VOCs를 측정하였다. 분석한 결과 VOCs는 총 6가지로 나타났으며, 농도는 Table 1과 같았다.
시화공단 및 주거지역인 정왕동 지역에 총 21개의 sampling site(1 km x 1 km 격자망)를 구성하고, 3M 3500 passive sampler(3 M Model: 3500, USA)를 사용하여 1개월간 샘플링하여 분석하였다. passive sampler의 설치는 자동차의 배기가스로부터의 실험오차를 줄이기 위하여 자동차도로로부터 15 m 이상 떨어진 장소에 설치하였다.
시화지구의 공단지역과 인근 주거지역에서 대기 중 VOCs 물질을 대상으로 passive sampler를 설치해 시료를 채취 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
passive sampler의 설치는 자동차의 배기가스로부터의 실험오차를 줄이기 위하여 자동차도로로부터 15 m 이상 떨어진 장소에 설치하였다. 월별/계절별 VOCs 변화를 측정하기 위해 6월, 7월, 8월, 9월, 11월, 12월에 걸쳐 총 6회의 실험을 수행하였다.
대상 데이터
모든 시료는 자동시료주입장치를 사용하여 GC/MS에 주입하였다. Data system으로는 HP MSD Chemstation을 이용하였다. 다성분을 동시에 분석하기 위해 질량 스펙트럼상의 특성이온(characteristic ion)만을 선택하여 분석하는 selected ion-monitoring(SIM) 방법을 이용하였다.
이론/모형
Data system으로는 HP MSD Chemstation을 이용하였다. 다성분을 동시에 분석하기 위해 질량 스펙트럼상의 특성이온(characteristic ion)만을 선택하여 분석하는 selected ion-monitoring(SIM) 방법을 이용하였다.
성능/효과
1) 자동차의 급증과 각종 유기용매의 사용 증가 등과 같은 요인으로 인해, VOCs는 대기질의 변화를 초래하는 주요 요인의 하나로 알려져 있다.2) 특히 VOCs는 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 휘발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존 시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 peroxyacetylnitrate(PAN) 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학 스모그를 유발하는 물질을 총칭하며,3) 지구 온난화와 성층권 오존층 파괴의 원인이고 악취를 발생시키며 발암성이 있는 유해물질이다.
Nelson 등은 m,p-에틸벤젠에 대한 m,p-자일렌의 비율로 대기 중에서의 광화학 반응에의 효과를 분석하고, X/B 비율로 광화학 회로의 흐름을 파악했다.11) Monod 등이 유럽과 아시아, 라틴아메리카의 대기 중의 BTEX 비율을 분석한 결과, 자일렌의 주요 배출원은 연소에 의한 것임이 나타났다.12) 이러한 결론은 자일렌과 톨루엔, 벤젠의 비율을 비교하는 것에 근거하여 도출되었다.
4,5) 이러한 유해성분들은 환경대기 중에서 수 ppt에서 수백 ppb 정도의 미량 또는 극미량 성분으로 분류되는 것이 보편적이다. 그러나 배출시설에서는 이와 비교해 수백 또는 수천배까지 고농도 상태로 측정되기도 한다.
BTEX 비율 중에서 전반적으로 톨루엔이 차지하는 비율이 가장 컸으며 톨루엔＞벤젠＞에틸 벤젠＞자일렌 순이었다. 벤젠의 비율은 공단지역보다 주거지역에서 더 높게 나타났다.
VOCs 물질들간의 상관계수로부터 전반적으로 공단지역의 물질간 상관성이 주거지역보다 더 큰 것으로 나타났다. 공단지역에서 물질들간의 양의 상관성이 나타난 것과는 대조적으로, 주거지역에서는 에틸 벤젠과 톨루엔 등 음의 상관성을 갖는 경우가 있었다.
에틸 벤젠은 톨루엔(T:E) 말고도 벤젠(B:E), 트리클로로벤젠과도 음의 상관관계를 보였다. 겨울철 공단지역에서는 여름철 공단과 마찬가지로 전반적으로 VOCs 간 양의 상관성을 보이고, 톨루엔과 에틸 벤젠(T:E)의 상관계수가 0.842로 높게 나타났다. 겨울철 주거지역에서는 에틸 벤젠이 벤젠과 트리클로로벤젠, 자일렌에 대해서 음의 상관성을 보였다.
벤젠의 비율은 공단지역보다 주거지역에서 더 높게 나타났다. 계절별 비율로는, 겨울철에 벤젠과 톨루엔의 비율이 크게 증가하였으며 자일렌은 감소하였다. 교통량과 오염배출시설의 지표 역할을 하는 B:T 비율은 0.
2에 나타내었다. 그 결과를 보면 7,8,9월에 공단지역의 TVOC 농도가 높고 증가하는 추세이지만, 11월과 12월에는 상대적으로 농도가 낮아진다. 주거지역의 경우에는 비교적 일정한 수준의 TVOC 농도 분포를 보이고 있으며, 측정 기간에는 모두 공단지역보다 농도가 낮은 것으로 나타났다.
공단지역과 주거지역 모두에서 톨루엔이 가장 높은 농도로 검출되었다. 벤젠을 제외한 조사 대상 물질들은 모두공단지역이 주거지역보다 높은 농도 수준을 보였다. 스티렌은 주거지역에서는 거의 검출되지 않았다.
이것은 스티렌의 농도가 매우 낮은 농도로 감지되었고 또 거의 대부분 검출 한계 이하였기 때문인 것으로 보인다. 에틸 벤젠은 톨루엔(T:E) 말고도 벤젠(B:E), 트리클로로벤젠과도 음의 상관관계를 보였다. 겨울철 공단지역에서는 여름철 공단과 마찬가지로 전반적으로 VOCs 간 양의 상관성을 보이고, 톨루엔과 에틸 벤젠(T:E)의 상관계수가 0.
그 결과를 보면 7,8,9월에 공단지역의 TVOC 농도가 높고 증가하는 추세이지만, 11월과 12월에는 상대적으로 농도가 낮아진다. 주거지역의 경우에는 비교적 일정한 수준의 TVOC 농도 분포를 보이고 있으며, 측정 기간에는 모두 공단지역보다 농도가 낮은 것으로 나타났다.
평균 BTEX 농도 분석 결과, 벤젠은 공단지역과 주거지역에서 유사한 수준으로, 나머지 물질들은 모두 공단지역에서의 물질의 농도가 1.94~5.39배 높은 것으로 나타났다. 계절별 변화로는 에틸 벤젠과 자일렌은 공단지역과 주거지역에서 여름철에 비해 겨울철에 농도가 크게 감소하였으나, 벤젠은 겨울철에 농도가 더 높았다.
후속연구
공단지역에서의 BTEX의 농도는 전반적으로 9월에 높은 농도 수준을 나타내는 것으로 나타났다. 이것은 시화 공단지역이 바다와 인접하여 바람에 의한 영향을 많이 받는데, 가을이 여름과 겨울에 비해 바람이 적게 불어 희석효과가 적기 때문에 높게 나타난 것으로 보이나, 이것에 대해서는 좀더 자세한 연구가 필요한 것으로 생각된다. 반면 주거지역에서는 이 시기에 에틸 벤젠과 자일렌은 거의 검출 한계 이하로 나타난 경우가 많았고 벤젠과 톨루엔은 공단지역보다 낮은 농도로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시화산업단지의 건설 목적은?
시화산업단지는 수도권 정비를 위해 비 도시형이면서 공해유발업체를 이주시킬 목적으로 조성된 대규모 산업단지이다. 단지 내에는 화학, 피혁, 염색단지, 폐기물처리, 금속산업 등 VOCs 배출업체가 다수 밀집되어 있다.
시화산업단지의 배후 주거지역이 사회적 문제가 되고 있는 이유는?
단지 내에는 화학, 피혁, 염색단지, 폐기물처리, 금속산업 등 VOCs 배출업체가 다수 밀집되어 있다. 시화산업단지의 배후 주거지역은 공단에서 불과 175 m 떨어진 곳에 조성되어 대기오염과 악취에 따른 민원이 빈발하여 사회적 문제가 되고 있다. 최근 몇 년간 시화산업단지의 대기오염과 악취는 정부와 지자체의 지속적인 환경개선정책의 추진과 기업의 노력으로 개선되고 있다.
휘발성 유기화합물이란?
1) 자동차의 급증과 각종 유기용매의 사용 증가 등과 같은 요인으로 인해, VOCs는 대기질의 변화를 초래하는 주요 요인의 하나로 알려져 있다.2) 특히 VOCs는 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 휘발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존 시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 peroxyacetylnitrate(PAN) 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학 스모그를 유발하는 물질을 총칭하며,3) 지구 온난화와 성층권 오존층 파괴의 원인이고 악취를 발생시키며 발암성이 있는 유해물질이다.
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