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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 경남 T시에 위치한 조선소 밀집지역을 연구대상 지역으로 설정하여 주변지역의 VOCs 농도를 측정·분석하고 지역적 특성을 규명하여 지역의 대기질을 관리하기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 본 연구에서는 조선소 밀집지역에서 VOCs 농도의 공간적이고 시간적인 분포를 관찰하였다. 실내도장시설에서 측정된 TVOCs 농도는 3433 ppb이며 m,p-xylene, n-butanol, o-xylene, ethylbenzene, 2-propanol, 1,2,4-trimethylbenzene을 포함하는 19종의 VOCs로 구성되어 있는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 47537-U, 49149-U, USA)가 공기시료내의 VOCs를 규명하고 정량화하기 위해 사용되었다. 관심이 되는 농도범위를 포함하는 5개의 표준농도들을 사용하여 검량선을 작성하여 정량에 사용하였다. 시료채취 과정에 현장 블랭크(field blanks)를 수집하여 분석하였다.
- 기기분석은 정부공인 분석기관인 E&B TECH (Environmental and Bio-Technology Company, Ltd.)에서 수행되었다.
- 본 연구에서 VOCs를 채취하기 위해 Tenax TA (Supelco, USA)를 가스 유량과 시료채취 시간을 조절할 수 있는 미니 펌프(Sibata, MP-Σ30, Japan)에 연결하여 사용하였다.
- 본 연구에서 VOCs를 채취하기 위해 Tenax TA (Supelco, USA)를 가스 유량과 시료채취 시간을 조절할 수 있는 미니 펌프(Sibata, MP-Σ30, Japan)에 연결하여 사용하였다. 시료 채취는 각각의 시료채취 지점에서 오전(09:00~11:00), 오후(14:00~16:00), 저녁(19:00~21:00)로 구분하여 100 mL/min의 유속으로 2시간 동안 이루어졌다. 하나의 측정지점에서 2개의 시료채취가 동시에 이루어졌으며 그 평균값을 대푯값으로 사용하였다.
- 관심이 되는 농도범위를 포함하는 5개의 표준농도들을 사용하여 검량선을 작성하여 정량에 사용하였다. 시료채취 과정에 현장 블랭크(field blanks)를 수집하여 분석하였다. 시료채취 기간에 카트리지의 포집효율을 검토하기 위해 두 개의 카트리지를 직렬로 연결하여 시료를 채취하여 분석하였으며 95% 이상의 VOCs가 첫 번째 카트리지에서 발견되는 것으로 나타났다.
- 시료채취는 2009년에 2월부터 10월까지 기상조건을 고려하여 계절별로 1회 또는 2회씩 총 6회가 이루어졌으며 측정항목은 총 52개 VOCs 물질로 설정하였다. 연구기간 동안 조선소의 조업은 세계적인 경기침체로 인해 계절적 차이를 가지고 있었다.
대상 데이터
- 선박제조 과정에서 VOCs의 주된 발생원은 다량의 유기용제를 사용하는 도장작업이다. 도장작업으로부터 직접적으로 발생되는 VOCs를 측정하기 위해 실내도장시설에서 시료를 채취하여 분석하였으며 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 분석된 52개 VOCs 중에 19개의 물질이 검출되었으며 m,p-xylene (24.
- 본 연구의 대상지역으로 T시에 위치한 조선소 밀집지역을 선정하였다(Fig. 1). 이 지역은 3개의 중형 조선소들, 1개의 선박 구성부품 제조업체, 3개의 소규모 선박수리업체들이 비교적 좁은 면적에 위치하고 있으므로 주변지역에 미치는 환경영향이 클 것으로 예상되는 지역이다.
- 선박수리업체들은 매우 소규모이고 작업량이 많지 않으며 선박 구성부품 제조업체의 생산품은 동일지역의 조선소에 전량 납품되고 있으므로 3개의 중형 조선소가 연구의 주된 대상이라 할 수 있다. 연구 대상지역에 6개의 시료채취지점을 설치하였으며 그 중 3개(F1~F3)는 조선소 내부에, 나머지 3개(R1~R3)는 주변 주거지역에 설치하였다. 이러한 조선소 내·외부의 시료채취 지점외에 도장작업으로부터 직접적으로 발생되는 VOCs 수준을 평가하기 위해 실내 도장 시설로부터 시료가 채취되었다.
- 이러한 조선소 내·외부의 시료채취 지점외에 도장작업으로부터 직접적으로 발생되는 VOCs 수준을 평가하기 위해 실내 도장 시설로부터 시료가 채취되었다.
- 오븐 온도는 초기 5분간 40℃를 유지하고 4℃/min의 속도로 120℃까지, 3℃/min의 속도로 170℃까지 상승시킨 후에 20℃/min의 속도로 250℃까지 상승시켰다. 총 52개의 VOCs로 구성된 표준가스(Supelco, Cat No. 47537-U, 49149-U, USA)가 공기시료내의 VOCs를 규명하고 정량화하기 위해 사용되었다. 관심이 되는 농도범위를 포함하는 5개의 표준농도들을 사용하여 검량선을 작성하여 정량에 사용하였다.
이론/모형
- VOCs의 정량화를 위한 분석은 US EPA 방법 TO-14에서 규정한 방법에 따라 자동열탈착 장치(ATD, Perkin-Elmer, USA)가 부착된 GC/MS (Agilent GC/MSD)를 사용하여 수행하였다.16) VOCs 채취가 이루어진 튜브는 90 mL/min의 고순수 질소를 사용하여 320℃에서 10분간 탈착시켰으며 탈착된 VOCs는 -20℃에서 농축시킨 후에 고순도 헬륨을 사용하여 200℃로 탈착시켜 GC로 주입시켰다.
성능/효과
- 최근의 경제적 불황에도 불구하고 세계의 선박수요는 지속될 것으로 전망되고 있다.1) 조선산업이 우리나라를 비롯하여 일본, 중국의 국가경제성장에 기여해왔으나 주변지역에 다양한 환경문제를 유발시켜왔다. 선박제조 과정은 절단, 용매 세척(solvent cleaning and degreasing), 표면 전처리, 도장작업, 용접 및 조립과 같은 여러가지 종류의 작업들을 포함하고 있으므로 다양한 환경 오염물질들을 발생시킬 수 있다.
- 동일한 지역에서 수행된 사전연구에 의하면, 조선소 내부에서 측정된 입자상오염물질 농도는 시료채취 지점과 작업장 사이의 거리뿐만 아니라 시료채취 지점의 높이에 의해 중요한 영향을 받는 것으로 나타난 바 있다.7) 그러나 VOCs 농도는 시료채취 지점의 높이에 의해 뚜렷한 영향을 받지 않는 것으로 관찰되었으며 이는 VOCs 물질들이 입자상물질에 비해 훨씬 가벼운 가스상 물질이기 때문으로 판단된다. 주거지역에 설치된 시료채취 지점의 경우에 R2 지점이 R1 지점보다 조선소의 부지경계선으로부터 멀리 위치하고 있음에도 불구하고 R2 지점의 TVOCs 농도가 가장 높게 나타났으며 이는 인근에서 지속적으로 수행된 건축물의 도장작업으로 인한 것으로 사료된다.
- 조선소 내부의 시료채취 지점들에서 동일한 시간에 측정된 VOCs 농도들도 해당 조선소에서 수행된 도장작업의 강도에 따라 큰 범위의 차이를 가지는 것으로 관찰되었다. 따라서, 연구 대상 지역의 VOCs 농도분포가 계절적이거나 시간적인 변동경향보다는 조선소에서 수행되는 도장작업의 강도에 의해 큰 영향을 받음을 알 수 있다.
- 2는 연구대상 지역의 VOCs 배출원을 추정하기 위해 조선소 내부 및 주거지역 시료채취 지점별로 주된 5가지 VOCs 성분을 비교하여 나타낸 결과이다. 모든 시료채취 지점에서 주요 VOCs 성분들과 농도의 크기순서가 동일한 것으로 관찰되었다. 즉, 모든 측정지점에서 m,p-xylene이 가장 높은 농도로 존재하였으며 ethylbenzene, o-xylene, n-butanol, 1,2,4-trimethylbenzene의 순으로 높은 농도를 가지는 것으로 나타났다.
- 도장작업으로부터 직접적으로 발생되는 VOCs를 측정하기 위해 실내도장시설에서 시료를 채취하여 분석하였으며 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 분석된 52개 VOCs 중에 19개의 물질이 검출되었으며 m,p-xylene (24.9%), n-butanol (19.3%), o-xylene (15.9%), ethylbenzene (15.4%), 2-propanol (7.9%), 1,2,4-trimethylbenzene (6.1%)의 6가지 물질과 기타 성분들로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 총휘발성유기화합물(total volatile organic compound, TVOCs)의 농도는 3,433 ppb로 나타났으며 그 중에 상기 6가지 물질이 대략 90%를 차지하는 것으로 나타났다.
- 5에 나타내었다. 비록 계절별 시료채취횟수가 1~2회로 충분하지 못하나 연구대상 지역의 TVOCs 농도의 계절적 변화는 조선소에서 이루어지는 작업강도에 의해 큰 영향을 받는 것으로 관찰되었다. 앞에서 설명한 바와 같이 선박제조 작업의 강도는 봄철에 가장 높았으며 여름철부터 감소되기 시작하여 가을철에 가장 낮았으며 이는 조선소 내부의 TVOCs 농도가 봄철에 가장 높으며 여름철에 감소하며 가을철에 가장 낮은 결과와 일치하는 현상이다.
- 시료채취 과정에 현장 블랭크(field blanks)를 수집하여 분석하였다. 시료채취 기간에 카트리지의 포집효율을 검토하기 위해 두 개의 카트리지를 직렬로 연결하여 시료를 채취하여 분석하였으며 95% 이상의 VOCs가 첫 번째 카트리지에서 발견되는 것으로 나타났다. 기기분석은 정부공인 분석기관인 E&B TECH (Environmental and Bio-Technology Company, Ltd.
- 조선소 내부의 VOCs 농도는 시료채취 지점과 선박제조 작업장 사이의 거리와 선박제조 작업의 강도에 의해 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 시료채취 지점과 작업장 사이의 거리가 가까울수록 높은 농도의 VOCs가 관찰되었으며 조선소에서 수행되는 작업강도에 따라 매우 넓은 범위의 농도가 관찰되었다. 이러한 지역적 특성은 해당지역의 대기질을 효과적으로 관리하는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 조선소 내부와 주거지역에 설치된 시료채취 지점에서 측정된 VOCs 농도의 평균값과 표준편차를 Table 2에 나타내었다. 시료채취 지점에 따라 37~41개의 VOCs 성분들이 검출되었으며 m,p-xylene, ehtylbenzene, o-xylene, n-butanol과 1,2,4-trimethylbenzene이 주된 성분이었으며 이는 실내도장 시설에서 발견된 주된 성분에 포함되어 있는 물질인 것으로 나타났다. 시료채취 지점에서 검출된 VOCs 성분은 실내도장시설에서 검출된 성분의 2배 가량이 존재하는 것으로 나타났는데 이는 자동차 등과 같은 다른 배출원에 의해 발생되었거나 도장작업에서 배출된 VOCs의 화학반응에 의해 생성되어 일어나는 현상으로 사료된다.
- 3에 나타내었다. 시료채취 지점에 따라 m,p-xylene이 33.26~38.49%를 차지하고 있었으며 ethlybenzene (15.55~17.46%), o-xylene (11.37~14.45%), n-butanol (6.52~13.79%), 1,2,4-trimethylbenzene (2.61~6.26%)를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 이러한 5가지 주요 VOCs는 조선소 내부 및 주거지역에서 검출된 전체 VOCs의 80.
- 일반적으로 대기오염물질의 공간적 분포는 풍향과 풍속 등 기상조건에 큰 영향을 받는다. 시료채취기간의 기상특성을 파악하기 위해 연구기간 동안의 기상자료를 수집하여 바람장미를 작성하였으며 그 결과를 요약하면, 겨울철에는 북북동풍(NNE)와 북동풍(NE)를 비롯한 북풍계열이 우세하며 봄철부터 남풍계열이 증가하기 시작하여 4월에서 7월까지는 남풍계열이 우세한 상황에서 북풍계열이 동시에 영향을 주며 8월부터 다시 북풍계열이 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 조선소 밀집지역에서 VOCs 농도의 공간적이고 시간적인 분포를 관찰하였다. 실내도장시설에서 측정된 TVOCs 농도는 3433 ppb이며 m,p-xylene, n-butanol, o-xylene, ethylbenzene, 2-propanol, 1,2,4-trimethylbenzene을 포함하는 19종의 VOCs로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 조선소 내부 및 주변 주거지역에서 측정된 VOC 성분들은 실내도장시설에서 검출된 VOCs 성분들과 강한 연관성을 가지는 것으로 나타나 조선소 내부에서 수행되는 도장작업이 조선소 주변지역의 VOCs의 주요 발생원임을 알 수 있었다.
- 26%)를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 이러한 5가지 주요 VOCs는 조선소 내부 및 주거지역에서 검출된 전체 VOCs의 80.79~84.53%와 75.42~76.42%를 각각 차지하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 연구대상 지역의 VOCs 배출원에 관한 다음과 같은 추정이 가능하다.
- 실내도장시설에서 측정된 TVOCs 농도는 3433 ppb이며 m,p-xylene, n-butanol, o-xylene, ethylbenzene, 2-propanol, 1,2,4-trimethylbenzene을 포함하는 19종의 VOCs로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 조선소 내부 및 주변 주거지역에서 측정된 VOC 성분들은 실내도장시설에서 검출된 VOCs 성분들과 강한 연관성을 가지는 것으로 나타나 조선소 내부에서 수행되는 도장작업이 조선소 주변지역의 VOCs의 주요 발생원임을 알 수 있었다. 즉, 시료채취 지점에 따라 m,p-xylene이 33.
- 42%를 각각 차지하는 것으로 나타났다. 조선소 내부의 VOCs 농도는 시료채취 지점과 선박제조 작업장 사이의 거리와 선박제조 작업의 강도에 의해 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 시료채취 지점과 작업장 사이의 거리가 가까울수록 높은 농도의 VOCs가 관찰되었으며 조선소에서 수행되는 작업강도에 따라 매우 넓은 범위의 농도가 관찰되었다.
- 17,18) 그러나 본 연구의 대상지역에서는 계절적이거나 시료채취시간의 차이에 따른 뚜렷한 변화들이 관찰되지 않았으며 이들을 압도하는 매우 넓은 범위의 VOCs 농도의 변동이 관찰되었다. 조선소 내부의 시료채취 지점들에서 동일한 시간에 측정된 VOCs 농도들도 해당 조선소에서 수행된 도장작업의 강도에 따라 큰 범위의 차이를 가지는 것으로 관찰되었다. 따라서, 연구 대상 지역의 VOCs 농도분포가 계절적이거나 시간적인 변동경향보다는 조선소에서 수행되는 도장작업의 강도에 의해 큰 영향을 받음을 알 수 있다.
- 31)인 것으로 나타났다. 조선소 내부의 시료채취 지점들의 VOCs 농도는 시료채취 지점과 선박제조 작업장과의 거리에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 선박제조 작업장과 시료채취 지점 사이의 거리가 가까울수록 측정된 TVOCs 농도가 높은 것으로 나타났다.
- 모든 시료채취 지점에서 주요 VOCs 성분들과 농도의 크기순서가 동일한 것으로 관찰되었다. 즉, 모든 측정지점에서 m,p-xylene이 가장 높은 농도로 존재하였으며 ethylbenzene, o-xylene, n-butanol, 1,2,4-trimethylbenzene의 순으로 높은 농도를 가지는 것으로 나타났다. 이러한 사실로부터 연구대상 지역의 VOCs 분포가 동일한 배출원에 의해 영향을 받음을 추정할 수 있다.
- 조선소 내부의 시료채취 지점들의 VOCs 농도는 시료채취 지점과 선박제조 작업장과의 거리에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 선박제조 작업장과 시료채취 지점 사이의 거리가 가까울수록 측정된 TVOCs 농도가 높은 것으로 나타났다. 동일한 지역에서 수행된 사전연구에 의하면, 조선소 내부에서 측정된 입자상오염물질 농도는 시료채취 지점과 작업장 사이의 거리뿐만 아니라 시료채취 지점의 높이에 의해 중요한 영향을 받는 것으로 나타난 바 있다.
- 조선소 내부 및 주변 주거지역에서 측정된 VOC 성분들은 실내도장시설에서 검출된 VOCs 성분들과 강한 연관성을 가지는 것으로 나타나 조선소 내부에서 수행되는 도장작업이 조선소 주변지역의 VOCs의 주요 발생원임을 알 수 있었다. 즉, 시료채취 지점에 따라 m,p-xylene이 33.26~38.49%를 차지하고 있었으며 ethlybenzene (15.55~17.46%), o-xylene (11.37~14.45%), n-butanol (6.52~13.79%), 1,2,4-trimethylbenzene (2.61~6.26%)를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 이러한 5가지 주요 VOCs는 조선소 내부 및 주거지역에서 검출된 전체 VOCs의 80.
- 이와 같은 결과로부터 연구대상 지역의 VOCs 배출원에 관한 다음과 같은 추정이 가능하다. 첫째, 조선소 내부 또는 외부에 설치된 모든 시료채취 지점들의 주된 VOCs 성분들이 정확하게 같으므로 동일한 배출원에 의해 영향을 받으며 둘째, 모든 시료채취 지점들에서 검출된 주된 VOCs 성분들이 실내도장시설의 VOCs 성분들과 잘 어울리고 있으므로 조선소 내부에서 수행되는 도장작업이 중요한 배출원인 것으로 예측되며, 셋째, 자동차와 도장작업에서 발생하는 VOCs의 화학반응 또한 영향을 미칠 수 있다.
- 1%)의 6가지 물질과 기타 성분들로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 총휘발성유기화합물(total volatile organic compound, TVOCs)의 농도는 3,433 ppb로 나타났으며 그 중에 상기 6가지 물질이 대략 90%를 차지하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 시료채취 지점과 작업장 사이의 거리가 가까울수록 높은 농도의 VOCs가 관찰되었으며 조선소에서 수행되는 작업강도에 따라 매우 넓은 범위의 농도가 관찰되었다. 이러한 지역적 특성은 해당지역의 대기질을 효과적으로 관리하는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
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