[논문]구미국가산업단지의 아세트알데히드 악취모델링

이은주; 무하매드 사이드; 임광희

doi:10.9713/kcer.2016.54.1.22

구미국가산업단지의 아세트알데히드 악취모델링
Odor Modeling of acetaldehyde in Gumi National Industrial Complex 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.54 no.1, 2016년, pp.22 - 35

이은주 (대구대학교 화학공학과) , 무하매드 사이드 (대구대학교 화학공학과) , 임광희 (대구대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 CALPUFF 모델링을 수행하여 구미국가산업단지 공단지역에 악취로 인한 주민의 민원이 빈번한 지역과 아세트알데히드 배출 주요 점오염원인 구미국가산업단지 공단지역 합성섬유제조업체 악취배출시설과의 상관관계를 정립하고자 하였다. 본 연구의 CALPUFF 모델링 결과로서 T사 배출설비 개선 후에 구미공단의 아세트알데히드 농도의 최대값이 T사 배출설비 개선 전보다 O ($10^{-5}g/m^3$)에서 O ($10^{-6}g/m^3$)으로 저감되고 겨울(1월)과 봄(4월)에 구미 1공단의 아세트알데히드 농도가 개선되어서 구미 3공단에서 자주 아세트알데히드 농도의 구미공단 내 최대값이 도출되었다. 또한 T사 배출설비 개선 후에 도출된 아세트알데히드 농도의 구미공단 내 최대값 예측범위는 T사 배출설비 개선 전의 구미공단 내 최대값 예측범위보다 개선되었다. 이와 같은 총괄 점오염원의 아세트알데히드 기여도 평가 예측을 위한 CALPUFF 모델링 최대값은 '구미대구지역 HAPs 조사연구'의 측정 최대값 결과와 비교하였을 때에 상호 비교할 수 있는 비슷한 값을 보였고 민원추세와도 잘 일치하였다. 따라서 본 연구에서 총괄 점오염원의 아세트알데히드 기여도 평가 예측에 대한 유효성을 보여주었다. 한편 총괄 점오염원에서의 아세트알데히드 배출에 의하여 확산된 아세트알데히드 농도에 대한 T사 점오염원의 상대적 기여도가 T사 배출설비 개선 후에 개선 전보다 대부분 배 이상 낮아짐이 예측되었다. 반면에 이에 대한 W사 점오염원의 상대적 기여도는 T사 배출설비 개선 후가 T사 배출설비 개선 전보다 배 이상 증가하였다. 이것은 T사 배출설비 개선에 의하여 상대적으로 W사 점오염원의 아세트알데히드 기여도가 커졌음을 의미하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study CALPUFF modeling was performed to establish a correlation between regions of frequent civil odor complaints near Gumi national industrial complex and odor-emission facilities of synthetic fiber manufacturers in the same area as main acetaldehyde-emission point sources. As a result of the CALPUFF modeling, the maximum concentration of acetaldehyde in Gumi national industrial complex was reduced from O ($10^{-5}g/m^3$) to O ($10^{-6}g/m^3$) upon improving emission facilities of T company so that the maximum concentrations of acetaldehyde frequently appeared in complex 3. In addition, the predicted range of the maximum acetaldehyde concentration in Gumi national industrial complex was also improved in comparison with that prior to improving emission facilities of T company. These maximum concentrations of acetaldehyde obtained to estimate the expected contribution of total acetaldehyde point source by CALPUFF modeling showed the similar values to those measured in 'HAPs investigation in the region of Gumi-Daegu' and were consistent to the trend of civil odor complaints. Therefore, the expected contribution of total acetaldehyde point source was validated. The relative contribution of T company upon improving its emission facilities was predicted to be lowered by more than factor of two, compared to that prior to improving its emission facilities. To the contrary, the relative contribution of W company upon improving emission facilities of T company was predicted to be increased by more than factor of two, compared to that prior to improving emission facilities of T company. This indicates that the contribution of aldehyde point sources of W company was relatively increased upon improving emission facilities of T company.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 part 1으로서 구미국가산업단지 공단지역에 악취로 인한 주민의 민원이 빈번한 지역을 악취수용(receptor) 지역으로 설정 하여 아세트알데히드 배출 주요 점오염원인 구미국가산업단지 공단 지역 합성섬유제조업체 악취배출시설과의 상관관계를 정립하고자 하였다.

제안 방법

CALPUFF 모델링 지역 범위 내(15 km × 15 km)에서 2011년의 겨울, 봄, 여름 및 가을 각각의아침, 낮, 오후 및 밤의 바람장 예측을 하기위하여 1월 15일, 4월 15일, 7월 15일 및 10월 15일 각각의 08, 13, 17 및 22시에서의 CALMET 모델링을 수행하였다.
또한 CALPUFF 모델을 적용을 위하여 구미국가산업단지 1공단 및 3공단에 소재하고 있는 대규모 합성섬유제조업체의 대기배출시설설치 현황을 조사하여 각각의 점오염원(14개의 stack)의 좌표 및 각 점오염원들의 배출량 관련 데이터를 입력하고, 악취 모델링을 수행하였다. T사 점오염원의 경우는 T사 배출설비 개선 전 (2010년 12월까지) 및 개선 후(2011월 1월부터 2011년 12월 30일까지)의 배출부하량을 사용하여 총괄 점오염원 및 T사 점오염원에 의한 아세트알데히드 농도분포를 위한 CALPUFF 모델링을 수행하였다. 이러한 구미국가산업단지에 대한 악취모델링의 결과로서 총괄 점오염원 및 개별 점오염원(T사 및 W사)의 아세트알데히드 관련기여도 평가예측을 수행하였다.
첫 단계로서 총괄 점오염원에 의한아세트알데히드 기여도 평가 예측 유효성을 구미지역 아세트알데히드 농도 측정치와 비교하여 입증하였다. 다음 단계로서 개별 점오염원의 총괄 점오염원에 대한 상대적 기여도를 구하여서 개별 점오염 원(T사 및 W사)의 구미국가산업단지 대기/악취환경에 대한 영향을 평가하였다.
대규모 합성섬유제조업체의 점오염원에서 배출되는 아세트알데히드는 폴리에스테르 생산공정의 에틸렌글리콜을 회수하는 과정에서 주로 발생하므로 구축된 구미지역의 TRI (Toxic Release Inventory)[14,15]에서 산정이 어렵다. 따라서 폴리에스테르의 생산원료인 에틸렌글리콜의 구미소재 대규모 폴리에스테르 제조업체에 의한 연간소비량(unpublished data, 국립환경과학원) 및폴리에스테르 연생산량[13]을 고려하여 T사 점오염원의 아세트알데히드 배출량을 기준으로 아세트알데히드의 대규모 합성섬유제조업체 점오염원들의 배출량을 산정하였다. T사 점오염원의 아세트알데히드 배출량은 배출설비 설계기준으로 T사 배출설비 개선 후에 T사 배출설비 개선 전의 20%로 산정하였으며, S사를 제외한 W사 및 기타 구미소재 합성섬유제조업체 점오염원들의아세트알데히드 배출량은 각각 T사 배출설비 개선 후에 T사 점오염원의 아세트알데히드 배출량의 140%로 산정하였다.
본 연구 대상 지역인 구미지역에 CALPUFF 모델을 적용하기 위하여 구미권역 동서방향으로 15 km, 남북방향 15 km로 영역을 설정하였으며 격자간의 간격은 1 km로 하였으며, 구미지역 악취영향평가 모델링 대상 기간을 2011년 1월부터 12월까지로 하였다. 또한 CALPUFF 모델을 적용을 위하여 구미국가산업단지 1공단 및 3공단에 소재하고 있는 대규모 합성섬유제조업체의 대기배출시설설치 현황을 조사하여 각각의 점오염원(14개의 stack)의 좌표 및 각 점오염원들의 배출량 관련 데이터를 입력하고, 악취 모델링을 수행하였다. T사 점오염원의 경우는 T사 배출설비 개선 전 (2010년 12월까지) 및 개선 후(2011월 1월부터 2011년 12월 30일까지)의 배출부하량을 사용하여 총괄 점오염원 및 T사 점오염원에 의한 아세트알데히드 농도분포를 위한 CALPUFF 모델링을 수행하였다.
본 모델링에서 수직적 기상장을 위하여 수직층을 12개 층으로 구분하였으며, 각 층의 높이는 0, 20, 40, 80, 160, 300, 600, 1,000, 1,500, 2,200, 3,000, 4,000, 5,200 m로 하였다. 그밖에 연직 확산을 고려한 Bias의 경우 지표에서 5층까지는 상층기상대의 영향을 고려하지 않으며 그 이후로 factor값을 설정하여 9층부터 상층기상대의 영향만을 고려한 모델링을 하였다.
본 연구에서는 2010년의 ‘구미산업단지 악취원인물질 실태조사’의 결과에서 2010년에 2007년보다 모든 공단에서 두 배 이상 감소한 암모니아를 제외한 트리메틸아민과 아세트알데히드를 악취 민원의 주 대상물질로 하여 CALPUFF 모델링을 수행하였다.
T사 점오염원의 경우는 T사 배출설비 개선 전 (2010년 12월까지) 및 개선 후(2011월 1월부터 2011년 12월 30일까지)의 배출부하량을 사용하여 총괄 점오염원 및 T사 점오염원에 의한 아세트알데히드 농도분포를 위한 CALPUFF 모델링을 수행하였다. 이러한 구미국가산업단지에 대한 악취모델링의 결과로서 총괄 점오염원 및 개별 점오염원(T사 및 W사)의 아세트알데히드 관련기여도 평가예측을 수행하였다. 첫 단계로서 총괄 점오염원에 의한아세트알데히드 기여도 평가 예측 유효성을 구미지역 아세트알데히드 농도 측정치와 비교하여 입증하였다.
이러한 구미국가산업단지에 대한 악취모델링의 결과로서 총괄 점오염원 및 개별 점오염원(T사 및 W사)의 아세트알데히드 관련기여도 평가예측을 수행하였다. 첫 단계로서 총괄 점오염원에 의한아세트알데히드 기여도 평가 예측 유효성을 구미지역 아세트알데히드 농도 측정치와 비교하여 입증하였다. 다음 단계로서 개별 점오염원의 총괄 점오염원에 대한 상대적 기여도를 구하여서 개별 점오염 원(T사 및 W사)의 구미국가산업단지 대기/악취환경에 대한 영향을 평가하였다.

대상 데이터

본 연구의 악취오염배출원은 대규모 합성섬유제조업체의 점오염원으로하고, 악취오염원은 아세트알데히드로 한정하였다. 2009년도 화섬편람[13]에 기재되어 있는 구미소재 합성섬유제조업체를 근거로 대규모 합성섬유제조업체를 설정하였다. 대규모 합성섬유제조업체의 점오염원에서 배출되는 아세트알데히드는 폴리에스테르 생산공정의 에틸렌글리콜을 회수하는 과정에서 주로 발생하므로 구축된 구미지역의 TRI (Toxic Release Inventory)[14,15]에서 산정이 어렵다.
445)로 설정하였으며 격자간의 간격은 1 km이다. 모델링 수행기간은 우리나라는 4계절이 뚜렷한 계절적 특징을 나타내고 있어 2011년 1월부터 12월까지의 기간 동안 모델링을 수행하였다. 모델링 영역정보는 Table 1과 같다.
1과 같이1)지형 데이터 처리 과정, 2) 3차원 기상장 예측 모델인 CALMET,3)대기 확산 예측 모델인 CALPUFF로 구성되어 있어 크게 3개의 모델링 과정을 수행하였다. 본 연구 대상 지역인 구미지역에 CALPUFF 모델을 적용하기 위하여 구미권역 동서방향으로 15 km, 남북방향 15 km로 영역을 설정하였으며 격자간의 간격은 1 km로 하였으며, 구미지역 악취영향평가 모델링 대상 기간을 2011년 1월부터 12월까지로 하였다. 또한 CALPUFF 모델을 적용을 위하여 구미국가산업단지 1공단 및 3공단에 소재하고 있는 대규모 합성섬유제조업체의 대기배출시설설치 현황을 조사하여 각각의 점오염원(14개의 stack)의 좌표 및 각 점오염원들의 배출량 관련 데이터를 입력하고, 악취 모델링을 수행하였다.
본 연구 대상 지역인 구미지역의 CALPUFF 모델을 적용하기 위하여 구미권역 동서방향으로 15 km (UTM좌표 436.445~451.445), 남북방향 15 km (3987.445~4002.445)로 설정하였으며 격자간의 간격은 1 km이다. 모델링 수행기간은 우리나라는 4계절이 뚜렷한 계절적 특징을 나타내고 있어 2011년 1월부터 12월까지의 기간 동안 모델링을 수행하였다.
본 연구의 악취오염배출원은 대규모 합성섬유제조업체의 점오염원으로하고, 악취오염원은 아세트알데히드로 한정하였다. 2009년도 화섬편람[13]에 기재되어 있는 구미소재 합성섬유제조업체를 근거로 대규모 합성섬유제조업체를 설정하였다.

이론/모형

한편 S사 점오염원의 아세트알데히드 배출량은 W사 점오염원의 아세트알데히드 배출량의 25%로 산정하였다. 본 연구의 대상 지역인 구미지역의 대규모 합성섬유제조업체 악취배출에 따른 대기 모델은 CALPUFF 모델을 적용하였으며, CALPUFF 모델은 Fig. 1과 같이1)지형 데이터 처리 과정, 2) 3차원 기상장 예측 모델인 CALMET,3)대기 확산 예측 모델인 CALPUFF로 구성되어 있어 크게 3개의 모델링 과정을 수행하였다. 본 연구 대상 지역인 구미지역에 CALPUFF 모델을 적용하기 위하여 구미권역 동서방향으로 15 km, 남북방향 15 km로 영역을 설정하였으며 격자간의 간격은 1 km로 하였으며, 구미지역 악취영향평가 모델링 대상 기간을 2011년 1월부터 12월까지로 하였다.

성능/효과

따라서 본 연구에서 총괄 점오염원(T사배출설비 개선전)의 아세트알데히드 기여도 평가 예측에 대한 유효성을 보여주었다. T사 배출설비 개선 후의 Table 5와 비교하였을 때에, T사 배출설비 개선 후에 아세트알데히드 농도의 최대값이 T사 배출설비 개선 전 보다 대부분 O (10^-5g/m³)에서 O (10^-6 g/m³)으로 저감되어서 겨울(1월)과 봄(4월)에 구미 1공단의 아세트알데히드 농도가 저감 및 개선되어서 구미 3공단에서 아세트알데히드 농도의 최대값이 도출되었다.
10월에는 상대적 기여도(C)가 7월과 반대 추세를 보여서, 아침(08시)와 낮(13시)에 상대적 기여도(C)가 매우 높았으나 오후를 지나 밤에는 감소추세를 보였다. 따라서 W사의 상대적 기여도(C)는 공간 및 시간에 따른 기상변화에 따라서 변할 수 있으며 아침(08시)에는 봄(4/15)과 가을(10/15)에 큰 값을 보였으며, 낮 (13시)에는 봄(4/15)을 제외한 겨울, 여름 및 가을에 상대적 기여도 (C)는 심각한 수준으로 매우 높았다. 오후(17시)에는 상대적 기여도 (C)가 봄(4/15)에 증가하였으며 밤(22시)에는 여름(7/15)을 제외하고는 낮은 수준이었다.
5A의 총괄 점오염원 아세트알데히드 기여도 평가를 위한 예측농도 최대값과 구미대구지역 HAPs 조사연구[16]의 측정결과와 비교하였을 때에 Table 5와 같이 서로 근접한 값을 보였다. 따라서 본 연구에서 총괄 점오염원(T사 배출설비 개선 후)의 아세트알데히드 기여도 평가 예측에 대한 유효성을 보여주었다. 또한 총괄 점오염원의 아세트알데히드 기여도 평가를 위한 CALPUFF 모델링에 의한 예측농도 결과와 2011년도 구미시 민원현황과 비교하였을 때에 Table 6과 같은 결과를 보였다.
총괄 점오염원(T사 배출설비 개선 전) 아세트알데히드 기여도 평가 예측을 위한 CALPUFF 모델링 최대 값과 구미대구지역 HAPs 조사연구[16]의 측정(T사 배출설비 개선전) 최대값결과와 비교하였을때에 Table 7과 같은 매우 비슷한 값을 보였다. 따라서 본 연구에서 총괄 점오염원(T사배출설비 개선전)의 아세트알데히드 기여도 평가 예측에 대한 유효성을 보여주었다. T사 배출설비 개선 후의 Table 5와 비교하였을 때에, T사 배출설비 개선 후에 아세트알데히드 농도의 최대값이 T사 배출설비 개선 전 보다 대부분 O (10^-5g/m³)에서 O (10^-6 g/m³)으로 저감되어서 겨울(1월)과 봄(4월)에 구미 1공단의 아세트알데히드 농도가 저감 및 개선되어서 구미 3공단에서 아세트알데히드 농도의 최대값이 도출되었다.
이와 같은 T사배출 설비 개선후의 총괄 점오염원 아세트알데히드 기여도 평가를 위한 예측농도 최대값과 구미 대구 지역 HAPs 조사연구[16]의 측정결과와 비교하였을 때에 상호 근접한 값을 보였다. 따라서 본 연구의 총괄 점오염원의 기여도 평가 예측에 대한 유효성을 보여주었다. 2011년도봄, 여름 및 가을에 발생한 민원 현황과 CALPUFF 모델링에 의한 아세트알데히드 예측 농도 최대값 위치가 비교적 잘 일치하였다.
4 ppb)로 분포되었다. 본 연구에서 T사 배출설비 개선 전의 총괄 점오염원 부하를 입력한 본 연구 CALPUFF 모델링을 이용한 아세트알데히드 기여도 평가 예측에서는 1 공단 및 3 공단에서 각각 3.15~12.65 및 1.11~12.09 ppb의 구미공단 내 최대값 분포를 보 였다. 따라서 본 연구의 기여도 평가 예측치는 구미산업단지 악취원인물질 실태조사[1]의 아세트알데히드 측정치와 비교 시에 1 공단의 경우는 서로 근접하였고 3공단의 경우에는 더 낮았으나 측정치 최대값을 제외하였을 때에 비슷한 크기이었다.
본 연구의 CALPUFF 모델링에서 T사 배출설비 개선 후에 아세트알데히드 농도의 최대값이 T사 배출설비 개선 전보다 대부분 O (10^-5 g/m³)에서 O (10^-6 g/m³)으로 저감되어서 겨울(1월)과 봄(4월) 에 구미 1공단의 아세트알데히드 농도가 저감 및 개선되어서 구미 3공단에서 아세트알데히드 농도의 최대값이 도출되었다. 이와 같은 T사배출 설비 개선후의 총괄 점오염원 아세트알데히드 기여도 평가를 위한 예측농도 최대값과 구미 대구 지역 HAPs 조사연구[16]의 측정결과와 비교하였을 때에 상호 근접한 값을 보였다.
그 뿐만 아니라 T사 배출설비 개선 전의 기여도 평가 예측치는 T사 배출설비 개선 전인 2010년 4~6월에 측정된 구미산업단지 악취원인물질 실태조사[1]의 아세트알데히드 측정치와 비교 시에 1공단의 경우는 서로 근접하였고 3공단의 경우에는 더 낮았으나 측정치 최대값을 제외하였을 때에 비슷한 크기이었다. 위와 같이 T사 배출설비 개선 후에 도출된 아세트알데히드 농도의 구미공단내 최대값 분포는 1공단과 3공단에서 T사 배출설비 개선 후의 구미 공단 내 최대값 분포보다 개선되었다.
6과 같이 보여주고 있고 우측 상단에 있는 숫자(단위: g/m³)는 확산된 아세트알데히드 예측기여농도의 최대치를 나타내고 있다. 이에 따른 계절별 T사 점오염원의 아세트알데히드 배출 기여에 의한 아세트알데히드의 일중 시간별 예측기여 최대 농도는 Fig. 7A와 같은데, 이와 같이 T사 점오염원만의 아세트알데히드 배출에 의하여 1공단뿐만 아니라 3공단에서도 아세트알데히드 예측농도의 구미공단 최대값을 보였다. Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	구미산업단지의 주요 악취유발물질은?	구미국가산업단지 공단지역의 지속적인 악취저감 투자 및 모니터링에도 불구하고 공단 인근 주민의 악취로 인한 민원 증가로 악취배출시설에 대한 효율적인 관리가 필요하다. 2010년 구미산업단지 악취원인물질 실태조사[1]에 의하면 총 7개 지점 126개 시료에 대한 분석결과를 배출허용기준 대비 농도 %로 환산한 결과 암모니아, 아세트알데히드, 트리메틸아민이 주요 악취유발물질임을 재확인하였다. 또한 구미국가산업단지에서 트리메틸아민과 아세트알데히드의 주 발생원은 주로 합성섬유제조업체임이 보고되었다[2].
	구미국가산업단지에서 악취배설시설에 대한 효율적인 관리가 필요하게 된 계기는?	구미국가산업단지 공단지역의 지속적인 악취저감 투자 및 모니터링에도 불구하고 공단 인근 주민의 악취로 인한 민원 증가로 악취배출시설에 대한 효율적인 관리가 필요하다. 2010년 구미산업단지 악취원인물질 실태조사[1]에 의하면 총 7개 지점 126개 시료에 대한 분석결과를 배출허용기준 대비 농도 %로 환산한 결과 암모니아, 아세트알데히드, 트리메틸아민이 주요 악취유발물질임을 재확인하였다.
	구미국가산업단지 공단지역에서 트리메틸아민과 아세트알데히드의 주 발생원은?	2010년 구미산업단지 악취원인물질 실태조사[1]에 의하면 총 7개 지점 126개 시료에 대한 분석결과를 배출허용기준 대비 농도 %로 환산한 결과 암모니아, 아세트알데히드, 트리메틸아민이 주요 악취유발물질임을 재확인하였다. 또한 구미국가산업단지에서 트리메틸아민과 아세트알데히드의 주 발생원은 주로 합성섬유제조업체임이 보고되었다[2]. 이와 같이 구미국가산업단지 공단지역에 대한 악취 모니터링이 지속적으로 수행되었음에도 불구하고, 공단지역의 합성섬유제조업체 점오염원 악취측정데이터와 민원지역의 악취농도의 상관관계가 전혀 정립되어있지 않았다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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