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문제 정의
- 본 연구는 대구지역 산업단지의 악취 저감을 위한 기초자료로 활용하기 위해 기존 연구와 연계한 논문으로 공동폐수처리장 내에 공정별(유입조, 반응조,포기조, 2차침전조, 농축조, 탈수동 등 6개 공정)로발생하는 복합악취와 22종의 지정악취물질을 계절별로 측정하여 배출 특성을 파악하였다.
제안 방법
- 이때 어떤 물질이 사람에게 냄새로 느껴지기 시작되는 최소의 농도를 최소감지 농도라 정의한다.5,6) 본 연구에서는 주요 악취원인물질을 선정하기 위해 악취농도지수(Odor Quotient,OQ)와 총악취농도지수(Sum of Odor Quotient, SOQ)를 이용하였다. OQ는 측정된 악취물질의 농도를 해당 물질의 최소감지농도로 나누어 구하였으며, 이때 최소감지농도는 환경부가 제시한 자료를 활용하였다.
- OQ는 측정된 악취물질의 농도를 해당 물질의 최소감지농도로 나누어 구하였으며, 이때 최소감지농도는 환경부가 제시한 자료를 활용하였다.7)그러나 자일렌의 경우는 이성질체로서 o-자일렌, m자일렌, p-자일렌의 최소감지농도가 각각 다르고 측정항목은 자일렌으로 되어있기 때문에 이성질체 중 최소감지농도가 가장 낮은 m-자일렌의 최소감지농도인 41 ppb를 적용하였다.
- 따라서 OQ가 100 이상인 성분들은 주요 악취원인물질로 작용한다고 볼 수 있으며, 이러한 성분들이 많을 경우에는 대상 공정에서 강한 악취를 나타낼 것으로 추정된다.8) 또한 악취성분들이 냄새발생에 어느 정도 기여하는가를 평가하기 위해 악취기여도를 분석하였다. 이때 악취물질의 기여도는 총 악취물질에서 차지하는 악취의 세기를 나타낸다.
- VOCs는 고체흡착관으로부터 열탈착장치(Perkinelmer, Turbomatrix650, USA)로 열탈착시켜 Gas Chromatograph/Mass Spectrometry(Perkinelmer,SQ8T, USA)를 이용하여 분석하였다. 지방산류는 헤드스페이스방법을 이용하여 Gas Chromatoraph/Flame Ionization Detector(Perkinelmer, Clarus 600, USA)로 분석하였다.
- 복합악취는 공기희석관능법으로 일반 공기를 실리카겔, 활성탄 등 흡수제를 통과시키는 무취공기제조 장치를 이용하여 제조된 무취공기에 원시료를 단계적으로 주입하여 희석시료를 조제한 후 악취공정시험기준에 제시된 방법에 따라 희석배수를 산정하였다.
- 복합악취와 황화합물은 흡인상자방법으로 폴리에스테르백(Top-trading, 10 L, Korea)과 테들러백(Supelco, 10 L, USA)을 각각 사용하여 분당 1 L~ 10 L의 유량으로 5분 이내에 시료를 채취하였다. 암모니아는 붕산 용액 40 mL를 2개의 임핀저에 절반씩 나누어 담고 직렬로 연결한 후, 분당 10 L의 유량으로 5분 동안 총 50 L의 시료를 채취하였다.
- 비개방형으로 밀폐된 탈수동을 제외한 유입조, 침사지, 반응조, 1차침전조, 포기조, 2차침전조, 농축조, 방류조는 상부에 덮개가 설치되지 않은 개방형으로 운영된다. 시료채취는 2016년 3월부터 2016년 12월까지 계절별로 각 1회씩 실시하였다. 채취지점은 처리공정별로 보면 수처리공정의 경우, 유입조, 반응조, 포기조, 2차침전조에서, 그리고 슬러지처리공정의 경우, 농축조, 탈수동에서 시료를 각각 채취하였다.
- 아세트알데하이드, 뷰틸알데하이드 등 알데하이드류는 2,4-다이나이트로페닐하이드라존(이하, DNPH)카트리지(Supelco, S10, USA)를 이용하여 Air Sampler(SIBATA, MP-Σ300, Japan)로 분당 1.6 L의 유량으로 5분 동안 총 8 L를 채취하였고, 이때 오존의 영향을 제거하기 위해 2,4-DNPH 카트리지 전단부에 요오드화칼륨이 채워져 있는 오존스크러버(Supelco, USA)를 장착하여 측정하였다.
- 암모니아는 분석용 시료용액에 페놀펜타시아노나이트로실철(Ⅲ)산나트륨용액 5 mL를 가하여 잘 흔들어 섞은 후, 차아염소산나트륨용액 5mL를 혼합하여 25oC ~ 30oC에서 1시간을 방치한 후,UV/Vis Spectrophotomer(Perkinelmer, Lambda45,USA)를 이용하여 640 nm 파장에서 분석하였다. 알데하이드류는 UV/Vis Detector를 이용하여 360 nm 파장에 고정시킨 후, High Performance Liquid Chromatograph(Agilent, 1200, USA)로 분석하였다. 트라이메틸아민은 헤드스페이스방법을 이용하여 Gas Chromatograph/Flame Ionization Detector(Perkinelmer,Clarus600, USA)로 분석하였다.
- 이때 검출기로는 Pulsed Flame Photometric Detector(PFPD)를 사용하였다. 암모니아는 분석용 시료용액에 페놀펜타시아노나이트로실철(Ⅲ)산나트륨용액 5 mL를 가하여 잘 흔들어 섞은 후, 차아염소산나트륨용액 5mL를 혼합하여 25oC ~ 30oC에서 1시간을 방치한 후,UV/Vis Spectrophotomer(Perkinelmer, Lambda45,USA)를 이용하여 640 nm 파장에서 분석하였다. 알데하이드류는 UV/Vis Detector를 이용하여 360 nm 파장에 고정시킨 후, High Performance Liquid Chromatograph(Agilent, 1200, USA)로 분석하였다.
- 14를 곱한다. 정밀도는 동일한조건에서 3회 반복 분석하여 크로마토그램 적분 넓이의 상대표준편차(Relative Standard Deviation, RSD)로서 구한다.
- 황화합물은 시료주머니(테들러백)에 채취한 시료를 저온농축장치에서 농축하고 탈착과정(MARKES,UNITY2, USA)을 거친 후, Gas Chromatograph(Agilent, 7890A, USA)로 주입해서 분석한다. 이때 검출기로는 Pulsed Flame Photometric Detector(PFPD)를 사용하였다.
대상 데이터
- 복합악취와 황화합물은 흡인상자방법으로 폴리에스테르백(Top-trading, 10 L, Korea)과 테들러백(Supelco, 10 L, USA)을 각각 사용하여 분당 1 L~ 10 L의 유량으로 5분 이내에 시료를 채취하였다. 암모니아는 붕산 용액 40 mL를 2개의 임핀저에 절반씩 나누어 담고 직렬로 연결한 후, 분당 10 L의 유량으로 5분 동안 총 50 L의 시료를 채취하였다. 아세트알데하이드, 뷰틸알데하이드 등 알데하이드류는 2,4-다이나이트로페닐하이드라존(이하, DNPH)카트리지(Supelco, S10, USA)를 이용하여 Air Sampler(SIBATA, MP-Σ300, Japan)로 분당 1.
- 시료채취는 2016년 3월부터 2016년 12월까지 계절별로 각 1회씩 실시하였다. 채취지점은 처리공정별로 보면 수처리공정의 경우, 유입조, 반응조, 포기조, 2차침전조에서, 그리고 슬러지처리공정의 경우, 농축조, 탈수동에서 시료를 각각 채취하였다.
- 톨루엔, 자일렌 등 휘발성유기화함물류(이하,VOCs)는 Tenax TA(Supelco, USA) 흡착튜브와 Air Sampler(SIBATA, MP-Σ30KN II, Japan)를 이용하여 분당 0.1 L의 유량으로 5분 동안 총 0.5 L의 시료를 채취하였다.
- 6 L의 유량으로 5분 동안 총 8 L를 채취하였고, 이때 오존의 영향을 제거하기 위해 2,4-DNPH 카트리지 전단부에 요오드화칼륨이 채워져 있는 오존스크러버(Supelco, USA)를 장착하여 측정하였다. 트라이메틸아민은 황산 수용액 40 mL를 2개의 임핀저에절반씩 나누어 담고 직렬로 연결한 후, 분당 10 L의 유량으로 5분 동안 총 50 L의 시료를 채취하였다. 톨루엔, 자일렌 등 휘발성유기화함물류(이하,VOCs)는 Tenax TA(Supelco, USA) 흡착튜브와 Air Sampler(SIBATA, MP-Σ30KN II, Japan)를 이용하여 분당 0.
- 5 L의 시료를 채취하였다. 프로피온산, n-뷰틸산 등 지방산류는 수산화나트륨 수용액 20 mL를 2개의 임핀저에 절반씩 나누어 담고 직렬로 연결한 후, 분당 2 L의 유량으로 5분 동안 총 10 L의 시료를 채취하였다.
데이터처리
- 데이터의 정리는 Microsoft Excel Program을 이용하였고, 지정악취물질과 복합악취간의 상관성 분석은 SPSS Program(ver 17.0)을 이용하였다.
- 시험분석법의 정도관리방법은 악취공정시험기준에 있는 방법검출한계(Method Detection Limit, MDL),정밀도와 검정곡선 작성방법을 사용하였으며, 그 결과는 Table 3에 나타내었다. MDL은 검출한계에 근접한 수준의 표준시료를 7번 반복 측정하고 얻은 농도값의 표준편차에 3.
이론/모형
- 연구대상의 악취물질(복합악취, 지정악취물질)과 분석기기는 Table 1과 같고, 시료채취와 시료분석은 환경부의 악취공정시험기준4)에 따랐다.
- VOCs는 고체흡착관으로부터 열탈착장치(Perkinelmer, Turbomatrix650, USA)로 열탈착시켜 Gas Chromatograph/Mass Spectrometry(Perkinelmer,SQ8T, USA)를 이용하여 분석하였다. 지방산류는 헤드스페이스방법을 이용하여 Gas Chromatoraph/Flame Ionization Detector(Perkinelmer, Clarus 600, USA)로 분석하였다. 이때 분석에 사용한 기기의 분석조건은 Table 2와 같다
- 알데하이드류는 UV/Vis Detector를 이용하여 360 nm 파장에 고정시킨 후, High Performance Liquid Chromatograph(Agilent, 1200, USA)로 분석하였다. 트라이메틸아민은 헤드스페이스방법을 이용하여 Gas Chromatograph/Flame Ionization Detector(Perkinelmer,Clarus600, USA)로 분석하였다.
성능/효과
- 1. 복합악취는 특히, 수처리공정인 유입조와 반응조에서 높은 농도를 보였다. 그러나 슬러지처리공정인 농축조는 낮은 농도를 보였지만 탈수동은 유입조와 비슷한 농도를 보였다.
- 13) 악취는 농도가 높은 악취물질을 대상으로 계획되기보다는 악취기여율이 높은 악취물질을 중심으로 제어가 계획되어져야 악취저감의 효율성을 높일 수 있다고 판단된다.11)
- 2. 지정악취물질은 암모니아, 황화수소, 트라이메틸아민, 아세트알데하이드, 톨루엔, 자일렌 등 6종이 검출되었다. 암모니아와 황화수소, 아세트알데하이드, 톨루엔은 공정별로 모두 공통적으로 검출되었고, 트라이메틸아민은 2차침전조를 제외하곤 검출되었고, 자일렌은 유입조와 탈수동에서만 검출되었다.
- 2) 이러한 현실에서 산업단지 주변에 악취 민원이 빈번하게 발생함에 따라 악취 발생원의 하나인 환경기초시설의 부지경계선에서 악취 강도와 악취오염물질의 발생정도를 이미 연구한 바 있다.3) 그 결과는 폐수처리장이 하수처리장이나 음식물류폐기물처리장에 비해 악취발생농도가 가장 높았다는 사실이다.
- 3. 악취물질의 기여도는 모든 공정에서 황화수소의 기여율이 82.6% ~ 92.7%로 가장 크게 나타나,황화수소를 주요한 악취저감물질로 선정해야 할 것으로 판단된다. 또한 아세트알데하이드는 기여율이 5.
- 4. 악취는 개별 악취성분의 농도보다 악취의 세기를 표현하는 악취강도에 대한 기여율을 평가함으로 악취의 주요 성분을 판단할 수 있으므로 농도가 높은 악취물질보다는 악취기여율이 높은 악취물질을 대상으로 악취저감방안이 계획되어져야 악취저감의 효율성을 높일 수 있다고 판단된다.
- 5. 지정악취물질 및 SOQ간의 상관성은 암모니아가 트라이메틸아민과 자일렌 간에, 황화수소는 자일렌과 SOQ 간에, 그리고 자일렌이 SOQ간에 유의하고 양호한 상관관계를 보였다.
- 농축조와 탈수동은 주로 슬러지의 분해에 의해 발생하는 악취로 비교적 고농도로 발생하며 폐수처리장의 악취 민원의 주요 원인이 되고 있다.9) 본 연구에서는 원폐수가 유입되는 유입조(20.5배)에서의 높은 복합악취농도가 포기조(12.5배)를 거치면서 39.0%나 감소하였고, 또 2차침전조(10.3배)를 거치면서 49.8%로 더욱 감소하였다. 그러나 농축조의 복합악취농도(8.
- 공정별로는 6종 모두 유입조에서 높은 농도를 보였으나 반응조, 포기조, 2차침전조의 수처리공정을 거치면서 점차 농도가 낮아지는 경향을 보였다. 그러나 수처리공정과는 달리 슬러지처리공정인 농축조와 탈수동은 서로 큰 농도 차이를 보이지 않았다.
- 그러나 암모니아는 트라이메틸아민과 자일렌 간에 상관계수(r)가 각각 0.953(P < 0.01)과 0.834(P < 0.05)로, 황화수소는 자일렌과 SOQ 간에 상관계수(r)가 각각 0.949(P < 0.01)와 0.999(P < 0.01)로 상관성이 높게 나타났다.
- 염색업체와 섬유업체는 업체마다 고유한 공정을 사용함으로 일정한 종류의 오염물질이 발생하며, 공장가동률이 높아지면 그에 따른 오염물질 발생량이 그 만큼 증가한다. 따라서 폐수처리장의 복합악취농도가 봄철과 가을철이 여름철과 겨울철에 비해 높아진 원인은 산업단지의 공장가동률(특히, 여름철은 휴가철로 휴무)과 밀접한 관련이 있을 것으로 추정되며, 이러한 결과는 기존의 연구결과3)와도 일치하는 경향을 보였다.
- 이와 반대로 2차침전조는 여름철과 겨울철에 높게 나타났다. 또한 유입조는 봄철을 제외한 여름철, 가을철, 겨울철에 복합악취농도가 높으면 침전조를 제외한 반응조, 포기조, 농축조, 탈수동 등의 후속공정에서 복합악취농도도 높은 특징을 보였다.
- 지정악취물질, 복합악취, SOQ간의 상관성은 Table 6에 나타내었다. 복합악취는 검출된 6종의 지정악취 물질과는 상관계수(r)가 0.340 ~ 0.641로, SOQ와는0.556으로 상관성이 비교적 낮게 나타났다. 그러나 암모니아는 트라이메틸아민과 자일렌 간에 상관계수(r)가 각각 0.
- 지정악취물질은 암모니아, 황화수소, 트라이메틸아민, 아세트알데하이드, 톨루엔, 자일렌 등 6종이 검출되었다. 암모니아와 황화수소, 아세트알데하이드, 톨루엔은 공정별로 모두 공통적으로 검출되었고, 트라이메틸아민은 2차침전조를 제외하곤 검출되었고, 자일렌은 유입조와 탈수동에서만 검출되었다.
- 위와 같이 검출된 6종에 대한 총 24회 측정 중 암모니아와 아세트알데하이드는 각각 24회 모두, 황화수소와 톨루엔은 각각 23회와 20회, 트라이메틸아민과 자일렌은 각각 12회와 4회로 검출되었다. 특히 암모니아와 황화수소, 아세트알데하이드, 톨루엔은 공정별로 모두 공통적으로 검출되었고, 트라이메틸아민은 유입조, 반응조, 포기조, 농축조, 탈수동에서, 그리고 자일렌은 유입조, 탈수동에서 각각 검출되었다.
- 즉, 복합악취농도는 유입조와 반응조가 다른 지점에 비해 2배 전·후로 높게 나타났다.
- 즉, 복합악취농도는 유입조와 반응조가 다른 지점에 비해 2배 전·후로 높게 나타났다. 특히 수처리시설인 유입조와 반응조의 복합악취농도는 높았고, 슬러지처리시설인 농축조의 복합악취농도는 낮았다. 그러나 슬러지처리공정의 일부시설인 탈수동의 복합악취농도는 수처리공정의 일부시설인 유입조, 반응조와 비슷하였다.
- 위와 같이 검출된 6종에 대한 총 24회 측정 중 암모니아와 아세트알데하이드는 각각 24회 모두, 황화수소와 톨루엔은 각각 23회와 20회, 트라이메틸아민과 자일렌은 각각 12회와 4회로 검출되었다. 특히 암모니아와 황화수소, 아세트알데하이드, 톨루엔은 공정별로 모두 공통적으로 검출되었고, 트라이메틸아민은 유입조, 반응조, 포기조, 농축조, 탈수동에서, 그리고 자일렌은 유입조, 탈수동에서 각각 검출되었다.
- 한편 기기분석법으로 구한 지정악취물질(22종) 중 질소화합물인 암모니아와 트라이메틸아민, 황화합물인 황화수소, 알데하이드류인 아세트알데하이드, 그리고 휘발성유기화합물류인 톨루엔과 자일렌 등 6종이 검출되었고, 지방산류는 전혀 검출되지 않았다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서는 선행된 연구결과3)와 연계하여 폐수처리장에서 발생하는 악취 특성을 공정별로 분석하여 주요 악취원인물질을 도출함으로 주민의 일상생활 피해를 최소화하고 악취 저감방안을 마련하는데 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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