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문제 정의
- 대기오염물질 및 기상인자들은 변수 상호 간의 상관성이 내재되어 있어 단상관 분석만으로는 주요 영향인 자를 파악하기 힘들 수도 있다. 따라서 본 연구에서는 상관성 분석에서 나아가 대기 중 VOCs 농도 변동에 영향을 미치는 서로 독립적인 복합요인을 파악하기 위하여 다변량통계 분석의 일환인 주성분 (principal component, 이하 PC) 분석을 수행하였다 (Baek and Hwang, 1992). 주성분 분석의 주요 변수로는 각 측정지점에서 높은 검출빈도를 보이거나 고농도로 나타난 VOCs 자료들과 포항지역에서 동일한 시간대에 관측된 대기오염자료 및 기상자료들을 사용하였으며 그 결과는 표 7에 나타내었다.
- 따라서 본 연구에서는 포항지역을 중심으로 주거지역, 주거·상업지역, 공업 지역 및 대조지역 등 4개 지점을 선정하여 각 지점별로 4계절에 걸쳐 대기 중 유해성 VOCs의 오염특성을 파악하여 향후 이 지역에서 유해대기오염물질 측면에 서의 대기환경관리를 위한 과학적인 정보를 제공하고자 하였다.
- 따라서 이러한 점을 고려하여 본 논문에서는 본 연구팀이 기 수행한 시화·반월지역과 여수·광양지역, 울산지역, 구미지역의 VOCs 측정 자료 (NIER, 2011, 2010, 2009, 2007, 2006)를 근거로 포항지역의 VOCs 농도 수준의 대략적인 특징을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서 VOCs를 측정함에 있어 자료의 신뢰성 검증이라는 목적을 달성하고 시료 채취 및 분석에 사용된 흡착관, 열탈착 및 GC/MSD의 전반적인 성능을 평가하기 위해 시료의 검출저한계 (Method Detection Limits, 이하 MDL), 분석방법의 재현성 및 실제 현장에서의 중복 시료 채취를 통한 중복 재현성을 평가하였다. 저 농도 수준의 자료에 대한 신뢰성 검증을 위해각 분석대상물질의 MDL을 추정하였다.
- 본 연구에서는 VOCs 농도에 미치는 기상요인의 영향을 파악하기 위하여 시료채취기간과 동일한 기간의 기상자료를 수집하여 표 1에 나타내었다. 기상자료는 포항기상대의 기온, 풍속, 강수량 및 주풍향에 대해 계절별로 나타내었다(KMA, 2011).
제안 방법
- 본 연구는 대기공정시험법 및 미국 EPA TO-17 분석 방법의 근본 원리와 특성에 준하는 동일한 방법을 채택하여 수행하였다 (US EPA, 1997). VOC 시료의 연속 채취를 위하여 MTS-32 (Multiple Tube Sampler 32, Markes Inc., UK)와 Flec Air pump 1001 (Field and Laboratory Emission Cell, Chematec Inc., Denmark)을사용하여 약 100 mL/min의 유량으로 총 24 L의 공기를 채취하였다. VOC 시료 채취용 매체로는 대기환경에 존재하는 여러 종류의 VOC에 대해 우수한 흡착능과 탈착능을 가지는 Carbograph 1TD (40/60 mesh, Mar kes Inc.
- VOCs 물질 간의 상관성과는 달리 VOCs 그룹과 일반대기오염물질 및 기상인자와의 관련성을 파악하기 위하여 포항지역에서 상시 관측되고 있는 기준 성대기 오염물질 자료(KECO, 2011) 및 기상자료를 구하여 상관성 분석을 수행하였다. 표 6에 의하면 일반적으로 오존과 VOCs 물질들은 음의 상관성을 나타내었는데, 이는 VOCs가 광화학반응을 통하여 분해되면서 지표면 오존생성에 관여하기 때문인 것으로 파악된다(Field et al.
- VOCs 그룹 중에는 수많은 물질들이 포함되어 있으며 이들 물질들 간에는 같은 배출원에서 발생하여 거동이 유사한 물질들도 많다. 따라서 VOCs 물질 간의 관련성을 파악하기 위하여 상관성 분석을 하였으며 그 결과를 표 5에 나타내었다. 포항지역 ethylbenzene과 m,p-xylenes의 경우 세 지점 모두 0.
- 2002년과 2010년 본 연구의 측정대상 VOCs 항목은 완전히 일치하지는 않았다. 따라서 표 4에는 두 연구에서 일치하는 물질을 대상으로 3가지(검출빈도, 고농도, 독성) 측면에서 중요한 물질 8개를 골라서 각각의 평균과 표준편차를 함께 나타내었다. 전체적으로 죽도동과 장흥동 모두 2002년보다 2010년에 평균농도는 다소 증가한 것으로 보인다.
- 또한, 국립환경과학원에 대기오염물질 심사·평가위원회를 구성하여 매년 물질 독성, 생태계에 미치는 영향, 대기 중 배출량, 오염도 등 대기오염물질의 위해성을 심사·평가하여 신규 물질 지정 및 재분류하도록 하는 등 지정·관리를 체계화하였다.
- , USA)을 met hanol로 희석하여 표준용액(100 μg/μL)을 제조하여 사용하였다. 본 연구에서 사용한 액상의 표준물질은 충전칼럼용 GC injector로 주입시켜 기화시킨 후 injector 출구에 연결된 흡착관에 재흡착되게 하였다 (Baek, 1996).
- 본 연구에서는 총 72종의 VOCs를 정성·정량 분석하였다.
- , 1992). 시료 채취 전 모든 흡착관은 자동 전처리 장치 TC-20 (Thermal Conditioner, Markes Inc., UK)을 이용하여 고순도 헬륨가스가 분당 80 mL/min으로 흐르는 조건 하에서 온도와 시간을 여러 단계로 설정하여 전처리 과정을 수행하였다. 이후 1/4ʺ swa-gelok 타입의 마개와 PTFE farrell로 막고, 2중 밀봉을 위해 유리바이알에 넣고 septum이 있는 마개로 닫은후 각 측정지점별 시료 채취에 사용하였다.
- 본 연구 시료 채취 기간은 가을철 (2010년 11월 4일~12일), 겨울철 (2010년 12월 14일~22일), 봄철 (2011년 4월 26일~5월 4일), 여름철 (2011년 8월 31일~9월 8일)로 각 계절별로 8일간 연속 측정하였다. 시료 채취는 전 측정지점에서 각 시료당 4시간씩 1일 6회 측정하여 일간변동과 일중변동을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서 VOCs를 측정함에 있어 자료의 신뢰성 검증이라는 목적을 달성하고 시료 채취 및 분석에 사용된 흡착관, 열탈착 및 GC/MSD의 전반적인 성능을 평가하기 위해 시료의 검출저한계 (Method Detection Limits, 이하 MDL), 분석방법의 재현성 및 실제 현장에서의 중복 시료 채취를 통한 중복 재현성을 평가하였다. 저 농도 수준의 자료에 대한 신뢰성 검증을 위해각 분석대상물질의 MDL을 추정하였다. 미국 EPA TO-17에 따르면 MDL 값이 0.
- 한편, 실제 현장에서 시료 채취에 사용되는 서로 다른 흡착관 시료 간의 중복 재현성을 평가하기 위하여 동일한 지점에서 동일한 조건으로 시료를 채취하여 동일한 방법으로 분석한 후 두 측정결과의 일치성 (Duplicate Precision, 이하 DP)을 조사하였다. 즉, 중복 재현성 = (|X 1 - X 2 |/X) × 100 (%)로 표현되며, 여기서 X 1은 첫 번째 시료의 측정치, X 2는 두 번째 시료의 측정치, X는 두 시료의 평균값을 나타낸다.
대상 데이터
- 이후 1/4ʺ swa-gelok 타입의 마개와 PTFE farrell로 막고, 2중 밀봉을 위해 유리바이알에 넣고 septum이 있는 마개로 닫은후 각 측정지점별 시료 채취에 사용하였다. 1지점 1계절당 시료 수는 48개로 본 연구에서 채취된 시료의 수는 총 768개이다.
- Naphthalene은 VOC 13종이 각 2,000 μg/mL씩 함유되어 있는 VOC Mix 2 표준혼합액(EPA VOC Mix 2, Supelco Inc., USA)을 met hanol로 희석하여 표준용액(100 μg/μL)을 제조하여 사용하였다.
- VOC 시료 채취용 매체로는 대기환경에 존재하는 여러 종류의 VOC에 대해 우수한 흡착능과 탈착능을 가지는 Carbograph 1TD (40/60 mesh, Mar kes Inc., UK) 280 mg과 Carbograph 2TD (40/60 mesh, Matkes Inc., UK) 120 mg을 이중으로 충전한 스테인레스 스틸 흡착관(1/4ʺ×9 cm, Perkin Elmer, UK)을 사용하였다.
- VOCs 농도 정량을 위해 Supelco사의 TO-14A, 15용 VOC 62종의 표준혼합시료(공칭 1 ppm)를 사용하였으며, 표준혼합시료에 포함되어 있지 않은 glycol ether류와 phenol, aniline, epichlorohydrin, nitrobenzene, DMF 의 정성·정량 분석에는 각각의 개별물질 원액을 methanol로 희석하여 표준용액 (각 물질별 100 μg/μL 수준)을 제조하여 사용하였다.
- 장흥동의 경우 포항철강산단 내 위치한 공장 2층 건물 옥상에 위치하고 있으며 주변에는 철판·철근 가공공장이 밀집해 있고 도시대기/유해대기/중금속 측정망이 설치되어 있다. 대조지점의 경우 비교적 쾌적한 환경의 대학 캠퍼스 내 건물 실내에서 시료채취라인을 통하여 외부 공기를 채취하였다.
- 본 연구 시료 채취 기간은 가을철 (2010년 11월 4일~12일), 겨울철 (2010년 12월 14일~22일), 봄철 (2011년 4월 26일~5월 4일), 여름철 (2011년 8월 31일~9월 8일)로 각 계절별로 8일간 연속 측정하였다. 시료 채취는 전 측정지점에서 각 시료당 4시간씩 1일 6회 측정하여 일간변동과 일중변동을 파악하고자 하였다.
- 본 연구는 포항지역에서 주변 환경의 영향으로 VOCs 오염 정도가 다를 것으로 예상되는 3개 지점 (해도동, 장흥동, 죽도동)을 선정하였으며 대조지점으로 포항의 영향권에서 벗어난 경주지역의 1개 지점 (위덕대학교 캠퍼스 내)을 선정하였다(그림 1). 각 지점에서 측정 장비는 2~4층 정도 높이의 건물 옥상에 설치하였다.
- 본 연구에서는 국내 최대 철강산업도시인 포항의 3 개 지점을 대상으로 2010년에서 2011년의 1년간 4계절에 걸쳐 다양한 종류의 VOCs 물질을 측정하였으며, 그 결과는 아래와 같이 요약할 수 있다.
- , UK)을 이용하여 고순도 헬륨가스가 분당 80 mL/min으로 흐르는 조건 하에서 온도와 시간을 여러 단계로 설정하여 전처리 과정을 수행하였다. 이후 1/4ʺ swa-gelok 타입의 마개와 PTFE farrell로 막고, 2중 밀봉을 위해 유리바이알에 넣고 septum이 있는 마개로 닫은후 각 측정지점별 시료 채취에 사용하였다. 1지점 1계절당 시료 수는 48개로 본 연구에서 채취된 시료의 수는 총 768개이다.
- 따라서 본 연구에서는 상관성 분석에서 나아가 대기 중 VOCs 농도 변동에 영향을 미치는 서로 독립적인 복합요인을 파악하기 위하여 다변량통계 분석의 일환인 주성분 (principal component, 이하 PC) 분석을 수행하였다 (Baek and Hwang, 1992). 주성분 분석의 주요 변수로는 각 측정지점에서 높은 검출빈도를 보이거나 고농도로 나타난 VOCs 자료들과 포항지역에서 동일한 시간대에 관측된 대기오염자료 및 기상자료들을 사용하였으며 그 결과는 표 7에 나타내었다. 표 7에서 각 주성분과 0.
이론/모형
- 06 ppb의 범위로 나타났다. VOCs 분석방법의 재현성은 표준혼합시료에 대한 감응계수 (Response Factor, 이하 RF)에 대한 상대표준 편차 (Relative Standard Deviation, 이하 RSD)로 평가하였다. 표준시료를 이용한 외부보정법에 대한 재현성 평가는 표준물질 100 ng (benzene기준)을 함침하여 하루 중 7회 분석하여 평가한 결과 대부분의 RSD가 20% 이내로 나타났으며 미국 EPA TO-17에서 제시하고 있는 권고치 20%를 만족하였다.
- 본 연구는 대기공정시험법 및 미국 EPA TO-17 분석 방법의 근본 원리와 특성에 준하는 동일한 방법을 채택하여 수행하였다 (US EPA, 1997). VOC 시료의 연속 채취를 위하여 MTS-32 (Multiple Tube Sampler 32, Markes Inc.
성능/효과
- 본 연구에서의 하루 중 VOCs 농도 변동 양상을 전반적으로 살펴보면 포항지역의 경우 장흥동을 제외한 나머지 지역에서 대부분 오전에 농도가 높고 오후에 농도가 감소하다가 저녁 시간에 농도가 다시 상승하는 경향을 보였으며, 경주지역의 경우 오전에 농도가 가장 높고 이후 농도가 감소하는 경향성을 보였다. BTEX 그룹 중 benzene은 포항의 세 지점 모두 오전에 농도가 가장 높고 오후에는 농도가 감소하는 경향을 보였다. Toluene, ethylbenzene 및 m,p-xylenes는 철강 산단과 인접해 있는 해도동과, 철강산단 내 위치하고 있는 장흥동을 비교한 결과 해도동의 경우 오전과 야간에 농도가 상승하는 경향을 보이는 반면 산업단지 내에 위치한 장흥동에서는 benzene과 TCE를 제외한 다른 물질의 경우 저녁 시간대를 포함한 오후에 농도가 상승하는 경향을 나타냈다.
- BTEX 그룹과 달리 MTBE는 가을과 겨울철이 죽도 동과 해도동의 농도가 장흥동에 비해 상대적으로 높은 농도수준을 보였다. 화석연료의 불완전 연소와 밀접한 관련이 있는 다환방향족탄화수소 (polycyclic aromatic hydeocarnons, 이하 PAH) 중 휘발성이 가장 강한 물질 인 naphthalene의 경우 가을과 여름철이 높았고, 장흥동이 다른 지점에 비해 상당히 높은 수준을 보였다.
- 포항지역과 대조지점 전체자료를 살펴보면 BTEX 그룹(benzene, toluene, ethylbenzene, m,p-xylenes)의 경우 99% 이상의 검출빈도를 보여 대기 중에서 늘 상존하는 물질임을 파악할 수 있었다. Hexane의 경우 98% 이상의 높은 검출빈도를 보여 유기용제 사용 빈도가 높은 것을 알 수 있었으며, 휘발유의 연소효율 향상과 일산화탄소 배출감소를 위해 연료첨가제로 사용되는 methyl tert butyl ether (이하 MTBE)의 경우 포항지역과 대조지점 모두 검출빈도가 90% 이상인 것으로 보아 자동차 배기가스의 영향이 감지되고 있는 것을 알 수 있다.
- BTEX 그룹 중 benzene은 포항의 세 지점 모두 오전에 농도가 가장 높고 오후에는 농도가 감소하는 경향을 보였다. Toluene, ethylbenzene 및 m,p-xylenes는 철강 산단과 인접해 있는 해도동과, 철강산단 내 위치하고 있는 장흥동을 비교한 결과 해도동의 경우 오전과 야간에 농도가 상승하는 경향을 보이는 반면 산업단지 내에 위치한 장흥동에서는 benzene과 TCE를 제외한 다른 물질의 경우 저녁 시간대를 포함한 오후에 농도가 상승하는 경향을 나타냈다. 이는 장흥동의 경우 낮 시간대에 다양한 사업장의 작업 공정에서 사용되는 유기 용제들이 비산 배출되는 것으로 판단되며, 해도동의 경우 철강산단으로부터 영향을 받은 VOCs가 야간의 대기환경용량 감소에 따른 야간 농도가 상승된 것으로 추정된다.
- 제철산단이 있는 광양과 포항지역의 나프탈렌 농도가 울산이나 구미지역보다 높은 것으로 나타났다. 그 밖에 포항 지역 대기 중의 toluene, ethylbenzene, m,p-xylenes, TCE, carbon tetra chloride, MTBE 등은 국내 타 산단 지역에 비해 대체로 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
- 기상자료의 경우 전반적으로 풍속과는 음의 상관성을 보였으며, 온도와 습도 및 풍향은 VOCs 농도에 특징적인 영향을 주지는 않는 것으로 나타났다. 따라서 대기 중 VOCs는 화석연료의 연소에 밀접한 관련이 있는 대기오염물질과는 다른 거동을 하는 것으로 보이며 향후 정책수립에 있어서 연돌 중심의 고정오염원과는 달리 산업체의 공정 및 비산배출 현상을 중점적으로 고려하여야 할 것으로 사료된다.
- 넷째, VOCs 간의 상관관계를 분석한 결과 포항지역세 지점에서 BTEX 그룹 중 benzene을 제외한 나머지세 물질들 간에는 서로 높은 상관성이 나타났으며, 기준성 대기오염물질과의 상관관계에서는 대부분의 VOCs가 오존을 제외한 다른 대기오염물질과는 양의 상관관계를 보였으나 오존과는 음의 상관성을 나타내었다.
- TCE의 경우 측정된 농도가 매우 낮아 하루 중 변동에 일정한 패턴이 있는지를 판단하기는 어렵다. 대조지점인 경주지역의 일중변동은 포항지역과 달리 산업체의 배출량 영향이 없는 상태에서 대기환경용량 감소에 의하여 대부분 새벽 시간대의 농도가 높고 대기확산과 혼합이 활발해지는 오후 시간대에는 농도가 낮아지는 것으로 나타났다.
- 둘째, 계절별 농도 변동은 benzene의 경우 가을철의 농도가 가장 높았고, toluene은 봄과 여름철이 높았다. Ethylbenzene과 m,p-xylenes은 여름철의 농도가 다른 계절에 비해 높은 농도 분포양상을 보였다.
- 반면에 toluene, ethylbenzene, m,p-xyl enes의 경우 방향족 유기용제에 의한 배출이 높은 상관성을 나타내고 있으며, 해도동의 경우 methyl ethylketone (MEK) 및 acetone과 같은 카보닐 계통의 유기 용제 배출과 높은 상관성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한 바다에 가까운 죽도동과 해도동의 경우 풍향이 농도 변동에 영향을 주는 요인으로 나타난 반면, 비교적 내륙에 위치한 장흥동에서는 풍향의 영향은 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 이와 같이 주성분 분석을 통하여 포항지역의 VOCs 농도 변동에 미치는 영향 요인을 분석한 결과 자동차 배기가스 및 산업체의 화석연료 사용과 각종 유기용제의 비산배출은 농도 증가 요인으로 작용하는 반면, 하절기의 광화학반응에 따른 오존생성잠재력과 강한 풍속 등은 농도 저하요인으로 작용하고 있는 것으로 추정된다.
- 이는 포항지역 주요업종의 특성상 연중 24시간 가동되는 사업장이 많아 주말과 주중의 차이가 별로 없는 것으로 판단된다. 또한 본 연구와 과거의 연구를 비교한 결과 철강산업이 밀집한 포항지역 대기 중 VOCs 농도는 8년의 기간 동안 큰 변화는 없었던 것으로 나타났다.
- 주성분 분석 결과를 살펴보면 3개 지점 모두 VOCs 농도 변동의 대부분이 각종 유기용제 사용 및 자동차 배기가스와는 양의 상관성을 보이고 있어 이들 인자들은 대기 중 VOCs 농도의 증가요인으로 작용하고 있으나 POCP와는 공통적으로 음의 상관을 보이고 있어 POCP는 대기 중에서의 VOCs 농도 감소요인으로 작용하고 있음을 알 수 있다. 또한 주성분 분석 결과 benzene의 경우 포항지역 3지점 모두 차량연소 및 연료연소와 관련성이 높은 것을 알 수 있었다. 특히 산업 단지 내에 위치한 장흥동의 경우 benzene은 산업체의 유기용제 시용보다는 자동차 배기가스의 영향이 큰 것으로 추정된다.
- 마지막으로 포항지역의 대기 중 VOCs 농도 변동에 미치는 영향인자를 주성분 분석을 이용하여 조사한 결과 자동차 배기가스 및 산업체의 화석연료 사용과 각종 유기용제의 비산배출은 농도 증가요인으로 작용하는 반면, 하절기의 광화학반응에 따른 오존생성잠재력과 강한 풍속 등은 농도 저하요인으로 작용하고 있는 것으로 파악되었다.
- 즉, 중복 재현성 = (|X 1 - X 2 |/X) × 100 (%)로 표현되며, 여기서 X 1은 첫 번째 시료의 측정치, X 2는 두 번째 시료의 측정치, X는 두 시료의 평균값을 나타낸다. 본 연구에서는 총 25쌍의 시료를 동일한 분석방법으로 분석한 결과 전반적으로 benzene, toluene, TCE 등과 같이 환경적으로 중요한 독성 VOCs 물질들은 평균중복재현성이 20% 이내의 양호한 결과를 나타냈다. EPA TO-17 시험법에 따르면 중복 재현성은 30% 이내 수준을 유지하도록 권고하고 있다(US EPA, 1997).
- 6 ppb)을 적용하고 있다 (IARC, 2017). 본 연구에서의 측정결과 평균농도가 약 0.1 ppb로 일본의 대기환경기준에 훨씬 못 미치는 수준으로 포항지역에서는 TCE를 사용하는 사업장의 영향은 거의 없는 것으로 보아진다.
- 본 연구에서의 하루 중 VOCs 농도 변동 양상을 전반적으로 살펴보면 포항지역의 경우 장흥동을 제외한 나머지 지역에서 대부분 오전에 농도가 높고 오후에 농도가 감소하다가 저녁 시간에 농도가 다시 상승하는 경향을 보였으며, 경주지역의 경우 오전에 농도가 가장 높고 이후 농도가 감소하는 경향성을 보였다. BTEX 그룹 중 benzene은 포항의 세 지점 모두 오전에 농도가 가장 높고 오후에는 농도가 감소하는 경향을 보였다.
- , 2016). 셋째, 서로 다른 시기에 측정된 결과를 직접 비교하는 데는 근본적으로 무리가 있다.
- 셋째, 하루 중 VOCs 농도 변동 양상을 살펴보면 장흥동을 제외한 나머지 지역에서 대부분 오전 시간대의 농도가 높고 오후에 농도가 감소하다 저녁시간대에 농도가 다시 상승하는 경향을 보였다. 장흥동의 경우 benzene을 제외한 다른 물질의 경우 저녁 시간대를 포 한 오후에 농도가 상승하는 경향을 나타냈다.
- 또한 바다에 가까운 죽도동과 해도동의 경우 풍향이 농도 변동에 영향을 주는 요인으로 나타난 반면, 비교적 내륙에 위치한 장흥동에서는 풍향의 영향은 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 이와 같이 주성분 분석을 통하여 포항지역의 VOCs 농도 변동에 미치는 영향 요인을 분석한 결과 자동차 배기가스 및 산업체의 화석연료 사용과 각종 유기용제의 비산배출은 농도 증가 요인으로 작용하는 반면, 하절기의 광화학반응에 따른 오존생성잠재력과 강한 풍속 등은 농도 저하요인으로 작용하고 있는 것으로 추정된다.
- 이는 산단 지역의 영향이 다른 지점보다 강하다는 것을 대변하고 있다. 전체적으로 benzene의 경우 가을철의 농도가 가장 높았고, toluene의 경우 봄과 여름철이 높았다. 또한 ethylbenzene과 m,p-xylenes의 경우 여름철의 농도가 다른 계절에 비해 높은 농도 분포양상을 보였다.
- 따라서 표 4에는 두 연구에서 일치하는 물질을 대상으로 3가지(검출빈도, 고농도, 독성) 측면에서 중요한 물질 8개를 골라서 각각의 평균과 표준편차를 함께 나타내었다. 전체적으로 죽도동과 장흥동 모두 2002년보다 2010년에 평균농도는 다소 증가한 것으로 보인다. 2010년의 BTEX 농도가 2002년의 농도보다 높게 나타난 것은 포항지역 산업 현장에서의 배출량 증가에 따른 것으로 판단된다.
- Naphthalene의 경우 주요배출업종이 코크스, 연탄 및 석유 정제품 제조업이나 화학물질 및 화학제품 제조업으로 benzene과 유사하다. 제철산단이 있는 광양과 포항지역의 나프탈렌 농도가 울산이나 구미지역보다 높은 것으로 나타났다. 그 밖에 포항 지역 대기 중의 toluene, ethylbenzene, m,p-xylenes, TCE, carbon tetra chloride, MTBE 등은 국내 타 산단 지역에 비해 대체로 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.
- 주성분 분석 결과를 살펴보면 3개 지점 모두 VOCs 농도 변동의 대부분이 각종 유기용제 사용 및 자동차 배기가스와는 양의 상관성을 보이고 있어 이들 인자들은 대기 중 VOCs 농도의 증가요인으로 작용하고 있으나 POCP와는 공통적으로 음의 상관을 보이고 있어 POCP는 대기 중에서의 VOCs 농도 감소요인으로 작용하고 있음을 알 수 있다. 또한 주성분 분석 결과 benzene의 경우 포항지역 3지점 모두 차량연소 및 연료연소와 관련성이 높은 것을 알 수 있었다.
- 주성분 분석을 통하여 도출된 각 PC의 특성을 파악 함에 있어서 죽도동의 경우 PC1은 toluene, ethylbenzene, m,p-xylene 등의 방향족 화합물과 MTBE, NO2 등과 높은 상관성으로 보여 유기용제와 자동차 배기가스가 혼합된 주성분으로 판단하였으며, PC2는 PC1과는 독립적으로 benzene 및 SO2, NO2와 높은 상관성을 나타내어 화석연료 연소 관련 주성분으로 특징지었다. PC3은 동서풍 및 남북 풍 등 풍향에 밀접한 요인으로 보았으며, PC4는 대부분의 VOC가 오존과 음의 상관을 보여 오존생성잠재력(photochemical ozone creation potential, 이하 POCP)관련 요인으로 판단하였다.
- 7 이상의 높은 상관성을 보였다. 죽도동의 경우 ethylbenzene 및 m,p-xylenes는 hexane과 0.8 이상의 높은 상관성을 보였고, 해도동의 경우 ethylbenzene 및 m,p-xylenes는 toluene과 높은 상관성을 보였다. Benzene은 흔히 BTEX 그룹으로 통칭되고 있으나 다른 세 물질과는 높은 상관성을 보이지는 않았다.
- 첫째, 포항지역에서는 1급 발암성 물질인 benzene의농도가 0.7 ppb 이하로 나타나 국내 대기환경 기준을 만족하는 수준으로 나타났다. BTEX 그룹 중 toluene의 경우 평균농도 1 ppb 이상으로 측정한 VOCs 중에서 가장 높은 농도를 나타내었다.
- 그러나 오존과 미세먼지를 제외한 다른 기준성 물질과는 대부분 양의 상관성을 나타냈다. 특히 철강산단의 조업활동의 영향이 클 것이라 판단되는 SO2의 경우 죽도동에서 benzene과 높은 상관성을 보이며, 휘발유 첨가제로 사용되는 MTBE의 경우 NO2와 비교적 높은 상관성을 보였다.
- 따라서 VOCs 물질 간의 관련성을 파악하기 위하여 상관성 분석을 하였으며 그 결과를 표 5에 나타내었다. 포항지역 ethylbenzene과 m,p-xylenes의 경우 세 지점 모두 0.9 이상의 높은 상관성을 보였고, 또한 두 물질은 1,2,4-trimethylbenzene (124TMB)과 0.7 이상의 높은 상관성을 보였다. 죽도동의 경우 ethylbenzene 및 m,p-xylenes는 hexane과 0.
- 표 3에는 각 측정지점에서의 평균, 표준편차, 최댓값 및 검출빈도를 나타내었다. 포항지역과 대조지점 전체자료를 살펴보면 BTEX 그룹(benzene, toluene, ethylbenzene, m,p-xylenes)의 경우 99% 이상의 검출빈도를 보여 대기 중에서 늘 상존하는 물질임을 파악할 수 있었다. Hexane의 경우 98% 이상의 높은 검출빈도를 보여 유기용제 사용 빈도가 높은 것을 알 수 있었으며, 휘발유의 연소효율 향상과 일산화탄소 배출감소를 위해 연료첨가제로 사용되는 methyl tert butyl ether (이하 MTBE)의 경우 포항지역과 대조지점 모두 검출빈도가 90% 이상인 것으로 보아 자동차 배기가스의 영향이 감지되고 있는 것을 알 수 있다.
- VOCs 분석방법의 재현성은 표준혼합시료에 대한 감응계수 (Response Factor, 이하 RF)에 대한 상대표준 편차 (Relative Standard Deviation, 이하 RSD)로 평가하였다. 표준시료를 이용한 외부보정법에 대한 재현성 평가는 표준물질 100 ng (benzene기준)을 함침하여 하루 중 7회 분석하여 평가한 결과 대부분의 RSD가 20% 이내로 나타났으며 미국 EPA TO-17에서 제시하고 있는 권고치 20%를 만족하였다.
- BTEX 그룹과 달리 MTBE는 가을과 겨울철이 죽도 동과 해도동의 농도가 장흥동에 비해 상대적으로 높은 농도수준을 보였다. 화석연료의 불완전 연소와 밀접한 관련이 있는 다환방향족탄화수소 (polycyclic aromatic hydeocarnons, 이하 PAH) 중 휘발성이 가장 강한 물질 인 naphthalene의 경우 가을과 여름철이 높았고, 장흥동이 다른 지점에 비해 상당히 높은 수준을 보였다. 장흥동의 naphthalene 농도가 높게 나타난 것은 석탄을 많이 사용하는 포항지역 제철산업의 특성과 무관하다고 할 수 없다(Baek, 1999).
후속연구
- 기상자료의 경우 전반적으로 풍속과는 음의 상관성을 보였으며, 온도와 습도 및 풍향은 VOCs 농도에 특징적인 영향을 주지는 않는 것으로 나타났다. 따라서 대기 중 VOCs는 화석연료의 연소에 밀접한 관련이 있는 대기오염물질과는 다른 거동을 하는 것으로 보이며 향후 정책수립에 있어서 연돌 중심의 고정오염원과는 달리 산업체의 공정 및 비산배출 현상을 중점적으로 고려하여야 할 것으로 사료된다.
- 포항지역 대기 중 VOCs 농도 수준을 문헌상 보고된 타 지역 자료와의 비교에 있어서는 몇 가지 문제점으로 인해 신중한 주의가 필요하다. 첫째, 본 연구의 결과는 2010년 가을과 겨울, 2011년 봄과 여름의 4계절을 측정한 자료이며, 타 연구에서는 4계절이 아닌 특정된 계절에 제한된 자료 수로 보고된 사례가 많다는 점이다. 다른 연구자의 자료를 인용함에 있어서 각 지역별 평균농도는 자료 수가 적을 경우 평균농도가 과대평가될 수 있다.
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