초록 ▼

본 연구는 국내에서는 최초로 농촌지역에서 이루어지는 생활폐기물 및 영농 폐비닐 등의 불법소각 및 바이오매스의 소각에서 발생되는 미세분진 및 독성금속의 배출량을 평가하고자 하였는데, 이는 보건·환경적 측면에서 상대적으로 소외되고 있는 농촌 지역에 대한 기초적인 데이터 생산의 측면에서 매우 중요하다. 따라서 논산시 농촌지역에서 대기 중 미세분진(PM2.5) 시료를 주기적으로 채취하는 한편, 모의 소각로를 자체 제작하였고 배출된 폐기물을 수거하여 소각실험을 수행하였다. 독성금속을 포함한 미량성분 분석법으로써 중성자방사화분석과 CCT-IC

본 연구는 국내에서는 최초로 농촌지역에서 이루어지는 생활폐기물 및 영농 폐비닐 등의 불법소각 및 바이오매스의 소각에서 발생되는 미세분진 및 독성금속의 배출량을 평가하고자 하였는데, 이는 보건·환경적 측면에서 상대적으로 소외되고 있는 농촌 지역에 대한 기초적인 데이터 생산의 측면에서 매우 중요하다. 따라서 논산시 농촌지역에서 대기 중 미세분진(PM2.5) 시료를 주기적으로 채취하는 한편, 모의 소각로를 자체 제작하였고 배출된 폐기물을 수거하여 소각실험을 수행하였다. 독성금속을 포함한 미량성분 분석법으로써 중성자방사화분석과 CCT-ICP-MS를 이용하였고, 예비실험을 통하여 최적 분석 조건을 도출하였는데, 인증표준물질을 이용하여 분석법의 유효성을 평가한 결과, 대부분의 원소들의 상대오차와 상대표준편차가 10% 미만으로 나타나 미량원소의 측정값들이 매우 정확하고 정밀한 것으로 판단되었다. 시험용 연소장치인 모의 소각로는 US EPA에서 노천소각 배출량 산정을 위해 개발한 장치를 본 과제의 목표에 적합하도록 개조하여 설계, 제작하였다. 미세분진 시료의 채취 지점을 중심으로 하여 인근에 배출된 폐기물 시료를 수거하여 성상분석을 실시하였는데, 영농 기자재 등에서 기인한 비닐, 플라스틱류(60.1%) 중에서도 영농 폐비닐류가 특히 많았다. 불법 노천소각 과정에서 배출된 성분분석 결과, 원소별 산술평균농도가 10^-1~10⁴ mg/kg의 범위에 분포하고 있는데, 크기순으로 나열하면 Se, Ca이 10^-1 mg/kg 범위에, Cd, Co, Ni, V, Pb, Ba, Cr, As, Mn, Ti은 10⁰~10² mg/kg, 마지막으로 Mg, Fe, Cu, K, Na, Zn, Al이 10³ mg/kg 이상의 가장 높은 수준으로 존재하였다. 독성금속류 원소들의 배출농도는 As, Cd, Cr, Ni, Pb, V, Zn가 각각 236 ± 114, 4.93 ± 3.94, 632 ± 172, 22.9 ± 14.0, 156 ± 109, 52.6 ± 22.7, 13520 ± 6158 mg/kg으로 나타났다. 대기 중 PM2.5의 산술평균 농도는 20.1 ± 10.1 μg/m³ (2.9 ~ 53.9 μg/m³)로, 평균농도는 국내 연평균기준(25 μg/m³)을 만족하였으나, 일평균농도는 24시간 기준(50 μg/m³)을 두 차례나 초과하였고 모두 겨울철에 발생하였다. 대기 중 PM2.5는 크게 탄소, 이온 그리고 금속 성분 등으로 구성되므로, 본 연구에서는 반사율을 이용하여 black carbon을 측정하였고, IC를 이용하여 NO₃^-, SO₄^2-, NH₄⁺를, INAA와 CCT-ICP-MS를 이용하여 금속성분을 정량분석 하였다. Black carbon의 산술평균 농도는 3.26 ± 1.51 μg/m³ (0.80 ~ 8.95 μg/m³), 주요 2차상 수용성 이온 성분은 각각 NO₃^-가 6.52 ± 4.58 μg/m³, SO₄^2-가 4.41 ± 3.22 μg/m³, 그리고 NH₄⁺이 3.73 ± 2.78 μg/m³)인 것으로 나타났다. PM2.5와 각 성분 사이에 black carbon이 0.622, NO₃^-는 0.584, SO₄^2-와 0.593, 그리고 NH₄⁺이 0.613의 상관계수를 보였으며(p<0.01), 특히, NH₄⁺과 NO₃^-(0.892), NH₄⁺과 SO₄^2-(0.877)와의 상관성이 매우 높은 것으로 나타나, 연구대상지역의 대기 중 PM2.5 내 이온 성분은 대부분 (NH₄)₂SO₄와 NH₄NO₃의 결합 형태로 존재하는 것으로 판단된다. 미량성분들은 10^-3~10⁴ ng/m³의 범위에 넓게 산포되어 있었고, 지각구성원소가 가장 높은 범위(>10² ng/m³)에, As, Cr, Ni, Mn, Pb, V, Zn 등과 같은 독성 중금속류가 중간 범위(10⁰~10² ng/m³), 가장 낮은 영역에 희토류 원소가 분포하였다. 부화계수 산정 결과, 지역 특성 및 내제된 불확실성을 고려하면 As, Br, Cl, Cr, K, Zn는 인위적 오염원의 영향을 받은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 농촌지역에서의 미세분진과 이온 및 금속성분 분석자료를 이용하여 PMF를 수행하였고, 그 결과, secondary aerosol(34.4%), soil/road dust(20.1%), biomass burning(16.9%), incineration/fuel combustion(13.2%), vehicle exhaust(12.2%), sea-salt(3.17%)의 6개 오염원을 분류하였으며, 예측한 PM2.5 질량농도는 측정된 질량농도의 94.0%를 설명하고 있었다. 즉, biomass burning과 incineration/fuel combustion이 전체 오염원 기여도의 30.2%를 차지하는 것으로 나타나 일련의 연소 기작이 농촌지역 대기질에 영향을 미치고 있음을 확인하였으며, 농촌지역에서 가장 효율적인 관리 대상 오염원으로써 불법소각을 고려할 수 있다. 농촌지역에서는 상시 배출되는 소량의 폐비닐이나 농약빈병은 여전히 소각 혹은 불법투기 등 자가처리하는 경향이 있으므로 지역 주민들의 의식제고가 필요하다. 또한 재활용 분리수거 정책과 맥락을 같이 하는 농업 폐자재의 배출요령에 대한 꾸준한 홍보와 마을공동집하장에 분리배출 수거함 설치, 분리수거보상제 도입 등의 유인책을 활용하여 분리 배출을 정착시켜야 한다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• III. 연구성과 ... 9