초록 ▼

IV. 연구결과
가. 도시지역 HAPs 관리 전략 수립을 위한 특성 규명 방안 검토
○ 도시지역의 유해대기오염물질 분포 특성이 반영될 수 있는 유해대기오염물질 모니터링 지점 선정

① 측정지점
국내외 측정망과 국가산단 HAPs 모니터링 사업에 대해서 살펴보았으며, 이를 토대로 도시지역 HAPs 모니터링 지점 선정안을 제시하고자 한다. 과업지시서를 토대로 아래 사항에 대해 중점적으로 검토하였다.
- 지역 내 고정, 이동, 면오염원 등의 특성을 반영하고 지리적, 인구계층적 특성이 반영될 수 있는 모니터링

IV. 연구결과
가. 도시지역 HAPs 관리 전략 수립을 위한 특성 규명 방안 검토
○ 도시지역의 유해대기오염물질 분포 특성이 반영될 수 있는 유해대기오염물질 모니터링 지점 선정

① 측정지점
국내외 측정망과 국가산단 HAPs 모니터링 사업에 대해서 살펴보았으며, 이를 토대로 도시지역 HAPs 모니터링 지점 선정안을 제시하고자 한다. 과업지시서를 토대로 아래 사항에 대해 중점적으로 검토하였다.
- 지역 내 고정, 이동, 면오염원 등의 특성을 반영하고 지리적, 인구계층적 특성이 반영될 수 있는 모니터링계획 수립 및 실측 방법 연구
- 도시 HAPs 주요배출원, 물질, 지역 내 주요 배출원, 기존 자료를 이용한 지역 중심의 오염물질 특성 파악 툴(tool) 마련

본 연구에서는 국내 대표적인 대도시인 수도권(서울, 인천, 경기)을 대상으로 HAPs 모니터링 계획 수립 시 고려할 사항에 대해서 정리하고 효과적인 모니터링을 위한 방법론을 제시하고자 한다. 장기적으로는 HAPs 집중 모니터링을 위한 시료채취지점 선정(지점수), 물질별 시료채취 방법과 채취주기 등에 대한 가이드라인이 마련되어야 할 것이다.

기존 국내에서 수행된 HAPs 모니터링 사업이나 개별 연구에서는 지역 특성을 반영하여 모니터링 지점을 선정하였으나, 이러한 지역특성을 체계적으로 파악하고 정리하는 데는 미흡한 측면이 있다. 향후 도시지역 HAPs 모니터링 사업에서는 지리정보시스템(GIS)을 이용하여 모니터링 지역의 각종 정보를 정리하고, 위성자료와 항공사진을 이용하여 지역 특성을 자세히 파악하여 모니터링 지점을 선정할 필요가 있다.

기본적으로 모니터링 지역의 행정구역별 인구수(연령대, 성별 분류), 인구밀도, 자동차 등록대수, 점오염원, 면오염원, 도로의 위치정보를 수집한다. 도시대기측정소, 유해대기측정소, 대기중금속측정소의 위치를 파악한다. 만약 해당지역에 HAPs 배출량 자료가 있는 경우에는 이를 반영하고, 필요시 연소 부산물이나 입자상 물질 등을 고려하여 기존 배출량 통계자료(CAPSS) 등을 활용한다. 또한 기존 측정망(유해대기, 중금속, 도시대기) 자료를 분석하여 HAPs와 기준성대기오염물질(SO₂, CO, O₃, NO₂, PM₁₀)의 농도분포를 파악하고, 기존 측정소가 해당 지역의 HAPs 오염특성을 반영하기에 적합한지 판단한다. 이러한 과정으로 수집한 자료는 모두 데이터베이스화(DB)하고 GIS 소프트웨어를 이용하여 공간자료를 생성한다.

또한 해당지역의 기상자료를 수집하여 계절별로 분석하여 계절별 주풍향과 배출원의 위치를 고려하여 측정지점에 미칠 영향을 예측한다. 필요한 경우, 대기확산모델을 이용하여 주요 배출원의 영향권역을 파악한다.

본 연구에서는 위에 열거한 사항을 종합하여 수도권을 대상으로 단계적인 검토를 통해 다수의 시료채취지점 후보군을 선정하고, 모니터링 사업의 규모(예산)와 목적에 맞게 측정지점을 선정하는 방법을 제시하였다.
이와 함께 간이채취기를 활용하여 hot spot을 파악하고, 최적 측정소 위치를 선정하는 방법론을 제시하였다.

② 측정지점 선정 기준
위에서 언급한 바와 같이 측정지점을 선정하기 위해서 기존에 수도권에 설치된 측정망 현황(유해대기, 대기중금속, 도시대기측정망 위주)을 파악하고, 모든 측정소의 입지조건을 검토한다. 이 때 위성자료(항공영상)를 활용하여 주변 입지조건을 확인한다. HAPs 측정지점 선정을 위한 적합성 평가기준을 마련하고, 이를 충족하는 세부 행정구역을 검토한다. 기존 측정망(유해대기, 대기중금속, 도시대기) 지점이 기준을 충족하는 행정구역 내에 위치할 경우, 우선적으로 HAPs 측정지점으로 선정한다.

③ 측정항목: key toxics + 디젤파티클 + proxy BC
○ 주요 HAPs의 배출 자료를 이용한 조사대상 도시지역 HAPs의 공간 분포 특성과 발암/비발암 위해성 조사
현재까지 이루어진 유해대기오염물질(HAPs)조사 연구는 주로 대규모산업시설이 밀집되어 있는 산업지역에서 많은 연구가 있었다. 이는 산업단지 주변에 주거지역으로 유입되어 건강상 위해를 조사하기 위함이었다.

본 연구에서 이루어진 위해성 평가결과와 선행연구의 결과의 차이는 위해성평가를 위한 노출인자 설정값과 연구에 사용된 노출계수의 차이를 들 수 있다. 기존연구의 체중구별과 호흡율을 본 연구에서 수행한 위해성 평가에서는 체중을 남자, 여자 모두에게 15세미만, 15~64세, 65세 이상의 설정값을 부여하였고, 호흡율 또한 같은 구분으로 설정하여 대표값을 설정하여 인구집단의 특성을 더욱 고려한 위해성 평가를 수행하였다.

① VOCs 평가결과
- 발암성 VOCs
단위위해도 값에 대상물질의 월별 평균 농도를 곱하여 평균 및 최대 위해성을 고려하였을 때, 모든 벤젠, 클로로포름, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 카본 테트라클로라이드, 1,3-부타디엔의 전 대상 물질에서 허용위해도 (1.0E-06)를 초과하지 않았다.

연령과 성별에 따른 위해도 값을 산출하여 평균 및 최대 위해성을 고려하였을 때, 벤젠, 테트라클로로에틸렌, 카본 테트라클로라이드, 1,3-부타디엔에서전 연령 및 남녀 모두에서 허용위해도를 초과하였으며, 나머지 클로로포름과 트리클로로에틸렌의 경우 성인(15~64세) 및 노인(65세 이상) 남녀의 평균 위해도 값을 제외한 대부분의 경우에서 허용위해도를 초과하는 것으로 나타났다.
- 비발암성 VOCs 모든 물질은 전 지역에서 최대 및 평균 위해성을 고려하였을 때 기준 위해 지수(Hazard Quotient =1)를 초과하지 않았다.

② PAHs 평가결과
다음은 발암성 PAH에 대한 발암 위해도를 나타내었다. PAH의 경우 평균 및 최대 위해성을 고려하였을 때, 크리센, 벤조(k)플루오랜테인, 인데노(123,-cd)피렌을 제외한 벤조(a)안트라센, 벤조(b)플로우랜테인 서울, 경기지역, 다이벤조(a,h)안트라센, 벤조(a)피렌에서 모두 기준 허용위해도(1.0E-06)을 초과하였다.
크리센의 경우 평균, 최대위해성 모두 기준 허용위해도를 초과하지 않는 것으로 나타났다.

연령과 성별에 따른 위해도 값을 산출하여 평균 및 최대 위해성을 고려하였을 때, 모든 대상물질에 대해서 전 연령 및 남녀 모두에서 허용위해도를 초과하는 것으로 나타났다.

③ 지역별 위해도 순위평가 (서울, 인천, 경기)
서울, 인천, 경기에서의 발암물질군의 벤조(a)피렌, 다이벤조(a,h)앤트라센, 벤조(b)플루오랜테인의 경우 일반 risk 및 성별, 연령대 구분에 따른 위해도 모두에서 허용위해도(1.0E-06)을 초과하는 것으로 나타났다. 하지만 그 이외 물질은 일반 risk 값에서는 허용위해도 미만으로 나타났으나, 성별, 연령대별 구분으로 산출한 위해도 값에서는 모든 물질에서 허용위해도 값을 초과하는 것으로 나타났다. 비발암군의 위해지수는 모든 물질에서 기준 위해지수(1)를 초과하지 않았다.

나. 도시지역 HAPs 관리를 위한 각 배출원별 저감 계획 마련
○ 오염원으로 발생하는 위해성을 감소시키기 위한 전략개발 및 달성여부 평가 tool 개발
① 특정대기유해물질의 관리현황
HAPs의 규제는 1963년 미국의 대기정화법(Clean Air Act)이 발효되면서 세계 최초로 시작되었고, 독일은 1986년, 영국은 1990년, 일본은 1995년부터 실시하였다. 우리나라는 대기환경보전법에 대기오염의 원인이 되는 총 52종의 물질을 대기오염물질로 정의하고, 이들 중에 사람의 건강·재산이나 동·식물의 생육에 직접 또는 간접으로 위해를 줄 우려가 있는 35종의 대기오염물질을 특정대기유해물질(HAPs)로 지정하고 일반 대기오염물질보다 더 엄격하게 관리하고 있다.

특정대기유해물질의 지정은 1978년에 중금속 및 무기물질을 중심으로 16종을 지정하였고, 1998년에는 유기물질까지 확대하여 25종을 지정하였으며, 2005년도에 10종을 추가 하는 대기환경보전법 시행규칙을 통해 특정대기유해물질을 총 35종으로 확대 지정하였다. 이들 중 휘발성유기화합물질(VOCs) 7종과 악취 관리대상물질 2종은 특정대기유해물질과 중복된다.

특정대기유해물질의 관리는 일반대기 중에서의 오염물질 모니터링과 발생원에서의 배출저감을 통해 관리하고 있는데, 대기환경보전법 시행규칙 제 11조에 의해 대기오염도 현황을 파악하고, 대기질 개선대책에 필요한 기초자료를 확보하기 위하여 환경부 및 지방자치단체에서 지역대기, 도로변, 산성강하물, 국가배경, 지역배경, 중금속, 유해대기, 광화학오염물질, 시정거리, 지구대기측정망 등 총10개 종류의 대기오염 측정망을 설치하여 93개 시·군 449개소(2011. 11월 기준)에서 운영하고 있다. 이러한 측정망 중에서 중금속, 유해대기, 광화학오염물질 측정망에서 유해대기오염물질 관련 항목들을 측정하고 있다.

유해대기측정망은 도시지역(인구 50만 이상), 공단지역, 녹지지역 및 주거지역 등으로 구분하여 1,1-Dichloroethane, Chloroform, Methyl chloroform, Benzene, Carbontetrachloride, Trichloroethylene, Toluene, Tetrachloroethylene, Ethylbenzene, m,p-Xylene, Styrene, o-Xylene, 1,3-Butadiene 등 13종의 VOCs와 Benzo(a)anthracene, Chrysene, Benzo(b)fluoranthene, Benzo(k)fluoranthene, Dibenzo(a,h)anthracene, Indeno(1,2,3-cd)pyrene, Benzo(a)pyrene 등 7종의 PAHs 오염물질을 측정하고 있으며, 대기 중금속측정망은 납, 크롬, 카드뮴, 니켈, 구리, 망간 등 6종을 모니터링 하고 있다. 이들 자료들은 대기환경월보, 연보 등을 통해 보고되고 있다.

② 휘발성유기화합물질(VOCs)의 관리
대기환경보전법에서는 37개 물질을 휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compounds)로 지정하고, 대기환경규제지역 및 대기보전특별대책지역에서 이런 물질들을 특별히 관리하고 있다. 휘발성유기화합물질 중의 13종은 앞에서 설명한 것처럼 특정대기유해물질과 중복된다. 휘발성이 강한 유기화합물질 중 많은 수가 유해성이 높으며, 따라서 휘발성물질들은 일반적으로 유해대기오염물질과 중복되는 경우도 있다.

③ 유해대기오염물질의 배출량 조사
유해대기질 개선대책 등에 필요한 자료를 확보하기 위한 유해대기오염물질 배출량 조사는 대기환경보전법 제17조에 의한 “대기오염물질의 배출원 및 배출량 조사”와 유해화학물질관리법 제14조2에 의한 “화학물질의 유통량 및 배출량 조사”로 실시하고 있다.

대기배출원조사는 매년 1~5종 사업장에 대해 배출허용기준이 설정되어 있는 항목에 대해서만, 1999년부터 SODAM(Source Data Program)을 이용하여 조사하고 있다.

화학물질의 유통량 및 배출량조사 시스템(PRTR, TPollutant Release and Transfer Registers)은 미국(TRI : Toxics Release Inventory)에서 1987년 처음 시작한 이래 화학물질 배출량 감축에 획기적인 결과를 유도하여 전 세계의 여러 국가들이 채택하여 시행하고 있는 제도이다. 우리나라는 1996년 시범실시하였고, 현재는 매년 실시하여 조사결과 보고서를 인터넷으로 공개하고 있다.

④ 유해대기오염물질 배출사업장의 관리
발생원에서의 특정 유해물질의 규제는 배출허용기준과 배출시설 관리강화 입지제한 등을 통해 관리하고 있는데, 대기환경보전법 시행규칙 별표8, 대기보전특별대책지역관리를 위한 환경부고시 및 악취방지법, 폐기물관리법에서 대기오염물질들에 대한 배출허용기준을 설정하고 있다.

염화수소, 이황화탄소, 포름알데히드, 불소화합물, 시안화수소, 벤젠, 페놀화합물, 수은화합물, 비소화합물, 염화비닐 등의 가스상 물질과 카드뮴 및 그 화합물, 납 및 그 화합물, 크롬 및 그 화합물, 구리 및 그 화합물, 니켈 및 그 화합물 등의 입자상물질과 다이옥신의 배출허용기준이 각각의 배출원에 대하여 정해져 있다.

시설관리기준(안)은 공통기준과 시설관리기준으로 나누어져 있는데, 각각의 업종과 배출시설에 대한 유해대기오염물질 비산특성을 고려하여, 그 배출을 최대한 억제하기 위한 기준으로 구성되어져 있고, 기록하여 보고하는 절차와 방법도 규정하고 있다.

○ 도시지역에서의 HAPs 배출 특성
① 산단 배후 도시(국립환경과학원, 2011b)
시화·반월지역의 2005년도 화학물질 배출량조사 결과의 개요를 살펴보면, 32개 업종의 2,741개사업장에서 취급한 화학물질은 112,678 톤인데, 환경으로 배출된 양은 212종 47,299 톤으로 취급량의 42%이다. 전체 배출량의 99.5%가 대기로 배출되었고, 대기배출량은 대기오염방지시설(36.9%), 코팅공정(31.0%), 이송·운반·분배·계량시설(9.1%)이 전체의 77.0%를 차지하며, 대기배출량의 48.9%인 23,016 톤이 점오염원에서, 51.1%인 24,032 톤이 누출∙비산오염원에서 배출된 것으로 나타났다.

여수·광양지역의2006년도 화학물질 배출량조사 결과의 개요를 살펴보면, 33개 업종의 2,769개사업장에서 취급한 222종의 화학물질을 조사하였다. 화학물질 취급량은 118,116 톤이며, 환경으로 배출된 양은 214종 47,796 톤으로 취급량의 약 40%이다. 화학물질의 매체별 배출량을 보면, 전체 배출량의 99.6%가 대기로 배출되었는데, 기타 운송장비제조업에서 가장 많이 배출되고 있으며, 배출공정은 대기오염방지시설(37.2%), 코팅공정(31.1%), 이송·운반·분배·계량시설(8.3%), 열처리공정(5.0%)으로 전체의 81.6%를 차지하며, 대기배출량의 51.5%인 24,518 톤이 점오염원에서, 48.5%인 23,080 톤이 비산오염원에서 배출된 것으로 나타났다. 화학물질 종류별로는 유독물인 xylene(25.9%), toluene(15.8%), methanol(10.2%)이 가장 많이 배출 되었고, 상위 10개 화학물질이 전체배출량의 81.3%를 차지한다.

울산지역의 2007년도 TRI 결과의 개요를 살펴보면, 33개 업종의 3,012개 사업장에서 취급한 219종의 화학물질을 조사하였다. 화학물질 취급량은 약 127,820 천톤이며, 환경으로 배출된 양은 약 47,688 톤으로 취급량의 약 0.037%이다. 화학물질의 매체별 배출량은 전체 배출량의 99.5%가 대기로 배출되었는데, 기타 운송장비 제조업에서 가장 많이 배출되고 있으며, 배출공정은 대기오염방지시설(34.7%), 코팅공정(33.5%), 이송·운반·분배·계량시설(7.8%), 혼합공정(5.6%)으로 전체의 81.6%를 차지하며, 대기배출량의 45.7% 인 21,692톤이 점오염원에서, 54.3%인 25,740 톤이 비산오염원에서 배출된 것으로 나타났다. 화학물질 종류별로는 유독물인 xylene(28.5%), toluene(14.4%), methanol(10.0%)이 가장 많이 배출 되었고, 상위 10개 화학물질이 전체배출량의 82.1%를 차지한다.

구미지역의 2008년도 화학물질 배출량조사 결과의 개요를 살펴보면, 34개 업종의 2,945개 사업장에서 취급한 215종의 화학물질을 조사하였다. 화학물질 취급량은 약 129,345 천톤이며, 환경으로 배출된 양은 204종 물질의 약 47,625톤으로 취급량의 약0.037%이다. 전체 배출량의 99.7%가 대기로 배출되었는데, 운송장비 제조업에서 가장 많은 34.1%를 배출하고 있으며, 화학물질 및 화학제품 제조업(10.5%), 자동차 및 트레일러제조업(9.4%), 고무 및 플라스틱 제조업(8.4%), 전자제품, 영상, 음향 및 통신장비 제조업(4.5%) 등 5개 업종에서 전체 배출량의 66.9%인 31,835톤을 배출한다. 배출공정은 코팅공정(40.2%), 환경오염방지시설(33.1%), 이송·운반·분배·계량시설(6.9%), 혼합공정(4.7%)으로 전체의 84.9%를 차지하며, 대기배출량의 42.3%인 20,105 톤이 점오염원(대기오염방지 시설, 공정배기 등)에서, 57.7%인 27,369 톤이 비산오염원(밸브, 플랜지 등에서 배출된 것으로 나타났다. 가장 많이 배출되는 특정대기유해물질은 2009년 기준으로 trichloroethylene이 약 54 톤, tetrachloroethylene이 약 22 톤으로 전체 특정대기유해물질의 88.4%를 차지하는 것으로 나타났다.

② 수도권
자동차에서 배출되는 유해대기오염물질은 가스상 물질과 입자상 물질로 구분되어 진다. 가스상 물질에는 벤젠, 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소와 그 유도체로 이루어진 VOCs와 독특한 냄새가 나는 알데히드류가 있으며, 입자상물질(PM)은 용해성 유기화합물과 비용해성 유기화합물로 구분되어진다. 용해성 유기화합물에는 인체에 심각한 악 영향을 미치는 다수의 발암성 물질 벤조(a)피렌, 크실렌 등 다환방향족 탄화수소가(PAHs)가 포함되어 있으며, 비용해성 물질에는 금속 등 무기물이 포함되어 있다(국립환경과학원, 2006).

유해대기오염물질 (HAPs, Hazardous Air Pollutants)은 종류가 매우 다양하여 적절한 관리가 어렵고 일반적으로 대기 중에 매우 낮은 농도로 존재하므로 측정과 분석이 어려워 그 위해성을 평가하기가 쉽지 않아 다른 물질보다 더 많은 연구와 관심의 대상이다. 이동오염원에서 배출되는 유해대기오염물질 (HAPs, Hazardous Air Pollutants) 인 휘발성유기화합물 (VOCs, Volatile Organic Compounds), 다환방향족탄화수소 (PAHs, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) 및 알데히드류 (aldehyde) 등에 대한 배출계수 및 배출량산정을 통해 환경기준 설정을 위한 관리방안 마련이 시급하다. 국민들의 삶의 질 향상에 따라 도로 및 비도로 오염원을 포함하는 교통부문 오염원으로부터 인체에 미치는 위해성평가 연구가 필요하다. 따라서 자동차 유해독성물질 배출량 산정 및 시스템 구축 연구를 2011년부터 오토-오일 사업으로 추진하고 있다.

자동차 유해독성물질의 배출량에 따른 우선순위 분석은 미국의 디젤자동차와 휘발유자동차에서 배출되는 33개 유해독성물질을 고려하여 35개 물질에 대한 배출량에 따른 우선순위를 분석하였다. 분석 결과 Toluene의 배출량이 864.3톤/년으로 가장 많이 배출되는 것으로 나타났으며, 자동차의 유해독성물질의 배출은 Aromatic 계열과 Aldehyde 계열의 물질에서 많은 배출을 나타내었다.
배출량의 따른 우선순위는 Toluene, Acrolein, Acetaldehyde, Formaldehyde, Propionaldehyde 순으로 나타났다.

국내 자동차에서 배출되는 유해대기오염물질에 대한 농도자료가 없어 위해도 평가를 위하여 유해대기오염물질별 배출량에 EPA(2011)의 URE와 RfC 지수를 적용하여 유해물질별 상대적 위해도 크기만을 비교 하였다. 발암성 물질의 위해도는 Formaldehyde, Napthalene, 1,3-Butadien, Benzene, Acetaldehyde가 전체 발암 위해도의 약 80%를 차지하며, 비 발암성 물질은 Acrolein이 절대적 위해도를 차지하는 것으로 나타났다.

○ 대기반응에 의한 이차대기오염물질 위해성 평가를 위한 측정 및 관리 방안
유해대기오염물질(Hazardous Air Pollutions; HAPs)은 일반적으로 환경대기 중에서 독성이 강하다고 알려진 물질들로서, 대기로 직접 배출되거나 대기로 배출된 HAPs들이 대기 반응을 통하여 이차생성 된다. 대기로 직접 배출되는 HAPs는 국가차원에서 특정대기유해물질이라고 지정하여 지속적인 모니터링과 함께 관리, 규제를 하고 있는 반면, 대기반응에 의해 생성되어지는 이차오염물질들에 대한 유해성 평가 및 관리는 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.

HAPs 중 유기오염물질들, 특히 PAHs 성분들은 대기로 배출된 후, 대기 중 여러 산화물질들과 함께 대기반응을 일으키면서 이차물질들을 생성한다(Atkinson and Arey, 1994). 대기반응에 의해 생성된 이차물질들은 기존 PAHs에 산화기 (-OH, -O)나 질산화기 (-NO₂, -NO₃)등이 결합되어 있는 산화성 PAHs (oxygenated-PAHs와 nitro-PAHs) 형태를 형성한다. 이차물질들은 반응물질인 기체상 PAHs에 비해 분자량과 극성이 증가하기 때문에 대기 중에 기체에서 입자로의 상변환을 통해 대기 미세먼지, 즉, 이차유기에어로졸 (Secondary Organic Aerosol: SOA)을 구성한다 (Lee and Lane, 2009; Lee and Lane, 2010).

국제 암기구센터 (International agency for research on cancer, IARC)에서는 총 953 종류의 화학물질에 대한 발암성 지표를 정리하였다. 이 중 산화성 PAHs 들은 총 25종이 등록되어 있고, 이 중 16종이 발암가능성 그룹 2로 지정되어 있다. IARC에 등록된 산화성 PAHs는 대부분 질산화기를 포함한 nitro-PAH 성분들이고, 산화기를 포함한 oxygenated PAH는 주로 산소 두 개가 결합한 형태의 PAH-quinone 성분이 등록되어있다.

HAPs로부터 인간건강을 지키기 위해서는 배출원으로부터 직접 배출되는 HAPs의 관리뿐만 아니라 산화성 PAHs와 같이 대기반응에 의해 형성되는 이차 생성물질들에 대한 위해성 평가 및 관리방안이 필요하다.

○ 배출원별 저감계획
현재 우리나라에서의 HAPs 배출은 주로 산업시설에서 배출되는 HAPs의 배출량과 배출허용기준에 초점이 맞추어져 있다.
현재 도시지역 HAPs의 주 배출원인 이동오염원에서 배출되는 HAPs의 종류와 배출량에 대한 연구가 2011년에 시작되어 아직 현황파악이 잘 되어있지 않은 상황이다. 더구나 자동차 외의 다른 오염원에 대한 실태파악은 거의 되어있지 않다. 또한 직접배출은 되지 않으나, 대기 중에서의 광화학반응에 의해 생성되는 이차오염물질 가운데에는 반응물질보다 위해성이 높은 물질이 상당히 있는 것으로 알려져 있지만, 이들 성분에 대한 현황파악은 국내에서는 거의 이루어지지 않고 있다.

따라서 현재로서는 HAPs 물질별 저감계획을 수립하기 보다는, 현황파악에 중점을 두는 것이 바람직하다. 그러나 현황파악이 잘 되지 않더라도 저감노력을 기울이는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 외국 사례를 참고하는 것이 적절할 것으로 보인다.

다. 유해대기오염물질의 인체 노출수준 평가 등 측정자료의 종합적 검토 및 해석
○ 유해대기오염물질 평가를 위한 대기오염 모델링
유해대기오염물질 모델링에 주로 사용되는 모델은 가우시안 플룸 확산모델과 3차원 광화학 모델(i.e., CMAQ)로 구분할 수 있다. 이들 모델은 배출원 기반(source-based) 모델로써 활용 시 기상자료, 지형자료, 배출 및 구체적인 화학(chemical-specific) 정보 등이 입력자료로 요구된다(AER, 2002).

앞선 기존연구 결과를 보면 일반적인 대기질 모델링과 마찬가지로 유해대기오염물질의 농도 예측을 위해서는 기본적으로 상세하고 정확한 배출량 및 기상 등 입력자료의 준비과정이 필요하다. AERMOD의 경우 전처리 프로그램인 AERMET과 AERMAP을 이용하여 각각 기상자료, 지형자료에 관한 자료가 생성된다. CMAQ은 MM5나 WRF 등의 기상모델에서 생성된 기상자료를 사용한다.

배출량 자료의 경우, AERMOD는 각 오염원의 형태에 따라 요구되는 자료 형태가 다르며, EMS-HAP(Emission Modeling System for Hazardous Air Pollutants; U.S. EPA, 2004b) 또는 SMOKE 등을 이용하여 준비할 수 있다(Mason et al., 2006). CMAQ의 경우 일반적으로 인위적, 자연적 배출량 자료를 배출량 처리 모델인 SMOKE 등을 통하여 시공간 할당 및 화학종 분류를 수행하여 CMAQ 입력자료를 준비한다.

AERMOD는 대기 중 자세한 화학과정 등을 모사에 반영할 수 없기 때문에 비교적 간단한 배출량 자료가 요구되지만 대기의 확산에 의존하여 결과값을 산출하므로 기상자료의 높은 신뢰도가 요구된다. 광화학 모델의 경우 대기 중 다양한 화학반응, 강우로 인한 침전, 바람에 의한 수송 등 다양한 연산을 위하여 복잡하고 상세한 입력자료가 요구된다. 또한 유해대기오염물질 모사의 경우 고해상도 모델링이 이루어져야 하는데 이 경우 요구되는 입력자료 또한 더욱 세부적인 자료가 요구된다. 현재 국내의 경우 이러한 상세한 입력자료가 마련되어 있지 않아 이를 위하여 상세한 배출량 인벤토리 마련 및 고해상도 기상입력자료 마련을 위한 UCM(Urban Canopy Model) 등에 대한 추가적인 연구를 통하여 개선·보완되어야 할 것이다.

유해대기오염물질 농도예측을 위한 모델링 시 적절한 대기질 모델 선택은 중요하다. NATA에서는 최종적인 예측농도 이용 방법에 따라 AERMOD와 CMAQ을 선택적으로 활용하고 있다. HEM의 경우 ISC 또는 AERMOD를 이용하여 노출정도를 평가한다. 이에 반해 CMAQ의 경우 반응성이 있는 물질을 대상으로 적용하고 있다(U.S. EPA, 2011).

농도예측을 위한 대상 지역의 수평적인 규모를 고려할 경우 AERMOD는 가우시안 플룸 모델의 특성상 적용 범위가 50km 이내로 한정된다. 2005년 NATA보고서에서는 CMAQ을 적용하여 미국 전체 또는 장거리 이동에 따른 농도를 추정하였다(U.S. EPA, 2011). 특히 CMAQ의 경우 지역규모(Regional scale)로써 배경농도 산정에 이용될 수 있다(U.S. EPA, 2012).
기존 국내연구를 토대로 볼 때 향후 진행되어야 할 연구는 다음과 같으며, 상세한 내용은 차례대로 제시하였다.

라. 국가 유해대기오염물질 관리 기본계획과 미국 등 선진국의 사례를 토대로 도시지역 HAPs 위해성 저감을 위한 연구 표준화 가이드라인 마련

○ 미국의 유해대기오염물질 관리 전략
미국에서 유해대기오염물질을 관리하기 위한 전략을 구상하는 절차는 간략히 다음과 같이 이루어졌다.
① 연방정부, 주정부, 그리고 지방정부 및 지자체 수준에서 모두 유해대기오염물질을 관리하는 규제방안을 개발한다.
② 수은과 같은 특정 오염물질에 특화된 연구 프로젝트를 고안하거나, 특정지역에 대한 위해성 평가를 계획한다.
③ 후에 우선 관리 대상 지역을 선정하고, 위해성을 낮추기 위해 유해대기오염물질 모니터링과 모델링 등의 평가 절차를 수행(NATA)한다.
④ 전략을 보완하고, 효과적으로 이행할 수 있는 방안 마련을 위해 이해관계자들의 참여를 촉구하고, 교육 및 지역사회 복지 등에 노력한다.

위와 같이 첫 번째 단계로 미국은 관할 범위에 따라 유해대기오염물질 관리의 기본 계획 수립 및 연구 과정을 나누는 것을 기본으로 하고 있다. 반면, 우리나라의 경우 관리주체의 수준별 구분에 의한 정책 개발의 독자성보다는 유해대기 오염물질 관리를 위한 세부 영역별 연구를 동시에 수립해나가는 것으로 시작한다. 지난 2011년 11월 발표된 국가 유해대기오염물질 기본계획 수립(Korea Air Toxics Plan; 이하 KATOP)에 의하면, 현재 우리나라에서 구분하는 영역별 연구 분야로는 배출 거동에 대한 대기, 수계 및 토양의 각 배출원별 인벤토리 분야, 모니터링 분야, 모델링 분야, 유해성 평가분야 및 관리시스템 분야 등이 있다.

미국에서와 같이 중앙정부와 지방정부의 수준에 따라 유해대기오염물질의 관리 체계를 나누는 것은 관할범위가 비교적 넓지 않은 우리나라의 경우 효율성이 떨어질 가능성이 있기도 하지만, 그 개념을 적용하여 지방정부의 범위를 우리나라 국토 사용의 실상에 맞춰 배출기준의 설정 및 관리대상물질의 선정 등에 관해 독자적인 HAPs 관리를 수행하는 방안도 생각해볼 필요가 있다.

다음으로, 미국은 유해대기오염물질 제어 전략의 주요 방안으로 적용 가능한 최상의 기술 수준을 적용하였을 때 달성할 수 있는 HAPs 배출 농도를 이뤄내는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 우리나라에서도 배출원에 일괄적인 HAPs 기술기준을 적용한다면 현재 사용할 수 있는 비용 효과적 기술 수준이 미국에서 저감을 이뤄내는데 활용할 수 있었던 기술에 미치지 못할 가능성이 있다.

점ㆍ면오염원에 대한 기술기준 혹은 배출기준을 설정하는 과정은 도시지역의 유해대기오염물질 저감을 위해 필수적이나, 그와 더불어 서울특별시와 같이 인구 밀집도가 높고, 유동인구 비율이 높은 대도시지역에서는 이동오염원에 의한 영향을 가늠하고 관련 대책을 수립하는 과정이 수반되어야 한다. 미국에서는 조기 벤젠 크레딧(Early Benzene Credit) 및 벤젠 제어기술, 연료 교체 등을 이용하여 HAPs 저감을 추진한 바 있고, 최근 발표 자료에 따르면 2020년에는 1990년 배출 수준의 75% 이상을 감축할 것으로 전망하고 있다. 궁극적으로 도시지역 HAPs 관리의 최종 목표는 물질중심의 농도 저감차원이 아닌 시민의 환경보건학적 위해성 저감 차원으로 다루어진다. 그러한 의미에서 유동인구 비율이 높은 대도시 지역에서는 각 이동오염원이 배출기준을 모두 만족한다 하더라도, 단시간에 다수의 이동배출원이 밀집하는 상황에서는 독성물질에 노출되어 인체에 유해한 영향이 있을 확률이 높아질 우려가 있다. 그러므로 우리나라에서 도로오염원에 대한 유해대기오염물질 배출 기준을 고안할 경우 이러한 사항을 함께 고려해야 할 필요가 있다.

또한, AQMD의 경우 NOx 배출 감소를 위한 노력만으로 유해대기오염물질의 배출을 간접적으로 저감할 수 있다는 점을 인센티브로 활용하는 정책으로 자동차 배출가스 규제에 대한 HAPs 배출의 간접규제 효과를 암시하고 있기도 하다.
따라서 현재 시행 중인 규제 및 규칙들에 대해 추가로 HAPs 물질 배출 제어를 유도할 수 있는 방안을 검토해보는 것도 효과적일 수 있다.

○ 연구 표준화 가이드라인
연구표준화 가이드라인의 체계를 수립하였다. 대상물질은 기존 연구에서 제안한 도시대기 지정독성물질(Urban Key Toxics)로 다음의 8종이다: benzene, 1,3-butadiene, trichloroethylene(TCE), formaldehyde, acrolein, 등가독성 benzo(a)pyrene, 6가 크롬, PM_2.5(국립환경과학원, 2011b). 이 결과는 산업단지와 그 배후 도시 측정 결과에 바탕을 둔 위해성 평가 결과에서 도출된 것이다.

저감 목표는 도시대기 지정독성물질의 위해도 수준 진단 및 5년 후 기준년도 대비 20% 저감, 그 후 5년 후 추가 30% 저감을 제시하였다. 또한 보다 정확한 현황 파악 및 관리 방안 연구를 위해 분야별 관리 전략 개발을 위한 연구 계획(연구 roadmap)을 제안하였다. 측정, 모델링, 위해성 평가의 방법론을 정립하기 위한 방안 수립에 대해 검토하였고, 이를 종합적으로 진행하기 위한 가이드라인을 제시하였다.

향후 도시지역의 HAPs 관리를 위한 기본계획에 반영되어야 할 주요 연구 내용은 크게 (1) 대도시, 중소도시, 산업도시에 대한 측정 및 모델링 기법 개발을 통한 현황 파악, (2) 위해성 평가 방법론 개발 및 적용을 통한 위해도 평가, (3) 주요 배출원 별 배출량 파악, 그리고 (4) 종합적인 검토를 통한 관리방안 도출 및 시행과, (5) 주기적인 결과 평가 및 보완이다.

기존 연구를 검토한 결과 (1) 도시대기중 HAPs 배출 연구는 이동오염원 등에 대해 HAPs 종류와 배출량 평가 연구가 시작되어 수행 중이며, (2) 외국 사례를 검토한 결과 정확한 배출량이나 위해성 평가가 파악되기 전이라도 일반적인 배출 저감 정책을 시행하였고, (3) 국가 유해대기오염물질 관리 기본계획(안)에서는 도시대기 지정독성물질의 위해도 수준 진단 및 5년 후 기준년도 대비 20%저감, 그 후 5년 후 추가 30% 저감을 제시하였다.

검토 결과 보다 정확한 주요 배출원, HAPs 성분 및 배출량 자료가 확보되기까지는 일반적인 대기오염물질 관리 방안을 활용하는 것이 바람직한 것으로 보이며, 이를 위해서는 외국 결과를 적극 활용하는 것도 한 방법이다.

보다 정확한 현황 파악 및 관리 방안 연구를 위해 종합 관리 전략 개발을 위한 연구 계획(연구 roadmap)을 작성하여 그림 9에 보였다. 본 연구 계획은 현안해결을 위한 단기(3년)와, 전략 수립 및 시행을 위한 중장기(7년, 10년) 계획 수립으로 나누었으며, 분야별 관리 전략을 종합적으로 시행하는 전략을 수립하였다. 이에는 타 사업 자료와 외국 자료를 적극적으로 활용하였다. 본 연구에서 제시한 연구계획(그림 6~9)은 10년간 약 900억원으로, KATOP 보고서에서 제시한 연구과제를 대부분 포함하고 있다.

제한된 자원으로 HAPs 관리를 하기 위해서는 관리대책에 우선순위를 설정하여야 한다. 그러나 국내외 자료를 수집, 검토한 결과 아직 구체적인 저감 계획을 수립, 평가하여 우선순위를 선정하기에는 부족하며, 외국 사례와 환경 분야의 타 사업(예를 들어 수도권 대기질 개선 관련 정책 평가 및 선정)을 적극 활용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 이와 함께, 전략 연구에서 이에 대한 연구를 수행하는 것이 바람직하다.

대기환경보전법에는 계획을 10년마다 수립하기로 되어있으며, 수도권 대기질 개선에 관한 특별 대책도 계획을 10년마다 수립하고, 5년마다 검토, 보완하고 있다. 따라서 본 연구에서도 5년마다 계획을 보완하고, 10년마다 평가 및 계획을 수립하는 것이 바람직하다.

마. HAPs 포럼 운영
HAPs 포럼을 3차에 걸쳐 운영하였다. 1-3차 포럼에 대한 상세한 사항은 아래에 제시하였다.

○ 1차 포럼
- 일시: 2012년 5월 31일 13:30 ~ 17:00
- 장소: 김포SC컨벤션센터 선샤인C룸
- 포럼내용:
① 배출원의 HAPs 측정분석방법 (부경대학교 옥곤교수)
② HAPs 인벤토리 DB시스템 소개 (그린에코스(주) 김윤관박사)
③ 자동차 유해대기오염물질 배출량 산출과 시스템 구축 (수원대학교 장영기 교수)
④ 대도시 유해대기오염물질 관리를 위한 블랙카본 모니터링 (한국외국어대학교 김영성 교수)

○ 2차 포럼
- 일시: 2012년 7월 12일 13:30 ~ 17:00
- 장소: 서울역 4층 대회의실
- 포럼내용:
① 국가 유해대기오염물질 관리 기본계획 수립 방향 (국립환경과학원 김상균 연구관)
② HAPs 위해성 평가 (용인대학교 이정주 교수)
③ HAPs 제어기술 (건국대학교 김조천 교수)

○ 3차 포럼
- 일시: 2012년 10월 30일 14:30 ~ 18:00
- 장소: 김포SC컨벤션센터 선샤인C룸
- 포럼내용:
① HAPs 포럼 경과보고 (국립환경과학원 장세경 연구사)
② 대기오염측정망 운영계획 개선(안) 연구 (한국외국어대학교 김영성 교수)
③ HAPs 위해성 평가 (연세대학교 임영욱 교수)
④ HAPs 모델링 (아주대학교 김순태 교수)
⑤ HAPs 관리방안 (이화여자대학교 김용표 교수)

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 21
• 표목차 ... 24
• 그림목차 ... 27
• 1. 서론 ... 31
• 1.1 배경 ... 31
• 1.2. 사업 내용 및 추진체계 ... 33
• 2. 도시지역 HAPs 관리 전략 수립을 위한 특성 규명 방안 검토 ... 36
• 2.1. 도시지역의 유해대기오염물질 분포 특성이 반영될 수 있는 유해대기오염물질 모니터링 지점 선정 ... 36
• 2.1.1. 국내 대기오염측정망 현황 ... 36
• 2.1.2. 국내 HAPs 측정 결과 ... 52
• 2.1.3. 해외 유해대기오염물질측정망 현황 ... 69
• 2.1.4. 모니터링 계획수립 ... 77
• 2.1.5. 측정망지점 선정(안) ... 81
• 2.1.6. 간이측정기 활용 ... 106
• 2.1.7. 측정항목과 주기 ... 116
• 2.2. 주요 HAPs의 배출 자료를 이용한 조사대상 도시지역 HAPs의 공간 분포 특성과 발암/비발암 위해성 조사 ... 118
• 2.2.1. 선행연구 사례 ... 118
• 2.2.2. 위해성평가 대상 물질 ... 124
• 2.2.3. 평가 지역 (서울, 인천, 경기) ... 124
• 2.2.4. 위해성 평가 과정 ... 125
• 2.2.5. 위해성 평가 ... 127
• 2.2.6. 위해성 평가 결과 ... 134
• 3. 도시지역 HAPs 관리를 위한 각 배출원별 저감 계획마련 ... 158
• 3.1. 우리나라의 HAPs 규제 ... 158
• 3.1.1. 특정대기유해물질의 관리현황 ... 158
• 3.1.2. 휘발성유기화합물질(VOCs)의 관리 ... 161
• 3.1.3. 유해대기오염물질의 배출량 조사 ... 162
• 3.1.4. 유해대기오염물질 배출사업장의 관리 ... 164
• 3.2. 도시지역에서의 HAPs 배출 특성 ... 181
• 3.2.1. 산단 배후 도시 ... 181
• 3.2.2. 수도권 ... 185
• 3.3. 대기반응에 의한 이차대기오염물질 위해성 평가를 위한 측정 및 관리방안 ... 198
• 3.3.1. 배경 및 필요성 ... 198
• 3.3.2. 국내외 연구동향 ... 203
• 3.3.3. 이차대기오염물질 관리방안 ... 216
• 3.4. 배출원별 저감계획 ... 216
• 4. 유해대기오염물질의 인체 노출수준 평가 등 측정자료의 종합적 검토 및 해석 ... 218
• 4.1. 유해대기오염물질 평가를 위한 대기오염 모델링 ... 218
• 4.1.1. 유해대기오염물질의 대기 중 농도 예측 - 미국 NATA 2005 ... 218
• 4.1.2. 유해대기오염물질 농도예측을 위한 대기오염모델 ... 221
• 4.1.3. 국내외 유해대기오염물질 모델링 관련 연구 동향 분석 ... 231
• 4.1.4. 향후 유해대기오염물질 모델링 적용을 위한 단계적 접근방안 ... 233
• 5. 국가 유해대기오염물질 관리 기본계획과 미국 등 선진국의 사례를 토대로 도시지역 HAPs 위해성 저감을 위한 연구 표준화 가이드라인 마련 ... 251
• 5.1. 미국의 유해대기오염물질 관리 전략 ... 251
• 5.1.1. 미국 환경청(US EPA)의 유해대기오염물질 관리 현황 ... 251
• 5.1.2. 남캘리포니아 대기관리부(AQMD)의 유해대기오염물질 관리 현황 ... 256
• 5.1.3. 국내 대기관리 방안과의 비교 및 적용가능성 ... 258
• 5.2. 가이드라인 ... 262
• 5.2.1. 대상 물질 및 기준 설정 ... 262
• 5.2.2. 연구표준화 및 관리방안 수립 가이드라인 ... 268
• 6. 요약 및 결론 ... 275
• 참고문헌 ... 278
• 끝페이지 ... 289