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분석

악취의 정의

악취란 불쾌한 냄새를 일컫는 것으로서, 사람의 정신 및 신경계통을 자극시켜 정서 생활과 건강 측면에서 피해를 입히는 것을 말한다.대기환경보전법 제2조(정의)에 의하면 "악취"란 황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성 있는 기체상 물질이 인간의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 말한다고 규정하고 있다. 이와 같은 규정에 의하면 악취라고 하는 것은 사람들이 일상생활을 향유할 수 없을 정도로 불쾌감과 혐오감을 주는 것으로, 일반적으로는 다 성분 저 농도의 혼합기체라고 볼 수 있다. 이러한 악취성분 중에서도 특히, 암모니아, 메틸머캅탄, 황화수소, 황화메틸, 이황화메틸, 트리메틸아민, 아세트알데히드, 스티렌 등 22개 악취를 법적 규제물질로 정하여 규제하고 있다.

악취의 개요

약 200 만종에 달하는 지구상의 화합물 중에서 고유의 취기를 내는 악취 물질은 약 10,000 여종으로 알려져 있으며, 다(多)성분의 화학물질이 복합되어 발생한다. 악취는 인간의 호흡기관에 의해 곧바로 감지하기 때문에 건 강상 피해와 정신적, 심미적 피해를 입히며, 삶의 질과 관련하여 심각한 영향을 미친다. 악취의 원인물질은 종류가 다양하며. 유발물질간의 복합적인 작용 (악취 강도의 상승, 혼합 악취 물질이 상호 취기 강도를 감소, 또는 중화시키는 작용 외)을 한다. 또한 후각은 개인적 차이 및 개인의 기호에 따라 차이가 있기 때문에 일률적인 정의가 어렵다. 예를 들면 사료제조 공정 배가스에 상시 노출 되어 있는 작업자들은 발효취를 구수한 냄새로 인식하거나 둔감한 반면, 간헐적인 계절풍에 의해 영향을 받는 인근 주민들이 느끼는 악취의 강도는 매우 다르기 때문이다. 이는 한 종류의 악취에 둔감해 질 경우, 강도의 변화가 일어날 때만 감지가 가능한 악취의 특징으로, 민원을 야기할 만한 수준의 악취를 감지하는 인근 주민들은 식욕감퇴, 구토, 불면, 알레르기 증상, 정서생활의 방해 등 고농도악취의 경우, 건강에도 심각한 영향을 미치는 것으로 보고된다.(한국 환경정책 평가 연구원, 2013)

악취유발 물질

악취 유발물질은 휘발성 유기화합물과 무기화합물로 나뉜다. VOC (volatile organic compound; 휘발성 유기화합물)류는 벤젠, 톨루엔, 페놀, 메르캅탄류 등이 있으며, VIC (volatile inorganic compound; 휘발성 무기화합물)류는 암모니아, 염소, 황화수소 등이 있으며, 화합물의 조성에 따라 악취성분들을 구분하면 아래 Table 1에 나타내었고, 주요 성분의 물리화학적 특징은 Table 2에 요약하였다.

1. 화합물의 조성에 따른 악취 성분 구분

화합물 구분 발생원 및 대표적인 악취 물질
질소화합물 축산관련, 분뇨, 하폐수처리장, 비료 제조공정 등에서  저농도로 발생, 아민, 암모니아가 대표적인 물질
황화합물 구린내라 불리는 대표적인 악취 유발 물질로, 황화수소, 이황화메틸, 메틸메르캅탄 등이 있으며, 분뇨, 하폐수처리장의 90%이상의 악취기여율을 가지는 물질
저급지방산류 축산 및 음식물 처리시설 등 아세트산, 프로피온산 등의 악취물질
카르보닐 화합물 연료의 불완전연소, 식품화학, 석유화학 등의 제조공정에서 발생되며, 포름알데히드, 아세트 알데히드, 부틸알데히드 같은  알데히드 물질
에스테르류 유기물의 용매로 사용, 초산제조공정, 아크릴 제조공정 등에서 발생됨
페놀, 크레졸 류 화학공장, 전기전자 기판 제조공정 등에서 발생
알코올류 식품, 화학공정에서 발생, 이소부틸알콜 외 
탄화수소류 정밀화학공정 등 벤젠, 톨루엔 크실렌 등

악취 유발 물질의 물리화학적 특징은 다음과 같다.

2. 악취유발 물질의 물리화학적 특성

물질명 화학식 냄새특성 냄새역치 (ppb) 끓는점 (℃) 분자량 (g)
Acetaldehyde CH3․CHO 강한 과일향 4 20 44.1
Allyl Mercaptan CH3․CH․CH2․SH 강한 마늘향, 커피향 0.05 67 74.2
Ammonia NH3 자극성 냄새 37 -33 17.0
Butylamine C2H5․CH2․CH2․NH2 쉰 냄새, 암모니아 냄새 - 78 73.1
Chlorine Cl2 숨막히게 강한 냄새 10 -34 70.9
Dibutylamine (C2H9)2NH 생선 비린내 16 159 129.3
Diisopropylamine (C3H7)2NH 생선 비린내 3.5 84 101.2
Dimethylamine (CH3)2NH 고약한 생선 비린내 47 7 45.1
Dimethyl Sulfide (CH3)2S 야채 썩는 냄새 1 37 62.1
Ethylamine C2H5․NH 암모니아 냄새 830 17 45.1
Ethyl Mercaptan C2H5․SH 양배추 썩는 냄새 0.19 23 62.1
Hydrogen Sulfide H2S 썩은 달걀 냄새 0.47 -62 34.1
Methylamine CH3․NH2 생선 비린내 21 -7 31.1
Methyl Mercaptan CH3․SH 양배추 썩는 냄새 1.1 8 48.1
Ozone O3 2ppm 이상일 때 자극성 1.0 111 48.0
Pyridine C6H5N 자극적인 냄새 3.7 116 79.1
Sulfur Dioxide SO2 강한 자극성 9 -10 64.1

(유해화학물질연구회, 1991; 한국대기보전학회, 1995)

악취발생원 및 배출허용 기준

대기환경보전법에 따르면 악취유발 가능성이 큰 배출시설은 악취 중점관리업소로, 기타 시설에 대해서는 생활악취 규제대상 시설로 규정하여 관리하도록 한다. 주요 발생원은 미생물에 의한 단백질 분해(도시하수의 혐기성 분해)와 같은 자연적인 발생원이 있으며, 축산업(양돈, 양계, 도살장)과 피혁, 사료, 수산물, 식품가공, 석유화학공장, 환경기초시설(분뇨, 하폐수처리장, 매립장 외) 등의 인위적 시설이 있다. 악취의 배출허용 기준은 규제지역을 공업지역과 기타지역으로, 배출구 농도와 부지경계선에서의 농도를 구분하여 배출허용 기준을 결정하였고, 공기희석관능법과 함께 22종의 지정악취 물질을 관리하고 있다.

3. 복합악취 배출허용 기준

구 분 배출허용기준(희석배수) 엄격한 배출허용기준의 범위(희석배수)
구 분공업지역 기타지역 공업지역 기타지역
배출구 1000이하 500이하 500~1000 300~500
부지경계선 20이하 15이하 15~20 >10~15

4. 22종 지정악취 배출허용 기준

22대 악취 최소감지농도(ppm) 배출허용기
기타지역 공업지역
1 Hydrogen sulfide 0.000410 0.02 0.06
2 Methylmercaptane 0.000070 0.002 0.004
3 DMS 0.003000 0.01 0.05
4 DMDS 0.00030 0.009 0.003
5 Acetaldehyde 0.002200 0.05 0.1
6 Propionaldehyde 0.001000 0.05 0.1
7 Butyraldehyde 0.000670 0.029 0.1
8 Isovaleraldehyde 0.000200 0.003 0.006
9 Valeralehyde 0.000100 0.009 0.02
10 Styrene 0.035000 0.4 0.8
11 Trimethylamine 0.000032 0.005 0.02
12 Ammonia 0.150000 1 2
13 Toluene 0.330000 10 30
14 Xylene(p/m/o) 0.058 / 0.041 / 0.38 1 2
15 MEK 0.440000 13 35
16 MIBK 0.017000 1 3
17 Butylacetate 0.870000 1 4
18 Propionic acid 0.001000 0.03 0.07
19 Butyric acid 0.001500 0.001 0.002
20 Isovaleric acid 0.000078 0.001 0.004
21 Valeric acid 0.000037 0.0009 0.002
22 Isobutylalcohol 0.110000 0.9 4

복합악취의 사전적 정의는 두 가지 이상의 악취물질이 복합적으로 존재하면서 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 말하며, 악취의 특성상 사람마다 느끼는 취기의 강도가 다르기 때문에 첨두 농도(최대값) 기준으로 대책마련을 하는 것이 타당하며, 2014년 9월 환경부에서 공시된 악취배출기준은 강화되고 있는 추세이다. 따라서 악취 민원으로 인한 기업규제를 적용받기 전에 안정적이고 비용 효율적인 악취제어 기술의 개발이 요구 되고 있는 실정이다.

악취분석 방법

1) 휘발성 유기화합물 평가

분석대상인 악취가스는 고체 흡착관(Tenax-tube)에 정량 흡착하여 아래 그림과 같이 GC/MS에 유입됨

흡착 시설

2) 알데하이드 화합물 평가

분석대상인 악취가스 중 알데하이드 화합물을 DNPH 카트리지에 선택적으로 흡착하여 ACN 용액으로 추출한 용매를 HPLC로 정성, 정량 분석함.

알데하이드 화합물 평가 진행과정

3) 암모니아 평가

시료채취 시 붕산 흡수액에 대상가스를 흡수시킨 후 철(Ⅲ)산 나트륨과 차아염소산 나트륨 용액으로 전처리 후 640nm 파장에서 흡광도를 측정한다.

암모니아 평가 진행과정

4) 황화합물 평가

저온농축 시 모세관 칼럼 GC 분석, 충전형 칼럼 GC 분석법을 사용하며 저농도 분석 시 아래와 같은 농축장치를 이용해 악취물질을 검출한다.

황화합물 평가 진행과정

5) 아민류 평가

TMA 시료 4ml를 vial에 넣고, 뚜껑을 닫은 후, KOH(1:1) 5ml를 실린지로 주입한 다음, 20분간 sonication 시키면서 TMA를 충분히 용출시킨다. HS-sample에 vial을 장착하고 50℃에서 10분간 가열 후 분석을 진행한다.

아민화합물 평가 진행과정

6) 복합악취 평가

복합악취는 3점 비교식 공기희석 관능법으로 진행된다. 먼저 판정자를 선정하고, 판정자는 5명을 배정하며, 배정된 판정자가 무취공기가 들어 있는 임의의 Bag 3개 중 한 개에 채취한 시료를 주입하였을 때 냄새가 다른 1개의 Bag을 찾아내는 실험이다. 주입방법은 3, 10, 30, 100.....순으로 냄새를 확인하지 못할 때까지 진행하며, 냄새를 가장 잘 맡는 사람과 가장 잘 맡지 못하는 사람을 제외한 3명의 기하평균값으로 나타낸다.

복합악취 평가 진행과정

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