1. 서 론

지난 2005년 환경부는 악취방지법의 시행과 함께 악 취정책 및 관리 방향에 있어서 전환기를 마련하여 악 취 문제를 개선하고자 하였다(ME, 2004). 악취방지법 을 제정함에 있어 악취물질의 지정, 악취물질에 대한 부지경계선에서 농도에 따른 규제와 의한 희석배수의 도입과 동시에 여러 가지 관리 방안을 제시하여 악취 배출허용기준에 큰 바람을 불러일으켰다(ME, 2004). 악취방지법에서는 22종의 지정악취물질을 규제하고 있 으며, 황화합물, 휘발성유기화합물질(VOCs) 알데하이 드류 등이 포함되어 있다(ME, 2004, 2005). 쓰레기 매 립장, 하수 및 폐수처리장, 피혁공장, 도축장, 금속세정 시설, 도장시설, 석유화학시설 등이 이러한 악취물질들 의 주요 배출원으로 나타나고 있다(ME, 1998).

우리나라 및 세계 각국에서 악취의 강도를 측정하기 위한 방법에 대한 현 상황 및 사용되어지고 있는 악취 규제 방향 등에 대해 보고된 바 있다(NIER, 2003, 2006a, 2013a). 악취 강도(세기)를 측정하는 방법으로 는 직접관능법과 공기희석관능법이 일반적으로 사용되 어지고 있다(ASTM, 1978, 2005; JME, 1995; Yang, 2002; AQBIDNR, 2005; ME, 2005; NIER, 2006b, 2013b). 현재 많은 나라에서 결과의 객관성이 문제가 되는 직접관능법 보다는 주 시험법으로 공기희석관능 법을 사용하고 있는 실정이다(ASTM, 1978; JME, 1995; ME, 2005; NIER, 2006a, 2006b).

악취방지법에서의 지정악취물질별 규제와는 다르게 복합악취 규제는 희석배수에 의해 부지경계선 및 배출 구에 적용된다(ME, 2004, 2005). 지자체에서 실행하고 있는 악취지도업무 또한 기기분석에 따른 물질농도 규 제보다는 희석배수에 따른 규제를 더 많이 사용하고 있다(NIER, 2006b, 2013a, b). 희석배수를 기준으로 하 여 부지경계선에서 기타지역 15, 공업지역 20을 적용 하여 복합악취를 규제하였으나(ME, 2004, 2005), 지정 악취물질의 농도와 희석배수간의 실험자료 및 상관관 계에 대한 검토가 일부 연구자에 의해서 제한적으로 검토되어 보고된 바 있다(Han and Park, 2012a, b; Han and et al., 2018).

복합 악취에 대한 한국인 후각시험을 기초로 희석배 수와 지정악취물질농도의 시험자료는 지정악취물질 22 개중 17개 물질에 대하여 보고된 바 있으며, 국내 연구 진과 우리나라와 시험법이 유사한 일본에서 보고된 바 있는 것처럼 현재 악취방지법에서 부지경계선에 적용 하고 있는 물질농도와 희석배수와의 관계 또는 배출허 용기준으로 설정되어있는 물질농도 농도의 적정성에 대한 검토는 매우 부족하며, 일부 연구자에 의해서 보 고되었다(Han and Park., 2012a, b; Han and et al., 2018).

따라서 본 연구에서는 22개의 지정악취물질 중 5종 인 프로피온산, 뷰틸산, 발레르산, i-발레르산인 지방산 과 i-뷰틸알코올에 대하여 물질농도(부피농도)별 희석 배수를 한국인의 후각을 사용하여 동시에 측정하고 각 각의 상관관계를 알아보고 5종 지정악취물질의 규제 농도의 적정성을 검토하고자 하였다.

2. 연구 방법

2.1 지정악취물질 농도별 공기희석배수 실험방법

대상물질에 대한 물질농도에 따른 공기희석배수를 산정하기 위하여, 판정인 선정실험방법은 악취공정시 험법에서 표시하고 있는 악취판정인 선정절차에 따라 수행하였고(ASTM, 1978; ME, 2005) 대상물질 표준시 료의 조제 및 판정인 패널의 구성과 절차 등은 앞서 보 고된 논문에서 연구방법에 대하여 자세히 나타나 있다 (Han and Kim 2015a, b). 악취판정인 선발에 있어 한 국에서 악취강도의 절대지표를 개선하기 위해 개발된 악취강도 대조군(Korea Odor Intensity Reference Scale, KOIRS) 실험을 사용하였으며 이를 통과한 인원 18명 을 선발하였고, 판정인에 대한 기본 정보는 선행 논문 에 보고되어 있다(NIER, 2006a; Park and Han, 2009, Park et al., 2009b; Choi et al., 2014; Han and Kim, 2015a, b).

지정악취물질 중 대상물질인 5종은 표준물질(Rigas, Korea)을 이용, 대상물질별로 악취강도 1~5도 범위에 서 다른 농도인 5~6개 시료를 각각 만들어 악취판정인 선정 실험을 통과한 판정인 그룹에 의하여 물질농도와 희석배수 시험을 실시하였다(Han and Kim, 2015a, b). 5종 중 i-뷰틸알코올의 경우는 농도를 1.02~102 ppm 범위에서 5개 시료를 만들어 판정인 그룹 3개조에 의 하여 각각 3반복하여 물질농도별 공기희석법에 의한 희석배수를 측정하였다. 공기희석방법을 위해서는 테 들러백(Tedlar Bag, ㈜탑트레이딩이엔지, Korea)과 PE (Polyester Bag, ㈜탑트레이딩이엔지, Korea) 등이 사용 되었다. 18인에 의한 관능시험은 선행 연구자 논문에 자세히 기술되어있다(Han and Kim, 2015a, b). 특히 유기지방산의 경우에는 일반적으로 상대습도가 높은 환경에서는 가스 취급 용기나 PE백 표면에서의 흡착 이 우려된다. 그러나 표준가스와 무취 희석공기의 상대 습도가 매우 낮아 흡착에 의한 시료 손실은 상대적으 로 적을 것으로 예상된다(Han and Kim, 2015b).

2.2 물질농도와 희석배수와의 관계(식)

악취강도와 물질농도 사이에는 대수비례 관계가 있 는 것으로 알려져 있으며, 식(1)과 같은 웨버-페히너 (Weber-Fechner)법칙으로 표현되며, 물질농도와 공기희 석관능법에 의한 희석배수의 관계는 식(2)-(5)와 같이 표현하고 있다(Han and Park, 2012a).

식(1)에서 I는 악취강도, C는 개별물질의 물질농도, A는 개별 물질별 상수, B는 상수로 표현된다.

공기희석관능법에 의해 시료를 희석하게 되면 시료 의 물질농도는 희석배수에 따라 다음의 식(2)와 같이 표현된다.

식(2)에서 D는 희석배수, Ct는 희석배수가 D일때 개 별물질의 물질농도이다.

식(2)의 양변에 log를 취하면 식(3)과 같다

개별물질에 따라서 희석배수에 해당하는 감지농도 (Ct)는 일정한 농도라 할 수 있기 때문에 log Ct는 상수 이며 log Ct = F라 하면 식(3)은 식(4)와 같이 표현된다.

우리나라 공정시험기준의 공기희석방법에서 3배수 로 무취공기로 시험하는 방법을 채택하고 있어 시험에 서 얻어지는 물질농도과 희석배수값의 관계가 식(4)와 같이 log C와 log D의 관계식의 기울기가 1.0을 나타 내지 못하게 된다. 따라서 시험 결과자료를 바탕으로한 경험적 관계식은 식(5)로 산정하여 구할 수 있다.

Af는 물질별 상수임.

3. 결과 및 고찰

3.1 i-뷰틸알코올의 농도와 희석배수 실험결과

i-뷰틸알코올 농도를 1.02~102 ppm 범위에서 5개 시 료를 만들어 판정인 그룹 3개조에 의하여 각각 3반복 하여 물질농도와 공기희석법에 의한 희석배수 측정결 과를 조별로 평균하여 Table 1에 정리하였다. 실험결과 는 개인별 차이는 물론, 조별 평균값에서도 차이를 나 타내고 있다. i-뷰틸알코올 농도 1.02 ppm과 10.2 ppm, 102 ppm에 대해서 희석배수는 각각 9~13, 88~132, 548~1581로 조별 희석배수의 차이가 크게 나타났다. 공정시험기준에서 정하고 있는 판정인 선정 시험을 통 하여 선정된 판정단에 의한 의미있는 시험결과라 판단 되며, 희석배수는 기하분포를 갖기 때문에 3개조의 측 정치를 기하평균 하였다. 물질농도 1.02 ppm 기준으로 농도가 10배, 100배 증가 시에 희석배수는 각각 약 9.6 배, 74배 증가하였다. i-뷰틸알코올 물질농도의 증가에 따라 희석배수는 단순한 선형 비례관계로 증가하는 모 습을 보이지 않았고 웨버-페히너의 법칙과 같이 로그 상관관계를 가질 것으로 예상되었다.

3.2 4종 지방산의 희석배수와 물질농도 실험결과

Table 2~5는 대상물질 4종에 대하여 준비된 각각의 물질 농도 수준별 5~6개 시료에 대하여 3개조가 실험 한 물질농도별 희석배수의 측정결과를 조별로 평균하 여 정리한 것이다. 지방산 4종의 실험결과는 i-뷰틸알 코올의 결과와 같이 조별 평균값에서도 차이를 나타내 며, 개인별 차이도 나타내고 있다. Table 3, 4

프로피온산 농도 0.05 ppm과 0.49 ppm, 4.9 ppm에 해당하는 조별 희석배수의 평균치는 각각 2, 21, 186로 나타났다. 물질농도 0.05 ppm 일 때와 농도가 약 10배, 100배 증가시에 각 그룹의 희석배수는 각각 2, 19~23, 132~230이며 각 그룹의 희석배수의 평균은 각각 약 10.5배, 92.5배로 증가한 것으로 나타났다. n-뷰틸산 농 도 0.02 ppm과 0.21 ppm에 해당하는 조별 물질농도가 약 10배, 314배 증가 시에 조별 희석배수는 5~73, 54~818, 6578~24980, 희석배수의 평균치는 각각 약 11.5배, 569배로 나타났다. n-발레르산의 경우는 0.05 ppm과 0.47 ppm에 해당하는 조별 희석배수의 평균치 는 각각 134. 948로 나타났다. 물질농도가 약 10배 증 가 시에 희석배수는 약 7.1배로 나타났다. i-발레르산의 경우는 농도 0.004 ppm과 0.043 ppm, 0.43 ppm에 해당 하는 조별 희석배수는 각각 11~33, 110~305, 1096~ 3053, 평균희석배수는 각각 19, 180, 1796으로 나타났 다. 물질농도가 증가 할 때에 희석배수 또한 증가하는 것으로 나타나, 조별 측정치의 평균치 값의 분포는 물 질대상에 대해 조별 결과치에 있어서 큰 차이를 보였 다. 또한 i-뷰틸알코올의 결과와 같이 4종의 지방산도 농도 증가에 대한 희석배수의 증가는 비선형적인 관계 를 나타내고, 물질농도에 대한 희석배수의 관계는 식(5) 과 같은 비례 관계를 갖고 있는 것으로 시사하고 있다.

3.3 i-뷰틸알코올과 지방산 4종의 물질농도와 희석배수 상관관계

기기분석방법 등과는 다르게 악취관능시험은 판정인 의 습관, 생활패턴, 인종, 식습관, 성별, 연령대별, 차이 등에 의해서 개인별 차이가 크고 정밀성이 미흡한 시 험이다(NIER, 2006a; Park et al., 2006a). 따라서 판정 인 선정시험을 통과한 5인 이상의 판정인을 구성하여 시험하도록 공정시험기준에서는 표시하고 있다(ME, 2005). 이와 관련하여 악취판정인의 특성이 복합악취평 가에 미치는 영향(Ryu et al., 2012), 일본의 선정방법 에 비하여 우리나라의 악취판정인 선정방법이 엄격하 여 판정인 별 차이가 상대적으로 적을 것으로 예상되 며(Park et al., 2006b), 공기희석관능법에 의한 악취평 가 시 판정인 별 희석배수의 분포 특성에 대하여 보고 된 바 있다(Park et al., 2006a). 본 시험에서는 판정인 의 분포를 감안하여 6인 1조로 구성하고, 3개조를 운 영하여 시험 결과치의 편기 현상을 감소시키고자 하였 으며 희석배수 값의 기하평균을 관계식 산출에 사용하 였다(Han and Kim, 2016).

Table 6은 물질 대상에 대해 악취강도와 희석배수의 상호 관련성을 나타내는 회귀식으로 식(5)을 이용하여 상관관계식을 구하고 나타낸 것이다. 식(5)의 결과 값 인 물질별 상수(기울기)값은 프로피온산 0.9973, 뷰틸 산 0.9348, 발레르산 1.019, i-발레르산 0.9874, i-뷰틸 알코올 1.0517로 나타났다. 물질농도에 대한 희석배수 의 평가가 약간 과소평가 되었을 가능성을 물질별 상 수(기울기) 값이 1.0보다 크게 나타나 보여주고 있다. 상관관계식의 결정계수 값은 0.98 이상으로 나타나 물 질농도와 희석배수의 관계를 잘 나타내고 있는 것으로 판단된다. 또한 기 보고된 선행논문의 자일렌 등 3종의 방향족탄화수소와 케톤 및 에스테르류 화합물 지정악 취물질에 대한 관계식을 Table 6에 나타내었다(Han and Park, 2012a, b; Han et al., 2018). 총 22종의 지정 악취물질별 기울기 값의 범위는 0.9023~1.2012으로 이 소발레르알데하이드가 가장 작고, 뷰틸알데하이드가 가장 큰 것으로 나타났다.

3.4 최소감지농도와 비교를 통한 물질별 관계식의 적정 성 검토

Table 7은 기 보고된 논문(Han and Park, 2012a, b; Han et al., 2018)에서 17개의 지정악취물질의 최소감 지농도, Table 6에 표시되어 있는 개별물질별 관계식으 로부터 산출한 희석배수 15와 20에 해당하는 농도와 최소감지농도와의 비, 현행 농도 기준치와의 비를 검토 한 결과를 나타내었다. 배출허용기준으로 규정하는 희 석배수는 부지경계선에서 준공업지역 15, 공업지역 20 이다. 지정악취물질에 대한 최소감지농도의 신뢰성이 높다고 가정하였을 때 현행 암모니아의 기준치는 최소 감지농도보다 낮은 농도로 설정되어 있어 너무 강화된 농도라 판단된다. 뷰틸아세테이트와 뷰틸알데하이드, 황화수소, 트리메틸아민의 경우 최소감지농도에 대한 기준치의 비율이 약 13~600배로 나타나 기준치가 너 무 높게 설정 되어진 것으로 추정된다. 이와는 다르게 관계식으로부터 산출한 희석배수 15와 20에 해당 되는 각 지정악취물질의 물질농도를 최소감지농도로 나눈 비는 희석배수 15와 20과 유사한 수치를 나타내고 있 다. 특히 본 시험대상 5종의 경우는 희석배수 15에 대 해서 최소감지농도에 대한 농도비는 약 14~20, 희석배 수 20에 대해서는 약 19~26물질농도 비가 희석배수와 근접한 수치를 보이고 있다. 이는 각 물질에 대한 관계 식이 각 지정악취물질의 농도와 희석배수의 관계를 적 정하게 모사하고 있는 것으로 사료된다.

3.5 지정악취물질의 배출허용기준의 비교 검토

Table 8은 지정악취물질로 규정된 5종의 알데하이드 화합물의 물질농도와 스타일렌 기준을 나타내었다. Table 6에 표시되 있는 개별물질별 관계식으로부터 희 석배수 15와 20에 해당하는 개별물질별 물질농도의 계 산 결과는 Table 8과 같으며, 희석배수를 기반으로 현 행기준농도와의 비, 두 농도 간 차이, 계산한 농도 등 을 나타내었다. 5가지 물질 중에 뷰틸산의 경우가 물질 농도간의 비가 큰 것으로 나타났으며 희석배수 20의 경우보다 15의 경우 큰 차이를 보였다. 지정악취물질 의 설정 농도가 원래 낮은 농도 수준임으로 작은 농도 차이에도 두 개 농도의 비는 매우 큰 것처럼 보이며 0.5~2.0의 범위는 비교적 유사한 농도 수준으로 평가할 수 있다(Han and Park., 2012a).

Table 8에 기 보고된 4종의 황화합물과 암모니아, 트 리메틸아민, 알데하이드, 방향족탄화수소, 케톤류 등 에 대한 관계식으로부터 계산한 희석배수 15와 20에 해당하는 물질농도들을 나타냈다(Han and Park., 2012a, b). 희석배수 15에 해당되는 추정 농도들 중에 서는 메틸멜캅탄이 0.002 ppm으로 가장 낮고 다음이 황화수소, 트리메틸아민, 이소발레르산 순으로 각각 0.0025 ppm, 0.004, 0.004 ppm이었다. 암모니아는 약 28 ppm, 톨루엔 17.5 ppm, 메틸에틸케톤 11.2 ppm 순 으로 높은 농도가 나타났음을 알 수 있다. 희석배수를 기반으로 계산한 농도와 현행 기준농도와의 비를 살펴 보면 현행 기준치가 상대적으로 낮은 물질은 22종의 지정악취물질 중에서 암모니아, 프로피온산, 뷰틸산, 발레르산으로 나타났고, 이와는 반대로 상대적으로 높 은 물질은 황화수소와 뷰틸알데하이드, 디메틸설파이 드, 트리메틸아민으로 나타났다. 본 실험의 대상물질인 지정악취물질 5종을 살펴보면 프로피온산과 뷰틸산의 경우 관계식으로부터 산출된 희석배수 15와 20의 해당 되는 물질농도 값이 기준치보다 약 7~9배 정도 높게 나타나 기준치가 너무 낮은 수준으로 설정되어 있는 것으로 판단된다. 발레르산, 이소발레르산, 뷰틸알코올 의 경우는 5배 이하로 나타나 적정수준으로 판단된다. Table 8의 지정악취물질 22종에 대하여 희석배수 15와 20을 기반으로 계산한 농도와 현행기준농도간의 비가 0.5~2.0 의 범위를 벗어나는 지정악취물질의 경우는 물 질농도를 규정하는 배출허용기준은 향후 조정할 필요 가 있는 것으로 사료된다.

현행 지정악취물질에 대한 농도 기준치는 우리나라 와 유사한 접근방법과 관리제도를 갖고 있는 일본의 자료를 근거로 하여 산출되어 설정되어진 것이다 (NIER, 2006b). 일본의 경우는 우리나라의 희석배수가 갖는 의미와 산출방법이 약간의 차이가 있음이 보고된 바 있으며, 민족별 관능특성이 다를 수 있기 때문에 우 리나라의 실험결과로부터 산정된 결과와 차이가 나타 나는 것으로 추정된다(Park et al., 2009a; Park et al., 2010; Han and Park, 2010).

본 연구결과는 지정악취물질 개별물질에 대한 희석 배수를 산출한 결과이며, 실제로 악취물질들이 혼재한 복합악취의 경우는 온·습도 등의 기상요소에 의한 영 향과 물질별 결합·중화·상승·상쇄효과 등에 의한 영향 때문에 개별물질에 대한 희석배수와는 다른 양상 을 보일 수 있다(Park et al., 2009a, 2010; Gong et al., 2016; Han et al., 2018). 또한 패널 집단의 대표성과 이에 따른 결과치 영향에 대해서는 추후 연구가 필요 한 것으로 판단된다. 하지만, 실제 실험결과를 활용하 여 지정악취물질의 물질농도에 대한 희석배수를 제시 하는데 의미가 있으며, 추후 지정악취물질의 농도와 희 석배수와의 관계 특성을 근거로 하여 단일 지정악취물 질의 규제농도를 개선하고 검토하는데 필수적인 연구 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 현행 악취공정시험방법에 나타나있는 공기희석 관능법을 사용하여 물질농도와 희석배수와의 관계를 살펴보기 위해 프로피온산, 뷰틸산, 발레르산, i-발레르산 및 i-뷰틸알코올에 대한 물질농도와 희석배 수를 측정하였다. 또한 상관관계식을 이용하여 지정악 취물질의 농도 규제치의 적정성을 검토하였다.

본 연구결과는 현행 악취방지법의 부지경계선에서 복합악취 농도 규제기준에 대한 개선방안 및 지정악취 물질들의 물질농도와 악취강도, 희석배수간의 상관관계 및 특성연구 등의 기반 자료로 사용될 수 있을 것이다.