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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.3 pp.244-252
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.3.244

A comparative study on the sensory grid method and passive air sampler measurement results of livestock odor

Je-Beom Oh1*, Hyung-Seok Kim1, Ja-young Kim1, Sun-Tae Kim2, Sung-Joo Hong2, Kang-Hee Jo3
1Korea Environment Corporation Department of Odor Management
2Department of Environment Engineering, Daejeon University
3Korea Environment Corporation HQ of Climate & Air Quality Management
Corresponding author Tel : +82-42-939-2454 E-mail : ohjebm@keco.or.kr
11/09/2019 25/09/2019 25/09/2019

Abstract


Since the implementation of the Odor Prevention Act in 2005, the number of odor complaints has continuously increased due to the increased interest in the living environment. The current odor control means is a concentrationbased method for the source of odor. That is why there is a difference between the odor sensitivity and the result of the odor measurement in the odor damage area. The government is considering the introduction of the grid method, which is the odor management method of Germany, as the method of odor investigation in the odor damage area in the second comprehensive Odor Prevention Policy (2019-2028). The grid method is receptor-based odor measurement method that investigators use to judge odors in the field, task that expensive and requires substantial manpower and time. To study an odor measurement method that is suitable for domestic conditions, this study compared the correlation between results based on the odor frequency concept grid method around the livestock facilities and the result of ammonia concentration measured by passive air sampler. The correlation coefficient (R) that is between the frequency of odor per spot for the entire odor and the ammonia concentration that was measured by passive air sampler was 0.65 which is relatively good. Among the entire odor detected by the grid method, the correlation coefficient (R) between the odor frequency selected only for livestock odor and the ammonia concentration was significantly increased to 0.80. In addition, the correlation between odor exposure (ECPexist) and the ammonia concentration for the overall odor was 0.81 (linear) and 0.86 (index). If only the livestock odors were selected, the correlation between odor exposure and the ammonia concentration was very high at 0.96 (linear) and 0.95 (index).



축산악취를 대상으로 직접관능법인 격자법과 Passive Air Sampler 측정 결과의 비교연구

오 제범1*, 김 형석1, 김 자영1, 김 선태2, 홍 성주2, 조 강희3
1한국환경공단 악취관리처
2대전대학교 환경공학과
3한국환경공단 기후대기본부

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    우리나라는 2005년부터 악취방지법을 시행하였 음에도 불구하고, 국민들의 소득수준 향상과 보다 나은 정주환경 추구로 악취 민원은 지속적으로 증가하고 있 다. 전국의 악취 민원현황 자료에서 악취 민원은 ‘05년 4,302건, ‘10년 7,247건, ‘15년 15,573건으로 증가하고 있으며, 특히 ‘15년도 악취 민원의 경우 악취방지법이 시행된 ‘05년도 대비 약 3.6배 증가한 것으로 나타났다 (ME, 2015).악취 방지법제4조에서는 악취관리지 역 또는 주민건강과 생활환경의 피해가 우려되는 지역 에 대하여 악취실태조사를 실시하도록 규정하고 있으 며 악취측정방법으로 복합악취 및 지정악취물질을 분 기당 1회(8~12회/년) 이상 조사하는데 민원증가량 대 비 배출허용기준초과 사례는 낮은 수준이다. 이러한 이 유는 현행 농도중심인 악취관리방법의 한계와 악취피 해지역에서 악취체감도와 조사결과의 차이로, 악취로 인한 수용자의 피해를 반영하는 악취실태조사방법 도 입의 필요성을 제안하였다(NIER, 2017.) 이러한 배경 에서 정부는 2019년~2028년까지 국가의 악취관리정책 을 가늠할 수 있는제2차 악취방지종합시책을 수 립하였으며, 주요 내용은 사전 예방적 악취관리, 맞춤 형 악취 배출원 관리, 과학적 악취관리 기반강화, 적극 적 소통을 위한 악취관리 거버넌스 활성화 등의 의제 가 담겨져 있다. 그 중 사전 예방적 악취관리는 (As Is) 선(先)피해 후(後)조치 중심의 사업장관리에서 (To Be) 사전 예방적 사업장관리로 방향을 설정하였고, 그간의 악취관리지역 지정방법으로 농도중심의 악취영향 및 악취피해조사방법을 독일의 악취관리수단인 격자법 (Grid Method) 도입을 위해 2020년에 시범사업 추진을 검토하고 있다(ME, 2019). 독일을 비롯한 유럽에서는 악취 민원에 미치는 영향은 악취농도보다 빈도가 더 밀접한 관련이 있기 때문에 악취노출도(EXPexist) 평 가를 위해 현장후각 측정방법인 격자법을 사용한다 (Jang et al., 2016). 국내의 경우 그간은 악취영향지역 의 및 악취피해조사방법으로 AERMODE와 CALPUFF 를 사용하고 있으나, 모델에 따라 기여농도 및 예측결 과가 다르고 평가자에 따라서 24시간 평균농도, 1시간 평균농도, 순간 peak농도 등 예측기준이 달라 농도에 의한 평가방법에서 격자법을 활용한 빈도평가방법으로 제안하였다(Kim et al., 2016).

    본 연구는 직접관능법인 격자법과 농도측정방법인 Passive Air Sampler측정결과의 비교로, 격자법은 한국 환경공단 등 여러 기관에서 선행연구를 수행한 바가 있는데 조사기간이 길고 많은 인력이 요구되며 높은 비용이 수반되고 있다(Jang et al., 2016). 반면 Passive Air Sampler는 시간과 인력, 비용문제 해결은 물론 악 취오염에 대한 경향성 해석이 가능한 측정 장치로, 국 내현실에 부합할 수 있는 악취조사방법 연구를 위해 축산시설에서 격자법과 Passive Air Sampler를 활용하 여 측정결과의 상관성을 비교하였다.

    2. 연구 방법

    2.1 연구대상시설 및 방법

    본 연구기간은 2016년 3월부터 10월까지이며, 충남 논산에 위치한 축산시설(돈사 6개, 우사 2개, 계사 2개 등 10개소)에서 발생되는 악취물질의 이동특성을 파악 하였다. 측정항목은 축산시설에서 발생하는 대표적인 악취물질인 암모니아 대상이며, 악취 조사지점은 예상 악취이동경로 및 민원지역에서 격자법과 Passive Air Sampler를 이용하여 악취발생수준을 비교·분석하였다.

    예상 악취이동경로는 연구시설에서 발생한 악취물질 의 이동특성을 파악하기 위한 지역으로, 악취이동경로 및 민원지역에서 암모니아를 대상으로 격자법의 악취 발생빈도와 Passive Air Sampler측정결과의 상관성을 비교하였다. 아울러 예상 악취이동경로는 연구시설에 서 발생한 악취 이외에 다른 종류의 악취가 혼재되어 있어 민원지역에 영향을 줄 수 있는 지점은 최대한 배 제하였다. 조사그룹은 총 3개로, 1그룹은 성광원과 광 석양돈단지에서 민원지역으로 이동하는 지역, 2그룹은 민원지역인 논산시청 주변, 3그룹은 연무양돈단지에서 민원지역으로 이동하는 지역으로 구분하였다. 조사그 룹의 격자지점은 총 35개소로, 1그룹 22개소, 2그룹 4 개소, 3그룹 9개소를 선정하였고 악취물질 이동현상파 악을 위해 기상장비를 이용하여 주 풍향을 측정하였다. Table 1, Fig. 1

    2.2 격자법

    격자법은 판정원이 현장에서 냄새여부를 판단하는 측정방법으로, 평가대상 악취배출원이 모두 포함되도 록 영역을 설정하고 일정한 간격으로 격자(한 변의 길 이는 약 250 m)를 구획한다. 측정방법은 시간대별로 냄새빈도를 측정하며 평가영역은 발생원을 중심으로 굴뚝 높이의 30배에 상당하는 지역을 격자망으로(최소 반경 600 m)구분하여 조사한다. 냄새 측정위치는 지상 1.5 m~2 m, 건물이나 방해물로부터 최소 1.5 m 이상 이격되고 측정 빈도는 1회 10분간 60회 측정하여 10% 이상 냄새를 감지할 경우 악취감지시간은 1 odor hour 로 산정한다. 냄새발생 빈도는 샘플수량(N)대비 냄새 를 맡은 총 횟수(nexist)에 보정계수(K)를 곱해 격자망 의 악취노출도(EXPexist)를 산출한다. 측정비용은 약 1~2만 유로(Euro)가 소요되는 것으로 알려져 있으며 격자법에서 산출된 노출 특성값은 토지활용 분류에 따 른 노출 한계값(EXPlim)과 비교하여 기준초과여부를 판 단한다(KEI, 2013;Jang et al., 2016, Kim et al., 2016). Table 2, Fig. 2

    2.3 Passive Air Sampler

    현행 악취물질 측정방법은 간접흡인, 용액흡수법, 고 체흡착법 등이 있으며 이러한 방법은 시료채취시간이 짧고 순간적으로 발생·소멸하는 악취의 특징과, 특히 대기 중의 악취물질은 바람의 영향을 받기 때문에 대 표성을 지닌 악취농도 파악이 어려운 단점이 있다 (NIER, 2017). Passive Air Sampler는 막 투과(permeation) 원리, 확산(diffusion)을 이용한 악취물질 측정방법 으로 분자확산 현상은 Fick’s 법칙으로 설명되는데 이 는 샘플러 전단은 대기와 접촉하는 고농도 구역에서 후단에 흡수제가 있는 저 농도 구역으로 확산하는 가 스분자의 이동현상 설명이 가능하다. Passive Air Sampler는 별도의 동력원을 필요로 하지 않아 대규모 측정 망 등에 사용사례가 증가하고 있으며, NO2, HCHO, NH3, H2S 등에 대하여 측정이 가능한 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2001;Yim et al., 2006;Bari et al., 2015). Table 3, Fig. 3

    3. 연구결과

    3.1 격자법을 이용한 축산악취특성 평가결과

    격자법 측정결과로, 전체 지점에서 냄새감지를 시도 한 27,300번 중 1도(무슨 냄새인지는 알 수 없으나 냄 새를 느낄 수 있는 수준의 상태) 이상의 냄새를 감지한 횟수는 4,072번(14.9%)이며, 냄새의 강도는 2도(2,906 번) >> 1도(585번) > 3도(546번) > 4도(35번) 순으로 나타났다. 또한 냄새의 종류를 알 수 있는 경우로, 2도 이상의 냄새를 감지한 횟수는 총 3,487번이며, 냄새 종류는 흙, 쓰레기, 축산, 쌀, 소각, 비료, 매연, 구린, 빵 냄새 등 다양한 냄새를 감지하였다. 감지된 냄새종 류는 축산악취가 가장 높은 빈도로 2,503번(71.8%) > 풀 363번(10.4%) > 소각 211번(6.1%) 순으로 나타 났다. Table 4, Fig. 4

    전체 격자지점(35개소로 1그룹 22개, 2그룹 4개, 3그 룹 9개)의 악취빈도는 총 179회로, 이중 1그룹은 124 회, 2그룹은 6회, 3그룹은 49회로 나타났다. 전체냄새 에 대한 그룹별 악취빈도로 1그룹은 1~12회(평균 6 ± 4회), 2그룹은 0~3회(평균 2 ± 1회), 3그룹은 2~9회(평 균 5 ± 3회)로, 민원지역이 축산시설 주변지역보다 평 균값 기준 대비 약 2.5배 낮게 나타났다. 또한 전체 냄 새의 악취빈도(179회) 중 축산냄새만(음식냄새 등으로 축산 이외의 냄새는 제외) 보정한 악취빈도는 88회로 약 49% 감소되며(축산 냄새만의 악취빈도로 1그룹은 66회, 2그룹은 0회, 3그룹은 22회), 축산냄새에 대한 그 룹의 지점별 악취빈도로 1그룹은 0~12회(평균 3 ± 4회), 2그룹은 0회 (평균 0 ± 0회), 3그룹은 0~5회(평균 2 ± 2 회)로, 민원지역이 축산시설 주변지역보다 평균값 기준 보다 약 2.5배 낮게 나타났다.

    전체냄새에 대한 전체지점의 악취노출도(EXPexist) 는 0.02~1.11로(평균 0.70 ± 0.27), 이중 1그룹은 0.37~ 0.74 ± 0.27), 2그룹은 0.20, 3그룹은 0.55~0.89로(0.72 ± 0.14), 민원지역이 축산시설 주변지역보다 평균값 기 준보다 약 3.7배 낮게 나타났다. 전체냄새 중 축산냄새 만 보정한 전체지점의 악취 노출도는 0.00~0.98이며 (평균 0.36 ± 0.28), 이중 1그룹은 0.06~0.98 (평균 0.42 ± 0.33), 2그룹은 0.00, 3그룹은 0.25~0.34로(0.30 ± 0.04) 나타났다. Table 5, Fig. 5, 6, 7, 8

    3.2 Passive Air sampler 측정결과

    악취물질의 예상이동경로에서 Passive Air Sampler (격자지점과 동일지점)를 이용하여 암모니아를 측정 하 였다. 전체지점의 암모니아 농도는 1~265 ppb (평균 43 ± 46 ppb) 수준이며, 1차 24~265 ppb (평균 67 ± 48 ppb), 2차 1~128 ppb (20 ± 29 ppb)로, 2차 결과가 1차 보다 평균값 기준대비 약 3.4배 낮게 나타났다.

    1차 측정결과의 그룹별 암모니아 농도로, 1그룹은 35~265 ppb (평균 76 ± 54 ppb), 2그룹은 34~40 ppb (37 ± 3 ppb), 3그룹은 24~150 ppb (59 ± 37 ppb)로, 민 원지역이 축산시설 주변지역보다 평균값 기준대비 약 1.8배 낮게 나타났다. 다음은 2차 측정결과의 그룹별 암모니아 농도로, 1그룹은 1~128 ppb (평균 22 ± 34 ppb), 2그룹은 2~6 ppb (4 ± 1 ppb), 3그룹은 6~67 ppb (21 ± 24 ppb)로, 민원지역이 축산시설 주변지역보다 평 균값 기준대비 약 5.4배 낮게 나타났다. 1, 2차 측정결 과의 전체지점에서 암모니아 평균농도는 19~197 ppb (평균 43 ± 36 ppb)이며, 1그룹은 23~197 ppb (평균 49 ± 41 ppb), 2그룹은 19~23 ppb (평균 21 ± 2 ppb), 3그룹 은 22~109 ppb (평균 40 ± 27 ppb)로, 민원지역이 축산 시설 주변지역보다 평균값 기준 대비 약 2.1배 낮은 결 과로 조사되었다. Fig. 9, 10, 11, 12

    3.3 격자법과 Passive Air sampler의 상관관계 분석

    악취물질 예상이동경로에서 격자법의 냄새빈도와 농 도 측정방법인 Passive Air Sampler측정결과를 이용하 여 전체냄새에 대한 지점별 악취빈도와 암모니아농도 (평균)와의 상관계수(R)는 1차 측정 0.73, 2차 측정 0.43, 1, 2차 측정값(평균)의 상관계수는 0.65로 비교적 양호한 상관성을 보이고 있다. 아울러 해당 자료를 이 용하여 격자법에서 느껴진 기타의 냄새빈도를 제외하 고 축산냄새만 선택한 지점별 악취빈도와 암모니아 농 도(평균)의 상관계수(R)는 1차 측정 0.79, 2차 측정 0.65, 1, 2차 측정값(평균)의 상관계수는 0.80으로 상관 성은 매우 높아지는 결과로 나타났다. 또한 격자법과 Passive Air sampler측정결과를 이용한 전체냄새에 대 한 악취 노출도와 암모니아의 상관관계는 0.81(선형)과 0.86(지수)으로 높게 나타났으며, 축산냄새만 선택한 경우의 악취 노출도와 암모니아와의 상관관계는 0.96 (선형)과 0.95(지수)로 상관성이 상당히 높아지는 결과 로 도출되었다.

    4. 결 론

    본 연구는 악취측정방법인 격자법과 Passive Air Sampler측정결과에 대한 비교로, 축산시설에서 발생하 는 악취물질 중 암모니아를 대상으로 격자법의 악취측 정수단인 악취빈도와 Passive Air Sampler의 측정농도 는 비교적 높은 상관관계로, 주요결과는 다음과 같다.

    첫째, 전체냄새에 대한 지점별 악취빈도와 암모니아 농도(1, 2차 측정값의 평균)와의 상관계수(R)는 0.65로 비교적 양호한 수준으로 나타났다.

    둘째, 격자법에서 느껴진 전체냄새 중 기타의 냄새 빈도를 제외하고 축산냄새만 선택한 지점별 악취빈도 와 암모니아 농도(1, 2차 측정값의 평균)와의 상관계수 (R)는 0.80으로 다소 높아지는 결과를 알 수 있었다.

    셋째, 전체냄새에 대한 악취노출도와 암모니아의 상 관관계는 0.81 (선형)과 0.86 (지수)으로 나타났으며, 마찬가지로 축산냄새만 선택한 경우의 악취 노출도와 암모니아의 상관관계는 0.96 (선형)과 0.95 (지수)로 상 당히 높아지는 결과를 알 수 있었다.

    본 연구의 결론으로, 서론에서 언급한 악취배출시설 의 예방적 사전관리와, 악취관리지역 지정방식 및 수용 체중심의 악취관리방법 마련을 위한 격자법(Grid Method)도입은 바람직하나, 격자법은 많은 인력과 시 간, 비용이 소요되는 문제와 악취발생지역과 민원지역 이 혼재된 국내의 여건을 고려한 측정방법 등에 대한 보완이 필요한 수단으로 판단된다. 또한 금 번 연구에 서 악취노출도(EXPexist)는 1.1로 나타났는데 이는 독 일의 악취노출도(산업 및 공업지역으로 교정계수 1.6) 를 적용한 결과로, 격자법 도입 시 우리나라의 산업입 지조건 및 토지활용도 등을 고려한 악취노출도 기준마 련을 위한 추가연구가 필요할 것으로 사료된다.

    아울러, 본 연구에서 격자법과 Passive Air Sampler 의 악취빈도와 농도의 상관성은 비교적 높은 결과로 나타남에 따라 국내여건에 적합한 악취조사기법의 새 로운 모델 마련을 위해서는 Passive Air Sampler로 측 정이 가능한 악취물질(황화수소, 알데하이드, VOCs물 질 등)을 추가하여 보다 나은 결과도출을 위해 많은 연 구를 진행할 필요가 있다.

    Figure

    JOIE-18-3-244_F1.gif

    Current states of research facilities / constructing grid method at the sampling points.

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    Grid network composition in germany / example of odor hour calculation.

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    Principles of measuring pollutants by passive air sampler and examples of operations.

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    The intensity (left) and type (right) of odor detected on the expected odor path.

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    Odor occurring frequency of the expected odor path [overall odor (left), livestock odor (right)].

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    Spatial distribution according to the odor hour on the expected odor path [overall odor (left), livestock odor (right)].

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    The extent of exposure to odor on the expected odor path [overall odor (left), livestock odor (right)].

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    Spatial distribution of the extent of exposure to odor on the expected odor path [overall odor (left), livestock odor (right)].

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    Spatial distribution of ammonia concentration on the expected odor path [{1st measurement (left)}, {2nd measurement (right)}].

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    Correlation between the odor frequency and ammonia concentration (average) for the overall odor on the expected odor path.

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    Correlation between ammonia concentration and odor frequency of the livestock odor selected out of the overall odor.

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    Linear / Index correlation between the extent of exposure to odor and ammonia concentration on the expected odor path.

    Table

    Odor sampling point, measurement target material and sampling method

    Current states of odor sampling points where expected odor travel path exist

    Exposure limit value according to land use classification (EXPlim)

    Odor exposure calibration constant

    Ammonia concentration on the expected odor path

    Reference

    1. Bari, M. A. , Curran, R. L. T. , Kindzierski, W. B. ,2015. Field performance evaluation of Maxxam passive samplers for regional monitoring of ambient SO2, NO2 and O3 concentrations in Alberta, Canada. Atmospheric Environment 114, 39-47.
    2. Jang, H. S. , Bang, S. Y. , Jo, Y. D. , Kim, S. M. , Kim, J. H. ,2016. A Study of odor measurement by Grid Method in Germany. in Prceedings of the 2016 Spring Conference of the Korean Society of Odor Research and Engineering, pp. 55-57.
    3. Kim, H. M. , Yi, B. J. , Kim, S. T. ,2001. A study on the development of passive sampler for Ammonia spatial distribution survey. Daejeon University., Environmental Research Institute 5, 55-66.
    4. Kim, S. T. , Son, Y. S. , Koo, Y. S. ,2016. The odor frequency modeling applied to the grid method, in Prceedings of the 2016 Fall Conference of the Korean Society of Odor Research and Engineering, pp. 85-87.
    5. Korea Environment Institute (KEI),2013. Odor management guideline considering odor effect. URL : http://www.kei.re.kr/home/elib/researchreport/view.kei?menuId=AM001_002_001_001&cId=699019
    6. Ministry of Environment (ME),2015. odor civil service status survey result by year
    7. Ministry of Environment (ME),2019. The second comprehensive Odor Prevention Policy
    8. National Institute of Environmental Research, (NIER),2017. A Study on Improvement of Odor Measurement Method Using Olfactory Odor Method in the Field. Available from: URL : http://ecolibrary.me.go.kr/nier/search/DetailView.ax?sid=1&cid=5643959
    9. Yim, B. B. , Kim, S. T. ,2006. Evaluation of an ammonia passive sampler using chamber system. Journal of Korean Society for Atomospheric Environment 22(E1), 1-8.