1. 서 론

우리나라는 급속한 산업발전과 함께 수도권과 대 도시로 인구가 집중된 국가이다. 2020년 통계청 기준 전체 인구의 43% 이상이 직할시 이상 대도시에 거주 하고 있으며(KOSTAT, 2020), 서울은 전체 인구의 약 18.5%가 거주하고 있는 대도시이다. 이러한 대도시에 거주하는 인간의 기본적인 욕구가 쾌적한 환경이다. 많은 인구가 밀집되어 생활하고 있는 대도시에서 악 취는 중요한 환경문제다.

환경부에서 조사한 우리나라의 전체 악취 민원은 2015년 15,573건에서 2019년 40,854건으로 2배 이상 증 가하였고, 2020년에도 40,364건으로 2019년과 비슷한 민원이 발생하였다. 서울시의 경우 악취방지법이 시 행된 2005년 이후에도 악취 민원 건수가 증가하고 있 으며, 현재까지 계속 증가하고 있다. 이는 2005년 악 취방지법 시행에 따라 오히려 서울시에서는, 기존 신 고 대상 시설이 지정 해제되어 그 수가 감소하였고 신 고 대상 외 시설이 증가하게 되었다. 최근에는 악취 배출대상 업종이 아닌 음식점, 하수관 등과 규모가 작 은 인쇄, 세탁업종에 대한 생활악취 민원이 급증하고 있다(SI, 2013;SI, 2016).

악취는 악취물질 종류에 따라 매우 낮은 농도에서 도 주민들의 불만으로 민원이 발생하는 특성 때문에, 악취 발생원을 관리하고 저감 대책을 수립하기가 어 렵다(Yeon et al., 2016;Kim et al., 2020). 대도시에서의 악취는 음식폐기물처리시설, 자원회수시설(소각), 폐 기물 처리시설(적환장), 하수처리시설, 농수산물 도 매시장 등에서 발생하는 배출 악취와 인간의 활동 과 정에서 발생하는 생활악취로 구분할 수 있다(Jeon et al., 2006;Jeon et al., 2013;Seo et al., 2013;Jang et al., 2017). 대도시에서 배출 악취는 공공환경기초시설에 서 발생하는데, 이러한 시설은 도시를 유지하기 위한 필수 시설임에도 불구하고 혐오시설로 인식되고 있 다. 다양한 배출원이 상존하는 대도시에는 악취를 유 발하는 물질의 종류가 다양하여 악취물질 분석이 중 요하다(Muezzinoglu, 2003;Davoli et al., 2003;Komilis et al., 2004;Kim et al., 2008).

본 연구에서는 서울 시내 악취 발생원 중에서 음식 쓰레기 처리시설, 자원회수시설(소각로), 쓰레기 적 환장, 하수·폐수 처리시설 중에서 선정한 15개 공공환 경기초시설을 대상으로 부지경계와 배출구에서 복합 악취와 22종의 지정악취를 측정하였다. 악취를 분석 한 자료를 이용하여 각 사업장의 악취발생 물질의 기 여율을 평가하여 악취의 원인물질을 파악하고, 감소 시킬 수 있는 기초자료로 활용하고자 한다.

2. 연구내용 및 방법

2.1 연구대상 시설

서울시는 공공환경기초시설(음식폐기물 처리시설, 자원 회수시설(소각), 폐기물 처리시설(적환장), 하수 처리시설, 농수산물 도매시장)을 다수 운영하고 있다. 본 연구에서는 공공환경기초시설 중에서 음식폐기물 처리시설 5개소(A1 ~ A5), 자원회수시설(소각) 3개소 (B1 ~ B3), 하수처리시설 3개소(C1 ~ C3), 쓰레기 처리 시설(적환장) 2개소(D1 ~ D2)와 농수산물 도매매장 2 개소(E1 ~ E2), 총 15개 사업장을 선정하여 악취를 측 정하였다. Table 1에 공공환경기초시설에서 악취가 발 생할 수 있는 공정과 조건을 나타내었다. 음식쓰레기 처리시설은 발효 및 저류조에서, 소각은 폐기물 이동 및 배기가스에서, 하수처리시설은 침사지, 침전지, 소 화조에서 폐기물 적환장은 폐기물 이동과 저장과정 에서, 농수산물 도매시장은 농산물이나 생선의 폐기 물이 부패하면서 악취가 발생한다.

Fig. 1에 15개 공공환경기초시설의 위치를 지도에 나타내었다. 15개 시설 중에서 A5 음식물처리시설은 민간회사가 위탁하여 운영하는 시설로 악취 민원이 많이 제기되어 선정하였다.

2.2 시료채취 위치

15개 공공환경기초시설에서 부지경계와 배출구에 서 악취 시료를 채취하였다. 부지경계에서 복합악취 는 1차(06 ~ 08시), 2차(11시 ~ 14시), 3차(17시 ~ 18시) 각 1회씩 3회를 측정하였으며, 지정악취는 1차, 2차 2 회를 측정하였다. 측정 기간은 5/23 ~ 5/31, 7/18 ~ 7/21 이다. 또한 공공환경기초시설 내부의 전체 배출구를 전수조사하여 배출구 70개에서 복합악취 및 지정악 취를 각각 1회 측정하였다. 하수처리시설 3개 사업장 중에서 C1 시설은 배출구 18개, C2 시설은 배출구 8 개, C3 시설은 배출구 24개 등으로 다른 공공환경기 초시설보다 배출구가 많다. Table 1에 공공환경기초 시설에서 측정 위치와 시간을 나타내었다. Fig. 2에 15 개 공공환경기초시설 중에서 배출구가 가장 많은 C1 시설의 부지경계와 배출구 일부를 사진으로 나타냈다.

2.3 분석방법

본 연구에서 악취물질 시료 채취 및 분석 방법은 악 취공정시험기준(ME, 2014)에 따라 복합악취와 지정 악취 22개 물질을 분석하였으며, 분석 방법은 Table 3 과 같다.

복합악취와 황 화합물은 냄새의 유무와 누출 여부 가 확인된 Tedlar bag (5 L, TOP trading, Korea)을 진 공흡입상자(TOP trading, korea)를 이용하여 현장의 공 기로 3회 이상 치환한 후 1 L/min의 속도로 5분 안에 시료를 채취하였다. 채취 시에는 현장의 풍향과 냄새 유무 등을 고려하였다. 시료 채취가 끝난 Tedlar bag은 상온(15°C ~ 25°C)의 유지 및 직사광선을 피할 수 있 도록 차광용기나 차광막을 사용하여 운반 및 보관하 며, 판정은 시료 채취 후 24시간 안에 분석하여 판정 하였다.

암모니아는 0.5% 붕산용액 50 mL를 2개의 임핀저 에 나누어 담고, 직렬로 연결한 후 유입부에 시료의 분석 시 흡광도의 방해 요인을 제거하기 위해 먼지 제 거용 필터를 설치한 후 5 L/min 유량으로 10분간 총 50 L의 시료를 채취하였다. 암모니아는 시료를 인도 페놀법으로 발색시킨 후 UV-VIS (Shimadzu-1201, Japan)를 이용하여 640 nm 파장에서 분석하였다. 트 라이메틸아민(TMA)은 산성여과지법으로 10 L/min로 5분간 총 50 L를 채취하여 SPME (65 μm, Supelco, USA)으로 농축시킨 후 GC/NPD (Simadzu 2010/plus, Japan)를 사용하여 분석하였다(Chae et al., 2016).

알데하이드류의 시료는 펌프(SIBATA MP-Σ100, Japan)를 사용하여 2 L/min의 유량으로 5분간 DNPH cartridge (S10, Supelco, USA)에 포집하였다. 채취 시 2,4-DNPH 카트리지 전단부에 KI가 채워져 있는 오존 스크러버(Waters, U.S.A)를 설치하여 오존의 영향을 제 거하였다. 기기분석은 UV 검출기를 이용하여 360 nm 의 파장에서 HPLC (ChroZen, Younglin, Korea)로 분 석하였다. 악취성 VOCs 시료는 Tenax-TA ((Markes Inc., USA) 흡착 튜브를 이용하여 펌프(SIBATA MP- Σ30, Japan)로 100 mL/min 유량으로 5분간 시료 채취 하여 GC-MSD/ATD (7860GC/5977MSD/Ultra-xr )를 이용하여 분석하였다(Chae et al., 2016).

지방산은 알칼리함침법으로 직경 47 mm의 유리 재 질의 여과지를 사용하였다. 고온 건조기에서 500°C로 2시간 이상 건조한 여과지에 0.5 N 수산화칼륨용액 1 mL 를 가하여 함침 시킨 후 오븐에서 다시 건조 시킨 후 페트리접시에 넣고 사용 전까지 냉장 보관한다. 시료 의 채취는 이 과정을 거친 여과지를 사용하여 유량계 와 흡인 펌프, 가스미터의 순서로 장치를 연결한 뒤 10 L/min로 5분간 총 50 L를 채취하였고, 분석 전까지 냉장 보관하였다. 지방산 분석은 GC/FID (Shimadzu 2010/plus)와 headspace (HS-20, Shimadzu)로 사용하 였고, 운반가스는 헬륨(99.999%)을 사용하였고, 검출 기 온도는 240°C로 설정하여 분석하였다(Chae et al., 2016).

지정악취물질 22종의 품질보증(Quality assurance, QA)에 대한 MDL값은 7회 반복 분석하여 산출하였으 며, RSD는 0.26% ~ 4.22%로 국내 악취공정시험 기준 치인 10% 이하로 나타났으며 R² 값 또한 기준치인 0.98 이상으로 나타났다.

3. 결과 및 고찰

3.1 복합악취 측정결과

Fig. 3에 공공환경기초시설 15개 사업장의 부지경 계에서 복합악취 분석 결과를 박스도표 형태로 나타 내었다. 시간대별로 3회 측정한 결과이다. 평균 희석 배수는 1차(06:00-08:00) 3배 ~ 5배, 2차(11:00-14:00) 3 배 ~ 5배, 3차(17:00-18:00)는 3배 ~ 6배로 악취방지법 상 배출허용기준(부지경계) 15배보다 매우 낮으며 아 침, 점심, 저녁 희석배수가 비슷한 경향을 나타내었다. 하루 동안 악취의 강도가 일정하게 나타났다.

배출구에서 복합악취 결과는 15개 사업장을 배출 구 개수에 따라 2가지로 분류하여 나타내었다. Fig. 4 에 하수처리장을 제외한 12개 사업장의 20개 배출구 의 복합악취 농도를 나타내었다. 음식폐기물 처리시 설인 A1, A2, A5 시설이 배출구가 2개, 다른 2개 사업 장은 각각 1개의 배출구를 가지고 있으며 소각시설 인 B1, B2, B3 시설은 각각 2개, 3개, 2개의 배출구를 가 지고 있다. 폐기물 적환장인 D1, D2 시설은 각각 1개, 2개와 농수산물 도매시장인 E1, E2 시설은 각각 1개 의 배출구를 가지고 있다. 음식폐기물 처리시설인 A1 사업장의 #2 배출구에서 669배로 악취방지법상 배출 허용기준(배출구)을 500배를 초과하였으며 다른 19 개 배출구는 500배 이하로 기준치를 만족하였다.

Fig. 5에 하수처리장 3개 시설의 50개 배출구의 복 합악취 농도를 박스도표 형태로 나타내었다. C3 시설 은 전체 24개 배출구 중에서 8개, C2 시설은 전체 8개 배출구 중에서 3개, C1 시설은 18개 배출구 중에서 2 개에서 각각 기준치인 500배를 초과하였다. C3 시설 은 배출구 복합악취 농도가 100배 ~ 4,481배이고 중앙 값은 300배이다. C2 시설은 배출구 복합악취 농도가 100배 ~ 4,481배이고 중앙값은 374배이다. C1 시설은 배출구 복합악취 농도가 100배 ~ 669배이고 중앙값은 254배이다.

하수처리시설에서 기준치를 초과한 시설을 공정별 로 살펴보면 3개 시설 공통으로 종합 탈취동과 침사 지, 침전지에서 높게 나타났다. 하수처리시설에서 침 사지는 토사류 등에 의한 펌프 손상을 방지하기 위하 여 설치하는데, 침사지의 복합악취 농도가 높은 이유 는 무기물의 부유물질만 침전되지 않고 유기물도 침 전되어 부패하면서 악취를 발생시키기 때문이다(Jeon et al., 2006;Ko et al., 2012;Jang et al., 2017).

음식쓰레기 처리시설 5개, 소각로 시설 3개, 하수처 리시설 3개, 쓰레기 집하장 2개, 농수산물 도매시장 2 개등 총 15개 공공환경기초시설의 모든 배출구에서 복합악취를 측정한 결과 기타지역 기준치인 500배를 초과하는 사업장은 음식쓰레기 처리시설 1개, 하수처 리시설은 3개로 총 4개 시설이다. 기준치를 초과한 4 개 시설에서, 음식쓰레기 처리시설 A1 시설과 하수처 리시설 C1 시설은 최고 희석배수가 669배로 기준치 에 근접한 시설이나, C2와 C3 시설은 최고 희석배수 가 4.481배로 매우 높다. 따라서 방지시설이 없는 배 출구는 방지시설 설치가 필요하다.

3.2 지정악취 측정결과

악취방지법에서 지정악취물질로 22종을 지정하였 다. Table 4에 15개 사업장 부지경계에서 1차(06:00- 08:00), 2차(11:00-14:00) 2회 측정한 지정악취 결과를 나타내었다. 최소감지농도인 역치(threshold)는 사람 에게 냄새로 느껴지기 시작되는 최소의 농도를 의미 하며, 사람마다 차이가 있고, 민족이나 나이에 따라서 도 차이가 있다(Nagata, 2003;Jo et al., 2012;ME, 2012). 부지경계에서 기준치를 초과하는 물질은 없었 으며 역치를 초과하는 물질은 22종 중에서 4종이다. 초과한 횟수가 가장 많은 물질은 알데하이드류인 아 세트알데하이드로 14회, 아민류인 트라이메틸아민과 황산화물인 황화수소는 각각 6회 초과하였다. 지방산 인 n-뷰틸산은 1회 초과하였다. 부지경계에서 복합악 취의 희석배수가 3배 ~ 6배로 매우 낮지만, 역치를 초 과하는 물질로 인하여 공공환경시설에 인접한 주민 들은 악취를 느낄 수 있다.

악취물질은 단순히 농도 수치로는 악취의 세기를 평가할 수 없어서, 상대적인 악취농도인 악취활성수 치(odor activity value, OAV)를 구한 후 백분율 단위로 환산하여 악취 기여도를 계산하였다(Capelli et al., 2013;Chae et al., 2016;Jung et al., 2016). Fig. 6에 70개 전 체 배출구에서 측정한 지정악취 물질의 개별 OVA의 합계인 SOAV (Sum of Odor Activity Value)를 나타내 었다.

SOAV가 큰 사업장은 C2와 C3 시설이며, 기여율이 가장 큰 악취물질은 황화수소로 같다. SOAV가 10 이 하로 매우 낮은 사업장은 소각시설인 B1, B3와 폐기 물 집하장인 D1과 농수산물 도매시장인 E1 등이다. Fig. 6에서 SOAV와 복합악취 크기가 잘 일치하지 않 음을 알 수 있다 (Gong et al., 2016). 따라서 배출구에 서 악취는 SOAV와 복합악취 측정 결과를 같이 평가 해야 한다.

Fig. 7에 15개 공공환경기초시설을 5개 시설 형태로 분류하여 악취기여율을 나타내었다. 전 배출구의 농 도를 평균한 값으로 악취기여율을 계산하였다.

음식물쓰레기 처리시설에서 악취기여율이 가장 큰 물질은 아세트알데하이드 66%, i-발레르알데하이드 11%, 황화수소 6%로 알데하이드 물질의 기여율이 높 다. 소각시설은 아세트알데하이드 49%, 메틸메르캅 탄 15%, 이황화메틸 7% 등으로 알데하이드류와 황산 화물이 주요 악취물질이다. 하수처리시설은 황화수 소 91%, 메틸메르캅탄 8%로 황산화물의 비중이 매우 높다. 쓰레기 집하장은 아세트알데하이드 58%, 메틸 메르캅탄 11%, 다이메틸다이설파이드 5%로 소각시 설과 비슷한 성분을 나타내었다. 농수산물 도매시장 은 황화수소 67%, 트라이메틸아민 19%로 황산물과 아 민류가 주요 악취물질이다. 15개 공공환경기초시설 에서 가장 많이 악취를 유발하는 물질은 아세트알데 하이드와 황화수소이다.

4. 결 론

본 연구에서는 서울 시내 악취 발생원 중에서 음식 쓰레기 처리시설, 자원회수시설(소각장), 쓰레기 적 환장, 하수처리시설, 농수산물 도매시장 등에서 선정 한 15개 공공환경기초시설을 대상으로 부지경계와 배 출구에서 복합악취와 22종의 지정악취를 측정하여 아 래와 같은 내용으로 결론을 정리하였다.

본 연구의 결과를 보면 부지경계에서 복합악취의 희석배수는 3배 ~ 6배로 매우 낮지만, 공공환경시설 에 인접한 주민들이 악취를 느낄 수 있는 역치를 초 과하는 물질이 있는 것으로 분석되었다. 따라서 악취 문제를 종합적으로 판단하기 위해서는 복합악취와 지정악취를 동시에 측정해야 한다.