1. 서 론

악취방지법에서 악취는 “황화수소, 메르캅탄류, 아 민류, 그 밖에 자극성이 있는 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새”로 정의하고 있으며, 주요 악취물질로는 지정악취물질 22종(암모 니아, 메틸메르캅탄, 황화수소, 다이메틸설파이드, 다 이메틸다이설파이드, 트라이메틸아민, 아세트알데하 이드, 스타이렌, 프로피온알데하이드, 뷰틸알데하이 드, n-발레르알데하이드, i-발레르알데하이드, 톨루 엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰틸케톤, 뷰틸 아세테이트, 프로피온산, n-뷰틸산, n-발레르산, i-발 레르산, i-뷰틸알코올)이 해당된다(ME, 2015a;Choi, 2022). 악취는 다른 오염물질과 달리 후각으로 인지 되는 감각공해라는 특성이 있어, 극히 낮은 농도일지 라도 사람에게 특정 냄새 자체로 정신적인 스트레스 를 유발하여 두통, 식욕감퇴, 호흡곤란, 메스꺼움 및 알레르기 현상 등으로 인체의 자각증상을 나타낸다 (Byeon et al., 2009;Lee et al., 2016;Yeon et al., 2016).

생활 수준과 삶의 질이 향상됨과 동시에 악취에 대 한 시민들의 관심이 증가하고 있다(Choi et al., 2006;Choi, 2022). 이러한 흐름과 함께, 2000년대 이후 산업 단지의 악취 배출량을 산정하고 주변 지역의 악취 영 향을 평가하며 저감 방법을 제안하는 연구들이 수행 되었다(Choi, 2022). 하지만, 환경부에서 발표한 최근 악취 민원 발생 현황을 살펴보면 ‘16년 24,748건, ’17년 22,851건, ‘18년 32,452건으로 정부와 학계의 노력에도 불구하고 악취로 인한 민원이 오히려 증가하는 추세 를 보이고 있다(Yeon et al., 2016). 또한, 국토면적이 좁 은 우리나라는 대부분의 악취 민원이 산업단지와 주 거지역이 인접한 곳에서 발생하는 경우가 많아 산업 단지 내에서 악취를 효율적으로 제어하는 것이 중요 한 이슈가 되고 있다(Shin et al., 2011;Yeon et al., 2016). 이러한 상황에서 사업장에서 배출되는 다양한 악취 물질의 배출특성에 관한 연구는 다수 수행되었지만, 배출되는 악취물질을 효과적으로 처리할 수 있는 악 취방지기술의 연구는 매우 부족한 실정이다.

일반적으로 악취물질은 질소 계열, 황 계열, 지방산 계열, 알데하이드 계열, 휘발성유기화합물 계열 등이 주로 배출되고 있으며, 이러한 물질들을 처리하기 위 한 다양한 기작의 반응식이 보고되고 있다. 암모니아 물질의 제거 기작으로는 화학반응, 질산화 미생물, 탈 질화 미생물에 의한 제거 반응 기작이 있으며, 주로 산 용액 혹은 수용액을 사용하여 용해 포집하여 제거 하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다(Kim, 2001;Kim et al., 2021). 황 화합물의 제거 기작으로는 탈황 반응 기, 황 박테리아 반응, 중화반응이 있으며, 주로 염기 를 사용하여 침전에 의해 제거하는 방법과 산화/환원 반응을 이용하는 방법이 사용되고 있다(Kim et al., 2004, Han et al., 2008). 휘발성유기화합물 계열의 제거 기작 으로는 미생물에 의한 제거 반응기작, 축열 소각, 촉 매 산화가 있으며, 일반적으로 산화를 통해 제거하는 방법이 사용되고 있다(Cha, 2001, Yoon, 2017;Yoon et al., 2022).

하지만, 실제 현장에서는 배출되는 물질에 따른 방 지기술을 설치하여 적용하기보다는 법적 규제를 충 족하기 위한 경제적인 기술이나 기존에 사용했던 방 법들을 사용하고 있는 것이 현실이다. 따라서 기존에 연구 보고된 다양한 악취방지기술들이 실제 현장에 서 적정하게 설치되어 적용되고 있는지 파악하고, 사 업장별 혹은 업종별로 현재의 방지기술을 개선할 수 있도록 배출 악취물질별 최적의 방지기술을 적용할 수 있도록 제안하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 A 시 a 구 산업단지 내 업종 및 사업장별 악취 배출특 성을 파악하고, 업종별 방지시설 설치 현황과 악취 원 인물질 배출특성을 연계 분석하여 사업장에 맞는 적 정악취방지기술 적용방안을 도출하고자 하였다.

2. 연구방법

2.1 연구 기간 및 조사대상

본 연구에서는 2020년 8월 10일부터 12월 8일까지 A 시 a 구 산업단지 내 사업장 총 162개소를 대상으로 사업장의 방지시설 최종배출구에서 배출되는 악취물 질을 조사하였으며, 조사사업장 분포 및 업종별 시료 채취 사업장수를 Fig. 1에 나타내었다. 식료품 제조업 (10) 1개소, 부직포 및 펠트 제조업(13) 3개소, 가죽/가 방 및 신발 제조업(15) 1개소, 목재 및 나무제품 제조 업(가구제외)(16) 3개소, 펄프/종이 및 종이제품 제조 업(17) 2개소, 기타 인쇄업(18) 3개소, 코크스/연탄 및 석유정제품 제조업(19) 1개소, 화학물질 및 화학제품 제조업(의약품 제외)(20) 15개소, 의료용 물질 및 의 약품 제조업(21) 3개소, 고무 및 플라스틱제품 제조업 (22) 14개소, 비금속 광물제품 제조업(23) 6개소, 1차 금속 제조업(24) 13개소, 금속가공제품 제조업(기계 및 가구 제외)(25) 39개소, 전자부품/컴퓨터/영상/음 향 및 통신장비 제조업(26) 3개소, 의료/정밀/광학기 기 및 시계 제조업(27) 1개소, 전기장비 제조업(28) 5 개소, 기타 기계 및 장비 제조업(29) 12개소, 자동차 및 트레일러 제조업(30) 6개소, 기타 목재가구 제조업(32) 7개소, 기타 제품 제조업(33) 2개소, 하수/폐수 및 분 뇨처리업(37) 2개소, 폐기물 수집/운반/처리 및 원료 재생업(38) 8개소, 소매업(자동차 제외)(47) 3개소, 공 공행정/국방 및 사회보장 행정(84) 1개소, 개인 및 소 비용품 수리업(95) 7개소, 산업용 세탁업(96) 1개소에 서 시료를 채취하였다. 사업장별 방지시설 현황은 전 수조사를 토대로 조사된 자료를 기반으로 사용하였다.

2.2 분석항목 및 방법

사업장 방지시설의 배출구에서 간접흡인 상자를 이 용하여 가스 시료를 채취하여 24시간 이내에 분석을 진행하였다. 조사항목은 지정악취물질 22종으로 질 소화합물인 암모니아, 트리메틸아민, 황 화합물인 황 화수소, 메틸메르캅탄, 다이메틸다이설파이드, 다이 메틸다이설파이드, 알데하이드 화합물인 아세트알데 하이드, 프로피온알데하이드, 뷰틸알데하이드, n+i 발 레르알데하이드, 휘발성유기화합물인 스타이렌, 톨루 엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰틸케톤, 뷰틸 아세테이트, i-뷰틸알코올, 지방산 화합물인 프로피온 산, n-뷰틸산, n+i 발레르산을 측정하였다. 분석기기 로는 양자전이 비행시간 질량분석기(Proton transfer reaction time of flight mass spectrometer, PTR-ToFMS, Innsbruck, Austria)를 이용하였다. 분석 물질별로 물질에 맞는 이온화원을 지정하여(H₃O⁺ mode(600 V, 500 V, 400 V), NO⁺ mode, O₂⁺ mode) 한 사이클 당 각 각 85초(35초, 25초, 25초), 40초, 35초씩 분석하여 총 160초로 측정하였다. 이동 도관은 60°C, 2.2 mbar 압력 으로 사용하였고, 이온화원 모드에 따라 이동도관의 전압은 400~600 V로 변경하여 사용하였다. 샘플링 유 량은 100 ml/min 으로 설정하였고, 시료마다 세 사이 클씩 측정하여 세 사이클의 평균값으로 물질별 농도 (단위 : ppb)를 도출하였다.

2.3 악취농도지수 평가

악취는 물질마다 사람이 인지할 수 있는 최소농도 가 달라 악취물질 농도의 높고 낮음으로 악취 원인물 질을 선정하기 어렵다. 따라서 악취물질의 객관적 평 가를 위해서 일반적으로 최소감지농도(Threshold)를 사용하는데, 본 연구에서는 산업단지 내 업종별 주요 악취 원인물질을 선정하기 위해 악취농도지수(Odor Quotient, OQ) 개념을 사용하였다(Lee et al., 2016). OQ는 측정된 악취물질의 농도를 해당 물질의 최소 감지농도로 나누어 산정이 가능하며, Table 1에 본 연 구의 대상물질인 지정악취물질 22종의 최소감지농도 를 나타내었다(Park et al., 2010;Choi et al., 2014).

3. 결과 및 고찰

3.1 업종별 방지시설 현황 및 악취배출 특성 파악

먼저, A 시 a 구에 위치한 산업단지를 대상으로 업 종별로 현재 설치되어 있는 방지시설 운영현황을 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 2에 방지시설 현황을 나타낸 사 업장은 총 202개소이며, 본 연구에서의 대상사업장과 상이하다. 방지시설은 흡수에 의한 시설과 흡착에 의 한 시설이 대다수인 것으로 조사되었다. 연소장치, 덮 개 등으로 설치된 방지시설은 실제 배출되는 악취물 질과 크게 연관성이 없거나 본래의 역할을 잘 수행하 지 못하는 것으로 분석되었다. 또한, 물에 의한 흡수 및 약액에 의한 흡수, 흡착을 많이 사용하고 있으나, 여전히 배출 복합악취 농도가 500배 이상으로 높게 배 출되고 있어 방지시설의 보완이 필요하다는 사실을 명확하게 시사하고 있다.

Fig. 3에 A 시 a 구 산업단지 내 업종 및 사업장별 OQ 의 총합을 나타내었다. 업종별 OQ의 총합을 분석한 결과 펄프/종이 및 종이제품 제조업(17)의 경우 총 OQ 합이 61~15,117 (7,589)로 가장 높았고, 하수/폐수 및 분뇨 처리업(37)의 경우 556~4,165 (2,361), 기타 목재 가구 제조업(32)의 경우 43~6,583 (1,362), 목재 및 나 무제품 제조업(가구제외)(16)의 경우 104~3,907 (1,396), 화학물질 및 화학제품 제조업(의약품 제외)(20)의 경 우 33~12,129 (896), 식료품 제조업(10)의 경우 628, 기 타 인쇄업(18)의 경우 414~553 (488), 기타 기계 및 장 비 제조업(29)의 경우 71~1,500 (460), 공공행정/국방 및 사회보장 행정(84)의 경우 405, 폐기물 수집/운반 /처리 및 원료 재생업(38)의 경우 77~685 (369)로 나타 났다. 방지시설을 설치했음에도 불구하고 OQ가 높 은 원인으로는 악취 물질과 맞지 않은 방지시설 운용, 방지시설의 노후화, 방지시설 용량 미달, 유지관리 미 흡으로 인해 방지시설의 역할이 제대로 수행되지 못 한 것으로 판단된다.

Fig. 4에 A 시 a 구 산업단지 내 업종별 주요 악취 원 인물질의 평균 OQ를 나타내었다. 업종별 주요 악취 원인물질을 분석한 결과 펄프/종이 및 종이제품 제조 업(17)의 주요 악취 원인물질은 H₂S (2,564, 34%), MM (2,236, 29%), AA (1,995, 26%)로 주로 황 계열과 알데 하이드 계열로 나타났고, 하수/폐수 및 분뇨처리업(37) 의 경우 H₂S (1,692, 72%), MM (376, 16%)으로 주로 황 계열이, 기타 목재가구 제조업(32)의 경우 BAc (368, 72%)로 주로 휘발성유기화합물 계열이, 목재 및 나무 제품 제조업(가구제외)(16)의 경우 BAc (1,153, 83%)로 주로 휘발성유기화합물 계열이, 화학물질 및 화학제 품 제조업(의약품 제외)(20)의 경우 AA (422, 47%), H₂S (373, 42%)로 주로 알데하이드 계열과 황 계열이, 식료품 제조업(10)의 경우 MM (423, 67%)으로 주로 황 계열이, 기타 인쇄업(18)의 경우 TMA (256, 52%), BAc (125, 26%)로 주로 휘발성유기화합물 계열이, 기 타 기계 및 장비제조업(29)의 경우 BAc (249, 54%)로 주로 휘발성유기화합물 계열이, 공공행정/국방 및 사 회보장 행정(84)의 경우 AA (145, 36%), MM (121, 30%)으로 주로 알데하이드 계열과 황 계열이, 폐기물 수집/운반/처리 및 원료 재생업(38)의 경우 AA (165, 45%)로 주로 알데하이드 계열로 나타났다. 황 계열 화 합물은 종이를 표백하는 과정에서 사용된 표백제와 하수 및 분뇨의 혐기성처리 중 1차 산성발효와 2차 발 효과정에서 발생되는 가수분해로 인해 주로 배출되 는 것으로 나타났다(Ahn et al., 2015: ME, 2015b). 알데 하이드 계열 화합물은 접착제를 사용하는 업종이나 유기물을 다량 함유한 폐기물의 처리과정에서 주로 배출되는 것으로 나타났다(Kim et al., 2010;Yoon and Kim, 2012). 휘발성유기화합물 계열은 인쇄, 목재가공 등 유기용제를 많이 다루는 업종에서 주로 배출되는 것으로 나타났다(Kim et al., 2020).

3.2 원인물질별 방지기술 조사와 배출 악취 원인물질 에 따른 업종 및 사업장별 적정방지기술 도출

Table 2와 같이 조사된 배출 악취 원인물질별 효과 적인 처리법을 종합분석하여 Fig. 5와 같은 결론을 도 출하였다. 적정방지기술을 도출하기 위하여 단순히 제거효율만 고려한 것이 아니라 적용부지, 현장 적용 가능성, 폐수처리 가능 여부, 유지관리 용이성, 경제 성 등 사업장 여건을 함께 고려하였다. 질소 계열 악 취 중 가장 문제시되는 것은 Trimethylamine으로서 이 의 처리는 황산을 이용한 흡수처리가 적절한 것으로 조사되었다. 황산을 이용한 흡수처리는 Ammonia 처 리에도 상당히 효과가 있는 것으로 조사되었다. 황 계 열 악취 중 가장 문제시되는 것은 H₂S로서 이산화염 소와 가성소다를 이용한 이중 습식충진탑처리가 적 절한 것으로 조사되었다. 이산화염소와 가성소다를 이용한 이중 습식충진탑 처리는 Methylmercaptane 처 리에도 상당히 효과가 있는 것으로 조사되었다. 알데 하이드 계열 악취 중 가장 문제시되는 것은 Acetaldehyde로서 이의 처리는 차아염소산과 가성소다를 이 용한 이중 습식충진탑 처리가 적절한 것으로 조사되 었다. 차아염소산과 가성소다를 이용한 이중 습식충 진탑 처리는 Butylaldehyde와 Valeraldehyde 처리에도 상당히 효과가 있는 것으로 조사되었다. 휘발성유기 화합물 계열 악취 중 가장 문제시되는 것은 Butylacetate 로서 이의 처리는 Wood chip과 석탄입자를 이용한 Biofilter 처리가 적절한 것으로 조사되었다. 같은 휘발성 유기화합물 계열 악취 중 Toluene과 Styrene의 경우 미 세공극 활성탄을 이용한 흡착 처리가 적절한 것으로 조사되었다. 지방산 계열 악취 중 가장 문제시되는 것 은 Valeric acid로서 이의 처리는 차아염소산과 가성소 다를 이용한 이중 습식충진탑 처리가 적절한 것으로 조사되었다. 같은 지방산 계열 악취 중 Butyric acid의 경우 Wood chip과 석탄입자를 이용한 Bio-filter 처리 가 적절한 것으로 조사되었다.

Table 3에 주요 악취 원인물질별 적정방지기술과 기 대 제거효율을 정리하여 나타내었다. 질소 계열의 경 우 H₂SO₄를 이용한 약액흡수법 적용이 가장 효과적 인 것으로 나타났다. 대상물질로는 NH₃에 적용할 경 우 고농도에서 75%, 저농도에서 100%의 제거효율을 나타낼 것으로 기대되었으며, TMA에 적용할 경우 저 농도에서 99%의 제거효율을 나타낼 것으로 기대되었 다. 알데하이드 계열의 경우 이산화염소와 가성소다 를 이용한 이중 습식충진탑 적용이 가장 효과적인 것 으로 나타났다. 대상물질로는 AA에 적용할 경우 저 농도에서 99%의 제거효율을 나타낼 것으로 기대되었 으며, BAl의 적용할 경우 고농도에서 97%, 저농도에 서 99%의 제거효율을 나타낼 것으로 기대되었다. 황 계열의 경우 이산화염소와 가성소다를 이용한 이중 습식충진탑 적용이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 대상 물질로는 AA에 적용할 경우 저농도에서 99%의 제거효율을 나타낼 것으로 기대되었으며, BAl의 적 용할 경우 고농도에서 97%, 저농도에서 99%의 제거 효율을 나타낼 것으로 기대되었다. 휘발성유기화합 물 계열의 경우 활성탄을 이용한 흡착과 Wood chip을 이용한 Bio-filter 적용이 가장 효과적인 것으로 나타 났다. 활성탄을 이용한 흡착의 대상 물질로는 TOL과 STR이 효과적인 것으로 나타났으며, STR의 경우 고 농도에서 90%, 저농도에서 100%의 제거효율을 나타 낼 것으로 기대되었다. 지방산 계열의 경우 전자빔을 이용한 기술과 석탄 입자를 이용한 Bio-filter 적용이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 전자빔을 이용한 기 술의 대상물질로는 PA의 효과적인 것으로 나타났으 며, 고농도에서 46%, 저농도에서 84%의 제거효율을 나 타낼 것으로 기대되었다. 석탄 입자를 이용한 Bio-filter 의 대상물질로는 BA의 효과적인 것으로 나타났으며, 석탄 입자를 이용한 Bio-filter의 대상물질로는 BAc가 효과적인 것으로 나타났으며, 고농도에서 80%, 저농 도에서 100%의 제거효율을 나타낼 것으로 기대되었다.

Table 4에 본 연구에서 제안한 업종별 적정방지기 술을 기존에 설치되어 있는 방지시설 함께 나타내었 다. Table 4에서 제안된 적정방지기술은 업종별 주요 악취 원인물질을 처리하기 위한 방법이며, 기존에 업 종별로 설치된 방지시설의 제거효율을 현재의 수준 보다 상당히 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 다 만, 업종별로 배출되는 주요 악취 원인물질을 처리하 기 위한 방법이기 때문에, 현장여건에 따라 적용하기 어렵거나 다른 방식과 혼합하는 것이 더 좋은 효과를 나타낼 수도 있다.

4. 결 론

본 연구는 A 시 a 구 산업단지에 위치한 162개소 사 업장을 대상으로 지정악취물질 22종을 측정하였다. 측정 결과를 통해 사업장 및 업종에 따른 주요 악취 원인물질을 파악하고 그에 맞는 적정방지기술을 도 출하였다.