1. 서 론

공기희석관능법은 복합악취를 측정하기 위해 우리 나라에서 사용 중인 대표적인 방법이다. 복합악취를 측정하기 위한 방법으로 일부 복합악취 간이측정기 가 사용되고 있으나, 비교적 정밀도 혹은 정확성이 부 족하여 우리나라에서는 공기희석관능법을 사용하도 록 악취 공정시험기준에서 규정하고 있다(ME, 2014;KEITI, 2019). 공기희석관능법은 기기분석법 대비 경 제적이라는 점과 복합악취를 측정할 수 있다는 장점 이 있다(Lee et al., 2014). 그러나 이 방법은 현장에서 악취 시료를 채취하여 실험실로 이동한 후 분석하는 방식으로, 시료 운반과정에서 시간의 괴리에 따른 시 료의 손실이 발생하여 악취의 과소평가가 야기된다 는 문제점이 있다(Han and Park, 2012). 또한, 악취 현 장에서 즉각적으로 복합악취를 측정하는 것이 불가 능하기 때문에, 배출구 또는 수용지점의 풍향 및 풍 속, 강우 등에 따라 변동성이 심한 악취의 특성을 대 변하기 어렵다는 한계도 있다(Han et al., 2008).

이러한 문제점을 해결하기 위해서 해외에서는 악 취 발생 현장에서 직접 악취세기를 측정하는 방법을 도입하고 있다. 유럽의 경우 전반적인 악취 평가는 EN13725 방법에 의해 실험실에서 동적 올펙터미터 (Dynamic olfactometry)를 사용하고 있다(CEN, 2003). 미국의 경우 10개의 주에서 현장 공기희석관능에 기 기를 이용하여 악취를 평가하고 있으며 현장평가에 활용되는 장비는 Scentometer로 기기의 카본필터에 의 해 생성된 무취공기에 현장의 악취공기를 희석하여 즉각적으로 평가한다(ASTM, 2004). 해외 국가에서 사 용 중인 현장 공기희석장치에는 St. Croix Sensory 사 의 Nasal ranger, Scentroid 사의 SM100, Barnebey Sutcliffe 사의 Box Scentometer 등이 있으며, 휴대용 구 조로 설계되어 휴대성이 좋고, 실제 악취를 직접적으 로 사람의 후각으로 판정할 수 있는 장점을 가지고 있다.

현재 국내에서도 현장에서 무취가스를 희석하여 악 취농도를 실시간으로 직접관능할 수 있는 형태로 현 장 공기희석장치를 구성하여 개발하는 등, 현행 악취 측정방법(공기희석관능법)의 문제점을 보완하기 위 한 연구가 진행되고 있다(Chung et al., 2004;KEITI, 2019;Man et al., 2020, Kim et al., 2020;NIER, 2022). 본 연구에서는 악취배출원에서 악취시료를 채취하고, 악취시료의 공기희석배수 분석을 통한 공기희석관능 법의 문제점(시간 경과에 따른 손실)을 파악하고자 하 였다. 또한, 공기희석관능법과의 비교분석을 통해 현 재까지 개발된 현장 공기희석장치의 성능을 평가하 여 장치의 현장 적용성을 평가하고자 하였다.

2. 연구 방법

2.1 악취 시료 채취

현장 적용성 평가에 적합한 배출원 사업장 선정은 악취민원이 빈번히 일어나거나 접수되는 시설 혹은 주요 악취배출시설을 대상지로 고려하였다. 주요 악 취배출원 중 사전답사를 통해 시료 채취 용이성 등을 고려하여 축산시설(돈사), 폐기물 처리시설, 산업 배 출시설 등 다양한 유형의 배출원 5곳을 선정하였다. 시료 채취는 간접흡인 상자(Lung sampler)를 이용한 채취 방식을 이용하여 5분 이내에 순간 채취하였으 며, 10L 알루미늄 폴리에스테르백(Top-trading eng., Korea)을 사용하였다. 부지경계 시료는 채취 대상 배 출원 5곳에서 모두 채취하였으며, 그중 2곳에서는 배 출구 시료도 병행하여 채취하였다. Fig. 1은 시료채취 위치를 나타낸 것이며, Table 1은 악취 배출원의 업종 과 채취한 시료의 이름을 정리한 것이다.

2.2 실험실 공기희석관능법

악취공정시험기준의 공기희석관능법 “3.2 무취공 기 제조장치”에 의하면 무취공기는 공기가 흡입펌프, 실리카겔 병, 증류수, 활성탄, 공병 순으로 통과하여 무취주머니에 무취공기를 확보하도록 규정하고 있다 (ME, 2014). 본 연구에서 공기희석관능법에 사용한 무 취공기는 탑트레이딩 사의 무취공기 제조장치로서, 공기희석관능법 기준을 준용하고 있는 장치이다. 장 치는 흡입펌프와 버블 트랩, 오버플로우 트랩, 실리카 겔 트랩, 활성탄 트랩, 제올라이트 트랩으로 구성되어 있으며, 이후 6방 활성탄조를 통해 무취공기를 최종 생산한다. 관능시험용 냄새봉지(Top-trading eng., Korea)의 재질은 폴리에스테르로, 봉지에 담긴 무취 공기를 관능하여 냄새가 발생하지 않는 것을 확인 후 사용하였다.

악취의 공기희석배수는 판정인 5명의 공기희석배 수 판정 결과 중 최댓값과 최솟값을 제외한 나머지 3 개의 값을 기하평균하여 최종 결과로 도출하는 통계 적 방법을 적용하였다.

2.3 현장 공기희석장치

현장에서 복합악취를 정확하게 측정하기 위해서는 공기희석장치 내 유량조절기의 정확성, 무취공기의 순도, 흡입 마스크 밀착도 및 흡입 유속 등 여러 가지 요인을 고려해야 한다. 현장 공기희석장치의 휴대성 을 고려하여 현장 공기희석장치에 사용할 무취공기 로서 10 L 제로에어 실린더(99.999%, Rigas, Korea)를 적용하였다. 흡입 마스크는 이취 존재 여부, 흡입구 밀 착도 및 배기구 유무, 장치 연결 용이성, 내구성 및 관 리 용이성 등을 고려하여 의료용 산소마스크를 적용 하였다. 전반적인 현장 공기희석장치의 구성도는 Fig. 2와 같다.

장치에 연결한 마스크의 토출 유량을 비교한 결과, 오차 범위는 ±1% 이내로 확인되어 활용에 이상이 없 는 것으로 판단하였다. 현장 공기희석장치의 MFC 유 량 제어 정확성을 검토한 결과를 Table 2에 나타냈으 며, 기기 구조상 총 유량의 2/3는 벤트되고 1/3만 마스 크로 토출되도록 설계하였다(NIER, 2022).

현장 공기희석장치의 측정 프로세스는 동작, 세척, 대기 단계의 세 단계로 구성되어 있다. 측정 단계에 서는 농도를 제어하는 MFC 이후 라인에서만 희석될 수 있도록 펌프 쪽 라인의 무취공기를 차단하여 측정 하고, 세척단계에서는 외부공기를 차단하고 무취공 기 밸브만 개방하여 희석시료가 토출되는 라인을 세 척하도록 구성되어 있다(Table 3, Fig. 3).

오염도가 높은 고농도 측정 시 판정인 코의 피로도 및 순응으로 인해 판정 결과에 영향을 줄 수 있으므 로 무취가스가 토출되는 세척 시간을 충분히 확보하 도록 설계하였다. 판정요원의 측정 완료 후 세척시간 을 별도 구분 및 적용하여 측정 후 장치 라인 내부에 흡착되거나 희석된 시료가 잔존하여 다음 측정에 영 향을 줄 수 있는 부분을 최소화하였다.

2.4 복합악취 판정단

악취는 인지하는 사람의 민감도 따라 다양하게 해 석될 수 있으므로, 악취를 받아들이는 수용체의 특성 이 매우 중요하다(Park et al., 2006). 따라서 악취공정 시험기준의 공기희석관능법에는 악취 측정인원에 따 른 악취 평가가 일률적이고 신뢰성 있게 이루어질 수 있도록 악취 판정요원의 선정과 관련한 사항을 규정 하고 있다(ME, 2014).

본 연구의 악취 판정원의 경우 측정에 앞서 현장 공 기희석장치의 작동원리 및 사용 방법, 복합악취 측정 시행 절차 등의 교육을 통해 측정에 대한 충분한 이 해가 이루어지도록 하였다. 판정원의 선정은 공기희 석관능법의 판정요원 준수사항을 이행하고 악취강도 인식시험을 통과한 인원으로 구성하였다(ME, 2014). 또한 판정인의 변경으로 인한 오차발생을 예방하기 위해 모든 악취 측정 시 동일한 판정인으로 구성하여 참여하도록 하였다.

3. 연구 결과 및 고찰

3.1 무취공기가 공기희석관능법에 미치는 영향 평가

기존 공기희석관능법에는 무취공기 제조장치를 이 용하여 무취공기를 공급하도록 되어 있다(ME, 2014;Kim and Kim, 2002). 본 연구에서 활용한 현장 공기희 석장치에는 Zero Air 실린더를 이용하여 무취공기를 공급한다. 무취공기 공급 방식의 차이가 악취 시료의 공기희석배수 판정에 줄 수 있는 영향 여부를 확인하 기 위하여 공기희석관능법을 준용하되 무취공기 공 급 방식만 달리하여 측정을 실시하였다. 즉, 무취공기 제조장치와 제로에어 실린더 두 방식으로 구분하여 각각 같은 악취시료에 대해 공기희석배수를 측정하였다.

악취에 영향을 미치는 요소 중 하나는 채취된 시료 의 습도 유무이다(Lee et al., 2016). 현행 공기희석관능 법에서는 시료 내의 수분을 제거하기 위해 수분응축 관을 설치하도록 하고 있다(ME, 2014). 이는 시료 내 의 습도에 따라 판정인의 공기희석배수 판정 결과가 달라질 가능성이 존재함을 의미한다. 무취공기 제조 장치 구성 중에는 버블 트랩이 존재하므로 제조장치 를 통해 발생된 무취공기에 수분입자가 존재할 가능 성이 있다. 따라서 실험 전 제조장치로부터 발생되는 무취공기의 상대습도를 측정한 결과 약 27±3%로 나 타났으며, 제로에어 실린더 내의 무취공기의 경우 8±2% 의 상대습도를 나타냈다.

분석 결과, 무취공기 내에 함유된 수분의 차이에도 불구하고 두 가지 무취공기 공급 방식에 대한 공기희 석배수 기하평균값이 유의미한 차이를 나타내지 않 는 것으로 분석되었다(Fig. 4). 따라서, 현장 공기희석 장치 활용 시 제로에어 실린더를 사용하여 무취공기 를 공급하여 생산된 데이터의 신뢰도는 큰 문제가 없 을 것으로 사료된다.

3.2 시간 경과에 따른 공기희석배수 과소평가 여부 검토

샘플링된 악취물질은 시간이 지남에 따라 샘플링 백 내에 흡착되거나 물질 간의 반응 등의 작용으로 인 하여 안정성이 저하되며, 이는 시료의 손실로 이어진 다(Jo et al., 2012;Choi et al., 2017). 본 연구에서는 시 료 채취로부터 시간이 경과함에 따라 해당 시료의 공 기희석배수가 변화하는 경향을 확인하기 위하여 각 시료마다 일정 시간 간격(4시간, 6시간, 24시간 등)을 두고 공기희석관능법과 현장 공기희석장치를 이용하 여 각각 공기희석배수를 분석하였다. Fig. 5에 시간 경 과에 따른 공기희석배수 감소 경향을 보이는 데이터 와 그렇지 않은 데이터를 각각 나타냈다. 일부 시료 의 경우는 시간 경과에 따른 악취농도 저하 현상이 확 인되었지만 이외의 물질은 대부분 유지되는 수준이 었다. 이러한 차이가 발생하는 이유는 악취유발물질 의 특성 및 악취시료 채취시의 상대습도·온도 등의 환 경적 요인, 악취시료의 농도 등에 기인한 것으로 판 단된다. 하지만 시간 경과에 따른 시료 손실 현상이 발생하는 것은 명백하며, 이는 공기희석관능법의 필 수불가결한 한계를 보여준다. 따라서 급변하는 악취 현장에서의 실시간 모니터링을 위해서 현장 공기희 석장치의 도입은 여전히 필요한 것으로 판단된다.

3.3 현장 공기희석장치와 공기희석관능법의 비교

측정 결과 중 부지경계 및 배출구 시료 측정 데이 터를 구분하여 각각 공기희석관능법과 현장측정기의 측정 결과를 비교 분석하였다(Fig. 6). 배출구 시료 중 B-2 시료와 C-2 시료는 유사한 수준으로 측정되었지 만, A-2 시료는 다른 시료에 비해 큰 수준으로 측정되 는 등 배출원 종류와 특성에 따라 일부 상이한 결과 를 나타냄. 현장측정기로 측정한 결과가 공기희석관 능법에 결과에 비해 비교적 작은 수준에서 측정되는 것으로 나타났으나(추세선 기울기>1), 데이터의 상관 계수 값(R²)은 약 0.95 수준으로, 강한 경향성 및 상관 성을 나타냈다(Fig. 7). 부지경계 시료의 경우 각 배출 원에 대해 수치상의 차이가 존재했지만, 공기희석관 능법의 측정방식을 준용하는 현장 공기희석관능법의 특성상 이는 유사한 결과를 나타낸 것으로 해석할 수 있다.

3.4 두 측정법의 상대표준편차 및 정밀도 평가 및 비교

현재 복합악취의 공기희석배수를 측정하기 위한 공 기희석관능법의 재현성 및 정밀도를 분석하기 위해 반복성 실험을 실시하였다(Table 4, Table 5). 두 실험 의 차이는 무취공기 공급법의 차이로, Table 4는 무취 공기제조기를 통해 제조한 무취공기를 공급한 경우 이고, Table 5는 제로에어 실린더를 통해 공급한 경우 이다. 공기희석배수 분석시 통계적으로는 기하평균 을 사용하지만, 측정치의 변동성을 보다 원활하고 용 이하게 확인하기 위하여 산술 상대표준편차(%RSD) 를 분석하였다. 분석 결과, 판정인에 따라서 공기희석 관능법을 사용한 각 복합악취시료의 공기희석배수 측정치는 약 32.6%~57.1% 범위에서 상대표준편차를 가지고 있는 것으로 나타났다. 또한, 한 판정인이 여 러 번 관능을 실시함에 따라 도출되는 측정치도 많게 는 76.1% 수준의 상대표준편차를 나타냈다. 이는 동 일한 시료를 대상으로 하여도 공기희석관능법이라는 복합악취 측정법에는 측정치의 통계적 변동성이 내 포되어 있음을 의미한다.

이러한 변동성을 고려하여, 공기희석관능법으로 얻 은 측정치와 현장 공기희석관능장치를 통해 얻은 측 정치의 표준편차를 각각 비교함으로써, 각 측정방법 별 데이터의 정밀도 유사성을 분석하였다. Table 4 및 Table 5와 같이, 무취공기 제조장치 및 Zero Air를 이 용한 공기희석관능법 실험결과의 기하표준편차는 대 부분 1.6~1.8 수준으로 나타났다. 이 수치는 Table 6에 서 현장 공기희석장치를 이용하여 실시한 반복성 실 험 결과의 기하표준편차와 유사한 수치였다. 이를 통 해 정밀도 관점에서는 공기희석관능법과 비교하였을 때 현장 공기희석장치로 얻은 데이터도 일정 신뢰구 간 안에서 충분히 활용가능하며, 악취 발생 현장에서 의 적용성이 가능할 것으로 판단된다.

4. 결 론

실험실에서 복합악취를 측정하는 공기희석관능법 은 채취현장에서 실험실까지 시료의 보관 및 이동 과 정이 이뤄지며, 이때 물질별 특성에 따라 채취시간으 로부터 시간 경과에 의한 시료백 내의 채취시료가 손 실되는 현상이 발생한다. 이는 공기희석관능법이 가 지고 있는 가장 큰 단점이며 이를 보완하기 위한 수 단으로써 현장에서 공기희석장치를 이용하여 직접 관능을 실시함으로써 시료의 손실 없이 복합악취의 공기희석배수를 측정할 수 있도록 하는 현장 공기희 석장치의 성능을 평가하고자 하였다. 본 연구에서는 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

무취공기 공급 방식별 데이터 비교 결과, 무취공기 의 상대습도가 상이했으나 무취공기 제조장치 및 실 린더의 제로에어 공급 방식에 의한 데이터는 유사한 수준으로 나타났다. 따라서 현장 공기희석장치에 제 로에어 실린더를 사용하여도 측정에 큰 영향을 주지 않을 것으로 판단된다.

시간 경과에 따른 시료 손실 검토 결과, 시간 경과 에 따른 공기희석배수 감소 경향을 나타내는 그룹과 그렇지 않은 그룹의 차이가 있었으며, 이는 시료 내 악취유발물질의 특성 등에 따라 달라진 것으로 사료 된다. 시간 경과에 따른 공기희석배수의 감소 경향 연 구는 다양한 물질을 대상으로 하여 향후에 보완될 필 요가 있다.

현장 공기희석장치를 이용해 분석한 데이터의 경 우 공기희석관능법으로 분석한 데이터와 유사한 수 준이었다. 두 데이터를 비교한 결과, 유의미한 수준의 상관성(R²> 0.9)이 도출되었다.

반복성 실험을 통해 공기희석관능법의 정밀도를 분 석한 결과, 판정인들의 결과값이 넓은 범위에서 나타 났다. 동일한 시료에 대해 현장 공기희석장치를 이용 하여 분석한 결과값도 넓은 범위에서 나타났지만 결 과값들의 정밀도는 공기희석관능법과 유사한 수준으 로 나타났다. 이는 공기희석관능법이 가지고 있는 한 계이며 유의한 차이가 없었다.

공기희석관능법에 의한 데이터와 비교하여 현장 공 기희석장치를 이용한 복합악취 측정 데이터의 정밀 도가 양호하고 측정값의 편차가 크지 않다는 점을 고 려하였을 때, 본 연구에서 활용한 현장 공기희석장치 의 성능은 긍정적인 것으로 사료된다. 그러나 실험 데 이터의 정확도와 정밀도를 확보하기 위하여 공기희 석장치의 최적화 정도관리 방안, 형식승인(안) 등 분 석에 영향을 줄 가능성이 있는 요인을 최소화할 수 있 는 방법론의 정립이 필요할 것으로 판단된다.