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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.2 pp.121-130
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.2.121

Evaluation of odor emission characteristics and contribution of meat grilling restaurants

Tae-Jung Lee1, Sang-Cheol Kim2, Jun-Min Jeon3, Dong-Sool Kim1, Young-Min Jo1*
1Department of Environmental Science and Engineering, Kyung Hee University
2Fine Dust Countermeasure Division, Gyeonggi Provincial Government
3Green Environmental Complex Center
Corresponding author Tel : +82-31-201-2485 E-mail : ymjo@khu.ac.kr
13/03/2019 22/04/2019 13/06/2019

Abstract


Recently, public complaints about unpleasant odor are increasing, particularly in urban areas. One of the odor sources is meat grilling restaurants in the vicinity of the residential areas. In this study, we characterized the odorous compounds generated from the stack of grilling restaurants, and evaluated the removal efficiency of the control facilities. As a result of the field investigation, the dilution index of the complex odor exceeded 500 times that of all test restaurants. The main substance was acetaldehyde. In addition, the correlation coefficient (R2) between the total odor and the sum of odor activity values (SOAV) was 0.73, a value high enough to indicate significant responsibility. The performance of the control facility has been shown to be strongly influenced by maintenance activities, such as cleaning and filter replacements.



직화구이 음식점의 악취 배출 특성 및 악취기여도 평가

이 태정1, 김 상철2, 전 준민3, 김 동술1, 조 영민1*
1경희대학교 환경학 및 환경공학과
2경기도 미세먼지대책과
3그린환경종합센터

초록


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

    1. 서 론

    악취란 자극성 있는 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새로 대표적인 물질이다 (ME, 2019). 악취는 각종 제조시설의 제품 생산 및 하· 폐수 및 폐기물을 처리하는 과정에서 발생하며, 최근 음식점, 인쇄소, 세탁시설 등 생활시설 등 다양한 원인 에 의해 발생한다. 현대사회에서는 삶의 질에 대한 관 심이 높아지면서 불쾌한 냄새인 악취에 대한 민원이 꾸준히 증가하고 있다. 특히 주거지역과 근거리에 위치 한 직화구이 음식점의 경우 법적 규제의 사각지대로서 특별한 정화과정 없이 암모니아, 알데하이드류, 휘발성 유기화합물(VOCs) 등 악취성가스(Bong et al., 2009) 를 배출함으로써 도시민원의 주된 원인이 되고 있다. 2017년 전국의 총 악취민원은 22,851건으로 2016년 대 비 7.7%가 감소하였으나 생활악취는 5,157건으로 28.3% 증가하였다. 생활악취 민원 중 기타 민원을 제 외하고 음식점 관련 민원이 1,099건(21.3%)으로 가장 많은 비중을 차지하고 있다(ME, 2018).

    음식점에서 발생하는 악취는 각종 음식의 조리과정 에서 발생하고 있으며, 특히 육류의 튀김이나 구이과정 에서 주로 발생된다. 그러나 음식점에서 발생하는 악취 의 처리는 주로 단순 환기 및 국소배기 등의 매우 단순 한 방법이 대부분으로 송풍기를 통해 집중배출된 악취 물질이 저기압일 경우 주변으로 확산되어 민원이 증가 하고 있는 실정이다(Park et al., 2009). 그러나 고기구 이 음식점 배출구에서 직접적인 측정분석을 통한 악취 배출 특성에 관한 연구는 미흡한 실정이며, 주로 실험 실 조건에서 고기구이 시 배출되는 악취 및 유해물질 배출 특성에 대한 연구가 주로 이루어 졌다(Bong et al., 2009;Bong et al., 2011;Kang et al., 2014;Kim et al., 2014;Park et al., 2015).

    환경부는 2015년 생활악취관리를 위해악취관리 법을 개정하여 지자체장은 생활악취관리를 위한 조 례를 제정할 수 있으며, 조례에 따라 생활 악취유발업 종에 대한 악취방지대책을 수립·시행할 수 있도록 하였 다(Gong et al., 2017;ME, 2019). 이에 경기도는 2016 년 생활악취저감 및 관리를 목적으로생활악취방지 지원 조례를 제정·시행하고 있으며, 생활악취관리시 책을 적극적으로 수립·추진하고, 생활악취 발생의 원인 이 된다고 인정되는 시설 등에 대하여 사업비를 지원 할 수 있도록 하고 있다. 이런 배경에서 경기도는 주요 생활오염원인 직화구이 음식점 관리를 위해 2017년 도 내 5개 지역의 5개 직화구이점에 악취 및 미세먼지 저 감시설을 시범적으로 설치한 바가 있다(GPG, 2019).

    본 연구는 향후 도심지역에서 직화구이 음식점의 배 기가스로 인한 악취 문제 및 민원이 증가될 것으로 예 상됨에 따라, 직화구이 과정에서 발생하는 악취의 배출 특성을 조사하고, 악취 원인물질을 평가하였다. 또한 악취 방지시설이 설치된 5개 직화구이점의 방지시설 전·후단의 악취물질 측정을 통한 악취물질 개선효과를 분석하였다. 이러한 연구 결과는 지역적인 악취민원을 해결하기 위한 기초자료 확보뿐만 아니라 경기도 내 일정규모 이상의 직화구이 음식점에 대하여 방지시설 을 설치하도록 유도하고 환경부에 설치·운영의무 법제 화 건의를 통해 안정적 확산을 도모하는 자료로서 활 용하고자 한다.

    2. 연구내용 및 방법

    2.1 시료채취 음식점 현황

    직화구이 음식점에서 발생되는 악취물질의 배출특성 을 조사하기 위하여 경기도 5개 시에서 300 m2 이상의 대형식당 5개소에서 복합악취 및 주요 악취물질을 측 정 분석하였다. 취급 품목은 오리고기점 C를 제외한 4 개소 모두 소고기와 돼지고기를 취급하였으나, 측정 시 음식점 A는 소고기가 대부분 판매되었으며, 음식점 B, D, E는 돼지고기만 판매되었다. 사용연료는 모두 숯불 을 이용하였다.

    각 음식점은 경기도 시범사업으로 음식점에서 발생 하는 미세먼지 및 냄새를 저감하기 위한 방지시설이 설치되었으며, 각 장치 종류 및 처리용량은 Table 1과 같다. 음식점 A와 E는 미세먼지 및 냄새저감을 위한 후처리필터(활성탄흡착)가 조합된 전기집진기가 설치 되었다. 음식점 B와 C는 유증기와 악취물질, 미세먼지 를 집진하기 위해 원통형 집진셀이 장착되어 있는 전 기집진기가 설치되었다. 음식점 D는 여과집진기 방식 을 적용하였으며, 여과용 필터는 다공성 세라믹 필터가 사용되었다. 필터에 포집된 악취성 먼지입자는 열원을 이용하여 제거하는 장치를 적용하고 있다. 각 음식점에 설치된 저감장치는 목표 저감율을 미세먼지 90%와 악 취 70% 이상으로 설정하고 있다.

    직화구이 음식점의 악취 배출특성을 평가하기 위하 여 악취물질 측정은 2차에 걸쳐 실시하였으며 1차 측 정은 2018년 7월 30일~8월 4일, 2차 측정은 2018년 11월 20일~24일에 실시하였다. 측정은 오후 7시부터 10시까지 손님이 많은 시간대에 실시하였으며, 방지시 설 전·후단에서 각각 2회씩 총 4회 측정하였다. 각 음 식점의 취급 육종 및 규모, 실험 당일 판매된 고기량, 방지시설 청소 후 경과일수 등 악취 배출농도에 영향 을 미칠 수 있는 인자들을 Table 1에 제시하였다.

    2.2 시료채취 및 분석방법

    본 연구를 위해 직화구이 음식점에서 발생하는 복합 악취 및 직화구이로부터 주로 발생하는 것으로 알려져 있는 암모니아, 알데히드류, 휘발성 유기화합물 등 13종 의 악취물질을 채취하여 GC를 이용하여 분석하였다. 악 취물질의 시료채취 및 분석방법은 악취공정시험법에 따 라 실시하였으며, 이를 Table 2에 상세하게 제시하였다.

    복합악취는 테드라백(5 L, TOP trading, Korea)에 진 공흡입장치(TOP trading, Korea)를 이용하여 1 L/min 의 속도로 5분간 채취하였다. 시료채취가 끝난 테드라 백은 상온에서 차광막을 사용하여 보관 및 운반하였으 며, 24시간 이내에 분석하였다. 암모니아 시료채취는 직렬로 연결된 2개의 임핀져에 0.5%-붕산용액 25 mL 를 각각 담아 10 L/min 속도로 5분간 채취하였다. 채취 후 인도페놀법에 따라 청색으로 발색시킨 후 흡광광도 기(1201, Shimadzu, Japan)를 이용하여 640 nm 파장에 서 흡광도를 측정하였다. 방해요인을 제거하기 위해 시 료 채취 시 유입부에 먼지 제거용 필터를 설치하였으 며, 채취 후 시료는 분석 전까지 4°C 이하에서 냉장보 관 하였다. 알데하이드류 시료 채취는 2,4-DNPH 카트 리지(S10, Supelco, USA)를 이용하여 2 L/min으로 5분 간 총 10 L를 채취하였으며, 측정이 끝난 시료는 용매 추출 전까지 4°C 이하에서 냉장보관 하였다. 알데하이 드류 측정 시 오존은 2,4-DNPH 유도체를 감소시키거 나 불순물을 형성하는 등 방해물질로 존재한다. 따라서 측정 시 오존의 영향을 제거하기 위하여, 2,4-DNPH 카트리지 전단에 요오드화칼륨(KI) 오존스크러버 (Waters, USA)를 설치하였다. 시료추출은 용매추출장 치인 vacuum elution rack, Supelco, USA)에 2,4- DNPH 카트리지를 고정시키고 아세토니투랄 5 mL를 사용하여 1 mL/min의 속도로 추출하였다. 카보닐화합 물과 DNPH와의 반응에 의해 생성된 DNPH 유도체는 UV 검출기를 이용하여 360 nm의 파장에서 HPLC (Acme, Younglin, Korea)로 분석하였다(Jeon et al., 2007). VOCs 성분들은 탄화그래프 1TD, 2TD (Markes Inc., UK)를 스테인레스 스틸흡착관에 충전하여 100 mL/ min으로 5분간 측정하였다. 측정이 끝난 흡착튜브는 4°C 이하에서 냉장보관 하며, GC/MSD (HP-6890/HP- 5973 inert)로 분석하였다(Jeon et al., 2007;SGEC, 2008;Bong et al., 2009;GGEC 2019).

    3. 연구결과 및 고찰

    3.1 직화구이점의 악취물질 배츨특성

    직화구이점 5개소에서 측정한 복합악취와 지정악취 물질 13종에 대한 결과는 Table 3과 Fig. 1과 같다. 복 합악취는 공기희석배수를 나타낸 것으로서 조사 음식점 별로 4차에 걸쳐 측정한 자료의 최소, 최대값과 평균값 이다. 공기희석배수는 음식점A가 2,770배(1,225~6,476 배)로 가장 높았으며, 음식점C 2,288배(669~ 4,481배), 음식점B 1,500배(1,000~3,000배), 음식점E 1,221배 (1,000~1,442배), 음식점D 1,187배(669~2,080배) 순으 로 낮은 희석배수를 보였다. 5개 음식점의 복합악취도 와 고기구이 양과의 상관계수(R2)는 0.48로 고기 종류 보다는 고기 양에 따라 영향을 받는 것으로 확인되었 다. 악취방지법에 따르면 일반지역에서 악취배출시설 의 복합악취 배출허용기준은 ‘500배’이다. 음식점이 악 취배출시설로서 관리 받는 시설은 아니지만, 복합악취 의 배출허용기준인 희석배수 500배와 비교 시 5개 음 식점 모두 악취저감 장치 전단에서는 복합악취 기준 을 약 2배에서 5.5배까지 초과하는 것으로 조사되었다. 5개 음식점 모두 복합악취 초과빈도 또한 전체 측정 횟수인 4회를 모두 초과하였다.

    직화구이점의 지정악취물질 중 암모니아 성분이 가 장 높은 농도를 보였으며, 평균농도범위는 음식점E가 4,197 ppb (1,260~8,719 ppb)로 가장 높았으며, 음식점 A 3,804 ppb (1,225~6,476 ppb), 음식점C 2,310 ppb (770~ 4,014 ppb), 음식점B 1,140 ppb (312~2,418 ppb), 음식 점D 911 ppb (325~1,207 ppb) 순으로 낮은 농도를 보 였다. 고기구이 중 가장 높은 농도로 배출되는 암모니 아 성분은 숯과 육류에 포함되어 있는 질소성분과 육 류 중 단백질성분이 분해되면서 생성되는 것으로 알려 져있다 (McDonald et al., 2003). 또한 동물에 포함되 어 있는 요소와 요산형태의 질소성분이 고온에서 반응 하며, 가스상 암모니아를 형성할 수도 있다.

    알데하이드류 중에서는 아세트알데하이드 성분이 높 은 농도를 보였다. 아세트알데하이드의 농도범위는 음 식점A가 631 ppb (485~785 ppb), 음식점C 456 ppb (115~825 ppb), 음식점D 263 ppb (43~499 ppb), 음식점 E 217 ppb (110~346 ppb), 음식점B 214 ppb (71~491 ppb) 순으로 낮은 농도를 보였다. VOCs 물질에서는 톨루엔 성분이 높은 농도를 보였으며, 농도범위는 음식 점C가 232 ppb (17~510 ppb), 음식점D 129 ppb (48~ 266 ppb), 음식점A 96 ppb (36~179 ppb), 음식점B 87 ppb (23~152 ppb), 음식점E 66 ppb (50~78 ppb) 순으 로 낮은 농도를 보였다.

    3.2 직화구이점의 악취기여도 평가

    악취는 감각공해로 사람의 후각으로 감지할 수 있는 최소감지농도가 물질마다 다르기 때문에 개별 악취 성 분들의 농도로 악취세기를 평가할 수 없다. 동일한 농 도일지라도 사람이 후각적으로 느끼는 악취의 강도는 물질마다 다를 수 있다. 물질농도가 높다고 반드시 후 각적으로 악취강도가 강하게 느껴지는 것이 아니므로, 각 물질의 최소감지농도를 고려하여 악취강도를 파악 해야 한다. 본 연구에서는 악취물질별 악취세기를 평가 하기 위하여 기기분석에 의한 악취크기를 나타내는 악 취활성수치(Odor Activity Value, 이하 OAV)를 식(1)~ (3)과 같이 산정하였다(Capelli et al., 2013;Lee et al., 2013;Parker et al., 2013;Chae et al, 2016). 여기서 SOAV (Sum of Odor Activity Value)는 악취활성수지 의 합, OTV (Odor Threshold Value)는 악취최소감지 농도, OC (Odor Contribution)는 SOAV에 대한 개별 악취물질 OAV의 기여율 (%)을 나타낸다(Chae et al., 2016).

    O A V = O d e r c o n c e n t r a t i o n i ( p p b ) O T V i ( p p b )
    (식 1)

    S O A V = i = 1 n O d e r c o n c e n t r a t i o n i ( p p b ) O T V i ( p p b )
    (식 2)

    O C = O A V i S O A V i × 100
    (식 3)

    Table 4와 다음 Fig. 2에 각 직화구이점의 주요 악취 원인물질을 평가하기 위하여 기기분석에 의해 얻은 물 질별 농도값을 각 물질별 최소감지농도를 고려한 각 악취물질별 악취활성수치를 정리하였다. 물질농도로는 암모니아, 아세트알데하이드, 톨루엔 성분들이 절대농 도는 높지만, 악취활성수치는 아세트알데하이드, 뷰티 르알데하이드, i-발레르알데하이드가 높았다. 이러한 경향은 SGEC (2008)의 연구결과와 유사한 경향을 보 였다. 그러나 SGEC (2008)의 연구에서 대형 직화구이 점의 악취활성수치가 아세트알데하이드 16.1~46.0, 프 로피온알데하이드 0.3~4.5, 암모니아 0.18~0.36, 톨루 엔 0.018~0.101의 수준이었으나, 본 연구에서는 아세 트알데하이드 107.1~315.5, 프로피온알데하이드 26.4~ 74.0, 암모니아 9.1~38.0, 톨루엔 0.1~0.3 등으로 타 연 구보다 상대적으로 높음을 알 수 있다.

    5개 음식점 모두 아세트일데하이드의 악취활성수치 가 가장 높은 것으로 확인되었으며, 특히 복합악취도가 높은 음식점A의 아세트일데하이드의 악취활성수치는 300 이상의 높은 값을 보였다. 악취활성수치 합에 대한 개별 물질별 기여율(OC)은 아세트알데하이드> 뷰티알 데하이드> i-발레르알데하이드 순으로 높은 것으로 확 인되어 직화구이 음식점의 악취 원인물질은 알데하이 드류임을 확인할 수 있었다. 알데하이드류는 고기구이 시 육류에 포함된 알콜이나 에탄올 등 유기산성분들이 분해과정을 거치면서 아세트산물질로 변화되고 조리되 는 과정에서 높은 농도의 카르보닐화합물로 배출되는 것으로 보고되고 있으며(Bong et al., 2009), 최소감지 농도가 낮기 때문에 다른 물질에 비해 악취기여도가 높은 것으로 확인되었다. 전체 측정자료의 복합악취(희 석배수)와 악취활성수치의 합(SOAV)을 Fig. 3에 제시 하였다. 복합악취와 SOAV의 상관계수(R2)가 0.73으로 비교적 높은 상관관계를 보인다. 따라서 직화구이점의 악취유발물질은 알데하이드류 성분들이며, 특히 아세 트알데하이드가 주요 악취원인물질로 확인되었다.

    3.3 직화구이점의 악취방지시설 저감효과

    본 연구결과에 따르면 5개 직화구이 음식점 모두 방 지시설 전단의 복합악취는 배출기준 500배를 초과하는 것으로 확인되었다. 다음은 시험대상 음식점에 설치되 어 있는 저감장치 전·후단에서 측정한 복합악취 측정결 과이다. 각 직화구이점에서 2차에 걸쳐 4회 측정하였 으며, 1차 측정과 2차 측정에서 각각 평균한 값으로 저 감효율을 비교해보았다. Table 5

    2018년 7월 30일부터 8월 4일까지 진행된 1차 측정 분석결과, 음식점 B가 95%의 가장 높은 저감효율을 보였으며, 음식점 D는 80.5%, 음식점 A는 77.7%, 음 식점 C가 73.3%, 음식점 E가 70.0%의 제거효율을 보 였다. 1차에 측정한 모든 고기구이점의 방지시설들은 악취저감 성능보증효율인 70%을 만족하는 양호한 효 율을 보였다. 이러한 결과는 서울시 시범사업에 의해 운영되고 있는 저감장치의 냄새 저감효율인 71.8~ 84.3%와 유사한 범위를 보이고 있다(SI, 2010). 2차 측 정은 2018년 11월 20일부터 11월 24일까지 진행된 2 차 측정에서는 1차 측정에서 높은 저감효과를 보인 음 식점 B가 90%의 저감효과를 보였다. 다음으로 음식점 D 79.3%, 음식점 C 63.1%, 음식점 A 60.6%, 음식점 E 30.7%의 순으로 저감효과를 보였다. 2차 측정에서는 음식점 B와 D를 제외한 나머지 음식점에서 악취 저감 장치 성능보증효율인 70%에 못 미치는 것으로 확인되 었다. 특히 음식점 E의 경우 1차 측정에서 70%의 저 감효율을 보인 것에 비해 2차 측정에서는 30.7%의 매 우 낮은 저감효과를 보였다. 이러한 결과는 방지시설 유지관리와 관계되는 것으로 음식점 E의 경우 1차 측 정 시 2일전에 방지시설을 청소하였으나 2차 측정에서 는 21일전에 청소한 것으로 확인되었다. 따라서 방지 시설의 효율적인 운전관리를 위해서는 적정한 청소 등 유지관리가 반드시 필요하다. 유일하게 여과집진기를 적용한 음식점 D의 악취저감효율은 80.5%, 79.3%로 전기집진기를 설치한 직화구이점과 큰 차이를 보이지 않았으며, 악취 저감효율은 집진방식의 차이보다는 유 지관리를 통한 적절한 관리가 방지시설의 저감효율을 높이는 것으로 사료된다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 생활밀착형 배출시설인 직화구이점에 서 배출되는 악취의 배출특성 및 방지시설 설치 후 저 감효과를 분석하였다. 측정결과 방지시설 전단의 복합 악취도는 일반지역 배출허용기준 500배를 모두 초과하 는 것으로 확인되었다. 따라서 도시 악취민원의 주요 생활배출시설인 직화구이점의 악취 저감을 위한 방지 시설 설치가 반드시 필요하다. 지정악취물질 중 암모니 아 성분이 가장 높은 농도를 보였으며, 알데하이드류 중에서는 아세트알데하이드 성분이 농도면에서 우선순 위를 보였다. 그러나 최소감지농도를 고려한 악취활성 수치는 5개 직화구이점 모두 아세트알데하이드가 가장 높은 것으로 확인되었으며, 특히 복합악취도가 높은 음 식점 A, 음식점 C의 아세트알데하이드의 악취활성수 치는 300 이상의 높은 값을 보였다. 악취활성수치의 합에 대한 개별 물질별 기여율은 아세트알데하이드 > 뷰티알데하이드 > i-발레르알데하이드 순으로 높은 것 으로 확인되어 직화구이 음식점의 악취 원인물질은 알 데하이드류 임을 확인할 수 있었다. 또한 복합악취와 악취활성수치의 합(SOAV)의 상관계수 R2은 0.73으로 높은 상관관계를 보였다.

    경기도 대형 직화구이 음식점을 대상으로 시범 설치 한 저감시설 전·후단 악취 측정결과 복합악취의 처리효 율은 31%~95%의 범위를 보였다. 1차 측정 시 저감효 율은 모두 70% 이상의 양호한 효율로 전기집진기와 여과집진기 간의 효율의 차이는 크지 않았다. 그러나 2 차 측정에서는 음식점 B, D를 제외하고 저감효율이 70% 이하였으며, 특히 음식점 E는 1, 2차 각각 70%와 30.7%로 큰 차이를 보였다. 이러한 저감효율의 차이는 청소 후 경과일의 차이로 판단된다. 따라서 직화구이점 의 방지시설의 효율은 유지관리에 크게 좌우되는 것으 로서 장치의 청소주기는 음식점의 영업조건(운전부하) 에 따라 상이하기 때문에 방지시설을 설치한 사업주는 음식점운영 조건(고기소비량 등)에 따라 청소주기를 자체적으로 파악하고, 청소를 비롯한 장치관리를 실시 해야 한다.

    감사의 글

    이 논문은 2018년도 경기녹색환경지원센터의직화 구이점 대기오염 방지시설 적정 관리운영 가이드라인 마련 및 주변 환경영향조사(18-05-01-40-41)의 일환 으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

    Figure

    JOIE-18-2-121_F1.gif

    Dilution value of complex odor and concentration of individual odor materials.

    JOIE-18-2-121_F2.gif

    Odor activity values for each restaurant.

    JOIE-18-2-121_F3.gif

    Relationship between complex odor and sum of odor activity value.

    Table

    Information of target restaurants and sampling condition in this study

    Summary of odor analysis

    Complex odor and concentration at the outlets of test restaurants

    Odor activity values and odorant contribution for each restaurant

    Odor reduction effect of control facilities

    Reference

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