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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.3 pp.290-296
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.3.290

The comparative study of estimating the outlet permissible odor dilution threshold for efficient management

Ji Ye Yoo1, Chan Jin Park2*
1Asian Institute for Environmental Research and Energy, Incheon National University
2Department of Environmental Engineering, College of Urban Science, Incheon National University
*Corresponding author Tel : +82-32-835-8746 E-mail : cjpark@inu.ac.kr
24/08/2020 24/09/2020 28/09/2020

Abstract


In Korea, odor emission control is carried out at the boundary between the discharge port and the site based on the height of the discharge port, but in Japan and the U.K. a range of characteristics are considered in odor management, including the height, size, and amount of exhaust gas, when managing the acceptance criteria of the discharge port that conforms to the odor concentration standards based on the site boundary. In this study, the permitted concentration of odor in the outlet was studied considering the design conditions of the outlet, in order to manage it based on the distance between the outlet and the residential area. To improve the effectiveness of odor management, Korean odor management measures were reviewed by applying the methods used to calculate odor concentration in Japan and the U.K. Guidelines on effective odor reduction were provided by calculating the permissible odor concentration for each condition based on the flow rate and height of the final outlet to comply with the permissible concentration at regular intervals at the outlet of the factory.



효율적인 관리를 위한 사업장 복합악취 배출허용기준 비교 연구

유지예1, 박찬진2*
1인천대학교 아시아환경에너지연구원
2인천대학교 도시과학대학 환경공학전공

초록


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

    1. 서 론

    쾌적한 대기질은 인간의 건강에 가장 중요한 요소이 며 환경부에서는 대기질 개선을 위한 제도개선과 오염 원별 주요 저감 대책을 제시하기 위한 정책을 지속적 으로 추진하고 있다. 또한 악취 저감을 위한 관리 기반 을 마련하기 위하여 악취방지 종합시책을 통하여 사업 장 및 생활상에서 발생되는 악취 관리 체계와 수단을 마련하고 보다 나은 삶의 질을 마련하기 위한 방안을 수립하고 있다(ME, 2018). 현재 우리나라에서는 2005 년도의 악취방지법 시행 이후 배출구와 부지경계선으 로 구분하여 농도 기준의 악취배출농도가 규정되어 있 는데 배출구의 높이에 따라 대기 확산 정도가 다름에 도 불구하고 배출구 고도별로 차등을 주지 않고 동일 하게 규제를 실시하고 있어 악취 유발 사업장을 구분 하기 어려운 실정이다(Yang and Kim, 2000). 악취 민 원이 발생하는 다양한 원인이 있겠지만 배출허용기준 측면에서는 악취의 규제기준이 전체 배출량을 고려하 지 않고 악취농도(희석배수)로만 규제하기 때문에 규 제 사업장의 악취 민원 감소가 이루어지지 않는 것으 로 보고 있다(Yun, 2013). 또한 배출구의 높이가 낮을 수록 건물 주변에 높은 농도장이 형성되기 때문에 악 취물질의 근거리 확산을 관리할 필요가 있다(Kim et al., 2014). 이에 따라 악취배출원의 경우 다양한 환경 과 기상조건에 따라 발생량이 크게 달라질 수 있기 때 문에 사업장의 배출원 구조와 형태, 조업조건 등을 고 려한 배출허용기준이 필요하다(ME 2013).

    이에 반해, 각각 ‘일본 악취방지법 시행 규칙 제6조 의 2’과 ‘영국 환경 허가(잉글랜드 및 웨일즈) 규정’에 따라 일본과 영국에서는 부지경계에서의 농도를 기준 으로 배출구의 농도가 규제되고 있다. 일본에서는 배출 구 높이와 주변 건물의 영향을 고려하여 최대착지농도 지점에서의 악취농도를 기준으로 배출구 기준을 산출 하고 있으며, 영국의 경우에는 배출구의 높이별로 확산 계수를 기준으로 산출하고 있다(Yoo, 2020). 이를 통하 여 대기환경을 개선시키기 위해 우리나라보다 효율적 으로 사업장 인근 지역의 악취를 관리하고 있는 것으 로 판단된다.

    인천지역에 위치하고 있는 남동산업단지는 인접 주 거지역의 주민들에게 악취 체감도가 높은 지역으로 화 학, 도금, 금속 및 도장산업 등 다양한 업종들이 운영 되고 있다(Park, 2010). 2019년 12월 기준으로 남동산 업단지에서 운영 중인 업체는 총 6,775개소이며, 이 중 3,456개소가 기계제조 관련 업종에 속하며, 소규모의 도금, 도장업체가 밀집되어 있다.

    따라서 본 연구에서는 사업장 악취배출원의 높이와 유량 등을 고려하여 일본과 영국의 악취배출허용기준 에 적용하여 산정한 결과와 현재 우리나라 악취방지법 상에서의 기준농도와의 차이를 비교, 검토하고자 한다. 이로 인하여, 현재의 획일적인 농도 중심의 악취규제가 아닌 배출원의 특성에 따른 악취농도 규제의 필요성을 제시하고자 한다.

    2. 연구방법

    2.1 연구 대상

    본 연구 대상은 금속 가공제품 제조업종 중 도금과 도장관련 사업장에서 운영 중인 53개의 악취방지시설 로써, 이들 악취방지시설의 유량 범위는 100~1,350 m3/ min로 나타났으며 300~500 m3/min의 규모가 28%로 가장 많았고 그 다음으로 300 m3/min 미만의 경우가 25%, 700~1,000 m3/min인 경우가 23%인 순으로 나타 났다. 또한, 배출구 높이는 1~17m 범위로 나타났으며, 5~10 m인 경우가 42%로 가장 많았으며 10~15 m인 경 우는 30%, 5 m 미만은 19% 순이었다. Table 1에 이러 한 내용을 정리하여 표시하였다.

    배출구의 유량과 높이를 일본과 영국의 악취배출 산 정방법에 적용하여 수용지점에서의 배출허용농도를 만 족하는 배출구에서의 최대 악취배출허용농도를 산정하 였다.

    2.2 복합악취 분석

    우리나라의 복합악취 희석배수 산출방법은 다섯 명 의 패널이 실험에 참가하여 최소 한명의 패널이 정답 을 맞힐 때까지 반복한 후, 각 패널의 희석배수를 구하 여 최대값과 최소값을 제외하고 나머지값을 기하평균 하여 결과값을 산출한다. 일본에서는 환경대기와 배출 구로 구분하여 희석배수를 산출하는데 배출구에서의 산출방법이 우리나라 산출방법과 유사하다. 그렇지만 일본의 복합악취 희석배수 산출방법은 여섯 명의 패널 이 실험에 참가하며, 각 패널의 희석배수를 정답과 오 답의 산술평균을 이용하여 산출한 후 최대값과 최소값 을 제외한 나머지 패널의 희석배수를 산술평균하여 구 한다. 이와 같이, 각국의 희석배수 산출방법이 다르므 로 선행연구된 결과에 따르면, 동일한 공기희석관능법 실험 결과를 희석배수로 산출할 경우, 일본식의 결과값 이 한국식의 결과값보다 1.75배 크다(ME 2013).

    본 연구에서는 일본과 영국의 배출허용기준에 따라 부지경계의 기준농도를 만족하는 배출구의 농도를 배 출구의 특성에 따라 비교하기 위하여 공기희석관능법 을 한국식으로만 실시하여 희석배수값을 산출하였다.

    복합악취의 시료 채취 및 분석은 악취공정시험법의 절차에 따라 시료 채취 장비(1062 Bag Sampler, RESTEK, 미국), 무취공기제조장치(OA-301A, 탑트레 이딩이엔지, 대한민국)을 사용하여 사업장에서 가동 중 인 악취방지시설의 후단에서 복합악취 시료 채취한 후 진행하였다. 시료 채취는 봄부터 가을까지 각 사업장을 1회 방문하여 진행하였으며, 악취배출공정이 가동되지 않은 경우에는 재방문하였다.

    공기희석관능법은 악취공정 시험방법에 의거하여 절 차를 진행하였으며 패널 선정 절차에 따라 선정된 5인 의 악취 패널이 순차적으로 관능 시험을 실시하였다. 관능 분석 결과 무취로 판정된 희석 배수의 전 단계 수 치를 각 패널의 냄새감지 한계 희석배수로 선정하였으 며 각 패널의 냄새감지 한계 희석배수 중 최소값과 최 대갑슬 제외한 3개의 값에 대한 기하 평균치를 채취 시료의 냄새 감지한계 희석배수로 산출하였다. 또한 악 취방지시설의 배출가스 유량을 적용하여 아래의 식(1) 에 의하여 복합악취 배출량을 산정하였다.

    복합악취배출량(OU/s) = 배출구 배출가스 유량 ( m 3 /s ) × 희석배수 ( OU/m 3 )
    (1)

    2.3 일본 산정 기준

    일본에서는 굴뚝을 포함한 악취 배출구에서 배출가스 가 확산되어 지표면에 착지된 악취물질 농도의 허용농 도 수치를 준수하기 위한 배출구의 악취 기준을 정하여 운영하고 있다(NIER, 2014, 2017). 배출구(제2호)규제 기준은 부지경계(제1호)규제 기준을 근거로 하여 배출 구에서의 악취의 확산 상황을 반영하여 배출구에서의 악취 배출 강도 혹은 악취 지수의 허용 한도를 설정한 다. 이때 배출구에서 발생된 악취 물질의 최대 착지 농 도가 부지경계의 기준을 초과하지 않는 수치 내에서 허 용범위를 산출한다. 배출구의 높이에 따라 악취 물질의 대기 중 분산도 변화하기 때문에 배출구의 높이 15m를 기준으로 하여 허용 농도를 정한다(MEGJ, 2016).

    이에 따라, 본 연구에서는 부지경계선 상의 악취 지 수 수치가 10일 경우를 만족하는 배출구 조건을 냄새 시뮬레이터에 적용시켜 일본의 배출구에 대한 악취허 용기준을 산정하였다(Fig. 1). 냄새 시뮬레이터는 악취 물질이 배출구에서 대기 중으로 확산되었을 때의 최대 착지 농도를 기준으로 하여 배출구 기준을 산출하는 소프트웨어로 일본 환경청 홈페이지에서 제공받을 수 있다(MEGJ, 2020).

    2.4 영국 산정 기준

    영국에는 각 화학물질이나 혼합물과 관련하여 주변 지역의 악취 농도와 관련되는 법적 규제가 없다. 그러 나 EA (Environment Agency, UK)는 환경 허가(잉글 랜드 및 웨일즈) 규정(2010년) 및 후속 개정 사항에 따 라 규제되는 시설의 잠재적 영향 평가에 사용하기 위 하여 악취에 대한 벤치마크 레벨을 포함하는 지침을 발행했다(EA, 2011).

    벤치마크 레벨은 서로 다른 불쾌감의 악취에 대한 1 년간 OUE (European Odour Unit) 의 시간당 평균 수치 의 98 번째 백분위수(%ile)로 표시되는데, 실제로 이 수치는 일년 중 가장 높은 시간당 평균값이다. 벤치마 크 레벨은 강한 악취일 경우 1.5 OUE, 보통 악취의 경 우 3.0 OUE, 약한 악취일 경우에는 6.0 OUE로 구분되 는데, 그 기여도는 기준 농도의 10%를 넘지 않아야 한 다(EA, 2011). 이에 따라, 본 연구에서는 일반수준의 악취인 3.0 OUE,를 기준으로 선정하여 기준 농도 수치 의 10%인 0.3 OU 일 경우의 값을 계산하였다. 영국의 악취배출허용기준은 아래의 산정식과 같이 악취배출량 과 배출구의 높이에 따른 확산 계수를 적용하여 악취 기여도를 산출하였다.

    PC odour = DFodour × RR
    (2)

    • PC odour = Process Contribution of the odour to air (OUE/m3)

    • RR = Odor Release Rate (OUE/s)

    • DF = Dispersion Factor (OUE/m3/106 OUE/s)

    일본과 영국에서는 배출유량과 복합악취 희석배수를 곱하여 산정된 악취배출량이 배출구에서 배출되어 확 산될 때 수용지점(부지경계)에서의 농도 기준으로 배 출구의 농도를 규제하고 있다. 본 연구에서는 이를 참 고로 하여 배출구의 유량과 높이에 따른 복합악취농도 (희석배수)를 분석하여 연구를 진행하였다.

    3. 연구결과 및 고찰

    3.1 복합악취 배출량 산정

    본 연구에서 대상으로 한 53개의 악취배출시설 배출 구에서의 복합악취도를 공기희석관능법으로 분석한 결 과는 Fig. 1과 같이 나타내었다. 복합악취 희석배수는 평균은 135 OU/m3이었고, 그 중에서 3개의 시료에서 500 OU/m3를 초과한 결과가 나타났다. 희석배수가 30~54 OU/m3인 경우가 47%를 차지하여 가장 많은 것 으로 분석되었고, 희석배수가 60~100 OU/m3인 경우가 24%를 점유하고 있어 전체 자료 중 7%의 시료가 100 OU/m3 이하로 나타나 현장 방문시의 시료 분석 결과 를 기준으로 국내의 악취규제 수준에는 대체적으로 만 족하고 있는 것으로 보여진다.

    분석한 복합악취 희석배수를 식(1)에 적용하여 각 배출구별 복합악취배출량을 분석한 결과는 Fig. 2와 같 이 나타났다. 각 배출구별 복합악취배출량은 최소값은 50 OU/s, 최대값은 23,200 OU/s으로 대체적으로 100~ 1,000 OU/s 범위에 분포하는 것으로 분석되었다.

    또한 배출구의 높이와 유량 간의 상호관계를 확인하 기 위하여 상관도 분석을 실시한 결과는 Fig. 3과 같이 나타났는데 상관계수의 크기가 작으므로, 본 연구대상 인 배출구에서는 이 두 인자간의 상관관계는 약한 것 으로 보인다.

    3.2 일본 기준 산정 결과

    일본 관리 기준을 적용하여 연구대상의 배출구의 높 이와 유량, 배출구 직경에 따른 허용악취농도를 산출하 여 이에 대한 분포도를 Fig. 4에 도시하였다. 유량이 500 m3/min 미만인 경우에는 배출구의 허용악취농도는 최소 16 OU/m3에서부터 최대 631 OU/m3으로 나타났 고, 유량이 500~1,000 m3/min인 경우에는 최소 63 OU/m3 에서 최대 200 OU/m3으로, 유량이 1,000m3/ min 이상인 경우에는 배출구의 허용악취농도는 최소 63 OU/m3에서부터 최대 100 OU/m3으로 나타났다. 이 러한 결과는 산출식에 따라 배출구의 높이가 6.7m 보 다 작을 경우 높이의 증가에 따라 악취희석도가 커지 고, 6.7 m보다 크고 15m보다 작을 경우에는 배출구의 직경별로 동일한 악취희석도가 결정되고, 배출구 높이 가 15m 이상인 경우에는 유량이 증가하면 악취배출량 도 증가하기 때문인 것으로 판단된다.

    3.3 영국 기준 산정 결과

    영국 관리 기준을 적용하여 연구대상의 배출구의 높 이와 유량에 따른 허용악취농도를 산출하여 이에 대한 분포도를 Fig. 5에 도시하였다. 영국 기준으로 환산한 결과는 일본의 산정 결과보다 허용 한도가 대체적으로 낮게 나타났다. 유량이 500m3/min 미만인 경우에는 배출구의 허용악취농도는 최소 4 OU/m3에서부터 최대 388 OU/m3으로 나타났고, 유량이 500~1,000 m3/min인 경우에는 최소 5 OU/m3에서 최대 64 OU/m3으로, 유 량이 1,000 m3/min 이상인 경우에는 배출구의 허용악 취농도는 최소 7 OU/m3에서부터 최대 39 OU/m3으로 나타났다. 이와 같은 결과는 악취배출량과 배출구의 높 이에 따른 확산 계수를 적용하여 산출되었기 때문에 유량이 증가할수록 악취배출량도 증가하므로 악취배출 농도를 저농도로 배출하여야 한다.

    3.4 산정 기준 비교

    앞서 일본과 영국의 기준을 적용하여 산정한 악취배 출허용농도를 대상 사업장의 배출구 높이별로 구분하 고, 실제 배출된 복합악취농도와 비교하여 Fig. 6~9와 같이 나타내었다. 일본 기준을 적용한 악취배출허용농 도 평균값은 283 OU/m3, 영국 기준을 적용한 악취배 출허용농도 평균값은 52 OU/m3로 분석되었으며, 3개 의 시료가 우리나라의 기준인 500 OU/m3를 초과하였 지만, 일본 기준으로 환산한 허용기준에서는 12개, 영 국 기준으로는 27개의 시료가 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

    Fig. 6과 같이 배출구 높이가 5m 미만일 경우의 시 료는 10개로, 일본의 관리 기준을 적용한 악취 허용농 도는 16~251 OU/m3로 산출되었고, 영국의 관리 기준 을 적용한 결과는 4~31 OU/m3로 나타났다. 실제 채취 한 시료 중 복합악취 희석배수가 우리나라 기준인 500 배를 초과하는 경우는 1개이었지만, 일본기준을 적용 한 악취허용농도를 초과한 시료는 4개, 영국기준을 적 용한 악취허용농도를 초과한 시료는 9개로 나타났다.

    Fig. 7과 같이 배출구 높이가 5~10m인 경우의 시료 는 22개로, 일본의 관리 기준을 적용한 악취 허용농도 는 63~631 OU/m3로 산출되었고, 영국의 관리 기준을 적용한 결과는 7~90 OU/m3로 나타났다. 실제 채취한 시료 중 복합악취 희석배수가 500배를 초과하는 경우 는 1개이었지만, 일본기준을 적용한 악취허용농도를 초과한 시료는 4개, 영국기준을 적용한 악취허용농도 를 초과한 시료는 14개로 나타났다.

    Fig. 9와 같이 배출구 높이가 15m 이상일 경우의 시 료는 5개로, 일본의 관리 기준을 적용한 악취 허용농도 는 64~210 OU/m3로 산출되었고, 영국의 관리 기준을 적용한 결과는 64~161 OU/m3로 나타났다. 실제 채취 한 시료 중 복합악취 희석배수가 500배를 초과하는 경 우는 1개이지만, 일본기준을 적용한 악취허용농도를 초과한 시료는 3개, 영국기준을 적용한 악취허용농도 를 초과한 시료는 3개로 나타났다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 도금과 도장 및 금속 가공제품과 같 은 금속 가공 제품 분야 제조업종의 악취배출시설 배 출구에서 채취된 시료를 공기희석관능법으로 분석한 다음 일본과 영국의 악취배출허용기준과 비교하고자 하였다. 시료 53개에 대하여 분석한 결과 일본의 관리 기준을 적용한 결과, 악취 허용농도는 16~631 OU/m3 로 산출되어 평균값은 283 OU/m3이고, 영국의 관리 기준을 적용한 결과는 4~388 OU/m3의 범위로 산출되 어 평균값은 52 OU/m3로 나타났다. 일본과 영국의 악 취배출허용기준에서는 배출구 높이와 배출량이 증가할 수록 배출구 허용농도와 악취배출량은 커지므로 악취 농도는 감소하는 현상을 나타내었다.

    단순히 사업장내의 배출구 높이만을 악취관리의 선 정 기준으로 규정하여 관리하는 국내의 현행 악취방지 법에 비하여, 일본과 영국의 악취배출기준에서는 배출 구 높이, 직경, 유량 등을 고려하여 영향권 지역의 악취 농도를 조절하기 위한 배출허용기준을 산출하여 운영하 므로써 악취배출원의 제반 특성을 고려하고 있다. 이에 따라 효율적인 악취관리를 위하여 국내의 획일적인 농 도 중심의 복합악취 규제방안을 보다는 배출원의 특성 에 따른 악취농도 규제와 더불어 부지경계의 기준농도 를 만족하는 배출구 농도관리가 필요하다고 생각된다.

    감사의 글

    이 논문은 인천대학교 2019년도 자체연구비 지원에 의하여 연구되었음.

    Figure

    JOIE-19-3-290_F1.gif

    Complex odor dilution volume of odor emission facilities.

    JOIE-19-3-290_F2.gif

    Complex odor dilution volume of odor emission facilities.

    JOIE-19-3-290_F3.gif

    Correlation analysis between height and flow rate.

    JOIE-19-3-290_F4.gif

    Estimated outlet permissible odor dilution threshold of Japanese standards.

    JOIE-19-3-290_F5.gif

    Estimated outlet permissible odor dilution thresholds of British standards.

    JOIE-19-3-290_F6.gif

    Comparison of odor dilution thresholds less than 5 m height of stack outlet.

    JOIE-19-3-290_F7.gif

    Comparison of odor dilution thresholds for 5~10 m height of stack outlet.

    JOIE-19-3-290_F8.gif

    Comparison of odor dilution thresholds for l0~ 15 m height of stack outlet.

    JOIE-19-3-290_F9.gif

    Comparison of odor dilution thresholds for more than 15 m height of stack outlet.

    Table

    Conditions for Flow rate and Height of Investigation Facility

    Reference

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