Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1598-6616(Print)
ISSN : 2287-6731(Online)
Journal of Korean Society of Odor Research and Engineering Vol.11 No.4 pp.167-173
DOI : https://doi.org/10.11161/jkosore.2012.11.4.167

악취강도와 황화합물 및 암모니아, 트리메틸아민의 물질농도와의 상관관계 연구

한 진 석, 박 상 진*
국립환경과학원, *우송대학교 철도건설환경공학과

A Study of the Correlation between Odor Intensity and the Concentration of Sulfur Compounds, NH3, and TMA

Jin-Seok Han, Sang-Jin Park*
National Institute of Environmental Research
*Department of Railroad Civil and Environmental Engineering, Woosong University

Abstract

This study aims to evaluate the relationship with the concentration and odor intensity using the odorsensory method for 4 types of sulfur compounds, ammonia, and trimethylamine. For the measurement,13 panelists were selected by several criteria through a panel test. Panelists chosen for their closely similarsensitivities provide more reproducible values. The estimation showed that the correlation of the concentrationwith odor intensity for the 6 compounds can be reasonably expressed by the equation I=A∙log C+B (I: Odor Intensity, C: material concentration, A: material constant, B: constant). The result ofthis study is suggested to be used as a base data for research on measures to improve the regulation standardsfor complex odor concentration on site boundary in operation, as well as a correlation between theconcentration and odor intensity for the designated foul odor substances, and their characteristics.

03-악취강도(JH).164549.pdf226.5KB

1. 서 론

 국민들의 생활수준 향상과 쾌적한 환경에 대한 관심의 증대로 인하여 악취를 포함한 생활환경문제에 대한 관심과 민원이 증가하고 있다. 이에따라 환경부에서는 황화합물, 알데하이드류, 암모니아, 아민류, 그리고 휘발성유기화합물질(VOCs) 등 22종의 지정악취물질을 규제하고 있다(MOE, 2004). 일반적으로 악취의 세기(강도)를 측정하는 관능시험법은 현장에서 측정하는 직접 관능법과 현장에서 시료를 채취한 후 실험실에서 시료를 단계별로 희석하여 관능시험하는 공기희석관능법이 사용되고 있다(ASTM, 1978, 2006; JMOE, 1989; MOE, 1998, 2005; Yang, 2002; AQBIDNR, 2005; KSORE, 2005). 직접관능법은 주관적인 판단의 개입과 냄새에 대한 순응, 피로 등에 의해서 결과의 객관성에 대한 문제점이 지적되고 있어 많은 나라에서 주시험법으로 공기희석관능법을 활용하고 있는 실정이다(ASTM, 1978; JMOE, 1989; MOE, 2005; KSORE, 2005b, 2006a).

 현행 악취방지법에서 개별 악취물질의 농도기준을 적용하는 지정악취물질별 규제는 부지경계선에서 적용되지만 희석배수에 의한 복합악취 규제는 부지경계선뿐만 아니라 배출구에도 적용된다(MOE, 2004, 2005). 지자체의 실질적인 악취지도업무 역시 기기분석에 의한 물질농도 규제보다는 공기희석관능법에 의한 희석배수 규제가 더 실제적으로 활용되고 있다(KSORE, 2006a).

 복합악취에 대한 악취강도와 희석배수간의 실험자료을 바탕으로한 상관관계 및 물질농도와 희석배수와의 상관관계에 대해서 시험결과가 보고된 바 있다(Park et al., 2009b, 2010; Han and Park, 2010, 2012a, b). 이에 반하여 현행 악취방지법에 의해서 부지경계선에서 적용되고 있는 개별 물질농도와 악취강도와의 관계나 배출허용기준으로 설정된 물질농도 수준의 적정성에 대한 검토보고는 매우 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 한국인의 후각을 이용하여 측정한 악취강도와 개별 물질별 농도간의 상관관계를 살펴보고 배출허용기준으로 설정된 물질농도의 적정성을 검토하고자 하였다.

2. 연구 방법

2. 1 지정악취물질 농도별 악취강도 실험방법

 황화합물은 지정악취물질로 지정되어 있는 황화수소, 메틸멀캅탄(mehyl mercaptane), DMS (dimethyl sulfide sulfide), DMDS (dimethyl disulfide)를 선정하였고 암모니아와 트리메틸아민을 실험 대상으로 선정하였다. 물질농도 수준별 악취강도를 측정하기 위하여, 악취공정시험방법에서 제시하는 악취판정인 선정절차에 따른 판정인 선정실험(ASTM, 1978)과 악취강도에 대한 절대지표를 보완하기 위해 개발한 한국의 6단계 악취강도대조군(KOREA Odor Intensity Reference Scale, KOIRS) 실험(KSORE, 2006a; Park and Han, 2009a; Park et al., 2009c)을 통과한 13명을 악취판정인으로 선발하였다. 지정악취물질 중 연구대상 항목인 황화합물 4종과 암모니아와 트리메틸아민은 표준물질(Rigas, Korea)을 이용하여 악취강도 0~5도의 범위에 해당하는 농도를 4~7단계로 만들어 농도 수준별로 관능법을 실시하여 각각의 악취강도를 산정하였다(Park et al., 2009b, 2010; Han and Park, 2010).

2. 2 물질농도와 악취강도와의 관계 (식)

 악취강도와 물질농도 사이에는 대수비례관계가 있는 것으로 알려져 있으며, 식(1)로 표현되며 이를 웨버-페히너 (Weber-Fechner)법칙이라 한다 (Han and Park, 2012b).

 I=A ∙ log C+B                    (1)

 식(1)에서 I는 악취강도, C는 개별물질의 물질농도, A는 물질별 상수, B는 상수로 표현된다.

 악취강도 0~5도의 범위에 해당하는 개별물질의 농도 수준별로 관능법을 실시하여 각각의 물질농도와 악취강도를 식(1)에 적용하면 물질별 농도와 악취강도의 관계식을 구할 수 있다.

3. 결과 및 고찰

3. 1 황화합물의 물질농도와 악취강도 실험결과

 황화수소[Hydrogen Sulfide, H2S]의 농도를 0.0001~8.00 ppm 범위의 7개 시료를 만들어 악취판정인 선정실험을 통과한 13인에 의하여 관능법에 의한 악취강도 측정결과를 Table 1에 정리하였다. 실험결과, 황화수소 농도 0.0001 ppm, 8.00 ppm에 해당하는 악취강도의 산술평균은 각각 1.3, 5.0을 나타내었다.

Table 1. Measurement results of odor intensity according to the concentration of Hydrogen Sulfide

 메틸머캅탄[Methyl Mercaptane, CH3SH]의 농도를 0.00099~0.0298 ppm 범위의 4개 시료를 만들어 악취판정인에 의해 구해진 악취강도 측정결과를 Table 2에 나타내었다. 실험결과, 물질농도 0.00298 ppm와 0.0298 ppm에서 악취강도는 각각 1.6, 4.4를 나타내었다. 이러한 실험결과로 볼 때, 환경대기 중에 존재하는 메틸머캅탄의 농도 증가에 따라 악취강도가 급격히 증가하는 것으로 추정된다.

Table 2. Measurement results of odor intensity according to the concentration of Methyl Mercaptane (MM)

 황화메틸[Dimethyl Sulfide, (CH3)2S] 농도는 0.0031~30.6 ppm 범위에서 7개의 시료를 만들어 악취강도를 구한 결과를 Table 3에 나타내었다. 공정시험방법에서 제시하는 악취판정표 2도, “보통냄새(Moderate)”수준에 해당하는 황화메틸의 농도는 0.0102 ppm 수준이었고, 9 ppm, 30.6 ppm에 대한 악취강도는 각각 4.2, 4.8로 나타났다.

Table 3. Measurement results of odor intensity according to the concentration of Dimethyl Sulfide (DMS)

 이황화메틸[Dimethyl Disulfide, (CH3)2S2]의 경우 농도 0.003~29.7 ppm 범위의 7개 시료를 만들어 측정한 결과는 Table 4와 같다. 실험결과, 물질농도 0.0297 ppm에서 악취강도는 2.3으로 나타났고 이황화메틸의 농도가 10배 증가한 0.297 ppm일 때 악취강도는 4.2으로 약 0.9 증가하는 것으로 나타났다.

Table 4. Measurement results of odor intensity according to the concentration of Dimethyl Disulfide (DMDS)

3. 2 암모니아와 트리메틸아민의 물질농도와 악취강도 실험결과

 암모니아[Ammonia, NH3] 농도를 4.98~165.87 ppm 범위에서 4개 시료를 만들어 악취판정인 선정 실험을 통과한 13인에 의하여 감지된 악취강도 측정결과를 Table 5에 정리하였다. 실험결과, 암모니아 농도 16.59 ppm과 165.87 ppm에 해당하는 악취강도는 각각 2.4, 4.5로 나타났다.

Table 5. Measurement results of odor intensity according to the concentration of Ammonia

 트리메틸아민 [Trimethylamine, (CH3)3N]의 농도를 0.001~0.0294 ppm 범위의 4개 시료를 만들어 악취강도 측정결과를 Table 6에 나타내었다. 실험결과, 트리메틸아민 농도 0.0029 ppm과 0.0294 ppm에 해당하는 악취강도는 각각 2.5, 4.3로 나타났다. 농도가 10배 증가하는 것에 대하여 악취강도가 1.8 증가하여 암모니아의 경우와 마찬가지로 농도증가에 대한 관능적인 냄새세기가 급격히 상승하는 특성을 나타냈다.

Table 6. Measurement results of odor intensity according to the concentration of Trimethyl Amine (TMA)

3. 3 황화합물의 물질농도와 악취강도 상관관계

 물질농도와 악취강도의 관계는 식(1)에서와 같이 악취강도와 물질농도의 log 값이 직선관계를 갖게된다. 따라서 황화합물의 물질농도별로 악취강도의 실험결과와 물질농도에 log를 취한 값을 사용하여 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1. The correlation with material concentration and odor intensity.

 물질농도와 악취강도의 상관관계를 나타낸 식(1)의 물질별 상수(기울기)값은 황화수소 0.8815, 메틸머캅탄 1.8769, 황화메틸 0.7755, 이황화메틸 1.0176으로 나타났다. 물질별 상수(기울기) 값이 1.0을 상회하는 메틸머캅탄 경우는 물질농도 증가에 대해 관능적으로 느끼는 냄새세기를 나타내는 악취강도의 증가율이 매우 큼을 알 수 있으며, 0.8보다 낮은 값을 갖는 황화메틸 경우는 상대적인 물질농도 증가에 비하여 관능적으로 느끼는 냄새세기의 증가율이 작은 것을 시사하고있다. 황화수소와 이황화메틸의 경우는 1.0과 매우 유사한 값을 나타내고 있고, 상관관계식의 결정계수가 약 0.9이거나 이상으로 물질농도와 악취강도의 관계를 잘 설명하고 있는 것으로 판단된다.

3. 4 암모니아와 트리메틸아민의 물질농도와 악취강도 상관관계

 암모니아와 트리메틸아민의 물질농도별로 측정한 악취강도의 실험결과와 물질농도에 log를 취한 값을 사용하여 Fig. 1에 나타내었다. 식(1)을 이용하여 물질별 농도와 악취강도의 관계식을 구하였고 그 결과는 Table 7과 같다.

Table 7. Correlation equation with odor intensity and concentration

 물질농도와 악취강도의 상관관계를 나타낸 식(1)의 물질별 상수(기울기)값은 암모니아 1.9352, 트리메틸아민 1.7231로 나타났다. 두 물질의 기울기값이 1.7 이상의 값을 나타내고 있어 물질농도 증가에 대해 관능적으로 느끼는 냄새세기를 나타내는 악취강도의 증가율이 매우 큼을 알 수 있으며, 상관관계식의 결정계수가 약 0.98 이상으로 물질농도와 악취강도와의 관계를 잘 설명하고 있는 것으로 판단된다.

 Table 7에는 6개 지정악취물질별 물질농도와 악취강도 상관관계식의 이번 연구결과와 일본의 연구결과를 살펴볼 수 있다. 이번 연구결과에서 메틸머캅탄과 트리메틸아민의 경우는 상수와 기울기가 일본의 보고된 결과보다 모두 큰 수치로 나타났다. 이는 메틸머캅탄과 트리메틸아민에 대하여 우리나라 사람들의 관능적 감지 취기가 예민함을 시사하는 것으로 판단된다. 이에반하여 황화수소에 대해서는 일본인에 비하여 상대적으로 둔감하며, 암모니아의 경우는 최소감지농도는 높으나(Han et al., 2012c), 농도 증가에 따른 관능적으로 느끼는 악취강도의 증가폭은 큰 것으로 나타났다.

3. 5 지정악취물질 배출허용기준농도별 추정 악취강도의 비교 검토

 부지경계선에서 배출허용기준으로 규정하는 희석배수는 준공업지역 15, 공업지역 20이며, 이는 과거 직접 관능법에의한 악취강도 2.5와 3에 해당하는 희석배수 값이 설정된 것이다. 또한 준공업지역과 공업지역에서 지정악취물질로 규정된 4가지 황화합물과 암모니아, 트리메틸아민의 물질농도 각각의 배출허용기준은 Table 8과 같다. 배출허용기준으로 설정된 6개의 지정악취물질에 대하여 물질농도와 악취강도의 관계식에 적용하여 산정한 악취강도 결과는 Table 8에 나타난 바와 같다. 배출허용기준을 기반으로 계산한 악취강도와 과거 악취강도기준 설정 근거치인 준공업지역 2.5, 공업지역 3 값과는 차이가 있음을 볼 수 있다. 6가지 물질 중 암모니아의 경우는 준공업지역 0.19, 공업지역 0.78으로 2.5와 3에 비해서 매우 낮은 값으로 암모니아의 배출 허용기준이 너무 엄격한 농도기준으로 설정되어 있는 것으로 판단된다. 이황화메틸의 경우도 준공업지역 1.8, 공업지역 2.34로 기준농도가 약간 낮은 수준이며, 트리메틸의 경우는 준공업지역 2.95, 공업지역 3.99로 기준농도가 높은 수준이며 다른 4가지 물질들의 기준농도는 악취강도 2.5와 3 수준으로 적정하게 설정되어 있는 것으로 판단된다. 이러한 결과는 희석배수와 물질농도의 상관관계 연구에서 지적한 희석배수 15와 20에 해당하는 배출허용기준의 설정농도가 관계식으로부터 계산된 물질농도를 검토한 결과, 암모니아의 경우 매우 차이가 크고 이황화메틸의 기준농도도 낮고, 트리메틸의 경우는 높게 설정되어 있다는 보고(Han et al., 2012b)와 일맥상통하는 결과이다. 또한 현행 지정 악취물질에 대한 농도 기준치는 악취문제에 대하여 우리나라와 비교적 유사한 접근방법과 관리제도를 갖고 있는 일본의 자료를 근거로하여 도출된 자료이므로, 우리나라 국민들의 후각 특성자료를 기초로 설정되지 못하였다는 제한점을 갖고 있다(KSORE, 2006b). 이러한 결과는 향후 배출허용기준에 대한 재검토시에 귀중한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나, 본 연구결과는 황화합물, 암모니아, 트리메틸아민 개별물질의 농도에 대한 악취강도를 산출한 결과이며, 실제로 악취물질들이 혼재한 복합악취의 경우는 온∙습도 등의 기상요소에 의한 영향과 물질별 결합∙중화∙상승∙상쇄효과 등에 의한 영향 때문에 개별물질의 물질농도에 대한 악취강도와는 다른 양상을 보일 수 있다(Kim et al., 2010). 하지만, 우리나라 국민의 후각 특성을 반영하여 지정악취물질의 물질농도에 대한 악취강도를 실제 실험결과를 토대로 마련할 수 있었다는데 의미가 있으며, 향후 복합악취의 희석배수와 물질농도와의 관계 및 악취강도와의 관계특성을 파악하는데 필수적인 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Table 8. Odor intensity calculated for material concentration standard using equation (1)

4. 결 론

 본 연구에서는 현재 악취방지법에서 제시하고 있는 지정악취물질의 배출허용기준중 황화합물질 4종과 암모니아, 트리메틸아민, 총 6종의 각 개별 물질농도와 6단계 악취강도와의 관계를 살펴보고자 하였다. 개별 물질농도에 대하여 관능법에의한 악취강도를 측정하였고 물질농도와 악취강도의 상관관계 특성 및 관계식을 산출하여 제시하였다.

(1) 황화합물과 암모니아, 트리메틸아민의 물질농도에 따른 악취강도 측정을 위하여 악취공정시험기준에서 제시하는 판정인 선정실험을 통해 선발된 판정인에 의해 6종의 지정악취물질의 물질농도 수준별 악취강도를 측정하였다.
(2) 지정악취물질농도와 악취강도의 상관관계는 I=Alog C+B (I: 악취강도, C: 개별물질의 농도, A: 물질별상수, B: 상수)에 의해 적합하게 표현되었으며, 각 물질의 물질별 상수값을 제시하였다. 메틸머캅탄과 트리메틸아민이 농도 증가에 대한 악취강도 증가율이 상대적으로 큼을 알수 있었다.
(3) 지정악취물질농도와 악취강도의 상관관계식을 이용하여 부지경계선에서 배출허용기준으로 규정하는 준공업지역과 공업지역의 배출허용기준 개별물질 농도에 해당하는 악취강도 수준을 산정하여 제시하였다.
(4) 물질농도를 기반으로 계산한 악취강도와 과거 관능법을 기반으로 설정한 수준인 악취강도와 비교한 결과, 6가지 물질중 암모니아의 추정 악취강도 수준이 준공업지역 0.19, 공업지역 0.78으로 2.5와 3에 비해서 매우 낮은 값으로 암모니아의 배출허용기준이 엄격한 기준으로 설정되어 있는 것으로 나타났다. 이황화메틸의 경우도 기준농도가 약간 낮은 수준이고 트리메틸의 경우는 준공업지역 2.95, 공업지역 3.99로 기준농도가 높은 수준인 것으로 평가되었다.

Reference

1.Air Quality Bureau of the Iowa Department of Natural Resources (AQBIDNR), 2005. A review of the science and technology of odor measurement, St. Croix Sensory Inc.
2.ASTM International. D1391-78, 1978. Standard Method for Measurement of Odor in Atmospheres (Dilution Method), Philadelphia, PA.
3.ASTM International. E253-05, 2005. Standard Terminology Relating Sensory Evaluation of Material and Products, Philadelpia, PA, USA.
4.Han, J. S., Park, S. J., 2010. A study of the correlation between the odor intensity and dilution factor of NH3, TMA and styrene. Korean Journal of Odor Research and Engineering 9(4), 196-202.
5.Han, J. S., Park, S. J., 2012a. A study of the correlation between the concentration and dilution factor of sulfur compounds, NH3, and TMA. Korean Journal of Odor Research and Engineering 11(2), 87-93.
6.Han, J. S., Park, S. J., 2012b. A study of the correlation between the concentration and dilution factor of aldehyde compounds and styrene. Korean Journal of Odor Research and Engineering 11(3), 126-133.
7.Han, J. S., Lim, Y. J., Park, S. J., 2012c. A study on the calculation methods of odor threshold value of the specified offensive odor substances. Korean Journal of Odor Research and Engineering 11(1), 24-33.
8.Japan Ministry of the Environment (JMOE), 1989. Triangular Odor Bag Method manual.
9.Kim, K. H., Ahn, J. W., Hong, O. F., 2010. Examination of individual and Mixed Odorant Concentration and Thier Relationship with Odor Intensity. Korean Journal of Odor Research and Engineering 9(2), 72-79.
10.Korean Society of Odor Research and Engineering (KSORE), 2005. The First Training Cource of Odor Measurement and Analysis.
11.Korean Society of Odor Research and Engineering (KSORE), 2006a. A study on the measurement of odor threshold value and odor characteristics, National Insitute of Environmental Research.
12.Korean Society of Odor Research and Engineering (KSORE), 2006b. A study and development of the standard methods for the specified offensive odor substances, National Insitute of Environmental Research.
13.Ministry of Environment (MOE), 1998. A Study of Odor Management.
14.Ministry of Environment (MOE), 2004. The Offensive Odor Control Law.
15.Ministry of Environment (MOE), 2005. Odor Standard Method.
16.Nagata, Y., 2003. Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method -Odor Measurement Review-, Ministry of the Environment, Japan.
17.Park, S. J., Han, J. S., 2009a. Research on setting objective standards for odor intensity. Korean Journal of Odor Research and Engineering 8(3), 155-158.
18.Park, S. J., Lim, Y. J., Han, J. S., 2010. A study of the correlation between the odor intensity and dilution factor of Carbonyl compounds. Korean Journal of Odor Research and Engineering 9(3), 157-163.
19.Park, S. J., Lim, Y. J., Lee, M. D., Han, J. S., 2009b. A study of the correlation between the odor intensity and dilution factor of Sulfur compounds. Korean Journal of Odor Research and Engineering 8(4), 209-214.
20.Park, S. J., Lim, Y. J., Choi, J. S., Kim, M. G., Lee, H. S., Kang, I. S., Han, J. S., 2009c. Assessment on the replacement of trimethylamine among the reagents for odor panel screening. Korean Journal of Odor Research and Engineering 8(3), 151-154.
21.Yang, S. B., 2002. The offensive odor regulation in Korea. Korean Journal of Odor Research and Engineering 1(1), 6-15.