방통대, 보건환경학과, 대기오염관리, 중간과제물, 방송통신대학교 중간과제

 

<과제명> ‘대기오염관리’동영상 강의(1~6강)에 대하여 각 강의 내용을 A4 용지 한 장(총 6매)에 정리하시오.

 

 

1강. 대기오염의 정의와 표시단위

대기는 기체로 이루어진 공기를 말하며, 지표면에서 약 500km 까지의 공간을 이야기한다. 이 대기 공간에는 기체상물질혼합물이 존재하는데 기체 외에도 질량이 매우 작은 고체와 액체부유물을 모두 포함하고 있다.

 

보통 대기는 고도가 낮은 곳부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권 등 4가지 권으로 구성되어 있으며 인류는 대류권에서 생활한다. 대기오염도 대류권에서 발생하는 것이 인간에 영향을 끼친다. 성층권의 대기오염이 인간에게 끼치는 것은 그리 많지 않다. 다만 성층권에 위치한 오존층과 오존층 파괴에 따른 자외선 농도에 관심은 있다.

 

인간이 산소를 호흡할 때 대기가 나쁜 상태라면 건강에 악영향을 준다. 그래서 대기오염에서 이야기하는 대기는 인간이 주로 생활하는 대류권을 언급한다. 대류권은 지구표면 복사열의 영향으로 고도가 상승함에 따라 온도가 하강한다. 문명 발달과 자동차, 산업발전과 같은 인위적인 활동에 의해 대기 오염이 발생했다.

 

보통 대기에는 99% 산소와 질소로 구성되어 있으며 3번째로 아르곤, 4번째로 이산화탄소가 차지한다. 이중 이산화탄소는 지구온난화와 관련이 있다.

 

대기오염은 여러 정의가 있는데, 한 마디로 대기가 정상이 아니어서 불쾌감과 위해를 가하는 대기의 상태를 의미한다. 이런 대기 오염을 유발하는 대기오염물질이 있는데 국내에서는 대기환경보전법 제2조에 따라 총 64종을 지정하고 있다.

 

독성, 생태계에 미치는 영향, 배출량, 환경기준 대비 오염도 등을 심사-평가하여 가스상 물질과 입자상 물질을 구분했다. 또한 대기오염물질과 유해성대기감시물질(지속적인 감시가 필요), 특정대기유해불질 등으로 대기배출에 대해 관리가 필요한지 여부에 따라 구분하여 관리하고 있다.

 

대기오염 물질의 농도는 절대적 수준이 아닌 기준을 설정하여 상대적 비교를 하기 위함으로 단위농도를 활용한다. 단위 부피(㎥) 당 오염물질의 질량이 단위농도다. 질량이 핵심이다. mg/㎥, ng/㎥, pg/㎥ 등이 있다. 일정 부피 안에 오염물질이 얼마나 있는지 단위농도로 파악한다. 보통 입자상 물질은 단위농도, 가스상물질은 ppm으로 표현한다.

 

무단위 농도는 단위부피(㎥)당 오염 물질의 부피를 의미한다. 주로 %(퍼센트), ppm, ppb, ppt등으로 표현한다. ppm농도는 1㎥의 공간에 어떤 기체물질이 x mL차지할 때의 농도다. 1ppm=10³ppb 다.

 

기체와 관련된 법칙은 일정한 온도에서 기체 부피는 압력에 반비례 한다는 보일의 법칙과 일정한 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례한다는 샤를 법칙, 일정한 온도와 압력에서 기체의 부피는 기체의 양(mol)에 비례한다는 아보가드로 법칙 등이 있다. 아울러 이상 기체 상태 방정식(=기체방정식)이라는 개념이 있다.

 

2강. 대기 오염 사건과 환경기준

대기오염 사건에는 인간이 경제활동을 영위하다가 발생한 런던형 스모그와 LA형 스모그 같은 스모그가 있고, 사고로 발생한 사고형 대기오염이 있다.

 

연기와 안개의 합성어인 스모그는 연소나 안개와는 다른 입자상 오염물질이다. 보통 대류권에서는 고도가 상승함에 따라 기온이 하강하고, 기온이 높은 곳에서 낮은 곳으로 기체가 순환하여 대류현상이 발생한다. 하지만 기온역전 현상이 발생하면 대류현상이 일어나지 않고, 스모그로 오염된 대기가 정체하여 대기 중 화학작용으로 발생된 미세입자(=스모그)가 호흡곤란과 폐질환을 유발시키고, 가시거리를 감소시킨다.

 

똑같은 스모그지만 런던형과 LA형은 조금 다르다. 런던형은 1900년대 초반산업시설이 많은 곳에서 공장배출 가스 이산화 황에 의하여 생성되었다. 벨기에 뮤즈 계곡안계와 미국의 도노라 스모그 등이 대표적인 런던형 스모그다. 겨울철 기온역전 현상이 발생하고, 난방과 석탄연료를 사용해 대량의 황성분이 공기중 수증기와 반응하여 발생했다.

 

LA형 스모그는 급격한 자동차 대 수의 증대에 따라 일산화질소가 과다 배출되어 대기중 산소와 결합하여 이산화 질소를 만들어 내었다. 대기 중 화학작용으로 오존이 발생하고, 오존은 탄화수소와 결합하여 미세 유기입자를 발생시켰다. 공장은 런던, 자동차는 LA다. 또한 황성분은 런던, 탄화수소는 LA다.

 

스모그는 인간의 경제활동 과정 중 발생된 부산물이라면, 전혀 의도치 않게 다이옥신이 유출된다거나. 메틸이소시아네이트(살충제 성분)가 유출되는 사건등은 사고형 대기오염에 포함된다.

 

현재 한국은 환경정책기본법에 근거하여 전체적인 환경관리를 실시하고 있다. 주로 대기, 소음, 수질 등에 대해 시행령으로 관리하며 2020년 기준 총 8가지 물질에 대하여 기준을 세워서 관리하고 있다. 8가지는 아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 오존, 미세먼지, 초미세먼지, 납, 벤젠이다. 대기환경 기준은 시간이 갈수록 강화/유지 관리되고 있다.

 

국내 대기오염 경향을 보면, 1980년대 이전에는 휘발유에 납이 촉매제로 활용되었다. 그러다 연료 중 청정연료와 저황유 같은 황 제거한 연료를 사용하며 많이 개선되었다. 스모그를 유발하는 이산화황이 줄어들고 있다. 납과 이산화질소 오염도 개선에도 긍정적인 영향을 주었다.

 

3강. 대기 오염물질 배출원

대기오염물질에는 매우 다양한 종류가 있다. 다양한 종류의 대기물질은 물리적 성상에 따라 나누어볼 수 있는데, 크게 가스상 오염물질과 입자상 오염물질 2가지로 나눌 수 있다. 가스상 오염물질은 기체로 존재하고, 입자상 오염물질은 액체나 고체로 존재한다.

 

한편, 대기오염물질 생성 과정에 따라 대기오염물질을 분류할 수도 있다. 1차 대기오염물질은 오염물질 발생원으로부터 직접 배출되는 물질이다. 공장에서 직접 배출되는 아황산가스, 자동차에서 배출되는 일산화탄소처럼 오염물질 발생원에서 직접 배출되는 오염물질이 1차 대기오염물질이다.

 

2차 오염물질은 공기 중에서 물리적, 화학적 반응을 통해 발생하는 오염물질을 의미한다. 대표적으로 암모니아가 공기 중 작용을 거쳐 발생시키는 오존이 2차적 오염물질이며, 오존에 의해서 발생하는 LA형 스모그도 2차 대기오염물질이다.

대기오염물질 배출원은 자연적 배출원과 인위적 배출원 2종류로 나뉜다. 이때 자연적 배출원은 또 미생물 활동이나 식생과 같은 생물오염원과 화산폭발, 산불, 번개같은 비생물 오염원으로 나뉜다. 하지만 오늘날 대기오염에 주로 영향을 끼치는 것은 인위적 배출원이다.

 

인위적 배출원도 고정오염원과 이동오염원으로 나뉜다. 고정오염원은 대규모 산업시설처럼 좁은 지역에서 대량의 오염원을 배출하는 점 오염원과, 가정난방처럼 상대적으로 적은량의 오염을 넓은 지역에서 배출하는 면 오염원으로 구성되어있다. 점 오염원은 관리가 용이해서 일시적으로 배출량 조절이 가능하지만, 면 오염원은 수가 많아서 관리가 어렵다. 이동오염원은 자동차, 기관차, 항공기처럼 이동하며 오염원을 배출하는 것을 말한다.

 

오늘날 산업화와 기술발전에 따라 다양한 시설에서 다양한 대기오염물질이 배출되고 있다. 대표적으로 3가지로 나눌 수 있다. 연소시설, 산업시설, VOC배출시설이다. 연소시설에서는 질소산화물과 황산화물이 등이 발생한다.

 

산업시설에서는 어떤 물질을 다루고, 무엇을 생산하느냐에 따라 다양한 물질이 나올 수 있다. 대기환경보전법 시행규칙 제 5조에 따르면 2020년부터 대기 오염물질 배출시설을 총 37개로 분류했다. 한편, 방출 총량에 따라 가장 큰 1종에서 가장 작은 5종으로 분류하기도 한다.

 

배출 허용기준은 황경부령으로 정하는데, 물리적 성상에 따른 분류로 나누어 제시했다. 배출 허용기준은 농도 규제와 총량규제 2가지 방법이 있는데, 농도기준으로 제시했다. 변화하는 추세를 반영하여 나중에는 총량규제로 바뀔 수도 있으나, 현재는 농도기준이며, 물질에 따라, 시설에 따라 다르게 제시한다.

 

4강. 대기오염물질의 종류1

대기오염물질을 구분하는 가장 큰 특징은 물리적 성상에 따른 분류다. 연소, 합성, 분해에 의해 발생하는 가스상이냐, 파쇄, 퇴적으로 발생하는 액체와 고체로 이루어진 입자상이냐.

 

가스상 대기오염물질은 일반적인 온도와 압력인 1기압, 20℃에서 기체로 존재하는 대기오염물질을 의미한다. 대표적으로 황산화물, 질소산화물, 탄소산화물, 휘발성유기화합물(VOC), 오존 등이 있다.

 

황산화물은 주로 화석연료가 연소하면서 발생한다. 수분에 매우 잘 녹아서 황산을 생성하는 산성비의 원인 물질이다. 아황산가스가 대표적인 대기오염물질이며 부식성이 높아서 건축물 등과 식물에 피해를 입힌다. 인체에도 유해하며 농도에 따라 심한 경우에는 생명에 위협을 초래할 수도 있다.

 

질소산화물은 번개나 미생물의 작용같은 자연적 배출원으로도 발생하지만, 주로 연료의 연소과정에서 고열로 인해 공기 중 질소와 산소가 결합하며 발생한다. 고온 연소과정에서는 대부분 무색의 일산화질소가 배출되지만, 일부는 이산화질소 형태로 배출되는데 적갈색 자극성 기체로 호흡기 질환 면역성 감소에 악영향을 끼치고, 인체에 산소를 공급해주는 헤모글로빈과 결합해 메테모글로빈으로 변하게하여 산소공급에 악형향을 주기도 한다.

 

탄소산화물에는 일산화탄소와 이산화탄소가 있다. 일산화탄소의 대부분은 자동차에서 발생 된다. 보통 토양 박테리아에 의해 이산화탄소로 추가 산화시지만, 산업화에 따라 도시에 토양 면적이 부족해져서 토양에 의한 자체적인 일산화탄소 제거율이 낮다. 산소에 비해 헤모글로빈과 결합하는 성질이 2~300배가 더 높으며, 카복시헤모글로빈을 형성하여 산소 운반에 악영향을 끼친다.

 

이산화탄소는 연료가 완전연소하여 산소에 의해 완전 산화될 때 발생한다. 정상 대기 중에 어느 정도 농도로 존재한다. 식물의 성장과 지구의 온도 유지를 위해 필요한데, 어느 순간 온실가스, 지구온난화에 악영향을 끼쳐서 관심이 많다. 대기 중 농도 증가 추세에 따른 지구온난화가 일어나고 있다.

 

태양광에 의해 광화학 반응이 일어난다. 원자나 분자가 태양광을 흡수해서 재배치 되는데, 대표적인 게 성층권 오존층에서 발생하는 현상이다. 산소분자를 파괴하고 2개의 산소원자로 나누는데, 나뉘어진 산소원자는 다른 산소분자와 결합하여 오존이 생성된다. 이 외에도 태양광을 통해 질소산화물과 황산화물이 광화학 반응을 일으킨다.

 

오존은 양면성을 지닌 대기오염물질이다. 성층권에서는 태양빛을 흡수하여 인류를 보호하는 역할을 하는 한편, 대류권에서 발생하는 오존은 강한 산성을 띄고있고, 2차 대기오염물질 생성에 기여하는 유해 물질이 된다.

 

 

5강. 대기 오염물질의 종류2

입자상 대기오염물질은 대기 중에 떠다니는 기체가 아닌 미세 입자를 의미한다. 즉, 물질의 파쇄, 퇴적, 선별, 이적, 기타 기계적 처리를 통해 발생하는 아주 작은 크기의 고체나 액체 상태의 대기오염물질이다.

 

건강 위해적 측면에서 3가지 관점이 중요 포인트다. 입자의 크기와 화학적 조성, 유해성분의 농도, 이렇게 크게 3가지 측면인데 입자의 크기가 가장 큰 영향을 끼친다고 본다. 입자의 크기 너무 작을경우 인체에서 필터 없이 깊이 유입되고, 신체에 흡수가 쉬워진다. 많은 영향을 끼치게된다.

 

아직 국내 법에서는 미세먼지와 초민세먼지를 엄밀하게 구분하고 있지는 않지만, 10마이크로미터와 2.5마이크로미터를 기준으로 미세먼지와 초미세먼지로 구분한다. 둘 다 호흡기 질환 환자에게 건강 위해 유발 가능성이 높으며, 2.5마이크로미터 이하인 초미세먼지가 더욱 폐 속 침투가 용이하고, 체내 잔존 가능성이 높으며, 체내에서 위해한 화학물질 반응을 일으킬 수 있다.

 

그 외 광의의 의미에서 입자상 오염물질인 먼지, 에어로졸이 있으며 그 밖에 안개, 연무, 박무, 연하, 매연, 검댕, 훈연 등이 있다.

 

최근 기체상, 입자상 오염물질 외에 내분비계 교란물질이 새롭게 떠오르고 있다. 내분비계는 동물의 몸에서 호르몬을 분비하는 기관으로 신체의 항상성을 유지하고, 생식 및 발생에 관여하는 호르몬의 생산과 분비를 담당하는 신체기관을 의미한다. 이런 내분비계가 정상작동할 수 없도록 방해하는 게 내분비계 교란물질이다.

 

체내 유입될 경우 호르몬처럼 작용하는데, 생식 기능 저하, 기형, 성장 장애, 암 유발의 위험이 있다. 대표적으로 다이옥신류, 폴리염화바이페닐 등이 있다.

 

농경시대에는 야외에서 생활을 많이 했지만, 산업화가 진행되면서 야외가 아닌 실내 생활이 많이 늘었다. 인류에게 외기 호흡이 아닌, 구조물 내부에서의 호흡이 더욱 중요해졌다. 실내 대기오염 물질에는 폼알데하이드, 이산화탄소, 분진, 기타물질, 휘발성 유기화합물, 담배 연기, 석면 등이 있다. 일산화탄소를 규제하는 곳은 지하주차장이다. 실내주차장은 일산화탄소 농도 유지 기준이 제시되어 있다.

 

악취는 자극성 물질이 사람 후각 자극해 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 의미한다. 2005년 이후 악취방지법이 시행됨에 따라 배출원에 따른 악취물질을 관리하고 있다.

 

악취를 측정하는 방법에는 후각이 정상인 건강한 사람 5인으로 구성하여 측정하는 직접관능법과, 공기희석 관능법, 기기분석법 등이 있다. 악취를 제어하는 방법에는 연소산화법, 촉매산화법, 흡착법, 흡수법, 확산법, 위장법, 응축법 등이 있다. 대표적인 악취물질에는 황과 아민 화합물 등이 있다.

 

 

6강. 대기오염의 영향

대기오염은 인간과 동물, 식물, 재료와 구조물 등에 영향을 끼친다.

인체에 미치는 영향을 먼저 확인하면, 호흡기, 눈, 대사, 정신적 장애에 영향을 끼친다. 대기오염이 인체에 유입되는 경로로는 호흡기, 점막계통, 피부, 소화기가 있으며 오염물질의 종류와 농도, 오염물질의 물리, 화학적 성질, 기후 인자(습도, 온도), 지역적 특성(청정 자연지역, 공장 밀집 지역) 등에 따라 피해 정도가 달라진다.

 

피해 특징은 노년층과 유아의 피해가 높고, 공장지역 주변의 위험도가 높다. 또한 혼합오염물의 영향으로 오염의 상승 작용으로 피해의 정도가 심해진다. 또 낮은 풍속과 기온 역전의 영향을 받는다. 기온 역전현상은 본디 고도 상승에 따라 기온이 낮아져야 하는데, 그렇지 않아서 대류현상이 일어나지 않는 현상을 의미한다. 풍속과 기온역전 모두 오염물질이 한 지역에 오래 머무르게 되는 것에 영향을 끼친다.

 

대기오염의 동물 유입은 인간과 동일하면서 추가로 먹이섭취(목초, 토양 등에 축적된 오염물질의 섭취)가 있다. 이를 통해 먹이사슬 하위층 동물에서 상위층 동물로 전달되는 2차 피해가 발생하며 불소증, 중금속에 의한 피해, 살충제에 의한 피해 등이 발생하며, 젖소 산유량 감소, 양모 거칠어짐, 치아와 뼈에 이상 등이 발생할 수 있다.

 

대기오염 결과에 따라 인간이나 동물에 비해 식물에서 먼저 피해가 나타난다. 주로 피해 상승의 시간대는 식물 내로 공기가 유입될 수 있도록 기공이 열리는 아침과 낮 시간대이며, 높은 습도 상태에서 대기오염이 심할 때 식물 피해가 극대화된다. 주로 SOx(황산화물)과 NOx(질소산화물), 불소화합물, 황화수소, 암모니아, 광화학 산화물, 분진, 매연 등이 영향을 끼친다.

대기오염물질은 재료와 구조물에도 영향을 미친다. 비철금속보다 철금속의 부식이 더 심하다. 고온다습한 지역의 피해가 더 크며, 산성오염물질과 아황산가스에 의해 철의 부식이 일어난다.

 

매연은 도시 미관에 피해를 주며, 이산화탄소는 수분과 반응하여 생성되는 탄산에 대리석 건축물이나 조각상 등이 부식된다. 아황산가스, 황산미스트 등에 의해 건축물이나 시설 표면에 도료에도 손상을 입힌다. 그 밖에도 섬유, 가죽, 종이, 고무 등 일상생활 전반에 걸쳐서 악영향을 끼친다.

 

시정장애는 가시거리를 현저하게 감소시키는 것을 의미한다. 가시거리가 줄어들면 멋 곳을 볼 수 없게되는데, 부유분진에 의한 빛 산란에 의해 발생한다. 부유분진이 발생하는 원인은 크게 2가지로 나뉘는데, 자연적 원인인 안개와 황사 그리고 스모그와 연무와 같은 인위적인 원인으로 나뉜다.

 

시정에는 꼭 기억해야할 법칙이 있는데 램버트-비어 법칙이다. 어떤 물질을 통과하기 전의 빛의 강도와, 통과한 후의 빛의 강도의 상관관계를 나타낸 법칙이다. 그 밖에 대조강도, 가시도, 소멸계수 등의 개념이 있다.

 

보통 대기오염물질에서 빛의 산란, 반사, 흡수 등이 모두 일어난다. 반사와 산란은 서로 다른 개념이다. 보통 반사도 일어나지만 상대적으로 적고, 산란이 주로 일어난다. 대기오염물질은 빛의 산란과 흡수 작용으로 시정 장애를 유발한다.

 

 

 

<참고문헌>

- 대기오염개론, 방송대 출판문화원