대기중의 먼지
ㆍ작성자: 연합회 ㆍ작성일: 2003-09-17 (수) 13:22 ㆍ조회: 2084

가. 정의 및 성상

(1) 먼지

 (가) 정의

  먼지란 대기중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질의 하나로 일명 분진이라고 한다. 보통 0.1∼500㎛의 입경범위를 가지며, 입자의 크기에 따라 무거워서 침강하기 쉬운 것을 강하분진이라 하고, 입자가 미세하고 가벼워서 좀처럼 침강하기 어려워 장기간 대기중에 떠다니는 것을 부유분진이라 한다.

 (나) 성상

  먼지는 주로 고체상 물질이지만, 액체상 물질로 이루어질 수도 있으며, 그 안에 납, 구리, 크롬, 아연, 카드뮴 등과 같은 중금속물질이 들어 있기도 하고, 황산염, 질산염 등과 같은 산성 유해물질이 함유되어 있기도 하다. 이러한 조성은 먼지가 어느 발생원으로부터 나왔는가에 따라 달라지므로 먼지의 성상을 한마디로 정의하는 것은 매우 어렵다.

(2) 미세먼지

 (가) 우리나라는 대기중에 부유하고 있는 총부유분진(TSP)과 별도로 인체에 흡입되어 폐포에 침착될 가능성이 큰 입자영역을 가진 미세한 먼지를 관리하기 위해 직경이 10 ?m이하인 먼지(PM10)를 대기환경기준항목으로 설정하여 관리하고 있다 (1995.1)

 (나) 외국에서는 인체영향 측면을 고려하여 PM10에서 직경이 2.5?m이하인 입자(PM2.5)를 새로운 관리대상 먼지로 설정하기 위한 연구를 시행 중이며, 이들 PM2.5는 2차 생성 먼지들이 중요 구성성분으로 알려져 있다. 우리나라 역시 PM2.5에 대하여 활발한 연구와 측정분석이 진행되고 있다.

나. 주요 발생원

(1) 먼지

 (가) 화석연료를 사용하는 각종 연소시설(0.5∼30㎛) 및 소각시설(1∼50㎛)

 (나) 유리, 도자기 및 금속의 용융, 용해, 열처리 시설(0.3∼10㎛)

 (다) 화학비료, 석유정제 및 석유화학제품 제조시설 중 소성, 건조, 가열 및 탈황시설(3∼50㎛)

 (라) 시멘트, 코크스, 석탄, 연탄 및 제조시설 등(3∼50㎛)

 (마) 각종 토목, 건축공사장, 채석장, 비포장도로 및 나대지

 (바) 자동차에서 배출되는 매연, 자동차의 운행에 따라 타이어 및 도로의 마모

(2) 미세먼지

 (가) 일반적으로 대기중에 부유하고 있는 입자 중 조대입자는 주로 지면에서 비산된 토양입자나 화산재 등과 같은 자연적으로 발생한 입자들이다.

 (나) 미세입자들은 주로 산업, 운송, 주거활동 등에 의한 연소나 기타 공정으로부터 직접 배출되거나, 1차 배출된 가스상 오염물질이 변환되어 생성된다. 따라서 PM2.5는 황산염, 질산염, 암모니아 등의 이온성분과 금속화합물, 탄소화합물, 그리고 수분 등으로 이루어져 있다.

 (다) 서울의 몇 개 지역에서 측정한 미세입자의 성분별 농도는 표 3.1.1과 같다.

표 3.1.1 PM2.5의 성분별 농도 (단위 : ㎍/m3)
 

지 점

황산염

질산염

염소화합물

암모니아

불광동

전농동

인 천

9.04

4.17

5.38

5.02

1.74

3.51

3.09

1.82

3.23

4.24

1.18

2.04

평 균

6.19

3.42

2.71

2.49

* '96년 3개 측정소에서 PM2.5을 측정분석한 결과임

다. 독성 및 영향

(1) 오염경로

  발생된 먼지는 공기중에 부유상태로 존재하면서 식물의 잎에 부착되어 잎의 기공을 막고 햇빛을 차단하여 동화작용, 호흡작용 및 증산작용 등을 저해하여 식물 생육에 악영향을 미치며, 또 호흡을 통해 인체에 침입하여 기관지 및 폐에 부착된다. 이들 입자중 일부는 기침, 재채기, 섬모운동 등에 의하여 제거되나 일부는 폐포 등에 침착·축적되어 인체에 유해한 영향을 나타낸다.

(2) 인체영향

 (가) 입자상 물질들은 가스상물질에 비해 인체의 폐에 침착되기 쉽기 때문에 다른 대기오염물질보다 인체 건강에 더 큰 악영향을 초래할 가능성이 있는 것으로 알려져 있다. 특히 사람이 호흡할 때 직경이 10㎛이하인 미세입자들은 호흡기를 통하여 폐에까지 도달하여 침착될 수 있다고 한다. 미국에서는 이를 근거로 대기환경기준 항목에 PM10을 추가하였다.

 (나) 먼지는 단독으로 있을 때보다 아황산가스와 함께 있을 때 인체에 대한 피해를 가중시키는 것으로 알려져 있다. 그 입자조성과 크기에 따라 영향을 미치는 범위와 정도가 다르다. 먼지중의 규소는 규폐증을 일으키기 쉬우나 철분은 비교적 영향이 작은 것으로 알려져 있다. 납이나 카드뮴같은 중금속을 함유하는 먼지는 다른 영향을 줄 수도 있다. 먼지가 아황산가스와 복합적으로 작용할 경우에 인체에 미치는 영향을 표 2.1.2에 나타내었다.

 (다) 폐의 각 부위에 도달하는 정도는 입자의 크기에 좌우되는 데 작은 미세입자일수록 폐 깊숙이 유입될 수 있다. 1㎛이상의 큰 먼지는 대부분 코나 기도의 점막과 섬모에 걸려 객담으로서 배출된다. 이때 기관지를 통과할 수 있는 0.1∼1㎛크기의 먼지가 폐포내 침착율이 가장 높다. 이러한 경로로 폐포내에 먼지가 많이 침착되면 진폐증이나 규폐증이 발생될 수 있다. 우리나라에서도 탄광지역의 일부 근로자에 진폐증이 발생된 것으로 언론에 보도되어 사회문제를 야기 시킨바 있다. 또한 최근 연구결과에 의하면 미세 입자농도의 증가가 주민들의 사망률 증가와 밀접한 관계가 있다고 하며, 이밖에도 폐질환으로 인한 통원 치료의 증가, 병가로 인한 학생들의 결석률 증가, 성인들의 활동 제한, 가벼운 순환기 질환 등을 초래한다고 한다(Canada MOE, 1995).

표 3.1.2 부유분진과 아황산가스의 장기폭로시 인체의 영향
 

먼 지

(㎍/m3)

아황산가스(SO2)

영      향

(㎍/m3)

(ppm)

250

250

0.095

가래의 양이 늘어남

240

130

0.050

호흡기계질환 증가

180

120

0.046

호흡기계질환이 늘고, 폐기능이 약해짐

230

120

0.046

하부기도질환 증가

93

90

0.037

FVC, FEV0.75 치의 감소

110

23

0.009

FEV0.75 치의 감소

180

55

0.021

호흡기계의 모든 증상이 증가, 폐기능 저하

131

37

0.014

영향 없음

80

66

0.025

영향없음

* FVC : 강제폐활량 * FEV0.75 : 0.75초간의 폐의 배기량

 (라) 특히, 기존의 폐나 심장에 질환을 갖고 있는 성인이나 어린이들의 경우 PM10에 의해 쉽게 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 아직 어떤 성분의 입자가 건강에 해로운 병을 초래하는지 과학적인 검증은 되지 않았지만, 바람에 의해 비산되는 자연발생원의 입자들보다는 화석연료와 같은 인위적인 배출원에서 발생한 입자들이 더 해로운 것으로 알려져 있다.

표 3.1.3 먼지가 인체 및 환경에 미치는 영향 (단위 : ㎍/m3)
 

농 도

폭로시간

영 향

비 고

10

30

80∼100

100

100

100∼135

130 이상

150∼350

150

75∼300

300

300

300 이상

300∼1,200

1,000

-

-

장기간

-

-

-

24시간

-

-

1시간

-

-

-

시정감소 120Km 이하

시정감소 40Km 이하

사망율 증가

만성기관지염 발병률 증가

시정감소 12Km 이하

만성호흡기 질환자 사망율증가

어린이 (15세미만) 기도질환의 발생빈도 및 중증도 증가

노출집단 폐기능손상, 객담량증가

병약자, 노인의 사망증가

시정감소 8Km 이하

시정감소 4Km 이하

병약자,노인의 사망수 증가

기관지염 환자증상의 급성악화

시정감소 2Km이하, 불쾌,교통사고 증가

시정감소 1.2Km 이하





직경 0.2∼1.0㎛

SOx 130㎍/m3이상

SOx 123∼300㎍/m3 이상시


SOx 630㎍/m3 이상 및 고온시


(3) 시정악화에 대한 영향

 (가) 미세한 입자상 물질이 대기중에 부유할 때에는 빛을 흡수, 산란시키기 때문에 시정을 악화시킨다(Si Duk Lee, 1995).

 (나) "수도권지역 시정장애현상 규명을 위한 조사연구('94∼'96)" 결과 빛의 흡수, 산란 기여율이 입자상 물질 95%, 가스상 물질 5%로 나타났으며, 시정이 나쁠 때 미세입자(2.5 ㎛이하의 미세입자 ; PM2.5)의 농도가 증가함을 보였다(최덕일, 1994).

마. 규제 법규 및 각종 기준

(1) 환경기준

  환경정책기본법 시행령 제3조에 의거하여 미세먼지(PM10)가 환경기준항목으로 설정되어 있다. 한국 및 각국의 먼지에 대한 환경기준을 비교하여 보면 표 3.1.4와 같다. 외국의 경우 대기환경기준 이외에도 대기오염 정도에 따라 비상대책을 강구하기 위하여 대기오염에 대한 경보기준을 정하여 만약의 사태에 대비하고 있다.

표 3.1.4 주요 국가별 미세먼지(PM10)의 환경기준 (단위 : ㎍/m3)
 

국가별

구분

한국*

('96)

일본

('90)

미국

('90)

네델란드 ('86)

독일

('86)

대만

('75)

WHO

('87)

연 평균

80

-

50

-

24

240

-

1달 평균

-

-

-

-

-

210

-

24시간 평균

150

100

150

150

-

-

-

1시간 평균

-

200

-

-

-

-

-

30분 평균

-

200

-

-

300

-

-

* 1시간 및 24시간 평균치는 연간 3회 이상 기준을 초과하여서는 안됨

(2) 배출허용기준

  환경기준을 달성·유지시키기 위하여 연소시설, 소각로 등과 같은 각 배출원에 대하여 배출허용기준을 두게 되는데, 우리나라는 대기환경보전법 제8조제1항 시행규칙제12조 별표8에 시설을 구분하여 단계별로 배출허용기준을 설정하고 있으며. 먼지의 경우 배출부과금 대상오염물질로 정해져 있어 배출가스중 먼지의 농도가 허용기준을 초과할 때에는 1차적으로 개선명령을 받게되고, 이 개선기간 중 배출되는 먼지에 대해서는 엄격한 배출부과금을 지불하게 되어있다. 일부 배출시설에 대한 주요 국가의 배출허용기준은 표 3.1.5와 같다.

바. 오염현황

(1) 우리나라

  '98년의 경우 대구와 성남에서 미세먼지(PM10)가 환경기준(80㎍/㎥/년)을 초과하였으며, 서울, 인천, 부산 등 대도시에서는 몇 개의 지점에서만 환경기준에 근접하고 있다. '98년 측정한 결과를 보면 연평균농도에서 PM10과 TSP의 농도차이가 크지 않은 것으로 나타났다.

(2) 외국

  '98년 미국 LA의 년평균 농도는 40.5㎍/㎥, 24시간평균최대치는 78㎍/㎥이었고, 뉴욕시의 경우는 연평균 56.0㎍/㎥, 24시간평균최대치는 114㎍/㎥으로 보고되었다. '98년 영국 런던의 각 측정소별 24시간 평균치는 18∼24㎍/㎥의 수준을 보였다.

표 3.1.5 주요 국가별 먼지의 배출허용기준
 

한 국

미 국

독 일

호 주

적용기간 및 허용기준

'96∼'98 '99이후

발전시설·일반보일러

(액체연료)

- 배출가스량 > 20만m3/h

60 ㎎/Sm3 40 ㎎/Sm3

(4) (4)

- 배출가스량 3만∼20만m3/h

100 ㎎/Sm3 50 ㎎/Sm3

(4) (4)

- 배출가스량 6천∼3만m3/h

150 ㎎/Sm3 100 ㎎/Sm3

(4) (4)

- 배출가스량 < 6천m3/h

200 ㎎/Sm3 150 ㎎/Sm3

(4) (4)

73MW 발전시설

- 잔사유 : 43 ㎎/MJ

- 고체연료(갈탄제외)

: 43 ㎎/MJ

- 혼합연료 : 13 ㎎/MJ

액체연료 사용시설

- >100MW (3% O2)

; 50㎎/m3

- <100MW (3% O2)

기존 ; 50∼100 ㎎/m3

신규 ; 50 ㎎/m3

열병합발전시설

: 80 ㎎/Nm3

열공급시설

: 250 ㎎/Nm3

혼합시설

(12% CO2)

: 250 ㎎/Sm3

* ( )안은 표준 산소 농도임

사. 방지대책

(1) 비산먼지

  공사장 출입차량의 세륜, 석탄 등과 같은 야적장에 주기적 물분사 및 비산방지망 설치, 도로의 주기적 청소, 비포장도로의 포장 등이 있다.

(2) 배출먼지

  전기집진기, 여과집진기, 세정기, 중력식 집진기 등과 같은 방지시설을 배출되는 입자의 특성에 따라 설치, 운영한다.

(3) 미세먼지

  PM10은 바람에 의해 비산된 토양 먼지 등 자연적인 입자들이 많이 포함되어 있고, 이러한 입자들은 PM2.5보다 건강학적인 측면에서 덜 중요하므로 앞으로 입자상 오염물질의 효율적 관리를 위해서는 PM2.5를 환경기준에 포함시켜 측정하고 감시하는 것이 요구된다.

참고문헌

1. British Columbia Ministry of Environment, (1995), Health effects of inhalable particles; Private implications for British Columbia - overview and conclusions

2. Dr. Luigi Parmeggiani, (1983).

3. Si Duk Lee, (1995), Particulate matter regulatory trend in US, Korea-America joint seminar on the source of visibility reduction and counter-measures in the metropolitan area. 21∼50

4. 최덕일 등, (1994), 수도권 지역의 시정장애 현상규명을 위한 조사연구 (Ⅰ) - 시정감소 원인물질 및 메카니즘 규명 - 200pp

작성자 : 대기공학과 환경연구사 김대곤(공학석사)

이 자료는 국립환경연구원에서 발간한 환경자료집(1999년판)을 이용하여 만들었으므로 법령기준등은 현재와 차이나는 경우가 많이 있습니다.

일반적인 사항이 아닌 법령등은 홈페이지 법령란의 자료를 참고하시기 바랍니다.