이동식 실시간 측정장비를 이용한 대기오염배출원 관리연구 = A Study on the management of air pollution emissions using mobile real-time measuring equipment

국문 초록 (Abstract)

대기오염물질 배출사업장 관리는 대기오염물질을 연간 10톤 이상 발생하는 사업장의 경우 국가미세먼지정보센터에서 관리하고 있는 대기배출원관리시스템에서 운영기록 및 자가측정사항 등이 입력하여 관리하고 있으나 대기오염물질을 연간 10톤 미만 발생시키는 사업장의 경우에는 관할 점검기관의 정기점검 및 특별점검 등 단순한 인력투입의 방식으로만 관리하고 있어 점검 인원 대비 많은 사업장수가 많아 효율적으로 관리가 되고 있지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 실시간 측정 장비인 SIFT-MS를 활용하여 고농도 대기오염물질 배출사업장을 선별하여 불법 대기오염물질 배출의심 사업장 위주로 점검하는 것이 대기오염물질 배출원을 효율적으로 관리하는 것으로 판단되었다.
실시간 측정 장비인 SIFT-MS는 국가에서 인정하는 측정방식인 공정시험방법에 의한 방법이 아니므로 측정 신뢰도를 검증하기 위하여 실제로 공정시험방법의 분석방법인 GC-MC와 같은 지점에서 6가지 VOCs 분석을 진행하였다. 분석결과 측정물질 모두 약 1 ppb 이내의 적은 차이값을 나타내었다.
SIFT-MS의 측정신뢰도를 더욱 향상시키기 위하여 장비 가동시 교정용으로 사용하고 있는 2 ppm의 표준가스를 실제 산업단지에서 주로 측정되는 농도인 200 ppb, 100 ppb, 50 ppb, 10 ppb로 희석해서 측정을 진행하고 더 많은 VOCs를 이용한 농도 분석을 위하여 10가지의 VOCs를 이용하여 만든 2 ppm의 표준가스를 500 ppb부터 6단계로 희석하여 측정을 진행하였는데 모든 물질의 결정계수가 0.99 이상의 높은 직선성을 나타내었다. 실제로 장비의 교정에 사용되는 표준가스와 주로 측정되는 물질의 VOCs의 분석결과이므로 실시간 측정장비인 SIFT-MS의 측정 정확도는 높은 것으로 판단되며 해당 장비를 이용하여 고농도 대기오염물질 배출사업장을 선별하는데 활용할 수 있다는 결론을 내렸다.
차량에 SIFT-MS를 장착하여 시화산업단지와 반월산업단지 전체를 측정하며 고농도 대기오염물질 배출원을 선별한 결과 시화산업단지에선 실제 VOCs를 발생시키는 화학물질제조업, 인쇄잉크제조업, 도장 및 기타피막처리업 등이 있는 지역에서 톨루엔과 메틸에틸케톤이 산업단지의 평균값 보다 높게 측정되었다. 반월산업단지의 측정결과도 화학물질제조업이 위치한 지역에서의 측정값이 다른 산업단지 평균보다 높게 측정되었다. 해당지역의 측정결과를 선행 연구와의 측정데이터 비교결과 GC-MS와 측정한 평균수치와 비슷한 측정값이 나타났다. 따라서 차량에 장착된 SIFT-MS를 이용하여 산업단지를 측정한다면 빠른 시간내에 많은 수의 산업장 주변의 대기오염물질을 측정하여 고농도로 배출되는 지역의 중심으로 관리를 할 수 있을 것이다.
차량을 통해서 선정된 고농도 대기오염물질 배출 의심지역의 정밀 추적을 하기위해 드론을 이용하여 반월산업단지와 화성바이오밸리 산업단지의 측정을 진행하였다. 반월산업단지의 측정결과 고농도 지역으로 의심된 3지역 중 2지역에서 차량과 드론을 이용한 측정값이 비슷한 측정값이 나타나고 해당 사업장을 직접 점검한 결과 고농도로 측정된 톨루엔, 자일렌 등을 사용하는 것을 확인하였다. 화성바이오밸리 산업단지의 측정결과 고농도로 의심되는 지역에 3회에 걸쳐 드론을 이용한 측정을 진행하여 한가지 지점의 배출구에서 확산되는 메틸에틸케톤이 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 드론을 이용한다면 차량을 통해 고농도로 선정된 지역에서 효율적으로 실제 대기오염물질을 배출하는 사업장을 선별할 수 있는 것이다.
본연구를 통해 실시간 측정장비인 SIFT-MS를 상황에 맞는 측정방법을 사용하여 등급화된 산업단지를 차량과 드론을 이용한 측정시스템을 활용하여 관할 점검기관의 인원 부족 문제를 해결할 수 있을 것으로 판단된다. 이동식 실시간 측정장비를 사용하여 효율적으로 대기오염배출원을 관리하는 것을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• 제1절 연구배경 및 목표 1
• Ⅱ. 대기오염배출원 관리현황 및 이론적 배경
• 제1절 대기오염배출 사업장 관리현황 5
• 1. 대기오염배출 사업장 관리현황 5
• 제2절 휘발성유기화합물(VOCs)
• 1. 휘발성유기화합물(VOCs)의 정의 16
• 2. 기존의 VOCs 시료 채취 및 분석방법 23
• 3. 최신 실시간 VOCs 분석기기 26
• 제3절 실시간 VOCs 측정분석 장비 28
• 1. SIFT-MS의 측정원리 및 분석조건 28
• 2. SIFT-MS와 GC-MS의 비교 31
• Ⅲ. 본론
• 제1절 측정장비 신뢰도 검증 33
• 1. GC-MS, SIFT-MS 동시분석 33
• 2. SIFT-MS 교정가스를 이용한 농도분석 35
• 3. 표준가스를 이용한 농도분석 37
• 제2절 차량을 이용한 고농도 대기오염물질 배출원 선별 40
• 1. 차량을 이용한 시화산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 40
• 2. 차량을 이용한 반월산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 43
• 제3절 드론을 이용한 고농도 대기오염물질 배출원 선별 45
• 1. 드론을 이용한 반월산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 45
• 2. 드론을 이용한 화성바이오밸리 산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 47
• Ⅳ. 결과 및 고찰
• 제1절 측정장비 신뢰도 검증 결과 50
• 1. SIFT-MS, GC-MS 동시측정 결과 50
• 2. 교정가스와 표준가스를 이용한 농도분석 결과 53
• 3. SIFT-MS 장비 측정신뢰도 검증 결과 62
• 제2절 이동측정차량을 이용한 고농도 대기오염물질 배출원 선별 결과 63
• 1. 시화산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 결과 65
• 2. 반월산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 결과 75
• 3. 차량을 이용한 대기오염물질 배출원 선별 결과 79
• 제3절 드론을 이용한 고농도 대기오염물질 배출원 선별 결과 80
• 1. 시화산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 결과 82
• 2. 화성바이오밸리 산업단지 고농도 대기오염물질 배출원 선별 결과 86
• 3. 드론을 이용한 대기오염물질 배출원 선별 결과 91
• 제4절 실시간 측정장비를 이용한 대기오염물질 배출원 관리현황 및 측정시스템·측정방법 제시 92
• 1. 실시간 측정장비를 이용한 대기오염물질 배출원 관리현황 92
• 2. 실시간 측정장비를 이용한 대기오염물질 배출원 관리 측정시스템 및 측정방법 제시 93
• Ⅴ. 결 론 98
• 참고문헌 100
• Abstract 108