울산지역 산업단지 휘발성유기화합물 배출 특성 및 건강위해성 평가 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ulsan is the city where national industrial complexes are located, and the air quality of the entire region is affected by various air pollutants emitted from industrial complexes. Volatile organic compounds, which are discharged in large quantities from industrial complexes, contain many substances that are harmful to the human body and have high carcinogenic potential even at low concentrations, so continuous monitoring and management are required. In addition, it is a major cause of ultrafine dust that generates secondary organic aerosols through chemical and photochemical reactions, and affects ozone concentration as a precursor of ozone. Although VOCs are important, measurement items and measurement cycles are limited, and there are not enough measurement stations in Ulsan, so it is difficult to grasp the emission sources and pollution status of the region in detail.

In this study, the concentration of VOCs emitted from national industrial complexes in Ulsan was measured using a Selected-ion flow tube mass spectrometry(SIFT-MS) capable of real-time quantitative analysis of VOCs and the characteristics of VOCs emissions in the industrial complex. In addition, the photochemical ozone generation potential (POCP) of VOCs, which act as a major factor in ozone production, was calculated to examine VOCs substances that affect the ozone concentration in the region. Finally, by conducting a risk assessment on carcinogenic VOCs, it was intended to identify substances that need to be reduced first in terms of risk and provide scientific evidence to improve air quality in the region.

Ulsan-Mipo National Industrial Complex and Onsan National Industrial Complex were divided into five zones, and movement measurements were conducted with vehicles equipped with SIFT-MS. Measurements were performed 7 to 11 times for each area, and the VOCs of 84 substances were measured simultaneously. As a result of the measurement, it was found that the VOCs detected at a high concentration in the Ulsan industrial complex were alcohols and epoxy, and particularly, the concentrations of methyl alcohol, ethylene oxide, and propylene oxide were high. The sum of VOCs concentrations (TVOCs) was the highest in Zone B, where various industries such as petroleum refining, petrochemical, and waste treatment are concentrated.

As a result of ozone formation potential analysis, pentane, methanol, and xylene were found to be substances with high ozone production contribution. Pentane and methanol have lower atmospheric emissions and a lower POCP index than xylene, but their contribution to ozone formation is high due to their high concentration in the atmosphere. Since there is no photochemical pollutant monitoring station in the Ulsan, ozone precursors are not monitored at all times. In order to manage the continuously rising ozone concentration, it is essential to measure substances with high ozone formation contribution at all times.

As a result of conducting a risk evaluation on nine types of carcinogenic VOCs, the cancer risk value was 2.1E-4, exceeding the standard for excess cancer risk of 1.0E-6 to 1.0E-4. The carcinogenic risk of ethylene oxide, propylene oxide, benzene, formaldehyde, acetaldehyde, and 1,3-butadiene exceeded 1.0E-6. The hazard index (HQ), which represents the non-cancer risk, did not exceed 1 for individual substances, but the integrated non-cancer risk (HI), which combines all the risks of the target substances, was found to be more than 1. As a result of the risk assessment, it is necessary to continuously monitor ethylene oxide, propylene oxide, and aldehyde, which have a high risk of cancer, and to prepare measures to reduce them in emission sources. To this end, it is necessary to install additional hazardous air pollutant monitoring stations in Ulsan, and regular monitoring of carcinogenic VOCs is required.

In this study, since VOCs measurement in industrial complexes was performed only during the daytime, additional measurements are required at night to understand the daily fluctuation characteristics of VOCs. In addition, in some high-concentration areas, it is necessary to conduct fixed measurements to identify seasonal behavior and weather effects of VOCs. Comparing the results of this study with the measurement results of VOCs in areas near industrial complexes and non-contaminated areas, identifying the impact of VOCs emitted from industrial complexes remains an additional task.

국문 초록 (Abstract)

울산은 국가산업단지를 포함한 대규모 산업시설이 소재한 지역으로 산업단지에서 배출되는 다양한 대기오염물질에 따라 지역 전체의 대기질이 영향을 받고 있다. 산업단지에서 다량 배출되는 휘발성유기화합물은 저농도에서도 인체에 유해하고 발암 가능성이 높은 물질을 다수 포함하므로 지속적인 모니터링과 관리가 필요하다. 또한, 화학적, 광화학적 반응으로 2차 유기에어로졸을 생성하는 초미세먼지의 주요 원인이며 오존의 전구물질로 오존 농도에 영향을 미친다. VOCs는 그 중요성에도 불구하고 측정 항목과 측정 주기가 제한적이며 울산 지역에는 측정소도 충분하지 못하여 지역의 배출원과 오염 현황을 상세하게 파악하기 어렵다.
본 연구에서는 VOCs의 실시간 정량분석이 가능한 선택적다중이온질량분석기(Selected-ion flow tube mass spectrometry, SIFT-MS)를 이용하여 울산 지역 국가산업단지에서 배출되는 VOCs 농도를 측정하고 산업단지 내 VOCs 배출 특성을 파악하고자 하였다. 또한, 오존 생성에 주요한 인자로 작용하는 VOCs의 오존생성잠재력(POCP: Photochemical Ozone Creation Potential)을 계산하여 지역의 오존 농도에 영향을 미치는 VOCs 물질을 살펴보았다. 마지막으로, 발암성 VOCs에 대한 위해성평가를 실시함으로써 위해도 측면에서 우선적으로 저감 조치가 필요한 물질을 파악하여 지역의 대기질 개선을 위한 과학적 근거 자료를 제공하고자 하였다.
울산미포국가산업단지와 온산국가산업단지를 5개 구역으로 나누어 SIFT-MS를 장착한 차량으로 이동 측정을 실시하였다. 구역별로 7~11회 측정을 실시하였고 84항목의 VOCs를 동시에 측정하였다. 측정결과 울산 산업단지 내에서 고농도로 검출되는 VOCs는 알콜류와 에폭사이드류이며 특히, 메틸알코올, 산화에틸렌, 산화프로필렌의 농도가 높게 나타남을 알 수 있었다. VOCs 농도의 합(TVOCs)은 석유정제업, 석유화학업, 폐기물처리업 등 다종의 산업체가 밀집한 B 구역에서 가장 높게 나타났다.
오존생성잠재력 분석 결과 오존생성기여도가 높은 물질은 펜탄, 메탄올, 자일렌으로 나타났다. 펜탄과 메탄올은 자일렌보다 대기 배출량도 적고 POCP 지수도 낮지만 대기 중 농도가 높아 오존생성기여도가 높게 나타났다. 울산지역에는 광화학오염물질측정소가 설치되어 있지 아니하여 상시적으로 오존전구물질을 모니터링하고 있지 못하다. 지속적으로 상승하는 오존 농도를 관리하기 위해서는 오존생성기여도가 높은 물질들에 대한 상시 측정이 필수적이다.
9종의 발암성 VOCs에 대한 위해성 평가를 실시한 결과 발암위해도 값은 2.1E-4으로 초과발암위해도 기준인 1.0E-6~1.0E-4을 초과하였다. 물질별 발암위해도는 산화에틸렌, 산화프로필렌, 벤젠, 포름알데히드, 아세트알데히드, 1,3-부타디엔의 위해도가 1.0E-6을 초과하였다. 비발암위해도를 나타내는 유해지수(HQ)는 개별 물질에 대해서는 1을 초과하지 않았으나 대상 물질의 위해도를 모두 합한 통합 비발암위해도(HI)는 1을 초과하여 위해가 있는 것으로 판정되었다. 위해성 평가 결과 발암위해도가 높게 나타난 산화에틸렌, 산화프로필렌, 알데히드류에 대해서는 지속적인 모니터링과 배출원에서의 감축 방안을 마련할 필요가 있다. 이를 위해서는 현재 울산 지역내 3개소뿐인 유해대기오염물질 측정소도 추가 설치할 필요가 있으며 발암성 VOCs에 대한 주기적인 모니터링이 필요하다.
본 연구에서 산업단지 내 VOCs 측정은 낮 시간 동안만 이루어졌으므로 VOCs의 일변동 특성을 파악하기 위해서는 밤 시간에 추가 측정이 필요하다. 또한, 일부 고농도 지역에서는 고정 측정을 실시하여 VOCs 계절별 거동과 기상 영향을 파악할 필요가 있다. 본 연구의 결과를 산업단지 인근 지역과 비오염지역 VOCs 측정 결과와 비교하여 산업단지에서 배출되는 VOC의 영향을 파악하는 것도 추가 과제로 남겨두었다.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍⅰ
• 목 차 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍⅲ
• 표 목 차 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍⅳ
• 그림목차 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍⅴ
• 1. 서론
• 1. 1 연구배경 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ1
• 1. 2 연구목표 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ2
• 2. 이론적 고찰
• 2. 1 휘발성유기화합물의 특성 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ3
• 2. 2 휘발성유기화합물 측정 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ4
• 2. 3 휘발성유기화합물 대기 배출량 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ6
• 2. 4 휘발성유기화합물 관련 연구 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ10
• 2. 4 휘발성유기화합물 규제 및 관리ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ11
• 3. 연구방법
• 3. 1 연구 대상지역 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ18
• 3. 2 측정방법 및 정도관리 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ19
• 3. 3 오존생성기여도 분석 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ24
• 3. 4 위해성평가 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ24
• 4. 결과 및 고찰
• 4. 1 울산 산업단지내 휘발성유기화합물 배출 특성 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ31
• 4. 2 주요 물질의 오존생성기여도 평가 결과 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ40
• 4. 3 발암성 VOCs의 건강위해성 평가 결과 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ44
• 5. 결론 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ58
• 참고문헌 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ60
• Abstract ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ67