1.6 대기질 기준(Air Quality Standards)
미국의 국가 대기질 기준(NAAQS, National Ambient Air Quality Standards)은 EPA에 의해 1차 및 2차의 두 단계 수준으로 설정되었으며, 1차 대기질 기준은 공공의 건강을 보호하고 “적당한 안정한계(adequate margin of safety)”를 포함하는 수준에서 이루어지도록 하였고 이것은 대기질 기준이야 어떻든 경제적 혹은 기술적으로 성취될 수 있다. 1차 대기질 기준은 노인이나 호흡기 질환 환자를 위시하여 개개인에게 아주 민감한 문제이기 때문에 국가 대기질 기준은 음용수에 대해 설정된 최대오염기준(MCLs, maximum contaminant levels)과는 개념적으로 다르다.
2차 대기질 기준은 1차 기준보다 더 엄격함을 의미하며 2차 기준은 공공재산(예 : 구조물, 경작물, 동물, 의류)을 보호하기 위해 설정되었다. 1차 기준을 달성하는 데는 어려움이 있지만 2차 기준은 대기오염 제어정책에서 거의 아무 역할도 하지 않으며 사실 이것은 1차 기준과 대개 같은 수준으로 주어진다.
현재 미국내 대기질 기준은 7개의 오염물질 즉, 일산화탄소, 납, 이산화질소, 오존, 아황산가스 PM-10 그리고 PM-2.5이다. 법규는 한계오염물질의 항목을 정기적으로 재검토하고기준치가 최신의 과학적인 정보에 부합되도록 조정하는 역할을 하며 오염물질 항목과 허용농도 모두를 수정하게 한다. 예를 들면 예전의 옥시단트에 대한 일반적인 기준은 좀 더 구체적인 오존기준으로 대체되었고 최초의 분진기준에는 분진의 크기를 고려하지 않다가 1987년에 이르러 다루게 되었다. 또한 납이 항목에 추가되었으며 넓은 범주의 탄화수소는 제외되었다. 표 1.6은 국가별 대기질 기준을 나타낸 것으로 농도는 25℃, 1기압이라는 가정하에서 단위부피당 질량(g/m² 혹은 mg/m²)으로 나타내었으며, 이 항목 중 가스의 농도는 부피단위인 ppm으로 표현하였다.
우리나라에서는 대기오염물질에 관한 환경기준을 전국적으로 설정·운영하고 있으며 지방자치단체장이 지역환경의 특수성을 고려하여 지방자치단계별 조례에 의하여 별도의 환경기준을 설정하도록 하고 있으나 실제로 별도의 환경기준을 설정·운영하는 지역은 없는 실정이다.
표 1.7 국내 대기환경기준
항목기준측정방법연간평균치0.02 ppm 이하자외선형광법아황산가스(SO)24시간평균치0.05 ppm 이하1시간평균치0.15ppm 이하8시간평균치일산화탄소(CO)ppm 이하비분산적외선분석법1시간평균치25 ppm 이하연간평균치 0.03 ppm 이하이산화질소(NO)24시간평균치0.06 ppm 이하(Pulse U.V. Fluorescence Method)(Non-Dispersive Infrared Method)화학발광법(Chemiluminescent Method)1시간평균치연간평균치0.10 ppm 이하50g/m² 이하베타선흡수법미세먼지(PM-10)오존(O3)납(Pb)8시간평균치 0.06 ppm 이하1시간평균치 0.1ppm 이하연간평균 0.5g/m² 이하24시간평균치 100g/m² 이하(3-Ray Absorption Method)자외선광도법(U.V Photometric Method)원자흡광광도법(Atomic Absorption Spectrophotometry)가스크로마토그래프법벤젠(Benzene)연간평균치 5g/m² 이하(Gas Chromatography)
–1시간 평균치는 999 천분위수의 값이 그 기준을 초과하여서는 안되고, 8시간 및 24시간 평균치는 99백분위수의 값이 그 기준을 초과하여서는 안된다.미세먼지는 입자의 크기가 10㎛ 이하인 먼지를 말한다.출처: 환경정책기본법
1979년 2월에는 아황산가스, 1983년 8월에는 아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 옥시단트, 먼지, 탄화수소, 1991년 2월에는 납의 환경기준을 설정하여 관리하여 왔으나, 아황산가스 일산화탄소 등 일부 항목은 환경기준을 초과함에 따라 이들 항목은 기준을 보다 강화하고 1993년 3월에는 탄화수소가 환경기준항목에서 제외되었으며 1995년 1월 1일부터 먼지항목에 미세먼지 항목을 추가하여 새로운 대기환경기준을 설정하여 적용하고 있다. 2000년 8월 17일부터 환경정책기본법시행령이 개정되어 표 1.7에서 보듯이 아황산가스, 미세먼지, 납 기준은 강화되고 총먼지 기준은 삭제되었다.
가스의 조성은 ppm과 g/m²의 단위 등으로 표현되는데 이상기체법칙이 대기조건하에성립된다고 가정하면 0℃, 760mmHg에서 ppm과 g/m²의 환산공식은 다음 식으로 표현된다.
ug/m² = ppmX 물질의 분자량 -X10 22.4
국가대기질기준은 대기오염 지표를 기초로 형성하며 EPA(Environmental ProtectionAgency)에 의해 채택된 오염물 기준지표(PSI, Pollutant Standard Index)는 여러 도시에서대기질의 전반적인 평가를 일반 시민에게 제공하기 위해서 사용된다. PSI는 대기오염 농도를 0에서 500 사이의 단순한 숫자로 바꾸고 그 수치에 “좋음” 혹은 “중간”과 같은 설명을표시한다. 100이라는 PSI값은 한 오염물질이 대기기준에 도달하였음을 나타내며 PSI 200은 심장 및 폐질환이 있는 노인들은 실내에 머물거나 물리적 활동을 줄이도록 충고하는 1단
1.6.1 배출기준
국가대기질기준 이외에 청정공기법은 EPA에서 특정산업체의 배출기준을 설정하게 하였고새로운 배출원 운전기준(NSPS)은 화석연료 발전소, 소각로, 시멘트공장, 질산공장, 석유정제공장, 오니처리공장 및 각종 제련소와 같은 수많은 고정오염원에 관한 법령공포이다. 예를 들어 발전소에 관한 새로운 방출원 운전기준(NSPS, New Source PerformanceStandards)이 표 1.10에 주어져 있고 허용방출량은 발전소 유입열량의 백만 Btu당 오염물질의 파운드(Ib)로써 표현된다. 질소의 방출기준은 총질소산화물(NOx)의 항으로 나타내었으며, 일산화질소와 약간의 이산화질소로 구성된다.
표 1.10 증기발전소의 새로운 방출원 운전기준(Ib/10° Btu heat input)
입자상 물질유입열의 0.03 Ib/10’Btu (13g/10kJ)질소산화물(NOx)가스상 연료오일연료0.20 Ib/10 Btu (86g/10kJ)0.30 lb/10″ Btu (13g/10kJ)0.60]b/10° Btu (13g/10kJ)가스 혹은 오일에 대해 0.20 lb/10° Btu (86g/10kJ)석탄연료허용방출률은 연료의 황성분과 열가에 기초함이산화황최소 70% 정도 방출물을 감소시키는 것을 제어라 함가스 또는 오일석탄연료만약 반출제거율이 90% 이하라면 방출량은 0.60 Ib/10 Btu 이상일 수 없고,90% 이상이면 방출량은 1.20 Ib/10’Btu를 초과할 수 없다.
a: 무연탄(anthracite) 또는 역청탄(bituminous coal)
석탄을 연료로 사용하는 증기발전소에 대한 SO, 방출기준은 복잡하다. 그림 1.6에 허용SO2 방출영역을 구분하였으며, 연료의 황함유(S%)와 연료내 에너지 함량(Btu/lb)은 표시된원호 1개 위의 점을 구하는데 사용된 변수이다. 원점에서 황/열점까지 이어진 선은 한 점에서 “허용영역의 경계를 가로지르는데 이것이 SO의 방출률에 해당한다.
2.1 입자상 물질의 종류와 인체에 미치는 영향
2.1.1 입자상 물질의 종류
대기오염물질인 입자상 물질은 부유물질, 고체, 액체 등의 작은 단일입자(직경 약 0.0002m)보다 크고 약 500 μm 보다는 작은 물질이다. 입자상 물질은 대기오염농도와 마찬가지로 입자크기와 화학적 조성이 매우 중요한 특성이다. 가장 대표적인 형태가 에어로졸이며 이것은 대기중에 부유하는 작은 입자의 액체 또는 고체이다. 고체 입자인 분진(dust)은 분쇄나 물질이 붕괴할 때 발생하며 훈연(fume)은 기체가 응축할 때 형성된다. 액체상 물질은 연무(mist) 또는 안개(fog)이고 매연(smoke)과 검댕(soot)은 불완전 연소시 생성된 1차 탄소입자이다. 스모그(smog)는 매연(smoke)과 안개(fog)의 합성된 형태로 입자상 물질로 분류되며 지금은 일반적인 대기오염으로 나타낸다.
입자들은 매우 불규칙적인 형태를 하고 있으나 그 크기는 (완전한 구형입자와 같은 침강속도를 가지는 것과 비교하여 결정하는) 동역학적 입경으로 나타낼 수 있으며 대부분의 입자는 0.1~10 μm (박테리아의 크기)의 범위의 동역학적 입경을 가진다. 브라운 운동과 응집으로부터 작은 입자들은 0.1 m 보다 큰 크기로성장하고 10m보다 큰 입자들은 매우 빠르게 침전한다. 예를 들면 10 m 입자는 약 20cm/min의 침강속도를 가진다.