요  약  문

Ⅰ. 제목

시화・반월단지의 고농도 악취발생일과 고농도 오존일의 기상특성 및 상관성에 대한 광화학모델 적용 연구

Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성

시화・반월 지역의 대기 중 악취 및 오존의 수준은 계속적인 관리가 필요한 상황이며, 산업단지에 주거지역이 인접하여 있는 지역의 특성상 악취 및 대기오염물질의 영향을 항상 주시할 필요가 있다. 이러한 상황에서 광화학모델을 이용하여 시화・반월 단지에서의 오염물질 배출로 인한 악취 및 오존 고농도 발생일의 기상특성과 상호 상관관계를 파악하는 것은 악취 및 오존의 고농도 발생 특성을 과학적으로 이해할 수 있고 이로 인해 보다 효율적인 관리를 시행하여 시민에 대한 영향을 최소화하는데 기여할 수 있다.

본 연구에서는 시화・반월 단지에서 배출되는 VOC를 비롯한 대기오염물질 배출에 의한 고농도 악취발생과 고농도 오존 생성 현상을 광화학 반응 등 대기 중 화학반응을 고려할 수 있는 광화학 모델을 이용하여 분석하고 기상특성 및 VOC 배출량이 악취 및 고농도 오존 생성에 미치는 영향을 파악하였다.

Ⅲ. 연구의 내용 및 범위

광화학모델링 시스템은 배출량 모델인 SMOKE, 기상 모델인 WRF, 화학수송 모델인 CMAQ으로 구성하였으며 동아시아, 한반도, 수도권 지역을 대상으로 둥지 격자체계로 구축하였다.

동아시아 배출량은 2006년 INTEX-B 배출량, 국내 배출량은 2007년 CAPSS 배출량으로 가장 최신의 자료를 이용하고, 기상자료는 기준연도인 2009년을 대상으로 구축하여 모델링 입력자료로 이용하였다. 또한, 동아시아, 한반도, 수도권 지역으로 둥지 격자체계를 적용하여 외부 영향까지 모두 고려할 수 있도록 모델링 시스템을 구축하였다.

광화학 모델링의 정합도 평가를 위해 기상모델링 결과와 광화학 모델에 의한 오존 모델링 결과를 측정자료와 비교하고 통계분석을 수행하여 모델링 결과의 정합도를 분석하였다. 또한, 측정자료와 광화학 모델링 결과를 이용하여 오존 고농도 기간의 기상 및 농도 특성을 분석하였으며 고농도 오존 발생일은 4월 10일, 5월9일, 7월 16일, 8월 15일 전후를 대상으로 하였다.

CALMET과 CALPUFF을 이용하여 시흥, 안산 지역에 대하여 악취물질에 대한 상세 모델링을 수행하였다. 악취물질 모델링에 이용한 배출량은 국립환경과학원에서 제공하고 있는 화학물질 배출량 조사시스템의 대기 배출량 자료이며 모델링에 이용한 악취물질은 메틸에틸케톤, 암모니아, 스티렌, 톨루엔, 자일렌 등이다.

기상 및 광화학모델링 결과와 오존 측정자료, 민원자료, 악취물질 측정자료를 이용하여 고농도 오존과 악취 발생일의 기상특성 및 오존/악취의 상관관계를 분석하였다.

CAMx 모델을 이용하여 정책 활용을 위한 지역별/배출원별 기여도와 오존 생성에 영향을 주는 VOC, NOx 등 전구물질의 영향을 5월 9일과 7월 16일 고농도 발생일에 대하여 분석하였다.

Ⅳ. 연구결과 및 활용계획

본 연구를 통해 고농도 오존 발생일에 대한 기상특성을 분석하고 광화학 모델링, 악취물질 모델링, 민원발생일, 악취측정자료를 이용하여 상관관계를 분석하였다.

오존 농도는 온도와 습도가 높고 풍속이 낮은 기간에 높게 나타나는 특징이 있었으며 민원발생일 및 악취물질의 농도도 여름철에 높게 나타나는 것으로 파악되었다. 광화학 모델링의 결과로 산출되는 VOC 관련 악취 물질과 오존 농도의 상관성 분석에서는 직접적인 상관관계의 파악은 어려웠으며 이는 광화학 모델을 통해 파악할 수 있는 악취 물질이 제한적이고 악취의 강도는 악취물질간의 상승/상쇄 작용과 기상인자의 영향이 크기 때문인 것으로 판단된다.

고농도 오존 발생일에 대한 지역별/배출원별 기여도 분석 결과에서 봄철 고농도 발생일에는 장거리 이동에 의한 영향이 크게 나타났고 여름철 고농도 발생일에는 국내 배출원에 의한 영향이 크게 나타났다. 또한, 여름철 고농도 발생일에는 VOC배출량에서의 오존 농도 기여도가 높게 나타났고 유기용제사용, 에너지수송및저장 등의 VOC 배출원의 영향이 크게 나타났다.

본 연구의 결과를 통해 나타난 고농도 오존과 악취에 대한 광화학 모델의 적용성을 살펴보면, 광화학 모델은 오존에 있어서는 대단히 유용한 결과를 얻을 수 있으나 악취에 대해서는 광화학 모델을 통해 직접적으로 산출되는 악취물질이 제한적이고 악취의 강도를 종합적으로 파악할 수 없는 등 한계가 있었다. 이에 대한 보완으로 CALPUFF 등을 활용한 악취 모델링 방법을 검토하였으나 본 연구에서는 배출량 자료의 한계로 화학물질 배출량 조사 자료를 이용하여 개별 물질에 대한 모델링을 수행하였으므로 복합적인 취기강도에 대한 분석이 이루어지지 못한 한계가 있다. 향후 시흥/안산 지역 전수조사 자료 등을 이용하여 해당 지역에 대한 악취 배출량을 구축하여 모델링을 수행하면 악취 발생 특성 파악 및 관리에 있어 보다 유용한 자료를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.

고농도 오존에 대한 지역별 배출원 기여도 분석 결과에서 봄철에는 장거리 수송의 영향이 크고 여름철에는 국내 배출원에서의 영향이 크게 나타났으며 여름철 고농도 오존을 저감하기 위해서는 VOC 배출원에 대한 관리가 필요한 것으로 나타났다. 또한, 시흥/안산 지역에서의 배출량 저감 노력과 함께 수도권 단위의 공동 대응이 이루어질 경우 오존 농도 저감에 효과가 클 것으로 판단된다. 오존 농도 저감을 위해 현재 추진되고 있는 수도권 특별대책이나 기타 대기질 저감 대책을 충실히 이행하는 동시에 VOC 배출원에 대한 우선적이고 충분한 관리가 필요하다.

오존 및 악취 관리에 있어 본 연구의 내용 및 결과를 통해 도출할 수 있는 향후 연구 방향을 다음과 같이 제시하였다.

① 시화 반월 단지에 대한 악취 모델링 체계 구축 및 활용

② 주요 민원 발생 지점에 대한 악취 측정

③ 고농도 오존에 대한 저감 대책의 도출