대기 환경 오염에 많은 영향을 주는 이산화황

[그림자]

1. 개요

아황산가스는 황이 포함된 물질을 연소시 발생하는 유해가스로서 산업혁명 이전에는 그발생양이 미미하였으나 산업혁명 이후 화석연료중 석탄을 사용하기 시작하면서 그 발생양은 급격히 증가하였다.  황성분이 다량 포함되어 있는 석탄이 탈황처리를 하지 않고 연소되면 아황산가스에 의하여 심각한 대기오염을 야기시킬 수 있다.  

산업혁명이 제일 먼저 일어난 영국의 런던에서 아황산가스에 의한 스모그 사건이 있었다.  런던 스모그는 공장, 빌딩, 가정 등에서 배출된 이산화황 가스와 먼지가 안개와 반응하여 생성된 것으로 스모그가 심했던 해는 1880, 1892, 1948, 1952년 등이었으며, 특히 1952년 12월 5 일 런던 상공을 덮은 스모그는 가히 위협적이었다. 그 때, 고기압성의 정체된 공기덩어리에 의하여 생성된 지속적인 기온역전층이 런던의 지표 바로 위에 걸려 있었고 바람은 거의 불지 않았으며, 안개로 인하여 습도는 약 90%였다.

이 상태가 5일간 계속되어 이산화황 농도는 최고 0.7ppm까지 올라가서 그 결과, 런던지역에서는 평소 기간보다 약 4천명이나 더 많은 사망자가 발생했고, 입원환자는 48%, 외래환자는 108%나 증가했다. 입원환자 중 호흡기질환 환자의 수가 3배로 증가하는 한편, 급성 호흡기질환으로 사망한 수는 약 10배로 늘어났고 피해 대상자들은 주로 노인, 어린이, 환자 등 비교적 허약한 체질의 사람들이었으나 전연령층에 심폐성질환이 급증하였고, 특히 45세 이상는 중증이었다. 이와 같이 인체에 유해한 가스인 아황산가스에 대하여 살펴보도록 한다.

※일반 물성
 화학식은 SO₂이며 자극적인 냄새가 나는 무색 기체로 유독하다. 녹는점은 －75.5 ℃, 끓는점은 -10.0℃, 비중는 공기 1에 대하여 2.2630이다. 물에 잘 녹으며, 수용액은 아황산을 생성하며 산성을 띤다. 또 수분이 있으면 환원성이 된다. 액화하기 쉬우며, 액체도 무색이다. 천연으로는 화산 온천 등에 존재하며, 황화수소와 반응하여 황을 생성한다.

2. 생성 및 소멸

(1) 생성
(가) 자연적 : 화산가스, 광천 등
(나) 인위적
- 황성분이 함유된 물질의 연소, 금속의 용융 제련, 황산제조, 석유정제 및 화학비료제조 과 정 등에서 발생한다.
- 유황함유 연료의 연소시 배출가스중 95% 정도는 SO₂, 나머지는 SO₃와 황산염의 형태로 존재한다.

(2) 소멸
(가) 소멸기전 : 배출구에서 고농도 상태로 대기중으로 배출되면서 혼합 희석되며, 대기중 에서 물리적 현상에 따라 제거되거나 화학적 반응에 의하여 다른 물질로 변하는 등 자연적으로 소멸된다.
(나) 소멸기간 : 대기에서 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간은 약 4시간이고 전체가 소멸되는 데에는 약 25일이 걸린다.
(다) 배경농도 : 전지구적 대기중의 배경농도는 1ppb 정도로 알려져 있다.

3. 독성 영향

(1) 급만성 독성
(가) 이산화황으로 오염된 대기에 노출되면 눈이나 코, 상기도의 점막 등을 통해서 감각적인 영향을 받게 되고 잇따라 생리적인 반응이 일어나며, 계속해서 노출되면 그 증상이 악화되어 급성피해가 나타나고, 이 피해가 여러 번 반복해서 일어날 때는 만성피해로 바뀐다.
(나) 급성피해의 경우 불쾌한 자극성 냄새, 시정감소, 생리적 장애, 압박감, 기도저항 증가 현상이 나타나고, 만성피해로는 폐렴, 기관지염, 천식, 폐기종, 폐쇄성 질환 등이 나타난다.
(다) 세계적으로 유명한 대기오염물질에 의한 피해사례를 보면 표 3.2.1과 같으며, 표 3.2.1의 피해사례중 자동차 배출가스 중의 NOx를 주체로 한 Los-Angeles의 경우를 제외하고는 이산화황이 주요 원인물질이었다.

표1.  세계적으로 유명한 대기오염 사건

사 례	Meuse Valley (벨기에) 1930.12월	Donora (미국) 1948.10월	London (영국) 1952.12월	Los-Angeles (미국) 1954년 이후	요코하마 (일본) 1946년 겨울
환 경	분 지 무풍상태 기온역전 연무발생 공장지역	분 지 무풍상태 기온역전 연무발생 공장지역	하천평지 무풍상태 기온역전 연무발생 대도시	해안분지 -- 기온역전 백색연무발생 대도시	-- 무풍상태 -- 농연무발생 공장지역
피 해	평상시 사망자수의 10배, 급성 호흡기자극 성증 환자발생	18명 사망,인구 14,000명중 43%가 경.중증의 자극증상 발생	3주간 4,000명 과잉사망,그후 2개월에 8,000 명 과잉사망	눈, 코, 기도, 폐 등 점막의 지속적 반복성 자극	천식발생
병 인	이산화황, 황산 불소화합물,미세입자 등	이산화황 및 황산미세입자등	석탄연소 이산화황, 분진 등	자동차배기 등 석유계 연소의 NOx, CO, SOx, HC	불명,대기오염 추정

(2) 인체 노출량 관계
(가) 대기중의 이산화황은 수용성이 크기 때문에 호흡작용에 의해 그 대부분이 상기도에 흡수되어 기관지, 눈, 코 등의 점막을 통해 자극을 주며, 농도가 높을수록 그리고 호흡을 빨리하면 할수록 점막에 많이 흡수되고 기관지까지 도달하는 양도 많아져 그 피해가 커진다.
(나) 점막에 흡착된 이산화황은 점액과 반응하여 황산을 형성함으로써 결국 염증을 일으켜 세균과 바이러스에 의한 2차 감염을 쉽게 하고, 이러한 기전으로 안질환을 일으킨다는 보고가 많으며, 특히 안개가 많고 습도가 높을 때 호흡기질병의 이환율이 높고 사망율도 높다는 보고도 있다.

4. 국내·외 아황산가스 배출허용기준

1) 근거 : 환경기준을 달성 유지하기 위하여 배출허용기준을 두게 되며, 우리나라는 대기환경보전법 제 9조와 관련하여 시설 및 단계별로 기준을 정하고 있다.
2) 기준 : 배출시설에 대한 배출허용기준은 아래 표 3과 같다.

표 3. 일반 보일러의 이산화황 배출허용기준

국 가	기 준(평균치)
	연 간	24시간	3시간	1시간	30분
WHO(`87)	0.015∼0.023	0.04∼0.06	-	0.13ppm이하	-
한 국(`93)	0.03ppm이하	0.14ppm이하	-	0.25ppm이하	-
미 국(`90)	0.03ppm이하	0.14ppm이하	0.50ppm이하	-	-
일 본(`90)	-	0.04ppm이하	-	0.10ppm이하	-
대 만(`75)	0.05ppm이하	0.10ppm이하	-	-	-
서 독(`86)	0.05ppm이하	-	-	-	0.14ppm이하
멕시코(`84)	-	0.12ppm이하	-	-	-

- 작업환경에서의 허용한도는 시간가중 평균치(TWA)로 2ppm 이다.

3) 연료규제 : '81년도에 연료유의 황함량기준을 강화(B-C유 : 4%-S -> 1.6%-S, 경유 : 1%-S -> 0.4%-S)하여 서울을 시작으로 수도권 및 주요 도시지역으로 공급을 확대하고, '93년도에는 이 기준을 더욱 강화(B-C유 : 1.6%-S -> 1%-S, 경유 : 0.4%-S -> 0.2%-S)하였다.

그림 1 '97년 국내 대기오염물질 배출량

그림 2. 부문별 이산화황 배출량

4) 청정연료 사용 의무화 : 도시가스의 보급확대를 위해 '88년에 서울시내 2톤 이상 보일러(업무, 영업, 공공용)에 그 사용을 의무화한 이후 점진적으로 확대하고 있다.

 국내 도시별 이산화황 연평균 농도는 저황유 및 LNG 등 청정연료의 지속적인 공급확대로 대부분의 도시에서 개선되고 있으며 장차 DME, 수소 등의 청정 무공해 에너지를 사용하면 아황산가스의 농도는 더욱 감소할 것으로 추정된다.