완주군 산업단지 주변 주거지역의 대기 중 VOCs 및 SVOCs 농도 평가

1. 서 론

산업단지는 제조업과 화학물질 취급 시설이 집적된 공간으로, 공정 특성 및 사용 원료의 종류에 따라 다양한 대기오염물질이 다량으로 배출될 수 있다(He et al., 2024). 이러한 산업단지에서 배출되는 대기오염물질은 주변지역의 대기질 악화에 직접적인 영향을 미치며, 특히 인근에 주거지역이 위치한 경우 그 영향이 더욱 심각해질 수 있다(Bergsta et al., 2021; Shuai et al., 2018; Eom et al., 2018). 화학물질안전원(National Institute of Chemical Safety, NICS)에서 발표한 화학물질 배출량 조사(pollutant release and transfer register, PRTR) 자료에 따르면, 2021년 국내 전체 화학물질 배출량 중 65% 이상이 산업단지를 통해 배출되었으며, 이 중 88.2%는 대기오염물질에 해당한다(NICS, 2021). 그러나 사업장에서 배출되는 대기오염물질 중 오직 43.1%만이 대기방지시설을 통해 처리되고 있으며, 나머지는 코팅, 혼합, 화학반응 등의 공정 또는 원료 및 제품의 이송·운반 과정에서 비점오염원 형태로 배출되기 때문에 방지시설을 통한 관리가 어려운 실정이다(NICS, 2021). 대기로 배출되는 화학물질 중 일부는 유해 대기오염물질로 분류되어 장기간 인체 노출 시 암을 유발하는 등 인체 건강에 심각한 악영향을 줄 수 있다(Peng et al., 2025; Shetty et al., 2023).

산업단지에서 배출되는 주요 기체상 대기오염물질로는 volatile organic compounds (VOCs)과 semi-VOCs(SVOCs)가 있다. VOCs는 주로 사업장에서 유기용제로 사용되는 benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styrene (BTEXS)이 대표적이며, 이들 물질은 장기간 흡입 노출 시 폐, 간, 신장 등 주요 장기의 손상 및 발암성을 유발하여 심각한 건강상의 악영향을 초래할 수 있다(Yu et al., 2024; Hussain et al., 2024; Zhang et al., 2024). 또한, O₃ 및 PM_2.5의 전구물질로 작용하여 광화학 스모그 형성과 대기질 악화에도 기여하는 것으로 알려져 있다(He et al., 2024; Li et al., 2020). 한편, 산업단지에서 배출되는 대표적인 SVOCs에는 polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)와 phthalates가 있다. PAHs는 연소 공정 등에서 발생하는 유해 대기오염물질로, 흡입 노출 시 세포 변성 및 발암 유발 가능성이 높은 것으로 보고되고 있다(Barbosa Jr et al., 2023; Holme et al., 2023; Ravanbakhsh et al., 2023). Phthalates는 플라스틱의 가소제로 광범위하게 사용되며, 대표적인 내분비계 교란물질로 분류된다. 인체 노출 시 생식계, 태아 및 아동 발달, 면역계 등의 생리적 균형을 교란하여 다양한 건강영향을 유발할 수 있다(Arrigo et al., 2023; Zhang et al., 2022).

최근까지도 일부 산업단지 인근 대기 중에서 BTEXS가 상대적으로 높은 농도로 검출되고 있으며, PAHs 및 phthalates와 같은 SVOC의 존재 또한 다수의 선행연구를 통해 보고되고 있다. Kim (2024)의 연구에 따르면, 파주 산업단지 내 대기 중 BTEXS 농도는 8.5 ppb (xylene)에서 25.7 ppb (toluene) 수준으로 일반 주거지역에서 검출된 VOC 농도 범위(0.20 ppb (o-xylene)-1.38 ppb (toluene))에 비해 현저히 높은 수준으로 평가된다(Hwang et al., 2024). 또한, 자동차, 석유, 비철금속 관련 산업단지가 위치한 울산시의 경우, BTEX의 대기 중 평균 농도는 53.7 μg m^-3로 보고된 바 있다(Lee et al., 2025). PAH의 경우, 반월국가산업단지 내 대기 중에서 기체상 PAHs는 3.895~8.375 ng Sm^-3, 입자상 PAHs는 1.484~7.979 ng Sm^-3 범위로 검출된 사례가 보고되었며(Lee et al., 2023), phthalates는 울산 산업단지 대기 중에서 32.40~192.75 ng m^-3 범위로 검출된 바 있다(Baek et al., 2020). 반월시화산업단지 인근 아산호 주변 대기에서는 기체상 phthalates가 0.38~15.69 ng m^-3, 입자상 phthalates가 3.33~17.68 ng m^-3 수준으로 확인된 연구도 보고되었다(Lee et al., 2019). 이와 같이, 다양한 산업단지에서는 VOCs뿐만 아니라 PAHs, phthalates 등 인체 위해성이 높은 유기화합물들이 대기 중에 상존하고 있으며, 이들 물질의 농도는 인근 주거지역 주민의 건강에 악영향을 줄 수 있는 수준에 이를 수 있다. 따라서, 산업단지와 주거지역 간의 과학적이고 합리적인 경계 설정 및 체계적인 대기오염 관리 방안 마련이 지속적으로 요구되고 있다.

완주산업단지는 전북특별자치도 완주군에 위치한 일반산업단지로, 산업단지가 주거지역을 둘러싼 형태의 특이한 구조의 산업단지에 해당한다. 2024년 기준으로 완주산업단지는 총면적 약 3,358,000 m² (약 102만 평) 규모로 조성되어 있으며, 자동차, 기계, 전기 및 전자, 화학, 영상 및 통신장비 등 다양한 업종의 기업 407개사가 입주해 있다. 단지 내에는 전력 및 통신 인프라, 폐수 및 폐기물 처리 시설 등 주요 기반시설이 구축되어 있으며, 총 19,185명의 노동자가 근무 중이다. 완주산업단지는 면적 규모 면에서는 중소형 산업단지에 해당하지만, 주거지역과의 인접성으로 인해 사업장에서 배출되는 VOCs 및 SVOCs이 인근 주민의 건강에 미치는 잠재적 영향이 큰 지역으로 평가된다. 2020년도에 국립환경과학원이 발간한 “일반산단 주변지역 환경보건평가(Ⅹ)-완주일반산단 보고서”에 따르면, 완주산단 인근 지역 주민들은 악취로 인해 생활의 불편을 겪고 있으며, 특히, 봉동읍 지역에서 결막염, 순환기계 질환, 호흡기계 질환, 피부염 및 습진 등의 유병률이 전국 및 전라북도 평균보다 다소 높은 것으로 나타났다(NIER, 2020). 이러한 지역 특성으로 인해 완주산업단지의 대기질 관리에 대한 지역사회의 관심과 요구가 점차 증가하고 있다.

완주군에는 총 3개의 대기환경측정소가 있으며, 각각 고산면, 구이면, 봉동읍에 위치해 있다. 이들 측정소는 일반대기환경측정망에 해당하며, SO₂, CO, NO₂, O₃, PM₁₀, PM_2.5의 항목을 측정하고 있다. 반면, 산업단지에서 배출되는 유해대기물질인 VOCs 및 PAHs를 측정하기 위한 특수대기환경측정소는 설치되어 있지 않아, 별도의 측정이 이루어지고 있지 않다. 또한 대기환경보전법 시행규칙에서 정의하는 대기오염물질 목록에는 phthalates가 포함되어 있지 않아, 대기 중 phthalates에 대한 법적 농도 기준이나 공식적인 측정 역시 시행되지 않고 있다. 따라서 주거지역과 사업장이 인접한 완주산업단지의 대기오염 특성을 VOC 중심으로 평가하는 것은 환경보건 측면에서 중요한 과제이다.

본 연구에서는 사업장과 주거지역이 사실상 공존하는 완주산업단지를 대상으로 대기 중 VOCs 및 SVOCs 농도를 측정하고, 다양한 지점별 농도 수준과 지역 간 농도 차이를 비교 및 분석함으로써 특이 구조의 완주산업단지의 대기오염 특성을 평가해 보았다. 본 연구는 주거지를 둘러싼 일반산업단지와 그 주변 주거지역의 VOCs 및 SVOCs의 농도를 동시에 평가하는 데에 의의가 있으며, 대기오염물질 모니터링의 사각지대라 볼 수 있는 일반산업단지의 대기질 관리를 위한 주요한 기초 자료를 마련하는 데 주요할 것으로 기대된다.

2. 재료 및 방법

2. 1 시료채취 지점 및 기간

본 연구에서는 완주산업단지 및 주변 주거지역 8개 지점(Point Wanju, PW1~PW8)과 배경지역인 전북대학교(Point Jeonju, PJ)를 시료채취 지점으로 선정하였다. PW1과 PW2는 산업단지에 둘러싸인 주거지역, PW3과 PW4는 산업단지, PW5와 PW6은 산업단지 남쪽에 위치한 인근 주거지역, PW7과 PW8은 산업단지 동쪽에 위치한 인근 주거지역에 해당한다(그림 1). 시료채취 지점에서 VOCs는 2024년도에 4주간 2회(1차와 2차) 시료를 채취하였으며(표 1), 다양한 기상 정보(날씨, 풍속 등)도 기록하였다(표 S1). SVOCs는 2024년 12월에 하루 동안 PW4와 PJ 시료를 채취하였다.

Fig. 1.

Sampling locations for VOCs, PAHs, and phthalates in the Wanju industrial complex and surrounding residential areas.

Table 1.

Sampling points and measurement periods for the target analytes.

2. 3 시료채취, 전처리, 기기분석 방법

대기 중 VOCs의 채취는 passive sampler (3M^TM Organic Vapor Monitor 3500+, 3M, USA)를 이용하였으며, 시료채취를 마치면 VOC 용매 추출을 실시하였다. VOC 추출시료는 gas chromatography-massspectrometry (GC-MS) 시스템(GC-MS; GC: Nexis GC-2030, MS: GCMS-QP2020 NX, Shimadzu, Japan)을 이용하여 분석하였다. 그리고 SVOCs는 sorbent tube로 흡착 채취하였으며, 입자상 및 기체상 SVOCs를 효과적으로 채취할 수 있도록 quartz wool (6-570-01, AS ONE, Japan)로 채운 sorbent tube와 Carbopack C (10257, Sigma-Aldrich, USA)로 채운 sorbent tube를 연속적으로 연결하여 활용하였다(Kim and Kim, 2015). 시료채취를 마친 sorbent tube는 thermal desorption (TD) 시스템(TD-30, Shimadzu, Japan)에 장착하여 열탈착을 유도함으로써 VOCs의 전처리를 수행하였다. 열탈착된 VOC는 GC-MS 시스템으로 정량 분석하였다. VOC와 SVOC의 시료채취 및 전처리 방법에 대해서는 그림 2에 모식화하여 제시하였으며, 자세한 방법 및 조건에 대해서는 supplementary material에 기술하였다(표 S3, S4).

Fig. 2.

Schematic overview of the procedures for sampling, pretreatment, and instrumental analysis of atmospheric VOCs and SVOCs (PAHs and phthalates).

3. 결과 및 토론

3. 1 완주산업단지 대기 중 VOCs 농도 분포 분석

3. 1. 1. 측정 지점별 VOCs 농도 분포

본 연구에서는 완주산업단지가 대기질에 미치는 영향을 확인하기 위해 측정 지점별 BTEXS의 8주간 평균 농도를 비교 분석하였다(그림 3, 표 S7). 산업단지의 영향 범위를 보다 명확히 파악하고자, 산업단지로부터 거리에 따라 구분하여 BTEXS 농도를 비교해 보았다. 다만, 8주간의 BTEXS의 농도 자료로 제한되기 때문에 측정 지점별 기상조건 등 장기적인 농도 영향에 대한 해석에 한계가 있어, 산업단지에 둘러싸인 특이 구조의 완주산업단지에 의한 주변 주거지역의 VOC 농도 영향을 직관적으로 평가하는 데 초점을 두었다.

Fig. 3.

Comparison of average BTEXS concentrations by sampling point in the industrial complex and surrounding residential areas.

배경지역(PJ)에서의 BTEXS의 평균 농도는 0.51±0.36 ppb로 확인되었으며, toluene이 1.12 ppb로 가장 높은 수준을 보였다. 이를 제외한 다른 구성 성분들은 모두 1 ppb 미만으로, 전반적으로 낮은 농도 범위를 나타냈다. 반면, 산업단지 내 측정 지점인 PW3과 PW4에서는 각각 2.57 ppb 및 4.35 ppb의 BTEXS 농도가 측정되어, 배경지역에 비해 뚜렷하게 높은 고농도 특성을 보였다. 특히, 두 지점 간 약 1.8 ppb의 농도 차이는 해당 사업장의 화학물질 사용량, 원료 특성, 배출 방식 등 개별 사업장에 따른 배출 특성의 차이에서 기인할 것으로 판단된다. 또한, 산업단지로 둘러싸인 주거지역에서도 배경지역보다 전반적으로 높은 BTEXS 농도가 확인되었다. PW1 지점은 0.68 ppb로 비교적 낮은 수준을 보였으나, PW2에서는 1.15 ppb로 PJ 대비 약 2.2배 높은 농도를 기록하였다. 개별성분으로 보면, PW2에서 측정된 toluene과 p-xylene의 농도는 PJ 대비 모두 2.5배 이상 높은 수준이었으며, 이 두 성분이 PW2의 BTEXS 총 농도 중 75% 이상을 차지하였다.

산업단지로 둘러싸인 주거지역(PW1, PW2)의 농도는 다른 주거지역에 비해 BTEXS의 농도가 상대적으로 높게 나타났으며, 산업단지 주변 주거지역은 PW8를 제외하고 모두 BTEXS 평균 농도가 약 1.5 ppb 이하로 배경지역과 유사한 수준이었다. PW8는 BTEXS 평균 농도가 1.98±1.33 ppb로 상대적으로 높은 농도를 기록하였는데, 이는 산업단지와 거리를 고려하였을 때 산업단지의 직접적인 영향이라 판단하기 어렵다. PW8의 ethylbenzene 농도는 3.33 ppb로 산업단지(PW3, PW4) 농도보다 높은 수준을 기록하였다. 결과적으로, 산업단지로 둘러싸인 주거지역의 평균 농도는 0.91±0.34 ppb로, 산업단지 근접 주거지역(PW8 제외)의 평균 농도인 0.56±0.07 ppb 대비 62.5% 높은 수준이었다. 전반적으로 PW3~7의 산업단지 인근 주거지역은 배경지역과 유사한 농도 범위를 보였다.

3. 1. 2 기간별 VOCs 농도 차이

VOCs의 농도 측정 기간에 따른 이들의 농도 변화를 확인하기 위해 측정 지점의 주차별 BTEXS 농도를 그림 4에 제시하였다. 본 연구는 연간 2회 간격을 두고 측정을 실시하였으며, W1~W4는 봄철(4~5월), W5~W8은 가을철(10월)로 각각 4주간 연속 측정을 수행하였다. 이후 각 지점별 8주간의 측정 자료에 대한 평균값을 기준으로 분석을 수행하였다.

Fig. 4.

Temporal variations in BTEXS concentrations by sampling point at one-week intervals. (a) average across all sampling points and (b to j) individual sampling points.

BTEXS 측정 기간 동안 toluene이 평균 2.69±0.71 ppb로 가장 높은 농도를 나타냈으며, benzene은 0.42±0.13 ppb로 가장 낮은 농도를 기록하였다. 1주차를 제외한 대부분의 시기에서는 toluene, p-xylene, styrene, ethylbenzene, benzene 순으로 농도 분포를 보였다. 반면, 1주차에는 ethylbenzene과 p-xylene이 상대적으로 높은 농도를 보이는데, 이는 PW8 지점의 1주차 측정값이 매우 높았던 결과에 의한 것이다(그림 4). PW8의 1주차 BTEXS의 평균 농도는 10.71 ppb로, 산업단지인 PW4의 3.40 ppb 대비 약 215% 높은 수치를 기록하였다. 이 중 ethylbenzene과 p-xylene은 각각 24.56 ppb 및 21.41 ppb로, 전체 농도에서 가장 큰 비중을 차지하였다. 1주차를 제외한 2~8주차 평균 농도는 ethylbenzene 0.29±0.07 ppb, p-xylene 0.69±0.38 ppb로 매우 낮은 수준을 기록하였다. 즉, PW8의 1주차에서 확인한 VOC의 높은 농도 측정 결과는 산업단지의 영향보다는 특이적인 현상(PW8 지점 자체 발생원)으로 볼 수 있다.

BTEXS의 평균 농도는 봄철인 1차 측정시기(1.31±0.99 ppb)보다 가을철 2차 측정시기 (1.56±1.07 ppb)에서 약 20% 증가한 수준으로 나타났다. 이 중 ethylbenzene과 p-xylene은 앞서 언급한 PW8의 1주차에서 이례적으로 높은 농도가 측정되어 전체 평균 농도를 끌어올린 것으로 해석된다. 특히, toluene의 경우 2차 측정시기의 평균 농도는 3.17±0.59 ppb로, 1차 측정시기(2.21±0.45 ppb) 대비 43.43% 증가하여 두 시기간 가장 뚜렷한 변화를 보였다. 이러한 BTEXS의 농도 증가는 산업단지 내 지점인 PW3과 PW4에서 가장 뚜렷하게 관측되었다. 두 지점의 평균 농도는 1차 측정시기 2.38±0.88 ppb에서 2차 측정시기 4.54±1.57 ppb로 약 2배 수준의 차이를 보였으며, 이는 사업장 내 공정 운영 및 배출량 변화에 따른 차이로 해석된다. PW3과 PW4는 완주산업단지의 BTEXS 배출원에 해당하므로, 측정 시기별 농도 차이는 각 사업장의 가동 조건이나 배출 패턴 변화에 기인한 것으로 판단된다.

BTEXS 농도에 대한 풍향의 영향을 평가하기 위해, 산업단지 내 주요 배출원으로 판단되는 PW3과 PW4를 중심으로, 주풍향에 따른 주변 측정 지점의 농도 변화를 비교 분석해 보았다. 1차 측정시기에는 서풍 및 서남풍이 우세하여, 해당 풍향 하에서 BTEXS가 PW6~8 측정 지점 방향으로 이동할 가능성이 높다고 판단된다. 이에 따라 해당 지점에서 BTEXS 농도가 증가할 것으로 예상되었으나, 실제 측정된 BTEXS의 평균 농도는 0.58 ppb로 전체 측정기간의 평균 BTEXS 농도인 0.59 ppb와 거의 유사한 수준이었다. 한편, 2차 측정시기에는 주풍향이 동남풍이었으며, 이와 다른 북서풍의 영향을 받는 PW7 지점의 자료를 제외한, PW6~8 측정 지점의 BTEXS 평균 농도는 0.58 ppb로 1차 측정시기와 동일하였다. 또한, 1차 및 2차 측정시기의 온도(16~19°C)와 풍속(1.0~1.9 m/s) 범위가 크지 않았던 것도 고려할 때, 기상조건에 따른 측정 지점별 유의미한 BTEXS 농도 변화가 관찰되지 않았다. 이는 1차와 2차 측정시기로 구분된 계절적 차이 또한 측정 지점별 BTEXS의 농도에 영향을 줄 수 있다는 근거가 부족함을 뒷받침한다. 결과적으로, 측정시기 간의 BTEXS 농도 차이는 기상변수보다는 사업장 내부의 배출 활동에 의해 주도되었을 가능성이 높으며, 따라서 배출원의 공정 특성 및 가동률 등을 고려한 정밀 조사가 필요하다. 요약하자면, 산업단지 내 BTEXS는 기상조건보다는 사업장으로부터의 거리와 배출량에 따라 지점별 영향을 나타내며, 특히 PW1과 PW2는 사업장 인근에 위치함에 따라 직접적인 영향을 받는 것으로 확인되었다. 다만, 본 연구는 두 계절(봄, 가을)의 각 4주간에 걸친 단기 측정 자료를 기반으로 하고 있어, 계절 및 기상조건에 따른 장기적 농도 특성 해석에는 한계가 존재하며, 향후에는 연속적인 연간 측정 자료 확보를 통해, BTEXS의 계절 및 기상별 변화 특성을 종합적으로 평가할 필요가 있다.

3. 1. 3 지점 간 VOCs 농도 분포 특성 및 통계적 비교 분석

BTEXS 농도의 공간적 특성을 파악하기 위해 9개 측정 지점(PW1~9, PJ)을 대상으로 주차별(n=8) 평균 농도 값을 이용하여 일원산분석(one-way analysis of variance, ANOVA)을 수행하였다. 전체 시료의 BTEXS를 대상으로 ANOVA 통계 분석을 실시한 결과, p-value가 5.22×10^-15로 측정 지점별 BTEXS의 농도가 통계적으로 유의미한 차이가 있음을 확인하였다.

추가적으로 산업단지로부터 거리에 따른 주변 주거지역의 VOC 농도 차이에 대한 유의성을 평가하기 위해, 산업단지로부터 거리에 따라 그룹별로 나누어서 ANOVA 및 paired t-test를 수행해 보았다. 산업단지로 둘러싸인 주거지역(PW1~2), 산업단지 내 측정지점(PW3~4), 산업단지 인근 주거지역(PW5~8), 배경지역(PJ). ANOVA 분석 결과, p-value는 1.56×10^-14로 그룹별 BTESX의 농도 차이가 통계적으로 유의함을 확인하였다. 이를 다시 BTEXS 개별 성분별로 나누어서 ANOVA 분석을 하면, ethylbenzene이 유일하게 p-value가 0.27로 통계적 유의성이 나타나지 않았으며, BTSX의 p-value는 모두 0.01 이하로 산업단지와 거리에 따른 농도 차이가 유의함을 확인하였다. Ethylbenzene의 경우, 산업단지의 거리에 따라 유의미한 농도 차이가 나타나지 않았으며, 이는 산업단지 내에서 배출되는 주요 대기오염물질에 해당하지 않음을 간접적으로 유추할 수 있다. Paired t-test 결과, 산업단지 내 측정 지점(PW3~4)의 평균 BTEXS 농도는 3.46 ppb로 배경지역(PJ=0.49 ppb), 산업단지 근접 주거지역(PW5~8=0.91 ppb, PW8의 1주차 자료 제외 시 0.59 ppb) 그리고 산업단지로 둘러싸인 주거지역(PW1~2=0.89 ppb)과 모두 통계적으로 유의미한 농도 차이를 보였다(p-values<0.01). PW1~2와 PW5~8은 PJ와 대비하여 통계적으로 유의미한 농도 차이를 기록하였지만, PW1~2와 PW5~8은 전체 BTEXS 농도에 대한 paired t-test에서 p-value가 0.93으로 통계적으로 유의미한 농도 차이를 보이지 않았다. 이는 PW8의 1주차에서 특이적으로 BTEXS의 농도(특히 ethylbenzene과 p-xylene)가 높게 나타난 것이 반영된 결과에 해당한다. 이에 PW8의 1주차 자료를 제외하고 다시 PW1~2와 PW5~8 간의 BTEXS의 paired t-test를 하면, p-value는 0.009 수준으로 PW1~2와 PW5~8 간의 BTEXS의 농도가 통계적으로 유의미한 차이를 보인다는 것을 확인하였다. 결과적으로, 산업단지 내 BTEXS의 농도가 주변지역보다 높은 것이 통계적으로 유의함을 확인하였으며, 이러한 BTEXS의 농도는 산업단지로부터 거리가 가까운 지역에서보다 높은 농도로 존재한다는 것 또한 통계적 분석을 통해 유의하였음을 증명하였다.

3. 1. 4 BTEXS 배출량 구성비와 측정 농도 비교

산업단지 배출량과 실제 측정된 BTEXS 농도를 비교하기 위해 환경부 화학물질안전원에서 제공하는 배출 및 이동량 정보를 활용하여 완주산업단지의 BTEXS 배출량 자료를 분석하였다. 분석에 사용된 배출량 정보는 2018년부터 2022년까지 완주산업단지 대기배출량이며, 이 중 BTEXS 관련 항목만을 선별하여 분석에 활용하였다(그림 S3).

5년간(̓18~̓22) BTEXS의 평균 배출량은 toluene (29,200 kg yr^-1), xylene (17,111 kg yr^-1), styrene (4,075 kg yr^-1), ethylbenzene (2,962 kg yr^-1), benzene (223 kg yr^-1) 순으로 나타났으며, 이들을 기준으로 산정한 구성비는 toluene 54.51%, xylene 31.94%, styrene 7.61%, ethylbenzene 5.53%, benzene 0.42%로 나타났다(그림 S3). 이는 대기 중에서 측정된 BTEXS의 농도 비율과 일치하지는 않으나, toluene과 xylene의 상대적 비중이 높다는 점에서 구성 경향이 유사함을 보여준다. BTEXS 측정 지점에서 측정 기간 동안 평균 toluene의 농도는 2.69±0.71 ppb로 가장 높았으며, xylene (2.02±0.83 ppb), styrene (1.09±0.19 ppb), ethylbenzene (0.95±0.90 ppb), benzene (0.42±0.13 ppb) 순으로 그 뒤를 이었다. 이는 사업장의 BTEXS의 배출량과 동일한 순서이며, 농도 비율은 각각 37.54%, 28.17%, 15.20%, 13.30%, 5.79%로 나타났다. 다만, 본 연구에서 제시한 사업장의 대기오염물질 배출량은 최근 5년간의 평균값이고, BTEXS의 측정 농도는 2024년 특정 기간(봄과 가을 8주간)에 한정된 것으로 자료들의 비교 평가에 제한적이다(자료 조사 기간 및 기상조건 등의 차이). 본 연구 결과는 장기적인 배출량 자료와 실제 대기 중 농도 분포 간의 상관 가능성을 확인하는 데 의의가 있으며, 나아가 BTEXS 중 toluene과 xylene의 높은 비중은 산업단지 기반 VOCs 관리 방안 수립 시 주요 고려 대상임을 시사한다.

3. 2 완주산업단지 대기 중 SVOCs의 단기 농도 특성

완주산업단지 지역(PW4) 및 배경지역(PJ)에서 채취한 대기 중 SVOCs의 농도(ng m^-3)는 PAHs 및 phthalates의 검출 질량(ng)을 시료채취 부피(L)로 나눈 후, 단위 환산 계수(1 m³=1000 L)를 곱하여 산출하였다. 불검출 성분에 대해서는 LOD 값을 적용하였다(그림 5).

Fig. 5.

Concentration levels of particulate and gaseous SVOCs in ambient air at the industrial site (PW4) compared to the background site (PJ). (a and b) PAHs and (c and d) phthalates.

3. 2. 1 PAHs의 농도 분포 및 특성

전체 측정 지점에서 총 16종의 PAHs 중 8종이 검출되었으며, 총 PAHs 농도는 배경지역인 PJ 지점에서 42.1 ng m^-3, 산업단지 지역인 PW4 지점에서 117 ng m^-3로, 산업단지 지역에서 상대적으로 높은 농도를 기록하였다. PAHs의 기체상 및 입자상 분포는 각각 평균 98.1±1.3% 및 1.9±1.3%로, 모든 지점에서 유사한 분율을 보였다. 이들 중 naphthalene (NAP)은 가장 높은 농도로 검출되었으며, 대부분이 기체상 형태로 존재하였다. 특히, 기체상 NAP 농도는 PW4 지점이 PJ 지점에 비해 약 2.5배 높은 103 ng m^-3로 나타났다. Fluorene (FLR)은 기체상으로만 검출되었으며, PW4 지점에서 PJ 지점보다 약 2.6배 높은 0.69 ng m^-3의 농도로 확인되었다. Phenanthrene (PHN)은 기체상과 입자상 모두에서 검출되었으며, 두 지점의 입자상 농도는 동일하게 0.34 ng m^-3로 나타났고, 기체상 농도는 PW4 지점이 PJ 지점보다 약 1.6배 높은 0.71 ng m^-3로 확인되었다. Anthracene (ANT)의 경우 입자상으로만 검출되었으며, PJ 지점에서 0.54 ng m^-3의 농도로 특이적으로 나타났다. 입자상으로만 검출된 fluoranthene (FLT)는 PJ 지점에서 PW4 지점보다 0.9 ng m^-3 높은 농도를 나타냈다. 그 외에 acenaphthylene (ACL), acenaphthene (ACN) 및 pyrene (PYR) 등 3종의 성분은 PW4 지점에서 검출되었다. ACL은 기체상으로만 10.6 ng m^-3로 검출되어, NAP 다음으로 높은 농도를 나타냈으며, 이는 산업단지 지역의 영향을 반영하는 결과로 해석된다. ACN (기체상)과 PYR (입자상)은 각각 0.18 ng m^-3 및 0.14 ng m^-3로 낮은 농도 수준을 보였다. 산업단지에서 검출된 7종 PAHs에 대한 benzo[a]pyrene의 toxicity equivalency quantities(TEQs)는 0.117 ng m^-3으로, 이는 세계보건기구(WHO)에서 제시한 PAHs의 건강 기반 권고 농도(health-based guideline levels)인 0.12 ng m^-3에 근접한 수준으로, 잠재적인 건강 위해 가능성을 시사한다(Boström et al., 2002; Nisbet and Lagoy, 1992).

3. 2. 2 Phthalates의 농도 분포 및 특성

대기 중 phthalates의 총 농도는 PW4 지점에서 PJ 지점보다 약 7.4배 높은 4.61 ng m^-3로 나타났다. PAHs와는 달리, phthalates는 측정 지점에 따라 기체상과 입자상 간의 비율에서 뚜렷한 차이를 보였다. 배경지역인 PJ 지점에서는 기체상이 93.5%, 입자상이 6.5%를 차지하여 기체상 phthalates의 비중이 컸던 반면, 산업단지 지역인 PW4 지점에서는 기체상과 입자상이 각각 47.7%와 52.3%로 유사한 비율을 보였다. Dimethyl phthalate (DMP)는 기체상과 입자상 모두에서 검출되었으며, PW4 지점의 기체상 농도는 PJ 지점보다 약 146배 높은 18.0 ng m^-3로 확인되어, 기체상 phthalates 중 가장 큰 비중을 차지하였다. 반면, 입자상 DMP 농도는 평균 0.61±0.34 ng m^-3로, 두 지점 간 유의미한 차이를 보이지 않았다. Diethyl phthalate (DEP)는 PW4 지점에서만 검출되었으며, 기체상 농도는 입자상보다 약 2배 높은 4.86 ng m^-3로 나타났다. Dibutyl phthalate (DBP)는 두 상 모두에서 검출되었으며, 특히 PW4 지점에서는 입자상 DBP가 16.0 ng m^-3로 측정되어, 입자상 phthalates 농도의 대부분을 차지하였다. DBP는 PJ와 PW4 지점 모두에서 입자상 농도가 기체상보다 높게 나타나는 경향을 보였다. Di(2-ethylhexyl) adipate (DEHA)는 PJ 지점에서만 1.16 ng m^-3의 낮은 농도로 검출되었으며, di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP)는 입자상으로만 검출되어 평균 2.73±0.82 ng m^-3의 농도를 나타냈다. 이를 통해, PAHs와 phthalates 모두 산업단지 지역에서 더 높은 농도 분포를 보였으며, 특히 phthalates의 경우 산업단지에서 상대적으로 높은 수준으로 검출되어 지속적인 모니터링의 필요성이 제기된다. Phthalates의 흡입 노출 기준치에 관한 자료가 제한적임에도 불구하고, 유럽화학물질청(ECHA)의 화학물질의 등록평가허가 및 제한에 관한 규정(REACH)에 따라 엄격히 관리되는 DBP와 DEHP가 산업단지에서 고농도로 검출되었다는 점을 고려할 때, 장기 노출에 대한 주의가 필요하다(Astuto et al., 2023; EFSA, 2019).

3. 2. 3 완주산업단지의 SVOCs 농도에 대한 해석 및 시사점

본 연구에서는 단일 일자에 수행된 시료채취를 기반으로 PAHs 및 phthalates 농도를 평가함으로써, 주거지역을 둘러싼 특이한 구조를 가진 완주산업단지에서 유해 SVOCs의 실태를 파악하는 데 있어 유의미한 정보를 제공하였다. PAHs와 phthalates는 기준 대기오염물질 수준으로 관리하고 있지 않고, 분석 과정이 상대적으로 복잡하며 고가의 장비가 필요한 이유들로 현재까지 정부차원의 정기적인 농도 모니터링이 이루어지고 있지 않은 유해 대기오염물질들에 해당한다. 이와 같은 PAHs 및 phthalates의 농도 모니터링의 어려움을 고려하였을 때, 단일 농도 자료이지만 특수 입지 조건의 산업단지의 SVOCs 농도를 확인하는 측면에서 중요한 SVOCs의 관리적 필요성의 근거를 마련하는 데에 의미를 갖는다.

PAHs의 경우, 산업단지 지점(PW4)에서의 총 농도는 배경지역(PJ) 대비 약 2.8배 높았으며, 주로 NAP이 기체상으로 우세하게 검출되었다. 특히, PW4 지점에서 검출된 7종 PAHs에 대한 TEQ는 0.117 ng m^-3로, WHO가 제시한 건강 기반 권고농도에 근접하는 농도로 인근 주민의 흡입 노출에 따른 건강 악영향 가능성을 시사한다. 다만, ANT와 FLT는 배경지역에서만 입자상으로 검출되거나 산업단지 대비 높은 농도로 검출되었는데, 이는 배경지역이 교통량이 상당한 전주 도심지역인 점이 반영된 결과로 예측할 수 있다. 그럼에도 불구하고, ANT와 FLT 농도는 모두 1 ng m^-3 이하 수준으로 절대 농도가 매우 낮았음을 알 수 있다. 또한, BAP를 포함한 상대적으로 분자량이 큰 PAHs는 산업단지와 배경지역 모두에서 검출되지 않았다. 본 연구에서 제시한 PAHs 분석시스템에서 BAP의 검출한계는 0.15 ng m^-3이며, 일반 외기에 존재하는 BAP의 농도는 0.1 ng m^-3 이하로 존재하기 때문에 검출이 되지 않았던 것으로 판단된다(Kim and Kim, 2015). 즉 완주산업단지에서는 200 g mol^-1 이하 수준의 분자량을 갖는 PAHs가 주로 검출됨을 확인하였다. Phthalates의 총 농도는 산업단지에서 배경지역 대비 약 7.4배 높았으며, 특히 입자상에서의 DBP와 DEHP 농도가 높게 검출되었다. 이 두 성분은 REACH에서 엄격히 관리되는 물질로, 산업단지 인근 거주자의 장기적 노출 가능성을 내포하고 나아가 건강상 악영향을 줄 수 있음을 시사한다. 특이 사항으로 DEHA가 배경지역에서만 낮은 농도 수준이지만 1.24 ng m^-3로 검출되었으며, 이와 같은 결과에 대해서 후속 연구를 통해 확인이 필요할 것으로 판단된다.

비록, 본 연구에서는 단일 일자에 채취된 SVOCs 농도자료를 기반으로 하여 계절적 또는 장기적 추세를 일반화하기에는 한계가 있다. 그러나 본 연구 결과는 산업단지와 인접 주거지역 간 대기오염의 공간적 분포 특성과 함께 향후 지속적 모니터링 및 관리방안의 필요성을 뒷받침하는 기초자료로 활용될 수 있다는 점에서 의의를 갖는다. 특히, 비정형적 구조를 갖는 산업단지의 대기환경 관리 및 건강 위해성 평가체계 마련에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 완주산업단지와 주변 주거지역을 대상으로 BTEXS, PAHs 및 phthalates의 농도를 측정하여, 산업단지에서 배출되는 대기오염물질이 인근 주거지역 대기질에 미치는 영향을 평가하였다. BTEXS 농도는 산업단지 내에서 평균 3.46 ppb로 가장 높았으며, 초근접 주거지역에서도 산업단지의 영향을 받아 평균 0.91 ppb로 높은 수준을 보였다. 산업단지 외곽 주거지역에서는 평균 0.56 ppb 수준으로 상대적으로 낮은 농도를 기록하였다. 계절에 따른 풍향, 온도 등의 기상학적 변수는 산업단지 주변지역의 BTEXS 농도 분포에 유의한 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었으며, 측정된 BTEXS 농도는 산업단지로부터의 물리적 거리 차이에 따라 결정되는 경향을 보였다. 이러한 결과는 대기 중 BTEXS의 공간적 분포가 기상조건보다는 산업단지와의 거리 의존성이 더 크다는 점을 시사한다. 산업단지에서 측정된 PAHs 및 phthalates의 총 농도는 각각 117 ng m^-3, 4.61 ng m^-3로, 배경지역에 대비하여 유의미한 수준으로 높게 나타났으며, 일부 성분은 WHO 건강 기준에 근접하거나 이를 초과하는 수준을 기록하였다. 이는 산업단지 인근 주민의 건강에 잠재적 위해가 존재함을 의미하며, 해당 지역의 특수한 입지 구조(주거지역을 감싸는 산업단지 형태)로 인해 노출 가능성이 더욱 높아질 수 있음을 시사한다. 결론적으로 본 연구는 VOCs뿐 아니라 PAHs 및 phthalates와 같은 SVOCs에 대해서도 체계적인 대기질 모니터링의 필요성을 강조하며, 향후 산업단지 내 종사자 및 인근 주민의 건강 보호를 위한 규제와 감시 체계 마련의 근거 자료로 활용될 수 있다. 특히, 본 연구는 제한된 측정 자료임에도 불구하고, 산업단지의 구조적 특성이 주거지역 대기오염도에 미치는 영향을 실증적으로 제시했다는 점에서 학술적 및 정책적 시사점이 클 것으로 보인다.

Acknowledgments

본 연구는 전북대학교 2024학년도 교육, 연구 및 학생지도비용 (학술트랙)을 지원받아 수행하였습니다.

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