지하수의 수질 및 환경지질학에 대해 알아보자

지하수의 수질 및 환경지질학

 

1. 지질과 수질과의 관계

➀ 자연수에 포함된 광물성분과 자연수를 함유하고 있는 대수층의 구성 성분 사이에는 밀접한 관계가 있다.

➁ 성질이 서로 다른 지하수가 혼합되거나 성분이 다른 대수층을 통해 지하수가 흐를 경우 또는 염기치환이나 용해질이온의 흡착과 같은 화학적 반응이 수문순환과정에서 발생한 경우는 대수층과 지하수의 수질관계가 대단히 복잡하며 특히 지표면에 가까이 부존된 지하수나 지표수는 토양성분이나 토양내에 포함된 여러 가지 타종의 물의 성질에 크게 영향을 받음

➂ 암석은 대부분이 수용성이 다른 광물이 서로 결합하여 이루어져 있다. 증발암 이외의 모든 암석은 대부분이 불용해성 광물로 구성되어 있어 이들 암석이 지하수에 미치는 영향은 주로 암석의 희소광물에 의거한다. 예를 들어 화강암은 상당히 안정한 불용해성 규질광물로 구성되어 있으나 간혹 상당히 용해성이 양호한 희소광물을 포함하기도 한다.

 

(1) 화성암 기원의 지하수

➀ 지질학적 특성

▪ 화산퇴적물 : 양호한 대수층을 구성(화산각력, 화산회, 응회암)

▪ 관입암, 심성암 : 치밀, 견고하여 함수성 불량

▪ 지하수의 흐름은 공극 및 암석구조에 영향을 받으며 크랙, 절리, 화상공동 등은 다량의 지하수를 부존․유출시킴

▪ 침투성이 낮은 암반의 지하수 흐름은 느리므로 지표수보다 용해작용이 더 활발

➁ 지하수 수질과의 관계 : 구성광물의 성분에 많은 영향을 받음

▪ 높은 규소 성분 : Na의 백분율이 높은 지하수

▪ 낮은 규소 성분 : 철, 마그네슘을 다량 포함한 암석 내 부존 지하수

▪ 현무암(염기성) : 다량의 Ca, Na 장석들과 다량의 초염기성 광물들로 구성되어 이들 암석내에 부존된 지하수는 다량의 초염기성 광물성분을 포함 (참고, 제주 삼다수 ^^;)

 

(2) 퇴적암 기원의 지하수

➀ Goldschmmidt(1933)의 퇴적암 분류 : 퇴적암을 그 구성물질 자체의 화학적 성분, 입도 , 물리적 성질에 따라 분류

▪ 저항암(Resistate) : 모암이 풍화작용을 받아 생성된 파쇄물이 화학적으로는 변성되지 않은 상태로 이루어진 퇴적암(사암)

▪ Hydrolyzate : 물에 의해 변질된 입자로 구성된 퇴적물 및 암석으로 모암이 풍화작용을 받을 때 화학적 반응에 의해 형성된 불용해성 부산물로 이루어진 암석(셰일, 점토)

▪ 침전암(Precipitate) : 용해질 광물성분이 화학적 침전에 의해 형성된 퇴적암 (석회암, 백운암)

▪ 증발암 (Evaporite) : 증발에 의해 증발되고 남은 잔류물이 퇴적되어 형성 (암염,석고)

➁ 저항암 지하수의 특성

▪ 저항성이 큰 광물입자로 구성

- 불용해성 석영입자나 석류석, 전기석, 지르콘 등

- 화학적 및 물에 의한 풍화작용에 아주 강함

▪ 광물 사이에 고결물질의 형태로 존재하고 있는 성분은 재용해될 경우가 많음

- CaCO3, 점토물질, 규소, 유황, 황산철 등

- 저항암의 고결물질은 다양하므로 지하수의 수질을 간단히 표현하기가 쉽지는 않음

➂ 하이드로리제이트의 지하수의 특성

▪ 공극율은 크나 간격이 좁아 투수성이 낮음. 이들 암석은 바닷물속에서 퇴적. 형성된 후 공극내에 다량의 염수를 포함하게 되는데 이들 초생수는 장기간 공극내에서 잔류하거나 광물입자에 부착되어 서서히 밖으로 배출됨.

▪ 셰일로부터 유출된 지하수는 용해성 물질의 농도가 높다. 셰일이 널리 분포된 지역에서는 셰일에 의한 지하수의 수질변화가 심하게 나타난다.

➃ 침전암 지하수의 특성

▪ 화학반응에 의해 형성된 암석이므로 침전물은 주로 순수한 광물성분으로 구성

▪ 일반적으로 석회암이나 백운암에 부존하여 있던 지하수는 다른 음이온보다 HCO

이온을 많이 포함함. 그러므로 이들 지하수내에 다른 음이온이 많이 나타날 경우 석회암내에 불순물이 들어있거나 인접 다른 암석의 영향 또는 초생수 등에 의한 영향으로 생각할 수도 있음.

 

 

 

(3) 변성암 기원의 지하수

➀ 편암이나 편마암

▪ 치밀, 견고한 암석으로 일반적으로 다량의 지하수를 유출시키지는 못함.

▪ 양호한 함수층 형성시 주성분광물인 규질광물은 지하수의 화학작용을 받아 용해물질로 됨.

➁ 지하수와 변성작용

▪ 풍화를 받지 않은 점판암이나 규암 같은 치밀구조를 가진 암석은 고용물질의 농도가 작지만 지하수 및 지표수에 의한 대리석의 용해작용은 석회암과 비슷

▪ 지하수도 변성작용의 한 요인이며 감람석은 물의 변성을 받아 사문석으로 변화함

 

2. 수질분석단위 및 주요 개념의 이해

 

(1) 수질분석단위 : 지하수에 용해된 화학성분 농도는 여러 가지로 표시되지만 일반적으로 다음 세 가지를 많이 사용한다.

➀ ppm(part per million)

▪ 1ppm : 용액 1kg내에 용질 1mg이 용해되어 있을 때. 즉 물 999.999g속에 황산 1g이 용해되어 있다면 이를 황산 1ppm이라 한다.

▪ ppm을 백분율로 표시할 경우 1%는 10,000ppm에 해당한다.

➁ mg/l(Milligram per Litre)

▪ 보통 물 1리터의 무게가 약 1kg이므로 물 0.999999리터 속에 용질 1mg가 들어있을 경우 , 환언해서 용액 1리터 속에 용질 1mg가 들어있을때를 1mg/l라 한다. 따라서 4°C의 순수한 물에서는 1mg/l는 1ppm과 동일하다.

▪ 그러나 용질의 양이 증가하면 용액의 밀도가 증가하여, 또 한 온도가 상승하면 물의 밀도는 반대로 감소되므로 엄격한 의미에서 1ppm과 1mg/l는 서로 다르다.

➂ 백만분의 1당량 (epm, Equivalent per Million)

▪ 이 단위는 지하수의 화학성분 당량에 대한 용액내에서의 용질의 농도를 나타내는 단위로서 이온의 1당량이란 그 이온의 원자량 및 분자량을 그 원자가의 당량으로 나눈 값이다. 즉 칼슘에 있어 그 원자량이 40.08이고 원자가가 2이므로 화학당량은 20.04g이다. 그런데 물 시료가 28.3ppm의 칼슘을 포함하고 있다면 이 물시료 중에서 칼슘의 epm은 28.3/20.04 = 1.41epm이다.

▪ 이와 같이 epm은 보통 용액내에서 이온화할 수 있는 물질에만 사용할 수 있으므로 규소나 철과 같이 물에 용해되지 않는 불용해성 물질은 epm으로 표시할 수 없다.

 

(2) 이온교환

➀ 음이온을 교환하는 광물은 아직까지 알려져 있지 않으며 양이온 교환은 광물입자표면에 흡착된 이온과 물속의 용해된 양이온 사이에 평형상태가 도달할 때까지 이온교환은 계속한다.

➁ 이온교환 가능 광물의 분포는 비교적 넓기 때문에 많은 지역에서 지하수의 화학적 성분은 양이온 교환에 따라 크게 달라진다. 해수가 대수층내로 침투될 때는 해수속의 나트륨이온의 광물에 의하여 이전에 흡착된 칼슘 및 마그네슘 이온을 치환하여 결과적으로 침투된 해수는 그 성분이 완전히 다른 연수로 변하기도 한다.

 

(3) 경도(Hardness)

➀ 경도는 일반적으로 비누의 거품을 일으키는 비누사용량으로 나타낸다. 경도와 비누소모량은 서로 비례한다. 경수를 이루고 있는 광물이 비누와 반응해서 이들이 비누에 의해 제거되지 않는 한 비누거품은 일지 않을 것이다.

➁ 칼슘과 마그네슘은 경수를 만드는 주요 화학성분이지만 주로 이들의 탄산염, 유화염, 염화물 및 질산염과 같은 염에서 유래된 것들도 있다. 이들 칼슘 및 마그네슘이온과 탄산, 유화, 염화 및 질산이온은 용액상태로 존재하며 특히 이들 중 칼슘과 마그네슘이온은 물의 온도나 압력이 변하는 경우에 경수 내에서 침전하여 피막현상을 일으킨다.

➂ 중탄산염이온은 용해된 탄산가스에 의해 지하수내에서 용해상태로 존재한다. 즉 용해된 탄산가스가 석회암이나 백운암과 접촉하였을 때는 이들 암석 내에 포함된 칼슘 및 마그네슘 성분과 반응하여 중탄산염으로 변한다. 중탄산염이온은 칼슘 및 마그네슘과 약한 결합을 이루고 있어 이러한 경수를 끓이면 용존 되었던 탄산가스는 기화하고 중탄산염의 일부가 탄산염으로 변하여 앙금상태로 침전한다.

Ca2+ + (HCO3)22- → CaCO3 + H2 + CO2 ↑

▪ 상기화학식에서 CO3-- 이온은 경수속의 칼슘이나 마그네슘이온과 재결합하여 불용해성인 탄산칼슘이나 탄산마그네슘의 스케일을 만든다. 일반적으로 탄산칼슘은 매우 불용해성이므로 탄산칼슘은 탄산마그네슘보다 먼저 침전한다.

➃ 경도가 50ppm 이하인 물을 연수라 하고 그 이상인 물을 경수라 한다. 경도가 50~150ppm 사이의 물은 어떠한 목적으로도 사용가능하나 50ppm 이하로 처리하여 사용하는 것이 좋다. 경도가 100~150ppm인 물을 보일러 용수로 사용하려면 다량의 스케일이 파이프내에 침전하여 파이프를 손상시키므로 이러한 물은 보일러용수로 사용이 불가능하다.

 

(4) 전기비전도

➀ 화학적으로 순수한 물은 그 전기비전도가 매우 낮은 일종의 절연체이다. 그러나 이러한 순수한 물에 소량의 고용물이 혼합되면 고용물질이 물속에서 서로 각각 다른 전하를 가지는 이온으로 분리되어 전류를 보내면 전기가 흐르게 된다.

➁ 이온이 많이 존재하면 용액의 전기비전도도는 커진다. 지하수의 전기비전도도는 매우 적기 때문에 보통 마이크로모로 표시한다. 전기비전도도가 높은 지하수는 철에 대한 부식성이 크다.

 

(4) pH( Hydrogen Concentration)

➀ 물속에 전해되어 있는 수소이온의 상대적인 농도를 pH라 한다. 만일 수소이온(H+)이 수산기이온(OH-) 보다 많을 때는 산성작용을 나타내며 금속물질을 부식시키는 역할을 한다. 이와 같이 물속에서 수소이온의 농도를 pH라 나타낼 때 pH가 7 이상이면 이를 염기성, 7이하이면 산성, 7이면 중성이라고 하여 물의 산성도를 판단한다.

 

▪ 물분자는 아래와 같이 이온으로 분리하려는 경향이 있다. 즉

H2O → H+ + OH-

▪ 순수한 물은 분자중 그 일부분만이 이온화하는데 이 때 수소이온의 수가 pH=7정도 되게끔 이온화 한다. pH는 아래와 같은 관계식을 가진다.

➁ 윗 식에서 pH값이 1배 증가하면 수소이온농도는 10배 증가한다. 예를 들면 증류수에 소량의 산성인 염소를 가하여 pH가 7에서 6으로 변한 경우에는 물속에서 수소이온의 수가 10배 증가했다는 것과 같은 뜻이며 반대로 NaOH를 소량 가하여 pH가 7애서 8로 변했을 때는 수소이온의 수가 1/10로 줄어들었거나 수소이온이 10배 증가하였다는 뜻과 같다.

➂ 일반적으로 지하수에서 pH값은 용해된 탄산염이나 탄산가스의 양에 의해서 달라진다. 지하수내에 탄산가스가 용해되어 있으면 산성을 띠게 된다. 만일 증류수에 탄산이 소량 포함되면 pH 값이 현저히 저하된다. 이에 비하여 알칼리염인 칼슘 및 마그네슘의 탄산염이 지하수 속에 용해되어 있는 경우에는 용존 탄산가스 경우 만큼 pH값지 저하되지 않는다

 

(5) 총고용물질(Total Dissolved Solid)

➀ 대체적으로 용수의 사용적부 기준으로는 물속에 용해되어 있는 고용물의 총농도를 가장 널리 이용하고 있다. 총고용물은 물 시료의 수분을 완전히 증발시킨 후 남은 물질의 중량을 측정하여 결정하는데 보통 이렇게 해서 측정된 고용물질의 양은 실제치와 약간의 차이가 있다.

➁ 총고용물을 다량 포함하고 있는 물은 목적에 따라 그 사용이 불가능할 때가 많다. 예를 들면 고용물이 500ppm 이하이면 식수, 생활용수, 공업용수 등으로 사용할 수 있으나 1,000ppm 이상이 되면 물맛이 상당히 나쁘며 대부분의 경우 용수로서 적합하지 못하다. 뿐만 아니라 고용물의 함량이 높은 지하수는 부식작용을 일으킨다.

3. 지하수의 화학성분

지하수조사는 사용가능한 지하수의 부존량 뿐만 아니라 지하수의 수질에 대해서도 동시에 시행되는 것이 통례이다. 물은 양호한 용매이기 때문에 그 결과 용수로서의 어떤 목적으로는 사용할 수 없을 정도로 많은 양의 용질을 함유하고 있는 경우가 많다. 따라서 조사지역에서는 사용가능한 지하수량뿐만 아니라 사용자가 요구하는 요구수질에 대한 조사도 시행되어야한다.

 

(1) 지하수의 화학성분

① 주성분 : HCO

, SO , Cl , K , Na

 

② 주요이온 : 양이온( Ca

> Na > Mg > K ), 음이온( HCO > Cl > SO )

 

 

 

(2) 지하수의 화학성분에 따른 분류

① S1 : Na

SO 형 ..................일차염도(Primary Salinity)

 

② S2 : CaSO

형 ..................이차염도(Secondary Salinity)

 

③ A1 : NaHCO

형 ................Primary alkalinity

 

④ A2 : Ca(HCO)형 ................Secondary alkalinity

 

 

 

(3) 지하수 수질의 도식법

① 이온농도 diagram

② stiff의 diagram

③ key diagram(삼각 plot system)

a. 탄산 칼슘형(담수)

b. 탄산 나트륨형 − − 담수 혹은 담수가 오염된 것

c. 비탄산 칼슘형 −

d. 비탄산 나트륨형(염수)

* 염수 : 염화 나트륨 > 염화 마그네슘 > 황산 나트륨 > 황산 마그네슘

 

(4) 지하수의 주요성분

➀ 철분

▪ 물속에 포함된 철분함량은 비록 소량일지라도 생활 및 공업용수로서의 사용적부에 큰 영향을 미치므로 철분은 지하수뿐만 아니라 다른 물 자원에서도 상당히 중요한 수질성분이다. 철분이 함유된 물은 스크린 및 파이프에 피믹현상 및 플러깅을 일으키며 철분의 함량이 0.5ppm 이상인 경우에는 문제가 야기된다. 그러나 일반적으로 지하수에서 철분함량은 1~5ppm이 가장 보편적이므로 일단 이러한 물은 대기중에서 산화시키면 0.1ppm 이하로 그 함량을 감소시킬 수 있다.

▪ 지하수 속에 용해되어 있는 철분은 전하가 2가인 2가철과 3가인 3가철 이온의 두 가지가 있다. 2가철은 대기상태에서 불안정하여 대기와 접촉하면 3가철로 변한다. 따라서 철분을 포함하고 있는 지하수를 공기중에서 노출시키면 2가철은 3가철로 산화된다. 2가철분을 다량 함유한 지하수를 채수하면 처음에는 무색투명하나 장기간 공기중에 내어 놓으면 2가철이 공기중의 산소와 반응하여 색이 약간 불투명하다. 녹슨 철과 같은 색깔의 앙금이 가라 앉는다.

▪ 철분을 포함한 지하수에는 박테리아가 서식하기 좋은 조건으로 철박테리아는 얇은 피막으로 둘러싸여 대수층의 공극속에서 서식하며 제리와 같은 슬라임을 형성시켜 공극을 메우게 되는데 어두운 곳이나 용해철분과 용존탄산가스나 산소가 결핍된 물속에서도 잘 자란다.

➁ 망간

▪ 망간은 자연수속에서 산출상태나 화학적성질이 철분과 비슷하나 단지 철분보다는 암석의 조암광물로서 소규모로 분포되어 있으므로 지하수 속에 포함된 양은 철분보다 적다. 망간은 철분처럼 용해성인 중탄산망간[Mn(HCO3)2]이 공기중의 산소와 반응하여 불용해성인 수산화망간[Mn(OH)2]으로 변함으로서 얼룩이 생기는데 망간에 의한 얼룩은 철에 의한 그것보다 더 강력하다.

▪ Mn(HCO3)2는 Fe(HCO3)2와 같은 형태로 용해상태에서 공기중의 산소와 화합하여 분해된다. 철박테리아와 유사한 슬라임형 박테리아가 역시 망간성분을 산화시켜 불용해성 물질을 생성시키기도 한다.

➂ 규산

▪ 규소는 지각구성원소중 산소 다음으로 많이 포함된 원소로서 이들이 산소와 화합하여 이산화규소가 되면 이를 규산이라 한다. 광물 중 석영은 가장 순수한 규산으로서 물에 극소량만이 용해되어 100ppm 이상의 규산을 함유한 물은 드물고 보통 20ppm 정도가 보편적이다. 지하수내의 규산은 대부분이 석영속에 다량으로 들어있는 규산염광물이 풍화 부식된 후 지하수 속에 용해된 것들이다. 규산의 양은 물의 경우에 아무런 영향을 미치지 않으나 보통 칼슘 및 마그네슘 규산염의 형태로 앙금을 일으킨다. 이러한 규산염 앙금은 어떠한 화학처리에 의해서도 용해시킬 수 없는 것이 특징이다.

➃ 나트륨

▪ 나트륨은 금속원소로서 알칼리금속이라 불리우는 족에 속하며 이와 유사한 금속원소로는 칼륨(Potassium, K)과 같은 원소가 있다. 알칼리 금속들은 서로 유사한 화학적 성질을 가지는데 그중 나투륨이 물속에 가장 많이 용해되어 있다. 특히 해수중에는 평균농도가 10,000ppm 정도이며 석회암 지역에 분포된 지하수 중에는 총고용물이 수백 ppm에 이르나 나트륨은 수 ppm 밖에 안된다. 나트륨은 수용성으로서 토양이나 암석내에서 빠져나와 용해되는데 이들은 피막이나 막힘현상을 초래하는 물질을 만들지 않는다.

➄ 염화물

▪ 염소는 음전하 이온으로서 해수에 가장 많이 포함되어 있으며 해수속의 염소의 양은 약 19,000ppm이나 된다. 해수속에 포함된 염소함량의 기원에 대하여는 여러 가지 설이 있으나 최근에는 대부분이 화산 폭발시에 생성된 염분이나 온천, 처녀수 및 마그마수나 염산의 형태로 해수에 차츰 농축된 것이라 한다.

▪ 일반적으로 염소함량이 150ppm 이하인 물은 모든 용도로 사용할 수 있으나 250 ppm 이상인 물은 생활용수로 사용할 수 없으며 350ppm이상일 때는 공업용수로도 사용할 수가 없다.

➅ 불화물(Fluoride)

▪ 물에 따라 질산염의 함량은 각양각색이다. 질산염은 식물의 부패, 동물의 배설물, 질소비료 등에 의해서 토양속에 농축된다. 지하수에 질산염이 다량 들어있을때는 오염된 지표수가 직접 흘러들었거나 토양대내에 농축된 질산염이 강수에 의해 대수층으로 침투하여 지하수가 오염된 것으로 생각할 수 있다.

▪ 질산염의 허용한도는 45ppm으로 질소원소 10ppm에 해당하며 이는 탄산염처럼 끓여서 제거할 수 없으며 물을 증발시키거나 광물성분을 분리시켜야만 한다. 만일 질산염이 폐수에 의해 지하수에 포함되어 있을 때는 통상 염화물이 수반되므로 질산염과 염화물이 동시에 함유되어 있는 지하수는 폐수나 외부에서 오염된 것으로 생각할 수 있다.

 

(5) 음용수의 수질 기준

 

4. 지하수 오염원 및 오염의 특징

지하수 오염원은 그 종류와 범위가 대단히 방대하며 그 구분한계 또한 불분명하다. 일반적으로 지하수 오염은 인간 활동에 의해서 수문환경 내에 유입된 유해한 용질로 인해 발생한다. 지하수 오염은 지표수 오염과는 달리 지하수계 내에서 수백-수천 년 동안 잔존해 있으며 그 정화 또한 쉽지 않은 데에 문제의 심각성이 있다.

 

(1) 지하수자원의 주요 오염원

지하수 오염원은 점오염원(point sources)과 비점오염원(diffuse sources)로 대별할 수 있다. 일반적으로 점오염원이 특정 지점에 한정되어 유출되는 반면, 비점오염원은 넓은 지역에 걸쳐 광범위하게 지하수 자원을 오염시키는 것이 특징이다.

➀ 점오염원 : 정화조, 지하저장탱크, 유해폐기물 처분장, 매립지, 지표저류시설, 폐공 등

➁ 비점오염원 : 농업오염원(비료 및 농약 살포), 산성비

➂ 지하수 오염원의 예시

▪ 여과장치를 거치거나 거치지 않은 부패물질

▪ 웅덩이에 폐기처분된 산업폐기물이나 우물에 처리한 화학폐기물

▪ 화학공장이나 산업시설에서 방류한 폐수

▪ 위생처리장에 매립한 음식찌꺼기나 폐기물에서 발생하는 생물학적 화학적 오염물

▪ 산업폐기물, 광산폐석, 화력발전소에서 배출하는 재, 원자력폐기물, 제지공장의 펄프 등

(2) 지하수 오염의 특징

➀ 지하수 흐름의 완만성 : 지하수의 유속은 지질 구성성분에 의하여 그 속도가 달라지며, 오염원으로부터 원거리에 있는 경우에는 오염이 발견되기까지 수 년이 걸린다.

➁ 지하수 오염원 및 오염경로의 다양성 : 지하수 오염원은 오염원 시설 또는 오염물질이 종류 등에 따라 다양하며 오염원의 추적이 매우 어렵다.

➂ 모니터링의 곤란 : 지하수의 모니터링은 관측정 설치 등 지표수의 그것보다 훨씬 많은 비용과 시간이 소요된다.

➃ 원상복구의 어려움 : 대규모의 오염지역이 발견될 경우 원상복구가 대단히 어려움과 동시에 많은 비용과 시간이 소요된다.

 

5. 지하수․토양오염 관련 주요 유기화합물질

 

(1) VOCs( 휘발성유기화합물질 : Volatile Organic Compounds)

➀ 대기 환경중 VOC라 함은 탄화수소화합물의 총칭으로 방향족탄화수소와 지방족탄화수소(Paraffin계와 Olefin계) 등의 일반 탄화수소와 질소, 수소 및 할로겐원소를 포함하는 비균질탄화수소(Heterogeneous Hydrocarbon. 예 - 알데히드, 케톤류 등) 로 분류된다. 특히 VOC는 방향족탄화수소와 할로겐탄화수소와 같이 화합물 자체로서도 환경 및 건강에 직접 유해하거나 지방족탄화수소와 같이 주로 대기중의 광화학반응에 참여하여 광화학탄화물 등의 2차 오염물질을 생성할 수 있다. 올레핀계 탄화수소화합물은 광화학반응성이 큰 것으로 이미 잘 알려져 있다.

➁ 즉, 탄소와 수소만으로 구성된 탄화수소류와 할로겐화 탄화수소, 질소나 황함유 탄화수소 등 상온·상압에서 기체 상태로 존재하는 모든 유기화합물을 통칭하는 의미로 사용되며 넓은 의미로는 반휘발성 유기화합물도 포함된다.

➂ VOC는 오존등 광화학스모그 원인물질일 뿐만 아니라 발암성 등의 유해물질, 지구온난화와 성층권 오존 파괴의 원인물질, 대기중 악취물질로서 환경 및 건강에 영향을 초래하여 VOC감축을 대기질 관리의 주요 정책수단으로 이용하는 국가가 증가하는 추세이다. 최근 국내에서는 오존오염도가 매년 증가하고 도시지역에서는 단기 환경기준치를 초과하는 사례가 빈번히 발생함에 따라 VOC에 대한 규제관리가 요망되고 있다. 이에 따라 1995년 12월에 공포된 대기환경보전법 개정법률에는 1999년 1월 1일부터 대기오염규제 지역내의 VOC 배출시설에 대한 규제를 명시하고 있고 이에 따른 시행계획을 준비중에 있다.

 

(2) BTEX

➀ 이들 VOCs중 benzene, toluene, ethylbenzene 그리고 xylene의 3 가지 이성질체로 구성된 유기화합물의 그룹을 BTEX라 부른다. 이들 유기화합물은 원유생산물의 대부분을 차지하고 있다.

➁ 토양과 지하수계로 유입되는 BTEX가 심각한 문제로 고려되어 지는 이유는 이들 화합물이 다소 심각하고 오랜 기간동안 유해한 영향을 갖고 있기 때문이다. 게다가 유독한 benzene은 발암성 물질로 알려져 있다.

➂ 휘발(volatilization)은 BTEX의 실제 농도에 영향을 미친다. 오염된 지역에서 높은 용해도, 상대적으로 낮은 분자량 그리고 높은 증기압 때문에 쉽게 휘발되며 그 중에서도 benzene이 가장 쉽게 휘발되는 물질이다.

➃ 다른 유기오염물질에 비해 BTEX는 쉽게 용해되고 BTEX 구성성분의 용해도는 지하수에 나타나는 농도에 큰 영향을 준다. 따라서 이렇게 용해된 BTEX는 지하수흐름을 따라 이동될 수 있다.

 

(3) PAHs(다환방향족탄화수소 : Poly Aromatic Hydrocarbons)

➀ 다환방향족 탄화수소란 2가지 이상의 방향족 고리(5개 내지 6개의 탄소 원자가 모여 만들어진 탄소고리)가 융합된 유기화합물을 말한다. 실온에서 PAHs는 고체상태이며, 이 부류화합물은 비점과 융점이 높으나 증기압이 낮고, 분자량 증가에 따라 극히 낮은 수용해도를 나타내는 것이 일반적인 성질이다.

➁ 저분자량 PAHs는 4개 이하의 탄소고리로 이루어진 물질을 말하며 상대적으로 물에 대한 용해도가 크고 입자에 대한 친화력이 작아서 입자에 흡착이 잘 되지 않는다. 이 물질들은 급성독성(acute toxicity)을 일으키는 것으로 알려져 있다. 이 범주에 속하는 것으로는 나프탈렌, 안트라센 등이 있다.

➂ 고분자량 PAHs는 5개 이상의 탄소고리를 가진 물질을 말하며, 물에 잘 용해되지 않고 입자에 대한 친화력이 높아서 입자상에 잘 흡착된다. 이 물질들은 발암성을 일으킬 가능성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 이 범주에 속하는 것으로는 플루오란센, 이데노(1,23,-cd)피렌 등을 들 수 있다.