대기오염의 물질

입자상의 오염물질

먼지: 입자 상태의 오염 물질은 아주 작은 액체 상태 또는 고체 상체의 떠 다니는 부유 물질이며, 이를 먼지라고 한다. 입자라고 하면 고체 물질만을 의미하지만, 에어로졸(Aerosol)이라 부를 때는 고체 및 액체 상태의 부유 물질을 의미한다. 입자 상태의 부유 물질은 먼지, 연기, 안개, 스모그(Smog)등과 같은 상태로 존재한다. 이러 한 입자 상태의 오염 물질은 불완전 연소 과정, 기계적 분쇄 과정, 응축 및 화학적 과정을 통하여 생성된다.

입자들의 크기: 대기 중에 존재하는 입자 상태의 오염 물질은 각각 다른 크기, 모양, 색깔을 지니고 있다. 대기중에 떠 다니는 부유 물질들은 크기별로 나눌 수 있다. 입자의 크기는 ㎛ 단위로 표시하며, 1 ㎛는 100만 분의 1m 이다. 일반적으로, 2.5㎛ 미만을 미세 입자로, 2.5㎛이상을 거대 입자로 나눈다. 대기를 오염시키는 데 있어서 거대 입자보다 도 미세 입자가 커다란 영향을 끼치고 있다. 이 작은 입자들은 인간이나 동물이 호흡할 때 폐 깊숙히 침투되기 때문이다. 미세 입자 중에서 0.3~1.0㎛의 크기를 가지는 입자는 시야를 감소시키는 역할을 한다. 미세 입자는 불완전 연소, 대기 중의 1 차 오염물질의 화학적 반 응, 고온 응축 과정을 통해서 생성된다. 이러한 입자들은 작고 가볍기 때문에 대기 중에 수 일 또는 수 주일간 떠 다니기도 한다. 작은 입자는 대기 중에 오랫동안 떠 다닐 뿐만 아니 라 입자가 작을수록 표면적이 증가하기 때문에, 입자가 중금속을 포함하고 있을 때에는 중 금속의 농축률이 급격히 증가하게 되어 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.

거대 입자의 영향 : 거대 입자는 주로 바람에 날린 토양의 먼지가 주종을 이루고 있으며, 기 계적 분쇄 과정에서 생성된다. 일반적으로, 거대 입자는 미세 입자에 비하여 대기 오염에는 적은 영향을 끼치고 있다. 대부분의 거대 입자는 수 분 내지 수 시간 동안 떠 있다가 지면 에 도달하게 된다. 거대 입자는 정상적으로 코를 통하여 호흡을 하면 그다지 큰 문제가 되 지 않는다. 입자 상태의 오염 물질로 인하여 발생되는 문제로는 가시 거리를 감소시키는 것 이다. 입자들이 빛을 산란시키거나 흡수하기 때문이다. 특히, 대도시에서는 입자 상태의 물 질들이 햇빛 투과를 감소시킨다. 또한, 높은 산에서 도시를 내려다볼 때 잘 보이지 않는 것 도 이와 같은 입자들이 많기 때문이다. 이와 같은 이유 때문에 먼지가 적은 시골에서 일출 이나 일몰을 볼 때보다는 먼지가 많은 도시에서 보면 더 붉은 놀이 보인다. 거대 입자와 미 세 입자의 총합을 먼지(TSP(TSP는 Total Suspended Particulate의 약어로, 총 부유 분진을 의미한다.))라고 한다.

가스상의 오염물질

대기는 입자 상태의 물질 또는 기체 상태의 물질로 오염된다. 이러한 물질은 적은 양도 우리몸에 해롭고, 불쾌하게 만든다. 기체 상태의 오염 물질은 연소 과정에서 발생하기도 하고, 액체 상태에서 기체 상태로 기화하는 과정에서 발생하기도 하며, 대기 중에서 화학 반응을 통하여 만들어 지기도 한다. 이러한 것들을 살펴보면 다음과 같다.

탄소 산화물 : 탄소 함유 기체로는 일산화탄소(CO), 탄화수소(탄소와 수소 화합물의 총칭) 및 산화탄화수소(탄소, 수소, 산소로 구성된 화합물의 총칭이며, 알코올이나 유기산 같은 다양한 계열을 포함한다)가 있다. 일산화탄소는 화석 연료의 불완전 연소 과정 중에 생성되며, 무색 무취로 독성을 가진 기체이다. 저농도 에서도 만성 노출은 인체에 위험하다. 일산화탄소가 인체에 끼치는 영향은 실외보다 실내에서 심각하며, 불완전 연소시 발생하는 일산화탄소로 인하여 귀중한 생명을 잃는 경우가 있다. 탄화수소는 탄소와 수소의 다양한 비율로 구성된 화합물이며, 산화탄화수소는 탄소, 수소 및 산소로 구성된 화합물로서, 연소 과정에서 생성되기도 하며, 햇빛에 의하여 탄화수소와 산소의 화학 반응에 의하여 만들어진 2차 오염 물질이다. 탄화수소와 산화탄화수소는 대부분 발암 물질이며, 벤젠은 대표적인 발암 물질 중의 하나이다. 산업 혁명 이후 인간 활동에 의한 오염 물질의 양이 급격히 증가하기 시작하였다. 그 중의 하나가 화석 연료의 사용으로 인하여 발생하는 이산화탄소이다. 1960년경까지는 대기 중에 포함된 이산화탄소의 농도가 완만히 증가하여 왔다. 그러나 그 이후 급격하게 이산화탄소의 농도가 증가하고 있다. 이러한 추세로 이산화탄소 의 농도가 증가되면 2065년에는 약 600 ppm에 도달할 것으로 추측하고 있다. 대기 중 이산 화탄소의 농도가 현재의 약 2배가 되면 온실 효과의 영향이 더 많이 나타날 것으로 생각된 다.

황산화물 : 황 함유 오염 기체로 대표적인 것으로 이산화황(SO2)이 있다. 황을 함유하고 있 는 연료가 연소할 때, 황은 공기 중의 산소와 결합하여 SO2 가 만들어지는데, 높은 농도에 서 매우 자극성이 있는 기체이다. 또한 납, 아연, 구리 등에 제련 과정에서 많은 양의 SO2 가 배출된다. 또, SO2 는 공기 중에 있는 다른 물질과 반응하여 황산염과 같은 물질을 만들 어 낸다. 1948년에 미국 펜실베이니아 주의 도노라(Donora), 1952년에 영국 런던(London)등 에서 SO2 와 황산 입자의 오염물이 대기의 정체 현상으로 인하여 농축되어 고농도 때문에 심각한 기관지 문제가 발생하기도 하였다. 그 밖에도 황을 포함하는 오염 기체로는 메르캅 탄(mercaptan)과 황화수소(H2S)가 있다. 메르캅탄은 탄소, 황, 수소의 화합물로서, 유기물을 분해시킬 때 황화수소와 더불어 발생한다. 이들 기체는 달걀 썩은 냄새가 난다. 1996년 우리 나라의 주요 도시별 SO2 오염도의 측정값은 연평균으로는 대구가 가장 높고, 광주가 가장 낮다. 그리고 서울의 SO2 오염도가 가장 많이 줄어든 것이 두드러진 현상이다

질소 산화물 : 질소 함유 기체로는 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 아산화질소(N2O), 무수 질소(N2O5)등이 있다. NO는 무색이며, 고온에서 연료의 연소로 발생되는 기체이다. 그러나 산소와 반응하여 NO2를 만든다. 특히, 이 반응은 광화학적 스모그(Smog(Smog는 Smoke 와 Fog의 합성어 이다.))가 일어나는 조건에서 잘 일어난다. NO2는 자극성의 기체로 농도 가 진하면 갈색을 띤다. 이러한 질소 산화물의 가장 큰 발생원으로는 화력 발전소, 주거 난 방, 산업용 연료의 연소 및 자동차 배기 가스 등이 있다. 질소 산화물은 광화학적 스모그와 산성비 생성의 주원인이 된다.

오존(O3) : 오존은 산소 원자 3개로 이루어져 있다. 성층권에 서는 산소가 자외선을 받아 오존이 발생된다. 오존층은 주로 고도 20~40 km 사이의 성층권에 가장 많이 분포한다. 산소 분자(O2)는 성층권에서 파장이 매우 짧은 자외선의 광분해 작용에 의하여 두 개의 산소 원 자(O)로 나누어지고, 이 산소 원자와 산소 분자가 결합하여 오존이 형성된다. 성층권에서는 오존이 끊임없이 만들어지고 파괴되어 정상 상태를 이룬다. 즉, 오존이 만들어지는 속도와 파괴되는 속도가 균형을 이루어 일정한양의 오존이 존재한다. 오존은 번개에 의해서도 생성 된다. 그 밖에도 대류권에서 질소 산화물과 식물에서 방출된 탄화수소의 광화합 반응으로 생성된다. 오존은 광화학 스모그의 가장 중요한 인자가 된다. 우리 나라 주요 도시의 O3 오 염도를 측정한 연평균값을 살펴보면, 부산이 가장 높고, 인천이 가장 낮음을 알 수 있다.

염화플루오르화 탄소 : 염화플루오르화탄소(chlorofluorocarbons, CFCs)의 사용은 남극의 오 존층을 파괴시키고, 또한 대기 중의 있는 황산화물, 질소 산화물, 탄화수소 등이 질병을 유 발하고 금속 표면을 부식시킨다. 이와 같이, 대기가 오염되면 우리 생활에 심각한 영향을 끼 치게 된다. 이는 바로 대기 오염의 중요성을 의미한다. 오존층이 감소하면, 태양 복사 광선 중에서 지구에 도달하는 자외선의 양이 증가하게 되어, 동식물에 피해를 주게 된다.

액체상태의 오염물질

산성비 : 산성비 또는 산성 강수는 생태학적으로 심각한 영향을 주며, 넓은 지역에 그 영향을 끼치고 있으므로 매우 심각한 문제이다.

석탄이나 석유와 같은 화석 연료의 연소 때문에 황과 질소 산화물의 배출량은 매년 증가되고 있다. 이 배출물들은 복잡한 화학 반응을 통하여 산으로 바뀌고, 다시 비나 눈으로 지면에 돌아오게 되어, 자연 생태계에 심각한 영향을 주고 있다.

대기 중에는 자동차의 배기 가스, 공장 연기, 발전소의 연기 등에서 나오는 이산화황, 이산화질소 등의 기체가 공기 중의 수분과 반응하여 황산이나 질산이 되어 빗속에 섞여 내기게 된다. 오염되지 않은 비는 대기 중의 이산화탄소가 녹아 있어 수소 이온 농도 지수(수질의 산성이나 알카리성 정도를 나타내는 수치로, pH 7은 중성이고, 이보다 작으면 산성, 크면 알카리성이라 한다) 가 pH 5.6 정도의 약산성이다. pH가 5.6 미만의 비를 산성비라고 한다.

산성비는 국경을 넘어서도 내린다. 스웨덴에는 산성비로 인하여 호수 10만 개 중에 2만개 정도가 생물이 살 수 없는 죽음의 호수로 변했고, 노르웨이에서는 20%정도의 호수에서 어 패류, 플랑크톤이 죽어 버렸다고 한다. 이렇게 호수에 동물이 살 수 없게 된 것은 산성비 때 문이며, 그 원인은 천 km도 넘게 떨어져 있는 영국과 독일에서 날아오는 오염 물질로 인하 여 산성비의 피해를 받기 때문이다.

우리 나라에서도 대기 오염 물질뿐만 아니라 중국에서 황사와 함께 대기 오염 물질이 날아와 산성비가 내리게 된다. 따라서, 공장이 없는 서해안의 섬에서도 산성비가 내린다. 산성비 속에는 염산, 황산, 질산 성분이 있어 금속이나 광물도 녹이며, 식물이나 동물의 세포를 파괴시켜 생명체에도 피해를 준다.

산성비가 오랫동안 내리 면 토양이 산성화되고, 식물이 자라지 못하며, 농작물의 수확량이 죽어들고, 흙 속의 지렁이 나 미생물도 죽게 된다. 산성비로 호수가 산성화되면 물고기도 죽고, 사람이 산성비를 맞으 면 저항력이 약해지고, 피부가 빨리 노화되며, 피부병이나 피부암에도 걸릴 수 있다.