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가. 성상
(1) 특성
이산화황(SO2)은 물에 대단히 잘 녹는 무색의 자극성이 있는 불연성 가스로써 황산화물(SOx) 중
에서 가장 많은 양을 점하고 있으며, 대기중에서 산화된 후 수분과 결합하여 황산(H2SO4)이 됨
(2) 성상
분자량 64.07, 비중 2.2630, 녹는점 -72.7℃, 끓는점 -10.2℃, 물에 대한 용해도 : 10.5g/100g
나. 생성 및 소멸
(1) 생성
(가) 자연적 : 화산가스, 광천 등
(나) 인위적
- 황성분이 함유된 물질의 연소, 금속의 용융·제련, 황산제조, 석유정제 및 화학비료제조 과정등
- 유황함유 연료의 연소시 배출가스중의 95% 정도는 SO2, 나머지는 SO3 형태임
(2) 소멸
(가) 소멸기전 : 배출구에서 고농도 상태로 대기중으로 배출되면서 혼합·희석되며, 대기중
에서 물리적 현상에 따라 제거되거나 화학적 반응에 의하여 다른 물질로 변
하는 등 자연적으로 소멸됨
(나) 소멸기간 : 대기에서 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간은 약 4시간이고 전체가 소멸되
는 데에는 약 25일이 걸림
(다) 배경농도 : 전지구적 대기중의 배경농도는 1ppb 정도임
다. 독성 영향
(1) 급·만성 독성
- 이산화황으로 오염된 대기에 노출되면 눈이나 코, 상기도의 점막 등을 통해서 감각적인 영
향을 받게 되고 잇따라 생리적인 반응이 일어나며, 계속해서 노출되면 그 증상이 악화
되어 급성피해가 나타나고, 이 피해가 여러번 반복해서 일어날 때는 만성피해로 바뀜
- 급성피해로는 불쾌한 자극성 냄새, 시정감소, 생리적 장애, 압박감, 기도저항 증가 현상
이 나타나고, 만성피해로는 폐염, 기관지염, 천식, 폐기종, 폐쇄성 질환 등이 나타남
※ 런던 스모그 사건
- 스모그란 smoke와 fog의 합성어로서 대기오염물질이 기온, 풍향, 풍속 등의 기상조건과 지리
적 조건에 의하여 지역적으로 그 농도가 높아져 안개와 반응하여 일어나는 대기오염현상임
- 런던 스모그는 공장, 빌딩, 가정 등에서 배출된 이산화황 가스와 먼지가 안개와 반응하여 생
성된 것으로 스모그가 심했던 해는 1880, 1892, 1948, 1952년 등이었으며, 특히 1952년 12월 5
일 런던 상공을 덮은 스모그는 가히 위협적이었음
- 그 때, 고기압성의 정체된 공기덩어리에 의하여 생성된 지속적인 기온역전층이 런던의 지표
바로위에 걸려 있었고 바람은 거의 불지 않았으며, 안개로 인하여 습도는 약 90%였음
- 이 상태가 5일간 계속되어 이산화황 농도는 최고 0.7ppm(우리나라 24시간 평균치 : 0.14 ppm
이하)까지 올라감
- 그 결과, 런던지역에서는 평소 기간보다 약 4천명이나 더 많은 사망자가 발생했고, 입원환자
는 48%, 외래환자는 108%나 증가했음
- 입원환자 중 호흡기질환 환자의 수가 3배로 증가하는 한편, 급성 호흡기질환으로 사망한 수는
약 10배로 늘어남
- 피해 대상자들은 주로 노인, 어린이, 환자 등 비교적 허약한 체질의 사람들이었으나 전연령층
에 심폐성질환이 급증하였고, 특히 45세 이상는 중증이었음
(2) 인체 노출량 관계
- 대기중의 이산화황은 수용성이 크기 때문에 호흡작용에 의해 그 대부분이 상기도에 흡수
되어 기관지, 눈, 코 등의 점막을 통해 자극을 주며, 농도가 높을수록 호흡을 빨리하면 할
수록 점막에 많이 흡수되고 기관지까지 도달하는 양도 많아져 그 피해도 커짐
- 점막에 흡착된 이산화황은 점액과 반응하여 황산을 형성함으로써 결국 염증을 일으켜 세
균과 바이러스에 의한 2차적 감염을 쉽게 하고, 이러한 기전으로 안질환을 일으킨다는 보
고가 많으며, 특히 안개가 많고 습도가 높을 때 호흡기질병의 이환율이 높고 사망율도 높
다는 보고도 있음
라. 규제 법규 및 각종 기준
(1) 환경기준
(가) 의의 : 많은 나라들이 인간이 생활하는 환경의 질을 인간 생존에 적정한 수준으로 유지
하기 위하여 행정 목표기준인 환경기준을 설정하여 환경의 질을 평가하고 환경
정책을 계획하는 지표로 삼고 있음
(나) 근거
- 환경정책기본법 시행령 제 3조에 동 물질을 환경기준 항목으로 정하고 있음
- '79년도에 연평균 농도 0.05ppm으로 설정·관리해 오다 '93년 말에 0.03ppm으로 강화함
(다) 기준 : 표 2.2.2는 주요 국가의 이산화황 환경기준을 보인 것으로 우리나라는 다른 나라
와 대동소이함
(2) 배출허용기준
(가) 우리나라
① 근거 : 환경기준을 달성·유지하기 위하여 배출허용기준을 두게 되며, 우리나라는 대기
환경보전법 제 9조와 관련하여 시설 및 단계별로 기준을 정하고 있음
② 기준 : 시설별로 '95년까지는 300∼1,950ppm을, '96년∼'98년 사이에는 150∼1,950ppm을,
'99년 이후는 150∼650ppm을 준수하도록 강화.예시하고 있음
- 일부 배출시설에 대한 배출허용기준은 표 2.2.3에서 보는 바와 같음
표 2.2.3 일반 보일러의 이산화황 배출허용기준
구 분 |
기 준(ppm) |
비 고 |
'96~'98 |
'99~ |
저황유 사용지역 |
540(4) |
540(4) |
( )안은표준산소농도임 |
기타지역 |
1,950(4) |
540(4) |
- 작업환경에서의 허용한도는 시간가중 평균치(TWA)로 2ppm 임
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 확
대하고, '93년도에는 이 기준을 더욱 강화(B-C유 : 1.6%-S -> 1%-S, 경유 :
0.4%-S -> 0.2%-S)함
④ 청정연료 사용 의무화 : 도시가스의 보급확대를 위해 '88년에 서울시내 2톤 이상 보일
러(업무, 영업, 공공용)에 그 사용을 의무화한 이후 점진적으로 확대하고 있음
(나) 선진국
미국, 일본 등 선진국의 화력발전소 SO2 규제치는 표 2.2.4와 같음
표 2.2.4 미국·EC·일본의 배출규제치
구 분 |
미 국 |
EC |
일 본(3) |
신 설 |
기 존(1) |
기 존(2) |
기존 및 신설 |
신 설 |
기 존 |
1% S의
석탄(mg/Nm3) |
166 |
2,380 |
1,140 |
400 |
170 |
430 |
2.5% S의
석탄(mg/Nm3) |
208 |
2,380 |
1,140 |
400 |
170 |
430 |
주3) 일본은 동경에서 유효 배출구높이를 300m, K를 1.17(신설) 및 3.0을 적용한 경우임
① 일본
주1) 1995. 1. 1부터 적용, 주2) 2000. 1. 1부터 적용
- 일본은 '68년도에 K치규제를 시행한 이후 K값을 8차례에 거쳐 강화함
- 지역에 따라 정해진 K값(3.0∼17.5 사이의 16등급, 작을수록 엄격함)에 유효 배출구높이
를 곱하여 이산화황의 배출량(K·H2·10-3 Nm3/hr)을 규제하는 총량규제 및 연료 규제
를 실시함
- 이러한 규제에 따라 '92년도에 내수용 B-C유의 평균 황함유율이 1.05%에 이르렀고, 배
연탈황시설도 총 2,014기가 설치.운영되고 있음
② 미국
- 화력발전에 의한 이산화황 배출 기여율이 80%에 상당한 것으로 보고됨
- '90년도에 개정된 대기청정법에서 이들 중오염 석탄화력발전소의 이산화황 배출기준
을 기존 및 신규시설로 구분하여 표 2.2.4와 같이 규제함
- 초과방지시설에 의한 여분의 배출량 저감치는 배출거래권을 인정하여 현물시장에서
거래할 수 있도록 함
- 또한 5년 단위의 삭감목표를 정해 '95년 및 2000년까지 각각 500만톤씩 감소시켜
2000년에 '90년(약 2000만톤) 대비 반으로 줄일 계획임
-EC는 '93년에 '87년 대비 25%, 2003년에 60% 삭감 계획임
마. 오염 현황
(1) 1차에너지 소비량
- '80년대 후반에서 '90년대 초까지의 우리나라 1차에너지 소비량은 그림 2.2.1과 같음
- 동 기간중 석탄의 증가 추세는 찾아볼 수 없으나 석유류는 대폭 증가한 반면 LNG 및 수력·
원자력 발전에너지는 다소 증가하였음
(2) 이산화황 배출량
- 화석에너지의 소비에 따른 이산화황의 연간 배출량 추이는 그림 2.2.2와 같음
- 그림에서 '90년을 기준으로 동 물질이 감소하는 추세를 보이고 있는데 이는 정부의 대기
환경시책에 힘입어 황함량이 적은 유류나 LNG 등의 사용량 증가에 기인한 것이며, 특히
난방부분에서 괄목할 만큼 줄어들었음
(3) 1인당 에너지 사용량과 이산화황 배출량
-그림 2.2.3 및 2.2.4는 주요 국가의 연간 1인당 에너지 사용량과 이산화황 배출량을 보인 것임
- 우리나라의 에너지사용량은 선진국에 비해 30∼70% 수준인데 반해, 이산화황 배출량은 미국
및 영국을 제외하고는 오히려 1.5∼5배 많음
(4) 도시별 이산화황 연평균 농도
- 그림 2.2.5는 주요 도시의 연평균 이산화황 농도의 추이를 보인 것임
- '93년도 기준, 서울은 다른 도시에 비해 약 2배 정도 높은 농도를 보이고 있으나 감소추세로
볼 때 대폭적으로 개선되고 있음
-서울의 '94년도 및 '95년도 연평균 농도는 0.019 및 0.017(ppm) 임
바. 문제점
(1) 자체적으로 독성이 있을 뿐만아니라 산성비를 유발하는 대표적 오염물질로, 화석에너지의
청정화에도 불구하고 꾸준한 사용량의 증가와 국부적으로 화력발전소와 같은 대단위 배출
원이 위치하거나 위치할 지역의 이산화황 배출량 증가는 피할 수 없을 것임
(2) 난방용 연소시설(가정, 상업)로 부터 배출되는 이산화황은 청정연료의 사용으로 저감이 기
대되지만 동절기중에 오염물질이 집중 배출되는 계절적 특성이 있음
(3) 발전용 연소시설과 같은 대단위 배출시설이 입지한 울산, 인천, 서산 등의 주변지역에서는
전국적인 이산화황 배출량의 저감에도 불구하고 오염피해가 우려되며, 이들을 일반 연소시
설과 동일한 규제방식으로는 대책마련이 곤란함
(4) 산업용 연소시설은 B-C유를 주로 사용하고 있으며, 그 저감대책이 저황유 공급으로 되어
있어 황함유율 기준강화 및 공급물량 확보 등에 한계가 있음
사. 대책
이산화황 저감을 위해서는 황함량이 적은 연료를 사용하는 것이 가장 바람직한 방법이겠지만, 현
실적으로 연료에만 의존할 수 없으므로 배출가스중의 이산화황을 제거하는 배연탈황 방법이 강구
되어야 할 시점임
(1) 대형 배출원에 대한 "배출허용 총량 규제제도" 도입
(2) 연료 황함유 기준의 단계적 강화 및 연료의 황함량에 따른 가격 차 확대
(3) 신규 석탄화력 발전시설은 배출허용 총량의 범위내에서 석탄가스화기술(IGCC), 유동층 연
소보일러 설치등 저공해 발전기술의 도입
(4) 우심지역부터 대형 배출시설에 대한 배연탈황시설 설치의 의무화 등
- 선진국에서 보급되고 있는 배연탈황기술은 배출가스 중의 이산화황을 가성소다 용액에 흡수
시키는 방법, 석회석이나 백운석에 흡착시키는 방법, 황산으로 회수하는 방법, 탄소황으로 회
수하는 방법 등임
참고문헌
1. 국립환경연구원, (1995), 대기오염물질 배출량.
2. 김희강외, (1993), 대기오염개론, 동화기술.
3. 에너지경제연구원, (1994), 에너지통계연보.
4. 전국환경관리인연합회, (1994), 환경관계법규, 홍문관.
5. 환경부, (1995), 대기오염측정종합자료집.
6. John Quarles etc., (1990), The New Clean Air Act, Morgan, Lewis & Bockius.
7. OECD, (1995), OECD Environmental Data.
8. Leighton S. Cochran, (1992), Selected International Receptor-Based Air Quality Standards, Air
& Waste Management Association Vol 42, No. 12.
9. S. Stallard Black & Veatch, etc., (1993), Comparison of Worldwide Emission Control
Strategies and Their Effects on Plant Availability and Costs, 1993 SO2 Control Symposium.
10. 環境廳, (平成 6年), 環境白書.
11. 環境保全對策硏究會, (平成 5年), 大氣汚染對策の 基礎知識.
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SO2 (이산화황)