오염물질의 성상 - 미세먼지

미세먼지는 입자 형태로 된 오염물질이고, 이 입자에는 단순한 흙 성분만 있는 것이 아니며, 여러 가지 중금속이 함유되어 있어 인체에 심각한 영향을 미치게 된다. 지구가 처음 생겼을 때는 오염발생원이 그리 많지 않았으며 화산 폭발이나 산불과 같은 자연재해가 가장 중요한 오염물질 발생원이었으나, 그때는 이런 오염물질을 분산시키거나 희석시키기에 충분한 바람과 비가 있었다. 그러나 인간이 인위적 오염물질을 발생시키고 급격하게 증가시킨 반면, 자연의 공기정화능력은 둔화시킨 결과가 초래되어 오염을 가중하게 되었다.
영국에서는 한 때 런던 시내의 대기오염이 심각하여 석탄의 사용을 강력하게 억제하였으며, 위반 시 사형에 처한 적도 있었다. 이보다 앞서 우리나라에서도 신라때 매연발생을 억제하기 위해 나무를 연료로 사용하는 것을 금하고 숯의 사용을 권장한 적이 있다고 하므로, 보기에 따라서는 역사적으로 우리나라가 대기오염 방지를 법제화한 최초의 국가 인지도 모르겠다.
먼지 불리는 입자상 오염물질은 다양한 경로로 생성된다. 알레르기의 원로인 물질인 진드기, 여러 가지 질병의 원인이 되는 박테리아와 바이러스, 봄에 산천을 뽀얗게 덮는 꽃가루 등과 같이 살아 있는 생물성 오염물질로 이루어진 먼지를 비롯해서, 바닷물 속의 소금 알갱이가 수증기와 함께 증발하여 수백 킬로미터의 상공을 날아 공기 중에 떠 있게 되는데, 이들 모두가 먼지의 구성성분 중의 한 종류이다.
자동차의 매연, 아파트의 보일러실이나 공장의 굴뚝에서 나오는 연기, 채석장이나 시멘트 공장, 공사장 등에서 나오는 먼지, 쓰레기 태울 때 생기는 연기와 재, 또사람이 옷을 입고 벗거나 할 때, 아이들이 뛰어다닐 때, 요리할 때도 먼지가 발생하고, 중국 내륙 사막에서 발생하여 비자도 없이 쉽게 우리나라로 입국하는 황사도 심각한 먼지의 하나로 여러 가지 환경문제와 사회문제를 일으키는 것은 이미 모두에게 알려진 사실이다.
수질오염(汚染)이나 쓰레기와 같이 눈에 보이는 오염과 소음이나 진동과 같이 생활에 직접적인 영향을 미치고 즉시 문제를 일으키는 오염에 대해서는 자연적으로 관심이 높을 밖에 없으나, 상대적으로 대기오염이나 실내공기오염과 같이 즉각적인 문제점이 적고, 오염물질의 종류가 다양하여 처리방안이 쉽게 강구되지 않고, 오염발생원을 쉽게 확인할 수 없어 책임소재를 파악하기가 어려운 오염에 대해서는 관심이 낮은 편이다. 아직도 공장이나 자동차에서 배출되는 냄새나는 검은 연기와 담배연기와 같이 심각성이 높은 오염만이 공기오염물질의 전부로 생각하는 사람이 적지 않다. 미세먼지에 의한 오염은 전 세계적이며, 무관심에 의한 오염 정도의 악화는 심각한 수준에 도달하여 문제성이 점점 증대되고 있다.
다음 그림 3-1은 미세먼지의 입자크기질량농도 사이의 관계를 와프로 나타낸 것인데, 이 그림에서 보듯이 입자 크기가 작다고 해서 반드시 공기 많이 존재하는 것은 아니다. 입자의 크기(입경)가 크다고 하더라도 기류를 잘 타는 형태를 갖춘 입자가 공기 중에 많이 부유하게 된다. 다시 말해 분진의 입경과 부유분진의 질량농도는 반드시 비례하는 것이 아니다.
이제는 소설 속에서도, 마을 어귀에서 낙엽 태우는 냄새를 아련한 향수 냄새나 고향의 냄새로 쓰면 안 될 지경에 이르렀다. 이것은 불법소각으로 아파트 단지에서도, 동네 한 구석에서도, 시장 어귀에서도 작은 규모로 이루어지고 있어 봄철이나 겨울철의 분진 발생의 주범이 되고 있다. 그러나 이제 이와 같은 불법소각에서 발암물질인 다이옥신이 발생한다는 것을 아는 사람은 다 알고 있다.
미세먼지는 미스트, 먼지, 연기, 훈연, 에어로졸, 안개, 박무, 스모그 등과 같이 여러 가지 형태로 대기 중에 존재한다. 이런 미세먼지는 오염물질 종류와 양, 지형, 풍향, 풍속, 일사량, 습, 온도변화 등에 따라 확산 이동 형태가 달라지고, 또 이런 대기오염물질은 실내공기과의 오염에 직간접적으로 영향을 미치게 된다. 그러면 이와 같은 여러 형태의 대기오염물질은 그 성상이 어떻게 다른지 한번 짚고 넘어가자.
1) 미스트는 증기가 응축하거나 화학반응을 일으켜 생성되는 액체입자로서 주성분이 물이지만 안개와는 구분된다. 미스트는 안개보다 투명하며 입자의 크기가 0.5~3.0㎛이고, 우리말로는 연무라고도 한다. 예를 들면 아황산가스(SO)는 흡습성이 높고 이슬점이 22℃인 기체이므로, 이 온도 이하에서는 물과 반응하여 황산미스트가 된다.
2) 먼지는 입자의 크기가 비교적 큰 고체입자로서 석탄, 재, 시멘트와 같은 물질의 처리, 운송, 사용 과정에서 발생하며, 모래, 흙 등과 같이 기계의 작동이나 분쇄 과정에서 발생하기도 한다. 입자의 크기는 1~100㎛로 다양하다. 그래서 먼지는 일반적으로 사람들이 인식하고 있는 오염물질인데, 단순한 광물질로만 있을 때보다 표면에 다른 종류의 오염물질이 묻어 있을 때, 먼지 그 자체보다 덧묻은 오염물질 때문에 아주 주의해야 하는 오염물질이다.
3) 연기는 고체 또는 액체의 불완전 연소로 생기는 미세입자가 공중에 부유하고 있는 현상으로, 주로 탄소(C)성분과 연소물질로 구성되어 있다. 연기 중에 포함되어 있는 그을음이나 황산(H2SO4) 미립자가 대량으로 방출되면 대기 중의 수증기를 응결시켜 핵이 되고 안개를 만들어 스모그 발생의 원인이 된다. 연기도 단순히 탄소성분과 연소물질로만 구성되어 있을 때보다. 생산공정에서 배출되는 오염물질을 포함한 배기가스가 포함되기 때문에 그 위험성이 더 높을 수밖에 없다.
4) 훈연은 고체의 승화, 액체의 증발 또는 화학반응 과정에서 발생하는 증기가 공기나 기체 속에서 응결하여 생성되는 것으로, 입자크기 1㎛ 이하의 고체입자이다. 담배연기와 황산의 흰 연기가 대표적인 훈연이다. 용과 같이 고온에서 이루어지는 금속의 용융 과정 많은 양의 품에도 이 발생하므로 용접공은 주의해야 한다.
5) 에어로졸은 기체 중에 고체 또는 액체의 미립자가 분산 부유하는 것으로 연무 또는 연무라고도 한다. 화학적으로는 공기 중에 콜로이드12)(colloid) 입자가 존재하는 상태를 말한다. 스모그도 연무질의 일종이며, 환경기준에서는 부유분진과 같은 오염물질로 분류된다.
6) 안개는 증기의 상태로부터 응결에 의해 생성되는 미립자의 물방울로서 공기 중에 부유하는 현상을 말한다. 입자의 크기는 수㎛에서 100㎛ 까지의 범위이며, 상대습도는 100%에 가깝다(상대습도가 70% 이하일 때를 박무라고 하여 안개와 구분한다). 그리고 안개가 끼었을 때 수평 시정거리는 1km 이하이다. 안개 중에서 시정거리가 1km 이상인 것을 미스트라 한다.
7) 박무는 단어 뜻 그대로 옆은 안개를 말하는데, 아주 작고 건조한 입자가공기 중에 떠 있는 현상이다. 입자 크기는 1㎛보다 작으며 오염물질, 수분, 먼지 등으로 구성되어 있다. 안개와 박무 습도 차이로 구분하는데, 앞에는서 설명한 것과 같이 상대습도가 70% 이하일 때를 박무라 하며, 박무는 배경이 어두울 때는 청자색을 띠고 밝을 때는 황갈색을 띤다.
8) 스모그는 연기와 안개의 합성어로, 물리적으로 이 두 가지물질이 혼합되어 기체 형태로 된 것을 말하며, 주로 도시나 공장지대에서 발생하며 대기오염의 원인이 되는 물질이다. 날씨가 좋아 바람이 없는 밤부터 아침에 일찍 공기가 찰 때 발생하기 쉽고, 이때 역전층이 형성되기 때문에 연기나 배기가스가 상공으로 빠져 올라가지 못하고 지상에 축적되어 짙어지게 된다. 석탄의 매연에 의한 런던형 스모그와 자동차 배기가스에 의한 로스앤젤레스형 스모그는 수많은 사람이 죽고 앓아누워, 역사적으로도 환경 사적으로도 유명한 사건으로 기록되어있다.
스모그가 발생하게 되면 시계가 나빠지고, 인체에 악영향을 미치게 되는것은 알려진 사실이다. 이 용어는 18세기 유럽에서 산업혁명이 일어나면서 산업발전과 인구증가로 인해 석탄 소비가 증가할 때부터 생겼는데, 기록에 따르면 1872년 런던에서 스모그로 인한 사망자가 243명이나 발생했고, 1952년에 12월 5일에서 9일 사이의 5일 동안에 수천 명의 사망자를 낸 London smog사건은 유명하다. 그 후 석탄 사용량이 많은 동절기, 즉 1956년 1월, 1957년 12월, 1962년 12월에도 London smog는 발생했는데, 이 사건 때문에 영국에서는 공기청정법이 제정되었다.
19세기 중엽부터 고체인 석탄에서 액체인 석유로 연료가 전환되었지만, 같은화석연료로 탄화수소(hydrocarbon)가 주성분이어서 스모그 문제는 계속하여 발생하였다. 특히 제2차 세계대전 후에는 자동차와 같은 내연기관이 가솔린, 중유 등을 사용하게 되면서, 석유에 의한 스모그 문제는 도시문제로 대두되었다.
스모그 중에서 보일러의 연소나 산업시설에서 발생하는 배기가스에 의한 런던형 스모그는 화학반응인한 환원형(元形스모그로 분류하고,으로 자동차의 배기가스에 의한 로스앤젤레스형 스모그는 산화형은 구분한다. 로스앤젤레스형 스모그는 자동차의 배기가스 속에 함유된 올레핀계 탄화수소와 질소산화물의 혼합물이 태양광선 중 자외선에 의한 광화학반응으로 생기는 산물이므로, 광화학스모그라고도 한다. 로스앤젤레스형 스모그는 시정거리를 감소시키고 눈, 코, 호흡기에 자극증상을 일으키며 식물의 성장에도 장애요인이 된다. 우리나라의 대도시에서 발생하는 스모그도 이 형의 광화학스모그가 많아지고 있는 실정이다.