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다이옥신이란?
다이옥신이란?
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다이옥신의 사전적 의미는 [폴리염화디벤조-파라-디옥신] 약어로써 영어로는 polychlorinated dibenzo-p-dioxins로 기재합니다. 폴리(poly)는 「많은」, 염화는 「본래는 수소원소가 붙어 있지만 염소로 치환되어 있는」이라고 하는 것을 의미합니다. di는 「두 개」의 의미로, 디벤조(dibenzo)는 「벤젠환이 둘」, dioxin은 「산소가 둘」, 파라(p)는 「두개의 산소가 대변하고 있는」이라는 의미입니다. 즉 다이옥신은 「다수의 염소가 치환되어 있는 두 개의 벤젠환이 두 개의 산소와 대면하고 있는」이라고 하는 기본골격을 가진 화학물질이라고 하는 것이 됩니다. 영문의 약어로는 PCDD또는 PDSSs로 기재하고 있습니다. 다이옥신의 화학적 구조는 두 개의 벤젠고리에 염소가 여러개 붙어 있는 화합물로 산소가 두 개인 다이옥신류와 산소가 한 개인 퓨란류를 합하여 말하며 210종류가 있습니다.
- 다이옥신류(polychlorinated dibenzo-p-dioxins, PCDDs): 75종류
- 퓨란류(polychlorinated dibenzofuran, PCDFs) : 135종류
다이옥신류 및 퓨란류의 이성체수*괄호는 2,3,7,8,-치환이성체수
| 염소수 | 분자식 | 분자량 | 다이옥신류 | 분자식 | 분자량 | 퓨란류 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | C12H8CIO2 | 218 | 2 | C12H7CIO | 202 | 4 |
| 2 | C12H8CI2O2 | 252 | 10 | C12H8CI2O | 236 | 16 |
| 3 | C12H5CI3O2 | 286 | 14 | C12H5CI3O | 270 | 28 |
| 4 | C12H4CI4O2 | 320 | 22(1)* | C12H4CI4O | 304 | 38(1) |
| 5 | C12H9CI5O2 | 354 | 14(1) | C12H9CI5O | 338 | 28(2) |
| 6 | C12H2CI8O2 | 388 | 10(3) | C12H2CI8O | 372 | 16(4) |
| 7 | C12HCI7O2 | 422 | 2(1) | C12HCI7O | 406 | 4(2) |
| 8 | C12CI8O2 | 456 | 1(1) | C12CI8O | 202 | 4 |
| 총계 | - | - | 75(7) | - | - | 135(10) |
왜 다이옥신이 그렇게 위험한 물질일까?
다이옥신은 상온(25°C)에서 무색의 결정성 고체이며, 자연계에 한 번 생성되면 잘 분해되지 않고 안정적으로 존재하게 됩니다. 토양이나 침전물들 속에서 축적되고 생물체내로 유입되면 수십년 혹은 수백년까지도 존재할 수 있습니다. 다이옥신은 물에 잘 녹지 않습니다. 그래서 생물체 안으로 들어온 다이옥신은 오줌으로 잘 배설되지 않습니다. 그러나 다이옥신은 지방에는 잘 녹습니다. 그래서 생물체의 지방조직에 잘 축적됩니다. 모든 동물은 물을 마시거나 숨을 쉬거나 음식을 먹음으로서 다이옥신을 섭취하게 됩니다. 그러나 사람은 먹이사슬의 가장 높은 자리를 차지하고 있기 때문에 모든 동물들이 먹은 다이옥신은 최종적으로 사람의 몸속에 축적되는 것입니다.
다이옥신 단위
일반적으로 무게의 단위로 그램, 킬로그램이 사용되지만 환경오염물질 단위로는 밀리그램(㎎, 1g/1,000), 마이크로그램(㎍, 1g/1,000,000)이 사용되고 있습니다. 그러나 다이옥신에 대해서는 더욱 더 미량으로 나노그램(ng, 1g/10억), 피코그램(pg, 1g/1조)의 단위가 사용됩니다. 특히 환경오염의 실태와 독성영향평가를 나타내는 경우에는 피코그램이 통상적으로 사용되며, 그보다 더욱 미량인 경우는 팸토그램(fg, 1g/1천조) 단위가 사용됩니다. 다이옥신이 토양이나 식품 등의 고상시료 또는 음료수나 하천수 등 액상 시료에 포함되는 경우 그 함유량을 중량/중량 또는 중량/액량 농도로 나타냅니다. 예를 들면 토양중의 다이옥신 농도가 1ppt라고 하는 것은 토양 1g당 1pg(1pg/g)이 포함되어 있는 것을 의미하고, 음료수중의 농도가 1ppt라 하는 것은 음료수 1㎖당 1pg이 포함되어 있는 것을 의미합니다. 일반적으로 다이옥신 오염농도는 일반쓰레기 소각시설의 연소재 등 비산재의 시료에서는 나노의 단위(ppb), 식품이나 인체시료에서는 피코의 단위(ppt), 하천수라든지 음료수 시료에서는 팸토의 단위(ppq)로 표현합니다.
배출허용기준 규정
잔류성유기오염물질관리법 제14조 및 시행규칙 제17조 관련 별표3에 배출 허용기준을 정하고 있으며 그 기준은 아래와 같습니다.
○ 시간당 처리능력이 2톤이상인 생활폐기물 소각시설 0.1ng-TEQ/S㎥
측정주기 규정
잔류성유기오염물질관리법 제19조 및 시행규칙 제14조제3항 관련 별표6에 측정주기를 정하고 있으며 그 주기는 아래와 같습니다.
○ 시간당 처리능력이 2톤이상인 소각시설의 경우 6개월마다 1회 이상
자원회수시설의 다이옥신 측정방법
자원회수시설의 연돌에서 시료채취장치로 대기오염공정시험방법 제 3장, 제2절, 제7항 먼지, 4 측정방법을 따라, 먼지시료의 채취방법과 같이 배출가스유속과 같은 속도로 시료가스를 흡인(이하 등속흡인이라 한다)하여 시료를 채취합니다. 다이옥신 분석은 극미량의 농도 (ppt～ppq)를 검출해내야 하고 많은 유기화합물에 의한 간섭, 방해효과를 없애기 위해 채취된 시료를 30일 이내에 전 처리하여 45일 이내에 가스크로마토그라프/질량분석계(GC/MS)에 의한여 분석을 합니다. 다이옥신류의 분석은 각 동족체의 2개 이온을 선택이온검출법(SIM)으로 검출하고, 그 선택이온의 면적비를 검사하여 다이옥신류인 것을 확인한 다음 가스크로마토그램의 피이크 면적으로부터 내부표준법으로 정량합니다.
결과표시는 동족체농도는 4～8염소화합물의 각 동족체농도와 그 총합을 표시하고, 이성체농도는 2,3,7,8 위치의 염소치환체의 각 이성체 농도(17 이성체)를 표시하고, 배출가스 중의 다이옥신류 농도의 실측치는 ng/N㎥으로 표시합니다. 배출가스 중의 다이옥신류 환산농도(O2=12% 환산치)는 다음 식으로 계산합니다.
2,3,7,8-T4CDD 독성등가환산농도의 계산방법은 환산농도에 환산계수를 곱하여 배출가스중의 독성등가환산농도(ng/Nm3 as 2,3,7,8-T4CDD)를 구합니다.
자원회수시설에서의 다이옥신 저감 방법
자원회수시설에서 다이옥신류의 생성 및 배출을 저감시키기 위해서는 첫째 쓰레기의 균질화 및 균일화, 둘째 쓰레기 연소과정에서 다이옥신류의 생성억제, 셋째 보일러 등 가스냉각과정에서 다이옥신류의 재합성 억제, 넷째 집진 및 산성가스 제거 등 배기가스 처리과정에서 다이옥신류의 고효율제거 등 4가지로 요약할 수 있습니다.
1단계. 다이옥신류의 생성·발생을 저감시키기 위해서 먼저 쓰레기를 소각로에 투입하기 전에 균질화 및 균일화한 쓰레기 일정량을 일정시간간격으로 투입함으로써 쓰레기의 연소속도 및 발열량을 일정하게 유지하여 소각로내 온도 및 압력 등이 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있습니다.
2단계. 다이옥신 발생의 최소화는 소각로내에서 이루어져야 하는데 이를 위해서 소각로내에서 안정연소(Stable Combustion) 및 우수연소관리(GCP: Good Combustion Practice)에 의한 완전연소(Complete Combustion)를 달성하고자 노력하고 있습니다. 이와 같은 안정연소를 토대로 이른바 3T의 우수연소조건, 즉 850℃ 이상의 온도(Temperature), 2초 이상의 체류시간(Time) 및 혼합(Turburance)을 적절히 유지하여 연소효율을 높임으로서 미연소분의 일종인 다이옥신류가 발생되지 않도록 완전연소를 유도하고 있습니다.
3단계. 보일러 등에 비산재가 퇴적되어 다이옥신류의 생성에 적당한 온도가 존재하면 디노버합성에 의해 다이옥신류가 재합성 되기 때문에 냉각설비 및 폐열회수시설 등에 비산재가 퇴적되는 것을 막고 연소가스를 급속 냉각(250℃ 이하)시켜 다이옥신류가 재합성 되는 것을 막고 있습니다.
4단계. 위의 3단계에 걸친 노력에도 불구하고 생성된 다이옥신류를 최종적으로 제거하는 단계로서 적정 방지시설의 선정 및 운전, 방지시설로 유입되는 연소가스 온도의 통제 등이 중요하여, 각 자원회수시설별로 전기집진장치, 습식세정장치, 반건식반응탑, 백필터, 촉매탑(SCR: Selective Catalytic Reactor) 등의 첨단 방지시설을 가동하고 있습니다.
TEF(독성등가계수)란?
다이옥신(PCDD)에는 75종의 이성체가 있다고 설명하였는데, 이중 지금까지 동물실험 등으로 독성의 강도가 규명되어 있는 이성체는 최강의 독성을 갖는 2,3,7,8-사염화다이옥신을 포함하여 7종류뿐입니다.
다이옥신류에는 여러 가지 이성체가 있고, 종류에 따라 독성에 차이가 있기 때문에 독성의 강도를 각각 비교하고, 독성의 강도를 통일해서 나타낼 필요가 있어 표현한 것이 TEF이고, TEF(2,3,7,8-TCDD Toxicity Equivalency Factor)는 2,3,7,8-사염화다이옥신을 1로한 경우의 상대적인 독성을 나타낸 것입니다. 오염화다이옥신의 경우는 TEF가 0.5이기 때문에, 독성은 2,3,7,8-사염화다이옥신의 반, 육염화가 10분의1, 칠염화가 100분의1, 팔염화가 1,000분의1로 독성이 평가되고 있습니다.
TEQ(독성등가량)란?
환경 속에는 여러 가지 종류의 다이옥신류가 존재하고 검출되는데 실제의 다이옥신류의 환경영향을 판정할 때는 각 이성체의 실측농도에 2,3,7,8-사염화다이옥신 독성등가계수(TEF)를 곱해, 2,3,7,8-사염화다이옥신의 양으로 조정해서 수치화합니다. PCDD와 PCDF의 TEF는 1987년에 NATO(북대서양조약기구)가 설정한 것과, 1997년에 WHO(세계보건기구)가 설정한 두 종류가 있는데, 일반적으로는 많은 나라에서 NATO 계수가 사용되고 있습니다.
그런데 NATO 계수의 경우, 팔염화다이옥신의 TEF는 0.001이기 때문에 1,000배의 농도가 있으면, TCDD 농도로 환산하면 2,3,7,8-사염화다이옥신과 동일한 것이 됩니다. 즉 독성이 약해도 양이 1,000배라면 독성, 환경영향은 동일하게 된다는 뜻입니다. 이것을 2,3,7,8-사염화다이옥신 독성등가량(TEQ, 2,3,7,8-TCDD Toxicity Equivalency Quantity)이라고 부르고, 10피코그램 TEQ처럼 표기합니다.