과거 국내 환경문제는 대부분 국지적인 것이었다. 페놀 방류, 중금속 오염, 하천이나 호소의 부영양화, 쓰레기 매립장 문제 등 지방 자치단체 수준에서 해결할 만한 문제가 대부분이었다. 그러나 산업의 대형화에 따른 오염물질 배출량의 급격한 증가, 새로운 화학물질의 제조로 인한 부산물이나 비의도적인 배출로 인한 광역오염이 환경오염의 주요 관심사로 부각되고 있다. 특히, 최근에는 독성이 강할 뿐만 아니라 장거리 이동성이 탁월한 잔류성 유기오염물질 (POPs : Persistent Organic Pollutants)에 대한 관심이 증가하고 있다. POPs는 모든 환경매체를 통해 이동이 가능하고 생체에 축적되므로, 전통적인 환경공학적 접근 방법인 개별 매체 (수질, 대기, 토양, 지하수 등) 연구는 한계를 지니고 있다. 따라서 다양한 환경 매체에서의 POPs 분포, 농도변화 등에 대한 연속적인 측정, 즉 환경모니터링 기법이 적용되어야 한다. 이 글에서는 POPs에 대해 간략히 설명하고, 최근 주목받고 있는 POPs의 환경모니터링 기법에 대해 소개하고자 한다.


잔류성 유기오염물질(POPs)

POPs란 암이나 내분비계 장애를 일으킬 수 있는 독성을 가진 난분해성 물질들로서 환경매체에 오랜 기간 잔류하며, 먹이사슬을 따라 생물체에 축적되고, 대기와 해양을 통한 장거리 이동성을 갖는 유해화학물질을 통칭하는 용어이다. 대표적인 물질이 바로 쓰레기 소각공정에서 배출되는 다이옥신이다. POPs의 규제를 위해, 2001년 UN의 주도 하에 "스톡홀름 협약"이 채택되었으며 2004년 5월 17일에 정식 발효되었다. 우선규제 대상물질로서 12종의 POPs가 선정되었는데, 유기염소계 농약인 알드린, DDT 등과, 산업용 화학물질인 PCBs, 소각 또는 산업공정 부산물로 생성되는 다이옥신, HCB 등 크게 세 가지 부류로 나뉜다. 그러나 실제로 POPs의 범주에는 방염제로 사용되고 있는 브롬화 화합물인 PBDEs, PBBs 등과 연소과정에서 주로 생성되는 PAHs 등 매우 다양한 화학물질들이 포함된다.

환경 중으로 배출된 POPs는 대기·토양·수질·퇴적물에서 이동·축적·분해과정을 거치게 되며, 생물체들은 먹이사슬을 통해 체내에 고농도 POPs를 축적하게 된다. 따라서 POPs의 배출원을 정확히 파악하여 이들의 다양한 이동경로를 추적하고, 환경 및 생체 축적을 파악하는 POPs 거동연구는 매우 중요하다. 더구나 POPs는 대기의 장거리 수송에 의해 전지구적으로 분포하게 되며, 극지방에서는 저온 응축(cold condensation)에 의해 환경 중에 축적되는 것으로 알려졌다.


종합과학으로서의 POPs 환경모니터링

POPs 환경모니터링을 위해서는 기존의 역궤적 분석, 인공위성을 이용한 원격탐사, 다양한 지점에서의 PAS (Passive Air Sampler)를 이용한 장기간의 시료채취, 대기·토양·수질 등 다매체 시료채취, 극미량 질량분석기술, 대기확산모델링, 다매체환경모델링이 종합적으로 적용되어야 한다. 단일 환경매체나 분석방법을 통한 접근은 종합적인 POPs 거동에 관한 정보를 제공하지 못하기 때문이다.

따라서 환경모니터링 분야는 종합과학의 성격을 갖는다. 가장 기본적으로는 POPs의 극미량 분석을 위한 분석화학적 지식과, 고분해능 질량분석기 등의 첨단 기기가 필요하다. POPs의 다매체 분포 및 거동연구를 위해서는 환경화학, 컴퓨터 모델링, 통계처리 및 지구환경과학 전반에 대한 지식이 요구된다. 따라서 POPs 환경모니터링 연구는 특정 전공분야에 국한되지 않으며 모든 자연과학과 공학 분야 출신의 참여가 필요한 종합과학이다.


연구동향

POPs 광역오염연구는 주로 유럽이나 북미지역을 중심으로 수행되었다. 배출 인벤토리를 작성하고 대기확산 모델링을 통한 이동 및 확산을 추정하며, 최종적으로 기기분석에 의한 측정 자료와 비교·검증하는 연구들이 주로 수행되고 있다. 또한 오염원에서 배출된 POPs들이 다양한 환경매체에 어떻게 분포하는지를 예측할 수 있는 다매체 환경모델링 기법을 사용하여 장거리 이동뿐만 아니라 지역적 규모에서의 POPs 분포를 연구하고 있다. 특히 시료채취와 분석에 드는 시간과 비용 문제로 인해 다수의 실측자료를 수집하기 어려우므로, 일부 실측자료를 가지고 다양한 환경매체에서의 거동을 파악할 수 있는 다매체 모델이 많이 이용되는 추세이다.

POPs의 전지구적 거동연구는 북유럽과 캐나다 과학자들에 의해 활발히 진행되고 있다. 이들 국가는 북극과 인접하고 있기 때문에 장거리 이동에 의한 북극권의 오염과 관련한 많은 연구들이 수행되었다. 북극의 대기·담수·해수·눈·빙하 등 모든 환경매체에 대한 연구들이 진행되고 있으며, 다양한 먹이사슬의 각 영양단계에 축적된 POPs 실태도 밝혀지고 있으나 남극의 경우에는 관련 연구가 북극에 비해 활성화 되지 않은 편이다.

국내 POPs 관련 연구로는 1990년대 후반부터 다이옥신을 비롯한 내분비계장애물질에 대한 분석방법 개발과 배출원 중심의 연구들이 수행되어 왔다. 국내 환경 중의 내분비계 장애물질 현황조사가 7차년 계획으로 2000년부터 대기와 토양, 주요 하천에 서식하는 어류 및 양서류를 대상으로 실시되고 있으나 단순 현황파악 수준에 그치고 있다.


POPs의 장거리 이동 모니터링

1990년대 이후 중국의 산업화가 급속도로 진행됨에 따라 오염물질 배출량이 급격히 증가하는 추세이다. 중국에서의 대기오염물질의 발생, 이동 및 확산은 중국만의 문제가 아닌 동북아시아의 심각한 환경문제로 새롭게 인식되고 있다. 1990년대 초반부터 황사의 유입과 관련하여 동북아 장거리 오염 연구들이 활발히 수행되었다. 주로 역궤적 분석과 인공위성 영상 자료를 통해 황사의 이동을 파악했으며, 최근에는 인공위성 센서인 TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) 등을 이용하여 황사로 인한 에어로졸의 이동을 관측하고 있다. 황사가 국내 환경에 미치는 영향을 파악하기 위해 황사 기간 중의 대기 중금속, 각종 이온성분, PAHs의 농도 증감을 측정하는 연구도 수행되었다. 1990년대 중반부터는 전국적으로 5개 지점의 국가배경 측정망에서 지속적인 대기환경모니터링이 수행되고 있으며, 특히 제주도 고산지역에서의 에어로졸 측정과 역궤적 분석을 통해 대기오염 물질의 장거리 이동이 평가되고 있다.

현재까지 국내에서 POPs를 대상으로 한 동북아 광역오염과 관련된 연구는 활성화되지 않았다. 1990년대 후반부터 제주도 고산지역을 중심으로 계절별 대기 중 다이옥신, PAHs, 농약류를 분석하여 역궤적 분석과 오염물질의 통계 분석을 실시하고 있으나 국내 POPs 오염 및 장거리 이동 현황을 대표하기에 무리가 있으며, 장기간의 영향이나 다양한 환경매체에서의 분포특성을 파악하기 어렵다. 따라서 보다 장기적으로 다양한 환경매체와 다수의 지점에서의 POPs 모니터링이 필요하다.


포항공대 POPs 연구현황

포항공대 환경공학부는 1997년 국내 최초로 전국에 산재한 도시 쓰레기 소각로에서 배출되는 다이옥신 측정·분석사업을 수행하였으며, 환경부 지정 다이옥신 측정·분석 공인기관으로서 연구용역사업을 활발히 수행하고 있다. 2003년부터는 잔류성 유기오염물질 연구사업팀(팀장: 장윤석 교수)으로 교육부 두뇌한국21 (BK21) 사업에 참여하고 있다. 본 사업은 ① POPs 분석 및 모니터링, ② POPs의 Biokinetics 및 Global cycle, ③ POPs의 물리화학적 특성 및 분해기술이 주요 연구내용이다. 최근에는 한국해양연구원 부설 극지연구소의 지원으로 “남극지역에서의 POPs (다이옥신) 모니터링 연구(연구책임자: 장윤석 교수)”를 수행하고 있으며, 연구의 일환으로 2004년 겨울에는 남극 세종기지에 방문하여 PAS (Passive Air Sampler)를 설치하였으며, 2005년 여름에는 북극 다산기지를 방문할 예정이다.