산업혁명 이후 전 세계는 인류의 생활을 보다 윤택하게 하기 위하여 화석연료를 포함한 여러 자원의 과대소비를 촉진함으로서, 지구적 차원의 자원고갈과 환경생태계의 변화를 초래하고 있다. 이러한 산물로 제기되고 있는 지구 온난화, 오존층의 파괴, 수림의 감소, 사막화 및 야생 생물 종의 감소 등 지구적 환경문제는 심각성에서 위기문제로 전환되어가고 있는 실정이다.
다이옥신은 인간의 산업활동에 의해서 생성되는 대표적인 유해화학물질로서 폐기물 소각, 철 및 비철금속산업, 화학물질 제조 및 종이 표백 등의 산업공정에서 생성되는 것으로 알려져 있다. 다이옥신 문제는 1965년 베트남전쟁에서 사용된 고엽제 오염사고로 인하여 널리 알려졌으며, 다이옥신은 물리화학적으로 매우 정하며 생물농축이 쉽고 급성, 만성, 면역, 유전독성 및 발암성 등 폭넓은 분야에 독성을 나타내는 내분비계장애물질(Endocrine Disruptor Chemicals, DCs, 환경호르몬) 또는 환경잔류성 유기오염물질(Persistant Organic Pollutants, POPs)로 많은 사람들의 관심대상이 되고 있는 환경오염물질이다.
철강산업과 다이옥신
우리나라에서는 1996년 도시폐기물 소각시설에서 배출되는 다이옥신농도가 발표되면서 사회적으로 커다란 관심을 갖기 시작하였고, 국가적으로 다이옥신 배출량 저감을 위한 노력의 일환으로 폐기물관리법에 의한 배출허용기준의 제정 및 소각시설의 긴급대책 및 항구대책을 실시하는 등 소각시설에 대해서는 법적인 관리체계를 갖추고 있다.
그러나 현재까지 소각시설 외의 산업공정은 다이옥신의 연구가 거의 이루어지지 않아 이들 시설의 주요 관리기준 설정, 법적 규제기준, 설계기준 제시에 어려움이 있는 실정이다.
그중 철강산업은 자동차·조선·기계·건설 등 산업전반의 기초소재를 생산하는 국가기간산업이고 막대한 설비투자가 요구되는 장치산업이지만, 제조 공정 상 각종 원자재 및 에너지를 다량으로 소비하는 자원다소비 산업으로서 대표적인 환경오염 배출사업이다.
독일, 일본 등은 철강공정의 다이옥신 배출특성에 대한 많은 연구자료가 보고되고 있으며 법적 규제기준도 설정하고 있으나 우리나라의 현실에 직접 적용하기는 어려운 실정이다.
철강산업공정의 배기가스 중에 함유된 다이옥신류의 농도를 조사하고 Co-Planar PCBs와의 상관성 연구 및 이들 물질의 동족체간 특성을 파악하고자 하는 것이 이 연구의 목적이다.
이러한 기초연구를 통하여 철강산업에서 배출되는 다이옥신류에 대한 기초자료를 확보하고 대기배출기준 설정 등 정책결정에 도움을 주고자 실시하였다.
다이옥신의 정의와 물리·화학적 특성
다이옥신의 정식명칭은 『Polychlorinated dibenzo-p-dioxins; PCDDs』이다. 영문명을 풀어서 보면 여러 개의 염소가 치환되어 있는 두 개의 벤젠고리가 산소를 중심으로 서로 마주보고 있는 상태의 화합물을 의미한다고 되어 있다.
따라서, 다이옥신은 「두개의 벤젠환이 두 개의 산소와 마주보고 있는 기본 골격을 가지고, 벤젠고리에 염소가 1개(Mono)에서 8개(Octa)의 동족체를 가진 화학물질」인 것이다.
하지만, 이와 유사한 구조를 가지고 또한 유사한 독성과 물리·화학적 특성을 가진『폴리염화 디벤조퓨란』즉, 『Polychlorinated dibenzofuran ; PCDFs』 및 『코프라나-PCBs, Coplanar-PCBs ; Co-PCBs』를 포함한 3종류의 화합물을 모두 일컬어 다이옥신류(Dioxins)라고 한다.
다이옥신류중 PCDDs가 75가지의 이성질체를 가지고 있고, 그중에서도 2,3,7,8-TCDD는 가장 독성이 강한 이성질체로 알려져 있으며 이성질체중 가장 많은 연구결과가 축적된 것으로 다이옥신류의 평가에 기준이 되는 대표적인 이성체라고 할 수 있다.
다이옥신류는 디클로로메탄을 비롯한 벤젠 등 유기용매에는 잘 녹는 지용성의 유기화학물질로 물에는 거의 용해되지 않는다. 물에 대한 용해성으로서 옥탄올 수분배계수는 지용성, 생물농축성과 관계가 있는 지표로서 활용되고 있으며, 물에 대한 용해도는 매우 낮으며 염소수의 증가와 함께 물에 대한 용해도는 더 작아진다. 이것은 지용성으로 생체내의 축적성이 높음을 의미한다.
다이옥신류는 또한 높은 유기 탄소 계수(high organic carbon coefficient)를 갖고 있어 물과 토양의 유기물들과 다이옥신류가 결합하여 호수나 강바닥의 저질과 진흙 속으로 들어가 장시간 체류할 수 있으며 토양 및 수계에 침적된 다이옥신류의 일부는 가스로 변화되어 토양 및 물에서 공기 중으로 이동하게 된다.
다이옥신류는 어떻게 배출되나
환경으로 방출되는 다이옥신류의 생성은 각 종 화학물질에 의한 것으로 그에 관련한 화학물질들은 불순물의 형태로 생성되는 경우가 많다. 예를 들면, 염화페놀은 방부제 등의 제조시에 미량이지만 불순물로서 만들어져 제품 중에 혼제되어 시판되기도 하며 생산공정의 과정에서 환경 중으로 방출되기도 한다.
PCB는 이미 전 세계적으로 생산 및 판매가 금지된 화합물이며 다이옥신은 의도적으로 생성하는 물질이 아니다. 따라서 다이옥신이나 PCB 모두 인위적으로 생산하는 물질이 아니라 비의도적으로 부산물의 형태로 환경 중으로 배출되며 주요 발생원 중의 하나로 도시 쓰레기 소각시설이 알려져 있다.
하지만, 최근의 연구결과에 의하면 국가별 또는 지역별에 따라 총 발생량이 소각시설 이외의 열화학 반응 과정의 기타 시설에서 발생량이 더 많은 경우도 있으며 많은 공업의 공정에서 발생원의 다양성이 밝혀지고 있다. 이는 근대 화학공업의 발전과 더불어 합성화학물질, 즉 유기염소화합물의 생산과 사용이 증가한 것에 기인한다.
따라서, 소각시설 이외의 대표적인 주요 발생원인 철과 비철금속, 펄프제조공정에서 다이옥신류의 생성과정에 대하여 간략히 살펴보았다.
철과 비철금속의 제련과 정련과정에서 발생하는 다이옥신
철강산업에서 다이옥신 발생원은 전로강(轉爐鋼)의 경우 철광석, 코크스, 석탄, 밀-스케일, 재사용 분진 등에 함유된 염소나 유기물과 철, 동 등이 촉매로 작용하여 고온·산화환원분위기의 로에서 다이옥신이 생성되며, 전기로강의 경우, 철스크랩에 피복 또는 혼입된 염화비닐, 도료·수지 등의 염소나 유기물이 전기로 용해공정에서 다이옥신으로 발생할 수 있다.
철 및 비철금속류의 재생·회수시설 및 전선의 재생처리 공정이 다이옥신류의 주요 발생원 중의 하나로 알려지고 있으며 철강제조의 경우에는 용해공정에서 리사이클 원료 중 포함되어 있는 PVC와 같은 플라스틱이 혼합되어 다이옥신류가 발생하는 원인으로 간주하고 있다.
비철금속 공정의 경우에는 알루미늄, 구리, 니켈, 마그네슘의 공정이 포함되며 이들의 공장폐수에서도 다이옥신류가 검출되는 것으로 보고하고 있다. 철강과 마찬가지로 비철금속의 경우에도 스크랩 조각의 재생에서 플라스틱, 페인트 및 용재류의 혼재와 처리 공정에서 염화나트륨 및 염화칼륨을 사용함으로서 고온의 열처리공정에서 다이옥신류의 생성가능성을 지적하고 있다.
종이·펄프 산업의 염소표백 및 살균공정에서도 발생
종이 및 펄프산업의 제조공정 중에는 표백 공정이 있으며 많은 량의 염소를 소비하는 것으로 알려져 있다. 이 표백공정에는 배기가스를 비롯하여 폐수, 슬러지 등의 발생과정을 가지며 이것이 배출되는 과정에서 다이옥신류가 환경 중으로 방출 되게 된다.
펄프와 관련하여 다이옥신류의 발생은 원료가 되는 목재는 섬유소 및 리그닌 등이 함유되어 있으며 리그닌은 페닐프로판의 유도체 축합물로서 분자량이 크고 페놀기를 가지고 있다. 이것이 염소표백의 공정에서 클로로페놀 및 다이옥신류 관련화합물을 포함한 여러 가지 할로겐 화합물이 생성되는 것으로 보고되고 있다.
다이옥신류의 무서운 독성
다이옥신류는 다수의 여러 동족체가 있으며 이들의 독성은 극히 맹독성인 것에서부터 명확히 규명되어져 있지 못한 것까지 다양한 것으로 알려져 있다. 특히 다이옥신류는 다른 화학물질과는 달리 세포내의 다이옥신 리셉터(수용체)와 결합하는 형태로 생물에 다종·다양한 독성발현을 하는 것으로 알려져 있다.
다이옥신류 중에서 2,3,7,8-TCDD의 독성이 가장 강하며 다른 화학물질과 비교하여 탁월한 독성을 나타내는 것은 다이옥신류가 생물에 대한 작용메커니즘이 농약 등 다른 화학물질과는 근본적으로 다른 이유가 있기 때문이라고 할 수 있다.
다른 화학물질과의 차이점을 살펴보면, 인간의 생활환경에 존재하고 있는 대다수의 유해한 화학물질이 생물에 대한 반응이 세포내의 효소 또는 유전자라든지 염색체에 직접 작용하여 유해성을 발휘하게 된다.
그러기 위해서는 고농도의 화학물질이 필요하게 된다. 그러나, 다이옥신류의 생물에 대한 작용은 다이옥신류 그 자체가 직접적으로 효소라든지 유전자에 작용하여 유해한 영향을 나타낸다는 것이 아니라 다이옥신 리셉터(수용체)의 작용이 중요한 역할을 하고 있는 것이다.
그러므로 다이옥신류의 독성이 동족체에 따라서 큰 차이가 있는 것은 이러한 다이옥신 리셉터(수용체)와 결합하는 힘이 동족체에 따라서 큰 차이가 있기 때문이라는 것이다. 다이옥신류에 의한 급성독성으로서의 치사독성은 동물종류 및 화학물질의 이성체에 따라서 큰 차이가 있는 것으로 보고되어 있는 것을 표 1에서 알 수 있다.
세계보건기구(WHO)에서는 1990년에 2,3,7,8-TCDD의 일일섭취허용량(TDI)을 10pg/kg/day라는 수치를 제안하였다. 세계보건기구(WHO)가 제시한 TDI 설정 방법은 자료의 선택에 관하여 부분적으로 일부를 변경하여 채택한 국가도 있지만, 미국을 제외한 각국의 관계행정기관에서 규제치를 설정 시에 기본적인 방법으로서 채택되어 왔다.
그러나 미국환경청(US EPA)에서는 다이옥신류의 건강영향에 관하여 WHO와 다른 개념의 실질안전량(VSD)를 이용하여 평가를 하고 있다. 표 2-2.에 각국의 다이옥신류에 대한 일일섭취허용량(TDI) 또는 실질안전량(VSD)치를 나타내었다.
☞다음호에 계속
문 동 호 | 환경관리공단 중앙검사소 팀장
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