아스콘(Ascon)은 아스팔트 콘크리트(Asphalt Concrete)를 줄인 말이며, 아스팔트, 아스팔트 혼합물, 아스팔트 콘크리트, 가열혼합∙가열포설 역청 포장용 혼합물(KS F2349 규격), HMA (Hot Mix Asphalt) 등 여러 가지 명칭으로 사용되고 있다(US. EPA, 2009). 일반적인 아스콘은 아스팔트와 굵은 골재(자갈, Aggregate), 잔골재(모래, Sand) 또는 포장용 채움재(필러, 석분, Mineral filter)를 가열 또는 상온에서 혼합한 것으로 도로포장이나 주차장 등에 사용하고 있다(MoE, 2003). 아스콘 제조 시설은 굵은 골재, 잔골재 및 채움재 등을 적절한 양의 아스팔트와 필요시 첨가재료를 넣고서 이를 고온으로 가열∙혼합하여 아스콘을 생산하는 시설이다. 아스콘 제조는 크게 혼합재료의 적치와 제조, 원료 및 제품의 운송으로 구분되며, 아스콘 제조시설에서의 일반적인 공정도는 그림 1과 같다.

Fig. 1. 
Diagram of asphalt concrete manufacturing process.

아스콘 제조시설은 미국 EPA에서는「Asphalt Concrete」라 분류하고 그 형태에 따라 크게 2가지로 구분하고 있다.「 Batch mix plant」와「Drum mix plant」 형태이며「, Batch mix plant」는 아스콘 제조 공정이 건조, 선별, 계량, 혼합의 공정이 일체형으로 이루어진 형태를 뜻한다. 또 다른「Drum mix plant」는 건조 공정이 별도로 분리되어 있는 형태이다. 국립환경과학원(NIER)에서는 EPA 분류체계 및 배출계수 자료를 인정 자료로 활용하고 있으며, 인정 먼지 배출계수는 제조시설 형태에 따라 표 1과 같다.

Fig. 2. 
Flow-chart of PM sampling from stack.

아스콘 제조 시설의 국내 현황을 확인하고자 국립환경과학원의 대기배출원관리시스템(Stack Emission Management System, SEMS)을 활용하여 아스콘 사업장 현황을 파악하였다. 한국 표준산업 분류체계에 따라 구분된 아스콘 사업장은 시∙도 및 종별 구분이며, ’10년 자료를 활용하였다(NIER, 2010b). 조사 대상 사업장은 1~5종 사업장 중 현재 자료가 수집되고 있는 1~3종 사업장에 한하였다. 조사 결과 전국 341개 사업장(1종 53개, 2종 184개, 3종 104개)이 가동 중이었다. 이상의 아스콘 제조사업장은 지역별 인∙허가 대상 사업장과는 약간 차이가 있을 수 있으며, 아스콘 사업장이 전무한 서울과 광주 등 일부 시 도지역은 제외하였다.

한편, 명확한 측정 대상 사업장을 선정하기 위해 「한국아스콘협회」및「한국재생아스콘협회」의 협조를 요청하였다. 최종 측정 대상 사업장은 총 22개 사업장이 선정되었으며, 지역별 측정 대상 사업장은 표 2와 같다.

아스콘 제조시설을 본 연구에서는 일반 골재만을 사용하여 생산되는 일반 아스콘 제조 시설과 일반 골재와 재생 아스팔트를 일정량 혼합하여 생산되는 재생 아스콘 제조 시설로 구분하였다. 아스콘 제조 공정은 18개 시설이 포함되며, 재생 아스콘 제조 공정은 4개 시설이었다.

먼지(PM) 채취를 위해서 국내 대기오염공정시험기준 배출가스 중 먼지「ES 01301.1」의 측정분석방법을 적용하였다. 시료채취는 반자동식 시료채취기(Stack Sampler, Clean Air Experiment, Method-5)를 이용하였다. 먼지시료채취시 가장 중요한 등속흡인을 위하여 배출가스의 유속, 온도, 압력(동압, 정압), 수분량 등을 측정하여 조절하였다. 또한 흡인펌프의 흡인 능력을 감안해 최적의 노즐 직경을 선정하고 필요 유량 확보를 위해 채취시간을 측정 지점에 맞춰 충분하게 맞췄다(Kim et al., 2012). 여지는 원통형여지(Silicar Fiber filter, NO 88R, 25×90 mm, Adventec)를 사용하였다. 흡인노즐, 시료채취관, 피토관, 차압게이지, 임핀저 트레인, 가스흡인 및 유량측정부 등으로 구성된 시료채취를 위한 장치 모식도는 그림 2와 같다.

채취된 시료의 먼지 분석은 115±^oC에서 1~3시간 강열한 여지의 무게를 먼지포집 전에 0.1 mg까지 측정 가능한 미량측정용 저울을 사용하여 측정하고 포집 후 수분을 제거한 후 동일한 저울을 사용하여 먼지 포집 전∙후의 무게차로 중량 농도로 표기하였다.

실측자료를 이용한 아스콘 제조 시설에서의 먼지 배출계수는 아래의 식(1)에 의하여 도출하였다.

아스콘 제조 시설에서의 작업 시간은 일정하지 않으므로, 가스유량은 일일유량이 아닌 측정 당시의 시간당 가스유량을 적용하였다. 제품생산량 역시 시료채취 시간대에 생산되는 아스콘을 트럭대수로 환산하여 시간당 제품생산량으로 계산하였다. 먼지 농도는 방지시설 전단농도와 후단농도를 실측할 수 있는 일부 사업장을 대상으로 전∙후단 먼지농도 측정을 통해 실제 방지시설 방지효율을 도출하였다. 도출된 방지효율을 적용하여 후단에서 측정된 먼지 농도를 전단 농도로 환산하여 적용하였다. 한편, 본 연구에서 도출된 배출계수 및 배출량을 국가대기오염물질 배출량 산정시스템(Clean Air Policy Support System, CAPSS)의 아스콘제조업에서 산정된 먼지 배출량과 비교하기 위하여 다음과 같은 가정을 설정하였다. 우선, 배출량이 산정된 대상사업장의 연료는 B-C (황함유량 0.3% 이하)유로 동일 적용하였다. 방지효율은 본 연구에서 실측된 99.9%를 동일 적용하여 배출량과 발생량을 산정하였다. 이후, 아스콘 제조업에서 발생되는 국가대기오염물질 배출량을 본 연구 결과와 비교∙분석하였다.

본 연구에서 선정된 모든 아스콘 제조 시설은 건조, 선별, 계량, 출하공정이 일체형으로 구성된「Batch mix plant」이다. 일부 사업장은 동일 아스콘 제조 시설임에도 혼합골재 중 일부를 폐아스콘으로 활용하여 재생아스콘을 제조하였다. 방지시설은 대상 사업장 모두 원심력집진시설과 여과집진시설을 설치∙가동하고 있었다. 이와 같은 아스콘 제조 시설에서의 실측 결과, 다음과 같은 주요한 특징을 알 수 있었다. 우선, 대부분의 사업장에서 배출가스 산소농도가 높았다.「 대기환경보전법」별표 8 (MoE, 2012b)에서 규정하는 아스콘 제조 시설에 대한 표준산소농도는 10%이나 본 실측에서의 산소농도는 최대 18%로써, 환산농도를 적용할 경우 배출농도가 높아지게 되었다. 두번째, 주문/생산이 비연속식으로써 공정 가동시간과 가동일수가 수시로 변경되고, 또한 당일 주문 및 당일 물량 취소 등이 빈번하여 안정적인 측정 시간 확보가 곤란하였다. 세 번째, 소형 사업장(3종 이하)임에도 불구하고 단기간 충분한 생산 물량 확보를 위해 시설 대형화를 추구한다. 이는 작업시간 및 작업일수에 따라 오염물질 발생량이 크게 변동됨을 의미한다. 마지막으로 대부분의 아스콘 제조 사업장은 방지시설 전단에 측정구가 설치되어 있지 않았다. 따라서 본 연구에서 도출하고자 했던「방지시설을 거치지 않은 (Uncontrolled)」배출계수를 산정하기 위해 일부 전단 측정구가 있는 사업장을 중심으로 방지시설 전∙후단에서 측정된 먼지 농도를 비교하였다.

재생 아스콘 제조 시설은 아스콘 제조 시설에 비해 전국적으로 그 사업장 수가 많지 않다. 본 연구에서는 4개 사업장, 5개 배출시설을 조사대상 시설로 선정하여 먼지 시료를 채취하였다. 시료채취는 1종 2개, 3종 1개, 4종 1개로써 적은 수의 배출시설이지만 종 규모를 다양하게 선정하고자 하였다. 방지시설 후단의 먼지 농도는 표 6과 같다.

재생 아스콘 제조 시설에서의 시료채취는 시설마다 최소 3회, 최대 9회씩 하였으며, 총 24회를 실시하였다. 각 시설마다 평균 4.8회 시료채취를 하였다. 먼지농도를 환산한 결과, 평균먼지농도는 11.9 mg/Sm³이다. 이와 같은 결과는 일반 아스콘 제조 시설에서 측정된 26.7 mg/Sm3에 비해 약 40% 수준으로 낮았다. 측정된 평균산소농도는 16.2%로써, 일반 아스콘 제조 시설의 평균산소농도인 16.0%와 비슷한 수준이있다.

국내 아스콘 제조 시설에 대한 먼지 배출계수 단위는 제품 생산량에 따른 오염물질 발생량(kg/productton)이다. 아스콘 제조 시설의 활동도는 생산제품의 특성상 운전 및 생산 기간이 일정하지 않아 연간 가동일수의 변동이 컸었다. 따라서 아스콘 제조 시설의 오염물질 배출량 산정은 가동시간, 다년간 가동일수 등을 충분히 고려하여야할 것으로 판단된다.

먼지 배출계수는 다음과 같은 방법으로 도출하였다. 우선, 측정된 먼지농도를「대기환경보전법」별표 8에 규정된 아스콘 제조 시설에서 건조시설의 표준산소 농도(10%)를 적용하여 산정된 환산농도(mg/Sm³)로 나타내었다. 둘째, 일부 사업장에서 측정한 방지시설 전단 농도와 후단 농도를 비교하여 실제 방지효율을 조사하고, 측정된 아스콘 제조 시설에서의 평균 방지효율을 산정하였다. 셋째, 본 연구의 대상시설에서 측정된 모든 방지시설 후단 농도 값에 평균 먼지 방지효율을 적용하여 방지시설 전단 농도로 환산하였다. 마지막으로 굴뚝 내경(m²)과 배출가스 유속(m/s)을 이용하여 시간당 먼지 발생량을 산정하였다. 산정된 먼지발생량은 시간당 제품 생산량으로 나누어「방지시설을 거치지 않은 (Uncontrolled)」배출계수를 표 7과 같이 도출하였다.

아스콘 제조 시설의 방지시설 전∙후단 측정을 통해 조사된 평균 먼지 제거율은 99.9%이다. 또한 동일 사업장에서 SEMS에 기재한 방지시설의 설계효율 역시 1차 원심력집진기는 평균 75.6%의 방지효율을, 2차 여과집진기는 91.8%의 평균 방지효율을 나타내고 있어, 실측 조사에서의 99.9% 방지효율이 정상적 방지시설 가동효율인 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 실측을 통해 산정된 99.9%의 실제 먼지 제거율을 방지시설 후단에서 측정된 후단 배출계수에 적용하여「방지시설을 거치지 않은」배출계수로 도출하였다. 방지시설 후단 배출계수는 일반 아스콘 제조 시설과 재생 아스콘 제조 시설로 구분하여 도출하였다. 그 결과 일반 아스콘 제조 시설은 13.12 kg/ton으로, 재생 아스콘 제조 시설의 3.26 kg/ton보다 약 4배이상의 높은 배출계수가 산정되었다. 이는 재생아스콘 제조 시설에 비해 일반아스콘 제조 시설의 노후화에 따른 것으로 판단된다. 일반아스콘 및 재생아스콘 제조시설을 모두 포함한 시설에서의 최종 먼지 배출계수와 외국배출계수와 비교한 결과는 표 8과 같다(Jang et al., 2013).

본 연구에서 도출된 아스콘 제조 시설에서의 먼지 배출계수는 10.97 kg/ton이다. 현재 국내 아스콘 제조시설의 먼지 발생량 산정시에 적용되는 인정 배출계수인 14.4 kg/ton보다 약 24% 낮게 산정되었다. 또한 가장 최근 갱신된 미국 EPA 및 유럽의 아스콘 제조시설에서의 먼지 배출계수에 비해 낮게 도출되었다(US. EPA, 2004). NIER (2012a)의 보고서에 따르면, 아스콘 사업장 인∙허가 관련 민원 발생 주요 원인으로 미국 EPA 배출계수 적용으로 인한 불합리성이라고 조사된 결과가 있다. 따라서 아스콘 제조 시설의 먼지 배출계수(미국 EPA 배출계수)를 국내 실정에 적합한 배출계수로 변경하여야 할 것으로 판단되며, 향후 본 연구에서 산정된 배출계수가 아스콘 제조 시설 배출량 산정 관련 규정 개정작업에 필요한 기초자료로 활용 될 것으로 기대한다.

마지막으로 본 연구 및 국외 배출계수를 적용한 먼지 배출량 및 발생량을 산정하고 이를 CAPSS에서 산정된 아스콘 제조업의 배출량과 표 9와 같이 비교하였다.

CAPSS는 현재 생산공정에 의한 배출량은 산정하지 않으며, 단순 연료사용에 의한 배출량만 산정되므로(NIER, 2010c), 종분류를 위한 발생량 산정 배출계수와 그 성격을 달리한다. 그러나 단순연료 사용에 의한 배출량이 아스콘 제조업에서 국가 배출량으로 산정되기 때문에 본 연구 및 국외 배출계수에 의한 배출량과 비교할 필요성이 있다. CAPSS에서 산정된 아스콘 제조업에서의 먼지 배출량은 연간 약 20톤이다(NIER, 2012c). 본 연구에서 산정된 배출량에 비해 약 6% 수준으로써 상당히 저평가되고 있다. 다시 말하면, 아스콘 제조시설에서의 먼지 배출량은 연료연소 부분만을 고려하는 관계로 극히 일부에 불과하며, 실제 아스콘 생산공정에서 대부분의 먼지가 발생되는 것으로 조사되었다. 또한 현행처럼 국외 배출계수를 사용할 경우 그 차이는 더욱 커짐을 알 수 있었다. 따라서 CAPSS에서 아스콘 제조 시설의 배출량은 연료연소 부분 외에 생산공정에 대한 배출계수 적용이 필요한 것으로 판단된다.