일산화탄소
4. 일산화탄소
가. 성상
(1) 분자량 28.01, 비중 1.25㎏/㎥, 녹는점 -205.1℃, 끓는점 -191.5℃, 자동점화온도 608.9℃
(2) 최소,최대 폭발한계 농도 12.5∼74%
(3) 무색, 무미, 무취의 기체로 연소시 파란불꽃이 생성되며, 일명 "연탄가스"라고 한다.
나. 자연계분포
(1) 자연발생원 : 산불, 광화학반응 등
(2) 환경농도 : 0.1∼0.2ppm(북반구), 0.04∼0.06ppm(남반구)
(3) 자연체류시간 : 1∼3개월
다. 발생 및 오염원
(1) 발생
(가) 석탄, 목재, 종이, 기름, 유류, 가스 등과 같은 유기성 물질이 폭발하거나 연소시에 주로 발생한다.
(나) 불완전연소
연소시 산소가 부족하거나 연소온도가 낮으면 완전연소가 일어나지 못하여 불완전 연소생성물인 일산화탄소(CO)가 생성된다. 그러므로 일산화탄소는 연탄의 연소가스나 자동차의 배기가스중에 많이 포함되어 있으며, 큰 산불이 일어날 때도 주위에 산소가 부족하여 많은 양의 일산화탄소가 발생되기도 하고 담배를 피울 때 담배연기 속에 함유되어 배출되기도 한다.
(2) 주 배출원
(가) 자동차
1) 가솔린 자동차는 1∼10%, 디젤엔진에서는 약 0.1%의 농도로 배출되나 운전상태, 유 지관리에 따라 배출농도는 차이가 난다.
2) 국내에서는 과거 연탄 사용에 따라 난방연료가 주 배출원이었으나, '90년에 들어서 연 료전환 정책과 자동차 대수의 급격한 증가에 따라 자동차에서 배출되는 일산화탄소 의 배출량이 전체의 90%이상('97년 기준)을 차지하고 있다.
(나) 기 타
주물제조 공정의 용선로, 석유정제시설의 접촉분해 공정, 소성로, 화합물질 제조 등 어떤 공정에서든지 불완전연소가 일어나면 발생 가능하므로 CO의 배출원은 매우 다양하다.
라. 독성 및 영향
(1) 독성
(가) 일산화탄소(CO)는 체내에 산소를 운반하는 역할을 하는 혈액중의 헤모그로빈(Hb)과 결합하여 일산화탄소-헤모그로빈(COHb)을 만들어 혈액의 산소운반능력을 저하시켜 그 농도에 따라 사망에 이를 수 있다.
(나) 혈액중 또는 근육중의 일산화탄소의 대부분이 도시의 대기오염에 기인하는 것만은 아니며 일정량의 일산화탄소는 본래 생체의 신진대사 산물로서 존재하고, 헤모그로빈의 생리적 신진대사결과로서 혈액중에 약간 존재(0.3∼0.8%)한다. 그러나 체내혈액중의 일산화탄소-헤모그로빈량의 증가는 흡입공기중의 일산화탄소농도에 비례한다.
(2) 영향
(가) 일산화탄소 20ppm을 함유한 공기를 4시간 동안 흡입하면 체내혈액중의 일산화탄소-헤모그로빈은 1.64%증가한다. 실제 도시대기중의 일산화탄소 농도는 자동차통행량, 도로조건, 도로로부터 떨어진 거리, 기후조건 등에 의해서 다르지만 자동차의 정체가 심한 도로변에서는 일산화탄소농도는 높게 되며, 이때 일산화탄소-헤모그로빈의 혈중농도는 13∼18%까지 상승하는 것으로 알려져있다. 도심에서 자동차 운전시 30ppm의 일산화탄소를 함유한 공기를 2시간 흡입할 때 혈중 일산화탄소-헤모그로빈은 5% 상승하며 60ppm에서는 10% 상승한다고 한다.
(나) 비교적 고농도의 일산화탄소를 계속해서 흡입하는 직업인으로는 고속도로와 터널의 통행료 징수원, 차량검사원, 교통경찰관, 지하주차장 종사원 등을 들 수 있다.
(다) 혈중 일산화탄소-헤모그로빈의 농도 및 인체 영향은 표 3.4.1과 같으며 증상이 나타나는 호흡시간은 그 사람의 활동상태 즉, 휴식, 보행 및 노동상태에 따라 다를 수 있다.
표 3.4.1 혈중 일산화탄소-헤모그로빈의 농도 및 인체영향
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COHb(%) |
증 상 |
CO농도(ppm) |
호흡시간 |
|
4 |
건강한, 사람은 문제되지 않지만 호흡기계통 질환등의 환자에게는 영향을 줄 수 있다. |
9∼30 |
10∼30 분 |
|
5 |
중추신경에 영향 |
30 |
4∼6 시간 |
|
|
|
120 |
1 시간 |
|
10 |
과격한 근육활동시 숨이 참. |
40 |
8 시간 |
|
20 |
보통 활동에도 숨이차고 간혈적 두통 |
400∼500 |
1 시간 |
|
30 |
두통, 신경과민, 피로감, 주의력 산만 |
1,000 |
1 시간 |
|
40∼50 |
두통, 정신혼란 |
1,000 |
1∼2 시간 |
|
60∼70 |
의식혼탁, 호흡증추마비 |
1,000 |
4∼5 시간 |
|
80 |
사망 |
1,500∼2,000 |
4∼5 시간 |
(3) 오염경로
(가) 일반적으로 높은 농도의 일산화탄소를 함유한 공기를 흡입하는 사람은 짧은 시간에도 혈중 일산화탄소-헤모그로빈의 농도가 높게 된다. 1970년의 미국 시카고의 비흡연 헌혈자의 혈중 일산화탄소-헤모글로빈 농도는 1∼5%이상인 자가 74%였고, 1974년에는 대기중의 일산화탄소농도가 개선되어 혈중 일산화탄소-헤모그로빈 농도가 1.5%를 초과하는 사람이 42%로서 감소되었던 것으로 보아 흡입공기중의 일산화탄소 농도가 혈중 일산화탄소-헤모그로빈 농도에 직접적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
(나) 일산화탄소가 혈중으로 이동되는 속도는 폐포나 폐의 모세혈관중의 일산화탄소 농도, 환기량, 폐의 확산기능, 폐의 모세혈관중의 혈액유량, 일산화탄소 또는 산소의 헤모그로빈과의 결합속도에 의하여 결정된다. 일산화탄소는 헤모그로빈에 대하여 산소보다 200배 이상의 친화력을 가지고 있다.
(다) 인체에 흡입된 일산화탄소의 배출은 오직 호흡기를 통하여 이루어지는데 그 배출속도는 아주 느리다. 이는 일산화탄소가 헤모그로빈에 대하여 강한 친화력이 있기 때문이다. 일산화탄소의 배출반감기 즉 혈중 일산화탄소-헤모그로빈의 농도가 처음농도의 50%에 도달할 때까지 필요한 시간은 1시간 30분에서 4시간 정도이다.
마. 규제법규 및 각종 기준
(1) 환경기준
주요 국가별 환경기준을 표 3.4.2에 나타내었다.
표 3.4.2 주요 국가별 일산화탄소 환경기준 (단위 : ppm이하)
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국가별 구분 |
한국 |
일본 |
미국 |
캐나다 |
네델란드 |
이탈리아 |
싱가포르 |
대만 |
WHO |
|
1시간 평균 |
25 |
- |
35 |
31 |
32 |
35 |
35 |
35 |
26 |
|
8시간 평균 |
9 |
20 |
9 |
13 |
5 |
9 |
9 |
9 |
9 |
|
24시간 평균 |
- |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
(2) 배출허용기준
주요 국가별 국내 운행차의 배출허용기준은 표 3.4.3과 같고, 고정배출원의 배출허용기준은 표3.4.4와 같다.
표 3.4.3 국내 운행차 배출허용기준
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사 용 연 료 |
차 종 |
적 용 기 준 |
|
|
|
|
'87.12.31 이전 |
'88.1.1이후 제작 |
|
휘발유·가스·알콜 |
승용차 |
4.5% 이하 |
1.2% 이하 |
|
|
경·소형화물, 중량자동차 |
4.5% 이하 |
|
(3) 작업장 환경기준
- 시간가중평균(TWA) : 50ppm
- 한계치(TLV) : 35ppm/10h, 200ppm ceil(순간적으로도 넘어서는 않됨)
- 단기간노출한계(STEL) : 400ppm
- 생명체나 건강에 급성으로 위험한 농도(IDLH) : 1,500ppm
- 최대허용농도(MAC) : 20㎎/㎥(≒16ppm)
표 3.4.4 배출시설별 일산화탄소 배출허용기준 (단위 : ppm이하)
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배 출 시 설 |
국가별 기준 |
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|
|
|
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한 국 |
프랑스 |
독 일 |
기 타 |
|
가. 발전시설 또는 일반보일러 (1)액체연료사용 (2)고체연료사용 나. 소각시설 또는 소각보일러
다. 시멘트 제조시설 중 소성로 라. 기타시설 |
350(4) 400(6) 600(12)
600(12) 700 |
500
1,000 |
140(3) 200(6) 800(11), 800(17) *0.75t/h 기준 |
-모든시설 : 호주:800 싱가포르:800 스페인:500 -석유정제시설 500∼1,500 (미국,스페인) |
바. 오염현황
국내 산업부문별 일산화탄소 배출량을 표 3.4.5에 나타내었다.
표 3.4.5 국내 CO배출량 현황 ('97.기준) (천톤)
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구분 계 |
난 방 |
산 업 |
수 송 |
|
|
|
발 전 |
|
|
|
|
소 계 |
승용차 |
버스, 트럭 |
선박, 기타 |
|
|
1,129 |
62 |
18 |
1,032 |
481 |
528 |
23 |
17 |
사. 문제점 및 대책
(1) 문제점
일산화탄소(CO)는 그 배출원이 다양하고, 조업상태에 따른 연소조건에 매우 민감하게 변화하며 불완전연소시에 많은 양이 배출되기 때문에 배출원에서 방지시설로 처리하기가 어렵다.
(2) 대책
(가) 효율적인 공정관리와 연소시 완전연소를 유도한다.
(나) 자동차에는 삼원촉매 장치 등과 같은 저감장치를 부착한다.
참고문헌
1. Encyclopaedia of Occupational Health and Safety, Vol. I,II, (1983).
2. Arthur C. S., (1984), Fundamentals of Air Pollution, 2nd ed.
3. Henry C. P., (1974), Air Pollution
4. 대기오염물질 배출량('97)
5. 대기환경관리(1999)
작성자 : 대기공학과 환경연구사 김대곤(공학석사)
원본 위치 <http://home.sunchon.ac.kr/~bioenvlab/data2/ham3/3-4.htm>
