환경 악취는 감지된 대기 오염의 중요한 하위 범주로 소음, 열 및 빛과 함께 감각 공해로 분류된다.¹⁾ 급속한 경제 성장으로 인간의 생활 수준이 향상됨에 따라 빛이나 냄새 등 감각 공해에 대한 인식이 향상되고 있다. 일반적으로 냄새를 유발하는 휘발성 화합물은 산소, 질소, 그리고 황의 원자를 포함한다. 냄새는 여러 가지의 원인 물질들로 복합적인 특성을 나타내며, 후각은 냄새의 질, 세기, 불쾌도 등 여러 가지 요소들로 표현된다.²⁾ 냄새(악취 혹은 이취)는 황화수소, 메르캅탄류, 아민류 등 자극성이 있는 기체상 물질이 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주며 정신적, 심리적 피해를 일으키는 감각 공해로 분류된다.³⁾ 이러한 환경 악취는 호흡기나 피부를 통해 신체에 유입되어 천식, 아토피성 피부염, 신경학적 손상 등 다양한 병리를 유발할 수 있다.⁴⁾ 따라서, 제품이나 환경에서 발생하는 냄새(악취 혹은 이취) 문제를 해결하기 위해서는 냄새를 구성하는 복합 물질에서 냄새 원인이 되는 단일 물질을 선택적으로 확인하는 것이 중요하다.

서울시의 악취 민원 발생 건수는 2021년 기준 2,899건으로 꾸준한 증가 추세를 보인다. 2021년 악취 민원 건수 중 39%인 1,130건이 생활 악취로 상당 부분을 차지하며 도시 환경의 품질을 저하시키는 주요 요인 중 하나로 부각되었다.⁵⁾ 이러한 상황에서 생활 악취 문제는 그 중요성이 더욱 강조되고 있다. 특히, 도시 건설과 산업 발전으로 인해 적절하지 못한 폐수 처리와 오수 배출에 기인한 문제가 계속해서 증가하고 있으며, 이는 하천과 호수의 수질 저하뿐만 아니라 주변 환경과 주민 건강에도 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이에 대한 적극적인 대응과 해결이 시급한 과제로 대두되고 있다.

2020년 관악구청에서 진행한 관악구 정기 여론조사에 따르면 도림천 악취가 심해 개선이 필요함을 지적하는 의견이 제시되었다.⁶⁾ 도림천은 서울의 남쪽에 위치한 유일한 복개 하천이며 한강 수계의 지방하천으로 안양천의 제1 지류다. 도림천은 반복개(구로교~문화교, 3.25 km), 완전복개(문화교~동방1교, 1.2 km), 미복원구간(동방1교~서울대학교 정문 앞, 1.35 km), 산지부(서울대학교 상류, 0.9 km)의 4구간으로 구간에 따른 복개도 차이가 있다.⁷⁾ 도림천은 일부 구간에서는 완전히 복개되어 있지만, 일부 구간에서는 복개되지 않은 상태로 남아있다. 이는 주변 환경과의 연결성을 유지하면서도 일부 구간에서는 지하로 매몰되어 있다는 것을 의미한다. 일반적으로 완전복개된 하천은 지하로 모두 매몰되어 있어 표면에 노출되지 않는다. 따라서 완전복개된 하천은 주변 환경에 더 적은 영향을 줄 수 있으며, 일반적으로 악취 발생이 적다. 반면, 반복개된 하천은 지하로 모두 매몰되지 않고 부분적으로 노출되어 있는 하천을 말한다. 이는 하천 주변의 환경과 직접적으로 연결되어 있어 주변 환경의 오염물질이 하천으로 유입될 가능성이 높아진다. 따라서, 반복개 하천은 주변 환경의 오염물질이 하천으로 직접 유입되어 악취 발생을 증가시킬 수 있다. 완전복개 구간에서 반복개 구간으로 이어진 구간에서 악취가 유래될 가능성이 있으며, 복개도에 따른 악취 발생 정도에 대한 연구는 아직도 미비한 부분이 많다.

하천에서 발생하는 악취는 하수관거시설의 오접으로 인한 오수 유입과 혐기성 환경에서의 발생으로 크게 분류된다. 과거에는 합류식 하수 처리가 중심이었으나 현재는 위생 및 경제적 관점에서 분류식 하수 처리 방법이 장려되고 있으며 하수도 복원 사업 등을 통해 개선되고 있다. 그러나, 도림천이 위치한 관악구와 구로구는 총 연장 중 합류식 하수도가 90%를 초과하는 것으로 확인되었으며 다른 자치구에 비해 분류식 전환율이 낮은 것은 것으로 확인된다.⁸⁾ 합류식 하수도의 높은 분포 비율은 우천 시 우수와 오수가 혼합되어 우수 토실 및 펌프장에서 미처리 된 상태로 방류해 심각한 수질 오염으로 인한 악취를 발생할 수 있다. 악취 문제를 해결하려면 냄새 원인 식별, 관련된 주요 화합물 이해, 농도 정량화를 포함하는 다각적인 접근 방식이 필요하다. 특히, 이 연구에서는 도림천의 복개도에 따른 악취 발생의 차이를 확인하고, 하수관거시설의 분포 특성을 고려하여 도림천에서 발생하는 악취의 원인물질을 규명하고자 한다.

1. 조사 지점

도림천의 구로교부터 관악산 어린이 물 놀이장까지의 6.7 km 구간에서 조사를 위한 41개의 지점을 설정하였다. 이 구간은 28개의 교각과 교각 사이 13개의 중간 지점으로 구성된다(Fig. 1). 선별한 41개의 지점에서 악취 평가를 진행하였다. 관능평가를 위해 패널들은 각 조사 지점에서 느끼는 악취 정도를 직접 측정하였다. 패널들의 관능평가 결과를 종합하여 악취도를 평가하기 위해 기하평균을 사용하였다. 악취 농도 및 방출의 모든 평균은 일반적으로 로그 정규 분포를 나타내기 때문에 기하평균으로 보고되고 있다.⁹⁾ 이를 통해 모든 조사 지점에서의 패널들의 관능평가 결과를 종합하여 악취 정도를 측정하였다. 기하평균을 통해 산출된 결과 중에서 공기와 접촉이 있는 반복개 지점과 공기와의 접촉이 없는 완전복개 지점에서 가장 높은 악취도를 나타내는 지점을 각각 1곳씩 선정하였으며, 두 지점에 대해 악취 구성 물질을 분석하였다(Fig. 2).

Figure 1. Dorim stream (Gwanak-gu, Guro-gu) survey location selected

Figure 2. Odor intensity by branch of Dorim stream classified according to sensory evaluation. (a) Location of Dorim stream on the map of Seoul, (b) location of Dorim stream across Gwanak-gu and Guro-gu, (c) odor intensity by point calculated based on sensory evaluation results of Dorim stream according to degree of coverage

2. 냄새 판정요원 선정

이 연구는 2023년 8월 2일 도림천에서 발생하는 악취를 평가하기 위해 ASTM D1292-15 (Odor in Water) 표준 방법에 따라 5명의 판정원을 선정하였다.¹⁰⁾ 이 방법은 냄새의 질적 및 양적 평가를 수행하며, 복합 악취를 이루는 다양한 화합물의 냄새 기여도를 개별적으로 식별하기 어려운 경우에 활용된다.

500 mL 용량의 갈색 삼각 플라스크에 n-Butanol (>99.9%) 25 mL를 측정한 후, 증류수 175 mL를 첨가하여 총 부피가 200 mL인 1차 희석 시료를 제조하였다. 제조한 1차 희석 시료의 플라스크 입구를 마개로 밀봉하고, 수조에서 40°C로 가열하였다. 가열 후, 1차 희석 시료 중 25 mL를 채취하고, 증류수 175 mL를 추가하여 총 부피가 200 mL인 2차 희석 시약을 제조하였다. 제조한 희석 시약을 기반으로 5명의 냄새 판정요원 선정을 위한 냄새 평가를 진행하였다. 희석배수가 높은 약한 냄새부터 강한 냄새 시료를 찾아가는 상승식 방법으로 평가를 진행했다. 모든 판정요원은 4배로 희석된 시약에서 냄새를 올바르게 인식하였으며, 이는 악취 강도가 2 이상인 용액에 대해서 모든 판정요원이 정확하게 냄새를 식별할 수 있었다는 것을 의미한다. 이와 같이 5명의 판정요원을 선정하고 도림천에서 발생하는 악취에 대한 판정을 진행하였다.

3. 직접 관능평가

이 방법은 대기 환경에서 악취 물질을 분석하는데 사용되며, 직접 관능평가 방법을 사용하여 냄새의 강도를 0에서 5도까지 6개 단계로 나누어 측정한다. 이때, 냄새 평가요원들은 냄새의 특징과 강도를 기록하며, 악취 강도는 다음과 같이 정의된다: 0은 무취를 나타내며, 1은 냄새를 겨우 인지하는 정도, 2는 약한 냄새, 3은 쉽게 인지 가능한 냄새, 4는 강한 냄새, 5는 매우 강한 냄새를 나타낸다.¹¹⁾

측정 지점을 중심으로 물 시료를 채취하고, 직접 관능평가를 수행하였다. 이 과정에서 악취의 강도와 질을 평가하도록 하였다. 교각의 양쪽 가장자리 지점에서 시료를 각각 250 mL씩 채취하여 500 mL의 혼합 시료로 악취 평가 시료를 준비하였다. 해당 시료는 현장에서 준비되자마자 즉각적으로 10초 내에 평가하였으며, 패널별로 평가되는 악취 강도와 질을 기록하였다.

4. 용존 산소 측정

일반적으로 하수가 혐기성 환경이 조성되면 악취가 발생한다. 따라서, 하수의 용존 산소 농도를 측정하여 악취 발생과의 연관성을 분석하였다. 용존 산소 측정은 MW600 Standard Portable Dissolved Oxygen Meter (MW600)를 사용하였으며, 100% 포화 공기 및 0% 산소 용액에서 용존 산소 측정기를 교정한 후 산소 투과성 oxygen-permeable polytetrafluorethylene (PTFE) membrane을 부착한 probe를 디지털 판독 값이 안정화될 때까지 하수의 흐름에 완전히 담가 측정하였다.¹²⁾

5. 황화수소 센서 측정

관능평가를 통해 악취 강도와 질을 평가하고 복개도에 따라 악취 강도가 가장 높았던 지점을 각 1개씩 선정해 확산식 황화수소 가스 센서(GHS-8AT, GASTECH)를 이용하여 황화수소 농도를 측정하였다. 반복개 구간에서는 봉림교, 완전복개 구간에서는 구로교의 악취 강도가 가장 높았으므로 해당 지점에서 샘플링을 진행하였다. 측정에 앞서 교정용 황화수소 발생 키트 CK-11L을 사용하여 0~10 ppm 범위에서의 교정용 황화수소 가스를 발생시켜 교정하였다.¹³⁾ 2023년 8월 24일 오후 2시부터 8월 30일 오전 11시까지 약 7일간 반복개 봉림교와 완전복개 구로교에서 황화수소 측정을 진행하였으며, 황화수소 측정 센서를 수면으로부터 30 cm의 거리를 두고 1분 간격으로 측정하였다. 일주 측정에 따른 황화수소의 고농도 발생 시간대를 확인하여 해당 시간대에 두 지점에서의 가스 샘플링을 진행하였다. 이후, 장치 ANASYS 프로그램을 사용하여 실시간 측정된 황화수소 가스 농도 데이터를 추출하여 농도 변화를 확인하였다.¹⁴⁾ 기기의 검출한계는 0.1 ppm으로 0 ppm으로 측정된 황화수소 농도는 모두 검출 한계 이하로 설명될 수 있다.

6. ATD-GC 및 TD-GC/MS를 이용한 악취 원인 물질 규명

황화수소가 고농도였던 시간대를 중심으로 완전복개와 반복개, 각각 1개 지점에 대해 Low flow air sampling pump (LFS-113, Gilian)를 이용하여 각각의 Tedlar gas sampling bag (AVS-550, ACEN)에 두 지점의 수면 위 대기를 0.1 L/min의 유량으로 1시간 동안 채취하였다. 또한, Mini pump VOCs Sampler (MP-Σ30KNⅡ, TAEWON SIBATA)를 활용하여 Tenax-TA (Stainless steel conditioned TD tubes, Markers)에 두 지점의 수면 위 대기를 0.1 L/min의 유량으로 1시간 동안 채취하였다.

도림천에서 발생하는 악취의 원인 물질을 규명하기 위해 ATD-GC (iKO-GC, ACEN) (Table 1)와 Thermal Desorption (Unity-xr, Markers International, Ltd, UK)-Gas chromatography (GC, Agilent 8890)-Mass spectrometer (MS, Agilent 5977B)를 사용하여 악취 원인 물질을 비 표적 분석하였다(Table 2). ATD-GC는 지정 악취 물질 16종을 선택적으로 정성 및 정량 분석이 가능하다. TD-GC/MS는 모든 범주의 일반적인 냄새 물질을 검출하는데 사용할 수 있으며, 특히 알려지지 않은 샘플 및 비 표적 분석의 경우 복잡한 냄새 화합물을 식별하고 정량화하기 위한 최적의 표준으로 간주된다.^15,16) TD-GC/MS를 통해 봉림교와 구로교에서 복합 악취를 구성하는 개별 악취 물질을 분리하여 악취 원인 물질을 규명하였다. NIST Library와 Wiley 9 Library로 Similarity가 70 이상인 물질들에 한하여 교차 확인해 TD-GC/MS로 검출된 물질에 대한 정성평가를 진행했다.

Table 1 . ATD-GC analysis conditions.

TD condition
Adsorption	Temperature (°C)	–10
	Time (min)	10
	Flow rate (mL/min)	100
Desorption	1st	50
	2nd	300
	Flow rate (mL/min)	5
Conditioning	Temperature (°C)	200
	Flow rate (mL/min)	50
GC condition
Column	CP Sil 5 CB 0.53 mm×50 m×5.0 μm
Oven	45°C (6 min) → 5°C/min → 80°C → 20°C/min → 200°C (1 min)

Table 2 . TD-GC/MS analysis conditions.

TD condition
Standby split	Flow (mL/min)	30
	Flow path temperature (°C)	200
Predesoprtion	Prepurge time (min)	1
	Trap flow (mL/min)	50
Desorption	Time (min)	10
	Temperature (°C)	320
	Trap flow (mL/min)	50
Trap setting	Purge time	1
	Flow (mL/min)	50
	Low temperature (°C)	–10
	Heating rate (°C/sec)	40
	High temperature (°C)	320
	Desorb time (min)	5
	Desorb split flow (mL/min)	100
GC condition
Column	HP-5MS 5% Phenyl Methyl Siloxane 30 m× 250 μm×0.25 μm
Oven	50°C (20 min) → 5°C/min → 100°C (10 min) → 5°C/min → 150°C (10 min) → 5°C/min → 200°C (10 min)

7. 분석방법

악취 관능평가 결과는 개별 판정요원이 판정한 악취 값 중 0 (무취)을 제외한 기하평균 값으로 산정하여 QGIS 3.30.2-'s-Hertogenbosch 소프트웨어를 사용해 도림천에서의 지점별 악취 강도를 표현하였다. 복개도에 따른 악취 강도의 차이를 R 통계 프로그램을 활용하여 바이올릿 플롯으로 나타내어 복개도에 따른 악취 강도의 분포 특성에 대한 해석을 제공했다.

확산식 황화수소 측정기 GHS-8AT를 활용하여 1분 단위의 실시간 측정을 진행한 황화수소 농도는 GASTEC에서 제공하는 ANASYS 프로그램을 활용하여 1분 간격의 황화수소 농도 데이터를 추출하였다. 추출한 데이터는 1시간 단위로의 평균 농도를 산정하여, 7일 동안 시간대별 황화수소의 농도를 산술 평균하여 봉림교와 구로교에서 시간별 황화수소 농도 변화 추이를 나타냈다. 측정 지점에서의 황화수소 농도와 온도와의 상관성과 악취 강도와 측정된 용존 산소 농도 사이의 상관성을 확인하기 위해 R 통계 프로그램을 활용하여 선형회귀분석을 진행했다. TD-GC/MS를 활용하여 복개도에 따라 악취 원인 물질의 정성 분석 결과를 R 통계 프로그램을 활용하여 Heatmap으로 나타내어 복개도에 따른 물질 구성을 비교했다.

1. 도림천 관능평가 결과

5인의 판정요원에 대해 공기 접촉 유무에 따라 용존 산소와 악취강도를 측정 및 판정하였다. 공기와 접촉하지 않는 완전복개 지점에서는 평균적으로 용존 산소가 4.5 mg/L, 악취 강도는 4.0으로 계산되었다. 반면, 공기와 접촉하는 반복개 지점에서는 평균적으로 용존 산소가 7.8 mg/L, 악취 강도는 2.8로 계산되었다. 반복개 지점에 비해 완전복개 지점에서 평균적으로 낮은 용존 산소 농도와 높은 악취 강도를 확인하였다. Table 3에 따라 반복개 구간에서는 봉림교가 4, 완전복개 구간의 구로디지털 단지 부근에서 5의 악취도가 산정되었다. 악취도가 4 이상인 지점으로 반복개의 경우, 신림 1교, 구로교 등이 대표적이었으며, 완전복개의 경우에는 구로 2교, 구로교와 구로 1교 사이의 지점들이 확인되었다. 5인의 판정요원이 진행한 악취도 평가는 악취의 강도와 함께 악취의 질도 평가하였다. 주로 코를 찌르는 냄새 및 탁하고 비린 냄새로 구성되었다.

Table 3 . On-site odor evaluation results.

Sampling point	Degree of coverage	OI*	DO† (mg/L)	OQ‡
Mountain branch	Half cover		6.7
Latitude and longitude 2	Full cover	2	5.6	Fishy
Latitude and longitude 3	Half cover	4	5.8	Fishy, stinging, disgusting
Samseong Bridge	Half cover	4	6.7	Strong fishy
Hannam Bridge	Half cover	2	7.3	Fishy
Hwarang Bridge	Half cover	3	7.5	Fishy
Shinseong Bridge	Half cover	4	5.8	Disgusting
Shinseong Bridge 1	Half cover	2	7.5	Fishy
Latitude and longitude 4	Half cover	3	7.6	Fishy
Dongbang Bridge 2	Half cover		8.5
Dongbang Bridge 1	Half cover		8.6
Sillim Bridge 3	Half cover		9.8
Yangsan Bridge	Half cover		8.9
Chungmu Bridge	Half cover	1	9.0	Fishy
Shinhwa Bridge	Half cover	2	9.5	Fishy
Sillim Bridge 2	Half cover	2	9.2	Fishy
Shinbon Bridge	Half cover	2	8.8	Fishy
Munhwa Bridge	Half cover		9.1	Fishy
Sillim Bridge 1	Half cover	4	7.6	Cloudy
Sillim Bridge 1§	Half cover	5	5.2	Rancidity
Seungri Bridge	Half cover		7.6	Fishy
Sillim Bridge	Half cover		8.4	Fishy
Seowon Pedestrian Bridge	Half cover	1	8.4	Fishy
Bonglim Bridge	Half cover	4	8.2	Fishy, stinging
Bonglim Bridge║	Half cover	2	7.1	Fishy, cloudy
Gwanak Sindaebanggyo Bridge	Half cover	2	7.5
Sillim 4.5-dong Bridge	Half cover	2	7.8	Fishy
Dorim Pedestrian Bridge	Half cover	2	8.1	Cloudy
Latitude and longitude 5	Half cover	4	7.1	Fishy, rancidity
Guro Bridge	Full cover	5	1.1	Stinging
Latitude and longitude 6	Full cover	5	1.1	Fishy, rancidity
Latitude and longitude 7	Full cover	4	2.4	Fishy, stinging
Latitude and longitude 8	Full cover	5	4.9	Stinging
Latitude and longitude 9	Full cover	4	5.3
Latitude and longitude 10	Full cover	4	7.6
Guro Bridge 1	Full cover	3	7.8	Fishy
Guro Bridge 2	Half cover	3	8.5	Fishy, cloudy
Street Park Ogeori		2
Shindorim Bridge		1		Fishy

Points where odors are detected between bridge piers are marked as latitude and longitude points..

*OI: odor intensity..

^†DO : dissolved oxygen..

^‡OQ: odor quality..

^§Sillim Bridge 1: Rainwater passage point in front of Sillim Bridge 1..

^║Bonglim Bridge: Bonglim Bridge connecting bridge point..

복개도에 따라 악취 강도의 분포를 Fig. 3과 같이 R 통계 프로그램을 활용한 바이올릿 플롯으로 나타냈다. 바이올릿의 폭은 특정 악취 강도 지수 수준의 데이터 포인트 밀도에 해당한다. 폭이 넓을수록 해당 데이터 포인트 집합의 수가 많다는 것을 나타내고, 좁을수록 해당 데이터 포인트 집합의 수가 적다는 것을 말한다. 0 값에 여러 피크가 존재하는 것은 배경 수준을 의미하며, 이 기준선 내에서 공통 값의 수렴을 나타낸다. 해당 기능은 다양한 바이올릿 간에 통찰력 있는 비교를 가능하게 하며, 악취 평가 데이터 값의 분포가 다양한 적용 범위 사이에서 어떻게 이동하는지에 대해 설명한다.

Figure 3. Distribution characteristics of odor intensity according to degree of coverage

플롯은 반복개 구간이 완전복개 영역에 비해 악취 강도 지수에 대한 다양한 범위를 보인다. 특히, 완전복개 구간에서는 악취 강도가 높은 구간에 주로 분포하는 특징을 보이며, 반복개 구간에서는 고른 악취 강도의 분포를 보이나 일반적으로 악취 강도가 낮은 구간에 주로 분포하는 특징을 보인다. 이는, 반복개 구간보다 완전복개 구간에서 악취가 더 심하다는 것을 의미한다. 완전복개 구간은 밀폐된 환경으로 외부와 접촉되는 면적이 적은 특징을 보인다. 이는 완전복개 구간에서 악취가 심하게 발생되는 현상을 설명할 수 있다. 이 연구에서는 5명의 판정원으로 관능평가를 진행하였으나 더 많은 수의 판정원으로 관능평가를 진행한다면 관능평가 결과의 객관화 및 신뢰도 향상을 기대할 수 있을 것이다.

2. 악취 강도와 용존 산소 측정 결과 상관성

용존 산소 농도를 측정한 결과, 반복개 구간인 봉림교는 7.8±1.15 mg/L, 완전복개 구간인 구로교에서는 4.5±2.67 mg/L의 용존 산소 농도를 평균적으로 확인하였다. 반대로, 용존 산소의 농도가 높은 봉림교의 악취 강도는 평균적으로 2.8±1.06, 용존 산소의 농도가 낮은 구로교에서는 4.0±0.92의 악취강도가 확인되었으며 이는 약 2배가량 높은 수치이다. 이와 같은 결과를 통해, 악취 강도가 높은 구로교에서는 하천 내 산소 농도가 낮고, 악취 강도가 상대적으로 낮은 봉림교는 하천 내 산소 농도가 높은 결과를 보인다. 이를 토대로 통계적으로 악취 강도와 측정된 용존 산소 농도 사이의 상관성을 분석하였다. 악취 강도와 측정된 용존 산소 농도는 Fig. 4와 같이 -0.71의 음의 상관성을 나타낸다. 악취 강도가 높을수록 용존 산소 농도 수준은 감소하는 경향을 확인하였다. 용존 산소의 경우 7.5 mg/L 이상에서 이상치가 관측되지만, 대부분의 값이 5.0 mg/L에서 7.5 mg/L 사이에 위치한다. 악취 강도가 높을수록 낮은 수준의 용존 산소 농도를 보이는 경향은 하천에서 산소가 부족하거나 고갈되어 혐기성 조건이 형성됨에 따라 황화물 또는 질소화합물의 악취 물질이 생성되어 악취가 발생하는 것을 의미한다. 따라서, 용존 산소의 농도가 낮을수록 하천이 강한 혐기성을 띠게 되며 악취의 세기도 강해진다. 용존 산소 농도 측정 외에도 하천 구간별 분포하는 미생물의 종류 등을 조사하여 용존 산소 농도와 악취 강도 사이의 상관성을 구체적으로 설명할 수 있을 것으로 사료된다.

Figure 4. Correlation analysis between dissolved oxygen concentration and odor intensity

3. 확산식 황화수소 센서 측정 결과

봉림교의 측정 일별 황화수소 농도는 24일과 29일을 제외하고 검출 한계 이하 혹은 1.0 ppm 이하의 농도 수준을 보였다. 29일의 경우 오전 12시에 5.7 ppm까지 농도가 급격하게 증가하는 구간이 있었으며, 해당 구간으로 인해 측정 전 기간에 대한 시간별 황화수소 평균 농도를 계산할 때 봉림교의 농도가 과대평가되었다.

구로교의 측정 일별 황화수소 농도는 25일, 26일, 그리고 30일의 전 측정 시간대에서 검출 한계 이하의 황화수소 농도가 측정되었다. 27일, 28일, 그리고 29일의 경우 오후 12시 이후 시간에 농도가 높아지는 경향을 확인하였다. 특히, 27일의 경우에는 오후 6시 이후에도 농도가 다시 높아지는 경향이 확인되었다.

봉림교와 구로교 모두 오후 12시부터 3시 사이에 상대적으로 고농도 경향을 보이며, 특히 오후 2시에 농도가 가장 높은 특징을 보였다. 봉림교와 구로교 모두 오후 12시를 기준으로 온도가 증가함에 따라 농도가 증가하는 경향을 보였다. 서울시 기상청 기상자료개방포털 서울시 관악구의 방재기상관측을 통해 해당 고농도 경향을 나타내는 시간대의 풍향은 152.90±54.90^°로 동남에서 남서풍 경향을 보였다. 풍속은 1.96±0.51 m/s으로 확인되었다(Fig. 5).¹⁷⁾

Figure 5. Diffusion-type hydrogen sulfide sensor measurement. (a) Hydrogen sulfide concentration by day of measurement at Bonglim Bridge, (b) hydrogen sulfide concentration by day of measurement at Guro Bridge, (c) average of hydrogen sulfide concentration by hour over the entire measurement period of Bonglim Bridge, (d) average of hydrogen sulfide concentration by hour over the entire measurement period of Guro Bridge

온도와 황화수소의 관계를 알아보고자 선형회귀분석을 진행하였고, 50.88%의 양의 상관성을 확인하였다(Fig. 6). 따라서, 온도가 높을수록 악취 강도가 증가하는 것을 의미한다. 이를 통해 온도가 높아지는 오후 시간에 봉림교와 구로교에서 황화수소의 농도가 증가하는 현상을 설명할 수 있었다. 온도가 높을수록 증발량이 증가하여 센서로 검출되는 황화수소의 농도가 증가하는 것을 의미했다. 측정되는 황화수소의 농도는 온도 이외의 습도 및 유속과 같은 요인에 영향을 받으며, 측정 구간에서의 풍향과 풍속에도 영향을 받는다. 외부의 열린 공간에서 측정이 진행되어 습도, 풍향, 풍속 등의 주변 환경 요인을 구간별 통제할 수 없어 오직 온도가 황화수소 농도에 미치는 영향을 조사하는 것에 한계가 있다. 따라서, 해당 기간에 진행된 측정 결과는 온도가 증가함에 따라 황화수소의 농도가 증가한다는 상관성에 대한 가능성만을 제시한다.

Figure 6. Temperature and hydrogen sulfide concentration regression analysis

4. ATD-GC를 활용한 16종 지정 악취 물질 분석

봉림교에서는 Acetaldehyde가 0.4 ppm으로 가장 높은 농도 수준으로 검출되었고, 0.024 ppm의 o-Xylene, 0.003 ppm의 Toluene, 그리고 0.001 ppm의 n-Butyl acetate가 확인되었다. 구로교에서는 Acetaldehyde가 0.867 ppm으로 가장 높은 농도 수준으로 검출되었고, 0.038 ppm의 o-Xylene 그리고 0.002 ppm의 Toluene과 n-Butyl acetate가 확인되었다. 봉림교와 구로교 모두 Acetaldehyde의 농도가 확인된 지정 악취 물질 중에서 고농도로 확인되었으며, 봉림교보다 구로교에서 높은 농도로 확인되었다. 나머지 확인된 지정 악취 물질도 전반적으로 봉림교보다 구로교에서 높은 농도로 확인되는 경향성이 있었다.

구로교와 봉림교에서 지정 악취 물질 중에서도 4종이 공통적으로 확인되었으며, 상대적으로 밀폐된 완전복개 구간의 구로교에서 지정 악취 물질의 농도가 반복개인 봉림교보다 높은 수준으로 나타낸다. 구로교와 봉림교 모두 Acetaldehyde는 최소감지농도 수준에 해당하여 악취 성분이 낮은 농도로 인간의 후각에 의해 인지되지 않으나 농도가 증가되면서 감각기에 인지될 수 있는 가능성을 보였다. 그러나, Acetaldehyde를 제외한 검출된 3가지 악취 물질은 최소감지농도 수준 이하로 인간의 후각에 의해 감지되지 않을 것으로 설명된다. 따라서, 봉림교와 구로교에서 악취 발생 시 인지되는 악취는 지정 악취 물질보다 이외의 악취 물질에서 기인되었을 수 있음을 의미한다.

5. TD-GC/MS를 이용한 악취 원인 물질 규명

Fig. 7은 샘플링 지점 내 복개도에 따라 감지된 다양한 악취 원인 물질을 나타낸 히트맵이다. 전반적으로 봉림교보다 구로교에서 다양한 악취 원인 물질 구성을 나타내고 있음을 나타낸다. 그리고, 봉림교와 구로교 두 지점에서 중복되어 검출된 악취 원인 물질은 isocyanato-methane과 benzaldehyde였다. 악취 원인 물질의 존재 여부는 0과 1의 코드로 분류하였으며, 1에 해당하는 진한 적색은 기기분석을 통한 검출을 의미하고, 0은 검출되지 않음을 시사한다.

Figure 7. Identification of substances causing odor according to degree of coverage

관능평가를 통해 반복개인 봉림교에서는 비릿하고 탁한 냄새로, 완전복개인 구로교에서는 탁하고 코를 찌르는 냄새로 평가되었다(Supplementary Table 1). 확인된 냄새는 산소, 질소, 황을 포함하는 물질로 구성되며, 봉림교의 경우 질소와 산소를 포함하고 있는 냄새 물질이 주로 확인되었다. 반면, 구로교의 경우에는 질소와 산소를 포함하는 냄새물질 뿐만 아니라 황을 포함하고 있는 물질도 포함하여 확인되었다. 각 물질에서 확인되는 냄새의 질을 반영했을 때 반복개인 봉림교의 비릿하고 탁한 냄새는 isocyanato-methane에 의해 특정될 수 있다. 구로교에서 탁하고 코를 찌르는 냄새는 각 물질에서의 확인되는 냄새의 질을 반영했을 때 sulfur dioxide를 비롯한 황화합물과 pentanoic acid와 질소를 포함하고 있는 물질에서 기인된다고 해석할 수 있었다.

본 연구에서는 서울 도림천에서 발생하는 악취의 원인을 복개도와 하수관거시설의 분포에 따라 분류 및 해석하였다. 하천에서 악취가 발생하는 이유 중 하나는 하수의 혐기화다. 완전복개의 경우 공기와의 접촉이 거의 차단되어 하수가 혐기화 됨에 따라 황, 질소와 같은 냄새 원인 물질들이 주로 냄새를 일으키게 된다. 반면, 봉림교와 같은 반복개 구간에서는 바람과 유수 등 하천에 산소가 공급될 수 있는 요인들이 있어 혐기화에 따른 냄새가 발생한다고 말하기 어렵다. 이는 용존 산소 측정 결과를 통해 확인할 수 있다. 냄새가 발생하는 반복개 구간에서는 용존 산소가 7 mg/L 이상으로 수질관리 기준에서 매우 좋음 기준에 해당하여 하수의 혐기화는 악취 발생의 이유로 적절하지 않다. 반면, 구로교의 경우 용존 산소가 4.8 mg/L로 하천 생활환경 기준에 따라 약간 나쁨에 해당하며, 용존 산소가 가장 낮은 지점은 1.1 mg/L까지 낮은 수준의 농도를 보여 혐기화가 악취 발생의 이유가 될 수 있다는 것을 시사한다.

따라서, 혐기화가 악취의 원인이 아닌 반복개 지점에 대해서는 관악구청에서 제공한 하수관거도를 통해 원인을 논할 수 있다. 우수 토실, 맨홀, 물받이 개수와 분포에 한해 완전복개 지점보다 반복개 지점에 상대적으로 2배가량 더 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 강우 시 하수박스내 오수와 우수가 혼합되어 분리벽을 넘어 하천에 방류되는 것으로 보이며, 하수 박수에서 발생하는 막힘 현상은 침수원인으로도 작용 그리고 역류현상이 발생하게 되어 악취를 유발하게 된다. 특히 우수 토실이 분포한 곳에서 악취가 심한 양상을 보이며 주로 이러한 하수관거의 분포는 반복개 지점의 악취를 설명할 수 있다. 하수관거 시설의 문제가 아니라면 하수관거의 오접으로 인한 악취 발생을 고려해볼 수도 있다. 분류식 하수관거 시공 시 우수관과 오수관을 시공하게 된다. 오수관을 우수관 아래에 시공하게 되는데 오수관의 경우 시공 깊이가 깊어 시공되는 과정에서 우수관과 연결되어 오접되는 경우가 있다고 한다.

2021년 환경부의 하수도 통계자료에 의하면 서울시 관악구의 하수관거 시설연장은 431 km로 계획연장의 100%이며, 합류식 관거가 415 km (96%), 분류식 관거가 16 km (4%)로 구성되어 있으며, 맨홀 11,613개, 오수 받이 26,260개, 토실∙토구 272개가 설치되어 있다. 서울시 구로구의 하수관거 시설연장은 403 km로 계획연장의 100%이며, 합류식 관거가 359 km (89%), 분류식 관거가 44 km (11%)로 구성되어 있으며, 맨홀 10,913개, 오수받이 15,643개, 토실∙토구 108개가 설치되어 있다. 2021년 서울특별시 물재생계획과에서 발표한 서울시 하수관거 현황에 따르면 2020년 기준 도림천이 주로 속한 관악구와 구로구에서 합류식 하수도가 약 90%를 초과하는 것으로 확인하였다.⁸⁾ 합류식 하수도는 우천 시 우수와 오수가 혼합되어 우수 토실 및 펌프장에서 미처리된 상태로 방류되며 심각한 수질 오염이 될 수 있으며 이로 인한 악취가 발생하게 된다.

따라서, 최근 신도시를 중심으로 합류식 하수관거를 분류식으로 대체하는 경향을 보이나 관악구와 구로구의 경우에 대부분이 합류식 하수관거로 구성되며, 이로 인해 반복개 및 완전복개 구간에서 악취가 발생할 수 있다. 방류되는 수질 기준을 규제하여 합류식 하수도에서의 월류 현상을 개선할 수 있어 일본, 미국, 유럽에서는 우기시 하수처리시설의 방류수 수질기준이 존재하나 국내 하수도법에는 아직 관련한 규제가 없는 것으로 알려져 있어 그 필요성이 제기된다. 본 연구는 하수관거 시설의 오접 등의 지표로서 악취가 사용될 수 있으며, 복개도에 따라서 악취도 및 악취물질을 분석하였다는 것에 의의를 둔다.

본 연구는 복개 정도에 따라 서울시의 도림천에서 발생하는 악취를 규명하였다. 도림천의 관능평가를 통해 완전복개 지점과 반복개 지점에서의 용존 산소와 악취 강도를 비교 분석하였다. 이를 바탕으로 완전복개 구간에서는 악취 발생이 더 심하며, 이는 하천의 혐기성 조건과 산소 부족으로 인해 악취 물질이 생성되어 발생하는 것으로 파악되었다. 특히, 완전복개 구간에서 악취 강도가 높은 구간이 주로 분포함을 확인하였다. 황화수소 센서를 이용한 측정 결과에서는 반복개 구간인 봉림교와 완전복개 구간인 구로교에서 주로 오후 12시에서 3시 사이에 농도가 상승하며, 온도가 높아질수록 악취 강도가 증가하는 경향을 보였다. 그러나, 대상 지역이 일부에 한정되어 전체 도림천의 상황을 반영하는데 한계가 있으며 주관적인 판단이나 측정값에 의존하는 측정 방법으로 인해 결과의 정확성과 일관성에 제약이 있었다. 결론적으로, 도림천의 환경 개선 및 악취 관리에는 특히 완전복개 구간에 대한 관리가 필요함을 시사한다.

이 연구는 서울대학교 보건대학원의 ‘지역사회보건실습’과 ‘서울대 창의교육 프로젝트’의 지원으로 진행되었습니다. 지원해 주신 학교 당국에 감사드립니다. 또한, 기술적 자문을 주신 강원대학교 김만구 교수님, 장비사용을 허락해 주신 (주)ACEN의 송희남 대표님께도 감사드립니다.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Supplementary materials can be found via https://doi.org/10.5668/JEHS.2024.50.2.83

박소영(석사과정), Gökçe Nur Ayaz(석사과정), 김희원(석사과정),

윤형기(석사과정), 권태홍(석사과정), 김성균(교수)