BTEX와 MTBE

왜 배우는가: BTEX와 MTBE는 휘발유 누출로 지하수를 오염시키는 대표 물질이다. 두 물질은 지하수 안에서 거동이 달라 오염 범위 추정과 정화방법 선정에 직접 영향을 준다. 따라서 이 절은 두 물질의 정의와 거동 차이를 구분해 설명하는 것이 핵심이다.

출제 이력: 제126회 1교시 4번, 제117회 2교시 4번, 제102회 2교시 6번, 제101회 1교시 12번, 제93회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

BTEX는 벤젠·톨루엔·에틸벤젠·자일렌의 총칭인 단환 방향족 탄화수소이다.

BTEX는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌을 묶어 부르는 이름이며, 석유계 연료에 많이 들어 있는 휘발성 유기화합물이다. 메틸-tert-부틸에테르(MTBE)는 휘발유에 섞어 연소 효율과 옥탄가를 높이기 위해 사용되어 온 함산소화합물이다. 두 물질은 휘발유 누출로 함께 지하에 유입되지만 지하수 안에서의 거동이 서로 달라, 두 물질을 비교해 설명하는 것이 답안의 핵심이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• BTEX: 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌의 총칭이다.
• MTBE: 휘발유에 섞는 대표적인 함산소화합물이다.
• 방향족 탄화수소: 벤젠 고리 구조를 가진 탄화수소이다.
• 함산소화합물: 분자 안에 산소를 포함해 연소를 돕는 연료 첨가제이다.
• 용해도: 물에 녹을 수 있는 최대 양을 말한다.
• 휘발: 액체가 기체 상태로 날아가는 현상이다.
• 비수용성액체(NAPL): 물과 잘 섞이지 않는 액체이며, 물보다 가벼운 것을 LNAPL이라 한다.

2. 개념 풀이

BTEX는 석유계 연료에 포함된 단환 방향족 탄화수소 가운데 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌을 묶어 부르는 이름이다. 네 물질은 모두 벤젠 고리 하나를 가진 구조여서 물성이 비슷하고, 휘발유의 주요 방향족 성분으로 함께 누출된다. 자일렌은 오르토, 메타, 파라의 세 이성질체가 섞인 상태로 쓰이는 것이 일반적이다.

MTBE는 용해도가 높아 하류와 심층 지하수까지 확산되기 쉽다.

원리는 지하수 속에서의 거동 차이로 정리된다. BTEX는 물보다 가벼운 비수용성액체(LNAPL)로서 지하수면 위에 얇은 층을 이루며 이동하고, 물에 녹는 양이 제한적이다. 그래서 누출 지점 부근에 잔류하는 경향이 강하고, 지하수로 녹아드는 성분도 상대적으로 적다. 이동 속도는 주변 토양의 공극 구조와 흡착 특성에 따라 달라진다.

MTBE는 BTEX와 달리 물에 대한 용해도가 높아 지하수에 쉽게 녹아든다. 물속에서 광분해나 가수분해가 거의 일어나지 않고 토양 입자에 흡착되는 양도 적어, 분해보다 이송과 확산이 우세하다. 여기에 휘발로 대기 중에 빠르게 방출되는 성질까지 더해져 수평 이동뿐 아니라 수직 이동도 활발하다. 그 결과 MTBE는 하류부와 심층 지하수까지 오염시킬 가능성이 높다.

함산소화합물은 연료 분자에 산소를 포함시켜 연소를 돕고 옥탄가를 보강하는 첨가제를 말한다. MTBE가 대표적인 예이며, 휘발유에 함께 섞여 공급되므로 누출 사고에서는 BTEX와 같은 경로로 지하에 들어간다. 두 물질의 거동 차이는 누출 지점에서 오염 경계를 판단할 때 가장 먼저 고려해야 할 요소이다.

3. 등장 배경과 필요성

BTEX와 MTBE가 지하수 오염 문제로 부각된 배경은 석유제품 누출이다. 주유소나 저장시설의 지하 탱크와 배관에서 휘발유가 새면, BTEX와 MTBE가 토양을 지나 지하수에 도달한다. 두 물질은 이동 거동이 달라 누출 지점에 머무르는 성분과 하류로 넓게 퍼지는 성분이 함께 존재하므로, 오염 범위를 한 가지 기준으로 판단하기 어렵다.

MTBE가 주목받은 이유는 이동성이다. 휘발유의 함산소 첨가제로 널리 쓰이면서 누출 사례가 문제가 되었고, 일부 국가와 지역에서는 사용을 규제하거나 줄이는 조치가 이루어졌다. BTEX는 독성이 있는 방향족 성분이므로 누출 시 정화 대상으로 꾸준히 관리되어 왔다.

국내에서는 「지하수법」이 지하수 오염을 막는 제도를 두고 있다. 제16조의2제1항은 지하수오염유발시설의 설치자 또는 관리자에게 오염방지 조치와 지하수 오염 관측정 설치, 수질측정, 측정 결과의 시장·군수·구청장 보고를 의무화한다. 관측정은 오염 여부를 지속적으로 살피는 수단이다.

제16조의3제1항은 수질측정 결과 지하수의 수질이 기후에너지환경부령으로 정한 수질기준에 맞지 않게 되면, 오염의 원인을 제공한 관리자에게 정화작업과 그 밖에 필요한 조치를 명하도록 한다. 이 명령을 따르지 않거나 이행 후에도 오염 정도가 기준 이내로 줄지 않으면 제16조의3제2항에 따라 운영 중지나 폐쇄, 철거, 이전을 명할 수 있다. 따라서 수질기준 부적합 시 정화작업 명령이 정화 절차의 법적 출발점이다.