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문제 정의
- 본 연구는 대기 중 미량금속성분의 발생원 관리 및 제어를 위한 기초적 자료를 제공할 목적으로 대구지역을 대상으로 부유분진 및 미량금속성분의 계절적 추이를 분석하였으며, 군집분석과 지각농축계수법을 이용하여 유해성 미량금속성분의 발생원별 기여도를 평가하였다.본 연구의 결과는 추후 지역 대기 질 관리를 위한 대책 수립 및 규제를 위한 자료로 이용될 수 있다.
제안 방법
- 유사도를 나타내는 군집의 거리는 좌측으로 갈수록 군집의 수는 증가하지만 유사도는 높아졌다. 각 부유분진내 미 량금속성분의 수상도는 Al, Fe 가한 군집', 그라고 나머지 중금속인 Ni, Cr, As, Mn, Cd, Pb, Zn이 한 군집으로 크게 두 개의 군집으로 나누어졌다. 특히 A1과 Fe의 군집 유사도는 PM-10 보다 TSP에서 더 높은 것으로 나타났으며 이는 정충영과 최 이규(1998) 등의 연구와 일치하는 경향 올 보여주었다.
- 1 mg의 전자저울 (YMC: Model 307276)로 칭량하였다. 대기 중 분진의 농도는 포집 전후의 여지 무게 차이를 총 포집 유량으로 나누어 산출하였다.
- 비유사도의 기준으로 사용된 유클리디안 제곱거리는 일반적인 환경자료의 거리률 측정하는데 있어 적절하다고 알려져 있다(Hopke, 1983). 보퉁 군집분석에서 case 별 군집화 방법을 이용하지만 본 연구에서는 variable별 군집화를 시켜 군집분석의 특성을 이용하여 해석하였다.TSP와 PM-10 내 중금속농도의 자료를 이용하여 군집분석한 결과, 유사도 (degree of similarity)를 나타내고 있는 수상도(dendrogram)를 그림 4와 5에 나타내었다.
- 본 연구는 대구지역을 대상으로 1999년 1월부터 12월까지 TSP와 PM-10을 포집후 각 부유 분진과 미량 금속 성분의 계절적 변화를 조사 분석하였으며, 통계적 분석방법인 군집분석과 지각농축계수법을 이용하여 미량금속성분의 발생원을 추정 평가하였다. 본 연구결과는 다음과 같다.
- 본 연구에서 각 기준원소 중 A1 을 선정하여 아래와 같은 Taylor식어】 의해 각각의 중금속 성분에 대한 농축계수를 산출하였다.
- 전처리하였다.전처리과정을 거친 분석검액을 ICP (Inductively Coupled Plasma Spectrometer, JOBIN-YVON: Model JY38-4, FRANCE)를 이용하여 정성, 정량분석을 하였으며, 구체적 절차는 그림 1과 같다.
대상 데이터
- )를 이용하였으며, 포집 유량은 각각 51/min, 5501/min이었다.분진포집을 위해 PM TOe pore size 0.42 |im인 glass fiber filter (PAL-LFELEX PRODUCTS: Type T60A20)를 사용하였으며 TSP는 glass fiber filter (Whatman EPM2000, 8" x 10”)를 사용하였다. 각 여지는 포집 전후 항온, 항습 상태의 데시케이터 내에 보관 후 감도 0.
- TSP 와 PM TO portable sampler롤 이용하여 1999 년 1월부터 12월까지 발생원적 특성이 다른 4개 지역(공단지역, 교통지역, 교통 및 주거지역, 주거지역) 을 대상으로 포집한 대기 중 부유분진의 계절별 평균농도를 표 2에 나타내었다.TSP의 연평균 농도는 123 ng/m% PM-10은 69pig/m3으로 TSP의 농도가 약 1.
- 12월까지 24시간 주기로 포집하였다. 각 시료는 3공단내 서대구초등학교 옥상, 주거 및 교통지 역에 위치하고 있는 계명대학교 대명동 캠퍼스 수산관 옥상, 교통이 혼잡하고 정체가 심한 서문시장 인근 지 인 계성초등학교 옥상, 비교적 대구에서 청정지역인 지산동의한 아파트 옥상에서 채취하였다. 포집된 시료의 수는 각 지점별 21개이며, 총 84개의시료를 확보하였다.
- 대기 중 부유분진의 포집은 PM-10 portable sampler (AIRMETRICS, U.S.A.)와 TSP portable sampler (GRASEBY, USA.)를 이용하였으며, 포집 유량은 각각 51/min, 5501/min이었다.분진포집을 위해 PM TOe pore size 0.
- 시료채취지역은 대구지역의 발생원 특성이 다를것으로 예상되는 4개 지역을 선택하여 1999년 1월부터 12월까지 24시간 주기로 포집하였다. 각 시료는 3공단내 서대구초등학교 옥상, 주거 및 교통지 역에 위치하고 있는 계명대학교 대명동 캠퍼스 수산관 옥상, 교통이 혼잡하고 정체가 심한 서문시장 인근 지 인 계성초등학교 옥상, 비교적 대구에서 청정지역인 지산동의한 아파트 옥상에서 채취하였다.
- 각 시료는 3공단내 서대구초등학교 옥상, 주거 및 교통지 역에 위치하고 있는 계명대학교 대명동 캠퍼스 수산관 옥상, 교통이 혼잡하고 정체가 심한 서문시장 인근 지 인 계성초등학교 옥상, 비교적 대구에서 청정지역인 지산동의한 아파트 옥상에서 채취하였다. 포집된 시료의 수는 각 지점별 21개이며, 총 84개의시료를 확보하였다.
데이터처리
- 대구지역 대기 중 미량금속성분의 밭생원 평가를 위해 통계적 분석방법인 군집분석올 실시한 후 농축계수평가법을 실시하여 각 평가법에 따른 결과를 비교 분석하였다. 군집분석은 자료의 대상들이 지니고 있는 다양한 특성의 유사성을 바탕으로 동질적인 집단을 분류하는 방법 이다.
- 또한 추출방법 및 분석과정의 정확성을 기하기 위해 각 금속의 표준물질을 이용하여 실제시료와 동일한 방법으로 회수율실험을 실시하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다. 본 연구에서 이용한 산추출법은 전반적으로 높은 회수율을 보이는 군집분석은 자료의 대상들이 지니고 있는 다양한 특성의 유사성을 바탕으로 동질적인 집단을 분류하는 방법 이다.본 연구의 기초자료를 응집위계분석법을 이용하여 평균결합법으로 군집화를 시키고, 비유사도는 유클리디안 제곱 거리를 이용하였다. 비유사도의 기준으로 사용된 유클리디안 제곱거리는 일반적인 환경자료의 거리률 측정하는데 있어 적절하다고 알려져 있다(Hopke, 1983).
- 한편, 분석 자료의 통계적 해석올 위하여 SPSS PC+9.0 (Statistical Package for Social Science)의 프로그램을 이용하여 자료를 응집위계분석법 (hierarchical) 을 이용한 평균결합법 (average linkage)으로 군집화를 시키고, 비유사도는 유클리디안 제곱거리 (squared euclidean distance)# 이용한 군집분석 (cluster analysis) 을 실시하였다.
이론/모형
- 대기 부유분진 중 미량금속성분을 추출하기 위해 여지를 4희 분할하여 질산-과산화수소법을 이용해 시료를 전처리하였다.전처리과정을 거친 분석검액을 ICP (Inductively Coupled Plasma Spectrometer, JOBIN-YVON: Model JY38-4, FRANCE)를 이용하여 정성, 정량분석을 하였으며, 구체적 절차는 그림 1과 같다.
- 농도룔 뜻한다. 또 (XZ4/)cn頌는 지각물질의 원소조성을 나타내는 것으로 Ahrens-Taylor의 지각성분표를 이용하였다. 농축계수의 평가법은 그 값이 1 에 가까우면 그 원소의 기원은 지표원소와 동일함을 의미하며 10 이하가 되면 지각물질의 조성의 변화와 연계 지어 설명 가능하고 10 이상일 경우는 인위적인 오염원에서 배출되어 대기 중에 상당량이 농축되어 있는 것으로 평가하게 된다.
성능/효과
- 표 2에 나타내었다.TSP의 연평균 농도는 123 ng/m% PM-10은 69pig/m3으로 TSP의 농도가 약 1.8배 더 높은 것으로 나타났다. 이는 국내 대기 질 환경기준의 연간기준치보다 낮은 결과를 나타내었다.
- 한편 PM니0의 경우 지역간 비교시 서울보다는 높고 울산지역보다는 낮은 경향을 보여주었다 (나덕재와 이병규, 1999; 유정석 등, 1995). 계절별 평균농도는 겨울(TSP 143 n8/m3, PM-10 76 瞄/me, 봄(127 75 (ig/m3), 가을 (94 eg/m3, 47 |Ag/niJ), 여름(87 昭/1带, 49pig/m3)순으로 높게 나타났으며 겨울철이 여름철보다 TSP의 농도는 1.7배, PM-10 은 1.6배 가량 높게 나타났다. 일반적으로 부유 분진의 농도는 봄철에 가장 높은 경향을 보이나 본 연구 기간 중 1월과 2월에 겨울철 활사가 발생하여 예.
- 넷째, 군집의 특성을 평가하기 위해 지각농축계수를 산출한 결과 토사성분과 연계된 Fe, Al, Mn의 금속은 지각농축계수가 10 이하의 낮은 값을 보여 자연적 원인인 지각 구성물질에 기인한 것으로 사료되며, Zn, Pb, Ni 및 Cd는 지각농축계수가 378에서 3127로 인위적 발생원으로 인한 기여분이 매우 큰 것으로 분석되었다. 또한 지각농축계수와 군집 분석을 이용한 발생원 평가결과 Mn을 제외한 모든 미량금속성 분이 유사한 발생원적 특성을 가지는 것으로 분석되었다.
- 농축계수법과 군집분석을 이용하여 대기 중 미량금속성분의 발생원을 추정한 결과 각 미량금속성분의 발생원은 비교적 유사하게 나타났으나 Mn의 경우 군집분석에서는 인위적 발생 원으로 농축계수법에서는 자연적 배출원에 기인하는 금속으로 평가되어발생원 평가법간의 상이성을 보여주었다.
- 둘째, 각 부유분진내의 미량금속성분의 농도를 분석한 결과 자연발생원에서 유래되는 Fe, Ale TSP, PM-10 모두에서 높게 나타났으며, 인위적 발생원에기 인한 금속인 Pb, As, Ni, Cr, Cd 등은 TSP, PM-10 내에서 서로 다른 경향을 보여주었다. 또한 각 부유 분진 내 미량금속성분농도의 계절적 변화는 부유 분진 농도변화와 동일하였다.
- 이런결과는 1996년 광주광역시에서 연구(이세형, 1997) 된 Fe, Al가 조대입자군에서 높은 농도를 보이고, Zn, Pb 등의 금속은 미세 입자군에 높은 결과와 유사함을 알 수 있었다.또한 대구지역의 미량금속성분의 계절별 변화 추이를 평가하기 위해 계절별 평균능도를 표 3에 나타내었다, 자연 발생원에 연계된 Al, Fe와 같은 금속은 부유분진의 농도와 같은 양상으로 겨울철에 가장 높은 농도를 나타났고, 또한 인위적 발생원과 연계된 Zn, Pb, As, Ni, Cr, Cd 둥의금속들은 계절에 관계없이 비슷한 농도롤 나타내어 인위적 발생원이 계절에 관련없이 일정한 비율로 영향을 주고 있음을 알 수 있다. (Lioy와 Zhang, 1999; Seinfeld와 Pandis, 1998).
- 분석되었다. 또한 지각농축계수와 군집 분석을 이용한 발생원 평가결과 Mn을 제외한 모든 미량금속성 분이 유사한 발생원적 특성을 가지는 것으로 분석되었다.
- 표 1에 나타내었다. 본 연구에서 이용한 산추출법은 전반적으로 높은 회수율을 보이는 것으로 나타났다.
- 셋째, 미량금속성분의 발생원 특성을 추정하기 위해 군집분석을 수행한 결과 자연적인 발생원에 기인한 Al, Fe가 한 군집으로, 그리고 인위적 발생원에 기인한 Ni, Cr, As, Mn, Cd, Pb, Zn이 한 군집으로 나누어졌으며, 각 군집의 형태는 TSP, PM-10에서 유사한 경향을 보였다.
- TSP와 PM-10수상도의 군집형태는 대체로 유사한 경향을 보이나 각 군집의 유사도는 차이를 보여 주었다. 유사도를 나타내는 군집의 거리는 좌측으로 갈수록 군집의 수는 증가하지만 유사도는 높아졌다. 각 부유분진내 미 량금속성분의 수상도는 Al, Fe 가한 군집', 그라고 나머지 중금속인 Ni, Cr, As, Mn, Cd, Pb, Zn이 한 군집으로 크게 두 개의 군집으로 나누어졌다.
- 첫째, 조사기간 중 대구지역 TSP의 평균농도는 123 μg/m3, PM-10으] 농도 69 eg/m3TSP의 농도가 약 1.8배 더 높은 것으로 나타났다. 각 부유 분진의 계절별 평균농도는 겨울철 황사현상으로 인하여 겨울>봄>가을>여름 순으로 높게 나타났다.
- 본 연구에서 확인된 PM-10 중 미량금속성 분의 농도는 이용근 둥(1988), 황재석 (1991), 이태 정과 김동술(1992)이 연구한 결과와 유사한 경향을 보이고 있었다.토사 및 도로먼지의 재비산과 같은 자연 발생원으로 유래되는 Al, Fe, Mne 주로 TSP 내 에서 높게 나타났고, Pb, As, Ni, Cr, Cd와 같이 인위적 발생원으로부터 유래된 금속성분은 PM-10내에서 우세하게 존재하는 것으로 조사되었다. 이런결과는 1996년 광주광역시에서 연구(이세형, 1997) 된 Fe, Al가 조대입자군에서 높은 농도를 보이고, Zn, Pb 등의 금속은 미세 입자군에 높은 결과와 유사함을 알 수 있었다.
- , 1987). 특히 인위적으로 발생가능한 미량금속성분의 농축계수는 대체로 TSP보다는 PMT0에서 높은 경향을 보여주었다. 특히 As, Cre PM-10에서 높은 값을 보이는 반면 TSP 에서는 상대적으로 낮은 값을 보이고 있어 인위적인 배출원의 영향과 함께 미세입자군에 이러한 성분이 비교적 높게 농축되어 있다고 볼 수 있다.
후속연구
- 평가하였다.본 연구의 결과는 추후 지역 대기 질 관리를 위한 대책 수립 및 규제를 위한 자료로 이용될 수 있다.
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