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문제 정의
- 본 연구에서는 국내 공업의 중추적 역할을 수행하고 있는 울산지역에 대한 대기중 중금속의 분포 특성을 살펴보고자 하였다.
- 본 연구에서는 울산지역의 기준 대기 측정망 자료와 더불어 미포 공업단지(남목2동), 온산 공업단지, 그리고 상업지역(중구 옥교동)에서의 대기 중 유해 중금속 7종(납, 카드뮴, 비소, 아연, 구리, 니켈, 크롬)에 대한 오염도를 조사하고 그 분포 특성을 연구하였다.
제안 방법
- 구리와 니켈을 제외한 다른 중금속들은 표준용액 농도를 50 -200 ng/mL로 하였으며, 구리는 100~300 ng/mL, 니켈은 10-100 ng/mL로 하여 혼합 표준용액을 조제하였다. 각 원소의 농도를 데이터 처리장치에 입력하고 각 혼합 표준용액을 플라스마에 도입하여 각 원소의 스펙트럼선 세기를 측정하고, 각 원소의 농도와 방출 세기로부터 좋은 직선식을 나타내었다.
- 공필터에 산 처리를 한 후 얻은 평균값과 표준편차 값으로부터 검출한계를 산정하였다. 분석방법의 정확성을 평가하기 위해 적당한 농도의 각 대상물질의 혼합 표준용액을 시료채취용 여지에 소량 첨가하여 시료 전처리 및 분석 방법과 동일한 방법으로 회수율 실험을 실시한 결과 4회 반복 실험에 대한 회수율은 74.
- 대기오염 공정시험방법에 따라 미세먼지를 포집하여 여과지의 무게를 칭량하고 포집 전·후의 무게 차이와 흡인 공기 유량으로부터 아래 식을 적용하여 미세 먼지의 농도를 계산하였다.
- 데시케이터에 보관해 둔 여과지를 적당한 크기로 잘라서 세척한 마이크로파 용기에 넣고 65% 질산 4와 96% 황산 1 ml를 가한 다음 250 W에서 6분, 450 W에서 6분, 600 W에서 6분, 450 W에서 6분씩 연속적으로 가열했다. 가열이 완료되면 방냉시키고 산분해액을 직경 47 mm의 막 거르게를 이용하여 여과 시킨 다음 일정량의 용량 플라스크에 시료를 옮긴 후 5% 질산으로 채우고 이를 시험 용액으로 하였다.
- 일반적으로 중금속 분석은 원자 흡수 분광법과 유도 결합 플라스마 분광법을 사용한다. 본 연구에서는 이들 기기보다 감도가 좋고 검출한계가 낮은 유도결합 플라스마 질량 분석기(inductively coupled plasma/mass spectrometer, ICP/MS)를 사용하였다. 다른 기기와 비교하여 높은 감도, 깨끗한 바탕 스펙트럼을 제공하고 대부분의 금속 원소에 대하여 ng/L 수준의 낮은 검출 한계를 가지므로 환경분석에서 요구되는 극미량 분석에 매우 중요하게 사용된다.
- 시료 중 분석물질의 농도와 유사한 범위를 갖는 3가지 서로 다른 농도의 표준용액을 사용하여 기기 감응과 분석물질 농도 사이의 관계를 나타내어 분석 데이터의 정확성을 확인하였으며, 상대 표준편차는 ±20% 이하가 되도록 하였다. 시료 중 분석물질의 농도가 검량선 범위를 벗어나면 시료를 희석하거나 농축하여 검량선 범위 내에 들도록 하였다.
- 시료 채취 기간은 2000년 3월 1일에서 10월 31일까지 8개월간 대체로 2주마다 1회씩 조사하였으며 주중 24시간 채취를 원칙으로 총 16회 채취하였다.
대상 데이터
- 미세 먼지의 채취는 high volume air sampler(HVAS, Kimoto Electric Co.)를 이용하여 여과지에 포집하였으며, WS 유속 1.3 m3/min으로 공기를 흡인하여 24시간 동안 미세 먼지를 채취하였다. 여과지(EPM 2000, Whatman)는 온도 20±2℃ 상대습도 50±10%로 조절 된 데시케이터(auto desiccator, SK-CO15A, 삼광)에서 항량이 될 때까지 보관하였다가 분석용 저울(A200S, Sartorius)을 사용하여 0.
- 본 연구에서는 울산광역시 내의 미포 공업단지, 온산 공업단지, 그리고 상업지역인 중구 옥교동의 세 지점을 선정하여 시료를 채취하였으며, 대조지점으로는 울주군 상북면 이천리 배내골 주변의 대기를 24시간 포집하여 동일한 전처리와 분석방법으로 측정하였다. Fig.
- 다른 기기와 비교하여 높은 감도, 깨끗한 바탕 스펙트럼을 제공하고 대부분의 금속 원소에 대하여 ng/L 수준의 낮은 검출 한계를 가지므로 환경분석에서 요구되는 극미량 분석에 매우 중요하게 사용된다. 분석에 사용한 ICP/MS는 Hewlett-Packard 4500으로 분석 조건을 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
- 고온, 고압 하에서 여지의 분해가 가능하고 전처리 시간을 단축할 수 있는 마이크로파(Milestone Mega200)를 이용한 전처리 방법을 사용하였다.
성능/효과
- 042 µg/m3이 검출되었다. Cre 5개 조사지점에서 거의 유사한 농도로 검출되었으며, Cu는 다른 조사지점보다 2~10배 정도 높은 농도였다. Zne 남목2동에서 0.
- 0070 µg/m3으로 나타났다. Pb, Cu, 그리고 Zn의 측정값이 다른 중금속보다 높게 나타났으며, Cd과 As는 비교적 낮은 농도를 나타내었다.
- 조사기간 중 평균 기상 조건과 PM10 농도와의 상관 관계를 알아보기 위해 상관계수를 Table 2에 나타내었다. 기상간의 상관관계를 보면 평균 풍속과 상대습도와의 상관계수가 L0으로 가장 높은 상관관계를 나타내었고, 상대습도 및 온도는 풍속과 가장 큰 음의 상관관계를 나타내었다. 풍속과 미세 먼지와의 상관계수는 세 지점에서 음의 상관관계를 나타내었지만 그 값이 매우 작기 때문에 의미 있는 상관관계는 아닌 것으로 판단된다.
- 기상자료와 중금속과의 상관관계를 살펴본 결과 옥교동에서의 미세먼지와 Pb이 최대 상관계수 0.83을 나타내었고, 중금속과 중금속 농도 사이의 상관관계는 남목2동에서는 Ni과 Zn이 최대 상관계수 0.87을 보였고 Cd과 As(상관계수 0.78), Cu와 Ni(상관계수 0.78)의 순이었다. 온산에서는 Cr과 Ni이 최대 상관계수 0.
- 기존 환경부 측정망인 야음동, 여천동과 본 연구에서 실시한 세 지점(옥교동, 남목2동, 온산)에서의 비교 가능한 중금속 5개에 대해 2000년 3월에서 9월까지의 월 평균 농도를 비교하면, Pb, Cd, Cr, 그리고 Ni이 여천동에서 각각 0.098, 0.034, 0.013, 그리고 0.022 µg/m3로 월 평균 농도가 가장 높게 나타났으며, Cu는 야음동에서 0.47 µg/m3으로 가장 높은 평균 농도를 보였다. 세 지점에서 측정된 Zn과 As는 평균 농도가 각각 0.
- Table 3, 4, 5는 조사지점인 옥교동, 남목2동, 그리고 온산에서의 미세 먼지와 중금속 농도 사이의 상관 관계를 나타내었다. 미세 먼지 농도와 가장 높은 상관 관계를 나타낸 중금속은 옥교동과 남목2동에서 Pb과 As로서 상관계수가 각각 0.83, 0.67로 나타났다. 그러나 대부분 의미있는 상관관계가 나타나지 않았다.
- 본 연구에서 측정한 대기 중 중금속의 평균 농도는 Pb 0.027, Cd 0.0016, Cr 0.0095, Cu 0.040, Ni 0.0084, Zn 0.14, 그리고 As 0.0070 µg/m3으로 나타났다. Pb, Cu, 그리고 Zn의 측정값이 다른 중금속보다 높게 나타났으며, Cd과 As는 비교적 낮은 농도를 나타내었다.
- 공필터에 산 처리를 한 후 얻은 평균값과 표준편차 값으로부터 검출한계를 산정하였다. 분석방법의 정확성을 평가하기 위해 적당한 농도의 각 대상물질의 혼합 표준용액을 시료채취용 여지에 소량 첨가하여 시료 전처리 및 분석 방법과 동일한 방법으로 회수율 실험을 실시한 결과 4회 반복 실험에 대한 회수율은 74.8%~98.9%로 나타났다. 이.
- 47 µg/m3으로 가장 높은 평균 농도를 보였다. 세 지점에서 측정된 Zn과 As는 평균 농도가 각각 0.26, 0.0082 µg/m3로 남목2동에서 가장 높은 농도를 보였다. Cd과 Nie 여천동을 제외한 다른 지점에서는 비슷한 농도를 나타내었으며, Cu는 야음동과 여천동에서 타 지점의 10 배정도 높은 농도를 나타내었다.
- 시료 중 분석물질의 농도와 유사한 범위를 갖는 3가지 서로 다른 농도의 표준용액을 사용하여 기기 감응과 분석물질 농도 사이의 관계를 나타내어 분석 데이터의 정확성을 확인하였으며, 상대 표준편차는 ±20% 이하가 되도록 하였다. 시료 중 분석물질의 농도가 검량선 범위를 벗어나면 시료를 희석하거나 농축하여 검량선 범위 내에 들도록 하였다.
- 시료채취 지점에서의 미세 먼지 평균 농도는 옥교동 38.9 µg/m3 남목2동 36.6 µg/m3, 그리고 온산 35.7 µg/m3로 유사한 값을 나타내었으며, 시료채취 시기별 변화 추이도 세 지점에서 거의 유사한 것으로 나타났다. 대조 지점인 배내골에서의 미세 먼지 농도는 12.
- 이것은 미세 먼지와 중금속의 발생원이 서로 다른 것에 기인된 것으로 판단된다. 중금속들의 농도 사이의 상관관계는 옥교동과 남목2동에서는 Zn과 Ni의 상관계수가 Q81, 0.87이었고, 온산에서는 Cr과 Ni의 상관계수가 0.84로 높은 값을 나타내었다. 이것은 대기 중으 로의 배출원과 배출 경로에 관련된 것으로 볼 수 있다.
- 5 µg/m3로 나타났으며, 이는 울산의 약 1/3정도이다. 총 16희 시료채취 결과 4, 7, 그리고 9차 시료에서 평균의 약 2배에 가까운 농도로 나타났다. 그러나 우리나라 대기환경 기준치(24시간 평균 150 µg/m3, 연평균 80 보다 훨씬 낮은 수준이었다.
- 7은 5개 지점에서의 월별 Cu의 농도 변화를 나타낸 것이다. 환경부 측정 지점인 야음동과 여천동에서의 Cu의 농도는 본 연구에서의 세 지점보다 약 10배정도 높은 값을 나타내었다.
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