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문제 정의
- 이로 인해 각 측정지점별 대기 에어로졸의 특성 분석과 이에 기초한 주요 오염원 파악 및 각 지역별 특성을 고려한 제어전략의 수립이 효과적으로 이루어 지지 않고 있다. 이에본 연구에서는 충남지역의 주요 산업 및 행정의 중심지인 천안시 대기 에어로졸의 입경별 농도 분포 및 성분 분석을 수행하여 이 지역 대기 에어로졸의 특성을 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 추출은 초음파추출기와 진탕기(200 rpm)에 각 1시간동안 vial을 넣어 수행하였으며, 추출한 후 추출액을 24시간동안 4 ℃ 에 보관한 후 Ion Chromatography(Dionex, ICS 90)를 이용하여 추출된 이온성분을 분석하였다. 분석된 이온 성분은 Na+, NHJ, k+, Mg* Ca*의 5 개 양이온과 C「, NO2; NO、SO广의 4개 음이온이였으며, 이온성분의 자세한 분석 조건은 [표 1]에 기술하였다.
- 01 mg인 전자저울(Sartorius, Model CP225D)로 질량을 측정하여, 각 입경별 대기 에어로졸의 질량 농도를 결정하였다. 이때 질량농도에 미치는 수분의 영향을 제거하기 위해, 포집 전후 여지를 데시케이터에 24시간동안 건조한 후 여지의 질량을 측정하였다. 포집된 입자의 성분 분석은 대기 에어로졸의 약 25 ~ 50%를 차지하며 S6와 NO*등 무기가스의 전환에 의해주로 생성되는 수용성 이온성분을 대상으로 하였다(4).
- 포집된 입자의 성분 분석은 대기 에어로졸의 약 25 ~ 50%를 차지하며 S6와 NO*등 무기가스의 전환에 의해주로 생성되는 수용성 이온성분을 대상으로 하였다(4). 이온성분의 분석은 측정기기의 정밀도를 고려하여, 각 입경별로 수행하지 않고 미세입자에 해당하는 입경 1.5 um 이하의 입자인 PM1.5와 조대입자에 해당하는 입경 1.5 u m이상의 입자인 PM1.5>로 구분하여 수행하였다. 이온성분 분석의 자세한 분석과정은 다음과 같다[5].
- 49 pm이하의 6개 크기 범위로 구분되어, SAC-230 Glass fiber 여지와 8 inch x 10 inch Glass fiber여지에 포집하였다. 입자가 포집된 여지는 측정한계가 0.01 mg인 전자저울(Sartorius, Model CP225D)로 질량을 측정하여, 각 입경별 대기 에어로졸의 질량 농도를 결정하였다. 이때 질량농도에 미치는 수분의 영향을 제거하기 위해, 포집 전후 여지를 데시케이터에 24시간동안 건조한 후 여지의 질량을 측정하였다.
- 천안시 대기 에어로졸의 특성 분석을 위하여 천안시안서동에 위치한 상명대학교 본관 옥상을 측정 지점으로 선정하여, 2006년 3월부터 2007년 4월까지 월 2회 대기에어로졸을 24시간 포집하여 총 25개의 포집 시료에 대하여 입경별 농도 분석 및 성분 분석을 실시하였다. 대기에어로졸의 포집은 5-Stage Cascade Impactor(Andersen, Model 235) 를 장착한 High Volume Air Sampler(Andersen, GV2360-70)를 이용하여, 대기 시료를 유량 1.
- 5 pm를 기준으로 나누어 vial에 각각넣은 후, 초순수용액 50 mL을 채워 수용성 이온성분을 추출하였다. 추출은 초음파추출기와 진탕기(200 rpm)에 각 1시간동안 vial을 넣어 수행하였으며, 추출한 후 추출액을 24시간동안 4 ℃ 에 보관한 후 Ion Chromatography(Dionex, ICS 90)를 이용하여 추출된 이온성분을 분석하였다. 분석된 이온 성분은 Na+, NHJ, k+, Mg* Ca*의 5 개 양이온과 C「, NO2; NO、SO广의 4개 음이온이였으며, 이온성분의 자세한 분석 조건은 [표 1]에 기술하였다.
- 측정된 입경분포를 이용하여 천안지역 대기 중 TSP(Total Suspended Particle, 총부유성먼지), PM10, PM2.5, PM1 농도를 산출하여 [표 2]에 상세히 기술하였다. [표 2]에는 천안시 백석동과 원성동 도시 대기 측정망에서의 측정치를 비교하여 기술하였다.
대상 데이터
- 2006년3월부터 2007년4월까지 충정남도 천안시 대기에어로졸의 입경별 농도 및 성분 특성을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 16 n?/min으로 24시간 유입하여 수행하였다. 대기에어로졸 입자는 입경 7.2 um이상, 3.0 ~ 7.2 pm, 1.5 ~ 3.0 pm, 0.95 ~ 1.5 pm, 0.49 ~ 0.95 pm, 0.49 pm이하의 6개 크기 범위로 구분되어, SAC-230 Glass fiber 여지와 8 inch x 10 inch Glass fiber여지에 포집하였다. 입자가 포집된 여지는 측정한계가 0.
- 이때 질량농도에 미치는 수분의 영향을 제거하기 위해, 포집 전후 여지를 데시케이터에 24시간동안 건조한 후 여지의 질량을 측정하였다. 포집된 입자의 성분 분석은 대기 에어로졸의 약 25 ~ 50%를 차지하며 S6와 NO*등 무기가스의 전환에 의해주로 생성되는 수용성 이온성분을 대상으로 하였다(4). 이온성분의 분석은 측정기기의 정밀도를 고려하여, 각 입경별로 수행하지 않고 미세입자에 해당하는 입경 1.
성능/효과
- 1. 측정된 에어로졸의 입경별 일평균 농도 평균치는 TSP, PM10, PM2.5, PM1 이 각각 61.7, 55.2, 43.7, 34.2 ug/n?으로, 국내 대기환경기준을 만족하였다.
- 2. 에어로졸의 입자 분포도는 직경이 1 ~ 3 um인 영역을 경계로 조대영역과 미세영역으로 나누어지는 전형적인 도심지역의 분포특성을 나타냈으며, 미세영역입자인 PM2.5가 전체 에어로졸의 70.8%를 차지하고 있다.
- 3. 채취된 대기 에어로졸 성분 중 수용성 이온이 차지하는 비율은 조대입자에서 37.4%, 미세입자에서 46.2%로 미세입자에 수용성 이온 성분이 더 많이 분포하고 있으며, 미세입자에는 기체상 물질의 전환에 의해 생성되는 NH;, SO:이, 조대입자에는 기계적 과정에 의해 생성되는 Mg2+, Ca2+이 상대적으로 많은 비율을 차지하고 있다.
- 3 ug/n?으로 일평균기준치인 150 ug/n?을 만족하고 있다. 이는 천안시 도시지역 측정망인 백석동과 원성동의 측정치와 비교할 때, 산업지역인 백석동보다는 오염도가 낮지만 주거지역인 원성동보다는 오염도가 높은 수준으로 나타났다. 반면 비록 국내 대기환경기준물질은 아니지만, 미세영역입자 에어로졸인 PM2.
- 이상의 결과는 천안시 대기 에어로졸의 경우 조대영역입자의 오염도는 안심할 수준이나 미세영역입자의 오염도는 우려할 만한 수준임을 시사하고 있다. 이들 미세영역입자인 PM2.5가 전체 에어로졸에서 차지하는 비율은 평균 70.8%로 PM2.5 가 천안지역 대기에어로졸의 주요 성분임을 나타냈다. 특히 PM2.
- 이산형 입경분포 중 조대입자영역과 미세입자영역의 각 분포는 독립적으로 대수정규분포를 나타내고 있으며, 이에 따라 각 분포의 특성을 대표적 통계변수인 질량중앙입경(MMD, Mass Median Diameter)과 기하표준편차{GSD, Geometric Standard Deviation)로 표시할 수 있다. 이를 위해 각 영역의 입경별 질량농도를 대수확률지(Log-probability 미ot) 에 도시하여 각 분포의 MMD와 GSD를 결정하였는데, 미세입자의 MMD는 0.58 ± 0.14 pm, GSD는 2.72 士 0.96 으로, 조대입자의 MMD와 GSD는 각각 6.23 ±0.52 pm, 2.42 ± 0.19로 나타났다.
- 0 iig/n?으로 미국 대기환경기준치인 15 iig/n?과 65 ug/n?을 상회하는 것으로 나타났다. 이상의 결과는 천안시 대기 에어로졸의 경우 조대영역입자의 오염도는 안심할 수준이나 미세영역입자의 오염도는 우려할 만한 수준임을 시사하고 있다. 이들 미세영역입자인 PM2.
- 조대입자와 미세입자 모두 양이온은 NH, , Na*, K+, Ca2+, Mg*이 검출되었으며, 음이온은 SO:, NO」, C「가 검출되었다. 그러나 조대입자와 미세입자에서의 이온성분의 구성 비율은 서로 상이하여, 조대입자에서는 양이온은 Na*이, 음이온은 N6.
- 측정된 천안 지역 대기 중 에어로졸의 일평균 TSP, PM10, PM2.5, PM1 평균 농도는 각각 61.7, 55.2, 43.7, 34.2 pg/n?을 나타냈다. 이 중 국내 대기환경 기준물질인 PM10의 경우, 평균농도 55.
- 가 최대 농도를 나타냈으나, 미세입자에서는 양이온은 NH:이, 음이온은 SO:가 최대농도를 나타냈다. 측정된 평균 질량농도는 미세입자가 조대입자에 비해 2.0배 높은데 비해 NH:와 SO=의 농도는 미세입자에서 각각 4.5배와 3.3배 높게 측정되어, +와 SO;은 미세입자에 상대적으로 많이 분포함을 나타냈다. 반면 Mg”와 Ca2+는 조대입자에서 오히려 미세입자보다 각각 1.
후속연구
- 1%로 나타났는데, 이는 다른 도심지역에서의 측정결과 보다 다소 높은 수준으로 중동부유럽 6개국(불가리아, 체고, 헝가리, 폴란드, 루마니아, 슬로베니아)에서는 평균 68%[7], 미국 California에서는 60 ~ 80%[8], 중국 Nanjing에서는 63 ~ 77%[9]로 측정되었다. 이상의 결과는 천안 지역에서 현재 국내대기환경기준물질인 PM10을 개선하기 위해서는 조대영역의 비산먼지보다는 미세영역입자의 제어를 중심으로 하는 전략 수립이 필요함을 시사한다.
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