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문제 정의
- 본 실험은 식물에 의한 휘발성유기화합물(VOCs)의 저감효과를 파악하기 위하여, 식물이 있는 실과 식물이 없는 실의 VOCs의 농도변화를 측정하였다. 측정된 VOCs의 종류는 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene, Formaldehyde 등 이였으며, 3일 동안 측정한 결과를 토대로 저감효과를 파악하였다.
- 본 연구에서는 NASA의 공기정화식물 연구를 발전시켜, 우리나라 실정에 맞는 식물을 대상으로 하여, 계절에 따른 공기오염물질의 저감효과를 파악하고자 한다.
제안 방법
- 측정은 공동주택에서 측정하는 실험법(공정시험법)을 기준으로 하여 오전에 30분 환기 후에 5시간 밀폐를 한 후에 3일간 연속으로, 오후 3시에 측정하였다. VOCs 개별물질은 차콜튜브로 샘플링하여 GC-FID로 분석하였으며, Formaldehyde는 DNPH-카트리지로 샘플링하여 HPLC로 분석하였다.
- 본 연구에 앞서, 실험을 통하여 다양한 공기정화식물이 휘발성유기화합물을 저감시키는 효과를 확인하였으며(송정은 외, 2005, 2006), 이를 토대로 효과가 우수하고 구하기 쉬운 식물 3종을 선발하였다. 선발된 식물은 NASA의 실험결과에서도 효과가 우수하다고 증명된 아글라오네마(Aglaonema brevispathum), 벤자민고무나무(Ficus benjamian), 파키라(Pachira aquatica),로, 이를 대상으로 계절에 따른 공기오염물질 저감효과를 파악하였다. 이를 위하여 식물의 양과 배치위치를 변화시켰으며, 식물의 양을 실험실 공간부피의 10%와 5%로 변화시켰고, 식물의 배치를 양지배치와 산재배치로 바꾸면서 실험을 실시하였다.
- 4m의 규격이며, 거실과 베란다가 있고, 식물을 베란다부분을 기준으로 배치하였다. 식재량에 대한 실험에서는 식물을 실험실공간의 10%와 5%로 나누었으며, 식재배치에 대한 실험에서는 베란다부분에 가깝게 배치한 양지배치와 분산하여 배치한 산재배치로 나누어 측정하였다. 이전의 실험에서 식재량 3%와 음지배치의 효과는 거의 없었으므로 이는 제외하였다.
- 선발된 식물은 NASA의 실험결과에서도 효과가 우수하다고 증명된 아글라오네마(Aglaonema brevispathum), 벤자민고무나무(Ficus benjamian), 파키라(Pachira aquatica),로, 이를 대상으로 계절에 따른 공기오염물질 저감효과를 파악하였다. 이를 위하여 식물의 양과 배치위치를 변화시켰으며, 식물의 양을 실험실 공간부피의 10%와 5%로 변화시켰고, 식물의 배치를 양지배치와 산재배치로 바꾸면서 실험을 실시하였다.
- 본 실험은 식물에 의한 휘발성유기화합물(VOCs)의 저감효과를 파악하기 위하여, 식물이 있는 실과 식물이 없는 실의 VOCs의 농도변화를 측정하였다. 측정된 VOCs의 종류는 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene, Formaldehyde 등 이였으며, 3일 동안 측정한 결과를 토대로 저감효과를 파악하였다. 실험실은 일반 아파트를 축소시킨 형태로 가로 3.
- 두 실험 공간에서는 인위적으로 일정량의 VOCs를 발생시켰으며, 별도의 내장재는 없었다. 측정은 공동주택에서 측정하는 실험법(공정시험법)을 기준으로 하여 오전에 30분 환기 후에 5시간 밀폐를 한 후에 3일간 연속으로, 오후 3시에 측정하였다. VOCs 개별물질은 차콜튜브로 샘플링하여 GC-FID로 분석하였으며, Formaldehyde는 DNPH-카트리지로 샘플링하여 HPLC로 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 각 계절별로 휘발성유기화합물(VOCs)의 농도를 저감시키기 위하여 공기정화식물을 이용하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에 앞서, 실험을 통하여 다양한 공기정화식물이 휘발성유기화합물을 저감시키는 효과를 확인하였으며(송정은 외, 2005, 2006), 이를 토대로 효과가 우수하고 구하기 쉬운 식물 3종을 선발하였다. 선발된 식물은 NASA의 실험결과에서도 효과가 우수하다고 증명된 아글라오네마(Aglaonema brevispathum), 벤자민고무나무(Ficus benjamian), 파키라(Pachira aquatica),로, 이를 대상으로 계절에 따른 공기오염물질 저감효과를 파악하였다.
- 측정된 VOCs의 종류는 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene, Formaldehyde 등 이였으며, 3일 동안 측정한 결과를 토대로 저감효과를 파악하였다. 실험실은 일반 아파트를 축소시킨 형태로 가로 3.5m, 세로 5m, 높이 2.4m의 규격이며, 거실과 베란다가 있고, 식물을 베란다부분을 기준으로 배치하였다. 식재량에 대한 실험에서는 식물을 실험실공간의 10%와 5%로 나누었으며, 식재배치에 대한 실험에서는 베란다부분에 가깝게 배치한 양지배치와 분산하여 배치한 산재배치로 나누어 측정하였다.
성능/효과
- 2㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 10% 식재의 경우 모든 식물에서 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 벤자민 고무나무 534.5㎍/㎥, 아글라오네마 361.7㎍/㎥, 파키라 322.0㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 여름에 벤자민 고무나무를 10% 식재한 경우에 534.
- 0㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 10% 식재의 경우 모든 식물에서 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라 25.2㎍/㎥, 벤자민 고무나무 19.9㎍/㎥, 아글라오네마 18.9㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 5% 식재의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라, 아글라오네마, 벤자민 고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 9㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 5% 식재의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라, 아글라오네마, 벤자민 고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 25.
- 9%로 저감효과가 나타났다. 5% 식재의 경우에도 봄철에 저감효과가 우수하였으며, 벤자민 고무나무, 파키라, 아글라오네마의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과를 저감량으로 평가한 결과는 봄철에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 효과가 우수한 것을 알 수 있었다.
- 9%로 저감효과가 나타났다. 5% 식재의 경우에도 여름철에 저감 효과가 우수하였으며, 아글라오네마, 파키라, 벤자민 고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 여름에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 효과가 우수한 것을 알 수 있었다.
- 5% 식재의 경우에도 봄철에 저감효과가 우수하였으며, 벤자민 고무나무, 파키라, 아글라오네마의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과를 저감량으로 평가한 결과는 봄철에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 효과가 우수한 것을 알 수 있었다.
- 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 가을에 벤자민 고무나무를 10% 식재한 경우에 16.5㎍/㎥로 저감효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 여름에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 84.3% 저감으로 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 자일렌을 저감시키기 위해서는 봄철에 벤자민 고무나무를, 여름에는 아글라오네마를, 가을에는 벤자민고무나무를, 겨울에는 파키라를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있다고 사료된다.
- 5% 식재의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라, 아글라오네마, 벤자민 고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 25.2㎍/㎥로 효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 여름에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 84.1% 저감으로 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 상대적인 비교를 해볼 때, 저감비율로 그 효과를 보는 것이 적합하다고 판단된다.
- 0㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 여름에 벤자민 고무나무를 10% 식재한 경우에 534.5㎍/㎥로 저감효과가 가장 우수하였고, 저감비율로 평가한 결과는 봄에 벤자민 고무나무를 10% 식재한 경우에 44.9% 저감으로 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 포름알데히드를 저감시키기 위해서는 봄과 여름에는 벤자민 고무나무를, 가을에는 아글라오네마를, 겨울에는 파키라를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있다고 사료된다.
- 5% 식재의 경우에도 여름철에 저감 효과가 우수하였으며, 아글라오네마, 파키라, 벤자민 고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 여름에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 각 오염물질 별로 저감효과를 파악할 때 저감량과 저감비율에 의한 효과의 대부분이 일치하였으며, 약간 다르게 나타난 경우도 있었다.
- 각 식물의 오염물질 저감효과에서 저감량으로 평가한 결과는 여름에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였으며, 저감비율로 평가한 결과는 가을에 파키라를 10% 식재한 경우에 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 각 오염물질 별로 저감효과를 파악할 때 저감량과 저감비율에 의한 효과의 대부분이 일치하였으며, 약간 다르게 나타난 경우도 있었다. 오염물질의 저감효과를 파악할 때에는 각 개별물질마다 농도가 다르기 때문에 비교를 위해서는 저감비율에 의한 효과를 파악해야 될 것으로 사료된다.
- 상대적인 비교를 해볼 때, 저감비율로 그 효과를 보는 것이 적합하다고 판단된다. 따라서 에틸벤젠을 저감시키기 위해서는 대부분의 계절에서 아글라오네마를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있다고 사료된다.
- 5㎍/㎥의 저감량으로 효과가 우수하였다. 모든 식물에서 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였다. 저감량 효과에서는 여름에 아글라오네마 식재시 45.
- 벤자민 고무나무는 10%로 봄에 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였다. 모든 식물에서 봄철에 10% 식재한 경우에 저감효과가 우수하였다.
- 5%의 저감비율을 나타냈다. 벤젠을 저감시키기 위해서는봄, 여름, 가을에는 벤자민 고무나무를, 겨울에는 파키라를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있다고 사료되며, 모든 경우에서 양지배치가 산재배치보다 약간 더 우수한 효과를 나타낸 것을 알 수 있었다.
- 7%의 저감비율을 나타났다. 본 실험결과로 미루어 볼 때, 포름알데히드를 저감시키기 위해서는 봄철에 벤자민고무나무를, 여름과 겨울에는 파키라를, 가을에는 아글라오네마를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있다고 사료된다.
- 4㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 산재배치의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하였으며 파키라, 아글라오네마, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 저감비율로 평가한 결과, 양지배치에서는 겨울철에 벤자민 고무나무에서 18.
- 7㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 산재배치의 경우에도 봄철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라, 아글라오네마, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 저감비율 평가에서는 양지배치한 경우에는 9.
- 9㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 산재배치의 경우에도 여름철에 저감효과가 우수하였으며 벤자민고무나무, 파키라, 아글라오네마의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 저감비율 평가에서는 양지배치한 경우에는 9.
- 5㎍/㎥의 순서로 저감량을 나타냈다. 산재배치의 경우에도 여름철에 저감효과가 우수하였으며, 아글라오네마, 파키라, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 저감비율로 평가한 경우, 양지배치의 경우에 최소 20.
- 실험공간의 10%, 5%로 식재하여 실험한 결과 식재량이 많을 수록 VOCs의 저감량이 대부분 두 배 이상 크게 나타났으며, 식재배치는 창가 쪽에 집중하여 양지배치한 경우가 산재배치한 경우보다 VOCs의 농도저감효과가 우수하였다. 식재량 실험의 결과, 대부분의 VOCs 개별물질에서 파키라를 여름에 식재한 경우에 가장 효과가 우수하였다. 특히, 톨루엔과 포름알데히드의 농도저감량이 크게 나타났으며, 포름알데히드의 경우에는 여름에 벤자민고무나무 식재시 534.
- 5㎍/㎥의 저감량을 나타냈으며, 50% 이상이 저감된 것을 알 수 있었다. 식재배치 실험의 결과, 톨루엔의 농도 저감효과에서 아글라오네마를 여름에 식재했을 경우에 67.2%가 저감되어 가장 효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 실험공간의 10%, 5%로 식재하여 실험한 결과 식재량이 많을 수록 VOCs의 저감량이 대부분 두 배 이상 크게 나타났으며, 식재배치는 창가 쪽에 집중하여 양지배치한 경우가 산재배치한 경우보다 VOCs의 농도저감효과가 우수하였다. 식재량 실험의 결과, 대부분의 VOCs 개별물질에서 파키라를 여름에 식재한 경우에 가장 효과가 우수하였다.
- 실험실 공간의 10%로 각 식물을 식재한 경우에는 적게는 5.6㎍/㎥에서 많게는 23.1㎍/㎥의 저감량을 나타냈으며, 저감량을 비율로 나타내면 39.4~84.0%가 저감된 것을 알 수 있었다. 식물을 5% 식재한 경우에는 각 식물에서 2.
- 스티렌의 경우, 가을철에 아글라오네마를 양지에 배치한 경우에 저감효과가 가장 우수하였다. 양지배치의 경우 모든 식물에서 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 아글라오네마 13.1㎍/㎥, 파키라 10.9㎍/㎥, 벤자민고무나무 10.6㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 산재배치의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하게 나타났다.
- 자일렌의 경우, 가을철에 파키라를 양지에 배치한 경우에 저감효과가 가장 우수하였다. 양지배치의 경우 모든 식물에서 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라 11.9㎍/㎥, 아글라오네마 10,8㎍/㎥, 벤자민고무나무 9.8㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 저감비율에서는 여름철에 아글라오네마를 양지배치한 경우에 74.
- 2㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 양지배치의 경우 모든 식물에서 봄철에 저감효과가 우수하였으며, 벤자민고무나무 18.0㎍/㎥, 파키라 17.0㎍/㎥, 아글라오네마 14.7㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 산재배치의 경우에도 봄철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라, 아글라오네마, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 0㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 양지배치의 경우 모든 식물에서 여름철에 저감효과가 우수하였으며, 벤자민고무나무 414.2㎍/㎥, 파키라 303.3㎍/㎥, 아글라오네마 268.9㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 산재배치의 경우에도 여름철에 저감효과가 우수하였으며 벤자민고무나무, 파키라, 아글라오네마의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 2㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 양지배치의 경우 모든 식물에서 여름철에 저감효과가 우수하였으며, 아글라오네마 41.3㎍/㎥, 파키라 37.9㎍/㎥, 벤자민고무나무 30.5㎍/㎥의 순서로 저감량을 나타냈다. 산재배치의 경우에도 여름철에 저감효과가 우수하였으며, 아글라오네마, 파키라, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 에틸벤젠의 경우, 양지배치에서 모두 가을철에 저감효과가 우수하였으며, 파키라 25.0㎍/㎥, 아글라오네마 14.1㎍/㎥, 벤자민고무나무 10.4㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 산재배치의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하였으며 파키라, 아글라오네마, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 4%의 효과를 나타냈다. 에틸벤젠의 저감효과는 가을철에 파키라를 양지에 배치한 경우나, 여름에 아글라오네마를 양지에 배치한 경우에 저감효과가 가장 우수한 것을 알 수 있었다. 그림 18과 그림 24는 에틸벤젠 농도변화를 나타낸다.
- 저감량 효과에서는 봄철에 아글라오네마 식재시 21.3㎍/㎥, 봄에 벤자민 고무나무 식재시 22.8㎍/㎥, 봄에 파키라 식재시 22.4㎍/㎥의 순서로 나타났으며, 저감비율에서는 아글라오네마 72.5%, 파키라 84.0%, 벤자민 고무나무 72.9%로 저감효과가 나타났다. 5% 식재의 경우에도 봄철에 저감효과가 우수하였으며, 벤자민 고무나무, 파키라, 아글라오네마의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 모든 식물에서 10% 식재한 경우에 효과가 가장 우수하였다. 저감량 효과에서는 여름에 아글라오네마 식재시 45.6㎍/㎥, 봄에 벤자민 고무나무 식재시 45.5㎍/㎥, 가을에 파키라 식재시 44.4㎍/㎥의 우수한 저감효과를 나타냈으며, 저감비율에서는 아글라오네마 72.5%, 파키라 84.0%, 벤자민 고무나무 72.9%로 저감효과가 나타났다. 5% 식재의 경우에도 여름철에 저감 효과가 우수하였으며, 아글라오네마, 파키라, 벤자민 고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다.
- 톨루엔의 경우, 여름철에 아글라오네마를 양지에 배치한 경우에 저감효과가 가장 우수하였다. 저감량으로 평가했을 때, 양지배치한 경우에는 그림 17에서보면 10.9~41.3㎍/㎥가 저감되었고, 산재배치한 경우에는 그림 23에서와 같이 2.8~39.2㎍/㎥의 저감량을 나타냈다. 양지배치의 경우 모든 식물에서 여름철에 저감효과가 우수하였으며, 아글라오네마 41.
- 산재배치의 경우에도 여름철에 저감효과가 우수하였으며 벤자민고무나무, 파키라, 아글라오네마의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 저감비율 평가에서는 양지배치한 경우에는 9.8~37.8%, 산재배치한 경우에는 2.4~34.7%의 저감비율을 나타났다. 본 실험결과로 미루어 볼 때, 포름알데히드를 저감시키기 위해서는 봄철에 벤자민고무나무를, 여름과 겨울에는 파키라를, 가을에는 아글라오네마를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있다고 사료된다.
- 산재배치의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하게 나타났다. 저감비율 효과에서는 양지배치시 여름철에 파키라를 식재한 경우에 46.4%로 가장 효과가 우수하였으며, 산재배치시에는 가을에 벤자민 고무나무를 식재한 경우에 효과가 우수하였다. 스티렌을 저감시키기 위해서는 모든 계절에서 아글라오네마나 파키라를 식재한 경우에 효과가 우수할 것으로 사료된다.
- 산재배치의 경우에도 가을철에 저감효과가 우수하였으며 파키라, 아글라오네마, 벤자민고무나무의 순으로 저감효과가 크게 나타났다. 저감비율로 평가한 결과, 양지배치에서는 겨울철에 벤자민 고무나무에서 18.3%의 저감비율을 나타냈고, 여름에 아글라오네마 식재한 경우 85.4%의 효과를 나타냈다. 에틸벤젠의 저감효과는 가을철에 파키라를 양지에 배치한 경우나, 여름에 아글라오네마를 양지에 배치한 경우에 저감효과가 가장 우수한 것을 알 수 있었다.
- 4㎍/㎥의 저감량을 나타냈으며, 저감효과가 가장 우수한 것을 알 수 있었다. 저감비율로 평가한 결과는 여름에 아글라오네마를 10% 식재한 경우에 72.7% 저감으로 효과가 우수한 것을 알 수 있었다. 그림 7과 8은 식재량 10%의 경우에 자일렌과 스티렌의 농도변화를 나타내고, 그림 13과 14는 5%일 경우의 자일렌과 스티렌의 농도를 나타낸다.
- 8㎍/㎥의 순서로 저감효과가 나타났다. 저감비율에서는 여름철에 아글라오네마를 양지배치한 경우에 74.8%로 효과가 가장 우수하였으며, 그 밖에 봄, 가을, 겨울에는 파키라를 식재한 경우에 효과가 우수한 것을 알 수있었다. 스티렌의 경우, 가을철에 아글라오네마를 양지에 배치한 경우에 저감효과가 가장 우수하였다.
- 1%을 나타냈다. 톨루엔을 저감시키기 위해서는 대부분의 계절에서 벤자민고무나무를 식재하는 것이 가장 우수한 효과를 볼 수 있었다.
- 식재량 실험의 결과, 대부분의 VOCs 개별물질에서 파키라를 여름에 식재한 경우에 가장 효과가 우수하였다. 특히, 톨루엔과 포름알데히드의 농도저감량이 크게 나타났으며, 포름알데히드의 경우에는 여름에 벤자민고무나무 식재시 534.5㎍/㎥의 저감량을 나타냈으며, 50% 이상이 저감된 것을 알 수 있었다. 식재배치 실험의 결과, 톨루엔의 농도 저감효과에서 아글라오네마를 여름에 식재했을 경우에 67.
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