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PM10 질량농도 측정을 위한 시료채취기의 비교 연구

A Comparison Study of Aerosol Samplers for PM10 Mass Concentration Measurement

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.31 no.2, 2009년, pp.153 - 160  

박주면 (연세대학교 환경공학부) ,  구자건 (연세대학교 환경공학부) ,  정태영 (연세대학교 환경공학부) ,  권동명 (연세대학교 환경공학부) ,  유종익 (연세대학교 환경공학부) ,  서용칠 (연세대학교 환경공학부)

초록
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PM10(공기역학 직경${\leq}$10 ${\mu}m$) 시료채취기는 사람이 부유 먼지에 잠재적으로 노출되는 정도를 정량화하고 정부의 규제에 대응하기 위한 목적으로 사용된다. 본 연구는 동일한 PM10 분리한계 직경을 가지지만 다른 기울기를 가지는 미국 환경청의 PM10 시료채취 기준과 미국산업위생전문가협의회/유럽표준위원회/국제표준기구의 흉곽성 PM10 시료채취 기준을 이론과 실험을 통해 비교 평가하고자 수행되었다. 이를 위해 미국 환경청의 기준을 따르는 4개의 PM10 시료채취기와 흉곽성 PM10 기준과 일치하는 1개의 RespiCon 시료채취기를 비교 평가 수단으로 사용하였으며, 1개의 DustTrak 측정기를 PM10의 실시간 질량농도를 확인하기 위하여 사용하였다. 6개 시료채취기를 다양한 크기 분포를 가지는 비산재를 이용하여 입자 발생 챔버안에서 실험하였다. 이론적 질량농도는 측정된 비산재의 입자크기 분포 특성(기하평균 = 6.6 ${\mu}m$, 기하표준편차= 1.9)을 각 시료채취 기준에 적용하여 계산하였다. 챔버 실험을 통하여 측정된 질량농도 결과는 흉곽성 PM10 시료채취 기준을 가지는 RespiCon 시료채취기가 미국 환경청의 PM10 기준을 가지는 PM10 시료채취기보다 상대적으로 작은 질량농도를 측정함으로써 이론적 질량농도와 일치하였다. 전체적 챔버 실험 결과는 PM10 시료채취기를 기준 시료채취기로 사용하였을 때, (1) RespiCon 시료채취기는 PM10 시료채취기로 포집된 PM10 먼지 질량농도에 비해 평균 60% 정도 낮게 측정한 것을 의미하는 정규화계수 1.6으로 나타났으며 (2) PM10 유입구를 사용한 DustTrak 실시간 채취기는 2.1의 보정계수를 가지는 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A PM10 (aerodynamic diameter${\leq}$10 ${\mu}m$) sampler is used to quantify the potential human exposure to suspended particulate matter (PM) and to comply with the governmental regulation. This study was conducted to compare and evaluate the same PM10 cutpoint and different s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 향후 연구에서는 순환시스템을 단일시스템으로 구성하고 챔버 안에서 입자의 손실을 최대한 방지할 수 있는 세밀한 입자발생 장치 및 챔버를 제작하여, 시료채취기 사이에 유의적 차이가 없음을 입증하는 실험이 요망된다. 본 연구에서는 먼지 발생 사업장에서 진행되는 후속 연구를 위하여 챔버 안에서 mg/m3 단위의 고농도의 먼지 환경을 조성하여 실험하였다. 향후에는 일반 대기환경에서 측정되는 µg/m3 단위의 농도를 고려하여 저농도에서의 챔버 실험 연구와 대기환경에서의 측정 연구가 필요하다.
  • 본 연구에서는 우리나라에 제시되지 않은 PM10 기준과 흉곽성 PM10 기준을 이론과 실험을 통해 비교 평가하고자 하였다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 (1) 10 µm의 동일한 분리한계 직경을 가지는 PM10 기준과 흉곽성 기준을 이론적으로 계산하여 비교하였다.

가설 설정

  • 각 식에서는 총 부유먼지의 최대 공기역학 직경을 100 µm로 가정하였다.
  • 이러한 결과는 시료채취 공간에 균일한 먼지가 분포되어 있음을 의미한다. 본 실험에서는 이전의 실험결과를 바탕으로 챔버 안에서 균일한 먼지가 분포되어 있다는 가정 하에서 실험을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
먼지란 무엇인가? 먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상물질(PM, particulate matter)로 공기 중에 부유하는 고체상 또는 액체상의 미세한 물질을 말한다.1) 환경정책기본법2)에서는 미세먼지(PM10) 즉 공기역학 직경(AD, aerodynamic diameter)이 10 µm 이하인 먼지에 대한 환경기준을 설정하여 관리하고 있다.
입자상물질의 잠재적 위험성은 무엇에 의해 결정되는가? 1) 환경정책기본법2)에서는 미세먼지(PM10) 즉 공기역학 직경(AD, aerodynamic diameter)이 10 µm 이하인 먼지에 대한 환경기준을 설정하여 관리하고 있다. PM의 잠재적 위험성은 입자의 크기, 질량농도, 비중, 용해성, 화학성분 등과 관련성이 높으며 호흡기의 어디에 침착하느냐에 따라 건강 위해성 정도가 결정된다. 미국 환경청(USEPA, United States Environmental Protection Agency)은 연방대기질 관리기준(NAAQS, National Ambient Air Quality Standards)을 제정하여 PM10 (AD ≤10 µm)과 PM2.
PM10 시료채취기의 사용 목적은? PM10(공기역학 직경${\leq}$10 ${\mu}m$) 시료채취기는 사람이 부유 먼지에 잠재적으로 노출되는 정도를 정량화하고 정부의 규제에 대응하기 위한 목적으로 사용된다. 본 연구는 동일한 PM10 분리한계 직경을 가지지만 다른 기울기를 가지는 미국 환경청의 PM10 시료채취 기준과 미국산업위생전문가협의회/유럽표준위원회/국제표준기구의 흉곽성 PM10 시료채취 기준을 이론과 실험을 통해 비교 평가하고자 수행되었다.
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참고문헌 (20)

  1. 환경부, 대기환경보전법(2007) 

  2. 환경부, 환경정책기본법 시행령(2006) 

  3. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices, ACGIH, USA, pp. 83-86(1996) 

  4. Comit $\'{e}$ Europ $\'{e}$ en de Normalisation, Workplace Atmospheres - Size Fraction Definitions for Measurement of Airborne Particles in the Workplace (CEN EN 481), Brussels, CEN, pp. 3-11(1993) 

  5. International Organization for Standardization, Air Quality Particle Size Fraction Definition for Health-Related Sampling(ISO CD 7708), Geneva, ISO, pp. 3-6(1995) 

  6. Buser, M., Parnell, C. B. Jr., Lacy, R. E., and Shaw, B. W., Inherent biases of PM10 and PM2.5 samplers based on the interaction of particle size and sampler performance characteristics, in Proceedings of ASAE, St. Joseph, MI, Paper No. 011167(2001) 

  7. Pargmann, A. R., Parnell, C. B. Jr., and Shaw, B. W., Performance characteristics of PM2.5 samplers in the presence of agricultural dusts, in Proceeding of ASAE, St. Joseph, MI, Paper No. 014008(2001) 

  8. Wang, L., Wanjura, J. D., Parnell, C. B. Jr., Lacey, R. E., and Shaw, B. W., “Performance characteristics of a low-volume PM10 sampler,” Transactions of the ASABE, 48(2), 739-748(2005) 

  9. US Environmental Protection Agency Method IO-2: Integrated Sampling of Suspended Particulate Matter (SPM) in Ambient Air, Washington DC, pp. 1(1999) 

  10. Hinds, W. C., “Ch 4: Particle size statistics,” Aerosol technology properties, behavior, and measurement of airborne particles. Wiley Inc., New York, USA, pp. 75-110(1999) 

  11. US Environmental Protection Agency (USEPA), 40 CFR Part 53, “Subpart D - Procedures for testing performance characteristics of methods for PM10,” Ambient air monitoring references and equivalent methods, Washington DC(2000) 

  12. McFarland, A. R., and Ortiz, C. A., Evaluation of prototype PM-10 inlets with cyclonic fractionators, in Proceeding of the 76th Annual Meeting of APCA, Atlanta, GA, Paper No. 33.5(1983) 

  13. US Environmental Protection Agency (USEPA), 40 CFR Part 50, “Appendix B - Reference method for the determination of suspended particulate matter in the atmosphere(high-volume method),” National primary and secondary ambient air quality standards, Washington DC(1983) 

  14. National Institute for Occupational Safety and Health, Particulates Not Otherwise Regulated, Total (NIOSH 0500), In: Schlecht, P. C. and O'Connor, P. F.(Eds.), NIOSH Manual of Analytical Methods, fourth ed. DHHS (NIOSH) Publication, Cincinnati, OH, pp. 94-13(1994) 

  15. May, K. R., “The cascade impactor: An instrument for sampling coarse particles,” J. Scientific Instruments, 22, 187-195(1945) 

  16. Swanson, P. D., Muzzio, F. J. Annapragada, A., and Adjei, A., “Numerical analysis of motion and deposition of particles in cascade impactors,” International Journal of Pharmaceutics, 142, 33-51(1996) 

  17. Mitchell, J. P. and Nagel, M. W., “Cascade impactors for the size characterization of aerosols from medical inhalers: their uses and limitations,” J. Aerosol Medicine, 16(4), 341-377(2003) 

  18. Park, J-M., Rock, J.C., Wang, L., Seo, Y-C., Bhatnagar, A., Kim, S-H., “Performance Evaluation of Six Different Aerosol Samplers in a PM Generation Chamber,” Atmospheric Environment, 43, 280-289(2009) 

  19. Turner, J. R. and Hering, S. V., “Greased and oiled substrates as bounce-free impaction surfaces,” J. Aerosol Science, 18, 215-224(1987) 

  20. Dunbar, C., Kataya, A., and Tiangbe, T., “Reducing bounce effects in the Andersen cascade impactor,” International Journal of Pharmaceutics, 301, 25-32(2005) 

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