Hood Method를 이용한 직화구이 음식점의 미세먼지 배출 특성 Emission Characteristics of Particulate Matters from Under-fired Charbroiling Cooking Process using the Hood Method원문보기
Under-fired charbroiling cooking processes are known as important contributors of particulate matter (PM). In this study, we characterized the emission of particulate matters from under-fired charbroiling cooking processes using the hood method. Accumulated mass concentration of $PM_{10}$...
Under-fired charbroiling cooking processes are known as important contributors of particulate matter (PM). In this study, we characterized the emission of particulate matters from under-fired charbroiling cooking processes using the hood method. Accumulated mass concentration of $PM_{10}$ was 92.2~99.5% and particle size of 2.0~2.5 ${\mu}m$ was highest. The concentration of PM increased very sharply at the beginning of charbroiling meats and then gradually decreased as the charbroiling continued. PM concentration also increased very sharply when gravy from meat spilled onto the frame of fire. However, mass concentration during charbroiling using only charcoals was very low compared to that of meats. We estimated the emission factors of charcoal, pork belly and pork shoulder respectively; 0.01~0.02 g/kg, 5.02~6.26 g/kg, 2.86~4.15 g/kg of $PM_{2.5}$, 0.01~0.03 g/kg, 7.44~7.91 g/kg, 4.54~5.56 g/kg of $PM_{10}$, and 0.02~0.05 g/kg, 7.59~7.95 g/kg, 4.93~5.68 g/kg of TSP. The emission factors of charcoal were negligible and the emission factors of pork belly were higher than that of pork shoulder. Emission rates of particulate matters from under-fired charbroiling cooking process were estimated as 578,009~1,265,152 kg/yr of $PM_{2.5}$, 917,539~1,598,619 kg/yr of $PM_{10}$ and 996.358~1,606,703 kg/yr of TSP. But emission factors should be verified with an in-stack cascade impactor because the reported method involves some assumptions.
Under-fired charbroiling cooking processes are known as important contributors of particulate matter (PM). In this study, we characterized the emission of particulate matters from under-fired charbroiling cooking processes using the hood method. Accumulated mass concentration of $PM_{10}$ was 92.2~99.5% and particle size of 2.0~2.5 ${\mu}m$ was highest. The concentration of PM increased very sharply at the beginning of charbroiling meats and then gradually decreased as the charbroiling continued. PM concentration also increased very sharply when gravy from meat spilled onto the frame of fire. However, mass concentration during charbroiling using only charcoals was very low compared to that of meats. We estimated the emission factors of charcoal, pork belly and pork shoulder respectively; 0.01~0.02 g/kg, 5.02~6.26 g/kg, 2.86~4.15 g/kg of $PM_{2.5}$, 0.01~0.03 g/kg, 7.44~7.91 g/kg, 4.54~5.56 g/kg of $PM_{10}$, and 0.02~0.05 g/kg, 7.59~7.95 g/kg, 4.93~5.68 g/kg of TSP. The emission factors of charcoal were negligible and the emission factors of pork belly were higher than that of pork shoulder. Emission rates of particulate matters from under-fired charbroiling cooking process were estimated as 578,009~1,265,152 kg/yr of $PM_{2.5}$, 917,539~1,598,619 kg/yr of $PM_{10}$ and 996.358~1,606,703 kg/yr of TSP. But emission factors should be verified with an in-stack cascade impactor because the reported method involves some assumptions.
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문제 정의
이를 통하여 미세먼지의 오염원 기여도 평가와 대기질 개선 시책 수립에 기초자료를 제공하고자 한다. 또한 본 연구는 향후 배출계수 개발 및 배출원 목록 작성과 유해물질 정량을 위한 선행연구로써의 의미를 지닌다.
본 연구는 모형을 직접 제작 후 Hood method를 이용하여 직화구이 음식점에서 고기의 연소 시 발생하는 먼지의 배출특성을 파악하고, 배출계수와 배출량을 추정하였다. 이를 통하여 미세먼지의 오염원 기여도 평가와 대기질 개선 시책 수립에 기초자료를 제공하고자 한다. 또한 본 연구는 향후 배출계수 개발 및 배출원 목록 작성과 유해물질 정량을 위한 선행연구로써의 의미를 지닌다.
가설 설정
기기의 측정주기는 6초, 측정유량은 1.2 l/min로 하였고, C-factor(C-factor = 칭량한 필터의 무게/기기에 의한 이론적 필터의 무게)는 ‘1’로 가정하였다.
본 연구의 배출계수의 추정에는 몇 가지 가정이 존재한다. 즉, 먼지는 구형입자이며, 밀도가 1 g/cm3를 가정하였다. 그러나 입자상 물질은 각 입경별로 입자를 구성하는 성분이 달라 입경별 밀도 차이가 있으므로, 본 연구의 입경별 질량 농도가 과대 또는 과소 평가될 수 있다.
제안 방법
돼지 삼겹살과 목살의 직화구이 과정에서 추정한 배출계수를 이용하여 국내 직화구이 음식점의 먼지 배출량을 추정하였다. 국내 음식점에서의 돼지고기 소비량은 2007년 기준으로 202,101 ton/yr(돼지고기 연간 소비량 931,339 ton×21.
본 연구는 모형을 직접 제작 후 Hood method를 이용하여 직화구이 음식점에서 고기의 연소 시 발생하는 먼지의 배출특성을 파악하고, 배출계수와 배출량을 추정하였다. 이를 통하여 미세먼지의 오염원 기여도 평가와 대기질 개선 시책 수립에 기초자료를 제공하고자 한다.
본 연구를 위하여 시중 대형 할인마트에서 돼지 삼겹살과 목살을 구매하여 미리 저울에 칭량 후 모형의 그릴 위에 올려놓고 고기가 까맣게 탈 때까지 측정하였다. Fig.
본 연구에서는 광산란법을 이용하여 돼지 삼겹살과 목살의 직화구이 시 먼지의 입경별 농도 분포, 고기가 구워지는 과정에서 시간별 먼지 농도 경향을 평가하였고, 배출계수 및 배출량을 추정하였다.
모형은 주로 숯을 넣는 부분, 그릴 위에서 고기를 굽는 부분, 후드 및 덕트로 구성되어 있다. 숯과 그릴, 고기는 유리문을 열어서 삽입, 제거할 수 있도록 하였다. 덕트에는 먼지 측정을 위하여 덕트 직경 200 mm의 3배 이상 직관이 유지되는 지점에 시료 채취구를 설치하였고, 가스상 물질 측정을 위하여 3개의 시료 채취구를 밸브와 함께 설치하였다.
152(Isokinetic channel probe, Grimm Aerosol Technik, Germany)를 사용하였다. 이는 유속에 적합한 노즐을 선택하여 먼지의 등속흡인을 가능하게 하는 probe로써 본 연구에서는 흡입 팬(induced fan)을 이용하여 유속을 4.0~5.0 m/sec으로 유지하였고, 이에 적합한 ID 2.0 mm의 노즐을 사용하였다. 이때의 흡입 팬의 풍량은 덕트의 직경이 200 mm이므로 0.
즉, 측정기기에서 측정된 입경별 농도인 C(µg/m3)에 배출 통풍량인 Q(m3/sec)를 곱하여 배출율(emission rate)를 구한 후 시료채취시간을 곱하고 미리 칭량한 고기의 무게(Wt)로 나누어 줌으로써 배출계수를 산출하였다.
0 m/sec로 일정한 유속을 유지하기 위하여 Damper를 덕트 전반부에 설치하였고, 덕트의 끝 부분에는 흡입 팬(induced fan)을 설치하였다. 한편, 모형 전면에는 유리문을 부착하였는데, 고기가 구워지는 동안 이 유리문을 닫아 배출물질의 누출을 최소화 함과 동시에 육안으로 고기가 구워지는 모습을 보면서 순간적인 측정치의 경향을 파악할 수 있도록 하였다.
이론/모형
그러나 이 방법들은 측정시간이 길고, 측정을 위한 시료 채취기구 및 공간이 많이 소요되며, 순간적으로 변하는 배출특성과 입경별 먼지 분포를 파악하기 어렵기 때문에 본 연구에서는 적용하기 어려울 것으로 판단되었다. 따라서 기기의 크기가 작아 이동이 용이하고, 순간적인 측정이 가능하며, 입경별 질량농도의 측정이 가능한 광산란 측정법을 적용하였다.
본 연구에서는 고기 굽는 모형 위에 후드를 설치하여 측정하는 방법인 Hood method를 적용하였다. Hood method는 요리 기구 위에 후드 등을 설치하여 배출가스를 흡인함으로써 배출가스를 포집할 수 있게 하는 방법으로 비교적 적은 가격으로 간단하게 배출가스를 측정할 수 있는 방법이다.
측정기기는 광산란법을 이용하여 32 채널(0.25~32µm(31 channels), >32 µm)의 먼지입경을 측정할 수 있는 Grimm 1.109(Portable dust monitor, Grimm Aerosol Technik, Germany)를 활용하였다.
성능/효과
단, 숯 덩어리에서 분리된 미세한 숯 가루가 화염에 떨어져 톡톡 튈 때 먼지 입경 32 µm 이상의 질량 농도만 급격히 상승 및 하강을 반복하는 경향을 보였다.
7%를 연간 돼지고기 소비량에 곱하여 산출하였다. 따라서 PM2.5, PM10, TSP의 연간 배출량은 578,009~1,265,152 kg/yr, 917,539~1,598,619 kg/yr, 996,358~1,606,703 kg/yr로 각각 산출되었다.
5 µm의 입경에서 가장 높은 농도를 보였다. 또한 PM2.5/PM10의 비는 0.63~0.78로 서울시 도시 대기의 PM2.5/PM10의 비보다 높은 수치를 보여 PM2.5가 차지하는 비율이 높았다.
또한 고기로부터 흘러내린 육즙이 숯불의 화염에 떨어져 직접 접촉할 때 육안으로도 확연히 식별이 가능한 다량의 연기가 발생되면서 2.5 µm이하의 먼지 농도가 급격히 상승하는 현상이 반복되었다.
반면 고기를 뒤집기 위하여 모형 전면의 유리문을 개폐 시에는 농도가 급격히 감소 후 다시 회복되었다. 또한 고기의 육즙이 숯불의 화염에 떨어져 직접 접촉할 때 PM2.5 이하의 먼지의 농도가 급격히 상승하는 경향이 반복되는 것을 육안으로 확인할 수 있었다.
68 g/kg으로 추정되었다. 또한 숯의 배출계수는 돼지 삼겹살 및 목살의 배출계수에 비하여 매우 낮은 수치를 보였고, 돼지 삼겹살의 배출계수는 돼지 목살의 배출계수보다 약간 높은 수치를 보였다. 이를 근거로 국내 직화구이 음식점의 연간 먼지 배출량은 연간 배출량은 PM2.
먼지의 입경별 질량 농도는 PM10이 총 배출된 먼지 중 92.2~99.5%를 차지하였고, 1.3~3.5 µm의 입경 범위에서 먼지농도가 높았으며, 특히 2.0~2.5 µm의 입경에서 가장 높은 농도를 보였다.
숯의 연소과정은 고기를 굽는 과정과 확연히 구별되었는데, 연소과정 초기부터 말기까지 32 µm 이상의 입경의 먼지를 제외한 모든 먼지 입경별 질량 농도는 현저히 낮았다.
위의 결과들은 최근 1차 오염물질 이외에 2차 오염물질이 대기질을 악화시키는 주요 인자로 주목받고 있으며, 2차 오염물질들은 PM2.5 농도와 밀접한 관련이 있기 때문에 직화구이 음식점에서 배출되는 먼지를 저감하는 것은 도시의 대기질 개선에 크게 기여할 수 있음을 시사한다. 또한 직접적인 배출과 광화학 과정을 통해 생성되는 미세먼지는 인체 유해성이 커서 미국, 유럽연합(EU)에서는 관리를 강화하기 위하여 대기환경 기준항목을 PM10에서 PM2.
한편, 먼지의 입경별 질량 농도는 PM10이 총 배출된 먼지 중 92.2~99.5%를 차지하였고, 그 중 먼지 입경 1.3~3.5 µm에서 먼지농도가 높았으며, 특히 2.0~2.5µm의 입경에서 가장 높은 농도를 보였다.
후속연구
실제로 김 등21)은 서울시 미세먼지의 입경별 밀도 추정식을 산출한 바 있다. 따라서 in-stack cascade impactor를 이용하여 광산란법의 먼지 입경별 질량 농도와 비교함으로써 추정된 배출계수의 검증이 필요하다고 사료된다.
5에 대한 대기환경기준의 신규 설정을 검토 중에 있다. 따라서 본 연구의 결과는 주로 PM2.5로 배출되는 직화구이 음식점의 먼지 배출량을 줄이기 위한 방지시설 설치 지침 수립 등 향후 신규 설정될 PM2.5의 기준을 준수하기 위한 정책 수립에 좋은 기초자료가 될 것으로 판단된다.
본 연구에서 추정된 배출계수는 먼지는 구형입자이며, 밀도가 1 g/cm3를 가정하여 산출된 값으로 시료 채취량을 늘려서 In-stack cascade impactor를 이용한 검증이 향후 수행될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정확한 배출목록은 대기오염을 저감하기 위한 관련 정책의 신뢰도나 효율성과도 직결되지만, 아직까지 국내에서 지역단위나 국가단위의 배출목록을 실질적으로 구축하지 못하고 있는 실정인 이유는?
최근 선진국을 중심으로 미세먼지의 건강 위해성 연구 및 규제기준의 강화에 관심이 높아지고 있는데, 이를 위하여 배출목록(Emission inventory)은 중요한 기초 자료로 활용되고 있다. 정확한 배출목록은 대기오염을 저감하기 위한 관련 정책의 신뢰도나 효율성과도 직결되지만 이는 매우 복잡하고 방대하여 아직까지 국내에서는 지역단위나 국가단위의 배출목록을 실질적으로 구축하지 못하고 있는 실정이다.1)
최근 선진국을 중심으로 미세먼지의 건강 위해성 연구 및 규제기준의 강화에 관심이 높아지고 있는데, 이를 위하여 무엇이 중요한 기초 자료로 활용되고 있는가?
최근 선진국을 중심으로 미세먼지의 건강 위해성 연구 및 규제기준의 강화에 관심이 높아지고 있는데, 이를 위하여 배출목록(Emission inventory)은 중요한 기초 자료로 활용되고 있다. 정확한 배출목록은 대기오염을 저감하기 위한 관련 정책의 신뢰도나 효율성과도 직결되지만 이는 매우 복잡하고 방대하여 아직까지 국내에서는 지역단위나 국가단위의 배출목록을 실질적으로 구축하지 못하고 있는 실정이다.
Hood method의 문제점으로 지적되어 온 점은?
Hood method는 요리 기구 위에 후드 등을 설치하여 배출가스를 흡인함으로써 배출가스를 포집할 수 있게 하는 방법으로 비교적 적은 가격으로 간단하게 배출가스를 측정할 수 있는 방법이다.15) 그러나 이 방법은 요리기구를 기계적으로 흡입하는 공기의 흐름이 연소 특성을 변화시킬 가능성과 후드의 틈 사이로 연소 생성물의 일부가 누출될 가능성이 문제점으로 지적되어 왔으나, 흡입속도가 높을 경우 가장 신뢰성 있는 방법이다.16)
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