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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 다단 임펙터인 Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor Model-110(MOUDI-110)을 이용하여 대도시와 중소도시, 공단지역의 일반 대기 중 극미세입자의 중량 농도와 중금속 농도를 산출하여 두 지역 간의 나노입자의 농도와 금속성분의 조성을 비교하고 극미세입자에 의한 대기오염 관리 대책을 마련하는데 기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 056 µm)만 분석을 하였다. 2008년도의 경우 Pb, Cd, Cr, As, Fe, Mn을 분석하였으며, 2009년도의 경우 Mn, Zn, Ni, Cu, Cd, Pb, Cr에 대해 분석을 실시하였다.
- Stage 1부터 Stage 10까지 모든 입경의 합인 PM10과 Stage 5부터 Stage 10까지의 합인 PM1, 극미세입자에 해당하는 0.10-0.056 µm, ≤0.056 µm으로 나누어 계절별 기하평균 농도를 제시하였다.
- 극미세입자 중 중금속 농도는 ICP-AES를 사용하여 분석을 실시하였으며, 중금속 분석은 극미세입자에 해당하는 Stage 9(0.10-0.056 µm)와 Stage 10(≤0.056 µm)만 분석을 하였다.
- 대기 중 극미세입자(Nano Particles)의 측정에는 MOUDI(MSP Corporation, USA)를 이용하여 분당 30 l/min의 유량으로 3일동안(72시간) 연속 측정하였다 (Fig. 2). 필터(Filter)는 Stage 1-Stage 8까지 Pallflex Membrane Filter(47 mm, Pall Life Science 社)를 사용하였으며, 극미세입자에 해당하는 Stage 9-Stage 10 의는 PTFE Filter(46.
- 본 연구에서는 대상 지역을 대도시, 중소도시, 공단지역으로 나누어 대도시는 서울의 H대학교(서울시 성동구 행당동 소재), 중소도시는 충남 아산지역의 S대학교 (충남 아산시 신창면 소재, 이하 충남 A지역), 공단지역은 광양의 태인 정수장(전남 광양시 태인동 소재)을 대상으로 하여 2008년 8월부터 12월(서울지역 5회, 충남 A지역 5회), 2009년 8월부터 11월(충남 A지역 14회, 광양지역 8회)까지 연구를 수행하였다. 세 지역의 측정 지점 모두 주거지역과 인접하고 교통량이 많은 지역이었으며, 장비의 특성(높은 전력량, 큰 소음과 진동)을 고려하여 측정지점을 선정하였다.
- 전처리 후 ICP-AES(ICPS-7510, Shimadzu, Japan)를 이용하여 중금속 농도를 분석하고, 공시료 값에 대하여 보정을 하였다. 분석에 사용한 표준용액은 Multielement standard solution I for ICP 10% in nitric acid(Fluka)를 사용하여 0, 4, 10, 20, 40 ppb로 희석한 용액을 표준물질로 사용하였다.
- 포집한 시료는 채취 전과 동일한 방법으로 항온, 항습 상태인 데시케이터 내에서 48시간 이상 보관한 후 1 µg까지 측정 가능한 Micro Balance(CPA2P-F, Sartorius, 독일)를 이용하여 필터 무게를 측정한 후 대기오염 공정시험법에 따라 질량 농도를 분석하였다.
- 필터는 항온, 항습 상태인 데시케이터 내에서 48시간 이상 보관하여 사용하였으며, 1 µg까지 측정 가능한 Micro Balance(CPA2P-F, Sartorius, 독일)를 이용하여 무게를 측정한 후 시료를 포집하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2008년 8월부터 12월(서울지역 5회, 충남 A지역 5회), 2009년 8월부터 11월(충남 A지역 14회, 광양지역 8회)까지 서울과 충남 A지역, 광양을 대상으로 극미세입자와 중금속(08-Pb, Cr, Zn, As, Fe, 09-Pb, Cr, Zn, Cu, Ni, Mn) 농도를 분석한 결과 다음과 같다.
- 본 연구에서는 대상 지역을 대도시, 중소도시, 공단지역으로 나누어 대도시는 서울의 H대학교(서울시 성동구 행당동 소재), 중소도시는 충남 아산지역의 S대학교 (충남 아산시 신창면 소재, 이하 충남 A지역), 공단지역은 광양의 태인 정수장(전남 광양시 태인동 소재)을 대상으로 하여 2008년 8월부터 12월(서울지역 5회, 충남 A지역 5회), 2009년 8월부터 11월(충남 A지역 14회, 광양지역 8회)까지 연구를 수행하였다. 세 지역의 측정 지점 모두 주거지역과 인접하고 교통량이 많은 지역이었으며, 장비의 특성(높은 전력량, 큰 소음과 진동)을 고려하여 측정지점을 선정하였다.
- 전처리 후 ICP-AES(ICPS-7510, Shimadzu, Japan)를 이용하여 중금속 농도를 분석하고, 공시료 값에 대하여 보정을 하였다. 분석에 사용한 표준용액은 Multielement standard solution I for ICP 10% in nitric acid(Fluka)를 사용하여 0, 4, 10, 20, 40 ppb로 희석한 용액을 표준물질로 사용하였다.
데이터처리
- 기상자료와 미세먼지(PM10), 입자의 농도, 중금속 농도 등은 기술통계 분석을 이용하였고, 입경에 따른 지역별 농도 차이의 검정은 Kruskal-wallis H, 지역별, 월별, 계절에 따른 농도 차이의 검정은 Mann-Whitney U test를 사용하였다.
이론/모형
- 극미세입자 중의 금속성분을 추출하기위해 대기오염 공정시험법의 전처리 방법(초음파 추출법)을 이용하여 다음과 같이 실시하였다.10) 포집한 시료를 100 ml 비커에 담은 후 용기에 염산(2.
성능/효과
- 0.10-0.056 µm, ≤0.056 µm에서 망간의 기하평균 농도를 살펴 본 결과 여름철 광양에서 각각 0.25 ng/m3 , 0.09 ng/m3로 충남 A지역 0.18 ng/m3 , 0.03 ng/m3보다 높게 조사되었으며, 가을철에도 광양(0.11 ng/m3 , 0.06 ng/m3)이 충남 A지역(0.09 ng/m3 , 0.04 ng/m3)보다 높게 나타났다.
- 0.10-0.056 µm, ≤0.056 µm에서 크롬의 농도는 광양에서 0.69 ng/m3 , 0.38 ng/m3로 충남 A지역 0.31 ng/m3 , 0.20 ng/m3보다 높게 조사되었으며, 아연 또한 광양 2.57 ng/m3 , 0.94 ng/m3로 충남 A지역 1.12 ng/m3 , 0.72 ng/m3보다 높게 나타났다.
- 1. 입경별 입자의 농도를 살펴 본 결과 세 지역 모두 PM1에서 PM0.1 사이의 농도가 높게 나타났으며, Kruskal-Wallis H 검정을 실시한 결과 1.0-0.56 µm에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- 2. 지역에 따른 월별 농도 분포의 경우 8월과 9월에는 세 지역 모두 비슷한 농도 분포를 보이고 있었으며, 10월과 11월에는 PM1에서 PM0.1 사이의 농도가 높게 나타났다. 겨울철에 해당되는 12월은 입경이 작은 입자보다 큰 입자의 농도가 높게 나타났다.
- 3. 0.10-0.056 µm, ≤0.056 µm에 포함된 충남 A지역의 납 농도는 각각 6.49 ng/m3 , 9.93 ng/m3로 서울의 3.05 ng/m3 , 4.22 ng/m3에 비해 높게 나타났으며, 철의 경우에는 서울이 9.28 ng/m3 , 13.24 ng/m3로 충남 A지역 2.38 ng/m3 , 3.23 ng/m3에 비해 높게 조사되었다.
- 5 µm 이하의 미세입자의 경우 호흡기 깊숙이 침입하여 폐에 염증을 일으키고 2차적으로 혈액에 영향을 주어 호흡기 및 심장질환을 초래하거나 조기사망 등 여러 가지 건강장해를 초래하는 것으로 알려져 있다.4) 특히 극미세입자는 큰 입자, 미세입자보다 그 크기가 매우 작기 때문에 흡입에 의해 쉽게 폐포 깊숙이 침투가 가능하며, 입자의 화학적인 조성 (Chemical Compounds), 입자의 형태(Shape), 구조 (Structure), 표면적(Surface Area), 전기적 성질(Surface Charge)에 따라 인간에게 건강영향을 주는 잠재적인 요인으로 작용할 수 있다.
- 4. 충남 A지역과 광양의 중금속 농도를 살펴 본 결과 납의 경우 0.10-0.056 µm, ≤0.056 µm에서 충남 A 지역이 0.31 ng/m3 , 0.12 ng/m3 , 광양이 0.28 ng/m3 , 0.06 ng/m3로 광양보다 높게 나타났으며, 망간은 충남 A지역이 0.12 ng/m3 , 0.03 ng/m3 , 광양이 0.21 ng/m3 , 0.08 ng/m3로 광양의 농도가 높게 나타났다.
- 5. 모든 지역의 중금속 농도를 종합하여 살펴본 결과 비소>철>아연>크롬>납>니켈>구리>망간 순서로 높은 농도를 나타냈다.
- 또한 세 지역 모두 Stage 5(PM1)에서 Stage 9(PM0.1) 사이의 농도가 높게 나타났으며, 입자의 농도에 대한 검정을 실시한 결과 Stage 5(1.0-0.56 µm)에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p < 0.05).
- 모든 지역의 중금속 농도를 종합하여 살펴본 결과 비소>철>아연>크롬>납>니켈>구리>망간 순서로 높은 농도를 나타냈다.
- 세 지역의 입경별 농도를 살펴 본 결과 입자의 농도 분포가 비슷한 유형을 보이고 있었으며, 0.10 µm부터 0.056 µm 이하의 극미세입자가 지역별로 충남 A지역 6%, 서울 7%, 광양 13%를 차지하고 있었다.
후속연구
- 따라서 향후 PM10, PM2.5와 함께 극미세입자에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
- 본 연구의 결과는 국내 대도시와 중소도시, 공단지역을 대상으로한 일반 대기 중의 극미세입자와 중금속 농도 결과를 제시함으로써 향후 극미세입자에 관한 지표를 선정하는데 중요한 데이터로 활용될 것으로 생각된다.
- 05). 충남 A지역은 2008년에도 서울보다 납 농도가 높게 조사된 바 있어, 향후 충남 A지역의 납 농도에 영향을 미치는 영향요인을 밝힐 수 있는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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