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문제 정의
- 본 연구에서는 자동차에서 배출되는 입자에 의한 대기오염 특징을 파악하고자 서울시 동대문구 청량리 교차로 도로변에서 입자상 및 기체상 대기오염 물질을 측정하였다. 측정한 각 대기오염물질의 주간변화, 일변화 및 오염물질간의 상관관계를 분석하였다.
제안 방법
- 2007년 3월 19일(월)부터 23일(금)까지 총 5일간 측정한 도로변 에어로졸을 초미세입자(20~100 nm) 와 미세입자(100~600 nm)로 구분하여 수 농도의 주간변화를 Fig. 2에 나타내었다. 입자의 크기별 명칭이 통일되어 있지 않아서 본 연구에서는 다른 연구 결과와 비교하기 위해 편의상 이와 같이 지칭한다.
- 8) 본 측정위치인 청량리 교차로 도로변의 경우 서울지방경찰청의 교통량 수집 지점이 없기 때문에 청량리 교차로와 주요 간선도로로 연결되는 동대문과 중랑교의 3월 19일 0시~3월 23일 9시 자료를 이용하여 교통량의 일변화를 분석하였다. 청량리의 주중 하루 양방향 교통량은 동대문의 6만대와 중량교의 12만대 사이일 것으로 추정된다.
- 8,9) 매 5분마다 14~681 nm 범위인 입자의 크기분포를 측정하는데 이용한 SMPS(TSI model 3936)는 DMA(Differential Mobility Analyzer, TSI model 3081)와 UCPC(Ultrafine Condensation Particle Counter, TSI model 3025A)로 구성하여 이동식 캐비닛 내부에 설치하였으며, 지면으로부터약 2 m 높이에 흡입관을 설치하여 진공펌프로 도로변 대기를 등속 흡입하였다. 매 10초마다 NO-NO2 -NOx 농도를 측정한 연속가스분석기(TEI model 42)와 매 5분마다 PM1에 포함된 검댕(black carbon, BC)농도를 측정한 Aethalometer(Magee Scientific model AE-42-7-ER-MC)는 별도의 이동식 캐비닛 내부에 함께 설치하였고, 각 흡입구의 높이는 SMPS의 흡입구 높이와 일치시켰다.
- 8,9) 매 5분마다 14~681 nm 범위인 입자의 크기분포를 측정하는데 이용한 SMPS(TSI model 3936)는 DMA(Differential Mobility Analyzer, TSI model 3081)와 UCPC(Ultrafine Condensation Particle Counter, TSI model 3025A)로 구성하여 이동식 캐비닛 내부에 설치하였으며, 지면으로부터약 2 m 높이에 흡입관을 설치하여 진공펌프로 도로변 대기를 등속 흡입하였다. 매 10초마다 NO-NO2 -NOx 농도를 측정한 연속가스분석기(TEI model 42)와 매 5분마다 PM1에 포함된 검댕(black carbon, BC)농도를 측정한 Aethalometer(Magee Scientific model AE-42-7-ER-MC)는 별도의 이동식 캐비닛 내부에 함께 설치하였고, 각 흡입구의 높이는 SMPS의 흡입구 높이와 일치시켰다.
- 본 연구에서는 대도시 도로변에서 자동차에 의한 대기오염 특징을 파악하기 위하여 청량리 교차로 도로변에서 2007년 3월 중순에 5일 동안 입자의 수, 검댕, NOx를 동시에 측정하였다. 이러한 관측자료를 기존 일반 대기 모니터링 결과 및 연세대 정문 앞성산로 도로변 측정결과와 비교하여 다음과 같은 도로변 오염 특징을 알아냈다.
- 를 동시에 측정하였다. 이러한 관측자료를 기존 일반 대기 모니터링 결과 및 연세대 정문 앞성산로 도로변 측정결과와 비교하여 다음과 같은 도로변 오염 특징을 알아냈다.
- 본 연구에서는 자동차에서 배출되는 입자에 의한 대기오염 특징을 파악하고자 서울시 동대문구 청량리 교차로 도로변에서 입자상 및 기체상 대기오염 물질을 측정하였다. 측정한 각 대기오염물질의 주간변화, 일변화 및 오염물질간의 상관관계를 분석하였다. 측정자료 중에서 자동차 배출 초미세입자를 0.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 측정장비는 기존 연세대 정문앞 성산로 도로변 측정의 장비와 동일하며 아래에 간략히 요약하였다.8,9) 매 5분마다 14~681 nm 범위인 입자의 크기분포를 측정하는데 이용한 SMPS(TSI model 3936)는 DMA(Differential Mobility Analyzer, TSI model 3081)와 UCPC(Ultrafine Condensation Particle Counter, TSI model 3025A)로 구성하여 이동식 캐비닛 내부에 설치하였으며, 지면으로부터약 2 m 높이에 흡입관을 설치하여 진공펌프로 도로변 대기를 등속 흡입하였다.
- 본 연구에서는 서울시 동대문구 청량리동에 위치한 청량리 교차로의 도로변에서 2007년 3월 19일 (월) 16:30부터 23일(금) 15:05까지 5일 동안 대기오염물질을 측정하였다. Fig.
- 이것은 초미세입자, 검댕 및 NOx가 화석연료를 연소시키는 동일한 오염원에서 배출되었음을 암시한다. 본 측정위치의 특성상 이 오염원은 자동차 엔진 연소, 특히 경유 자동차의 엔진 연소인 것으로 추정된다.
성능/효과
- 1) 이러한 국제적인 규제 동향에도 불구하고 서울 대기 중 10 μm 이하인 미세먼지의 질량농도(PM10)에 대한 자동차의 기여도가 절반 수준에도 미치지 못한다는 국내 연구결과가 사회적 이슈로 부각되었다.
- 1) 일반 도시 대기 측정결과에 비하여 청량리 교차로 도로변에서 측정한 초미세입자의 수 농도는 상대적으로 고농도이면서 짧은 시간 동안 변동이 매우 컸다. 이러한 특징은 성산로 도로변 측정 결과와 잘 일치하였다.
- 9 nm 크기의 입자가 빈번하게 최고 농도를 나타 내었다.14) 따라서 디젤 자동차에서 배출되는 입자의 크기가 대부분 100 nm 이하이므로, 도로변에서도 작은 크기의 초미세입자가 주로 관측됨을 알 수 있었다.
- 2) 교통량이 하루 중 최소를 나타내는 새벽 2~4시경에 초미세입자의 수 농도, 검댕 농도 및 NOx 농도 역시 하루 중 최소 농도를 나타냈으며, 교통량이 증가하기 시작할 때 대기오염물질들의 농도도 증가하기 시작하였다.
- 3) 청량리 교차로 도로변의 초미세입자(20~100 nm) 및 미세입자(100~600 nm)의 일평균 수 농도는 SMPS 내부의 확산손실을 보정한 경우 각각 25,000개/cm3 와 3,500개/cm3 수준이었다. 또한 확산손실을 보정하지 않은 경우 성산로 측정결과와 유사하므로 위 농도 수준이 도로변의 입자 오염 수준일 것으로 판단된다.
- 4) 도로변에서 측정한 초미세입자의 입경분포는 시간에 따른 변동이 심하였으며, 대부분 60 nm 이하에서 고농도를 나타냈다.
- 5) 도로변에서 측정한 초미세입자의 주간변화 및 평균 일변화 경향이 검댕 농도 및 NOx 농도의 경향과 잘 일치하였다. 이상과 같은 특징으로부터 도로변은 충분히 희석 되지 못한 고농도의 자동차 배출가스의 영향을 직접적으로 받고 있음을 알 수 있었고, 서울시 주요 도로변의 입자 오염은 도로에 따라 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.
- 정확하게 비교하기 어렵지만, 성산로 도로변에서 초미세입자를 측정하였던 2005년 3월 측정기간 동안 성산로의 주중 하루 양방향 교통량인 10만대와 청량리의 교통량이 유사한 수준일 것으로 생각된다.8) Fig. 6에 나타낸 것과 같이 동대문과 중량교의 교통량이 다르지만 두 지점 모두 시내로 유입되는 교통량이 시외로 유출되는 교통량에 비해 1시간 정도 일찍 새벽 4~5시부터 증가하기 시작하였다. Fig.
- 이러한 농도 수준은 성산로에서 측정한 초미세입자의 일평균 농도인 12,926~16,903개/cm3 와 유사하고, 미세입자의 일평균 농도인 4,425~5,061개/cm3 의 약 70%이다.8) 성산로에 비하여 청량리 교차로 도로의 차선 수는 적고, 교통량도 상대적으로 적을 것으로 추정되지만, 도로에서 더 가까운 위치이므로 두 측정위치에서 입자 농도의 수준이 유사하게 나타난 것으로 생각된다.
- 1배 증가하였다. 기존 측정결과와 비교하기 위해 본 연구의 측정값에 대해 확산손실을 보정하지 않으면 일평균 수 농도는 초미세입자의 경우 각각 14,646개/cm3, 14,571개/cm3 이었고, 미세입자의 경우 각각 2,837개/cm3, 3,686개/cm3 이었다. 이러한 농도 수준은 성산로에서 측정한 초미세입자의 일평균 농도인 12,926~16,903개/cm3 와 유사하고, 미세입자의 일평균 농도인 4,425~5,061개/cm3 의 약 70%이다.
- 0)로 보정한 결과인데, 기존 성산로 측정에서는 이러한 보정을 하지 않았기 때문에 직접 비교하기가 어렵다. 본 측정자료에 대해 확산손 실을 보정하였을 때 초미세입자의 경우 약 1.7배, 미세입자의 경우 약 1.1배 증가하였다. 기존 측정결과와 비교하기 위해 본 연구의 측정값에 대해 확산손실을 보정하지 않으면 일평균 수 농도는 초미세입자의 경우 각각 14,646개/cm3, 14,571개/cm3 이었고, 미세입자의 경우 각각 2,837개/cm3, 3,686개/cm3 이었다.
- 성산로에서 초미세입자 수 농도의 평균 일변화의 경우 새벽 3~5시경에 하루 중 최소 농도가 나타났고, 새벽 5시 이후에 농도가 증가하기 시작하였는데, 이러한 특징은 성산로의 교통량 특징과 잘 일치 하였다.8) 본 측정위치인 청량리 교차로 도로변의 경우 서울지방경찰청의 교통량 수집 지점이 없기 때문에 청량리 교차로와 주요 간선도로로 연결되는 동대문과 중랑교의 3월 19일 0시~3월 23일 9시 자료를 이용하여 교통량의 일변화를 분석하였다.
- 8) 그러므로 이것이 도로변의 일반적인 농도 변화 특징이라고 판단된다. 이것으로부터 도로변이 대기에 의해 충분히 희석되지 않은 고농도의 자동차 배출가스의 영향을 직접적으로 받는 위치라는 것을 확인하였다. 100 nm보다 큰 미세입자의 수 농도는 상대적으로 변동폭이 작았는데, 이것은 자동차에서 배출되는 입자의 대부분은 100 nm 이하의 초미세입자라는 것을 의미하며, 성산로 측정결과뿐만 아니라 Kittelson 등이 Minnesota freeway에서 측정한 자동차 배출 입자의 입경분포에서도 이러한 특징이 관찰되었다.
- 농도의 경향과 잘 일치하였다. 이상과 같은 특징으로부터 도로변은 충분히 희석 되지 못한 고농도의 자동차 배출가스의 영향을 직접적으로 받고 있음을 알 수 있었고, 서울시 주요 도로변의 입자 오염은 도로에 따라 큰 차이가 없음을 알 수 있었다. 향후 이동 측정 차량을 이용하여 교통량이 적은 이면 도로변과 교통량이 많은 혼잡 도로 변의 대기오염도 차이를 밝혀내는 연구를 수행할 예정이다.
- 측정한 각 대기오염물질의 주간변화, 일변화 및 오염물질간의 상관관계를 분석하였다. 측정자료 중에서 자동차 배출 초미세입자를 0.1초 이내에 신속하게 측정할 수 있는 TRDMPS(Transient Differential Mobility Particle Spectrometer, Grimm)로 측정한 20~570 nm범위인 입자의 수 농도 및 입경분포는 약 5분마다 측정한 SMPS의 결과와 잘 일치한다는 것을 이미 발표한 바 있다.10) 본 연구를 통해 확보한 도심 교차로의 초미세입자 농도 자료는 향후 자동차 인접 생활환경에서 초미세입자에 의한 인체 노출 수준을 평가하는데 활용될 수 있다.
후속연구
- 1초 이내에 신속하게 측정할 수 있는 TRDMPS(Transient Differential Mobility Particle Spectrometer, Grimm)로 측정한 20~570 nm범위인 입자의 수 농도 및 입경분포는 약 5분마다 측정한 SMPS의 결과와 잘 일치한다는 것을 이미 발표한 바 있다.10) 본 연구를 통해 확보한 도심 교차로의 초미세입자 농도 자료는 향후 자동차 인접 생활환경에서 초미세입자에 의한 인체 노출 수준을 평가하는데 활용될 수 있다.
- 1) 이러한 국제적인 규제 동향에도 불구하고 서울 대기 중 10 μm 이하인 미세먼지의 질량농도(PM10)에 대한 자동차의 기여도가 절반 수준에도 미치지 못한다는 국내 연구결과가 사회적 이슈로 부각되었다.2) 그러므로 일반 주거지역의 대기 미세먼지에 영향을 미치는 자동차 배출 미세입자에 대한 체계적인 연구가 필요하다.
- 이상과 같은 특징으로부터 도로변은 충분히 희석 되지 못한 고농도의 자동차 배출가스의 영향을 직접적으로 받고 있음을 알 수 있었고, 서울시 주요 도로변의 입자 오염은 도로에 따라 큰 차이가 없음을 알 수 있었다. 향후 이동 측정 차량을 이용하여 교통량이 적은 이면 도로변과 교통량이 많은 혼잡 도로 변의 대기오염도 차이를 밝혀내는 연구를 수행할 예정이다.
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