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문제 정의
- 또한 계절별 먼지농도와 주요 이온성분의 농도 분포 및 그 화학조성을 비교·분석하여 익산지역 대기질의 먼지오염도에 대한 계절별 특성을 평가하고, 지역 대기질에 관한 관리방안을 모색하고자 하였다.
- 5의 대기먼지 중 수용성 이온성분의 일별 농도를 나타낸 것이다. 이들 자료는 측정시점에서 대기먼지의 농도 분포를 설명하는 화학 조성과 오염발생원에 관한 정보를 제공함으로써 지역 대기질의 오염도 특성을 시사한다. 음이온 성분(Cl−, NO3−, SO42−)의 일별 농도 분포는 계절에 따라 차이를 보이고 있으나, PM2.
제안 방법
- 5 샘플러를 사용하여 포집하였으며, 구체적인 내용은 Kang과 Lee(2005)의 연구에서 기술한 바와 같다.17) 먼지시료 중 수용성 이온성분의 농도는 Dionex사의 DX-100 IC(ion chromatograph, USA)를 사용하여 분석하였으며, 이에 대한 구체적인 분석조건과 자료의 정도관리 등은 선행연구에 제시된 바와 같다.17,18)
- 또한 nss-Ca2+와 nss-SO42- 는 Ca2+ 와 SO42- 중 비해 염기원에 의한 농도로 해수 중의 Na+에 대한 Ca2+ 와 SO42−의 농도비를 이용하여 산출하였다.
- 본 연구에서는 한반도 남서부에 위치한 익산지역에서 2004년에 봄, 여름, 가을, 겨울의 4계절에 걸쳐 측정이 이루어진 PM10과 PM2.5의 자료를 이용하여 일별 먼지 농도와 수용성 이온성분의 농도에 대한 추이 변화를 분석하였으며, 고농도 사례에 대한 특성을 해석하였다. 또한 계절별 먼지농도와 주요 이온성분의 농도 분포 및 그 화학조성을 비교·분석하여 익산지역 대기질의 먼지오염도에 대한 계절별 특성을 평가하고, 지역 대기질에 관한 관리방안을 모색하고자 하였다.
- 5/PM10의 농도비를 Table 2에 나타내었다. 여기에서 먼지농도는 황사나 강수의 발생에 따라 큰 차이를 보이기 때문에 평상시 대기먼지의 계절별 특성을 보다 정확하게 파악할 수 있도록 이들 시료를 배제하고 정량화하였다. 또한 nss-Ca2+와 nss-SO42- 는 Ca2+ 와 SO42- 중 비해 염기원에 의한 농도로 해수 중의 Na+에 대한 Ca2+ 와 SO42−의 농도비를 이용하여 산출하였다.
- 익산지역에서 PM10과 PM2.5에 대한 먼지농도와 이온 성분의 농도 자료를 이용하여 일별 농도의 추이변화와 계절별 특성을 비교·분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 5 시료를 2004년 봄, 여름, 가을, 겨울의 일정 기간 포집하였다. 측정 당시 시료는 주야간의 화학적 조성에 대한 차이를 알 수 있도록 낮(오전 8시 전후에서 당일 오후 6시 전후)과 밤(오후 6시 전후에서 다음날 오전 8시 전후)으로 나누어 1일 2회 측정이 이루어졌으나,14) 본 연구에서는 계절별 특성 파악에 초점이 맞추어져 낮과 밤의 농도를 일별 농도로 환산하였다. 다만, 봄의 측정기간 중 4월 26~27일의 경우 강수로 인해 필터교환이 어려워 2일 연속 시료포집이 이루어졌다.
대상 데이터
- 대기 중의 먼지시료는 URG(University Research Glassware, USA)사의 Annular Denuder 시스템의 PM10샘플러와 PM2.5 샘플러를 사용하여 포집하였으며, 구체적인 내용은 Kang과 Lee(2005)의 연구에서 기술한 바와 같다.
- 시료채취는 전북 익산시 남중동에 소재하고 있는 익산상공회의소 건물의 옥상(지상 약 21 m)에서 이루어졌다. 이곳은 익산시 구도심권의 중심지역으로 차량통행이 많은 교차로에 위치하고 있으며, 주변지역은 상가, 식당, 아파트, 주택 등으로 이루어져 있다.
- 익산시 대기먼지의 계절별 특성을 파악하기 위하여 PM10과 PM2.5 시료를 2004년 봄, 여름, 가을, 겨울의 일정 기간 포집하였다.
- 측정기간 동안 PM10과 PM2.5 시료의 일별 측정자료는 각각 54개가 확보되었다.
- 측정기간 동안 기상조건은 시료채취지점에서 동쪽으로 약 3.5 km 떨어져 있는 전라북도농업기술원에 설치된 무인기상관측기(AWS)에 의한 것으로 풍향, 풍속, 기온, 강수량 자료만이 측정되었다. Table 1의 자료는 시간별 측정값을 이용하여 산출하였다.
성능/효과
- 1) 또한 대기오염 물질의 이동수단이 되어 지표면으로 제거된 후 산림과 지표수의 산성화나 부영양화를 초래한다.2) 특히 미세입자는 호흡기 및 심혈관계에 악영향을 미치고, 그 농도가 증가할 경우 이들 질환에 의한 발병률 및 사망률 증가를 초래하는데 입자가 작을수록 유의하게 된다.
- 1. PM10과 PM2.5의 일별 먼지농도는 14.8~147.7과 10~ 109.6 µg/m3이었으며, 일정한 증감의 경향 없이 측정시점에 따라 편차를 보이고 있는데, 여름에는 그 차이가 크지 않는 반면 봄, 가을, 겨울 특히 가을에 두드러졌다.
- 6,10) 이들 물질은 전체 먼지농도에서 차지하는 비중도 크지만 기체-액체 전환반응과 열역학 과정에서 변수가 다양하여 중요한 연구대상이 되고 있다.11) 가스상 물질로부터 2차적으로 생성된 황산염과 질산염 등의 산이온 성분은 폐의 심부까지 침투하여 자극성 가스를 흡착시킬 수 있으며, 폐포 모세혈관으로 유입된 후 폐포조직 이외의 간, 골수, 심장 등으로 이동하여 건강장애를 초래하기도 한다.12) 호흡기 계통의 발병률과 사망률은 SO2가스와 같은 1차오염물질보다 대기 중에서 에어로졸 상태로 존재하는 산성오염물질(SO42−, H+, acid mist)과 밀접한 관련이 있다.
- 12) 호흡기 계통의 발병률과 사망률은 SO2가스와 같은 1차오염물질보다 대기 중에서 에어로졸 상태로 존재하는 산성오염물질(SO42−, H+, acid mist)과 밀접한 관련이 있다.
- 1) 또한 대기오염 물질의 이동수단이 되어 지표면으로 제거된 후 산림과 지표수의 산성화나 부영양화를 초래한다.2) 특히 미세입자는 호흡기 및 심혈관계에 악영향을 미치고, 그 농도가 증가할 경우 이들 질환에 의한 발병률 및 사망률 증가를 초래하는데 입자가 작을수록 유의하게 된다.3-5) 이러한 이유로 미국 EPA에서는 1997년에 기존의 PM10(공기동력학적인 직경이 10 µm 이하인 입자상 물질, 환경정책기본법에서 미세먼지라 명명)의 환경기준에 PM2.
- 2. 대기먼지 중 Cl−, NO3−, SO42−는 대부분 미세입자로 존재하며, 계절에 따라 측정일별 농도가 큰 폭으로 변화하였다.
- 4이었다.21) 이러한 농도비를 비교해 보면, 4월 23일의 경우 Na+가 황사에서 유래하는 농도 이외에 과잉으로 존재함을 알 수있다. 또한 대표적인 자연 발생원인 해염기원의 Cl −, Na+, Mg2+의 경우도 이 기간에 고농도가 관측됨으로써 해염입자가 지역대기질에 강한 영향을 주었을 것으로 생각된다.
- 3. PM10과 PM2.5의 연평균 농도는 54.7과 34.0 µg/m3이었으며, 계절별로는 모두 가을 > 봄 > 겨울 > 여름 순이었다.
- 4. 대기먼지 및 수용성 이온성분의 일별 농도 변화와 고농도 사례 분석을 통해 질소산화물과 암모니아의 배출량 저감 및 바이오매스 연소 관리가 이루어질 경우 지역 대기질 개선이 가능한 것으로 사료된다.
- 9 µg/m3이었다.6) 이들 자료와 비교해 보면 익산지역 대기먼지농도는 대도시와 배경지역의 중간수준으로 볼 수 있으나 인체에 보다 유해한 PM2.5의 경우 대도시 수준에 근접하고 있음을 알 수 있다.
- 결과적으로 이들 농도 분포가 계절에 따라 다른 기울기와 설명계수를 갖지만, 대기 중에 충분한 양의 NH4+가 존재하고 있어 먼지입자 중 NO3−와 nss-SO42−는 각각 황산암모 늄과 질산암모늄으로 존재하고 있으며, 인위적인 기원에 의한 대기먼지의 주요 구성물질임을 나타낸다.
- 결과적으로 익산지역의 대기먼지를 구성하는 이온성분의 경우 그 화학조성에 있어 계절적으로 뚜렷한 차이를 보여주고 있지만, 주요 구성물질의 경우 모두 NO3−, SO42− , NH4+인 것으로 나타났다.
- 6 µg/m3이었는데, 일정한 증감의 경향 없이 측정시점에 따라 편차를 보이고 있다. 계절적으로는 여름에 그 차이가 크지 않는 반면 봄, 가을, 겨울에 뚜렷한 것으로 나타났다. 이러한 차이는 특히 가을에 두드러졌다.
- 대기먼지농도에 대한 수용성 이온성분의 평균 점유율은 PM10과 PM2.5에서 각각 37%와 43%로 미세입자 영역에서 높게 나타났다. 여기에서 수용성 이온성분의 점유율이 입자의 크기 분포에 따라 다른 것은 발생원의 종류와 기여율이 다르기 때문으로 입자의 크기가 클수록 이온성분의 기여는 감소한 반면, 본 연구에서 분석되지 않은 성분의 점유율이 증가하고 있음을 의미한다.
- 5와 같게 된다. 따라서 이들의 농도 분포 자료는 분석자료의 신뢰성 확보 차원에서 중요한 의미를 갖는데, 본 연구에서는 먼지농도와 이온성분의 농도가 모두 PM10보다 PM2.5에서 높은 사례가 존재하지 않아 정도 높은 분석자료가 확보된 것으로 사료된다.
- 5에서 각각 37%와 43%로 미세입자 영역에서 높게 나타났다. 여기에서 수용성 이온성분의 점유율이 입자의 크기 분포에 따라 다른 것은 발생원의 종류와 기여율이 다르기 때문으로 입자의 크기가 클수록 이온성분의 기여는 감소한 반면, 본 연구에서 분석되지 않은 성분의 점유율이 증가하고 있음을 의미한다. 2차입자 생성에 중요한 인위적인 기원의 이온성분의 농도 분포를 살펴보면, PM10에서는 nss-SO42- 가 6.
- 이러한 결과로부터 익산지역 대기 먼지의 연평균 농도는 입자의 크기 분포에 관계없이 모두 가을 > 겨울 > 봄 > 여름 순이었다.
- 또한 대표적인 자연 발생원인 해염기원의 Cl −, Na+, Mg2+의 경우도 이 기간에 고농도가 관측됨으로써 해염입자가 지역대기질에 강한 영향을 주었을 것으로 생각된다. 이상의 내용으로부터 황사관측이 공식 보고된 4월 23일 익산지역 대기질에 관한 오염원의 특성을 요약하면, 인위적인 오염물질의 기여가 감소하면서 중국의 황사발원지에서 장거리 이동한 황사입자와 해양에서 비산된 해염입자가 동시에 유입되어 지역 대기질에 영향을 준 것으로 판단된다.
- 5) 순으로 나타났다. 주요 이온성분의 조성을 살펴보면 PM10에서는 가 여름에 27.8%로 가장 높은 점유율을 보였으며, 봄에 14.7% 그리고 겨울과 가을에 각각 9.5%와 7.3%를 점유하였다. 의 경우 가을과 봄에 각각 12.
- 즉, 여름을 제외한 모든 기간에 미량이긴 하지만 최저농도가 0.2 µg/m3로 유지되는데다 PM2.5의 먼지농도와 함께 주요 구성물질인 NH4+, NO3−, SO42−와 일별 추이 변화가 유사하고, 가을과 겨울에 대기질이 악화된 시점에 모두 피크를 보였다.
- 측정기간 동안 일별 먼지농도를 국내의 대기환경기준 (PM10)과 비교해보면 시료의 약 57.4%가 연기준인 50 µg/m3을 초과하였으며, 24시간 기준인 100 µg/m3을 초과한 경우도 11.1%이었다.
후속연구
- 5와 그 화학조성에 대한 장기간의 실측 연구는 거의 전무한 실정인데, 전북환경기술개발 센터의 2004년 연구사업의 일환으로 익산시 환경대기 중 미세먼지의 실태조사가 이루어져 자료가 확보되었다.14) 익산지역의 경우 한반도 서해안 내륙지역에 위치하고 있어 중요한 비교자료로 활용될 수 있을 것이다. 미세입자의 농도와 화학조성은 인위적인 오염물질의 영향을 이해하는데 매우 중요한 정보를 제공하게 되는데, 계절에 따라 큰 차이를 보이는 것으로 알려져 있다.
- 또한 봄철 황사발생 유무는 풍하측 지역의 먼지농도 수준을 결정짓는 가장 중요한 변수로 작용하고 있음을 알 수 있다. 고농도 사례발생에 따른 풍향, 풍속 등의 기상조건과 기류의 역궤적 분석을 통해 비교 평가할 경우 오염 물질의 장거리 이동 및 그 발생원에 대한 세부적인 해석이 가능할 것으로 사료되나, 본 연구에서는 계절별 대기먼지의 특성에 초점이 맞추어져 발생원에 대한 내용은 추후 연구에서 제시될 예정이다.
- 5)가 상대적으로 증가하였는데, 이것은 황사 발생시 입자의 크기 분포에 따른 전형적인 특징으로 보고된 바 있어, 기상청의 황사관측일 이전에 이미 중국 대륙으로부터 장거리 이동한 황사가 지역 대기질에 영향을 주었기 때문으로 생각된다. 보다 구체적인 원인은 입자의 크기 분포에 따른 화학조성과 기상조건 등에 대한 분석이 이루어질 경우 규명이 가능할 것으로 사료 된다. 여름의 경우 PM10과 PM2.
- 이상의 내용을 정리해 보면 대기오염이 심화된 가을철 대기오염 사례에 대한 대기질 관리대책으로 질소산 화물과 동시에 암모니아의 배출량을 줄이는 것이 가장 중요한 과제인 것으로 판단되며, 대기질 개선을 위해서는 이에 대한 노력이 중요하다고 하겠다. 또한 미세입자인 PM2.
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