[논문]PM10 내 납의 동위원소와 농도를 활용한 산업도시지역 대기 중 납 오염원 평가

조완근; 이현철; 김모근

doi:10.4491/ksee.2011.33.3.174

PM10 내 납의 동위원소와 농도를 활용한 산업도시지역 대기 중 납 오염원 평가
Evaluation of Airborne Pb Sources in an Industrialized City by Applying Pb Isotope Ratios and Concentrations in PM10 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.33 no.3, 2011년, pp.174 - 182

조완근 (경북대학교 환경공학과) , 이현철 (경북대학교 환경공학과) , 김모근 (경북대학교 환경공학과)

초록
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본 연구는 제철 산업지역과 이 지역으로 부터 이격거리가 다른 주거지역들의 대기 및 잠재적 오염원의 납 동위원소/대기 중 납 농도를 측정하여 제철 산업도시 대기 중 납의 주요 오염원을 평가하였다. 대기 중 납 농도와 납 동위원소비 측정과정에서 수행한 자료의 질 관리 프로그램에서 결정된 납의 검출한계는 $0.5ng/m^3$ 이하, 표준 입자상물질의 회수율은 90% 이상 그리고 4종류 납 동위원소($^{204}Pb$, $^{206}Pb$, $^{207}Pb$, $^{208}Pb$) 분석의 재현성 오차가 모두 0.2% 이하이었다. 3종류 동위원소비($^{206}Pb/^{204}Pb$, $^{207}Pb/^{206}Pb$, $^{208}Pb/^{206}Pb$ 모두에 대해서 산업지역에서 측정된 값은 이 지역과 멀리 떨어진 주거지역 측정값보다 인접한 주거지역 측정값과 가까워, 산업지역과 인접 주거지역 납의 오염원이 보다 유사한 것으로 나타났다. 나아가, 여름과 겨울 두 계절에 대하여, 주거지역들보다는 산업지역에서 납 농도가 4배 이상 높게 나타났고, 주거지역 중에서도 인접 주거지역에서 납 농도가 높게 나타났기 때문에, 산업지역에서 배출된 납이 인접 주거지역에 더 많은 영향을 미친 것으로 사료되었다. 산업지역에서 조사된 3종류 납 동위원소비($^{206}Pb/^{204}Pb$, $^{207}Pb/^{206}Pb$, $^{208}Pb/^{206}Pb$)가 8종류 잠재적 오염원 중에서 슬래그와 자동차 배출가스의 값과 유사하게 나타나, 이들 오염원이 산업지역과 인접 주거지역 납의 주요 오염원으로 추정된다. 또한, 산업지역과 주거지역들의 납 동위원소비가 계절적으로 다른 양상을 나타내었고, 납 농도는 여름보다 겨울에 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study evaluated the major lead sources in a steel metallurgy industrialized city by measuring lead isotopes/lead concentrations of ambient air and potential sources in an industrial area and residential areas according to relative distance. The quality control program obtained during the measurement procedure for lead isotopes and concentrations exhibited $0.5ng/m^3$ for method detection limit, more than 90% for recoveries of standard particulate matters, and lower than 0.2% for reproducibility errors of four lead isotopes ($^{204}Pb$, $^{206}Pb$, $^{207}Pb$, $^{208}Pb$). For all three lead isotope ratios ($^{206}Pb/^{204}Pb$, $^{207}Pb/^{206}Pb$, $^{208}Pb/^{206}Pb$), the ratios were obtained in the industrial area were closer to nearby residential area than those of a residential area far away from the industrial area, thereby suggesting that lead sources were more similar each other in the industrial and nearby residential area. Furthermore, for both summer and winter seasons ambient lead concentrations were more than four times higher in the industrial area than in the residential areas and in turn, they were higher in the nearby residential area compared with the far-away residential area. As a result, it was suggested that lead emitted from the industrial area would influence more the ambient lead in the nearby residential area than the far-away residential area. Both slag and traffic emissions are likely to be major lead sources in the industrial and nearby residential areas, since their three lead isotope ratios ($^{206}Pb/^{204}Pb$, $^{207}Pb/^{206}Pb$, $^{208}Pb/^{206}Pb$) were similar to the ratios obtained from ambient air of these two areas. In addition, the lead isotope ratios revealed different pattern between seasons, and the ambient lead concentrations were higher for winter than for summer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구는 제철산업지역과 인근 주거지역의 대기 중 납의 주요 오염원을 평가하기 위하여 수행되었다. 이를 위해서 PHSIC 내 1지점, 이와 인접한 주거지역 내 1지점 그리고 상대적으로 멀리 떨어 진 주거지역 내 1지점을 선정하여 이들 지점들에서 PM10 내 납의 동위원소를 측정하였다.
본 연구는 제철산업지역과 인근 주거지역의 대기 중 납의 주요오염원을 평가하기 위하여 제철산업지역 내 1지점, 이와 인접한 주거지역 내 1지점 그리고 상대적으로 멀리 떨어 진 주거지역 내 1지점을 선정하여 이들 지점들에서 PM10 내 납의 동위원소와 납 농도를 측정하였다. 또한, 제철산업 또는 일반적인 도시지역에서 예상되는 주요 납 오염원들로 부터 시료를 채취하여 납 동위원소를 조사하고 이들을 대기 중 PM10 내 납 동위원소와 비교하였다.

제안 방법

원 시료의 동위원소 값은 내부표준물질인 Tl을 이용하여²³⁾ 질량의 편향을 조정하여 SRM981 동위원소 표준시료를 정규화시켰다.²⁴⁾ ICP-MS를 이용한 납 동위원소 분석결과의 질 관리(quality control)를 위해서 납 동위원소들의 검량선 작성, 공 시료여지의 관리, 표준 동위원소(NIST SRM981, USA)를 이용하여 납 동위원소의 재현성을 결정하였다.
여지는 깨끗한 비닐백에 보관되고 시료채취 장소로 이동 후 여지의 외관상 손상이 없는 것을 확인한 후에 필터고정스크린에 여지를 올려놓고 여지홀더로 고정한 후, 그 위에 PM10 Inlet 장치를 설치하였다. 가동 초기 5분과 종료 전 5분에 읽은 마노미터값의 평균을 미리 작성한 검량선에 대입하여 유량을 결정하였다.
검량선을 작성하기 위하여 표준물질 농도는 최소 4개 이상을 이용하였고, 바탕시료를 제조·분석하여 채취시료의 농도에 대하여 바탕시료의 농도를 보정하였다.
나아가, 대기 중 주요 잠재적 납 오염원으로서 포항지역 자동차 배출가스, PHSIC내에 위치한 시멘트공정, 제강공정 및 압연·압출공정, 자동차 배출가스를 선정하여 이들 오염원들의 납 동위원소를 조사하였다.
또한, 이들 3지점에서 측정된 호흡성 분진 내 납 농도를 이용하여 주거지역의 납 오염원을 추가적으로 평가하였다. 나아가, 제철산업 또는 일반적인 도시지역에서 예상되는 주요 납 오염원들^14,15,17,22)로 부터 시료를 채취하여 납 동위원소를 조사하고 이들을 대기 중 PM10 내 납 동위원소와 비교하였다.
Table 2에 4종류 납 동위원소(²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb)를 분석하기 위한 ICP-MS의 측정조건을 나타내었다. 내부표준물질로서 Tl-50 ppb를 이용하였고 동위원소 구성비가 알려진 납 표준시료(NIST SRM981, USA)를 이용하여 검정선을 작성하였다. 원 시료의 동위원소 값은 내부표준물질인 Tl을 이용하여²³⁾ 질량의 편향을 조정하여 SRM981 동위원소 표준시료를 정규화시켰다.
이렇게 선정된 산업지역 1개 채취 지점과 주거지역 2개 채취지점 각각에서 동시에 고용량 시료채취기(Andersen Instrument, MFC, USA)를 오전 8시-오전 10시 사이에 시작하여 24시간 동안 일일 대기시료를 채취하였다. 대기시료는 여름과 겨울로 구분하여 채취되었고, 각 계절에 대하여 28~33일 동안 반복채취 되었다. 한편, 조사당일의 기상자료는 조사지역 내에 위치한 포항기상관측소에서 관측된 값을 이용하였다.
포항지역은 휘발유차량 약 116,000 대와 경유차량 약 62,000 대가 산업지역과 인근 지역을 운행하고 있으며, 철강공단의 화물특성상 디젤차량은 배기량이 높은 화물차가 주종을 이루고 있어 산업지역은 물론 주거지역을 운행할 때 이들 차량에 의해서 배출되는 납의 양도 적지 않을 것으로 판단되었다. 따라서, 자동차 배출가스 중 납 오염도를 조사하기 위하여 포항 인근에 위치한 유강터널에서 교통량의 부하가 높은 방향인 포항에서 경주방향의 터널내부에서 고용량 시료채취기를 이용하여 공기시료(tunnel air sample, TAS)를 3회 채취하였다. 시멘트공정에서는 클링커분진과 포틀랜드 시멘트혼합시료(clinker+P/C), 슬래그(slag)원료 그리고 슬래그가 혼합된 시멘트(slag cement)시료를 채취하였다.
이를 위해서 PHSIC 내 1지점, 이와 인접한 주거지역 내 1지점 그리고 상대적으로 멀리 떨어 진 주거지역 내 1지점을 선정하여 이들 지점들에서 PM10 내 납의 동위원소를 측정하였다. 또한, 이들 3지점에서 측정된 호흡성 분진 내 납 농도를 이용하여 주거지역의 납 오염원을 추가적으로 평가하였다. 나아가, 제철산업 또는 일반적인 도시지역에서 예상되는 주요 납 오염원들^14,15,17,22)로 부터 시료를 채취하여 납 동위원소를 조사하고 이들을 대기 중 PM10 내 납 동위원소와 비교하였다.
본 연구는 제철산업지역과 인근 주거지역의 대기 중 납의 주요오염원을 평가하기 위하여 제철산업지역 내 1지점, 이와 인접한 주거지역 내 1지점 그리고 상대적으로 멀리 떨어 진 주거지역 내 1지점을 선정하여 이들 지점들에서 PM10 내 납의 동위원소와 납 농도를 측정하였다. 또한, 제철산업 또는 일반적인 도시지역에서 예상되는 주요 납 오염원들로 부터 시료를 채취하여 납 동위원소를 조사하고 이들을 대기 중 PM10 내 납 동위원소와 비교하였다. 3종류 동위원소비(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb) 모두에 대해서 산업지역에서 측정된 값은 이 지역과 멀리 떨어진 주거지역 측정값보다 인접한 주거지역 측정값과 가까워, 산업지역과 인접 주거지역 납의 오염원이 보다 유사한 것으로 나타났다.
시료가 채취된 8 in × 10 in 크기의 여지를 8등분하여 마이크로파 추출법을 이용하여 납을 포함한 중금속류를 추출하였다.
내부표준물질로서 Tl-50 ppb를 이용하였고 동위원소 구성비가 알려진 납 표준시료(NIST SRM981, USA)를 이용하여 검정선을 작성하였다. 원 시료의 동위원소 값은 내부표준물질인 Tl을 이용하여²³⁾ 질량의 편향을 조정하여 SRM981 동위원소 표준시료를 정규화시켰다.²⁴⁾ ICP-MS를 이용한 납 동위원소 분석결과의 질 관리(quality control)를 위해서 납 동위원소들의 검량선 작성, 공 시료여지의 관리, 표준 동위원소(NIST SRM981, USA)를 이용하여 납 동위원소의 재현성을 결정하였다.
이렇게 선정된 산업지역 1개 채취 지점과 주거지역 2개 채취지점 각각에서 동시에 고용량 시료채취기(Andersen Instrument, MFC, USA)를 오전 8시-오전 10시 사이에 시작하여 24시간 동안 일일 대기시료를 채취하였다. 대기시료는 여름과 겨울로 구분하여 채취되었고, 각 계절에 대하여 28~33일 동안 반복채취 되었다.
따라서, 본 연구는 제철산업지역과 인근 주거지역의 대기 중 납의 주요 오염원을 평가하기 위하여 수행되었다. 이를 위해서 PHSIC 내 1지점, 이와 인접한 주거지역 내 1지점 그리고 상대적으로 멀리 떨어 진 주거지역 내 1지점을 선정하여 이들 지점들에서 PM10 내 납의 동위원소를 측정하였다. 또한, 이들 3지점에서 측정된 호흡성 분진 내 납 농도를 이용하여 주거지역의 납 오염원을 추가적으로 평가하였다.
제철산업을 주요 산업으로 하는 포항지역의 산업지역과 주거지역에서 대기 중 납 오염의 배출원을 조사하기 위하여 PHSIC 부지경계면 안에 위치한 산업지역(IND)과 이 지역으로부터 가까운(반경 1 km 이내) 주거지역(R-1)과 다소 멀리 떨어진(반경 6.5 km 이내) 주거지역(R-2)에서 PM10에 포함된 납의 동위 원소 비와 납 농도를 측정하였으며, 잠재적 납 발생원들에 대한 납 동위원소비를 측정하였다. 대기 중 납 농도와 납 동위원소비를 측정과정에 수행한 자료의 질 관리프로그램에서 결정된 납의 검출한계 및 회수율, 그리고 4종류 납 동위원소 분석의 재현성이 모두 선행연구^17,25~27)의 결과범위 내에 있는 것으로 확인되었다.
2~2 mg/L 농도범위에서 제조하였다. 한편, ICP-AES를 이용한 납 농도측정결과의 질 관리(quality control)를 위해서 검량선 작성, 공시료여지의 관리, 표준 입자상물질(NIST SRM1648, USA)을 이용한 납의 회수율 평가 및 측정 농도의 검출한계를 결정하였다.

대상 데이터

대기시료는 quartz 여지(Whatman QM-A, USA, 8 in × 10 in)가 장착되고 유량이 보정 된 고용량 시료 채취기를 이용하여 채취되었다.
5 km 거리에 위치해 있다. 두 번째 주거지역 채취지점(R-2)은 대단지 아파트가 들어선 대표적인 주거밀집 지역 내 북구 장량동 보건소 4층 옥상(지상으로부터 약 12 m)으로서 PHSIC로부터 북쪽으로 약 8.5 km 거리에 위치하고, 작은 야산이 북쪽에 있으며, 동쪽방향으로는 해안과 약 2 km 정도 떨어져 있다.
본 연구를 위해서 제철 산업단지의 지역적인 특성을 반영할 수 있는 산업지역 1지점과 이로부터 동일방향에 위치하지만 이격거리는 다른 주거지역 2지점(R-1과 R-2)을 선정하였다(Fig. 1). 산업지역 시료 채취지점(IND)은 복합철강산업단지 지역 내에 환경부와 지방자치단체에서 대기오염의 실태를 파악하고 대기질 개선대책 수립에 필요한 기초자료를 확보하기 위하여 설치·운영하고 있는 지역대기측정망이 설치된 장흥동 동일산업(주) 3층 옥상(지상으로부터 약 9 m)이다.
제강공정에서는 전기로 제강분진시료(electronic arc furnace dust(EAFD) ferroalloy)를 집진기 하부 분진호퍼(hopper)에서 채취하였으며, 압연·압출공정에서는 철 분진(iron dust)과 가열로에 설치된 집진기 하부 분진호퍼에 집진된 분진시료(EAFD iron)를 채취하였다. 석탄연소에 의한 납 배출영향을 조사하기 위하여 제철 및 제강공정에서 연료로 사용하고 있는 코크스탄을 분쇄한 후 석탄 시료(coal)로 이용하였다.
따라서, 자동차 배출가스 중 납 오염도를 조사하기 위하여 포항 인근에 위치한 유강터널에서 교통량의 부하가 높은 방향인 포항에서 경주방향의 터널내부에서 고용량 시료채취기를 이용하여 공기시료(tunnel air sample, TAS)를 3회 채취하였다. 시멘트공정에서는 클링커분진과 포틀랜드 시멘트혼합시료(clinker+P/C), 슬래그(slag)원료 그리고 슬래그가 혼합된 시멘트(slag cement)시료를 채취하였다. 제강공정에서는 전기로 제강분진시료(electronic arc furnace dust(EAFD) ferroalloy)를 집진기 하부 분진호퍼(hopper)에서 채취하였으며, 압연·압출공정에서는 철 분진(iron dust)과 가열로에 설치된 집진기 하부 분진호퍼에 집진된 분진시료(EAFD iron)를 채취하였다.
제강공정에서는 전기로 제강분진시료(electronic arc furnace dust(EAFD) ferroalloy)를 집진기 하부 분진호퍼(hopper)에서 채취하였으며, 압연·압출공정에서는 철 분진(iron dust)과 가열로에 설치된 집진기 하부 분진호퍼에 집진된 분진시료(EAFD iron)를 채취하였다.
산업지역 시료 채취지점(IND)은 복합철강산업단지 지역 내에 환경부와 지방자치단체에서 대기오염의 실태를 파악하고 대기질 개선대책 수립에 필요한 기초자료를 확보하기 위하여 설치·운영하고 있는 지역대기측정망이 설치된 장흥동 동일산업(주) 3층 옥상(지상으로부터 약 9 m)이다. 첫 번째 주거지역 채취지점(R-1)은 PHSIC 에 인접한 해도 2동 동사무소의 4층 건물옥상(지상으로부터 약 12 m)으로서, 간선 자동차 도로와 인접하고, 철강공단지역의 채취지점과는 형산강을 사이에 두고 북쪽으로 약 2.5 km 거리에 위치해 있으며, 동쪽방향으로 해안과 약 1.5 km 거리에 위치해 있다. 두 번째 주거지역 채취지점(R-2)은 대단지 아파트가 들어선 대표적인 주거밀집 지역 내 북구 장량동 보건소 4층 옥상(지상으로부터 약 12 m)으로서 PHSIC로부터 북쪽으로 약 8.
대기시료는 여름과 겨울로 구분하여 채취되었고, 각 계절에 대하여 28~33일 동안 반복채취 되었다. 한편, 조사당일의 기상자료는 조사지역 내에 위치한 포항기상관측소에서 관측된 값을 이용하였다.

이론/모형

이렇게 전처리 제조된 추출용액 일부는 납 농도 측정을 위해서 사용하고, 나머지는 납 동위원소를 결정하기 위하여 사용하였다. 납 농도는 유도결합플라스마 원자발광광도법(ICP-AES, Inductively-coupled plasma-atomic emission spectroscopy, Perkin Elmer Optima 4300DV, USA)를 사용하여 측정하였다. Table 1에 납 성분 분석에 이용한 ICP-AES 의 측정조건을 나타내었다.
시료의 납 동위원소 분석을 위하여 ICP-mass spectrometer (ICP-MS, Elan DRC-E, Perkin Elmer, USA)를 이용하였다. Table 2에 4종류 납 동위원소(²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb)를 분석하기 위한 ICP-MS의 측정조건을 나타내었다.

성능/효과

납은 원자량이 204, 206, 207, 208의 4종류 동위원소를 가지는데, ²⁰⁴Pb은 가장 안정한 납으로써 지구가 생성될 때부터 존재하였으며, ²⁰⁶Pb은 ²³⁸U의 방사성붕괴로부터 생성되고, ²⁰⁷Pb은 ²³⁵U의 방사성붕괴로부터 생성되며, ²⁰⁸Pb은 ²³²Th의 방사성붕괴로부터 생성되었다.¹⁸⁾ ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb의 동위원소를 생성하게 하는 원소들의 반감기는 ²³⁸U이 45억년, ²³⁵U이 7억년, ²³²Th이 140억년으로 알려져 있으며, 자연상태에서 Pb 동위원소는 ²⁰⁴Pb은 1.4% 이하, ²⁰⁶Pb이 24.1% 이하, ²⁰⁷Pb은 22.1% 이하, ²⁰⁸Pb이 52.4% 이하의 분포비를 가진다.¹⁹⁾ 이들 납 동위원소들의 비가 산업체에서 이용하는 원광석 및 화석연료의 지질화학적 특성과 밀접한 관계를 가지기 때문에,^18,19) 납 동위원소 분석법이 대기 중 납과 오염원 납의 관계를 조사하는데 이용되고 있다.
한편, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 동위원소비의 경우 산술평균값에 기초할 때 이들 오염원 중에서 coal이 가장 높게 나타났으며 다음으로 clinker+P/C, slag cement, iron dust, slag, TAS, EAFD iron, 그리고 EAFD ferroalloy의 순서로 나타났다. ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 동위원소비와는 달리 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb 동위원소비의 경우에는 상호간 유사한 양상을 보였으며 TAS가 가장 높고 EAFD iron이 가장 낮게 나타났다. 한편, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 동위원소비의 경우 coal이 최대값과 최소값 차이가 가장 큰 1.
Figs. 2와 3에 각각 나타난 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 상관관계에 기초할 때, IND에서는 겨울보다 여름에 다양한 납 오염원의 영향이 있었고, 역으로 R-1과 R-2에서는 겨울에 더욱 다양한 납 오염원의 영향이 있었던 것으로 판단된다. 왜냐하면, IND에서는 여름에 다양한 오염원들의 영향으로 동위원소간에 상관성이 약화되었고, R-1과 R-2에서는 겨울에 다양한 오염원들의 영향으로 동위원소간에 상관성이 약화된 것으로 추정되기 때문이다.
또한, 제철산업 또는 일반적인 도시지역에서 예상되는 주요 납 오염원들로 부터 시료를 채취하여 납 동위원소를 조사하고 이들을 대기 중 PM10 내 납 동위원소와 비교하였다. 3종류 동위원소비(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb) 모두에 대해서 산업지역에서 측정된 값은 이 지역과 멀리 떨어진 주거지역 측정값보다 인접한 주거지역 측정값과 가까워, 산업지역과 인접 주거지역 납의 오염원이 보다 유사한 것으로 나타났다. 나아가, 여름과 겨울 두 계절에 대하여, 주거지역들보다는 산업지역에서 납 농도가 훨씬 높게 나타났고, 주거지역 중에서도 인접 주거지역에서 납 농도가 높게 나타났기 때문에, 산업지역에서 배출된 납이 인접 주거지역에 더 많은 영향을 미친 것으로 평가되었다.
2에 산업지역과 주거지역에서 계절별로 조사된 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 상관관계를 나타내었다. IND에서 여름보다 겨울의 분포 범위가 넓고 2종류 동위원소간에 상관성이 통계적으로 더 큰 상관성을 나타내었다. 따라서, IND에서는 겨울보다 여름에 다양한 납 오염원의 영향이 있었던 것으로 사료된다.
그러나, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb의 경우에는 산술평균, 중앙값 그리고 최대값 모두에서 지역별 순서가 반대 패턴으로 나타났다. 결과적으로, 3종류 동위원소 모두에 대해서 R-1은 IND와 R-2의 중간값을 나타내고, 나아가, IND의 동위원소비가 R-2 보다 R-1의 동위원소비와 보다 가깝다는 것을 의미한다. 한편, IND에서 조사된 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 그리고 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb의 3종류 동위원소비의 최대값과 최소값 차이가 각각 1.
나아가, 주거지역 중에서도 산업지역에서 멀리 떨어진 R-2보다 산업지역과 가까운 R-1에서 대기 중 납 농도가 높게 나타났다. 계절적으로는 여름보다 겨울에 산업지역과 주거지역 모두에서 높은 대기 중 납 농도를 나타내었다. 산술평균값에 기초할 때 IND에서는 겨울 납 농도가 여름보다 2배 정도 높고, R-1과 R-2에서는 각각 1.
따라서, IND에서는 겨울보다 여름에 다양한 납 오염원의 영향이 있었던 것으로 사료된다. 그러나, IND에서와는 달리 R-1과 R-2에서는 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 분포가 겨울보다 여름에 넓고 두 동위원소간에 상관성이 통계적으로 더 큰 것으로 나타났다. 따라서, R-1과 R-2에서는 여름보다 겨울에 보다 다양한 납 오염원의 영향이 있었던 것으로 사료된다.
3종류 동위원소비(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb) 모두에 대해서 산업지역에서 측정된 값은 이 지역과 멀리 떨어진 주거지역 측정값보다 인접한 주거지역 측정값과 가까워, 산업지역과 인접 주거지역 납의 오염원이 보다 유사한 것으로 나타났다. 나아가, 여름과 겨울 두 계절에 대하여, 주거지역들보다는 산업지역에서 납 농도가 훨씬 높게 나타났고, 주거지역 중에서도 인접 주거지역에서 납 농도가 높게 나타났기 때문에, 산업지역에서 배출된 납이 인접 주거지역에 더 많은 영향을 미친 것으로 평가되었다. 상기 3종류 동위원소비의 특성에 기초할 때, 산업지역 납의 주요 오염원은 잠재적인 8종류 오염원 중에서 2종류(슬래그와 자동차 배출가스)인 것으로 나타났다.
여름과 겨울 두 계절 모두에서, 주거지역(R-1과 R-2)보다는 산업지역(IND)에서 측정된 납 농도 평균값이 4배 이상 높게 나타났다. 나아가, 주거지역 중에서도 산업지역에서 멀리 떨어진 R-2보다 산업지역과 가까운 R-1에서 대기 중 납 농도가 높게 나타났다. 계절적으로는 여름보다 겨울에 산업지역과 주거지역 모두에서 높은 대기 중 납 농도를 나타내었다.
5 ng/m³ 이하로 나타났고, 표준 입자상물질의 회수율도 90% 이상으로 나타나 미국 환경보호국에서 허용하는 ±20% 이내로 나타났다. 납 동위원소 재현성의 경우, 표준 동위원소의 ²⁰⁴Pb와 ²⁰⁷Pb이 가장 높고, 다음으로 ²⁰⁶Pb와 ²⁰⁸Pb의 순서로 나타났지만 모두 0.2% 이하로 4종류 납 동위원소 모두 재현성이 우수한 것으로 나타났다.
납 동위원소와 더불어, 산업지역과 주거지역에서 겨울과 여름에 각각 채취된 PM10으로부터 납 농도를 측정하여 이에 대한 통계치를 Table 6에 나타내었다. 대기 중 납 농도의 분포는 산술평균이 중앙값 보다 다소 높은 오른 쪽으로 기울어진 형태를 나타내었고, Shapiro-Wilk 통계 검정 결과에서 대수정규분포로 확인되었다. 여름과 겨울 두 계절 모두에서, 주거지역(R-1과 R-2)보다는 산업지역(IND)에서 측정된 납 농도 평균값이 4배 이상 높게 나타났다.
따라서, R-1과 R-2에서는 여름보다 겨울에 보다 다양한 납 오염원의 영향이 있었던 것으로 사료된다. 또한, 겨울의 경우 R-1에서는 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb의 경우 2.1200과 2.1450 사이에 집중분포하고 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 경우에는 0.8670과 0.8800 사이에 집중분포하며, R-2에서는 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb의 경우 2.1250과 2.1500 사이에 집중분포하고 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 경우에는 0.8650과 0.8850 사이에 집중분포하는 것으로 나타나, R-1과 R-2의 겨울의 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 상관성이 다소 다른 것으로 나타났다. 따라서, 겨울에는 R-1과 R-2가 다른 납 오염원의 영향을 받은 것으로 사료된다.
계절적으로는 여름보다 겨울에 산업지역과 주거지역 모두에서 높은 대기 중 납 농도를 나타내었다. 산술평균값에 기초할 때 IND에서는 겨울 납 농도가 여름보다 2배 정도 높고, R-1과 R-2에서는 각각 1.3과 1.4배 높게 나타났다. 한편, 산업지역의 대기 중 납 농도의 농도분포범위(여름, 13~250 ng/m³ 그리고 겨울, 18~284 ng/m³)가 2주거지역보다 훨씬 넓게 나타나 산업지역의 대기 중 납 농도의 측정일 변화가 가장 심한 것으로 나타났다.
산업지역과 주거지역에서 조사된 동위원소비의 통계값을 Table 4에 나타내었다. 산술평균과 중앙값에 기초할 때 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb의 경우 산업지역(IND)에서 가장 높고, 다음으로 산업지역에 인접한 주거지역(R-1)과 다소 떨어져 위치한 주거지역(R-2)의 순서로 나타났다. 최대값도 IND에서 19.
나아가, 여름과 겨울 두 계절에 대하여, 주거지역들보다는 산업지역에서 납 농도가 훨씬 높게 나타났고, 주거지역 중에서도 인접 주거지역에서 납 농도가 높게 나타났기 때문에, 산업지역에서 배출된 납이 인접 주거지역에 더 많은 영향을 미친 것으로 평가되었다. 상기 3종류 동위원소비의 특성에 기초할 때, 산업지역 납의 주요 오염원은 잠재적인 8종류 오염원 중에서 2종류(슬래그와 자동차 배출가스)인 것으로 나타났다. 한편, 산업지역과 주거지역들의 납 동위원소비와 납 농도가 모두 계절적으로 다른 양상을 나타내었다.
비록 역 상관관계이지만 이 경우에도 상기의 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 상관관계와 유사한 양상을 나타내었다. 즉, IND에서는 여름보다 겨울의 분포 범위가 넓고 두 동위원소간에 상관성이 통계적으로 더 큰 것으로 나타난 반면에, R-1과 R-2에서는 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb와 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb의 분포가 겨울보다 여름에 넓고 2종류 동위원소간에 상관성이 통계적으로 더 큰 것으로 나타났다.
나아가, 대기 중 주요 잠재적 납 오염원으로서 포항지역 자동차 배출가스, PHSIC내에 위치한 시멘트공정, 제강공정 및 압연·압출공정, 자동차 배출가스를 선정하여 이들 오염원들의 납 동위원소를 조사하였다. 포항지역은 휘발유차량 약 116,000 대와 경유차량 약 62,000 대가 산업지역과 인근 지역을 운행하고 있으며, 철강공단의 화물특성상 디젤차량은 배기량이 높은 화물차가 주종을 이루고 있어 산업지역은 물론 주거지역을 운행할 때 이들 차량에 의해서 배출되는 납의 양도 적지 않을 것으로 판단되었다. 따라서, 자동차 배출가스 중 납 오염도를 조사하기 위하여 포항 인근에 위치한 유강터널에서 교통량의 부하가 높은 방향인 포항에서 경주방향의 터널내부에서 고용량 시료채취기를 이용하여 공기시료(tunnel air sample, TAS)를 3회 채취하였다.
3종류 동위원소비 모두에 대하여 잠재적 오염원 8종류 중에서 특히 2종류(slag와 TAS)가 Table 3에서 보여준 산업지역(IND)의 값들과 가장 가깝게 나타난 것이 주목된다. 한편, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 동위원소비의 경우 산술평균값에 기초할 때 이들 오염원 중에서 coal이 가장 높게 나타났으며 다음으로 clinker+P/C, slag cement, iron dust, slag, TAS, EAFD iron, 그리고 EAFD ferroalloy의 순서로 나타났다. ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb 동위원소비와는 달리 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb와 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb 동위원소비의 경우에는 상호간 유사한 양상을 보였으며 TAS가 가장 높고 EAFD iron이 가장 낮게 나타났다.
결과적으로, 3종류 동위원소 모두에 대해서 R-1은 IND와 R-2의 중간값을 나타내고, 나아가, IND의 동위원소비가 R-2 보다 R-1의 동위원소비와 보다 가깝다는 것을 의미한다. 한편, IND에서 조사된 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 그리고 ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb의 3종류 동위원소비의 최대값과 최소값 차이가 각각 1.490, 1.7593 및 1.8087로서 두 주거지역에서 계산된 값들 보다 낮게 나타나, 주거지역보다는 산업지역의 납 오염원의 변동이 적은 것으로 나타났다.
4배 높게 나타났다. 한편, 산업지역의 대기 중 납 농도의 농도분포범위(여름, 13~250 ng/m³ 그리고 겨울, 18~284 ng/m³)가 2주거지역보다 훨씬 넓게 나타나 산업지역의 대기 중 납 농도의 측정일 변화가 가장 심한 것으로 나타났다.

후속연구

그럼에도 불구하고, 지금까지 PHSIC지역과 인근 주거지역에서의 PM을 포함한 여러 대기오염물질 문제를 포항지역 환경행정 담당자의 경험적인 판단에 의하거나 매우 한정적이고 단편적인 측정결과에만 기초해 왔기 때문에 이 지역을 위한 효율적 대기관리대책이 수립되지는 못한 문제점이 지적되고 있다. 따라서, PHSIC지역과 인근 주거지역의 대기오염을 효율적으로 관리하기 위해서는 주요 대기오염물질들의 오염원에 대한 평가가 우선적으로 수행되어야 할 것으로 제안된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대기 중으로 납을 포함한 다양한 중금속화합물을 배출시키는 주요 산업은 무엇인가?	제철산업이 대기 중으로 납을 포함한 다양한 중금속화합물을 배출시키는 주요 산업 활동으로 알려져 있다.14,15) 국내의 경우에도 제철산업은 대단히 중요한 기반산업 활동의 한 영역이며 특히 포항지역에서는 핵심적인 산업생산 분야로 중추적인 역할을 해오고 있다.
	도시 대기 중 PM10의 주요 배출원은?	1~4) 이러한 관심과 관련하여, 국내에서도 입이나 코를 통하여 인체 내로 유입되어 호흡기관에 침착할 수 있는 PM10(공기역학적 직경 10 µm 이하의 PM)의 도시 대기 특성에 대한 다양한 연구가 수행되어 왔다.5~8) 도시 대기 중 PM10의 주요 배출원은 자동차 배기가스, 소각 그리고 가스상 오염물질의 대기화학반응 뿐만 아니라 산업공정을 포함하기 때문에,9,10) PM10은 산업도시의 대기에서 종종 더 높은 농도로 측정되어 산업도시의 대기 중 오염도가 특별한 관심을 받고 있다.11,12) 나아가, 산업지역에서 측정되는 PM10에는 독성이 강한 중금속화합물도 높은 함량으로 존재하는 것으로 보고되어 PM10 자체 오염도 뿐만 아니라 PM10에 포함된 다양한 중금속화합물의 오염도도 주요 연구 대상으로 주목받아 왔다.
	포항철강복합 산업지역과 인근 지역 대기관리대책의 문제점은?	따라서, PHSIC지역으로부터 배출되는 중금속을 포함하는 PM10 그리고 다른 대기오염물질들이 인근 지역으로 이동하여 지역주민들의 건강에 유해한 영향을 줄 가능성이 자주 제기되고 있는 실정이다. 그럼에도 불구하고, 지금까지 PHSIC지역과 인근 주거지역에서의 PM을 포함한 여러 대기오염물질 문제를 포항지역 환경행정 담당자의 경험적인 판단에 의하거나 매우 한정적이고 단편적인 측정결과에만 기초해 왔기 때문에 이 지역을 위한 효율적 대기관리대책이 수립되지는 못한 문제점이 지적되고 있다. 따라서, PHSIC지역과 인근 주거지역의 대기오염을 효율적으로 관리하기 위해서는 주요 대기오염물질들의 오염원에 대한 평가가 우선적으로 수행되어야 할 것으로 제안된다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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