본 논문은 포항철강공단 및 주변지역의 보건 및 환경영향 인자를 확인하기 위하여 미세먼지($PM_{10}$) 농도와 성분을 측정 및 분석하였다. 또한 지역대기자동측정망 자료를 이용하여 연별, 계절별 $PM_{10}$ 농도분포를 조사하였다. 공단지역 내 $PM_{10}$을 측정한 결과, 동일산업에서 측정된 $PM_{10}$ 평균농도는 $61.3{\pm}12.1{\mu}g/m^3$, 철강공단관리사무소에서 측정된 $PM_{10}$ 평균농도는 $44.3{\pm}8.1{\mu}g/m^3$으로 나타나 대기환경기준을 만족하였다. 공단지역 동일산업과 철강공단관리사무소에서 측정된 $PM_{10}$ 중 이차생성 이온인 ${SO_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$의 분율을 확인한 결과, ${SO_4}^{2-}$의 분율이 높게 나타났고, 황산염과 관련된 오염원이 철강공단지역에 존재하는 것으로 판단된다. 전체적으로 동일산업 지점에서는 ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $F^-$ > $NH_4{^+}$ 순으로 나타났고, 철강공단관리사무소 지점에서는 ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $NH_4{^+}$ > $F^-$ 순으로 나타났다.
본 논문은 포항철강공단 및 주변지역의 보건 및 환경영향 인자를 확인하기 위하여 미세먼지($PM_{10}$) 농도와 성분을 측정 및 분석하였다. 또한 지역대기자동측정망 자료를 이용하여 연별, 계절별 $PM_{10}$ 농도분포를 조사하였다. 공단지역 내 $PM_{10}$을 측정한 결과, 동일산업에서 측정된 $PM_{10}$ 평균농도는 $61.3{\pm}12.1{\mu}g/m^3$, 철강공단관리사무소에서 측정된 $PM_{10}$ 평균농도는 $44.3{\pm}8.1{\mu}g/m^3$으로 나타나 대기환경기준을 만족하였다. 공단지역 동일산업과 철강공단관리사무소에서 측정된 $PM_{10}$ 중 이차생성 이온인 ${SO_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$의 분율을 확인한 결과, ${SO_4}^{2-}$의 분율이 높게 나타났고, 황산염과 관련된 오염원이 철강공단지역에 존재하는 것으로 판단된다. 전체적으로 동일산업 지점에서는 ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $F^-$ > $NH_4{^+}$ 순으로 나타났고, 철강공단관리사무소 지점에서는 ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $NH_4{^+}$ > $F^-$ 순으로 나타났다.
The fine particulate matter($PM_{10}$) concentrations and contents were measured to check the health and environment influential factors in Pohang Iron and Steel Industrial Complex and its vicinities. In addition, the $PM_{10}$ distribution for each year and season was surveyed...
The fine particulate matter($PM_{10}$) concentrations and contents were measured to check the health and environment influential factors in Pohang Iron and Steel Industrial Complex and its vicinities. In addition, the $PM_{10}$ distribution for each year and season was surveyed using the regional air quality monitoring stations. The measuring on the $PM_{10}$ inside the industrial complex showed $61.3{\pm}12.1{\mu}g/m^3$ for average concentration of $PM_{10}$ which was measured by Dongil Industry and $44.3{\pm}8.1{\mu}g/m^3$ measured by steel manufacturing industry complex management office. Both of them satisfied the environmental air quality standard. The percentage of $SO_4{^2}$, $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$ which are the secondary ions created out of the $PM_{10}$ in Dongil Industry and steel manufacturing industry complex management office was checked and it was revealed that the percentage of ${SO_4}^{2-}$ was high and it is considered that the pollution source related with the sulfides exist at the industrial complex. They were in order of ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $F^-$ > $NH_4{^+}$ in Dongil Industry and ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $NH_4{^+}$ > $F^-$ in steel manufacturing industry complex management office.
The fine particulate matter($PM_{10}$) concentrations and contents were measured to check the health and environment influential factors in Pohang Iron and Steel Industrial Complex and its vicinities. In addition, the $PM_{10}$ distribution for each year and season was surveyed using the regional air quality monitoring stations. The measuring on the $PM_{10}$ inside the industrial complex showed $61.3{\pm}12.1{\mu}g/m^3$ for average concentration of $PM_{10}$ which was measured by Dongil Industry and $44.3{\pm}8.1{\mu}g/m^3$ measured by steel manufacturing industry complex management office. Both of them satisfied the environmental air quality standard. The percentage of $SO_4{^2}$, $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$ which are the secondary ions created out of the $PM_{10}$ in Dongil Industry and steel manufacturing industry complex management office was checked and it was revealed that the percentage of ${SO_4}^{2-}$ was high and it is considered that the pollution source related with the sulfides exist at the industrial complex. They were in order of ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $F^-$ > $NH_4{^+}$ in Dongil Industry and ${SO_4}^{2-}$ > $Cl^-$ > $NO_3{^-}$ > $NH_4{^+}$ > $F^-$ in steel manufacturing industry complex management office.
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문제 정의
PM10 농도에 미치는 기상요소에는 여러 가지가 있지만, 이 연구에서는 가장 큰 영향을 주는 바람을 대상으로 고찰하였다. 국립환경과학원에서 인용한 자료를 활용해 계절별 PM10 농도에 따른 풍향빈도를 표 4에 나타내었으며, 풍향은 포항기상대 자료를 활용하였다.
본 연구에서는 철강 공단지역의 보건 및 환경영향 인자를 확인하기 위하여 PM10을 채취하여 이중에 포함된 중금속성분을 비롯하여 다양한 성분조사를 수행한 반면, 국가중금속자동측정망의 경우 입경이 10 μm 이상인 먼지까지 포함된 총부유분진(TSP)을 측정하여 분석하였다.
이 연구에서는 철강공단지역의 보건 및 환경영향 인자를 확인하기 위하여 대상지역 PM10 발생 특성을 분석하였다. 이를 위하여 PM10 중 27종의 금속성분 및 이온성분중 양이온(Na+ , K+ , Ca2+, Mg2+, NH4+)과 음이온(F- , NO3-, SO42-, Cl- ) 등을 분석하여 정량하였으며, 이를 토대로 저감대책 방안을 수립하는데 기초자료로 활용하고자 한다.
이 연구에서는 포항공단 및 주변지역의 보건 및 환경 영향 인자를 확인하기 위하여 PM10 농도를 측정하였으며, 대상지역 인근에 소재한 지역대기측정망 자료를 이용 하여 연별, 계절별 PM10 농도분포와 발생 특성을 조사하였다. 이를 위하여 PM10 중의 양이온, 음이온, 중금속 및 미량금속 성분 등을 분석하여 정량하였으며, 이를 토대로 공단지역 PM10 저감방안과 정책수립에 필요한 기초자료를 확보하고자 한다.
농도분포와 발생 특성을 조사하였다. 이를 위하여 PM10 중의 양이온, 음이온, 중금속 및 미량금속 성분 등을 분석하여 정량하였으며, 이를 토대로 공단지역 PM10 저감방안과 정책수립에 필요한 기초자료를 확보하고자 한다.
제안 방법
중의 미량 금속성분을 정량하기 위해 환경대기중금속시험법을 준용하여 포집된 여지를 전처리하였다. ICP-AES(Varian Liberty Ⅱ)와 ICP-MS(Varian 820-MS) 와 ICP-AES를 이용하여 Ag, Al, As, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, Se, Si, Sn, Ti, Tl, V, Zn 등을 정량하였으며, UV-VIS 흡광광도계(Varian Cary 100)와 이온크로마토그래피(Dionex ICS 1600)를 각각 이용하여 양이온(NH4+)과 음이온(F- , NO3-, SO42-, Cl- )을 분석하여 정량하였다[5,8].
포집여지는 질량분석 후, 미량 금속분석 및 이온 성분을 분석하였다. PM10의 질량농도를 측정하기 위하여 여과지를 항온, 항습 조건에서 건조기에서 최소 2일간 건조하고, 감도가 0.01 ㎎인 전자저울로 먼지시료 채취 전․후의 무게를 칭량한 후의 중량차로서 PM10 농도를 계산하였다.
PM10의 측정은 PM10 입자분리장치를 부착한 High Volume Air Sampler(USA Anderson社)를 사용하였으며, 흡인유속을 약 1.0 m3/min으로 조정하여 8x10 inch Whatman QM-A Quartz filter에 24시간 시료를 흡인 포집하였다. 포집여지는 질량분석 후, 미량 금속분석 및 이온 성분을 분석하였다.
공업단지 내에는 주종인 철근·형강·주물 등의 가공업체 외에 건설·운수·하역 등의 지원기업체가 많이 분포하고 있다. 이 연구에서는 공단지역의 특성을 대표할수 있도록 지리적 위치와 용도별 특성을 고려하여 그림 1에 나타낸 바와 같이 2개 조사지점을 선정하였다. 선정된 관측지점은 동일산업(A)와 철강공단관리사무소(B)로서 남구의 철강산업단지 내에 소재하는 공단지역을 대표하는 지점이다.
0026 ㎍/㎥/yr로 나타낼 수 있다. 이 연구에서는 중금속 중 인체에 발암 및 비발암 만성영향을 유발하며, 사업장 배출원에서 발생되고 있는 주요 관심 중금속인 Pb, Cd, Cr6+, Cu, Mn, Ni(subsulfide), Zn 등을 대상으로 발암 중금속의 정량적 위해 분류와 농도 기준, 각 항목별 인체에 미치는 위해도 특성을 조사하여 분석하였다. 표 3과 그림 3에서는 측정한 PM10와 중금속 분석결과를 국가중금속자동측정망 분석결과 및 G.
발생 특성을 분석하였다. 이를 위하여 PM10 중 27종의 금속성분 및 이온성분중 양이온(Na+ , K+ , Ca2+, Mg2+, NH4+)과 음이온(F- , NO3-, SO42-, Cl- ) 등을 분석하여 정량하였으며, 이를 토대로 저감대책 방안을 수립하는데 기초자료로 활용하고자 한다. 이상의 연구로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
0 m3/min으로 조정하여 8x10 inch Whatman QM-A Quartz filter에 24시간 시료를 흡인 포집하였다. 포집여지는 질량분석 후, 미량 금속분석 및 이온 성분을 분석하였다. PM10의 질량농도를 측정하기 위하여 여과지를 항온, 항습 조건에서 건조기에서 최소 2일간 건조하고, 감도가 0.
대상 데이터
농도에 미치는 기상요소에는 여러 가지가 있지만, 이 연구에서는 가장 큰 영향을 주는 바람을 대상으로 고찰하였다. 국립환경과학원에서 인용한 자료를 활용해 계절별 PM10 농도에 따른 풍향빈도를 표 4에 나타내었으며, 풍향은 포항기상대 자료를 활용하였다. 대상지역에서 100 ㎍/㎥ 이하의 PM10을 조사한 결과, 계절별 풍향빈도 측면에서는 봄철 및 여름철의 경우 남남서풍 내지 서풍이 우세하였으며, 가을철 및 겨울철에는 남서풍이 우세한 경향을 보였다.
대상지역은 경주시, 영덕군, 청송군, 영천시가 주변을 감싸고 있으며, 면적은 약 8.6 ㎢의 철강공업단지가 자리잡고 있다. 공업단지 내에는 주종인 철근·형강·주물 등의 가공업체 외에 건설·운수·하역 등의 지원기업체가 많이 분포하고 있다.
이 연구에서는 공단지역의 특성을 대표할수 있도록 지리적 위치와 용도별 특성을 고려하여 그림 1에 나타낸 바와 같이 2개 조사지점을 선정하였다. 선정된 관측지점은 동일산업(A)와 철강공단관리사무소(B)로서 남구의 철강산업단지 내에 소재하는 공단지역을 대표하는 지점이다. 시료 채취지점은 철강공단지역에서 발생한 오염물질이 주거지역으로의 이동하는 경로에 위치하고 있다[10].
선정된 관측지점은 동일산업(A)와 철강공단관리사무소(B)로서 남구의 철강산업단지 내에 소재하는 공단지역을 대표하는 지점이다. 시료 채취지점은 철강공단지역에서 발생한 오염물질이 주거지역으로의 이동하는 경로에 위치하고 있다[10].
이 연구에서는 공단 및 주변지역 국가기상대 자료를 이용하여 최근 10년간(2002～2011)의 기상자료를 확인하였다. 포항시 남구 송도동에 위치한 포항 기상대 자료로 부터 분석한 결과 주풍향은 남서풍 내지 남남서풍이 가장 우세하며, 북동풍과 북북동풍계열의 바람이 우세하였다[11].
이론/모형
PM10중의 미량 금속성분을 정량하기 위해 환경대기중금속시험법을 준용하여 포집된 여지를 전처리하였다. ICP-AES(Varian Liberty Ⅱ)와 ICP-MS(Varian 820-MS) 와 ICP-AES를 이용하여 Ag, Al, As, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, Se, Si, Sn, Ti, Tl, V, Zn 등을 정량하였으며, UV-VIS 흡광광도계(Varian Cary 100)와 이온크로마토그래피(Dionex ICS 1600)를 각각 이용하여 양이온(NH4+)과 음이온(F- , NO3-, SO42-, Cl- )을 분석하여 정량하였다[5,8].
성능/효과
1. 철강공단 내 PM10 측정 및 분석한 결과, 동일산업에서 측정된 PM10 평균농도는 61.3 ㎍/㎥이었다. 철강 공단관리사무소에서 측정된 PM10 평균농도는 44.
1차 조사기간 동안 A지점에서 측정된 PM10 평균 농도는 51.5±7.1 ㎍/㎥이었고 B지점의 PM10 평균농도는 47.9±5.7 ㎍/㎥으로 나타났으며, 24시간 대기환경기준 100 ㎍/㎥을 만족하였다.
2. 공단지역 동일산업과 철강공단관리사무소 PM10 중이차생성이온인 SO42-, NO3- , NH4+ 등의 PM10에 대한 분율을 확인한 결과, SO42- 분율이 높게 나타났으며, 이중 황산염의 오염원이 철강공단지역에 산재해 있는 것으로 판단된다. 전체적으로 동일산업 지점은 SO42- > Cl- > NO3- > F- > NH4+ 순으로 나타났고, 철강공단관리사무소지점은 SO42- > Cl- > NO3- > NH4+ > F- 순으로 나타났다.
3. 해안에 인접한 채취지점의 PM10 중의 SO42-, NO3-및 NH4+가 이차입자로서 황산암모늄 및 질산암모늄 등과 같은 염을 형성하여 대기 중에 부유하여 PM10 조성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
따라서 국가중금속 자동측정망의 중금속성분 및 기타 농도 만을 채취하여 분석한 결과보다 높게 나타남을 예상할 수 있으며, 이를 그림 3에서 확인할 수 있다. A지점과 B지점 및 국가중금속자동측정망인 장흥동측정소에서 조사된 Cd, Cr, Mn, Ni, Pb 의 분석치를 비교한 결과, 장흥동측정소에서의 분석치가대체적으로 높게 나타났다. 반면 A지점은 국가중금속자동측정망 인접 지역에서 채취하였지만 이번 연구에서 측정한 대부분의 중금속 농도가 국가중금속자동측정망 분석결과와 비교하여 다소 낮게 검출되었다.
의 농도에 따른 풍속빈도를 포항기상대 자료를 이용하여 일평균 주풍향을 기준으로 일평균 농도를 분석하여 표 5에 나타내었다. 그 결과, 100 ㎍/㎥초과 고농도 미세먼지의 경우 2~4 m/s 빈도가 전 계절에서 가장 우세하게 나타났고 봄, 여름 및 가을철에는 0.5~2.0 m/s의 비교적 낮은 풍속대의 바람이 다소 우세하였으며, 겨울철에는 4~6 m/s의 빈도가 높았다.
국립환경과학원에서 인용한 자료를 활용해 계절별 PM10 농도에 따른 풍향빈도를 표 4에 나타내었으며, 풍향은 포항기상대 자료를 활용하였다. 대상지역에서 100 ㎍/㎥ 이하의 PM10을 조사한 결과, 계절별 풍향빈도 측면에서는 봄철 및 여름철의 경우 남남서풍 내지 서풍이 우세하였으며, 가을철 및 겨울철에는 남서풍이 우세한 경향을 보였다. 100 ㎍/㎥를 초과하는 고농도 PM10인 경우 봄철에는 남서풍이 우세하였고, 여름에는 남남서풍이 우세하였다.
A지점과 B지점 및 국가중금속자동측정망인 장흥동측정소에서 조사된 Cd, Cr, Mn, Ni, Pb 의 분석치를 비교한 결과, 장흥동측정소에서의 분석치가대체적으로 높게 나타났다. 반면 A지점은 국가중금속자동측정망 인접 지역에서 채취하였지만 이번 연구에서 측정한 대부분의 중금속 농도가 국가중금속자동측정망 분석결과와 비교하여 다소 낮게 검출되었다. 그러나 PM10의 경우 A지점에서 연간 대기환경기준을 상회하는 것으로 나타났다.
의 수용성 이온성분을 측정하여 나타낸 것이다. 성분들은 황산염 및 질산염 등과 같은 이차 생성 입자를 형성하는 성분인 NO3- , SO42-, NH4+ 등이 확인되었다. 수용성이온성분의 연간 평균농도 중 SO42-는 다른 이온성분 들에 비해 2~3배 가량 높은 농도를 나타내었다.
연속적으로 수행된 2차 조사결과, A지점의 PM10 평균농도는 71.1±3.7 ㎍/㎥이었으며, B 지점의 PM10 평균농도는 40.6±7.4 ㎍/㎥이었다.
전체적으로 A지점의 농도는 SO42->Cl->NO3->F->NH4+ 순으로 조사되었고, B지점은 SO42->Cl->NO3->NH4+ >F- 순으로 나타났다.
전체적으로 동일산업 지점은 SO42- > Cl- > NO3- > F- > NH4+ 순으로 나타났고, 철강공단관리사무소지점은 SO42- > Cl- > NO3- > NH4+ > F- 순으로 나타났다.
조사기간 동안 A지점에서 측정된 PM10 평균농도는 61.3±12.1 ㎍/㎥이었고, B지점에서 측정된 PM10 평균농도는 44.3±8.1㎍/㎥이었으며, 24시간 대기환경기준100 ㎍/㎥을 만족하는 것으로 나타났다.
철강공단지역 A지점과 B지점의 PM10 중 이차생성 이 온인 SO42-, NO3- , NH4+ 등의 PM10에 대한 SO42-의 분율은 높게 나타났으며, 이중 황산염의 오염원이 공단지역에 산재해 있는 것으로 판단된다. 이러한 결과를 청주시에서 측정한 다른 연구와 비교한 분석하면[14], 청주시의 경우, SO42-의 기여도가 18.
31㎍/㎥이었다. 환경기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 대기환경기준을 준수하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 대기환경기준은 어떻게 형성되어 있는가?
특히, 미국에서는 대기청정법에 MACT (Maximum Achievable Control Technology) 기준을 2000년부터 설정하여 유해대기오염물질에 대한 효율적 관리와 모니터링을 실시하고 있다[2-3]. 우리나라는 1995년 이후 대기환경기준을 PM10으로 더욱 세분화하여 그 기준을 강화하였고, 대기측정망 (National Ambient Monitoring Information System), 대기환경정책지원시스템(Clean Air Policy Support System), 대기오염물질 배출량(National Air Pollution Emission) 조사시스템과 대기배출원 관리시스템(Stack Emission Management System) 등을 지속적으로 확충하고 있다[4-9].
미국에서는 미세먼지 관련 문제를 어떻게 처리하고 있는가?
미국 및 유럽 각국에서는 자국의 PM10 및 대기오염 물질 등을 효율적으로 관리하기 위하여 다양한 대기질 개선 및 관리프로그램을 실행하고 있다. 특히, 미국에서는 대기청정법에 MACT (Maximum Achievable Control Technology) 기준을 2000년부터 설정하여 유해대기오염물질에 대한 효율적 관리와 모니터링을 실시하고 있다[2-3]. 우리나라는 1995년 이후 대기환경기준을 PM10으로 더욱 세분화하여 그 기준을 강화하였고, 대기측정망 (National Ambient Monitoring Information System), 대기환경정책지원시스템(Clean Air Policy Support System), 대기오염물질 배출량(National Air Pollution Emission) 조사시스템과 대기배출원 관리시스템(Stack Emission Management System) 등을 지속적으로 확충하고 있다[4-9].
대기오염물질 중 미세먼지는 어떤 문제를 발생시키는가?
제철공정, 제강공정 및 관련업종 등이 밀집되어 있는 철강공업단지 및 주변지역에서는 환경오염물질이 지속적 으로 발생되고 있다. 특히 미세먼지(PM10) 및 중금속 등과 같은 입자상 물질이 고농도로 다량 배출되어 국지적인 대기 환경질을 악화시키고 있으며, 지역주민들에 대한 공중보건상의 악영향과 위해를 유발시키고 있다[1-4]. 대기오염물질 중 미세먼지는 태양 복사를 흡수 또는 산란 시키거나 구름 형성과정에 작용하여 지구 및 국지적 기상 및 기후에 영향을 미친다. 또한 시정악화, 산업활동장애, 체감오염도 악화, 건강 피해, 호흡기 질환 유발, 식물의 광합성 작용 등에 악영향을 유발하여 최근 주요한 사회문제로 대두되고 있다. 우리나라의 경우 1990년대 이후 집중적으로 추진되고 있는 대기오염 규제정책으로 인하여 대기환경 수준이 국지적으로 개선되고 있음에도 불구하고, 환경성 질환의 증가, 의료비용의 증가 및 노동력의 상실 등과 같은 사회 이차 비용의 증가문제가 사회전반에 걸쳐 논의되어야 할 시점이다[2,5].
참고문헌 (16)
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