It is very important to investigate air pollutants and emissions emitted from open burning in order to control nonpoint sources effectively. In this study, we utilized incineration simulator proposed by U.S. EPA and investigated concentrations of TSP, PM10, PM2.5 from woods and household wastes burn...
It is very important to investigate air pollutants and emissions emitted from open burning in order to control nonpoint sources effectively. In this study, we utilized incineration simulator proposed by U.S. EPA and investigated concentrations of TSP, PM10, PM2.5 from woods and household wastes burning to calculate emission factors and build emission inventories. The results of experiment with 15 kg of woods and 3 kg of household wastes using the incineration simulator were as follows: in case of woods burning, TSP concentration was $66.4mg/m^3$, PM10 concentration was $28.4mg/m^3$, PM2.5 concentration was $17.9mg/m^3$, respectively; in case of household wastes burning, TSP concentration was $118.4mg/m^3$, PM10 concentration was $66.8mg/m^3$, PM2.5 concentration was $55.2mg/m^3$, respectively. Concentrations from household burning, as stated above, were higher than those from woods burning. Emission factors (EFs) for woods and household wastes burning were calculated as 2.45 and 6.75 g/kg for TSP, 0.86 and 5.45 g/kg for PM10, 0.78 and 4.81 g/kg for PM2.5, respectively. EFs of TSP, PM10, PM2.5 calculated from household wastes burning were higher than those of woods burning. When we added PM emissions from woods burning and household wastes burning to Korean National Emission Inventory named as Clean Air Policy Support System (CAPSS), CAPSS annual emissions of TSP, PM10, PM2.5 were increased by 0.08~0.26% (An increase rate for TSP, PM10, PM2.5 were 0.08~0.10%, 0.16~0.20% and 0.18~0.26%, respectively). Note that we assumed that the 1% of household wastes is emitted by open burning.
It is very important to investigate air pollutants and emissions emitted from open burning in order to control nonpoint sources effectively. In this study, we utilized incineration simulator proposed by U.S. EPA and investigated concentrations of TSP, PM10, PM2.5 from woods and household wastes burning to calculate emission factors and build emission inventories. The results of experiment with 15 kg of woods and 3 kg of household wastes using the incineration simulator were as follows: in case of woods burning, TSP concentration was $66.4mg/m^3$, PM10 concentration was $28.4mg/m^3$, PM2.5 concentration was $17.9mg/m^3$, respectively; in case of household wastes burning, TSP concentration was $118.4mg/m^3$, PM10 concentration was $66.8mg/m^3$, PM2.5 concentration was $55.2mg/m^3$, respectively. Concentrations from household burning, as stated above, were higher than those from woods burning. Emission factors (EFs) for woods and household wastes burning were calculated as 2.45 and 6.75 g/kg for TSP, 0.86 and 5.45 g/kg for PM10, 0.78 and 4.81 g/kg for PM2.5, respectively. EFs of TSP, PM10, PM2.5 calculated from household wastes burning were higher than those of woods burning. When we added PM emissions from woods burning and household wastes burning to Korean National Emission Inventory named as Clean Air Policy Support System (CAPSS), CAPSS annual emissions of TSP, PM10, PM2.5 were increased by 0.08~0.26% (An increase rate for TSP, PM10, PM2.5 were 0.08~0.10%, 0.16~0.20% and 0.18~0.26%, respectively). Note that we assumed that the 1% of household wastes is emitted by open burning.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 우리나라의 생활쓰레기와 목재류를 대상으로 노천소각 시 발생하는 먼지배출계수를 산정하고 인벤토리를 구축하는 데 있다. 이를 위해 노천소각을 재연할 수 있는 모의 소각장치에서 시료를 연소시켜 배출되는 TSP, PM10, PM2.
본 연구에서 산정한 배출계수를 적용하여 산정한 배출량과 환경부 통계자료 (Department of Environment, 2010)와 CAPSS 자료와 비교 검토하여 보았다. 노천소각에 대한 활동도 추정치를 산출하는 데 어려움이 있어, 표 6과 같이 생활쓰레기 중 1%를 노천소각한다고 가정한 경우를 예를 들어 산출하였다.
제안 방법
샘플링은 목재류의 경우 70~80분, 생활쓰레기는 30~40분으로 연소가 끝날 때까지 진행하였다. TSP 시료채취는 대기오염공정시험기준 제2절제1항 먼지측정 분석방법을 기준으로 하였으며, PM10과 PM2.5는 사이클론 채취기를 사용하여 미국EPA 201A (Determining PM10 and PM2.5 Emissionsfrom Stationary Sources) 방법으로 채취하였다. 그림3에 TSP, PM10 및 PM2.
노천소각의 효과적인 관리를 위해서는 발생되는 오염물질과 발생량을 파악하는 것이 매우 중요하다. 따라서 목재류와 생활쓰레기를 대상으로 노천소각시 배출되는 먼지 배출계수를 산정하였다. 실험장치는 EPA에서 제안한 컨테이너형 모의 소각장치를 자체 제작하여 사용하였다.
5의 Sizer를 제거하고 채취하였다. 먼지 농도는 시료채취 전 ∙ 후의 여지무게를 측정하여 계산하였다.
먼지시료는 등속흡인 조건에서 TSP, PM10, PM2.5 각각 시료를 채취(총 15회)하여 분석하였으며 결과는 표 2와 같다. 목재류에서 평균농도는 TSP 66.
실험장치는 EPA에서 제안한 컨테이너형 모의 소각장치를 자체 제작하여 사용하였다. 목재류와 생활쓰레기를 총15회 연소시켜 배출되는 TSP, PM10, PM2.5 배출계수를 산정한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
목재와 생활쓰레기 두 종류에 대하여 TSP, PM10, PM2.5를 분석하였다. 시료에 대한 연소 특성은 목재류를 예를 들어 그림 4에 나타내었다.
본 연구에 사용한 시료는 우리 주변에서 흔히 불법소각될 수 있는 목재와 생활쓰레기를 대상으로 선정되었다. 생활쓰레기는 표 1과 같이 참고문헌을 바탕으로 음식물류, 종이류, 비닐류, 플라스틱류 등 총 9개 성상으로 구분한 후 건조시켜, 평균값을 적용하여 약 3 kg으로 배합하였으며 목재는 건설현장에서 비정기적으로 건축 폐자재를 불법소각 한다는 것을 고려하여 건조한 각목 및 판자를 시료로 선정하였다.
시료채취는 목재류 6회, 생활쓰레기 9회 연소시켜 TSP, PM10, PM2.5를 각각 Stack Sampler (Clean AirExperiment, Method-5)와 원형여지 (Life Science,Pallflex membrane filter, 직경 47 mm)를 이용하여 총 15회 등속흡인(등속흡인계수: 97~104)하여 시료를 채취하였다. 샘플링은 목재류의 경우 70~80분, 생활쓰레기는 30~40분으로 연소가 끝날 때까지 진행하였다.
3단계에서는 잔불꽃이 남아 소화되는 과정으로 산소의 농도는 계속 증가하게 된다. 시료채취는 점화 후 약 2분이 지난 후부터 소화가 되는 전 구간(1단계~3단계)에 거쳐 진행하였다. 목재류의 경우 2단계가 약 40분으로 생활쓰레기 20분보다 다소 느리게 진행되었다.
시료채취는 목재의 경우 약 15 kg, 생활쓰레기는 약 3 kg을 저울로 칭량하여 소각로에 담아 연소시킨 후, 모의 소각챔버 각 부분에 이상이 없고 측정장치가 정상작동할 때 하였다. 연소는 안정적으로 이루어지게 강제급기는 피하고 자연급기를 이용하였으며 배출가스 내의 산소농도가 20.5%가 넘고 잔불씨가 완전히 사라지면 연소가 종료된 것으로 판단하고 시료채취를 중단하였다. 초기점화 후 연소종료 시까지를 연소 지속 시간으로 판단하고 그 시간을 기록하였다.
연소부 상부에는 온도센서를 부착하여 연소실의 온도를 측정하였다. 연소부 측면에는 Air nozzle을 장착하여 하부에서 외부공기가 유입되어 자연스런 연소가 이루어지도록 하였으며, 소각로의 상부에는 편향판을 설치하여 공기의 혼합을 유도하고 연소부 천장을 보호하도록 설계하였다.
연소부 상부에는 온도센서를 부착하여 연소실의 온도를 측정하였다. 연소부 측면에는 Air nozzle을 장착하여 하부에서 외부공기가 유입되어 자연스런 연소가 이루어지도록 하였으며, 소각로의 상부에는 편향판을 설치하여 공기의 혼합을 유도하고 연소부 천장을 보호하도록 설계하였다. 연소부에서 소각된 배출가스는 시료채취구에서 시료채취가 이루어지고, 집진장치를 통과한 후 외부로 배출된다.
따라서 본 연구의 목적은 우리나라의 생활쓰레기와 목재류를 대상으로 노천소각 시 발생하는 먼지배출계수를 산정하고 인벤토리를 구축하는 데 있다. 이를 위해 노천소각을 재연할 수 있는 모의 소각장치에서 시료를 연소시켜 배출되는 TSP, PM10, PM2.5에 대한 배출계수를 산정하였으며, 연구결과를 토대로 활동도를 가정하여 배출량을 산정 후 국가 배출량 자료인 CAPSS (Clean Air Policy Support System)(Lee et al., 2011) 자료와 비교 검토하였다.
5%가 넘고 잔불씨가 완전히 사라지면 연소가 종료된 것으로 판단하고 시료채취를 중단하였다. 초기점화 후 연소종료 시까지를 연소 지속 시간으로 판단하고 그 시간을 기록하였다.
대상 데이터
5 측정트레인을 나타내었다. TSP를 채취할 때는 그림 3의 PM10과 PM2.5의 Sizer를 제거하고 채취하였다. 먼지 농도는 시료채취 전 ∙ 후의 여지무게를 측정하여 계산하였다.
본 연구에 사용한 시료는 우리 주변에서 흔히 불법소각될 수 있는 목재와 생활쓰레기를 대상으로 선정되었다. 생활쓰레기는 표 1과 같이 참고문헌을 바탕으로 음식물류, 종이류, 비닐류, 플라스틱류 등 총 9개 성상으로 구분한 후 건조시켜, 평균값을 적용하여 약 3 kg으로 배합하였으며 목재는 건설현장에서 비정기적으로 건축 폐자재를 불법소각 한다는 것을 고려하여 건조한 각목 및 판자를 시료로 선정하였다.
본 연구에서는 미국 EPA에서 제안한 (Lutes and Kariher, 1996) 장치를 참고하여 제작한 그림 1의 콘테이너형 모의 소각장치(가로x세로x높이, 2.4x1.5x1.2 m)를 사용하였다. 주요 부분은 연소부, 시료채취부, 팬 그리고 사이클론으로 구성되어 있다.
목재류와 생활쓰레기는 실험전에 완전히 건조시켜 소각하였다. 시료채취는 목재의 경우 약 15 kg, 생활쓰레기는 약 3 kg을 저울로 칭량하여 소각로에 담아 연소시킨 후, 모의 소각챔버 각 부분에 이상이 없고 측정장치가 정상작동할 때 하였다. 연소는 안정적으로 이루어지게 강제급기는 피하고 자연급기를 이용하였으며 배출가스 내의 산소농도가 20.
따라서 목재류와 생활쓰레기를 대상으로 노천소각시 배출되는 먼지 배출계수를 산정하였다. 실험장치는 EPA에서 제안한 컨테이너형 모의 소각장치를 자체 제작하여 사용하였다. 목재류와 생활쓰레기를 총15회 연소시켜 배출되는 TSP, PM10, PM2.
성능/효과
(1) 연소 시 배출되는 오염물질은 목재류는 점화후 약 40분, 생활쓰레기는 점화 후 20분의 초기연소과정에서 많은 오염물질을 배출하였고, 그 후에는 배출농도가 점점 감소하였다.
(2) 먼지 측정결과, 목재류는 평균 TSP 66.4, PM1028.4, PM2.5 17.9 mg/m3이었고, 생활쓰레기는 평균 TSP 118.4, PM10 66.8, PM2.5 55.2 mg/m3으로 생활쓰레기의 배출농도가 목재류보다 높게 측정되었다.
(3) 배출계수를 산정한 결과, 목재류 및 생활쓰레기에서 평균값은 각각 TSP 2.45, 6.75 g/kg PM10 0.86,5.45 g/kg, PM2.5 0.78, 4.81 g/kg으로 산정되었다.
(4) 본 연구결과로 산정된 배출계수를 적용하여, 목재류 소각 시 배출된 먼지 배출량과 생활쓰레기 중 1%가 노천소각이 된다고 가정한 경우 먼지 배출량을 CAPSS 자료의 먼지 배출량과 비교해 본 결과, TSP0.08~0.10%, PM10 0.16~0.20%, PM2.5 0.18~0.26% 각각 증가하였다.
또한 본 연구에서도 PM2.5/PM10 평균 비율이 목재류에서는 91%, 생활쓰레기에서는 88%로 PM2.5 배출비율이 높게 나타나 2015년 시행할 PM2.5 환경기준에 대비하여 관심을 가져야 할 오염원으로 사료된다.
81 g/kg으로 산정되었다. 목재류에서 PM10/TSP, PM2.5/TSP의 평균 비율이 각각 0.35, 0.32이었고, 생활쓰레기에서는 0.81, 0.71로 조사되어 생활쓰레기가 목재류보다 PM10과 PM 2.5를 더 많이 배출하고 있음을 알 수 있었다.
5 각각 시료를 채취(총 15회)하여 분석하였으며 결과는 표 2와 같다. 목재류에서 평균농도는 TSP 66.4, PM10 28.4, PM2.5 17.9 mg/m3이었고, 생활쓰레기의평균농도는 TSP 118.4, PM10 66.8, PM2.5 55.26mg/m3으로 생활쓰레기가 목재류보다 높게 측정되었다. 이는 생활쓰레기의 성상이 종이류, 플라스틱류, 가죽류 등 9가지 성상으로 구성되어 있어 목재류보다 더 높게 나타난 것으로 사료된다.
이 중 123,881톤을 소각하였다. 본 연구에서 산정한 TSP 배출계수 1.68~2.63 g/kg을 적용하여 배출량을 산출한 결과 208~325톤이 증가하게 된다. 이는 총 TSP 배출량에 비해 0.
연구 결과에서 알 수 있듯이 노천에서 쓰레기를 소각할 경우 다량의 먼지가 대기 중으로 배출되며, 밭에서 이루어지는 농업잔재물의 소각, 산불, 고기구이 등은 대기 중 먼지 농도를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서 노천소각에 대한 관리만 잘해도 먼지를 저감할 수 있어 노천소각에 대한 지속적인 관리가 필요하다.
후속연구
26% 각각 증가하게 된다. 따라서 이들 생활쓰레기와 목재류뿐만 아니라 불법으로 이루어지는 소각에 대한 활동도를 추정하여 CAPSS 자료를 보완할 필요가 있을 것으로 사료된다. 그러나 이들 불법소각은 근절대책이 원천적이지만 불법으로 전국 각지에서 이루어지고 있다는 것이 활동도 추정에 어려움이 있는 것이 사실이다.
따라서 노천소각에 대한 관리만 잘해도 먼지를 저감할 수 있어 노천소각에 대한 지속적인 관리가 필요하다. 본 연구는 노천소각을 재현할 수 있도록 컨테이너형 모의 소각장치에서 실험하여 배출계수를 산정하였다는 점에 의의가 있으며, 향후 추가적인 관련연구를 지속적으로 수행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비점 연소배출원으로는 무엇이 있나요?
, 2008). 비점 연소배출원으로는 산불이나 화재, 생활쓰레기나 농어촌 쓰레기, 농업 잔재물, 건설폐기물, 레저 및 야영장 등에서의 소각, 어촌에서 어업용도구나 폐그물 소각, 화목난로, 고기구이 같은 생물성연소 등이 있으며, 이들 배출원에서 대기오염물질은 방지시설을 거치지 않고 그대로 배출된다. 따라서 불완전연소의 가능성이 많고, 먼지, 중금속 등 인체에 유해한 물질이 다량 배출된다(Park et al.
먼지는 어떤 현상을 유발하나요?
먼지는 인체 유해성뿐만 아니라 시정거리 감소, 스모그 현상을 유발하거나 기후변화 원인물질의 하나로 알려져 있다. 따라서 미세먼지에 대한 건강 위해성 연구(Jeon et al.
농촌 지역의 비점 연소배출원 및 관리 현황은 어떠한가요?
또한 비점 연소배출원은 단시간 내에 비정기적으로 이루어지기 때문에 통상적인 관리나 조사가 체계적으로 이루어지지 않고 있다. 특히, 농촌지역의 경우 적정쓰레기 수거를 위한 청소인원 및 장비, 예산이 부족하고 읍∙면 소재지 이외에 자연부락 지역은 가옥이 산발적으로 분포되어 있어 청소차량 순회로 쓰레기의 수거가 원활하지 않아 대부분 노천소각을 통해 처리하기 때문에 오염물질이 대기 중으로 직접 배출되고 있다(Lee et al., 2006).
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