최근 들어 미세먼지에 의한 건강위해성에 대한 많은 문제가 지적되고 있다. 따라서 서울지역은 미세먼지를 줄이기 위한 합리적인 대책과 해결방안이 시급한 실정이다. 미세먼지의 악영향을 줄이기 위해서 우선 미세먼지의 구성성분 중 비율이 가장 많은 이온성분에 대한 명확한 해석이 선결되어야 하고, 이를 바탕으로 미세먼지의 특성을 파악하여 효과적인 저감 대책 수립 및 실천이 진행되어야 한다. 미세먼지 중 이온성분에 대한 물리화학적 특성을 해석하기 위하여 먼저 서울지역에서 미세먼지를 필터에 채취하고 이온성분 분석을 하였다. 그리고 이온크로마토그래피(IC)로 분석이 되지 않는 수소이온($H^+$)과 탄산이온${CO_3}^{2-}$)은 pH와 음이온과 양이온의 당량비 차이로 농도를 추정하였다. 질량수지를 기본원리로 하는 수학적 모델링 적용 결과 음이온과 양이온의 결합형태를 도출할 수 있었다. 미세먼지의 결합에 사용된 이온은 IC로 분석한 8개 이온과 추가로 해석한 $H^+$, ${CO_3}^{2-}$이며, 본 연구에서 나온 존재형태는 $NH_4Cl$, $NH_4NO_3$, $CaSO_4$, $(NH_4)_2SO_4$, $NaNO_3$, NaCl, $Na_2CO$, 그리고 $(NH_4)_2CO_3$ 등이 주를 이루고 있는 것으로 추정되었다.
최근 들어 미세먼지에 의한 건강위해성에 대한 많은 문제가 지적되고 있다. 따라서 서울지역은 미세먼지를 줄이기 위한 합리적인 대책과 해결방안이 시급한 실정이다. 미세먼지의 악영향을 줄이기 위해서 우선 미세먼지의 구성성분 중 비율이 가장 많은 이온성분에 대한 명확한 해석이 선결되어야 하고, 이를 바탕으로 미세먼지의 특성을 파악하여 효과적인 저감 대책 수립 및 실천이 진행되어야 한다. 미세먼지 중 이온성분에 대한 물리화학적 특성을 해석하기 위하여 먼저 서울지역에서 미세먼지를 필터에 채취하고 이온성분 분석을 하였다. 그리고 이온크로마토그래피(IC)로 분석이 되지 않는 수소이온($H^+$)과 탄산이온${CO_3}^{2-}$)은 pH와 음이온과 양이온의 당량비 차이로 농도를 추정하였다. 질량수지를 기본원리로 하는 수학적 모델링 적용 결과 음이온과 양이온의 결합형태를 도출할 수 있었다. 미세먼지의 결합에 사용된 이온은 IC로 분석한 8개 이온과 추가로 해석한 $H^+$, ${CO_3}^{2-}$이며, 본 연구에서 나온 존재형태는 $NH_4Cl$, $NH_4NO_3$, $CaSO_4$, $(NH_4)_2SO_4$, $NaNO_3$, NaCl, $Na_2CO$, 그리고 $(NH_4)_2CO_3$ 등이 주를 이루고 있는 것으로 추정되었다.
Particulate matter (PM) has emitted in many regions of the world and is causing many health-related problems. Thus reasonable politics and solutions are needed to reduce PM in Seoul. Further it is required to clearly explain the major portions of chemical components contained in $PM_{10}$...
Particulate matter (PM) has emitted in many regions of the world and is causing many health-related problems. Thus reasonable politics and solutions are needed to reduce PM in Seoul. Further it is required to clearly explain the major portions of chemical components contained in $PM_{10}$ to figure out the characteristics of $PM_{10}$, and to develop effective reduction measures in order to decrease the adverse effects of $PM_{10}$. $PM_{10}$ samples were collected in Seoul and analyzed their ions to examine the physical and chemical characteristics of ionic species. Since hydrogen ion ($H^+$) and carbonate ion (${CO_3}^{2-}$)) cannot be analyzed by Ion chromatography (IC), concentrations of $H^+$ and ${CO_3}^{2-}$ were initially estimated by pH and equivalent differences between anions and cations in this study. Starting from the study findings, good combination results for compositional patterns between anions and cations were obtained by applying a mathematical modelling technique that was based on the mass balance principle. The ions in $PM_{10}$ were combined with $H^+$, ${CO_3}^{2-}$, and supplement for $NO_3{^-}$, $Cl^-$ formed such compounds $NH_4Cl$, $NH_4NO_3$, $CaSO_4$, $(NH_4)_2SO_4$, $NaNO_3$, NaCl, $Na_2CO_3$, and $(NH_4)_2CO_3$ in the study area.
Particulate matter (PM) has emitted in many regions of the world and is causing many health-related problems. Thus reasonable politics and solutions are needed to reduce PM in Seoul. Further it is required to clearly explain the major portions of chemical components contained in $PM_{10}$ to figure out the characteristics of $PM_{10}$, and to develop effective reduction measures in order to decrease the adverse effects of $PM_{10}$. $PM_{10}$ samples were collected in Seoul and analyzed their ions to examine the physical and chemical characteristics of ionic species. Since hydrogen ion ($H^+$) and carbonate ion (${CO_3}^{2-}$)) cannot be analyzed by Ion chromatography (IC), concentrations of $H^+$ and ${CO_3}^{2-}$ were initially estimated by pH and equivalent differences between anions and cations in this study. Starting from the study findings, good combination results for compositional patterns between anions and cations were obtained by applying a mathematical modelling technique that was based on the mass balance principle. The ions in $PM_{10}$ were combined with $H^+$, ${CO_3}^{2-}$, and supplement for $NO_3{^-}$, $Cl^-$ formed such compounds $NH_4Cl$, $NH_4NO_3$, $CaSO_4$, $(NH_4)_2SO_4$, $NaNO_3$, NaCl, $Na_2CO_3$, and $(NH_4)_2CO_3$ in the study area.
, USA)를 이용하여 채취한 입자상물질의 이온성분을 이온크로마토그래피(Ion Chromatography, IC)를 이용하여 양이온과 음이온으로 나누어 분석하였다. 또한, 수학적(chemical mass balance, CMB) 모델의 방법론을 응용하여 대기 중 미세먼지의 이온성분이 어떤 결합형태로 존재하는지를 규명하는 것을 목적으로 하였다.
본 연구에서는 미세먼지가 대기 중에 어떤 형태로 존재하는지 밝히는 것이 목적으로, 먼저 미세먼지 중 가장 많은 부분을 점유하는 이온성분이 어떠한 형태로 존재하는지에 대한 가능성을 추정하였다.
가설 설정
본 연구에서는 이온성분은 음이온과 양이온이 당량비로 균형을 이루고 결합되어 있어야 한다는 가정 하에, 음이온과 양이온의 당량농도의 차이를 우선적으로 CO32-으로 가정하였다. CO32- 이외에 유기산이나 NO2-, F- 등의 음이온 성분도 존재할 수 있으나 본 연구에서는 가장 많이 존재할 것으로 예상되는 CO32-을 음이온의 부족분으로 가정하였다.
제안 방법
본 연구에서는 Table 2와 같이 여러 종류의 화합물 형태를 황산염화합물, 질산염화합물, 염소화합물, 그리고 탄산염화합물로 존재할 것으로 예상하여 작성하였다. 먼저 대기질 농도자료는 IC로 분석된 양이온, 음이온과 pH Meter로 측정된 H+, 당량농도차로 모델을 수행하였으며, 다음으로는 음이온의 부족분을 CO32-으로 가정하여 수학적 모델링을 수행하여 비교하였다.
본 연구에서는 mini-volume air sampler (Model 4.1, Airmetrics Co., USA)를 이용하여 채취한 입자상물질의 이온성분을 이온크로마토그래피(Ion Chromatography, IC)를 이용하여 양이온과 음이온으로 나누어 분석하였다. 또한, 수학적(chemical mass balance, CMB) 모델의 방법론을 응용하여 대기 중 미세먼지의 이온성분이 어떤 결합형태로 존재하는지를 규명하는 것을 목적으로 하였다.
대상 데이터
PM10의 금속성분분석을 위하여, 미국 EPA에서 제시한 CWA (Clean Water Act)의 microwave 전처리법을 응용하였으며, Questron (Questron사. Model Q-15 MicroPrep)을 이용한 질산-염산 전처리 방법을 사용하였다. 이 전처리 방법은 microwave를 에너지원으로 이용하여 밀폐된 용기 내에서 시료를 산처리하는 방법으로 기존의 습식회화법(hot plate)에서 제기되었던 단점을 획기적으로 개선한 방법이다.
8) 또한 한정된 공간에서 환기시설 등의 설비 등으로 인해 지하역사에서 발생하는 먼지가 외부로 유출이 되기도 한다. 시료 채취는 도심지역에서 지하역사 근처의 미세먼지 특성을 알아보기 위하여 서울의 동북부에 위치하고 있는, 강북구 미아동에 소재한 M역사 환기구 옆 건물 3층 옥상에서 2010년 4월 21일부터 28일까지 (8일간), 7월 13일부터 21일까지(9일간), 10월 12일부터 19일까지 (8일간), 2011년 1월 11일부터 17일까지(7일간), 총 32일간 측정을 수행하였다.
데이터처리
이온성분의 결합형태의 경우 상관분석이나 회귀분석 및 요인분석 등의 통계적인 분석방법을 이용하여 추정할 수 있으나, 본 연구에서는 최근에 많이 사용되고 있는 수용모델(receptor model)의 일종인 수학적 모델(EPA제공 모델)을 사용하여 추정하였다. 수학적 모델은 측정지점의 오염물질 농도는 각 오염원으로부터 유래된 오염물질량들의 합과 같다는 질량수지와 질량보존의 법칙을 기본원리로 하며, 기상조건이나 배출량 등의 정보를 요하지 않는다.
성능/효과
IC를 사용하여 분석한 이온성분과 H+, CO32-, NO3-, 그리고 Cl-을 보강한 데이터를 사용하여 수학적 모델링을 수행하여 어떠한 형태로 존재하는지를 밝히고, 또한 미세먼지 성분 분석에서 어떤 성분인지 확인이 되지 않는 unknown 부분 중 일부를 규명할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 제시하는 내용들이 물질의 배출원 파악과 관리방안 수립에 적합한 자료로 활용되기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미세먼지의 효율적인 저감 대책 수립을 위해 필요한 것은?
미세먼지의 효율적인 저감 대책을 수립하기 위해서는 오염물질이 어디에서 배출되거나 생성되는지, 대기 중에 어떤 상태로 존재하는지, 어떻게 소멸되는지 등을 상세히 알아야 적절한 대책을 강구할 수 있다. 이를 위해서는 미세먼지에 대한 중량농도 뿐만 아니라 화학성분분석과 미세먼지를 포함한 전체 입자상물질에 대한 정량적인 성분분석이 필요하나, 이에 대한 충분한 자료의 축적이 이루어지지 않고 있다.
대기 중 분진의 구성은?
대기 중 분진은 이온성분, 금속성분, 탄소성분으로 구성되어 있다. 이들은 발생원에서 직접 배출되는 1차입자(primary particle)와 대기 중 응집, 응축, 가스상 물질의 화학반응에 의해 생성된 2차입자(secondary particle)로 구성된다.
미세먼지 중 2차입자의 생성에 큰 영향을 미치는 것은?
또한 오염된 도시대기 중에서 무기이온성분은 황산염, 질산염, 암모늄염이 주로 차지하는 것으로 알려져 있다.1,5,6) 그리고 미세먼지 중 2차입자의 생성은 많은 부분이 SO2, NOx, NH3의 직접적인 배출로 인해 형성된다고 보고되고 있다.7)
참고문헌 (23)
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