[논문]광산란 계측기의 미세먼지 측정 정확도 향상을 위한 수분제거 전처리 기술 개발

강두수; 오정은; 이상열; 신희준; 봉하경; 최주현; 김대성

doi:10.11629/jpaar.2018.14.4.191

광산란 계측기의 미세먼지 측정 정확도 향상을 위한 수분제거 전처리 기술 개발
Development of Drying Systems for Accurate Measurement of Particulate Matter by means of Optical Particle Measuring Instruments 원문보기

Particle and aerosol research = 한국입자에어로졸학회지, v.14 no.4, 2018년, pp.191 - 203

강두수 (센트리 부설연구소) , 오정은 (센트리 부설연구소) , 이상열 (센트리 부설연구소) , 신희준 (센트리 부설연구소) , 봉하경 (센트리 부설연구소) , 최주현 (센트리 부설연구소) , 김대성 (에어리스)

Abstract ▼ AI-Helper

IIn this study, we have developed drying systems for reducing the error by humidity on measuring particulate matter (PM) in the ambient air with optical particle measuring instruments. Two types of drying systems were designed: drying systems using heating and dilution methods. In addition, 3 types of drying systems using a heating method were designed: Type A (1 hole), B (3 holes) and C (7 holes). After making them, the laboratory and field tests were carried out to evaluate the developed drying systems. As a result, it was shown that the PM concentrations obtained by PM monitoring devices with drying systems agree well with that of the reference devices. Therefore, it could be concluded that the drying systems can be applied to PM monitoring devices for real-time monitoring of the ambient aerosols.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Design of the drying system using a dilution method
표 Table 1. Characteristic of drying systems using heating and dilution methods.
그림 Fig. 2. Design of the drying systems using a heating method : (a) A (1 hole), (b) B (3 holes), and (c) C (7 holes)
그림 Fig. 3. Photographs of drying systems using a heating method
그림 Fig. 4. Experimental set-up for performance evaluation of the drying system using dilution method
그림 Fig. 5. Experimental set-up for performance evaluation of the drying system using a heating method
표 Table 2. Specifications of the heater for drying systems
표 Table 3. Simulation of velocity of the drying system using a heating method
그림 Fig. 6. Simulation of velocity of the drying system using a heating method : (a) 0.5 lpm, (b) 1 lpm
그림 Fig. 7. Performance evaluation of the drying system using a dilution method
그림 Fig. 8. Performance evaluation of the drying system using heating method
그림 Fig. 9. Experimental set-up for a field test
그림 Fig. 10. Comparison of PM10 and PM2.5 between the SENTRY Dust Monitor with a drying system using heating method and a beta ray gauge (Jongno-gu station).

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 실외환경에서 광산란방식을 이용하여 실시간으로 미세먼지 측정 시, 환경변화로 발생하는 측정값의 오차 발생을 최소화할 수 있도록 기존 실내용 미세먼지 센서의 안정성을 확보하고 측정값의 정확도를 향상시키고자 전처리장치(제습장치)를 개발하였다.

제안 방법

기존 도시대기 측정소에 설치된 측정기는 국가에서 관리하는 측정기기로 미세먼지 대기오염공정시험 기준인 베타선법의 미세먼지 측정기가 설치되어있다. 따라서 본 연구에서는 서울시에 위치한 종로구 대기 측정소에 개발한 전처리장치(가열식 A)가부착된 미세먼지 측정기를 설치하고 일정기간 이상 데이터를 수집하여, 측정망 자료와 측정데이터를 비교/분석하여 성능을 검증하였다.

대상 데이터

2017년 11월 30일부터 2017년 12월 11일까지 약 12일간 수집된 종로구 측정소의 데이터를 기준으로 동일 시간에 측정된 본사 측정기의 측정데이터를 비교/분석하였다. 종로구 측정소 및 본사 측정기기, 두 기기의 PM10, PM2.
본 연구에서는 3가지의 가열식 전처리장치와 1가지의 희석식 전처리 장치를 제작하여 성능을 평가하였다. 가열식 전처리장치를 테스트하기 위한 시료는 항온/항습 챔버를 이용하여 온도 및 상대습도 조건을 유지하였으며, 희석식 전처리 장치에 활용할 고습도 시료는 일정 압력이 필요할 가스로 인입되어야 함에 따라 임핀저를 이용하여 온도 및 상대습도 조건을 유지하였다.

성능/효과

해당 범위를 유지할 수 있는 안정적이고 효율적인 전처리장치 개발을 목표로 하였으며, 시료의 가열에 의해 상대습도를 낮추어 수분의 영향을 최소화하는 가열식과 희석에 의해 상대습도를 낮추는 희석식 장치를 개발하여 제작하고 성능테스트를 진행하였다. 그 결과, 최악의 온도 및 상대습도 조건(온도 30℃, 상대습도 82%; 온도 24℃, 상대습도 100%)에서 가열식 및 희석식 전처리 장치 모두 측정 안정 온도 및 상대습도 범위를 유지하는 것으로 확인되었다.
또한 개발된 전처리 장치를 적용하여 광산란방식 미세먼지 모니터링장치를 구성하고 해당 장치를 서울시 종로구에 위치한 일반대기측정소에 설치하여대기오염공정시험 기준인 베타선흡수법과 비교 분석하여, 그 성능에 대한 현장 적용성 평가를 진행하였다. 현장 측정 데이터를 비교한 결과, 기존 측정망 자료와 본 연구에서 개발한 전처리 장치를 적용한 미세먼지 측정기의 측정결과가 유사한 것으로 나타났으며, 평균 오차율은 PM10의 경우 3.34%, PM2.5의 경우 4.40%로 나타났다.

후속연구

개발한 전처리 장치를 이용하여 시료의 상대습도를 낮출 경우 별도의 보정식을 적용하지 않아도 비교적 신뢰도가 높은 것으로 확인되어 본 연구에서는 온/습도 보정식을 별도로 적용하지 않았다. 그러나 현장 특성에 따른 입자별 밀도 분석 및 온/습도 보정 등을 통해 중량농도 환산로직에 추가 적용한다면 보다 신뢰도 높은 측정값을 도출할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광산란법으로 측정한 수치의 정의는 무엇인가?	광산란법으로 측정한 수치는 미세먼지의 중량을 이용한 농도 값이 아닌, 미세먼지의 개수 및 산란양을 이용하여 질량 보정계수(mass factor)를 구하여 계산한 상대적인 값이다(Kim et al., 2014; Kang et al.
	광산란법으로 측정된 값이 보정계수를 사용하기에 절대값이 아닌 이유는 무엇인가?	광산란법으로 측정한 수치는 미세먼지의 중량을 이용한 농도 값이 아닌, 미세먼지의 개수 및 산란양을 이용하여 질량 보정계수(mass factor)를 구하여 계산한 상대적인 값이다(Kim et al., 2014; Kang et al., 2018). 보정계수란, 미세먼지 농도의 절대값이 측정되는 것이 아니라 미세먼지 입자 개수를 측정하는 광산란법의 한계를 극복하기 위한 것으로, 해당 환경에서의 미세먼지 평균입자밀도에 해당한다. 따라서 광산란법으로 측정된 값은 절대값이 아니며, 미세먼지의 입자밀도에 따라 상대적으로 많은 차이를 나타낸다.
	광산란 측정기에서 먼지농도가 과대 측정되는 이유는 무엇인가?	이러한 간접측정 방식은 중량농도법에 비해 과대측정되는 경향이 있으며, 여기에는 먼지의 밀도와 습도 조건이 크게 작용한다. 광산란 측정기에서 먼지농도가 과대 측정되는 이유는 측정되는 에어로졸의 밀도, 굴절률, 형태, 크기 및 크기분포에 대한 미 산란 특성에 기인한다(Kim et al., 2014).

참고문헌 (9)

Kim, D. S., Cho, Y. K., and Yoon, Y. H. (2014). Development of a real-time monitoring device for measuring particulate matter, Particle and Aerosol Research, 10, 1-8.

원문보기 상세보기
Kang, D. S., Oh, J. E., Lee, S. Y., Shin, H. J., Bong, H. K., and Kim, D. S. (2018). Development and performance evaluation of a real-time PM monitor based on optical scattering method, Particle and Aerosol Research, 14, 107-119.
Kim, J. H., Oh, J., Choi, J. S., Ahn, J. Y., Yoon, G. H., and Park, J. S. (2014). A study on the correction factor of optic scattering PM2.5 by gravimetric method, Journal of the Korean Society of Urban Environment, 14, 41-47.
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