[논문]제주시 미세먼지(PM2.5)에 함유된 원소의 조성특성 및 오염원

이기호; 허철구

doi:10.5322/jesi.2018.27.7.543

제주시 미세먼지(PM2.5)에 함유된 원소의 조성특성 및 오염원
Elemental Composition and Source Identification of PM2.5 in Jeju City 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.27 no.7, 2018년, pp.543 - 554

Abstract ▼ AI-Helper

From November 2013 to December 2016, ambient fine particulate matter ($PM_{2.5}$) was sampled in the downtown area of Jeju City, South Korea, which has seen rapid urbanization. The atmospheric concentrations of elements were measured in the $PM_{2.5}$ samples. This study focused on Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, As, Sb, Sn, V, and Zn. The concentrations of Al, Na, K, Fe, Ca, Mg, Sr, and La were also obtained for reference. The objectives of this study were to examine the contributions of these elements to $PM_{2.5}$ concentrations in downtown Jeju City, and to investigate the inter-element relationships and the elemental sources by using enrichment factors and principal components analysis (PCA). A composition analysis showed that the 19 elements constituted 6.65 % of the $PM_{2.5}$ mass, and Na, K, Al, Fe, Ca, Mg, and Zn constituted 98 % of the total ion mass. Seasonal trend analysis for the sampling period indicated that the concentrations of the elements increased from November to April. However, no substantial seasonal variations were found in the concentrations of the elements. The composition ratios of some elements (Cu/Zn, Cu/Cd, Cu/Pb, V/Ni, and V/La) were found to be out of range when compared to the literature from other urban areas. The ratios between the elements and the PCA results showed that local contaminant sources in Jeju City rarely influence the composition of $PM_{2.5}$. This suggests that the major sources of $PM_{2.5}$ in Jeju City may include long-range transport of fine particulate matter produced in other areas.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 제주시 도심에서의 미세먼지 관측조사를 통해 얻어진 19가지 원소들에 대한 분석자료를 근거로 제주시 미세먼지에 함유된 원소성분들의 조성특성을 이해함과 동시에 원소들사이의 농도비, 원소들에 대한 농축계수 그리고 원소들 사이의 상관관계에 대한 분석을 통해 미세먼지의 오염원을 추정하였다.

제안 방법

은 식 (1)에서 얻어진 값을 말한다. 본 연구에서는 Ca, K, Mg, Na, Sr에 대해서 비해염 농도를 계산하였다.

대상 데이터

1에 나타내었다. 미세먼지는 제주시의 대표적인 도심지역의 한 곳인 연동지역에서 채취하였으며, 채취지점의 인근으로는 차량의 왕래가 빈번할 뿐 아니라 주변에는 도청, 도의회, 교육청 등 각종 관공서와 사무용 건물들, 그리고 소규모 공동주택이 산재해 있다.
미세먼지의 채취는 제주도의 도시대기오염측정소의 한 곳인 연동측정소(126°30′00″E, 33°29′19″N)에서 실시하였으며, 미세먼지의 채취에는 sequential air sampler (PMS-104, APM Co., Korea)를 활용하였다. 이 sampler의 흡인유량은 16.

데이터처리

이 PCA에는 오염원 프로필(source profile)에 대한 정보가 필요가 없는 장점이 있다. PCA 분석에 따른 모든 계산은 SPSS14.0 (SPSS Inc., 1989-2005) 소프트웨어를 사용하여 수행하였다. 본 연구에서 주성분의 수는 Kaiser criterion (고유값 1.

이론/모형

본 연구에서는 수용모델의 하나인 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA)를 이용하여 PM_2.5에 함유된 원소들의 오염원 추정(preliminary source identification)을 하고자 했다. 이 PCA에는 오염원 프로필(source profile)에 대한 정보가 필요가 없는 장점이 있다.

성능/효과

49%로써 전체 19가지 원소들의 전체 기여도의 98%로 대부분을 차지하였다. 이들 원소들은 대부분 전체 측정기간 동안에 큰 농도변동을 보였으며, 이들 원소들은 모두 11월에서 4월 사이에 그 농도가 증가하는 경향을 나타냈다. 자연기원 원소로 알려진 Na, K, Ca, Mg, Sr에서 Na와 Mg를 제외한 Ca, K, Sr의 농도에 대한 해염 기여도는 각각 7%, 8%, 23%로 낮게 나타났다.
그리고 농축계수에 의하면, Al, Sr, Mg는 지각(토양)의 영향이 크고, Ca, La, Fe는 지각과 인위배출원의 영향이 혼재하는 것으로 나타났으며, 나머지 원소들은(V, Ni, Cu, Pb, As, Zn, Sn, Cd, Sb) 다양한 인위 발생원의 기여가 큰 것으로 나타났다. 이로써 제주시에서 채취된 미세먼지에 함유된 원소들은 해양의 기여보다는 다른 발생원의 영향은 큰 것으로 나타났다. 제주시에서 포집된 PM_2.
제주시 도심지역에서 채취한 PM_2.5에 함유된 19가지 원소들 중에서 7가지 원소들(Na, K, Al, Fe, Ca, Mg, Zn)이 갖는 PM_2.5 질량에 대한 기여도는 6.49%로써 전체 19가지 원소들의 전체 기여도의 98%로 대부분을 차지하였다. 이들 원소들은 대부분 전체 측정기간 동안에 큰 농도변동을 보였으며, 이들 원소들은 모두 11월에서 4월 사이에 그 농도가 증가하는 경향을 나타냈다.
이로써 제주시에서 채취된 미세먼지에 함유된 원소들은 해양의 기여보다는 다른 발생원의 영향은 큰 것으로 나타났다. 제주시에서 포집된 PM_2.5에 함유된 원소들을 이용하여 원소들간의 농도비와 주성분분석에 의하면, 제주시의 미세먼지에는 제주시 도심의 국지적 영향은 아주 미미하거나 거의 반영되지 않았으며, 외부 지역에서 장거리 수송되어 제주시로 유입되는 미세먼지의 영향이 큰 것으로 판단할 수 있었다.

후속연구

, 2010). Sb, Sn, Cu, Zn, Cd, Pb등은 통상 도로교통이나 산업 배출과 연관이 깊은 것으로 알려져 있지만 지역의 여건과 상황에 따라서 그 분포양상은 크게 달리 나타날 것으로 판단되므로 향후 이에 대해서도 면밀한 연구가 더욱 필요할 것이다.
그렇지만 제주시 미세먼지의 오염원을 보다 구체적으로 밝히기 위해서는 원소성분들에 기초한 해석뿐 아니라 수용성 이온성분, 탄소성분 등에 대한 결과들에 대해서도 포괄적으로 해석하는 시도가 필요하다고 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지각농축계수법은 어떤 목적으로 사용되는가?	토양에 기인한 배출원 강도와 토양 이외의 배출원의 강도를 평가하기 위한 방법으로써 지각농축계수법이 널리 사용된다(Hao et al., 2007).
	2.5μm 이하의 미세입자는 어떤 문제를 일으키는가?	특히 2.5μm 이하의 미세입자는 독성물질을 보다 쉽게 흡수하고 이를 호흡을 통해 폐에 침적시켜 각종 호흡기 및 심혈관 질환을 초래할 수 있기 때문에 (Makkonen et al., 2010) PM2.
	Mn, Cu, Zn, Sn, Sb, Pb와 같은 미량 원소들의 농도가 도시에서 더 높게 나타나는 이유는 무엇인가?	, 2010). 도시지역에서 이들 Sb, Cu, Zn, Sn 원소들은 도로 교통(road traffic)의 대표적인 추적자(tracer)이고 Mn, Pb는 산업적 배출과도 관련이 깊으며, 그 외 V, Cr, Ni, As, Cd와 같은 원소들은 도시의 기여가 클 뿐 아니라 그 발생원도 기름 연소(fuel-oil combustion), 야금과정, 도로교통 등 다양한 것으로 알려져 있다(Querol et al., 2007; Amato et al.

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저자의 다른 논문 :

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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