This study observed particulate matter ($PM_{2.5}$ and $PM_{10}$) in the downtown area of Jeju City, South Korea, to understand the chemical composition of particulates based on an analysis of the water-soluble ionic species contained in the particles. The mass fraction of the ...
This study observed particulate matter ($PM_{2.5}$ and $PM_{10}$) in the downtown area of Jeju City, South Korea, to understand the chemical composition of particulates based on an analysis of the water-soluble ionic species contained in the particles. The mass fraction of the ionic species in the sampled $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ was 44.3% and 42.2%, respectively. In contrast, in Daegu City and Suwon City, the mass fraction of the ionic species in $PM_{2.5}$ was higher than that in $PM_{10}$. The chloride depletion percentage of $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ in Jeju City was higher than 61% and 66%, respectively. The contribution of sea-salt to the mass of $PM_{10}$ (5.9%) and $PM_{2.5}$ (2.6%) in Jeju City was similar to that in several coastal regions of South Korea. The mass ratio of $Cl^-$ to $Na^+$ in the downtown area of Jeju City was comparable to that in some coastal regions, such as the Gosan Area of Jeju Island, Deokjeok Island, and Taean City. The mass fraction of sea-salt in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ was very low, and the concentration of sodium and chloride ions in $PM_{10}$ was not correlated with those in $PM_{2.5}$ ($R^2$ < 0.2), suggesting that the effects of sea-salt on the formation of particulate matter in Jeju City might be insignificant. The relationship between $NH_4{^+}$ and several anions such as $SO_4{^{2-}}$, $NO_3{^-}$, and $Cl^-$, as well as the relationship between the measurement and calculation of ammonium ion concentration, suggested that sea-salts may not react with $H_2SO_4$, and $(NH_4)_2SO_4$ may be a major secondary inorganic aerosol component of $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ in Jeju City.
This study observed particulate matter ($PM_{2.5}$ and $PM_{10}$) in the downtown area of Jeju City, South Korea, to understand the chemical composition of particulates based on an analysis of the water-soluble ionic species contained in the particles. The mass fraction of the ionic species in the sampled $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ was 44.3% and 42.2%, respectively. In contrast, in Daegu City and Suwon City, the mass fraction of the ionic species in $PM_{2.5}$ was higher than that in $PM_{10}$. The chloride depletion percentage of $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ in Jeju City was higher than 61% and 66%, respectively. The contribution of sea-salt to the mass of $PM_{10}$ (5.9%) and $PM_{2.5}$ (2.6%) in Jeju City was similar to that in several coastal regions of South Korea. The mass ratio of $Cl^-$ to $Na^+$ in the downtown area of Jeju City was comparable to that in some coastal regions, such as the Gosan Area of Jeju Island, Deokjeok Island, and Taean City. The mass fraction of sea-salt in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ was very low, and the concentration of sodium and chloride ions in $PM_{10}$ was not correlated with those in $PM_{2.5}$ ($R^2$ < 0.2), suggesting that the effects of sea-salt on the formation of particulate matter in Jeju City might be insignificant. The relationship between $NH_4{^+}$ and several anions such as $SO_4{^{2-}}$, $NO_3{^-}$, and $Cl^-$, as well as the relationship between the measurement and calculation of ammonium ion concentration, suggested that sea-salts may not react with $H_2SO_4$, and $(NH_4)_2SO_4$ may be a major secondary inorganic aerosol component of $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ in Jeju City.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 제주시 도심지역을 중심으로 그 동안 확보된 미세먼지의 수용성 이온성분 분석 자료를 바탕으로 제주시 미세먼지의 화학조성 특성을 파악하고자 했으며, 이를 위해서 타 연구결과들과 비교하였다. 이는 제주시 지역사회의 생활권내 대기 중 미세먼지의 관리시책을 마련하는데 근거 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
최근 도시화로 인한 인구의 밀집과 차량의 증가가심화되고 있는 제주시의 도심지역에서 미세먼지(PM10과 PM2.5)를 조사하고 그에 함유된 수용성 이온 성분들을 분석한 결과와 타 지역에서의 연구결과를 비교하여 미세먼지 조성 특성을 파악하고자 하였다.
에어로졸에 대한 오염원 할당은 해양 환경에 대한육상 오염원의 영향을 이해하는데 아주 중요하다. 특히 제주시와 같은 해안지역에 있어서 에어로졸에 대한 해양과 육상 오염원의 영향을 파악해 보고자 했다.
가설 설정
5에 함유된 Na+와 Cl-의 농도와 미세먼지에 대한 해염입자(Na++Cl-)의 기여도를 조사시간별로 나타냈다. 해염입자의 농도는 매 측정시마다 변동이 큰 것을 볼 수 있다. 이는 해수면에서 해염의 생성, 해염의 침적 그리고 기상요소와 같은 영향요인들의 변동에 따라서 해염의 농도가 직접적으로 영향을 받게 되는데, 이러한 영향 요인들은 시간별로 변동이 아주 크다(Park et al.
제안 방법
이런 지역사회의 요구에 부응하기 위해 제주시 도심지역을 대상으로 미세먼지를 조사하려는 시도가 꾸준히 진행되고 있다. 그리고 이 조사에서는 미세먼지를 PM10과 PM2.5로 구분하여 동시 측정하고 있을 뿐 아니라 미세먼지의 질량농도와 이온성분에 대한 화학적 분석도 실시하고 있다.
7 L/min이다. 미세먼지 시료 채취는 매 달마다 2주에 걸쳐 4~7회에 걸쳐 가능한 연속적으로 실시하였고, 시료채취 시간은 주중에는 2일(48시간) 그리고 주말에는 3일(72시간)으로 설정하였다. 미세먼지의 포집에는 PTFE 여지(Pall Co.
미세먼지에 함유된 이온 성분들의 결합 형태를 살펴보기 위해서 우선 이온 성분들 사이의 상관관계를 살펴보았다(Fig. 8).
와 반응하기 때문이다. 수송과정에서 PM10에서 Na2SO4와 NaNO3의 생성 가능성을 조사하기 위해서 Na+와 SO42- 그리고 Na+와 NO3-사이의 상관관계를 보았다. Na+와 SO42- 사이에서는 R2=0.
이차 무기 에어로졸 성분들 사이의 결합 형태를 추정하기 위해 이온 화합물의 화학양론비를 활용하여 NH4+ 농도를 계산하고(Chow et al., 1996) 이를 실측된 NH4+ 농도와 비교하였다(Fig. 9).
항온항습실(상대습도 35%, 온도 21.5°C)에서 24시간 이상 정치시킨 여지는 1 μg의 감도를 지닌 microbalance(Mettler Toledo-xp6, Switzerland)로 무게를 측정하였다. 시료가 포집된 여지들은 포집 전후의 무게 차이를 이용하여 포집먼지의 질량으로 하였다.
대상 데이터
미세먼지의 채취는 두 대의 sequential air sampler(PMS-104, APM Co., Korea)를 사용하였으며, 이 샘플러의 흡인유량은 16.7 L/min이다. 미세먼지 시료 채취는 매 달마다 2주에 걸쳐 4~7회에 걸쳐 가능한 연속적으로 실시하였고, 시료채취 시간은 주중에는 2일(48시간) 그리고 주말에는 3일(72시간)으로 설정하였다.
미세먼지 시료 채취는 매 달마다 2주에 걸쳐 4~7회에 걸쳐 가능한 연속적으로 실시하였고, 시료채취 시간은 주중에는 2일(48시간) 그리고 주말에는 3일(72시간)으로 설정하였다. 미세먼지의 포집에는 PTFE 여지(Pall Co.,ZeflourTM, 47 mm, 2.0 μm, USA)를 사용하였다. 본연구에서는 PM10과 PM2.
본 조사에서는 제주도 도시대기오염측정망의 한곳인 연동측정소가 위치한 곳에서 미세먼지(PM10과 PM2.5)를 채취하였다(Fig. 1).
0 μm, USA)를 사용하였다. 본연구에서는 PM10과 PM2.5 시료채취가 동시에 성공적으로 이루어진 경우의 시료만을 선정하여 사용하였다. 본 연구에 활용된 미세먼지(PM10과 PM2.
성능/효과
5 사이의 상관성 그리고 Cl-/Na+질량비로 판단해 볼 때, 제주시에서는 미세입자에 대한 해염의 영향은 크지 않은 것을 알 수 있었다. 그리고 NH4+와 SO42-, NO3-그리고 Cl-와의 상관성으로 볼 때, 해염입자와 H2SO4와의 반응 가능성은 낮으며 이들은 주로 (NH4)2SO4의 형태로 존재할 것으로 판단되었고, 이들 SIA 성분들간의 화학양론비에 의한 계산된 NH4+ 값과 실측된 NH4+ 값 사이의 관계에서도 SIA 성분들은 PM10과 PM2.5에서 주로 (NH4)2SO4의 형태로 존재하는 것으로 나타났다. 물론 일부 이온 화합물은 암모늄 이외의 양이온과 결합된 형태로도 존재할 가능성도 배제할 수는 없는 이온 조성 특성도 보이고있다.
5에서 높은 것으로 나타났다. 그리고 제주시에서는 염소 결핍이 PM10과 PM2.5에서 61%와 66% 이상으로 나타났으며, 해염 기여도는 PM10과 PM2.5에서 각각 5.9%와 2.6%로 다른 해안도시지역에서의 수준과 비슷한 결과를 보였다. Cl-/Na+ 질량비는 우리나라 해안지역인 제주도 고산, 덕적도, 태안과 비슷한 수준을 보였고, 미국 남부 캘리포니아의 해안도시와도 비슷한 수준을 보였다.
Cl-/Na+ 질량비는 우리나라 해안지역인 제주도 고산, 덕적도, 태안과 비슷한 수준을 보였고, 미국 남부 캘리포니아의 해안도시와도 비슷한 수준을 보였다. 또한 해염기여도, Na+와 Cl-의 PM10과 PM2.5 사이의 상관성 그리고 Cl-/Na+질량비로 판단해 볼 때, 제주시에서는 미세입자에 대한 해염의 영향은 크지 않은 것을 알 수 있었다. 그리고 NH4+와 SO42-, NO3-그리고 Cl-와의 상관성으로 볼 때, 해염입자와 H2SO4와의 반응 가능성은 낮으며 이들은 주로 (NH4)2SO4의 형태로 존재할 것으로 판단되었고, 이들 SIA 성분들간의 화학양론비에 의한 계산된 NH4+ 값과 실측된 NH4+ 값 사이의 관계에서도 SIA 성분들은 PM10과 PM2.
이처럼 상관성을 보이지 않는 것은 바다가 너무 가까이 위치하고있어 입자상 Na2SO4와 NaNO3가 생성되지 못했기 때문이거나 또는 해염입자와 반응할 기체상 H2SO4와 HNO3의 양이 충분하지 않았기 때문일 수도 있다. 이러한 결과는 제주시 지역에서는 미세입자의 생성에 있어서 해염의 기여는 크지 않았으며, 외부에서 이미 생성된 미세먼지가 제주시로 유입되었다는 것을 의미하는 것으로 보인다. 물론 보다 세부적인 입경별조성특성 또는 계절별 기상조건 등을 함께 고려한 연구가 필요하다고 생각된다.
전체 측정기간에 대한 PM10의 평균 질량농도는 32.2±15.2 μg/m3이었고, PM2.5는 평균 20.0±9.2 μg/m3으로 나타났으며, PM2.5 질량농도는 PM10의 약 65% 수준으로 나타났다. 그리고 PM10과 PM2.
제주시 도심에서 PM10과 PM2.5에 대한 이온성분들의 기여도는 각각 44.3%와 42.2%로 비슷한 수준을 나타냈지만 대구와 수원과 같은 대도시 지역에서는 PM10보다는 PM2.5에서 높은 것으로 나타났다. 그리고 제주시에서는 염소 결핍이 PM10과 PM2.
5에서의 염소 결핍 수준과 nss-SO42- 사이에서는 상관성이 보이지 않았다. 해안지역에 위치한 제주시에서의 미세먼지에서는 염소결핍 수준이 크게 나타났지만 nss-SO42-와는 거의 상관성을 보이지 않았는데, 이는 제주시에서 포집된 미세먼지는 대부분이 이미 외부에서 생성되어 제주시로 유입되었을 가능성이 크다고 판단된다. 본 조사에서는 계절별 해석을 위한 자료가 충분하지는 않지만, 대체적인 계절적 경향을 살펴보면(Fig.
후속연구
이러한 결과는 제주시 지역에서는 미세입자의 생성에 있어서 해염의 기여는 크지 않았으며, 외부에서 이미 생성된 미세먼지가 제주시로 유입되었다는 것을 의미하는 것으로 보인다. 물론 보다 세부적인 입경별조성특성 또는 계절별 기상조건 등을 함께 고려한 연구가 필요하다고 생각된다.
, 1996). 물론 이러한 결론을 구체적으로 입증하기 위해서는 기류의 이동경로에 대한 분석 그리고 보다 세분화된 입경별 차이에 대해서 파악할 필요가 있다.
앞으로 제주시에 대한 미세먼지의 화학조성특성과 발생 원인을 보다 명확하게 밝히기 위해서는 미세먼지에 대한 지속적인 측정분석은 물론이고 입경별 측정분석 그리고 기류이동경로의 영향 등에 대한 연구가 더욱 필요하다고 판단된다.
본 연구에서는 제주시 도심지역을 중심으로 그 동안 확보된 미세먼지의 수용성 이온성분 분석 자료를 바탕으로 제주시 미세먼지의 화학조성 특성을 파악하고자 했으며, 이를 위해서 타 연구결과들과 비교하였다. 이는 제주시 지역사회의 생활권내 대기 중 미세먼지의 관리시책을 마련하는데 근거 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제주도에서도 미세먼지의 실태와 그 관리대책이 중요해진 이유는 무엇인가?
그렇지만 최근 제주지역은 관광객과 유입인구의 증가 등으로 인한 도시화가 급속히 진행되면서 주민들의 생활권역에 대한 미세먼지의 실태와 그 관리대책에 관심은 더욱 커지고 있다. 이런 지역사회의 요구에 부응하기 위해 제주시 도심지역을 대상으로 미세먼지를 조사하려는 시도가 꾸준히 진행되고 있다.
직경이 0.1~1.0 μm인 대기오염물질이 특히 위험한 이유는 무엇인가?
1~1.0 μm 범위인 미세먼지는 유해성 가스 또는 중금속을 쉽게 흡착하여 인체에 전달하는 매체가 되며, 폐 속까지 깊숙이 침투하여 인체 유해성을 가중시키는 것으로 알려지고 있다(Na and Lee, 2000). 이러한 미세먼지가 인체에 심각한 영향을 미치는 점을 감안하여 우리나라에서도 2015년부터 대기환경기준을 마련하였으며, 이러한 미세먼지의 발생을 최소화하기 위해 친환경 자동차 보급과 같은 정책들은 시행해 나가고 있다.
비해염(non-sea salt, nss) 성분 비율을 파악해야 하는 이유는 무엇인가?
미세입자에 함유된 각종 성분들, 특히 수용성 이온 성분들은 해염이나 토양으로부터의 영향을 받게 된다. 특히 제주시와 같이 해안을 끼고 발달된 도시의 경우 미세입자의 조성에 대한 해양 이외의 배출에 의한 영향을 파악하기 위해 비해염(non-sea salt, nss) 성분의 비율을 파악할 필요가 있다. 이 경우 식 (4)와 같이해염에 대한 기준원소로 Na+를 고려하여 계산하는 방법이 가장 널리 활용되고 있다(Virkkula et al.
참고문헌 (33)
Arimoto, R., Duce, R. A., Savoie, D. L., Prospero, J. M., Talbot, R., Cullen, J. D., Tomza, U., Lewis, N. F., Ray, B. J., 1996, Relationships among aerosol constituents from Asia and the North Paci"c during PEM-West A, J. Geophys. Res., 101, 2011-2023.
Cheng, Z. L., Lam, K. S., Chan, L. Y., Wang, T., Cheng, K. K., 2000, Chemical characteristics of aerosols at coastal station in Hong Kong - I. Seasonal variation of major ions, halogens and mineral dusts between 1995 and 1996, Atmos. Environ., 34, 2771-2783.
Chow, J. C., Watson, J. G., Lu, Z., Lowenthal, D. H., Frazer, C. A., Solomon, P. A., Thuillier, R. H., Magliano, K., 1996, Descriptive analysis of $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ at regionally representative locations during SJVAQS/AUSPEC, Atmos. Environ. 30, 2079-2112.
Ha, J. S., Kim, Y. J., Han, J. S., Kim, J. C., Sunwoo, Y., 2004, Chemical characteristics of $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ during spring at background sites, Proceeding of the 38th Meeting of Korean Society for Atmospheric Environment, October 28-29, 2004, Seoul, Korea, 490-491.
Han, J. S., Moon, K. J ., Ahn, J. Y., Kong, B. J., Lee, S. J., Kim, Y. J., Kim, J. E., 2003, Characteristics of ion and carbon components of $PM_{2.5}$ / $PM_{10}$ at Gosan in Jeju-do; August in 2002, Proceeding of the 37th Meeting of Korean Society for Atmospheric Environment, May 13-15, 2003, Incheon, Korea, 79-80.
Kerminen, V. M., Pakkanen, T. A., Hillamo, R. E., 1997, Interactions between inorganic trace gases and supermicrometer particles at a coastal sites, Atmos. Environ., 31, 2753-2765.
Kim, B. M., Teffera, S., Zeldin, M. D., 2000, Characterization of $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ in the south coast air basin of southern California: Part 1-spatial variations, J. Air Waste Manage. Assoc., 50, 2034-2044.
Kim, Y. J., Woo, J. H., Ma, Y. I., Kim, S., Nam, J. S., Sung, H., Choi, K. C., Seo, J., Kim, J. S., Kang, C. H., Lee, G., Ro, C. U., Chang, D., Sunwoo, Y., 2009, Chemical characteristics of long-range transport aerosol at background sites in Korea, Atmos. Environ., 43, 5556-5566.
Kim, Y. P., Moon, K. C., Lee, J. H., Baik, N. J., 1999, Concentrations of carbonaceous species in particles at Seoul and Cheju in Korea, Atmos. Environ., 33, 2751-2758.
Kong, S., Wen, B., Chen, K., Yin, Y., Li, L., Li, Q., Yuan, L., Li, X., Sun, X., 2014, Ion chemistry for atmospheric size-segregated aerosol and depositions at an offshore site of Yangtze River Delta region, China, Atmos. Res., 147-148, 205-226.
Lee, D. E., Kim, W. H., Jo, E. K., Han, J. H., Kang, C. H., Kim, K. H., 2011, Acidification and neutralization characteristics of atmospheric fine particles at Gosan Site of Jeju Island in 2008, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 27, 603-613.
Lee, K. H., Hu, C. G., 2017, Ionic compositions of $PM_{2.5}$ during summer and winter in the downtown area of Jeju City in Jeju Island, J. Environ. Sci. International, 26, 447-456.
Lee, K. H., Kim, S. M., Hu, C. G., 2017, Ionic composition of fine particulate matter during summer and winter in the downtown area of Jeju City in Jeju Island, J. Environ. Sci. International, 26, 591-600.
Lee, K. Y., Kim, Y. J., Kang, C. H., Kim, J. S., Chang, L. S., Park, K., 2015, Chemical characteristics of long-range-transported fine particulate matter at Gosan, Jeju Island, in the spring and fall of 2008, 2009, 2011, and 2012, J. Air Waste Manag. Assoc., 65, 445-454.
Mcinnes, L. M., Quinn, P. K., Covert, D. S., Anderson, T. L., 1996, Gravimetric analysis, ionic composition, and associated water mass of the marine aerosol, Atmos. Environ., 30, 869-884.
Moon, K. J., Han, J. S., Kong, B. J., Lee, M. D., Jung, I. R., 2005, Characteristics of chemical species in gaseous and aerosol phase measured at Gosan, Korea During ABC-EAREX2005, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 21, 675-687.
Na, D. J., Lee, B. K., 2000, A Study on the charateristics of $PM_{10}$ and air-borne metallic elements produced in the industrial city, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 16, 23-35.
National Institute of Environmental Research (NIER), 2007, Study on chemical characteristics and behaviors of long-range transported particulate matter. NIER Final Report, Incheon, Korea.
National Institute of Environmental Research (NIER), 2009, Investigation on effect of sea salt particles on $PM_{10}$ measurements, NIER Final Report, Incheon, Korea.
National Institute of Environmental Research (NIER), 2016, National air pollutants emission, NIER-GP2016-287. http://airemiss.nier.go.kr.
Oh, M. S., Lee, T. J., Kim, D. S., 2009, Characteristics of ionic components in size-resolved particulate matters in Suwon Area, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 25, 46-56.
Pandis, S., 2004, Atmospheric aerosol processes in: McMurry, P., Shepherd, M., and Vickery, J. (eds.), Particulate Matter Science for Policy Makers: a NARSTO Assessment, edited by Cambridge University Press, New York, 103-125.
Park, J. Y., Lim, H. J., 2006, Characteristics of water soluble ions in fine particles during the winter and spring in Daegu, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 22(5), 627-641.
Park, S. S., Cho, S. Y., Jung, C. H., Lee, K. H., 2016. Characteristics of water-soluble inorganic species in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ at two coastal sites during spring in Korea, Atmospheric Pollution Research, 7, 370-383.
Sciare, J., Oikonomou, K., Favez, O., Liakakou, E., Markaki, Z., Cachier, H., Mihalopoulos, N., 2008, Long-term measurements of carbonaceous aerosols in the Eastern Mediterranean: evidence of long-range transport of biomass burning, Atmos. Chem. Phys., 8, 5551-5563.
Song, J. M., Bu, J. O., Kim, W. H., Ko, H. J., Kang, C. H., 2016, Composition and emission characteristics of fine particulate matters at the 1100 site of Mt. Halla during 2011-2012, Analyt. Sci. Technol., 29(5), 209-218.
Tsai, H. H., Yuan, C. S., Hung, C. H., Lin, C., 2011, Physicochemical properties of $PM_{2.5}$ and $PM_{2.5-10}$ at inland and offshore sites over southeastern coastal region of Taiwan Strait. Aerosol Air Qual. Res., 11, 664-678.
Virkkula, A., Teinila, K., Hillamo, R., Kerminen, V. M., Saarikoski, S., Aurela, M., Koponen, I. K., Kulmala, M., 2006, Chemical size distributions of boundary layer aerosol over the Atlantic Ocean and at an Antarctic site, J. Geophys. Res., 111, D05306, doi:10.1029/2004JD004958.
Wakamatsu, S., Utsunomiya, A., Han, J. S., Mori, A., Uno, I., Uehara, K., 1996, Seasonal variation in atmospheric aerosols concentration covering northern Kyushu, Japan and Seoul, Korea, Atmos. Environ., 30, 2343-2354.
Zhuang, H., Chan, C. K., Fang, M., Wexler, A. S., 1999, Formation of nitrate and non-sea-salt sulfate on coarse particles, Atmos. Environ., 33, 4223-4233.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.