[논문]서울시 대기 중 미세먼지<tex> $(PM_{2.5})$</tex>의 화학적 특성 및 오염원 기여도 평가

이승묵; 허종배; 서용석; 김현선; 김승희; 정장표

문제 정의

본 연구에서는 서울 시내(종로구 연건동)를 수용지점으로 채집한 호흡성 미세먼지 (PM2.5)의 농도와 화 학적 특성을 살펴보고, 정성/정량적 분석 결과를 토대로 서울시내 미세먼지에 영향을 미치는 오염원의 종류를 파악하고, 그들의 기여도를 산출하기 위하여 배출원 목록 부재시에 적합한 수용모델로서 현재 오염원 파악과 기여도를 산정하는 연구에서 성공적으로 사용되고 있는 PMF (positive matrix factorization)를 적용하였으며, 오염원들을 종합적으로 평가하고 위해요인을 관리하기위한 기초자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

미세먼지의 오염원을 평가하기 위하여 총 183개 시료와 20가지 화학종으로 PMF 모델을 수행하였고, 오염 원수를 변화시켜 이론적으로 가장 적합한 오염원수와 형태를 산출하였다. 또한 인자분석시 발생하는 회전 의 모호성을 줄이기 위하여 FPEAK, FKEY, GKEY를 고려하였고, 각각의 오염원의 종류와 오염원의 기 여도를 정량적으로 평가하기 위하여 scaling 상수를 이용하여 표준화시켰다.
미세먼지의 오염원을 평가하기 위하여 총 183개 시료와 20가지 화학종으로 PMF 모델을 수행하였고, 오염 원수를 변화시켜 이론적으로 가장 적합한 오염원수와 형태를 산출하였다. 또한 인자분석시 발생하는 회전 의 모호성을 줄이기 위하여 FPEAK, FKEY, GKEY를 고려하였고, 각각의 오염원의 종류와 오염원의 기 여도를 정량적으로 평가하기 위하여 scaling 상수를 이용하여 표준화시켰다. 본 연구를 통하여 산출된 서울시 대기 중 미세먼지에 영향을 미치는 오염원은 Smog-event aerosol (19.
EPA방법을 이용하였으며, 이온크로마토그래피(Dionex DX느20)를 사용하였다. 27 mm 테프론 필터를 통하여 PM2.5의 질량농도 및 미량원소를 평가하였고, 질량농도는 테프론 필터를 채취 전.후에 항량시킨 후 무게차를 측정하였으며, 미량원소는 일종의 X-ray 형광분광법인 PIXE (proton-induced x-ray emissions)를 이용하여 분석하였다(EAC.

대상 데이터

본 연구를 위한 시료의 채취는 서울시 종로구 연건동에 소재한 서울대학교 보건대학원 옥상(지상 17 m)에서 2003년 3월부터 2005년 1월까지 24시간 동안 1회/3일의 간격으로 총 195회 이루어졌다. 측정된 시료의 분석항목은 대기 중 호흡성 미세먼지(PM25)의 질량농도와 탄소성분, 이온성분, 미량원소이며, 시료 채취는 미국 URG(Universal Research Glassware) 사의 4-Channel ADS (Annular Denuder System) 를 사용하였다.
본 연구를 위한 시료의 채취는 서울시 종로구 연건동에 소재한 서울대학교 보건대학원 옥상(지상 17 m)에서 2003년 3월부터 2005년 1월까지 24시간 동안 1회/3일의 간격으로 총 195회 이루어졌다. 측정된 시료의 분석항목은 대기 중 호흡성 미세먼지(PM25)의 질량농도와 탄소성분, 이온성분, 미량원소이며, 시료 채취는 미국 URG(Universal Research Glassware) 사의 4-Channel ADS (Annular Denuder System) 를 사용하였다. ADS는 먼저 Cyclone에서 조대입자가 제거 되고, Denuder관을 통하여 대기 중 가스상 이온물질들이 선택적으로 채취된 후 PM2.

이론/모형

시료분석방법은 이온성분의 경우 U.S. EPA방법을 이용하였으며, 이온크로마토그래피(Dionex DX느20)를 사용하였다. 27 mm 테프론 필터를 통하여 PM2.
5의 질량농도 및 미량원소를 평가하였고, 질량농도는 테프론 필터를 채취 전.후에 항량시킨 후 무게차를 측정하였으며, 미량원소는 일종의 X-ray 형광분광법인 PIXE (proton-induced x-ray emissions)를 이용하여 분석하였다(EAC. 미국). PM2.
미국). PM2.5의 원소탄소(Elemental Carbon) 와 유기탄소Organic Carbon)성분은 450℃ 로(furnace)내에서 구워진 석영섬유여지(Quartz microfibre filteC를 이용하여 채취된 시료를 TOT (Thermal/Optical Transmittance, Sunset Lab.사)방법으로 분석하였다(Clarkson University. 미국).
PMF 모델을 통하여 산출된 서울시 미세먼지의 오염원 발생 가능 지역을 Hybrid receptor model을 사용하여 오염원별로 파악하였다. Smog-event aerosol, Secondary sulfate, secondary nitrate, Yellow-sand event 등의 오염원은 광역적(regional area)인 오염원으로 서울시 대기의 미세먼지에 영향을 미치는 인자들은 단순히 국지적인(local area) 문제에 국한된 것이 아님을 나타내었고, 특히 중국의 대단위 산업시설에서 발생하는 오염원이 우리나라에 많은 영향을 미치고 있는 것으로 조사되었다 .

성능/효과

본 연구에서 분석된 PM25의 평균 농도는 42.75±23.25 姙希이었고, OC (10.16±5.41 昭/mF), SO户 (7.54+6.32 /yg/m3), NO₃― (7.08+6.19 pg/m3), NHj (5.49±4.14 eg/m3), EC (4.14+2.55 曲/m‘)로 나타났다. 대기시료 중 미국 EPA의 24시간 PM15기준치를 초과한 날은 총 33일이었으며 100 을 넘긴 날도 7회 발생하였다.
55 曲/m‘)로 나타났다. 대기시료 중 미국 EPA의 24시간 PM15기준치를 초과한 날은 총 33일이었으며 100 을 넘긴 날도 7회 발생하였다. 스모그가 짙 은 날은 수용성 이온물질인 sulfate와 nitrate의 구성비가 높았고 대체적으로 습도 또한 높은 것으로 나타났다 (그림1).
또한 인자분석시 발생하는 회전 의 모호성을 줄이기 위하여 FPEAK, FKEY, GKEY를 고려하였고, 각각의 오염원의 종류와 오염원의 기 여도를 정량적으로 평가하기 위하여 scaling 상수를 이용하여 표준화시켰다. 본 연구를 통하여 산출된 서울시 대기 중 미세먼지에 영향을 미치는 오염원은 Smog-event aerosol (19.20%), Secondary sulfate (summer) (16.25%), Gasoline (13.02%), Secondary nitrate (11.54%), Sea salt (11.47%), Secondary sulfate (winter) (7.07%), Yellow-sand event/Soil (6.73%), Biomass (6.48%), Diesel (1.43%)로 총 9가지였으며, 모델을 통한 예측치가 실측치의 90% 이상 설명하였다.

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