초록 ▼

Ⅰ. 서 론

최근 동북아시아 지역의 산업화 및 도시화로 위해 광화학 스모그 발생이 빈번해지고 있으며, 우리나라에서도 고농도 PM_2.5 발생에 따른 국민 건강에 대한 우려가 높아지고 있다. PM_2.5를 효율적으로 저감하기 위해서는 PM_2.5 생성메커니즘에 대한 연구와 함께 주요 구성성분의 유입기원에 대한 조사가 필요하다. PM_2.5의 조성은 오염물질의 다른 조성에 따라 발생 지역마다 특징적인 패턴을 보인다. 우리나라의 고농도 기간에는 이차에어로

Ⅰ. 서 론

최근 동북아시아 지역의 산업화 및 도시화로 위해 광화학 스모그 발생이 빈번해지고 있으며, 우리나라에서도 고농도 PM_2.5 발생에 따른 국민 건강에 대한 우려가 높아지고 있다. PM_2.5를 효율적으로 저감하기 위해서는 PM_2.5 생성메커니즘에 대한 연구와 함께 주요 구성성분의 유입기원에 대한 조사가 필요하다. PM_2.5의 조성은 오염물질의 다른 조성에 따라 발생 지역마다 특징적인 패턴을 보인다. 우리나라의 고농도 기간에는 이차에어로졸에 의한 기여도가 크며, 이차에어로졸 중에서도 중국의 북경지역에 비해 유기물질의 기여도는 낮고, 질산염, 황산염 및 암모늄에 의한 기여도는 더 큰 것으로 알려져 있다.

특히 최근 들어 중국에서는 NOx, SOx의 배출량 증가와 함께, 화력발전시설 및 이동오염원에서의 암모니아 또한 배출 기여도가 도시지역에서 증가되고 있으며, PM_2.5 생성에 중요한 인자로 평가되고 있다.

안정동위원소를 이용한 오염원 추적기술은 1970년대 이후로 발전해 오고 있으며, ¹³C, ¹⁵N, ³⁴S 등 안정동위원소나 ¹⁴C 등의 방사성동위원소를 이용한 대기 중 가스상 및 입자상 물질의 기원 연구가 진행되고 있다. 그러나 하나의 안정동위원소를 이용하여 기원을 추적하는 경우, 유사한 안정동위원소 값을 갖는 오염원이 존재하거나, 시·공간적인 대기화학 반응메커니즘의 차이 등에 의한 동위원소 분별현상으로 인해, 정량적 평가가 어려울 수 있다. 하지만, 각 구성물질이 동일한 오염원에서 배출되는 경우, multi-isotope, multi-tracer 접근법을 활용할 수 있다.

본 연구는 PM_2.5의 주요 구성성분인 탄소, 질산염, 황산염, 암모늄 안정동위원소 및 납 동위원소가 PM_2.5의 발생원을 추적하기 위한 지표로 활용가능한지를 평가하기 위해 수행되었다. 이를 위해 2014년 1월부터 2016년 7월까지 백령도 및 서울에서 PM_2.5 시료를 채취하고, 이온성분, 중금속 이외에 납, 탄소, 유기탄소, 질소, 황 동위원소를 분석하였으며, 질산염의 질소 및 산소동위원소, 암모늄염의 질소 동위원소 및 황산염의 황 동위원소를 분석하였다. 백령도와 서울의 안정동위원소의 계절적 분포특성을 평가하고, 석탄연소 및 이동오염원에 의한 배출원의 동위원소 특성과 비교하여, PM_2.5의 각 성분별 유입원을 추정하였다.

(출처 : 본문 서론 8p)

Abstract ▼

The origin of PM_2.5 has long been subject to debate and stable isotopic tools have been used to decipher its contributing sources. In this study, δ¹³C, δ¹⁵N, δ¹⁵N-NO₃^-, δ¹⁸O-NO₃^-, δ¹⁵N, δ

The origin of PM_2.5 has long been subject to debate and stable isotopic tools have been used to decipher its contributing sources. In this study, δ¹³C, δ¹⁵N, δ¹⁵N-NO₃^-, δ¹⁸O-NO₃^-, δ¹⁵N, δ¹⁵N-NH₄⁺, δ³⁴S-SO₄^2- and Pb isotopes in weekly PM_2.5 samples were measured at an urban (Seoul) and background (Baengnyeong Island) site in Korea. In Baengnyeong, δ¹³C, δ¹⁵N-NO₃^-, and δ¹⁵N-NH₄⁺ were −22.6 ± 0.9‰, 11.7 ± 2.7‰, and −5.5 ± 4.6‰ respectively in winter and −24.3 ± 0.7‰, 0.8 ± 1.9‰, and 9.7 ± 5.7‰ respectively in summer, which showed significant seasonal differences with sinusoidal variation. The isotopic patterns during winter in Baengnyeong are similar to those of coal combustion, whereas patterns observed in summer are more likely to be from biogenic emissions. In Seoul δ¹³C, δ¹⁵N-NO₃^- and δ¹⁵N-NH₄⁺ were −23.9 ± 1.3‰, 11.9 ± 2.5‰, and 14.1 ± 4.6‰ respectively in winter and −25.2 ± 0.5‰, 5.2 ± 1.7‰, and 14.2 ± 4.8‰ respectively in summer. Isotopic patterns in Seoul were more likely to result from a mix of vehicle emissions with coal combustion, especially in winter. Conversely, N-NH₄⁺ in Seoul showed highly enriched ¹⁵N compositions in all seasons, indicating that NH₃ from vehicle emissions is the important source of NH₄⁺ in PM_2.5 in Seoul and reduction policies for NH₃ from vehicle emission should be introduced for PM_2.5 reduction. The source apportionment of PM_2.5 at Baengnyeong using ‘IsoSources model resulted that the contributions from coal combustion was 70 ± 14% in winter and the contribution from biogenic emission was 69 ± 9% in summer, indicating that the island was heavily influenced by high PM_2.5 pollution caused by China’s winter heating. Lastly, we believe that the multi-isotope analysis of each component, demonstrated here, is a promising tool for tracking the origins of atmospheric aerosols, which helps to develop its reduction policies. Further studies on identification and profiling of contributing sources are needed to provide more accurate source apportionment of PM_2.5.

(출처 : Abstract 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 표목차 ... 4
• 그림목차 ... 5
• Abstract ... 7
• Ⅰ. 서 론 ... 8
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 ... 9
• 1. 개요 ... 9
• 2. 시료 채취 ... 9
• 가. 백령도 및 서울의 PM2.5 시료 채취 ... 9
• 나. 다환방향족탄화수소-탄소 안정동위원소 분석용 시료 채취 ... 9
• 3. PM2.5 시료 전처리 및 분석방법 ... 10
• 가. PM2.5 시료 채취 준비 및 전처리 방법 ... 10
• 나. 이온성분 분석 ... 10
• 다. 중금속 분석 ... 10
• 라. C, N, S 및 유기탄소-탄소 안정동위원소 분석 ... 10
• 마. 황산염-황 동위원소 분석 ... 11
• 바. 질산염-질소·산소 동위원소 및 암모늄-질소 동위원소 분석 ... 11
• 사. 납 동위원소 분석 ... 11
• 아. 다환방향족탄화수소류 분석을 위한 전처리 및 탄소동위원소 분석 ... 13
• Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ... 14
• 1. 환경오염원 추적을 위한 안정동위원소의 특성 자료 문헌 조사 ... 14
• 가. 안정동위원소의 분별특성 및 오염원 추적 활용 ... 14
• 나. 대기 중 탄소 동위원소의 특성 ... 14
• 다. 질산염의 질소 및 산소 동위원소 거동 특성 ... 15
• 라. 암모니아의 질소 동위원소 거동 특성 ... 16
• 마. PAHs—탄소 동위원소 거동 특성 ... 17
• 2. 백령도 및 서울의 PM2.5 중 안정동위원소 분석결과 ... 18
• 가. 백령도의 PM2.5 분석결과 ... 18
• 나. 서울의 PM2.5 분석결과 ... 18
• 3. 백령도 및 서울의 PM2.5 중 안정동위원소 분포특성 비교 ... 21
• 가. 탄소 안정동위원소 분포특성 ... 21
• 나. 질산염-질소 및 산소 동위원소 분포특성 ... 23
• 다. 질소 및 암모늄-질소 동위원소 분포특성 ... 25
• 라. 황 및 황산염-황 동위원소 분포특성 ... 26
• 마. PM2.5 중 납 동위원소 분포특성 ... 28
• 바. PAHs의 농도와 δ13C-PAHs 동위원소 분석결과 ... 30
• 4. 백령도 및 서울의 PM2.5의 발생원별 기여도 평가 ... 31
• 가. 안정동위원소간 상관성 분석 ... 31
• 나. 중국의 석탄연소에 의한 안정동위원소 분포특성 변화 ... 33
• 다. 역궤적 분석을 통한 백령도 및 서울 PM2.5의 동위원소 특성 ... 35
• 라. ISO SOURCE 모델을 이용한 오염원별 기여도 평가 ... 36
• Ⅳ. 결 론 ... 37
• 참고문헌 ... 39
• 끝페이지 ... 43