도시 대기 중 미세먼지 및 VOC의 농도 변동에 미치는 영향인자 분석 = Evaluation of Affecting Factors on the Variations of PM10 and VOC Concentrations in Urban Ambient Air
저자
발행사항
경산 : 영남대학교 대학원, 2010
학위논문사항
학위논문(석사)-- 영남대학교 대학원 : 환경공학 대기 및 폐기물관리 2010. 8
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
경상북도
형태사항
112 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 백성옥
소장기관
본 연구의 목적은 VOC 및 PM10 농도를 측정하여 오염 특성을 파악하고, 이들 자료를 이용하여 각 발생원을 분류하고 오염기여도를 평가하는 것이다. 측정 지역은대구의 공업지역과 주거지역을 각각 1지역씩 정하였다. VOC 의 경우 2008-2009년 동안 흡착관법을 이용하여 하루에 4시간씩 6개를 측정하였으며, PM10의 경우 2009-2010년 동안 Hi-vol을 이용하여 중량법으로 측정하였으며 그 시료를 이용하여 중금속 및 이온을 분석하였다.
VOC의 결과를 알아보면 측정기간 동안 전체 시료에서 100 % 검출빈도를 보인 벤젠과 톨루엔은 대구지역 대기 중 상존하는 물질인 것으로 나타났다2010년 1월부터 국가대기환경기준물질로 지정된 벤젠은 평균농도 0.43 ppb (약 1.39 ㎍/m3)로써 국가대기환경기준보다 비교적 낮은 수준으로 나타났다. 또한 대부분의 VOC 물질이 주거지역보다 공업지역의 농도가 높은 수준으로 나타났다. VOC 농도변동에 영향을 미치는 인자로는 공업지역과 주거지역 모두 용매사용, 계절적 요인, 바람, 연료연소와 자동차배출가스 ,강우 등이 있으며 두 지역 농도변동 영향인자가 비슷한 것으로 보아 같은 영향권 안에 있어 서로 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 또한 VOC의 배출원별 기여도 정도를 보면 공업지역의 경우 유기용제의 영향이 주거지역의 경우 자동차 배기가스의 영향이 크다
PM10의 농도를 보면 두 지역 모두 봄, 가을, 겨울 중 겨울의 평균농도가 가장 높았으며 전체적으로 베타선 흡수법에 비해 중량법의 농도가 높음을 볼 수 있고 대략적으로 베타선 흡수법은 중량법의 60 ~ 80 %를 차지하였다. 중금속 농도의 경우 토사와 같은 자연적 발생원에 관련된 Al, Ca, Mg, K 등의 화학성분들은 공업지역과 주거지역의 차가 크지 않음을 볼 수 있다. 이와 반대로 산업 활동, 석유나 석탄의 연소 활동으로 인해 발생하는 화학성분인 Fe, Ni, Mn, Pb 등의 경우 공업지역과 주거지역의 차가 크다. 또한 수용성 이온성분의 평균농도는 공업지역과 주거지역 모두 SO42->NO3->NH4+>Cl-의 순서로 나타났다. PM10 농도변동 영향인자로는 흙/도로먼지, 기상, 산업영향, 이차생성입자, 자동차 배기가스 등 여러 인자가 있는데 공업지역의 경우 이차생성입자의 영향이 가장 크고, 주거지역의 경우 자동차 배기가스의 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. PM10의 배출원별 기여도 정도를 보면 두 지역 모두 이차생성입자의 영향이 가장 크고 그다음 흙/도로 먼지의, Oil related의 순으로 영향을 미치고 있다.
The purposes of this study are to investigate the pollution levels of VOC and PM10, and to characterize the sources, and to estimate quantitatively the source contributions of VOC and PM10. Sampling was undertaken at one industrial area and one residential area in Daegu city. Also, VOC sampling was undertaken during the periods of 2008-2009, and PM10 sampling undertaken during the periods of 2009-2010. In addition, sampling was performed at emission sources to evaluate fugitive emission characteristics of airborne VOC and PM10 from different source categories.
A sequential tube sampler was used for the collection of VOC samples on absorbent tubes (1/4" x 9 cm), and 63 compounds were determined were determined as target VOC. Each sample was collected for 4 hours on double sorbent tube. Samples were determined by automatic thermal desorption coupled with GC/MS (HP 6890/5973, Hewlett Packard, USA) analysis. The whole measurement method of VOC was based on the U.S. EPA method TO-17.
PM10 samples were collected for 24 hours at 1.13 m3/min (40 SCFM) using high volume sampler (High volume samplers Model GS-2310, GRASEBY ANDERSEN, USA) with PM10 Inlet (Graseby Andersen/General Metal Works, model 1200, USA). The chemical species associated with PM10 were analyzed by Inductively Coupled Plasma Spectrophotometer (ICP) and Ion Chromatograph (IC).
Mean concentration of benzene, one of the most important carcinogenic VOC, was 0.43 ppb. This is lower than a suggested standard concentration of 1.5 ppb, which be implemented from 2010. VOC concentrations in the industrial area appeared to be higher than those in the residential area. Specifically DMF and TCE concentrations of industrial area appeared to be very significant levels. The concentrations of DMF and TCE in residential area were also very high, being affected by industrial sources. The source apportionment of VOC were conducted by using multivariate techniques and chemical mass balance (CMB 8.2) modeling. As a result of a principal component analysis, it was possible to identify several factors affecting the variations of VOC concentrations, which are solvent, vehicle emission, POCP, seasonal factor, wind, and rain-out. It was further found that the solvent and vehicle emission are the most important factors contributing to the variability of VOC concentrations in the atmosphere. Mass contributions of VOC sources were estimated by CMB modeling. In general, the major sources appeared to be vehicle emission and solvents.
The result showed that the most significant for PM10 mass concentrations appeared to be winter. The industrial area's PM10 annual mass concentrations were higher than those measured at the residential area. The variations of PM10 levels were seasonally similar in both industrial and residential areas. The concentrations of chemical component in relation to natural emission sources such Al, Ca, Mg, K were generally high at both sampling sites, but the concentrations of Fe, Ni, Mn, Pb at industrial area were higher than those at residential area. The source apportionment of PM10 were conducted by using multivariate techniques and chemical mass balance (CMB 8.2) modeling. As a result of a principal component analysis, it was possible to identify several factors affecting the variations of PM10 concentrations, which are secondary aerosol, soil/road dust, meteorology factor, vehicle exhaust, industrial source, direction of the wind, and rain-out. It was further found that the secondary aerosol and vehicle exhaust are the most important factors contributing to the variability of PM10 concentrations in the atmosphere. Mass contributions of PM10 sources were estimated by CMB modeling. In general, the major sources appeared to be secondary aerosol and soil/road dust.
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