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강우 강도에 따른 대기 중 미세먼지 저감효과와 강우수질 특성 연구

박혜민 ( Hyemin Park ),변명화 ( Myounghwa Byun ),김태용 ( Taeyong Kim ),김재진 ( Jae-jin Kim ),류종식 ( Jong-sik Ryu ),양민준 ( Minjune Yang ),최원식 ( Wonsik Choi ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.6
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 ScienceON
 
 KISS
본 연구는 강우 강도에 따른 대기 중 미세먼지(particulate matter, PM) 저감효과와 미세먼지를 구성하는 주요 수용성 이온에 의한 빗물 수질(pH, 전기전도도(electrical conductivity, EC), 수용성 이온 농도) 변화를 평가하였다. 2020년 3월부터 7월까지 총 6번의 강우를 대상으로 부산 부경대학교 캠퍼스에 집수장치를 설치하여 pH와 EC를 실시간 측정하였으며, 강우의 양이온(Na+, Mg2+, K+, Ca2+, NH4+) 및 음이온(Cl-, NO3-, SO42-)의 농도는 이온크로마토그래피(ion chromatography, IC)를 이용하여 분석하였다. PM10 농도는 강우 전후로 자체제작한 미세먼지 센서를 이용하여 실시간으로 측정하였다. 총 282개의 빗물 샘플의 수질을 분석한 결과, 초기 강우의 pH는 평균 4.3으로 산성도가 높았으며, EC는 평균 81.9 μS/cm으로 평균 NO3- (5.4 mg/L), Ca2+ (4.2 mg/L), Cl-(4.1 mg/L)의 농도가 높게 검출되었다. 그리고 강우가 지속됨에 따라 pH는 증가하는 경향을 보였으며 EC는 상대적으로 감소하는 경향을 보였다. 강우 강도가 7.5 mm/h 이상(heavy rain)일 때 대기 중 평균 60% 이상의 PM10농도 저감효율을 보였으며, 강우 강도 5 mm/h 이하(light rain)일 때 평균 40% 이하의 저감효율이 나타났다. 빗물 수질 분석 결과, 강우 강도가 증가할수록 초기 강우의 산성도와 EC가 증가하는 경향을 보였으며 초기 강우내 이온 농도 또한 높은 농도로 검출되었다. 이는 대기 중 PM10이 초기의 강도 높은 강우에 따른 저감효과에 상당한 영향을 받는 것으로 판단된다. This study examines the washing effect of precipitation on particulate matter (PM) and the rainwater quality (pH, electrical conductivity (EC), water-soluble ions concentration). Of six rain events in total, rainwater samples were continuously collected every 50 mL from the beginning of the precipitation using rainwater collecting devices at Pukyong National University, Busan, South Korea, from March 2020 to July 2020. The collected rainwater samples were analyzed for pH, EC, and watersoluble ions (cations: Na+, Mg2+, K+, Ca2+, NH4 +, and anions: Cl-, NO3 -, SO4 2-). The concentrations of particulate matter were continuously measured during precipitation events with a custom-built PM sensor node. For initial rainwater samples, the average pH and EC were approximately 4.3 and 81.9 μS/cm, and the major ionic components consisted of NO3 - (5.4 mg/L), Ca2+ (4.2 mg/L), Cl- (4.1 mg/L). In all rainfall events, rainwater pH gradually increased with rainfall duration, whereas EC gradually decreased due to the washing effect. When the rainfall intensities were relatively weak (<5 mm/h), PM10 reduction efficiencies were less than 40%. When the rainfall intensities were enhanced to more than 7.5 mm/h, the reduction efficiencies reached more than 60%. For heavy rainfall events, the acidity and EC, as well as ions concentrations of initial rainwater samples, were higher than those in later samples. This appears to be related to the washing effect of precipitation on PM10 in the atmosphere.

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