안정동위원소를 이용한 미세먼지 중 오염물질의 기원 추적 연구 = Source Tracking of Pollutants in PM_2.5 Using Stable Isotope Analysis

국문 초록 (Abstract)

최근 고농도 PM2.5 발생 빈도가 증가됨에 따라 PM2.5의 생성 및 유입기원에 대한 많은 논란이 있으며, PM2.5의 추적 지표로 안정동위원소가 널리 활용되어져 왔다. 본 연구에서는 서울 및 백령 도에서 2014년 1월부터 2016년 7월까지 매주 채취된 PM2.5 중의 탄소, 질산염-질소, 질산염-산소 및 암모늄-질소 안정동위원소를 분석하고, 계절별, 지역별 δ13C, δ15N, δ15N-NO3-, δ18O-NO3-, δ15N-NH4+ 값들을 비교하였다. 겨울철 난방기간 동안의 백령도의 PM2.5 중 δ13C, δ15N-NO3-, δ15N-NH4+ 값은 석탄연소에 의한 값을 보였다. 반면 서울은 비난방기간인 봄~가을에는 이동오염원에 의한 값을 보였으나, 겨울은 δ13C, δ15N-NO3-는 석탄연소에 의한 값을, δ15N-NH4+는 자동차 등 이동오염원에 의한 값을 보였다. 서울의 PM2.5는 주로 이차생성 에어로졸인 질산암모늄, 황산암모늄이 주요 구성물질로, 최근 암모니아가 PM2.5 생성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려지고 있으나, 기존의 축산분야 이외에, 화력발전시설 및 이동오염원에서의 국내 NH3 배출 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 향후 PM2.5 저감을 위해서는 NH3 기원에 대한 상세 연구가 필요한 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The origin of PM2.5 has long been the subject of debate and stable isotopic tools have been applied to decipher. In this study, weekly PM2.5 samples were simultaneously collected at an urban (Seoul) and rural (Baengnyeong Island) site in Korea from January 2014 through July 2016 and δ13C, δ15N, δ15N-NO3-, δ18O-NO3-, and δ15N-NH4+ in PM2.5 were measured. The isotopic results implied that C, NO3-, and NH4+ in PM2.5 from Baengnyeong were nearly originated from coal combustion during winter heating seasons. Whereas, the isotopic values implied that C, NO3- and NH4+ in PM2.5 from Seoul were produced mainly from local vehicle emissions, but during heating seasons, contributions from coal combustion are also important for TC and NO3-. Although the PM2.5 concentrations at Seoul were dominated by secondary inorganic aerosols such as ammonium sulfate and ammonium nitrate, fossil fuel-related NH3 emissions from power plants and vehicles have been less studied in Korea and agricultural activities have been considered the only substantial contributing source even in the urban areas. Additional study on NH3 emission sources and the subsequent reduction of NH3 emissions are required to reduce the formation of PM2.5.