PMF를 이용한 대기오염물질 중 디젤자동차의 기여도 추정

방희득 서울시립대학교 일반대학원 2013 국내석사

디젤자동차 발생하는 오염물질의 경우, 연료나 엔진 성능의 향상, 여과장치의 개발 등으로 인해 배출되는 오염물질의 크기 및 농도가 매우 낮아지고 있다. 그러나 디젤자동차의 배출가스는 세계보건기구(WHO )에 의해 1급 발암물질로 지정된 바 있다. 그 중 PAH는 발암물질이며 인체에 위해성이 높은 것으로 알려져 있어 그 대처방안이 시급하다. 본 연구에서는 디젤입자 성분을 분석하여 maker물질로 활용하여 PMF모델을 통해 디젤자동차의 기여도를 구하였다.

공동주택의 자연환기량 평가에 관한 연구

강영 서울시립대학교 대학원 2000 국내석사

육류의 직화구이에서 생성되는 입자상 물질의 특성에 관한 연구

이준복 서울시립대학교 일반대학원 2012 국내박사

Meat cooking processes are suspected as one of the major emission sources of particulate matter (PM) and their associated compounds, e.g., organic carbon (OC), elemental carbon (EC), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), etc. The potent role of the under-fired charbroiling (UFC) has actually been recognized as the greatest emitter of PM among meat cooking processes. In order to explore the potent role of UFC as the emission sources of PM, this study was focused on its characteristics; physical, chemical, public health, and emission characteristics. The number concentrations of PM ranged from 107 #/kg unit to 109 #/kg unit. Mode particle sizes of all meat types were the same order value as 0.3~0.4 ㎛. Average mean sizes of all meat types were somewhat different but relatively similar. The distributions of particle size decreased with increasing particle sizes. In addition, it was confirmed that PM contained large amount of oil mist by SEM (scanning electron microscopy) and viscosity analysis. Furthermore, the ration of PM2.5/PM10 ranged from 0.88 to 0.97. The variations of viscosity PM, which were collected on the collecting electrode of ESP (electrostatic precipitator), decreased as temperature increased. Mean concentrations of particle bounded carbon (OC;EC) in PM2.5 and PM10 were 10.91;0.60 mg/kg and 11.36;0.48 mg/kg, respectively. Mean carbon contents (OC;EC) were 65.1;2.7 % in PM2.5 and 58.5;1.9 % in PM10, respectively. In addition, carbon contents of PM from the UFC were much higher than those from the other emission sources. It was proved that OC and EC generated from UFC were dominant constituents of PM2.5 and PM10, especially in PM2.5. The concentrations of total PAHs (TPAHs) ranged from 531.32 to 11,117.22 ng/kg and further those of benzo(α)pyrene, known as the most hazardous species among PAHs, ranged from 1.47 to 40.33 ng/kg. Contents of TPAHs and benzo(α)pyrene in PM10 were 2.2×10-4~7.3×10-4, 8.5×10-7~140.1×10-7, respectively. Toxic equivalents (TEQs) of PAHs according to meat types were 1.00 ng/kg of beef sirloin, 1.10 ng/kg of beef prime ribs, 21.52 ng/kg of beef intestine, 2.55 ng/kg of pork shoulder, 1.33 ng/kg of pork belly, 4.02 ng/kg of pork seasoned rib, and 1.81 ng/kg of chicken. The TEQs of PAHs generated from the UFC were lower than those from the other emission sources but much higher than the ambient air. Namely, the PM formed from the UFC may be hazardous and affect to the ambient air. UFC restaurants in this study usually use Indonesian charcoal module. The emission factor of Indonesian charcoal module was 0.12 g/kg-meat and the value could be negligible, as reported in the previous studies. In the case of meat, the emission factors of PM2.5 and PM10 were 2.52 and 2.85 g/kg for beef, 6.10 and 6.52 g/kg for pork and 11.25 and 11.26 g/kg for chicken. Furthermore, the emission rates of PM2.5 and PM10 in Seoul Metropolitan area were 894 ton/yr of PM2.5 and 1,317 ton/yr of PM10, respectively. The results show that the relative contributions of the ambient PM2.5 and PM10 generated from the UFC sources were 5.4 % and 2.1 % in Seoul, respectively. 직화구이 음식점은 도심에서 입자상 물질의 주요 배출원이며, 입자상 물질과 함께 유기성 탄소, 무기성 탄소 등 탄소성분과 유해대기오염물질인 다환방향족탄화수소를 포함하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이의 대기 중으로의 배출을 저감하는 것은 대기환경 개선 뿐만 아니라 환경보건학적으로도 중요하다. 본 연구는 직화구이에서 생성되는 입자상 물질의 여러 가지 특성을 파악함으로써 대기환경 개선대책 마련과 집진장치의 선정 및 개발에 기초자료를 제공할 뿐만 아니라 인체 위해성 저감에 적극적인 기여를 할 것으로 기대된다. 물리적 특성으로는 질량분율인 PM2.5/PM10가 0.88~0.97로 육류의 직화구이에서 생성되는 입자상 물질은 PM2.5가 대부분이었다. 육류의 단위질량당 개수농도의 합은 107~109 #/kg 단위이고, 입경분포는 육종별 유사한 경향으로 입경이 증가할수록 개수농도는 점차 감소하다 2.5 ㎛ 부근에서 조금 상승한 후 다시 감소하였다. 최빈경은 0.3~0.4 ㎛이고, 산술평균경은 육종별 차이는 약간 있으나 최빈경과 유사하였다. 입자상 물질 중에는 고점도의 유적이 함유되어 있었으며, 온도를 높여 점도를 낮게 함으로써 가장 많이 적용되는 전기집진기의 유지관리 주기를 길게 할 수 있었다. 화학적 특성 중 육류의 단위질량당 OC와 EC는 PM2.5의 경우 각각 10.91 (4.57~24.58) mg/kg, 0.60 (0.06~1.74) mg/kg이었고, PM10의 경우 각각 11.36 (4.01~24.21) mg/kg, 0.48 (0.07~1.42) mg/kg이었다. PM2.5, PM10 중의 OC, EC의 평균 분율은 OC의 경우 각각 65.1 (39.0~86.0) %, 58.5 (48.5~64.8) %이었고, EC의 경우 각각 2.7 (0.8~5.1) %, 1.9 (0.8~3.6) %이었다. 즉, OC와 EC는 PM10과 PM2.5를 구성하는 주요 화학적 성분이며, 특히 PM2.5의 경우 더 높은 비율로 구성되어 있음을 알 수 있었다. TPAHs의 농도는 531.32~11,117.22 ng/kg이었고, PAHs 중 가장 인체에 유해한 것으로 알려진 benzo(α)pyrene의 농도는 1.47~40.33 ng/kg이었다. 벤젠고리 5개 이상의 PAHs는 모든 육종에서 가장 적은 양으로 생성되었으나 다른 배출원보다는 상대적으로 높은 수준이었다. 한편, PM10 중에 함유되어 있는 TPAHs와 benzo(α)pyrene의 함유비는 2.2×10-4~7.3×10-4, 8.5×10-7~140.1×10-7로 매우 적은 양이 함유되어 있었다. PM2.5와 PM10의 화학적 조성은 PM2.5의 경우 OC 65.1 %, EC 2.7 %, 미량금속 5.1 %, 이온성분 6.8 %, unknown 20.3 %이었으며, PM10은 OC 58.5 %, EC 1.9 %, unknown 39.6 %로 구성되어 있었다. TEQs는 소 등심 1.00 ng/kg, 소 갈비살 1.10 ng/kg, 소 대창 21.52 ng/kg, 돼지 목살 2.55 ng/kg, 돼지 삼겹살 1.33 ng/kg, 돼지 양념갈비 4.02 ng/kg, 닭(초벌) 1.81 ng/kg이었다. 이는 다른 배출원보다는 낮으나 일반 대기보다는 1.7배 높고, WHO, 네덜란드, UK 등의 대기환경지침보다 높아 주변 환경에 영향을 미칠 가능성이 있다. 직화구이는 일반적으로 숯을 사용하기 때문에 이를 고려하여 육류 소비량당 PM10에 관하여 숯의 배출계수를 국내산 참숯 0.07 g/kg-meat, 인도네시아산 성형숯 0.12 g/kg으로 추정하였다. 이는 육류의 배출계수에는 큰 영향을 미치지 않았다. 한편, 육종별 PM2.5, PM10의 배출계수(g/kg meat)는 소 2.52, 2.85, 돼지 6.10, 6.52, 닭 11.25, 11.26으로 닭, 돼지, 소의 순으로 나타났다. 이를 근거로 산정한 서울시 직화구이 음식점의 PM2.5, PM10 배출량은 각각 183 톤/년, 269 톤/년으로 이의 서울시 대기 중 PM2.5, PM10에 대한 기여율은 PM2.5 5.4 %, PM10 2.1%이었다.

생활폐기물 소각장의 CO2 배출특성 및 건식 흡착기술의 현장적용에 관한 연구

김병순 서울시립대학교 2011 국내박사

최근 들어 지구환경보전을 위한 관심이 높아지면서, 지구의 온난화를 방지하기 위하여 화석연료 연소시스템의 효율 극대화, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출되는 이산화탄소의 분리·회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화하는 기술, 화석연료를 사용하지 않는 신재생에너지 기술 등이 절실히 필요하게 되었다. 국가보고서에는 교토의정서에서 지구온난화 원인물질 중 규제 대상가스로서 설정된 6개 물질 (CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6)의 우리나라 온실가스 배출량에 대한 내용중에 에너지, 산업공장, 농업축산, 임업, 수송, 폐기물 부문의 국가통계자료가 포함되어야 한다. 기후변화협약 제4조 및 제12조의 규정에는 온실가스의 배출량에 대한 국가 통계를 제출하도록 규정하고 있으며, 온실가스 감축의무가 시행되면 배출량의 과다산정은 경제적 손실로 이어지게 된다. 우리나라는 지난 10년간 기후변화협약 관련 시장체제에서 유리한 위치를 선점하기 위해 정확한 온실가스 배출량을 산정하기 위한 연구를 지속적으로 진행하여 왔다. 그러나 아직까지 온실가스 배출량 산정에 매우 중요한 배출계수와 주요 변수 결정과정의 정도관리 및 불확실성에 대한 조사연구는 부족한 실정이며 이에 대한 연구가 절실히 필요하다. 상대적으로 미미하였다. 국가 온실가스 배출량의 정확하고 신뢰성 있는 산정을 위해 소각분야에서는 단위 소각장별 특성을 반영한 배출계수 및 활동자료의 적용이 필요하다. 소각시설별로 세부적이고 구체적인 배출계수를 활용하면 IPCC 가이드라인에서 권고하고 있는 Tier3 수준의 정확한 배출량 산정이 가능하게 된다. 본 연구는 다음과 같은 두 가지 주요 목적을 위하여 수행하였다. 첫째, 생활폐기물 소각시설에서 발생하는 배출가스 중에 포함되어 있는 CO2의 특성을 파악하고 배출계수를 분석하는 것이다. 국내의 폐기물 특성을 고려한 생활폐기물 소각시설의 CO2 배출량을 산정하기 위하여 소각 폐기물 중 건조함량 비율과 건조한 물질 중 탄소 비율을 분석하였고, 온실가스 배출특성도 분석하였다. 국내 도시폐기물 특성을 반영한 생활폐기물 소각장의 CO2 배출량을 2006 IPCC 가이드라인에서 제공하는 기본값을 배출계수로 이용한 Tier2a 방법과 시설 고유값을 이용하는 Tier3 방법을 적용하여 비교 분석하였다. 시설고유 배출계수를 얻기 위하여 소각장에 반입되는 폐기물의 조성비율(%), 건조물질 함량, 탄소비율, 산화계수 등의 고유한 자료를 분석하여 적용하였다. 본 연구결과 Tier2a 방법에 의한 CO2 배출량은 평균 34,545ton/y, Tier3 방법에 배출량은 평균 31,066 ton/y로 Tier 2a가 Tier3보다 11.2% 과대평가되는 결과를 얻었다. 따라서, 우리나라 생활폐기물 소각장에서 발생하는 CO2 배출량의 보다 정확한 통계를 확보하기 위해서는 IPCC 산정지침에서 제공하는 기본값이 아닌 국내 생활폐기물 특성을 반영한 국가고유 배출계수의 개발이 필요하다. 본 연구는 단일 도시폐기물 소각시설의 폐기물 특성값을 활용한 결과로써 추후, 국가고유 배출계수의 개발을 위하여 다양한 소각시설에 대한 지속적인 연구의 필요성을 제시한다. 둘째, 대규모 생활폐기물의 소각과정에서 발생하는 실제 배가스에 포함된 이산화탄소의 흡착분리기술에 대한 검토 및 여러 가지 흡착제에 대한 흡착 실험분석 및 평가를 통하여 향후 이산화탄소 흡착 제거설비의 운전조건을 확립하고 운전의 안정성을 확인함으로써 경제적 부담을 최소화시키고 기존의 생활폐기물 소각장에 적용성이 높은 CO2 제어기술에 대한 방향을 제시하고자 한다. 대형 배출원에 대한 이산화탄소 포집은 주로 습식공정에 의존하고 있으나, 설비구성과 비용, 환경적 요인 등의 문제점으로 인해 다양한 대안적인 기술이 개발되고 있다. 그 가운데 가장 효과적인 방법이 고온에서의 건식 흡수처리이다. 그러나 흡착공정은 발열과정이며, 배출가스에 다량 포함된 수분의 영향을 크게 받음에 따라 유입가스의 냉각이나 수분 트랩 등이 필요할 수도 있다. 본 연구에서는 신물질 개발보다는 기존의 상업용 흡착제를 적용함으로써 경제성이나 CO2 처리능을 개괄적으로 고찰하고자 하였다. 본 연구에서는 시험할 흡착제로 세 종류를 준비하였다. 첫 번째 시료는 이산화탄소 흡착용으로 제조된 상용 제올라이트 13X(UOP, USA)-2mm와 4mm인 두 종류를 이용하였다. 두 번째 시료는 발전소 등 400℃ 이상의 고온 배출가스 처리에 사용되고 있는 구형 CaO pellet이다. 세 번째 시험용 시료는 배출가스의 탈황공정(FGD)에서 황을 건식흡수법으로 제거하는데 사용되고 있는 공업용 소석회(Ca(OH)2)이다. 이때 가장 일반적인 등온흡착모델을 적용하여 CO2 흡착시에 발생할 수 있는 흡착능 곡선을 반경험적으로 도출하였다. 실험실 규모로 수행한 성능특성 파악 후, 선정한 흡착제 시료를 경기도 P시의 생활폐기물 소각장 배출가스 유출공정에 적용하여 실제 배출제어 가능성을 평가하였다. 아울러 흡착공정의 중요한 장점인 흡착제 재생에 관해서도 몇가지 변수를 적용하여 확인하였다. 소각장에서 발생되고 있는 이산화탄소의 처리를 위하여 기 개발되어 있는 13X, 5A 계열의 건식흡착제를 사용하여 적용 가능여부를 확인하기 위하여 기초 흡착능 평가를 실시하였다. 또한 흡착능을 근본적으로 개선하기 위하여 선택도를 높이며 흡착량을 개선하기 위하여 표면개질을 시도하여 Lab-Scale의 장치를 제작하여 추후 소각장에서 배출되는 연소가스의 일부를 직접 처리하기 위한 기초 연구를 실시하였다. 정량적으로 평가하기 위한 방법으로는 NDIR 방식의 센서를 사용하여 시스템의 전·후단의 농도를 실시간으로 비교함으로써 흡착제의 성능을 정량화였다. 건식 흡착공정의 가장 큰 장점 가운데 하나가 운전의 간편성과 재생성에 의한 경제성이다. 따라서 사용한 흡착제 입자의 재생성능을 평가하기 위하여 각 흡착제별로 세 가지 조건(200℃, 300℃, 400℃)에서 각각 2시간동안 가열하며 재생시킨 후, 흡착시험을 반복하였다. 본 연구는 현장적용을 가정한 실용화 연구결과로서 400℃ 이상의 온도는 경제성이 급격히 낮아질 것으로 판단되어 400℃를 최대 탈착․재생조건으로 선정하였다. 그러나 400℃ 이하의 온도에서 2시간 이내의 순간 탈착․재생조건이 가능하다면 추후 연구개발의 의미가 있다고 사료된다. 주요어 온실가스, 배출계수, IPCC, UNFCCC, 소각로, 건식 흡착제, 건조물질 함량, 탄소비율, 파과시간, SEM/EDX 분석, 등온흡착모델, XRD분석 In recent years, conservation of global environment has relates closely with some technical approaches such as high-efficiency fuel combustion, energy saving techniques to reduce CO2 emission, separation and recovery of emitted CO2, utilization or fixation of CO2, and development of renewable energy. The national statistical data for energy, industrial processes, agriculture, forestry, transportation and wastes treatment have to include six chemicals(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6) which Kyoto Protocol classified as restricted gases. The Article 4 and 12 of the Climatic Change Convention enacted that every country has to submit the national statistical data of greenhouse gas emission amount so that an excessive evaluation of the data may lead to economic loss. Thus, Korea has carried out various researches to find an accurate method for the determination of GHG emission rate over the last ten years. However, there still is lack of the studies associated with uncertainty of the emission factor which affects the amount of GHG emission. It needs to develop the verification tools which can improve the accuracy of emission factor. In order to enable the reliable evaluation of national GHG emission, it requires the emission factor and active data that postulate the particular characteristics of individual incinerators. Application of the detailed emission factors for each incinerator can present the evaluation as good as Tier 3 recommended by IPCC. This study has been carried out to achieve the following two major objectives. Firstly, physical-chemical characteristics of CO2 contained in the flue gas from the incinerator were closely reviewed and its emission factor was analyzed. In order to evaluate the CO2 emission from a domestic MSW incinerator, the rate of dry basis content and carbon content of dry matters were analyzed. According to the results obtained from this study, while the average emission amount of CO2 based on the Tier 2a was 34,545 ton/y, Tier 3 produced it with 31,066 ton/y. It indicated that Tier 2a resulted in 11.2% more than Tier 3. Thus, a national scheme which can involve our own domestic characteristics of the MSW must be established. It will provide a more reasonable estimates above the IPCC guideline. The present study presented the necessity of consistent researches to develop the national emission factors on the basis of incineration behavior for domestic MSW. Secondly, a capture and separation process including gas adsorption was reviewed in terms of lab and field tests. A few commercial adsorbents were closely characterized and applied to the gaseous CO2 adsorption. Although large emission sources depend usually on wet processes, configuration of the facilities and cost and environmental parameters have limited its practical application. Therefore, the dry adsorption process could be taken into frequent consideration. The adsorption process is an exothermic process, and a water trap and cooling process of the incoming gas may be required because of the moisture in the flue gas. The present work attempted to find the potential capacity of commercial adsorbents for CO2 adsorption. The test adsorbents included zeolite 13X(UOP,USA)-2 mm and 4 mm, CaO pellet for hot gas treatment and a industrial grade Ca(OH)2 which is for the FGD process. Through the typical adsorption isotherm equilibria examination, adsorption mechanisms of each sample sorbent were verified in terms of experimental condition of the lab-scale. Spherical pellets of zeolite 13X were then added to the packed column for the field test of P-city in Kyunggi-do. In order to estimate the regeneration performance of adsorption, TSA process involving the thermal treatment (200℃, 300℃, 400℃) for 2 hours repeatedly refreshed the used sorbents. Through this TPD test, 400℃ was found to be the optimum temperature to renew the adsorbents. On the other hand, cost evaluation with the environmental benefit was assessed based on the above field test. The operation of adsorption process to reduce CO2 emission would need the cost about 17 times higher than the benefit from the CDM of EU basis. Nevertheless more efficient adsorbents with massive production may diminish the operation cost and can meet the international requirement for greenhouse gas emission. key Words Greenhouse gas(GHG), Emission Factor, IPCC, UNFCCC, Incineration, Dry absorbent, Dry matter content, Carbon fraction, SEM/EDX , Isothermal absorption model, XRD

에너지사용모델을 이용한 도시 온실가스 인벤토리 구축 연구

이임학 서울시립대학교 2011 국내박사

ARMA 모형을 이용한 서울시 대기질 평가에 관한 연구

안미진 서울시립대학교 도시과학대학원 2001 국내석사

서울시 미세먼지(PM10)의 입경별 밀도 추정에 관한 연구

김창환 서울시립대학교 2009 국내박사

국내 대기질 개선을 위한 최대 이슈는 미세먼지의 저감으로 장․단기적인 정책 수립을 위해 국내외에서 다양한 연구가 진행되고 있다. 최근까지 대기 입자상 오염물질에 대한 연구들은 다양한 특성 및 생성 요인들을 규명하는 것에 초점을 맞추고 진행되고 있으나 물리적인 특성을 가장 잘 해석할 수 있는 개수 측정법의 활용도가 매우 낮았다. 본 연구에서는 중량농도 측정법과 개수 측정법을 연계하여 해석할 수 있는 밀도 특성을 규명함으로써 개수 측정법의 활용 가능성을 제시하고자 하였다. 2005년 12월부터 2009년 4월까지 SMPS-APS 시스템을 이용하여 서울시 미세먼지의 개수농도 분포 특성과 입자의 부피를 측정하였으며, PM10 β-ray와 QCM cascade impactor를 이용하여 중량농도와 입경별 중량농도를 측정하였다. 각각의 측정결과를 이용하여 서울시 미세먼지의 계절별 평균밀도를 추정하였으며, 개수 측정법에 활용가능한 계절별 입경에 따른 밀도 추정식을 산출하였다. 서울시 미세먼지의 PM10 중량농도는 계절별로 봄철이 평균 117.6 ㎍/㎥으로 가장 높게 나타났으며, 겨울 54.0 ㎍/㎥, 가을 35.4 ㎍/㎥, 여름 22.9 ㎍/㎥의 순으로 높게 조사되어, 서울시 미세먼지의 물리적 특성으로 미세먼지 중량농도 수준은 봄>겨울>가을>여름의 순으로 높은 농도를 나타내는 것으로 조사되었다. 서울시 미세먼지의 평균밀도는 겨울철이 1.99 g/㎤로 가장 높으며, 여름철 1.66 g/㎤, 봄철 1.64 g/㎤, 가을철 1.57 g/㎤의 순으로 나타났다. 봄철의 경우에는 비교적 밀도가 낮은 1차 생성물질로써 자연적 오염원인 황사와 각종 지각기원 배출물질이 서울시 봄철 PM10의 주요 구성성분을 이루어 전체적인 밀도가 낮은 것으로 판단되었다. 겨울철의 경우에는 탄소성분의 화합물들이 타 오염물질과 반응 또는 흡착함으로써 입자 생성 메카니즘에서 입자의 핵 역할을 하거나 2차생성 물질과 연관성이 높음으로써 평균밀도가 가장 높게 나타난 것으로 판단되었다. 시간대별 미세먼지 평균밀도는 일부 특정한 날을 제외하고 이른 아침시간인 새벽 6시에 가장 낮은 밀도를 나타내었으며 일중 가장 햇볕이 강한 12시와 3시에 높은 밀도를 나타낸 이후 감소하는 추세를 나타내었다. 이러한 시간에 따른 밀도 변화는 입자의 생성 메카니즘에서 태양광에 의한 입자의 생성 및 소멸이 큰 영향을 주기 때문으로 판단되며, 인간 활동에 의해 발생되는 미세먼지의 밀도가 자연적인 발생원에서 발생되는 것에 비해 밀도가 높은 것을 의미한다. 개수 측정법으로 얻어지는 결과에 각 계절별 평균밀도를 적용한 경우에도 입경별 중량농도 분포 특성을 제대로 표현하지 못하고 과소․과대 평가되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 평균밀도는 입자의 입경별 물리적 특성을 반영하지 못함으로 인해 개수 측정법을 통한 중량농도 해석을 올바르게 표현하지 못하는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 입자의 입경별 물리적 특성을 반영한 입경별 밀도 추정식을 산출하였다. 계절에 따른 밀도 추정식은 입경이 미세한 영역에서는 급격한 변화가 있으며 조대 영역에서는 완만한 변화가 있는 2항식으로 추정한 경우 가장 상관성이 높게 나타났다. 또한, 각 계절별 평균밀도의 차이로 인해 각 계절별 추정식은 조금은 상이한 계수를 나타내었으나 모든 계절에서의 추세는 유사하게 나타났으며, 타 지역에서도 사용할 수 있는 통합적인 입경별 밀도 추정식인 ODE for PM10을 경험식으로써 다음과 같이 제안한다. : 지역, 계절에 따른 무차원 상수 : 미세영역에 따른 상수(5.17~5.60) : 미세영역에 따른 상수(3.34~4.16) : 조대영역에 따른 상수(2.82~3.08) : 조대영역에 따른 상수(0.18~0.23) 계산된 입경별 밀도 추정식은 계절별 평균밀도 특성의 반영 여부, 계산된 중량농도 중 PM2.5/PM10의 비율, 계산된 총 중량농도와 PM10 β-ray 측정값과의 비교, 입경별 밀도값의 전체 평균과 평균밀도 비교를 통하여 검증하였으며, 모든 항목에서 문제가 없는 것으로 나타나 추정식의 적용에 무리가 없는 것으로 판단되었다. 따라서, 본 연구에서 추정된 입경별 밀도 추정식의 개수 측정법으로 적용 가능성은 확인되었으며, 본 연구 결과의 적용을 통하여 개수 측정법과 중량농도 측정법을 비교 분석함으로써 폭넓고 다양한 미세먼지의 물리적 특성을 파악할 수 있을 것이다. One of the current greatest concerns relating to the air quality of the Seoul Metropolitan area is the ambient particulate matters. Therefore, a number of studies have been carried out establish long and short term strategies to resolve the issue. Up to now, researches on ambient particulate matters have been focused on the investigation of their properties and factors affecting their formation. Few has been carried out about their physical parameters, e.g., particulate numbers and volume distributions. In this study, particle numbers were measured by examining particle densities and mass concentrations of ambient air. From December 2005 to April 2009, particulate numbers and mass concentrations were measured using a SMPS-APS system. Mass concentration distributions were obtained with a PM10 β-ray and a QCM cascade impactor. Average PM 10 density of ambient air over the Seoul Metropolitan area could be calculated according to particle diameters by correlating the measured mass concentration and PM10 β-ray. The PM10 mass concentration in Seoul Metropolitan area was high in the spring (117.6 ㎍/㎥), while it was relatively low in other seasons; 54.0 ㎍/㎥ in the winter, 35.4 ㎍/㎥ in the fall, and 22.9 ㎍/㎥ in the summer. The average density of PM10 in the study area was 1.57 ~ 1.99 g/㎤. Because, in spring, the major compositions of PM10 in Seoul seemed to be the Asian dusts and other naturally occurring pollutants which had relatively low density, the bulk density was also low. In winter, average density was the highest possibly due to compounds related with secondary pollutants. For example, carbon compounds might nucleate onto tiny particles through particle formation mechanisms, e.g., reaction or adsorption with other pollutants. The diurnal variation of average density during the winter/summer showed sharp patterns having the minimum in the early morning around 6:00 and the maximum in the midday between 12:00 to 15:00. These variations of density over time might implicate particle formation and disappearance can be affected by photochemical process in particle formation mechanisms. The pattern of average density emitted from human activity related sources was higher than that from natural sources. Distribution of mass concentration showed that exact characteristics of PM10 would be understood if particulate density for each diameter was correctly estimated. It is because if it is calculated using average density of PM10 mass concentration could be overestimated in the coarse region. Thus, in this study particle density for each size ranges was estimated by dividing mass concentration of PM 10 for each particle range by particle volume which was calculated from number concentrations. Binomial seasonal density equations for each particle diameter were established because the density would change rapidly in fine particles and smoothly in coarse particles. The profile patterns of all the seasonal density equations were similar, and this study apply the ODE for PM10(Overall Density Equation for PM10) as overall equation be able to use in other study. : dimensionless constant for region and season : constant for fine particle(5.17~5.60) : constant for fine particle(3.34~4.16) : constant for coarse particle(2.82~3.08) : constant for coarse particle(0.18~0.23) The density equations developed in this study were verified with 4 different parameters: the reflection of seasonal average density characteristic, the ratio of PM2.5 in PM10 for calculated mass concentration, the comparison of PM10 β-ray mass with calculated total mass, and comparison of seasonal average density with average overall density of each particle density. Finally, the applicability of the equations for PM10 developed in this study was examined to find we could obtain the physical parameters of particulate matters by comparing the number measuring method with the mass measuring one.

생선구이에서 배출되는 초미세먼지(PM2.5)의 물리·화학적 특성

성예슬 서울시립대학교 2017 국내석사

In the indoor space, where the modern people live for more than 90 % of the day, various pollutants are generated by people's life pattern. Among the various activities, cooking causes a high concentration of PM2.5, which is several times of normal. It is reported that the highest concentration is observed when cooking with oil. There are many studies on the levels of atmospheric particles based on the concentration and chemical characteristics. However, there is a lack of research on the particle size when cooking indoor space. Therefore, in order to understand the physical and chemical characteristics of the particles generated during grilling, the emission factors of ultrafine particles from mackerel's roast were estimated. Moreover, the chemical composition of the generated particles was analyzed by measuring the compositon of carbon, ions and other metals. All the experiments were conducted using 194∼265 g of mackerel in this study. The experiment was started by operating the pump for 1 minute, then the stove was turned on, preheated the frying fan for 5 minutes, injected the cooking oil and finally the mackerel was injected after 1 minute. Initially, flipping was performed twice at intervals of 4 minutes, then flipping was performed twice at intervals of 2 minutes and finally the stove was turned off after 19 minutes of experiment. The experiment was terminated when the concentration of particles was completely dropped down to zero. A real-time particles measurement instrument, Portable Aerosol Spectrometer 1.109 (Grimm Aerosol Technik GmbH & Co., Germany) and a weight method based PM2.5 concentration instrument, PM2.5 Cyclone (URG-2000-30EH, USA) were used for this study. In case of real-time particles meter, density should be corrected. Therefore, in this study, the density was calculated by using the analytical value from the measuring device based on the weight method, and the weight concentration was calculated by measuring the particle size. It was confirmed that the particle diameter indicating the highest concentration in the case of the number concentration density per particle diameter was 29.1 % in the range of 0.28 to 0.35 ㎛. As a result of this study, the estimated density was calculated to be 2.25 g/㎤. Using this, it was confirmed that the particle diameter indicating the highest concentration in the case of the indicated weight concentration was a fraction of 16.1 % in the range of 0.35 to 0.4 ㎛. CMD(Count Median Diameter) is 0.31 ㎛ and MMD(Mass Median Diameter) is 0.42 ㎛, which indicates 0.11 ㎛ larger than CMD. Based on the above results, it can be seen that the PM2.5 emission factor of 2.6 ± 1.4 ㎎ is emitted from each mackerel. As a result of carbon analysis, the average amount of particles was observed as 73.97 % from carbon analysis results. It consisted of 100 % organic carbon and 57.13 % of OC1. Moreover, OC2 of 18.97 %, OC4 of 8.61 %, OC3 of 2.47 % and PC of 8.61 % were observed. Ion components were accounted as 1.22 % of the total fraction. Among these, the cation and the anion were accounted as 0.97% and 0.43 %, respectively. However, it was revealed that no metallic elements where released during the grilling of mackerel. A comprehensive analysis of the above results confirmed that the unknown component was 24.85 %. This unknown component is assumed as OM ' and the OM/OC coefficient was estimated by using the amount of analyzed carbon as 1.34. 현대인이 하루 중 90 % 이상 생활하는 실내공간에는 다양한 오염물질들이 발생되는데, 여러 활동 중 주방에서 음식을 조리할 때 가장 높은 농도를 나타내며, 그중 PM2.5의 농도가 평소의 수십 배 수준으로 매우 높게 발생한다. 조리 중 기름을 사용한 구이 조리 시 가장 높은 농도를 나타낸다고 보고되고 있다. 그러나 지금까지의 연구사례를 살펴보면 대기 중 분진 농도의 고저(高低), 화학적 특성 등의 연구는 활발히 진행되고 있지만, 실내공간에서 음식 조리 시 발생하는 입경별 분진에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고등어구이 시 발생하는 분진에 대한 물리·화학적 특성을 파악하고자 입경별 중량·개수농도를 발생 분율로 정리하였으며, 고등어구이 경과 시간에 따른 초미세먼지 발생 경향을 살펴보고 고등어구이에서 배출되는 초미세먼지의 배출계수를 산정하였다. 또한, 탄소, 이온, 금속성분을 분석하여 고등어구이 시 발생하는 분진의 화학적 성분을 확인하였다. 본 연구에서는 194∼265 g의 고등어를 사용하여 실험을 진행하였으며, 펌프 가동 시를 실험 시작으로 설정하였다. 실험 시작 1분 후 스토브 전원을 켜고 5분간 후라이팬을 예열 시킨 후 식용유를 두르고, 1분 뒤에 고등어를 투입하였다. 초기에는 4분 간격으로 뒤집기를 2회 수행하였으며, 이후 2분 간격으로 뒤집기를 2회 수행한 후, 실험시작 19분이 경과하면 스토브 전원을 껐다. 전원을 끈 후 분진 농도가 떨어질 때까지 확인하고 실험을 종료하였다. 실시간 분진 측정 장비인 Portable Aerosol Spectrometer 1.109 (Grimm Aerosol Technik GmbH & Co., Germany)와 중량법에 기초한 PM2.5 Cyclone(URG-2000-30EH, USA)을 사용하여 초미세먼지 농도를 측정하였다. 실시간 분진 측정기의 경우에는 광학입자계수기(OPC, Optical Particle Counter)로 밀도를 보정해 주어야 한다. 따라서 본 연구에서는 중량법에 기초한 측정기기의 분석값을 활용하여 밀도를 산정하였으며, 이를 토대로 입경별 중량농도를 산출하였다. 입경별 개수농도의 경우 최고 농도를 나타내는 입경은 0.28∼0.35 ㎛ 영역으로 29.1 %의 분율을 나타내었다. 본 연구의 결과로 추정한 밀도는 2.25 g/㎤로 계산되었으며, 이를 활용하여 나타낸 중량농도에서 최고 농도를 나타내는 입경은 0.35∼0.4 ㎛ 영역으로 16.1 %의 분율을 나타냄을 확인하였다. 누적질량 50 % 일때의 입경을 나타내는 개수중앙입경(CMD, Count Median Diameter)은 0.31 ㎛인데 반해 질량중앙입경(MMD, Mass Median Diameter)은 0.42 ㎛로 0.11 ㎛ 더 큰 입경임을 확인할 수 있었다. 위 결과를 토대로 고등어 1마리 구이 시 배출되는 배출계수의 경우 PM2.5는 2.6±1.4 ㎎이 배출됨을 알 수 있다. 탄소성분 분석 결과 전체 분진 중 평균 73.97 %를 차지하였다. 탄소 구성비의 경우 100 % 유기 탄소(OC, Organic Carbon)였으며, OC1에서 가장 많은 분율인 57.13 %를 차지하였고, OC2 18.97 %, OC4 8.61 %, OC3 2.47 %, PC 8.61 % 순으로 나타났다. 이온성분의 경우에는 전체 분율의 1.22 %를 차지하였다. 이 중 양이온이 0.97 %, 음이온이 0.43 %를 차지하였다. 금속 성분의 경우에는 분석기기 검출한계 미만의 값을 나타냄으로써 고등어구이 시 금속성분이 거의 발생하지 않음을 확인하였다. 위 결과를 종합적으로 살펴보았을 때 미지성분이 24.85 %가 나타남을 확인하였다. 이를 OM′으로 정의하였으며, 분석된 탄소의 양을 이용하여 전체 유기물질의 양을 추정하면, OM/OC 추정계수는 1.34로 나타났다.

교통수요관리 적용에 따른 도시 대기오염 개선 계획 평가 모델 개발에 관한 연구

김진식 서울시립대학교 2016 국내박사

The vehicles on the roads are important mobile sources that effect the air quality in urban area. Specifically, the concentration of nitrogen oxides that are emitted from road mobile sources and NOx and ozone, which is the secondary pollutants, have slightly increased. The increases has happened despite continuos efforts due to the difficulty of managing a lot of mobile sources. The daily variation of traffic volume and NOx concentration is very similar. This means the traffic volume and NOx concentration are closely related. So, the needs of the transportation demand management to reduce air pollution levels by planning a reduction of traffic volume in urban area has been raised. There are some questions about the selection of roads, managing level setting, effects of the policy, before promoting transportation demand management policy. However, there is no tools for analysis and decision-making in transportation demand management. These items are important information for promoting the transportation management policy effectively. So, we developed the Transportation Demand Management model as a decision-making tool for the transportation demand management policy. We set the governing equation for the Transportation Demand Management model. Some coefficients and constants are calculated by the following methods. In the first step, we set the different size of 12 ellipses, that have the same center point, to calculate the contributed concentration. Also, we calculated the contributed concentration of the emission from each road section by the CALPUFF modelling system. The emission from each road section was calculated by actual traffic volume data, length of each road section and emission factor of each vehicle type. The contributed concentration of ellipses were calculated and the results were well fitted by exponential function. So we used the exponential function for estimating total contributed concentration. The total contributed concentration means contributed concentration from sufficient number of contained road section, and we can find it by this function. The observed concentration is the total concentration. We estimated the non-contributed concentration that from other sources as differential of observed concentration data and calculated contributed concentration data. The NO2 contributed concentration was calculated as 38.50 ppb, which accounts for approximately 83% of the observed concentration. In the second step, we defined emission impact factor. It was used as factor that describing concentration changes with directions and distances from receptor point. We set the 321 points as 16 directions and 21 distances from the receptor point. and we calculated emission impact factor (ε) on each points by CALPUFF modeling system with a unit emission rate(1 g/s). We analysed the spatial distribution of emission impact factor(ε) by Kriging method, and we gave emission impact factor(ε) to actual X, Y points of each road section. The emission impact factor(ε) of the east and west directions of the road sections are higher than that of the north and south directions. The Transportation Demand Management model that we developed can calculate the predicted concentration and the range of managing roads in a specific transportation demand management scenario. In this study, we made transportation demand management scenarios with the congestion charging scheme and the low emission zone scheme. In this study, we calculated the optimal range of the managing roads (n) by the Transportation Demand Management model under the constraint of it meeting the standard(30 ppb) condition. The Transportation demand Management model that we developed in this study deals with the reduction of the contributed concentration from main roads by the traffic volume control. The Transportation demand Management model works as a decision-making tool for the Transportation demand management policy and it can provide solutions for important values, for example, target roads, managing levels and predicted concentration. 도로를 운행하는 자동차는 도시 대기질에 영향을 미치는 중요한 이동오염원이다. 수많은 개별 오염원으로 구성된 도로이동오염원의 특성상 관리의 어려움 때문에 그동안의 지속적인 노력에도 불구하고 자동차에서 주로 배출되는 것으로 알려져 있는 질소산화물과 이를 전구물질로 하는 오존은 농도가 지속적으로 증가되고 있다. 또한 질소산화물은 화학반응을 통하여 2차 질산염(Secondary Nitrate) 형태의 미세먼지 오염원으로 전환될 개연성이 있기 때문에 관리가 필요하다. 도로변 질소산화물의 농도변화는 도로교통량의 변화와 매우 유사한 경향을 보이며 하루 중 증가-유지-감소하는 패턴을 나타내고 있다. 이는 도로교통량이 대기중 질소산화물 농도와 매우 밀접한 관련이 있음을 시사하기도 한다. 이에, 도로상에 운행하는 자동차의 교통량을 감소시키거나, 운행가능한 차량에 대해 제한을 두는 등, 통행 행태를 변화시켜 도시의 대기 오염도를 저감하기 위한 방법인 교통수요관리 정책에 대해서 관심이 지속적으로 증가되고 있다. 교통수요관리 계획을 효과적으로 추진하기 위해서는 관리대상 도로의 선정, 관리 수준 등의 결정이 필요하며 이에 따른 예상 저감 효과에 대한 정보가 필요하다. 그러나, 교통수요관리 계획을 적용할 때, 관리대상 범위의 선정 방법, 교통수요관리를 통해 예상되는 대기오염 저감 효과 등 몇 가지 중요한 의문점을 가지게 되지만 이에 대한 해결책을 제공할 수 있는 분석도구는 거의 없는 실정이다. 이에, 본 연구에서는 도시의 대기오염도 관리를 위한 교통수요관리 정책의 의사결정 지원 도구로서 활용이 가능한 교통수요관리 모델(Transport Demand Management model)을 개발하고자 하였다. 먼저, 교통수요관리 모델의 수학적 방정식을 설정하였고, 방정식의 각 계수와 상수값은 다음의 방법을 이용하여 도출하였다. 첫째로, 기여농도 산정을 위해 도로를 포함하는 영역의 크기에 따라 12개 동심의 타원을 설정하였으며, 각 타원에 속하는 도로의 배출량 자료를 입력한 후 CALPUFF 모델로 각 타원 내에 속하는 도로에 의한 기여농도를 산정하였다. 여기에서 각 도로의 배출량은 실제 교차로 교통량 조사자료, 도로 구간별 길이, 차종별 구성비, 차종별 배출계수 자료를 이용하여 산정하였다. 본 연구에서 설정한 타원 영역 중 가장 작은 영역의 타원부터 가장 큰 영역의 타원까지의 기여농도 산정 결과는 지수 함수 형태로 증가하는 것으로 나타났으며, 가장 적합한 지수 함수를 결정하였다. 이 함수식을 통해 충분히 많은 수의 도로가 포함 되도록 타원 영역을 충분히 확장할 경우에 해당하는 기여농도값을 추정할 수 있었다. 이를 간선도로 이동오염원에 의한 총 기여농도로 설정하고, 관측값과 총 기여농도의 차이를 통해 그 외 오염원에서 기인하는 비 기여농도를 추정하였다. 간선도로 이동오염원에 의한 NO2의 총 기여농도는 관측 농도값의 약 83%를 차지하고 있었다. 둘째로, 각 도로 지점에서 배출되는 오염물질이 중심의 관측점에 영향을 주는 정도로 배출영향계수를 정의하였다. 본 연구의 시간적 · 공간적 범위에서 배출영향계수를 산정하기 위하여 CALPUFF 모델에 중심점으로부터 거리와 방향에 따른 321개의 지점을 설정하고, 각 점에 단위 배출강도인 1 g/s를 입력하여 CALPUFF 모델을 각기 수행하였다. 이렇게 산정된 각 지점의 배출영향계수를 지구통계적 공간 보간법인 크리깅 기법을 이용하여 모든 X, Y 좌표점에 대한 배출영향계수의 공간분포를 계산하였고 실제 도로가 위치한 지점의 좌표와 매치하여 각 도로의 배출영향계수를 계산하였다. 계산 결과 배출영향계수는 중심점과 가까운 도로일수록 높았으며, 지형과 기상의 영향으로 인해 같은 거리에서 동서방향에 위치한 도로의 배출영향계수가 남북 방향에 위치한 도로의 배출영향계수보다 높게 나타났다. 이렇게 개발된 교통수요관리 모델은 일련의 방정식을 통해 교통수요관리 계획 적용시의 예상농도를 계산할 수 있으며, 특정 교통수요관리 시나리오 조건 하에서 최적해 계산을 통해 관리대상 도로범위를 산정 할 수 있다. 본 연구에서는 교통량 감소 효과를 지니는 혼잡통행료 징수 계획과 배출계수 감소 효과를 지니는 공해차량제한지역 계획에 대하여 시나리오를 작성하여 교통수요관리 모델에 대입하였으며, 예측농도가 기준치인 30 ppb 이하로 되는 제약조건 하에서 관리대상 도로의 총 길이를 최소화 하는 최적해 계산을 통해 최적 관리범위를 도출하였다. 본 연구에서 개발한 교통수요관리 모델은 교통수요관리 정책에 대해 특화된 모델로서, 대상도로 설정, 관리수준설정, 정책 추진 시 대기오염도 개선에 대한 기대 효과 등 교통수요관리정책 의사결정을 위한 중요한 변수들을 산정할 수 있을 것으로 기대된다.

유아교육시설 내 실내공기질 특성 및 위해성평가에 대한 연구

고연정 서울市立大學校 都市科學大學院 2008 국내석사

에너지 절약에 따른 건물 밀폐화 및 실내 거주시간의 증가로 실내공기오염은 새로운 환경문제로 대두되었다. 실내공기오염에 의한 건강영향은 수용체별로 다양한 양상을 갖게 되는데 그 중 노인, 영·유아, 어린이, 환자, 임산부 등과 같이 환경보건학적으로 약자인 민감 집단에게 더 많은 피해가 갈 수밖에 없다. 영·유아 및 어린이는 성장과 발달에 빠른 변화를 겪으며, 미성숙한 몸과 조직, 약한 면역체계 등의 이유로 환경위협에 더욱 민감하다. 특히 생후 수개월 동안에는 성인에 비해 신진대사가 원활하지 못하며, 내분비, 면역, 신경 계통 시스템이 발달해가는 과정에 있어 같은 환경에서 성인에 비해 더 큰 피해를 입을 수 밖에 없다. 이에 민감 취약 계층인 어린이의 환경영향 관리가 무엇보다 중요하며 그를 위해서 위해성 관리가 이루어져야한다고 판단된다. 따라서 본 연구는 실내 환경 중 영·유아 및 어린이가 가장 많은 시간을 체류하는 유아교육시설(서울지역) 총 27개소를 대상으로 휘발성유기화합물과 카보닐화합물을 비롯하여 미세먼지 및 미생물을 측정·분석하여 실내공기질 특성과 위해성 평가를 통해 어린이 건강 위해도를 확인하여 국내 영·유아 시설의 실내 환경적 문제와 건강상 문제를 파악하고 개선사항을 모색하였다. Most of people spends large portion of the day indoors and also tightens up the buildings to prevent heat exchange. With those reasons Indoor Air Pollution became a significant environmental issue. The health effect of Indoor Air Pollution takes on various aspects. Especially with sensitive group of people, defined by Environment Health Science, such as old people, infants, children, patients, pregnant women take more risk than others. Because of the fast pace of growth and development, infants and children have immature body and cell tissues, and weak immune system. Compare to adults, the environmental threat can affects more to pre-school children, because their metabolism are not high enough, and endocrine, immunity and nerve system are not yet developed. The Risk Management have to be established urgently to control the environmental effects to protect children from the risks. This study investigates indoor pollutants to understand the characteristic of Indoor Air Quality of preschools where the pre-school children in Korea spend most of their daily life. Furthermore, with the Risk Assessment; finds out the indoor environmental risk and harmful health effects, and offers how to improve the indoor pollution. Sampling was undertaken at 27 preschool facilities in Seoul, and the main targets compounds were VOCs (Volatile Organic Compounds), Carbonyl Compounds, PM10, and Bioaerosol. With those target compounds, the I/O ratio was 1.1~4.2, which means the indoor concentration is more than outdoor. Compare to the data sorted by outdoor effects such as Sandstorm in spring or Heat system in winter, the indoor concentration could be more affected by number of occupants, indoor activities, books, toys, safety building materials, seasonal vacations, cleaning, ventilation, etc. Those facilities that located in roadway area, according to Indoor Air Quality determination, the pollution rate is 50% higher than Residential area. However, the correlation analysis of the main pollution level vs. temperature and humidity shows that these two facts are the main effective elements of pollution. In other word, the pollution level can be easily controlled with temperature and humidity. As result of Children Health Risk Assessment with the Exposure Duration Standard, the Life Time Standard and ADAFs (Age Dependent Adjustment Factors) about MMOA (Mutagenic Mode of Action) standard, among the carcinogens, Formaldehyde had a high cancer risk, but Benzene was not. Non-carcinogens were generally within the safe level, with taking the uncertainty of valuation of cancer risk into consideration, all the valuation of cancer risk were satisfactory. The cancer risk were also studied with three age groups, respiratory quotient, weight and other exposure facts were highly effective which is very different from the health risk assessment for adults who had been exposed in high concentrated environment for long time, This study shows very different from other facilities, the preschool facilities for children, has certain facts cause the Indoor Air Pollution such as Size of the facility, Using pattern, and Facility users. Children have also different exposure pattern with adults; however, the exposure can affect children for their lives. As conclusion of this study it is really important that the children related facilities must be regulated rigidly by separating from other facilities.