생선구이에서 배출되는 초미세먼지(PM2.5)의 물리·화학적 특성 = A study on the physical and chemical characteristics of PM2.5 emitted from grilled fish|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

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국문 초록 (Abstract)

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.

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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 ...

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