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drew.gif제목
시화·반월 지역의 대기중 미세먼지의 특성 연구
drew.gif연구의 목적 및 필요성
시화·반월 산단지역은 폐기물소각로 및 대기오염 배출업체가 약 2,000여개소로 발생되는 대기오염의 종류가 매우 다양하다. 이중 사람이나 동·식물에 주로 영향을 미치는 먼지는 입자크기가 0.1 - 10㎛인 미세먼지로서 주로 산업공정의 연료 연소 또는 고체상 물질의 분쇄 등을 통하여 발생되며, 발생형태에 따라서 비산먼지와 공장먼지로 나눌 수 있는데 먼지 총 배출량의 거의 50%가 공장먼지로 대부분이 미세먼지로 배출되고 있다. 국내 산업의 발전으로 인해 공장들이 계속 신설되고 에너지 수요가 증가함에 따라 에너지 설비 밀집지역에서는 더욱 더 미세먼지의 배출량이 증가될 것이고 이로 인해 주변지역의 대기오염이 심각해 질 뿐만 아니라 공장 종사자 및 지역주민의 피해도 심해질 것으로 추정된다. 따라서 본 연구에서는 이 지역의 대기오염을 방지하고 적정 대기질을 유지하기 위해 미세먼지의 대량 배출원을 중심으로 대기중 미세먼지의 특성을 파악하고자 한다.

CCT-ICP-MS를 사용한 미량금속의 분석은 국내는 말할 것도 없고 국외에서도 아직까지 대기분진내 인체 발암금속인 As과 Cr의 정량분석에 적용된 사례를 찾기가 어렵지만, 가장 큰 polyatomic spectral interference를 갖고 있는 As, Cr에 대한 정확한 분석을 위해 CCT-ICP-MS의 적용은 필수적이다. 더욱이, 국내 도시대기 중 As과 Cr의 호흡으로 인한 발암 위해도는 호흡시 중금속으로 인한 총 위해도의 90% 이상을 점유하는 것으로 나타나 이의 정확한 분석은 대단히 시급한 형편이다. 그러므로 본 연구에서는 이 지역의 미세먼지의 대량 배출원을 중심으로 3년간 대기중 미세먼지를 채취하고 CCT-ICP-MS를 이용하여 미세먼지내 미량금속을 분석하고, 또한 Ion chromatography를 사용하여 무기이온성분을 분석한다. 그리고 이러한 장기간의 분석 자료를 바탕으로 미세먼지의 오염원 확인과 정량적인 기여도 평가를 수행하며, 인체에 미치는 발암 위해도를 확률론적으로 평가하고자 한다.
drew.gif연구의 내용 및 범위
1. 계절별로 PM10 시료의 집중적인 채취
2. 22 종의 미량금속과 3 종의 무기이온 분석
3. 미량금속의 특성과 독성금속의 농도 비교(1년차)
4. 수용모델링을 통한 오염원 확인과 정량적인 기여도 평가(2년차)
5. Monte Carlo 분석을 이용한 확률론적 인체 위해도 평가(3년차)

본 연구의 3차년도(2005. 3 - 2006. 2)의 목표는 CCT-ICP-MS, Ion chromatography를 이용한 시화·반월 지역의 미세먼지 중 미량금속 및 무기이온의 농도분석과 인체위해도 평가인데, CCT-ICP-MS의 분석정도관리를 확보한 후, 이 지역의 미세먼지 중 As, Be, Cr, Cd, Ni, Mn, Se을 포함한 22 종의 독성금속과 3종의 대표적인 이온의 장기간 농도분석 및 오염도를 평가하고, 이를 국내외 타 지역과 비교, 평가한다. 또한 단일위해도 분석 및 Monte Carlo 분석을 이용한 인체 위해도 평가를 수행한다.
drew.gif연구결과
2003년 8월부터 2005년 10월에 걸쳐 각 계절별로 시화와 반월 산단내에서 각각 128개, 주거지역에서는 98개의 시료가 채취되었다. PM10 시료를 분석한 결과, 미세먼지의 평균농도는 시화산단에서 88.5 ㎍/㎥, 반월산단에서 90.1 ㎍/㎥로 높은 값을 나타내고 있었으며 주거지역 또한 75.0 ㎍/㎥으로 높은 농도를 나타내고 있었다. 시화산단에서 PM10농도의 최저치는 41.5 ㎍/㎥, 최고치는 158 ㎍/㎥였고, 반월산단에서의 최저, 최고치는 각각 41.4 ㎍/㎥, 166 ㎍/㎥였으며 정왕동 주거지역에서는 각각 33.7 ㎍/㎥, 158 ㎍/㎥로 나타났다. 측정된 PM10 농도는 시화산단, 반월산단과 주거지역에서 모두 연평균 농도의 규제치인 70 ㎍/㎥을 초과하였다. 측정된 PM10 농도자료 중 일평균농도 규제치인 150 ㎍/㎥를 초과하는 횟수는 시화산단에서 2회, 반월 산단에서 5회, 정왕동 주거지역에서는 1회로 나타났다.

시화산단지역에서 PM10 내 화학성분은 지각에서 기인되는 Al, Fe, K, Ca, Na, Si의 농도가 높게 나타났으며, 독성금속인 As의 산술평균은 7.71±3.96 ng/㎥, Mn는 150±137 ng/㎥, Se은 3.36±2.20 ng/㎥, V은 9.14±4.84 ng/㎥, Zn는 636±627 ng/㎥로 나타났다. 반월산단지역에서는 As의 산술평균은 6.19±4.61 ng/㎥, Mn는 90±60 ng/㎥, Se은 4.39±2.68 ng/㎥, V은 6.94±4.71 ng/㎥, Zn는 1182±1052 ng/㎥로 나타났다. 한편, 주거지역에서는 As의 산술평균이 5.99±4.35 ng/㎥, Mn는 64.7±55.4 ng/㎥, Se은 3.09±1.65 ng/㎥, V은 6.19±4.07 ng/㎥, Zn는 279±191 ng/㎥로 나타났다. 대상지역들의 산술 평균값을 비교해 보면, Be이 가장 낮은 10-1ng/m3 대에서, As, Cd, Co, Se, V이 100 ng/m3 이하, Ba, Cr, Mn, Ni, Ti, Sb가 101 ng/m3, Cu, Mg, Na, Pb, Si, Zn, Ca가 102 ng/m3, Al, Fe, K이 103 ng/m3 대의 영역에서 나타나서, 최소농도와 최대농도 간에는 대략 105 이상으로 차이가 나는 것을 알 수 있다.

시화산단지역에서 PM10 내 이온 성분 중 산술평균은 Cl-가 4.59±2.79 ㎍/㎥, NO3-는 8.76±5.26 ㎍/㎥, SO42-는 7.44±4.31 ㎍/㎥, NH4는 7.43±4.34 ㎍/㎥로 나타났다. 반월산단지역에서는 Cl-가 9.02±4.44 ㎍/㎥, NO3-는 9.94±6.59 ㎍/㎥, SO42-는 9.25±5.55 ㎍/㎥, NH4는 9.97±6.59 ㎍/㎥로 나타났다. 주거지역에서는 Cl-가 2.77±1.76 ㎍/㎥, NO3-는 7.83±4.44 ㎍/㎥, SO42-는 6.82±3.86 ㎍/㎥, NH4는 6.52±4.00 ㎍/㎥로 나타났다.

PMF2 모델에 의해 설명된 각 오염원의 질량기여도는 시화산단에서 secondary aerosol이 가장 큰 31%였으며 황산염이 18%, 질산염이 13%를 보였다. 그리고 자동차에 의한 오염원인 road dust와 vehicle exhaust가 각각 16%, 10%의 질량기여도를 보였다. 한편, 지각기원의 soil dust는 11%로 나타났으며 화석연료의 연소에 따른 coal combustion과 oil combustion은 각각 11%와 9.4%, incinerator의 기여도는 6.6%였으며 해염입자에 의한 기여도는 4.9%인 것으로 나타났다. 반월산단의 오염원 기여도는 secondary aerosol (29%)로 황산염 16%와 질산염 13%였으며, road dust (17%), soil dust (12%), coal combustion (10%), vehicle exhaust (9.6%), oil combustion (9.4%), incinerator (6.3%), sea-salt (6.3%) 순으로 나타났다. 그리고 정왕동 주거지역에서의 오염원 기여도는 secondary aerosol이 가장 큰 31%로 황산염 17%와 질산염 14%로 구성되어 있으며 soil dust와 road dust가 각각 14%와 20%로 비교적 크게 나타났고, vehicle exhaust, oil combustion, coal combustion, incinerator, sea-salt의 기여도는 각각 8.4%, 7.7%, 6.7%, 6.6%, 6.2%인 것으로 나타났다.

MCA(Monte Carlo Analysis)를 이용하여 연구대상지역의 독성금속으로 인한 발암 위해도를 95% UCL(upper confidence limit) 농도를 기준으로 평가한 결과, 주로 사용되는 95 백분위 발암 위해도는 시화산단 지역에서 남녀에 대해 각각 2.43×10-5과 2.24×10-5으로 허용기준치를 10-5으로 할 경우 남녀에 대해 각각 기준치의 2.4배와 2.2배로 나타났다. 또한 이 지역에서의 발암 위해도는 10-5의 허용기준치를 초과할 확률이 남녀 각각 27%와 24%로 나타났다. 반월산단지역의 경우 95 백분위 발암 위해도는 남녀에 대해 각각 1.14×10-5과 1.04×10-5으로 허용기준치를 10-5으로 할 경우 남녀에 대해 각각 기준치의 약 1.1배로 나타났다. 또한 반월산단 지역에서 발암 위해도는 10-5의 허용기준치를 초과할 확률이 남녀 각각 7%와 6%로 나타났다. 정왕동 주거지역의 경우 95 백분위 발암 위해도는 남녀에 대해 각각 7.84×10-6과 7.03×10-6으로 허용기준치를 10-5으로 할 경우 남녀 모두에 대해 기준치보다 작은 것으로 나타났다. 본 연구 지역에서 As과 Cr(6)으로 인한 발암 위해도는 총 발암 위해도의 약 90%를 차지하는 것으로 조사되어 특히, As과 Cr(6)에 대한 관리가 요청된다.
drew.gif연구결과의 활용계획
CCT-ICP-MS를 이용한 시화·반월 지역의 대기중 미세먼지의 특성 조사, 수용모델링을 통한 미세먼지의 오염원 확인과 정량적인 기여도 평가, Monte Carlo 분석을 이용한, 미세먼지가 인체에 미치는 발암 위해도의 확률론적 평가라는 내용의 본 연구는 인체에 치명적인 위해성을 주는 미세먼지의 주요 배출원의 규명 및 저감, 공장 종사자와 지역주민의 대기오염으로 인한 피해를 저감하는데 기초 자료로써의 적극적인 활용이 우선 기대된다. 그리고 수용모델링 및 확률론적 위해도 평가를 통하여 주민의 대기오염에 대한 인식의 편이성을 제고하며 한편, 본 연구는 CCT-ICP-MS를 이용한 대기분진분석의 표준화연구와 수용모델링 및 확률론적 위해도 평가를 통한 환경평가 및 관리 기술의 발전에도 기여할 것이다.