입자상 다환방향족 탄화수소(pahs)의 건식침적량 특성에 관한 연구

Abstract

Polycyclic aromatic hydrocarbons(다환방향족 탄화수소류; 이하 PAHs)는 여러 가지 오염원에서 배출되어 환경계에서 이동하는 중요한 화합물질 그룹중의 하나이다. 대부분의 PAHs는 발암물질이라고 의심이 가는 물질로써 여러 가지 형태의 배열로 연결되어 있는 두개 혹은 그 이상의 방향족 고리로 구성되어 었다. PAHs의 대기에서의 침적은 가스상과 입자상 물질의 비나 눈에 의한 제거, 입자상 물질의 건식침적 및 가스상 물질의 대기-수체간 교환에 의하여 이루어진다. 1980년 중반부터 이와 같은 반휘발성 유기화합물(semivolatile organic compounds; 이하 SOCs)의 대기침적이 미국의 5대호에 큰 영향을 미치는 것으로 인식되어 오고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 SOCs 중의 하나인 PAHs의 건식침적 특성을 파악하기 위하여 1999년 4월부터 8월까지 서울시 서대문구 대현동에 위치한 이화여자대학교 아산공학관 옥상에서 시료를 채취하였다. 건식 침적판을 사용하여 입자상 PAHs의 건식침적량을 측정하였고, 대기중 PAHs의 입경농도 분포는 cascade impactor와 CPRI를 사용하여 측정함으로써 입경 0.1-100 ㎛ 사이의 입경 분포를 파악하였고 측정은 동시에 이루어졌다. PAHs의 건식 침적 속도는 그래프에 의한 방법과 계산에 의한 방법을 통해서 구하였고 PAHs의 분자량별 분류를 통하여 분자량 그룹별 대표건식침적 속도를 구하였다. 입자상 건식침적 속도를 추정하는 모델 중 Sehmel-Hodgson model을 검증하기 위하여 이 모델을 통하여 계산된 건식침적 속도와 측정된 입경분포를 사용하여 PAHs의 건식침적량을 추정하고 직접 측정된 건식침적량을 비교하여 적합성을 알아보았다. 결론적으로, 서울시 대기중 총 입자상 PAHs의 농도는 90.38 ng/㎥으로 미세입자가 거대 입자에 비해 약 6배의 높은 값을 나타내었다(각각 77.37 ng/㎥, 13.52 ng/㎥). 입경별 농도 분포를 측정한 결과 저분자량 화합물일수록 mode 2에 치우쳐져 있고 고분자량 화합물일수록 mode 1에 편중되어 있어, 고분자량 화합물이 상대적으로 저분자량 화합물에 비하여 입경 size가 작은 것으로 관측되었다. 총 PAHs의 입자상 건식 침적량은 24.5±13.6 μg/㎡/day로 phenanthrene이 가장 높은 침적량을 나타내었으며, 건식 침적 속도는 계산에 의한 방법에 의해서 3.37±1.84 cm/sec, 그래프에 의한 방법에 의해서 0.26±0.06 cm/sec로 추정되었다. Sehmel-Hogdson model에 의해 추정된 예측값에 대한 건식 침적량 측정값의 비는 평균 0.86이었다. 예측된 건식 침적량은 거대 입자의 빠른 건식 침적 속도 때문에 거대 입자의 농도 분포에 민감하게 변화하며, 상대적으로 미세 입자의 농도에는 크게 영향을 받지 않았다. Key word: 건식침적량, 입경별 농도 분포, PAHs, 건식 침적 속도 추정 모델 ; Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are an important group of compounds which are emitted from various sources and transported in the environment. Many PAHs are suspected carcinogens. PAHs consist of two or more fused aromatic rings interlinked in various arrangements. Aerial fluxes of PAHs occur by rain and snow scavenging of vapors and particles, by dry deposition of particles, and by vapor exchange across the air-water interface. Since the mid-1980s the impact of atmospheric deposition of semivolatile organic compounds (SOCs) to the Great Lakes has been recognized as being large. A sampling program was carried out between April and August 1999 at Asan Engineering Building in Seoul, Korea. Concurrent dry deposition and ambient air samples of particulate PAHs were collected using dry deposition plates, a cascade impactor, and a coarse particle rotary impactor (CPRI). Dry deposition velocities of total particulate PAHs and grouped PAHs by the range of molecular weight were obtained by calculation and graphical methods. To evaluate the Sehmel-Hodgson model used in predicting dry deposition velocity of particulate PAHs, dry deposition fluxes of PAHs were estimated by multiplying the ambient concentration and dry deposition velocity and compared to measured ones. The average total particulate PAHs concentration was 90.38 ng/㎥. The average fine and coarse particle PAHs concentrations were measured with cascade impactor and CPRI, and were 77.37 ng/㎥ and 13.52 ng/㎥, respectively. Mostly the concentration of low molecular compounds of PAHs exists in mode 2 while impactor and CPRI, and were 77.37 ng/㎥ and 13.52 ng/㎥, respectively. Mostly the concentration of low molecular compounds of PAHs exists in mode 2 while the one of high molecular compound does in mode 1. This result indicates that the particle diameter of low molecular compounds are smaller than the one of high molecular compounds. Total particulate PAHs dry depositon flux was 24.5±3.6 ㎍/㎡/day and phenanthrene had the highest dry deposition flux. The dry deposition velocites estimated using calculation and graphical methods were 3.37±1.84 cm/sec and 0.26 cm/sec, respectively. The ratio of measured flux to estimated flux using Sehmel-Hogdson model was 0.86. The variation in the concentration of coarse particle affects the predicted dry deposition flux because of high dry deposition velocity.