대기 중 입자상 다환방향족 탄화수소류의 시·공간적 입경별 농도 분포 및 건식 침적량

Abstract

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) consist of two or more fused aromatic rings interlinked in hydrocarbons. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are formed primarily during incomplete combustion of fossil fuels and wood. Major sources of PAHs include residential heating, open burning, coke and aluminum production and motor vehicle exhaust (Finlayon-Pitts and Pitts, 1986). The atmosphere is a major pathway for the transport and deposition of PAHs. The removal rate of semivolatile organic compounds (SOCs) by wet and dry deposition is controlled in part by their distribution between particle and gas phases (Bidleman, 1988). Several PAHs are known to be animal mutagens and/or carcinogens, and are potential humans carcinogens (IARC, 1983). The atmospheric particle size distributions between 0.1 and 100 fm in diameter and their dry deposition fluxes of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) were measured at four sites in the mid-part of Korea to characterize the spatial distribution the PAHs levels and dry deposition. Samples were collected at Inchon, Seoul, Yangsuri, and Yangpyoung between 21 and 25 February, and between 12 and 16 May, 2000. Ambient size distributions were measured with a cascade impactor and a coarse particles rotary impactor. Dry deposition fluxes of particles were measured with dry deposition plates. The total particulate PAHs concentrations are between 22.86 ng/m^(3) and 409.8 ng/m^(3) with an average of 138.9 ng/m^(3). For Inchon and Seoul, small particles (D_(P) ≤ 10 ㎛) contain more PAHs per unit mass concentration than large particles. It has been known that when PAHs compounds emitted in the gaseous phases were condensed into particle phase, PAH compounds were mostly distributed to small particles. Then, the PAHs compounds with high vapor pressures or low molecular weights evaporate and recondense onto the large particles (Allen et at., 1996). Therefore the results suggest Inchon and Seoul have emission sources near the sites. The total particulate PAHs dry deposition fluxes were between 10.00 ㎍/m^(2)/day and 23.69 ㎍/m^(2)/day on winter, and between 4.103 ㎍/m^(2)/day and 8.244 ㎍/m^(2)/day on spring. Both the ambient concentrations and dry deposition fluxes of PAHs in winter are higher than spring due to higher fuel consumption. The ambient concentrations of PAHs in Inchon were the highest followed by Yangpyoung, yangsuri and Seoul. The PAHs concentrations and fluxes of Yansuri and Yanpyoung, rural areas in Korea, are higher than the rural areas in USA. It suggests a serious PAHs pollution level of rural areas in Korea. Based on the PAHs individual compounds' levels and size distributions, it was suggested that Yangpyoung and Yangsuri have local PAHs sources in addition to transport from urban areas. In Seoul and Inchon, diesel vehicles were main emission sources of PAHs but Yangsuri and Yangpoyoung affect from gasoline vehicles as well as diesel those. And since the ambient concentrations of PAHs at both sites were higher than Seoul thus, it is likely that there are rather strong local emission sources of PAHs in Yangsuri and Yanpyoung. Although concentrations of PAHs in large particle mode (D_(P) > 10㎛) are about 10% of total PAHs concentration, dry deposition fluxes of PAHs are 50% to 90% of total dry deposition fluxes. The dry deposition fluxes calculated by Sehmel- Hodgson model are fairly agree with those measured with dry deposition plate.;Polycyclic Aromatic Hydrocarbons(다환방향족 탄화수소류, 이하 PAMs)는 두 개 또는 그 이상의 방향족고리로 연결되어 있는 유기화합물이다. PAHs는 유기물질의 불완전 연소로 생성되고 여러 가지 배출원으로부터 배출된다. 배출원은 주로 자동차, 난방설비, 산업시설, 소각로, 발전소 등에서 사용되는 화석연료의 연소, 또한 쓰레기 및 폐기물들의 불완전 연소, 토양 잔재의 연소가 90%를 차지한다(Hutzinger and Reischl, 1990). PAHs의 대기에서의 제거는 가스상과 입자상 물질의 비나 눈에 의한 제거, 입자 물질의 건식 침적 및 가스상 물질의 대기-수체 간 교환에 의해서 이루어진다(Bildleman, 1988). 미국에서는 1980년 중반부터 대기 오염 물질의 수계로의 침적에 대한 연구를 수행하여 PAHs를 포함한 반휘발성 유기화합물의 대기침적이 5대호의 수질에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다(Hoffet al., 1996). 이에 본 연구에서는 총 입자상 물질과 입자상 PAHs의 시, 공간적인 건식 침적량과 농도 분포 특성을 연구하기 위해서 2000년 2월(2/21-25, 2000)과 5월(5/12-16, 2000) 두 번에 걸쳐 4개의 채취 장소(인천, 서울, 양수리, 양평)에서 측정하였다. 건식 침적량은 부드러운 칼날 모서리를 지닌 건식침적판을 사용하여 측정하였다. 입경 농도 분포는 다단계 충돌채취기를 이용하여 10㎛이하 6개의 입경별 농도를, CPRI를 사용하여 6.5㎛이상 4개의 입경별 농도를 측정하여 0.1㎛-100㎛ 사이의 입경 분포를 파악하였다. 건식 침적 속도 추정 모델인 Sehmel-Hodgson 모델을 통해 얻은 건식 침적속도와 측정 농도값을 곱한 값인 계산된 건식침적량과 측정한 건식침적량 비교하여 모델 적용의 적정성 여부를 알아보았다. PAHs 화합물 중 현재 주목받고 있는 물질인 16가지를 선정하여 정성 분석을 하였는데 naphthalene-d8의 회수율이 50% 미만이었기에 그 중 15개의 화합물만 정량 분석하였다. 시료 채취 장소에 따라 입자상 PAHs의 대기 중 농도는 겨울철에는 108.5∼399.8/㎥, 봄철에는 22.86∼105.0ng/㎥로 나타났다. 입자상 PAHs의 농도 중 입자 직경이 10㎛미만인 입자와 결합하고 비율이 90%이상을 보였다. 또한 단위 입자 질량당 결합하고 있는 PAHs의 질량비를 살펴 입자 직경이 10㎛미만인 입자의 단위 입자 질량당 PAHs의 비율이 거대 입자의 경우보다 최소 3 배에서 최대 100배까지 큰 것을 볼 수 있었다. 서울과 인천지역의 경우 겨울과 봄 각각 입자 직경이 10㎛ 보다 큰 입자영역에 비해 입자 직경이 10㎛미만인 입자영역에 높게 존재하고 있음을 알 수 있었다. 이는 서울과 인천지역에서 PAHs 화합물이 배출되고 있다는 사실을 뒷받침 해주고 있다. PAHs의 건식 침적량은 겨울에는 10.00∼16.1㎍/㎡/day 봄철에는 5.9∼8.5㎍/㎡/day로 나타났다. PAHs의 건식침적량은 인천에서 가장 높게 나타나고 나머지 지역은 비슷한 값을 보이고 있다. 외국의 결과와 비교시 우리나라의 비도심지역의 PAHs의 건식침적량이 미국에 비해 30배 가량 높게 나타나고 있다. 이는 비도심지역의 PAHs 오염도의 심각성을 제시해주고 있다. 입자상 PAHs의 물질별 농도를 계절별, 지역별로 살펴보았다. 가장 높은 농도값을 보인 입자상 PAHs 화합물은 가을철 서울에서의 PHE이였다. 이는 여러 문헌과 일치하는 결과이다. 기존 문헌의 PAHs 농도분포와 비교하였더니 인천과 서울의 경우 디젤엔진 차량의 연소가 주된 배출원임을 유추할 수 있었다. 양수리와 양평의 경우는 서울, 인천과 달리 디젤 차량뿐만 아니라 가솔린 차량에 의한 배출원이 주가 되고 있다. 이는 양수리와 양평은 인천과 서울의 영향을 받으면서도 국부적 배출원의 영향이 있다고 생각된다. 10㎛이상의 거대 입자영역의 입자상 PAHs의 농도가 전체의 약 10% 정도 밖에 되지 않음에도 불구하고 PAHs 건식 침적량의 최소 50%에서 최대 90%를 차지하고 있었다. Sehmel-Hodgson 모델을 통해 계산된 건식 침적량은 측정한 건식 침적량과 비교적 일치하는 값을 보이고 있다. 서울과 인천이 PAHs의 주된 배출원이라고 가정하고 연구를 진행하였으나 서울과 인천의 PAHs 농도와 건식 침적량 모두 다른 지역에 비해 큰 값을 보이지 않았다. 그러므로 서울과 인천이 양수리와 양평에 영향을 미치는 PAHs의 주 배출원이 아닌 것으로 보이고 오히려 국부적 배출원이 있을 것으로 생각한다.