Source characteristics and health risk assessment of PAHs and n-Alkanes in PM2.5 at Ulaanbaatar, Mongolia

Abstract

The present study examined the main emission sources and health risk based on the seasonal distribution of carbonaceous aerosols in Ulaanbaatar, Mongolia. PM2.5 samples were collected at ‘National Agency of Meteorological and Environment Monitoring of Mongolia (NAMEM)’, a downtown area of Ulaanbaatar, and ‘Bayankhoshuu’ (Bkh), a residential area with a cluster of the traditional Mongolian residential form. The data collection was conducted from mid-November 2017 to early November 2018, respectively. Organic carbon (OC), elemental carbon (EC) and three types of organic compounds (PAHs, n-alkanes, and anhydrosugars) were analyzed using the OC/EC analysis system and gaschromatography/mass spectrometry, respectively. OC, EC and PAHs, n-alkanes, and anhydroxugars showed a similar seasonal distribution over a one-year period, and their highest concentrations were measured in the residential area, Bkh, during winter. Using the diagnostic parameters among the organic compounds originated from combustion, the results showed that the main source of emissions in winter was coal combustion for heating. In addition, TEQ, MEQ, and LLCR were calculated based on PAHs results, showing similar seasonal and spatial distributions to the total PAH concentration. The annual average LLCRs exceeded the maximum cancer risk levels of US-EPA and European Commission by more than 5 times and 7 times, respectively, at both NAMEM and Bkh. Therefore, it was assumed that the air pollution issue in the residential area with the Ger cluster was more serious than in the urban area, and that coal combustion in winter was a major factor to increase the carbon aerosol concentration and human health risks.;본 연구에서는 몽골 울란바타르 대기 중 PM2.5 내 탄소성 에어로졸의 계절별 농도 분포를 바탕으로 주요 배출원과 건강 위해성에 대해 파악하고자 하였다. PM2.5시료는 몽골 울란바타르의 도심 지역인 ‘National Agency of Meteorological and Environment Monitoring of Mongolia (NAMEM)’과 몽골의 전통 주거 형태로 알려져 있는 ‘게르(Ger)’가 밀집해있는 주거 지역인 ‘Bayankhoshuu(Bkh)’ 에서 2017년 11월 중순부터 2018년 11월 초까지 1년에 걸쳐서 계절별로 각각 14일씩 채취되었다. 채취한 시료는 OC/EC 분석기와 가스크로마토그래피/질량분석기를 사용해 유기성 탄소 (Organic carbon, OC)와 원소성 탄소 (Elemental carbon, EC) 그리고 화학 연료 연소기원의 세 종류의 유기성분들 (PAHs, n-alkanes, anhydrosugars) 을 각각 14종, 14종, 2종씩 분석하였다. OC, EC 및 PAHs, n-alkanes, 그리고 anhydrosugars 는 전반적으로 비슷한 계절적 분포를 보였으며 난방 기간인 겨울철에 주거지역인 Bkh에서 가장 높은 농도가 측정되었다. 연소 기원 유기성분들 간의 진단 매개 변수를 활용한 결과, 겨울철 주요 배출원은 난방을 목적으로 하는 석탄 연소임을 추정할 수 있었다. 또한, PAHs의 결과를 기준으로 TEQ와 MEQ, 그리고 LLCR을 산출한 결과, 총 PAHs 농도와 비슷한 계절적, 공간적 분포를 띄었으며 연평균 LLCR은 NAMEM과 Bkh에서 각각 50.8 과 77.9 로 US-EPA와 유럽연합 집행위원회의 최대 암 위험 수준을 각각 5배, 7배 이상 초과하였다. 이를 통해 몽골에서는 주거지역인 게르지역에서의 대기오염이 도심지역보다 더욱 심각한 수준임을 확인하였고, 겨울철 석탄 연소가 탄소에어로졸의 농도 및 인체 위해성을 증가시키는 주요 요인임을 확인하였다.