사업성과

미세먼지 관측을 통한 제주지역의 오염원 추정

구분 : 조사연구 연구책임자 : 허철구 소속 : 제주대학교
연구기간 : 2015. 04. 16. ~ 2015. 12. 31. (8.5개월) 연구비 : 50 연구년도 : 2015

연구목적

 

동북아시아의 중심에 위치한 제주도는 지정학적 위치로 인해 인근 한반도와 중국 및 일본 그리고 남태평양에서 유입되고 있는 월경오염물질의 영향을 크게 받고 있는 실정임

최근 중국 동해연안에서의 대규모 폭발에 의해 유출된 유해화학물질의 한반도 유입에 대한 우려가 제기되고 있으며, 이에 대한 대비도 소흘히 할 수 없는 실정임

게다가 서울과 경기 지역 뿐 아니라 전국적으로 빈번하게 나타나는 고농도 미세먼지 발생 현상으로 인한 건강에의 악영향 그리고 황사와 같은 장거리 수송되는 먼지를 통한 미생물 등의 동반 유입에 대한 우려도 제기되고 있음

그동안 우리나라에서는 대기 내 입자상 물질에 대한 연구가 주로 대도시 또는 배경지역을 대상으로 많이 이루어져 왔으며, 우리나라의 청정한 지역으로 알려진 제주도에서는 서쪽 해안가에서 배경농도 및 장거리 수송을 해석하기 위한 연구가 이루어져 왔음

최근 제주지역은 관광객이 급증하고 있을 뿐 아니라 인구의 제주시로의 집중화가 심화되고 있으므로 인해 제주시 지역의 자동차 왕래의 증가가 교통 혼잡 등으로 나타나고 있어 과거와는 달리 제주시 도심지역, 즉 생활주변 대기질에 대한 대기오염 관리가 더욱 중요해져 가고 있는 실정임

이러한 상황임에도 불구하고 제주도에서는 도심지역내에서는 환경기준설정항목에 대한 모니터링을 제외하면 특정한 오염물질이나 특정 주제를 파악하기 위한 목적의 지속적이고 일관된 연구가 이루어지 않고 있으며, 더욱이 제주도 자체의 오염물질 발생 특성에 대한 정량적인 평가도 거의 이루어지 않고 있는 실정임

이처럼 지역 내의 배출원 특성과 특정 오염물질의 대기 변동특성에 대한 조사가 미흡하므로 인해 제주지역에서는 우려되는 대기오염의 원인을 모두 외부의 탓으로 돌리고 있는 실정임

이에 본 연구에서는 제주도에서 도시화가 급속히 진행되고 있는 제주시의 도심지역을 중심으로 생활 주변 대기 중 미세먼지를 관측하고, 그것의 화학적 성분을 분석하고, 그러한 화학적 조성에 대한 분석 결과를 바탕으로 각종 과학적 해석기법들을 이용하여 제주시 지역의 미세먼지 발생원과 그 기여율을 추정하고자 함

또한 에어로졸 관측에 의한 생물기원 물질을 파악하여(바이오에어로졸) 미세먼지의 발생원 추정에 간접적으로 활용하는 시도를 하고자 함

이를 위해 본 연구에서는 제주시 연동에 위치하고 있는 대기질자동측정망과 같은 지점에서 미세먼지(PM10 그리고 PM2.5)를 관측하고 이들의 성분들을 분석하였음

바이오에어로졸을 채취하여 분석하고 그 결과의 해석을 통해 지역 내 대기 입자의 기원을 평가하는데 활용하고자 함

 

주요연구내용

 

관측지점 및 분석 대상물질의 선정

측정지점: 제주시 연동 대기오염자동측정소 및 제주대학교(해양과학대학) 옥상 그리고 대조지역으로 한라산 1100m 고지(여름철과 겨울철)

측정 항목: PM10 PM2.5 그리고 바이오 에어로졸

측정기간: 매월 2주 동안 5-6회 정도 시료채취 (, 바이오에어로졸: 여름, 겨울)

PM10PM2.5에 대한 농도 및 화학 성분 분석

질량농도 분석: 매월 분석

수용성 성분 분석: 매월 분석

미량금속원소분석: 원칙적으로 봄철(4~5), 여름철(7~8), 가을철(10~11), 겨울철(1~2)에 대해서 분석 실시

Carbon (EC and OC): PM2.5에 한하여 계절별 분석할 계획이며 필요시 봄철(5), 여름철(8), 가을철(10), 겨울철(1)에 대해서 계획

바이오에어로졸의 분석

DNA 추출 및 증폭

DGGE 해석

분석 데이터 해석

1차 연구년에는 조사, 분석을 통한 자료의 확보에 집중하였음

- 질량 농도 및 조성별 농도 변동 분석

- 조성특성에 관한 분석

연구결과

 

본 연구의 행정 절차가 2015415일에 시작된 관계로 시료의 채취는 5월부터 시작되었으며, 현재 5월부터 12월까지 미세먼지 시료는 채취가 완료된 상태임

본 연구에서는 제주시 연동 대기오염자동측정소 매월 2주간의 기간 동안에 sequential sampler2대를 이용하여 PM10PM2.5를 동시에 채취하고 있음

bioaerosol의 채취와 분석은 제주대학교 해양과학대학 옥상에서 채취하였으며, bioaerosol은 여름철과 겨울철에 각각 4일씩 채취하며 채취시간 6시간 동안이며, bioaerosol 시료의 분석은 일본의 토야마 대학에서 실시함

수용성 이온성분 중 2차 에어로졸 성분들(SO42-, NH4+, NO3-)이 전체 이온질량에서 차지하는 비율이 PM10에서는 85%, PM2.5에서는 94.5%를 나타냈으며, 전체 미세입자 질량에 대한 8가지 이온성분의 점유율은 PM10에서 38.9%, PM2.5에서 42.5% 수준이었다.

NO3-/SO42-의 몰 비에 대한 제주시 도심에서의 결과를 보면 PM10에서는 0.43, PM2.5에서는 평균 0.19 수준으로 도심지역에서 얻어진 측정결과라는 점에서 추후 면밀한 검토가 요구됨

NH4+/nss-SO42- 당량농도 비는 PM10에서는 평균 0.86, PM2.5인 경우 평균 0.94 수준을 보이지만 동일한 시기에 측정된 NH4+NO3- 사이에 유의미한 관련성이 존재하는지 여부를 세밀하게 검토할 필요가 있다고 보임

각 원소 성분들에 대한 PM2.5/PM10 비율을 보면, 주로 자연배출원에 기인하는 것으로 알려진 원소들에서는 PM2.5/PM10의 값이 모두 0.4이하로 낮은 값을 보였고, 인위기원으로 알려진 원소에 대해서는 0.5 이상의 큰 값을 보였다.

제주시 도심지역에서 중량법에 의한 PM10PM2.5 시료를 채취한 기간이 극히 짧은 관계로 PM10PM2.5의 중량농도 및 조성들간의 상관성을 파악하기에는 무리가 있으므로 향후 장기간에 걸친 시료의 채취와 화학적 분석이 꾸준히 실시되어야 할 것이다.

연구결과 활용계획

 

데이터의 활용방법

(1) PM10PM2.5

제주시의 도심지역에서 채취된 PM10PM2.5의 질량농도 및 화학종을 비교하여 제주시 도심지역의 생활주변 대기 중 미세먼지의 조성 특성을 이해할 수 있을 것으로 기대함

제주도에 있어서 미세먼지(PM10PM2.5)의 발생원과 그 기여도를 탐색할 수 있을 자료를 확보하게 됨

제주 자체에서 발생하는 미세입자와 외부에서 유입되는 물질에 의한 기여를 파악할 수 있는 기회가 될 것이며, 특히 PM2.5에 대한 제주시 지역의 자료가 축적되는 계기가 될 것임

(2) Bio-aerosol

한국에서 채취된 바이오에어로졸을 일본의 자료와 비교할 수 있을 것으로 기대됨(2차 년도에는 중국에서의 시료채취를 시도할 예정임)

비교가 가능한 경우에는 향후 장거리 수송의 영향이 염려되는 동아시아 지역에 있어 대기 경유 생물학적 월경오염의 모니터링 체계를 구축하고, 장기적인 실태를 파악할 수 있는 데이터를 제공

제주지역의 오염물질의 외부유입 여부 및 배출원을 규명

향후 대기질 관리 정책 방향의 설정에 중요한 판단기준을 제공

여타 월경오염 연구에 기초 자료로 제공

연구결과 활용실적
연구결과 활용실적 내용

 

 

 

 

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