<1 주차 > Chap. 1 대기오염의영향과오염원 1.1 서론 - 대기오염의원인자연적 : 산불, 식물의분해. 먼지및모래바람, 화산폭발인위적 : 화석연료의연소시생성 ( 연료중의불순물, 부적절한공기연료비, 부적절한연소온도등 ) CO, SOx, NOx, HC, 분진 자정능력 (self-purification capacity) 환경용량 (environmental capacity) : 자연환경이스스로정화하여생활환경의질적수준을일정하게유지하고자원을재생산할수있는능력 1.2 대기오염의역사 - 세계적으로유명한대기오염사건 Meuse Valley (belgium) 1930 년 12 월 Donora( 미 ) 1948 년 10 월 London( 영 ) 1952 년 12 월 Los Angeles( 미 ) 1954 년이후 Poza Rica(Mexico) 1950 년 11 월 요꾸하마 ( 일본 ) 1946 년겨울 환경 분지무풍상태기온역전연무발생공장지대철공장 3 금속공장 3 유리공장 4 아연공장 3 분지무풍상태기온역전연무발생공장지대철공장전선공장아연공장황산공장 하천평지무풍상태기온역전연무발생습도 90% 인구조밀차가운취기가있는 smog 해안분지, 1 년을통해해안성안개와기온역전이거의매일같이발생, 백색연무발생, 급격한인구증가, 자동차수, 석유계연료소비증가 공장조작의사고로대량의황화수소가스가마을로누출, 기온역전 무풍상태농연무발생 ( 밤과이른아침 ) 공업지대 피해 평상시사망수의 10 배 60 명사망자의전연령층의급성호흡기자극성환자발생. 해수, 호흡곤란이주증상, 가축, 새, 식물도치사적피해, 사망자는만성심폐증환을갖고있는사람들 인구 14,000 명중중즌 11% 중등증 17% 경증 15% 의전연령층에자극증상발생, 18 명사망, 특히만성심폐질환자, 해수, 호흡곤란, 흉부흡착감이주호소 3 주간 4,000 명의과잉사망. 그후 2 개월에 8000 명과잉사망, 전연령층에심폐성의질환다발, 입원환자격증, 특히 45 세이상은중증, 사망자는만성기관지염, 천식기간확장증, 폐섬유증이었던사람 눈, 코, 기도, 폐등점막의지속적반복성자극, 일상생활의불쾌감 ( 전시민 ), 가축, 식물과실의손해, 고무제품, 건축물의손해 22,600 명중 320 명이급성중독에걸려 22 명사망. 해수, 호흡곤란. 점막자극등주로호소 미곡진주군및가족연무발생시심한천식발생 ( 전년에기관지염을경험한자 ) 병인 공장이황산가스, 황산 mist, 불소화합물, 일산화탄소, 미세한입자등금속, 아연, 유리, 제철공장 공장특히아황산가스및화안미세입자혼합 SO 2 0.32 0.39 ppm 제철, 황산공장, 아연정련소 석탄연소시의특히아황산가스 60% 는가정의난로에서기타공장발전소에서미립 arosol 분진등 SO 2 최고 (TSP 1.7mg/m 3, SO 2 0.7ppm) 자동차배기등석유계연료에유래하는 CO, SO 2, SO 3, NO 2, O 3, aldehyde, formaldehyde, Nitrolefin 등 공장에서배출원황화수소가스 불명공업대기오염물질로추측 인도보팔에서살충제원료인 methyl isocyanate(ch 3 N=C=O) 유출사건, 심한기
침, 호흡곤란증상자극성냄새무색액체, bp 39 욧카이치 ( 四日市 ) 천식사건 : 1956년부터지정된일본종합석유공업단지인四日市에서 1961년부터천식환자의이상증가, 각종공장, TiO 2 공장, 인산비료공장등에서발생되는 SO 2, 황산 mist, 인광석먼지가원인, 천식증상, 인후두염, 기관지염발병률증가 스모그특성 London Smog(1952 년 12 월 ) Los Angeles Smog(1954 년이후 ) 매연 + 안개의결합황산미스트형성 HC, NOx + 자외선의결합광화학옥시단트형성 주오염원 SO 2, 부유먼지탄화수소, NOx, O 3, PAN 발생시기온과습도 30 40 (0 5 ), 85% 이상 75 90 (24 32 ), 70% 이하 발생시간 아침일찍바람이없는경우 낮시간때 3m s이하의바람 계절겨울여름 ~ 겨울 역전종류복사역전침강성역전 ( 하강형 ) 화학반응환원산화 시정거리 100m 이하 1.6 0.8 km 이하 피해 호흡기자극, 만성기관지염, 폐염, 심장질환등 눈, 코, 기도의점막자극, 시정악화, 고무제품손상, 건축물손상 특성후진국형선진국형 1.3 대기오염문제의보편적특성 - ( 인구의급속한증가 1900년 17억, 1993년 56억, 2009년 1월 68억, 2013년 1월 71억, 2015년 5월 73억 ) 인구의도시집중문제대부분의선진국에서토지의 1% 인도심에전체인구의 2/3가거주 - GDP의증가 ( 산업의발달 ), 생활수준의향상과에너지소비량의증가관계 - 대기오염의합리적인제어를위한기본개념대기는공공의영역이다.
대기오염은현대사회의피할수없는부산물공공정책의수립에과학적지식의적용이필수적이다. 대기오염을줄이기위해다른부분의오염증가는곤란 1.4 대기오염의정의 한가지혹은그이상의오염물질이실내혹은실외의대기에서인간이나식물, 동물및재산에위해를줄만큼충분한양이충분한시간동안지속되며, 생활이나재산의향유및업무의수행을부당하게침해하는현상 대기오염물질 : 먼지, 훈연, 연무, 매연, 분진, 증기 ( 수증기제외 ), 기체상물질, 악취물질및이들의결합물 (CO 2 와수증기는제외 ) - 건조한대기의화학적구성 - 대기오염물농도의표현 ppm(parts per million) pphm(part per hundred million) ppb(part per billion) ppm 과μg / m3의관계
( ) 25, 1atm 에서, P/RT = 1/24.5 m 3 /kmol 이므로 분자량 (ex1-1) (ex1-2) (ex1-3)
보충자료 1. 표준접두어 배수접두어기호보기배수접두어기호보기 10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 3 10 2 10 1 10 0 exa peta tera giga mega kilo hecto deka 기준 E P T G M k h da 10 18 g = 1Eg 10 15 g = 1Pg 10 12 g = 1Tg 10 9 g = 1Gg 10 6 g = 1Mg 10 3 g = 1kg 10 2 g = 1hg 10 1 g = 1dag 1g = 1g 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 deci centi milli micro nano pico femto atto d c m μ n p f a 10-1 g = 1dg 10-2 g = 1cg 10-3 g = 1mg 10-6 g = 1μg 10-9 g = 1ng 10-12 g = 1pg 10-15 g = 1fg 10 1 g = 1dag 2. 아보가드로법칙 ( 이상기체의법칙 ) 온도, 압력이일정할때 ( 모든 ) 기체의부피는분자수 ( 몰수 ) 에비례한다. 0, 1atm에서모든기체 1mol=22.4L=22400cm 3 3. 농도의표현분율 (fraction), %, ppm, pphm, ppb
4. 보충문제 1) 프로판가스 400kg으로만든 LPG를기화시켜얻어지는기체연료의표준상태에서체적 [Sm 3 ] 은? 2) 어떤공장의 SO 2 농도 400 ppm이다. 이공장의시간당배출가스량 80m 3 이라면일일배출되는 SO 2 질량 [kg] 은? ( 표준상태기준 ) 3) 표준상태에서 SO 2 농도가 50 mg/m 3 이라면 80, 0.9 atm에서의농도 [mg/m 3, ppm] 는? 4) 120, 1.2 atm 에서 SO 2 농도 250 ppm 이다. 표준상태에서는몇 ppm 인가?
- 대기오염물의일반적분류입자상물질가스상물질 1차오염물질 (primary pollutants) : 발생원에서직접대기로배출되는오염물 2차오염물 (secondary pollutants) : 1차오염물이대기중에서화학반응을일으켜생성된물질 1.5 입자상물질 - 대기중의분진 ; 0.001~500μm ( 성인모발굵기 : 50-150 μm ) 대부분 0.1~10μm 0.1μm이하는분자와비슷한거동 ( 브라운운동 ) 1-20μm 주위가스의운동에따라이동 20μm 이상의분진은침강속도가큼 초미세입자 : 직경 2.5μm이하 (PM2.5) 미세먼지 : 직경 10μm이하 (PM10) - 입자상물질의분류 1 dust( 먼지 ) 입경 1μm 이상고체입자분쇄, 폭파등물리적인힘에의해생성자체간의정전기력에의하지않고서는응집하지않음 2 fume( 훈연 ) 승화, 휘발, 연소또는화학반응등으로생성된기체가응축할때형성되는고체입자입경 0.03-0.3μm 3 mist( 연무 ) 1μm 전후의액체입자가공기중에부유하고있는상태시정거리 1km이상 4 smoke( 매연 )
공장주변의대표적오염물질연료의불완전연소시생성되는검은색탄소입자크기 0.01-1μm 5 fog ( 안개 ) 아주미세한물방울이공기중에떠있는현상시정수평거리 1km이하습도가 100% 에가깝다. 6 haze ( 薄霧 ) 1μm 이하인다수의건조입자가대기중에떠있는현상시계를악화시킴 7 soot( 검댕 ) tar에젖은탄소입자가뭉친것. 탄소화합물의불완전연소시생성 Tar : 석탄이나목재를건류할때얻어지는기름모양의검은액체 8 particulate ( 분진 ) 미세한독립상태의고체혹은액체알갱이도심의 rush hour에많이발생 9 aerosol ( 연무질 ) 공기가분산매인 colloid ( 원래정의 ) 공기중에미세한고체혹은액체입자가분산된것. 입자가미세하고가벼워서침강하기어려우며장기간공중에비산, 부유하고있는입자의총칭
1.5.A 입자상물질의측정 - 침강먼지측정기 : 일정시간동안 ( 보통 1달 ) 뚜껑이없는통을대기중에두어침강먼지포집, kg/m 2 day - 총부유분진 (total suspended Particulate, TSP) : high volume air sampler 사용, μg /m 3, 25-50μm이하의공기역학적직경측정, 인간의호흡기에영향을미치는입자보다는큰입경의분진측정 - PM 10 : 10μm이하의분진 ( 호흡에의한폐에서분진의침적현상나타남으로중요한의미를가짐 ) (particulate matter under 10 μm, 미세먼지 ) - PM2.5( 초미세먼지 )- 2015년부터대기환경기준으로시행, 머리카락직경의 1/20 정도의크기
PM10/PM2.5 측정기
공기역학적직경 (aerodynamic diameter) : 정지공기에서어떤입자와같은종말침강속도를가지는밀도 1g/cm 3 의구의직경, 분진채취기에의해포집한분진은입자의중력과관성력으로부터측정한값이므로공기역학적직경이다. 유사한공기역학적직경을가진입자는중력이나관성력하에서유사한거동을가짐 (ex) 10μm, 1g/cm 3 의밀도를가진입자는 5μm, 4g/cm 3 의밀도를가진입자와같은공기역학적직경을가짐 그림 1-3 호흡에서입자크기에따른폐에서의침적율 alveolar : 폐포의 10μm이하부터폐에침적되기시작입으로호흡-2.5μm에서 50% 침적
0.2-0.4 μm : 침적량최소 ( 관성력, 브라운운동약함 ) 0.2μm이하는브라운운동에의한확산력증가-침적량증가코가공기정화장치역할 2013-11-26 조선일보
대기오염및연습참고자료 1. 대기오염제어, 이상권외 9명공역, 도서출판동화기술, 2009년원저 : AIR POLLUTION ITS ORIGIN AND CONTROL, Kenneth Wark, Cecil F. Warner, Wayne T. Davis, Prentice Hall, INC, 2004 2. 대기오염방지공학, 김동술, 김태오공역, 도서출판동화기술, 2003년원저 : Air pollution Control : A Design Approach, C. David Cooper, F. C. Alley, 2-nd Edition, Waveland Press, Inc. 1994년 3. 2013 대기환경기사. 산업기사, 이승원, 성안당, 2013 년 4. 대기오염측정분석학, 박기학, 손종열공저, 형설출판사, 2000 년 5. Air Pollution Engineering Manual, 2-nd Edition, US. EPA 6. Handbook of Air Pollution Technology, Edited by Seymour Calvert and Harold M. Englund, John Wiley & Sons, 1984 7. 대기오염제어공학, 이규성외 5 인공저, 형설출판사, 2000 년 8. 최신대기오염방지기술, 김종석외 11 인공저, 동화기술, 2000 년 9. 대기오염과방지기술, 동종인, 신광출판사, 2000 년