Abstract
The purposes of this study are to investigate the concentration levels of fine particles, so called PM$_{2.5}$, to identify the affecting sources, and to estimate quantitatively the source contributions of PM$_{2.5}$. Ambient air sampling was seasonally carried out at two sites in Pohang(a residential and an industrial area) during the period of March to December 2003. PM$_{2.5}$ samples were collected by high volume air samplers with a PM$_{10}$ Inlet and an impactor for particle size segregation, and then determined by gravimetric method. The chemical species associated with PM$_{2.5}$ were analyzed by inductively coupled plasma spectrophotometery(ICP) and ion chromatography(IC). The results showed that the most significant season for PM$_{2.5}$ mass concentrations appeared to be spring, followed by winter, fall, and summer. The annual mean concentrations of PM$_{2.5}$ were 36.6 $\mu$g/m$^3$ in the industrial and 30.6 $\mu$g/m$^3$ in the residential area, respectively. The major components associated with PM$_{2.5}$ were the secondary aerosols such as nitrates and sulfates, which were respectively 4.2 and 8.6 $\mu$g/m$^3$ in the industrial area and 3.7 and 6.9 $\mu$g/m$^3$ in the residential area. The concentrations of chemical component in relation to natural emission sources such as Al, Ca, Mg, K were generally higher at both sampling sites than other sources. However, the concentrations of Fe, Mn, Cr in the industrial area were higher than those in the residential area. Based on the principal component analysis and stepwise multiple linear regression analysis for both areas, it was found that soil/road dust and secondary aerosols are the most significant factors affecting the variations of PM$_{2.5}$ in the ambient air of Pohang. The source apportionments of PM$_{2.5}$ were conducted by chemical mass balance(CMB) modeling. The contributions of PM$_{2.5}$ emission sources were estimated using the CMB8.0 receptor model, resulting that soil/road dust was the major contributor to PM$_{2.5}$, followed by secondary aerosols, vehicle emissions, marine aerosols, metallurgy industry. Finally, the application and its limitations of chemical mass balance modeling for PM$_{2.5}$ was discussed.
본 연구는 포항지역 대기 중 PM$_{2.5}$의 물리 화학적 성분들의 농도분포특성을 파악하여 PM$_{2.5}$에 대한 배출원 기여도를 정량적으로 추정하고 PM$_{2.5}$농도 변동에 영향을 미치는 배출원을 알아보고자 하였다. 시료채취지점은 포항지역 내의 대조적인 두 지점인 공업지역과 주거지역에서 각 1개 지점을 선정하였다. 시료채취는 2003년 3월부터 12월에 걸쳐서 계절별 10$\sim$15일 동안 고용량공기시료채취기를 이용하여 24시간 연속 채취였다. PM$_{2.5}$ 시료에 함유된 화학성분들은 산추출하여 ICP와 이온크로마토그래피로 분석하였다. PM$_{2.5}$의 전체평균은 공업지역이 36.6 $\mu$g/m$^3$, 주거지역에서 30.6 $\mu$g/m$^3$로 나타났다. 계절별로는 두 지점 모두 봄철에 가장 높은 농도를 보이고 있으며 다음으로 겨울철, 가을철, 여름철의 순으로 나타났다. 두 측정지점에서 PM$_{2.5}$ 중 가장 많이 함유된 화학성분들은 이차생성입자를 형성하는 성분인 NO$_3^-$, SO$_4^{2-}$으로 나타났으며 각각의 농도는 공업지역에서 4.2 및 8.6 $\mu$g/m$^3$, 주거지역에서 3.7 및 6.9 $\mu$g/m$^3$로 나타났다. 반면, 공업지역에서는 Fe, Mn, Cr 등의 금속성분 농도가 주거지역에 비해 상당히 높게 나타나 공업지역이 철강산업의 영향을 반영하고 있는 것으로 추측된다. 포항지역 대기 중 PM$_{2.5}$의 농도 변동에 미치는 주요 영향인자를 파악하기 위하여 주성분 분석 및 다중회귀분석을 실시한 결과, 공업지역과 주거지역에서 가장 중요한 변수는 도로 비산먼지와 이차생성입자인 것으로 나타났으며, 이들 변수의 변동이 전체 PM$_{2.5}$ 농도변동에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한 포항지역 PM$_{2.5}$에 대한 주요 발생원의 기여도를 평가하기 위하여 CMB 모델링을 수행한 결과 공업지역의 경우 기여도가 큰 발생원은 토사 및 도로상의 비산먼지로 나타났고 그 다음으로 이차생성입자, 자동차, 해염입자, 금속산업의 순을 보였으며 주거지역도 이와 유사한 양상을 보였다. 이와 같은 결과를 토대로 국내에서 측정된 먼지시료를 대상으로 CMB 모델링 수행 시 그 적용한계성과 문제점 등을 고찰하였다.
