대기오염 물질의 대기중 거동을 이해하고 예측하기 위하여 여러 가지 대기질 모델이 사용되고 있다. 대기질 모델은 물리적인 모델과 수학적인 모델로 나눌 수 있다(U.S. Environmental Protection Agenc, 1986). 물리적인 모델은 풍동, 수조 등을 이용하여 실제 대기오염 시스템을 축소한 모형을 만들어서 대기오염 물질의 농도 분포를 측정하는 모델이다. 물리적 모델은 대기오염을 가시화 할 수 있다는 큰 장점이 있으나 대기의 난류현상을 재현하는데 제약이 있고 대기오염 물질의 중, 장거리 이동을 예측하는 데는 한계가 있다.
지속적인 터널 건설의 증가는 터널 내 대기질 관리에 대한 필요성을 점증시키고 있어 측정 및 모델 모사를 통한 터널 내 대기질 거동에 대한 연구를 수행하였다. 남산1호 터널 입구와 출구의 $CO_2$ 농도차는 250 ppm~400 ppm으로 출구쪽이 높았으며 환기를 안 하는 차량 내부의 농도는 외부에 비해 200 ppm~300 ppm 낮게 측정되었다. 교통량이 적을 시 터널 내 유속은 빨라지며 일정한 농도 구배를 나타내고, 교통량이 증가하면 일정치 않은 농도 구배를 나타내는 것으로 나타났다.
2000년 현재 울산지역에는 대기질 상태를 측정하고 있는 11개의 일반 대기환경 측정망이 있다. 각 측정소별 특징을 살펴보면 개운동, 여천동, 화산리, 원산리 측정소는 공업지역에 위치해 있으며, 상업지역에는 성남동 및 무거동 측정소, 그리고 야음동, 상남리, 신정동, 덕신리 및 대송동 측정소는 주거지역에 위치해 있다. 울산지역에는 1978년도를 시작으로 80년대, 그리고 90년대 중반까지 주로 공업지역을 위주로 대기환경측정망을 배치시켜 왔다. (중략)
급속한 산업 발전과 더불어 산업전반에 걸쳐 환경문제가 심각해지면서 생활의 질적 향상에 따른 쾌적 환경을 추구하기 위해 실내와 작업장 내에 떠 있는 먼지나 유해가스 등의 오염물질로 인한 직업성 질병에 대한 관심이 높아지고 있다 실내ㆍ외를 불문하고 환경오염이 인체 건강 및 위생에 미치는 영향은 오염물에 대한 노출시간에 관계하기 때문에 하루의 대부분의 시간을 실내에서 생활하는 현대인에게 실내 환경의 질은 아주 중요하다. 질의 물리적 특성에 따른 가스상, 입자상의 거동 및 농도분포에 대한 수치 해석적 연구는 매우 미흡한 실정이다. (중략)
본 연구에서는 지상 $PM_{2.5}$ 측정 자료와 일기도 자료, WRF 및 CMAQ 모델을 활용하여 동북아시아 지역의 계절별 $PM_{2.5}$ 거동특성을 분석하였으며, 대기질 모델에 BFM을 적용하여 우리나라 $PM_{2.5}$ 농도에 대한 계절별 국내외 기여도를 평가하였다. 일기도 자료를 기반으로 국내 $PM_{2.5}$ 측정 자료 및 대기질 모사결과를 통해 $PM_{2.5}$의 거동특성을 분석한 결과, 동북아 지역에서의 $PM_{2.5}$는 장거리 수송된 대기오염 물질의 유입 및 대기정체 현상에 기인한 농도의 증가 또는 깨끗한 공기의 유입에 따른 농도의 감소 등의 특징이 계절별 종관기상 특성에 따라 상이하게 나타났다. 대기질 모델에 BFM (Brute-Force Method)을 적용하여 우리나라 6개 집중측정소 지점의 $PM_{2.5}$ 농도에 대한 국내외 기여도 평가를 수행한 결과, 백령도 지역은 낮은 자체 배출량과 동시에 중국으로부터 인접한 지리적 특성으로 인해 국외로부터의 기여가 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 반면, 서울, 울산과 같이 높은 자체 배출량 특성을 나타내는 지역의 경우, $PM_{2.5}$에 대한 국외 기여도는 타 지역에 비해 상대적으로 낮게 나타남과 동시에 계절에 따른 기여도의 표준편차는 상대적으로 높게 나타나는 특징을 보였다. 본 연구는 우리나라를 중심으로 계절별 기상조건 변화에 따른 동북아 지역의 $PM_{2.5}$ 거동특성을 분석하여 국내 대기오염물질 현상에 대한 이해를 증진함과 동시에, 지역 배출특성에 따라 $PM_{2.5}$ 농도에 대한 국내외 기여도는 상이할 수 있음을 알려 향후 대기질 개선 대책 수립시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 국내 서로 다른 지리적 특성을 갖는 지역에서 발생되는 해륙풍에 의한 항만 내 선박 대기오염물질의 항구도시 확산 범위를 규명하고자 하였다. 연구 대상 지역은 서해안(인천항 및 평택·당진항), 다도해 지역(목포항), 남해 및 동해(부산항 및 마산항), 동해 산간 지역(동해·묵호항)으로 선정하였다. 해륙풍 발생과 그로 인한 항만 내 선박에서 기인하는 대기오염물질의 확산 모사를 위하여 비선형(Non-linear) 및 비정상(Unsteady) 거동의 국지 순환풍 모사가 가능한 HOTMAC-RAPTAD 프로그램을 활용하였으며, 모사 기간은 전형적인 여름 날씨인 7월 중순으로 하였다. 그 결과, 해륙풍의 발생 특성과 항만에서 발생되는 대기오염물질의 주변 지역 확산 거동이 지역마다 서로 다르게 나타났는데 연구 대상 항만인 인천항, 목포항, 부산항, 동해·묵호항에서 배출되는 대기오염물질은 항구로부터 각각 27~31km(서울 서쪽 일부 지역), 21~24km(무안 남부), 20~26km(김해 및 양산 인근), 22~25km(태백산맥 능선 지역)까지 영향을 끼치는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 도출된 결과는 향후 효과적인 항만 지역 대기질과 선박 대기오염물질 관리에 있어 매우 중요한 기초 수단으로 활용 가능할 것으로 기대된다.
서울특별시 용산구의 측정망에서 2004년부터 2013년간 관측한 대기질 자료를 중심으로 $SO_2$의 환경거동을 시간적 기준으로 다양한 관점에서 분석하였다. 이와 동시에 관측한 기타 대기오염물질들($PM_{2.5}$, $PM_{10}$, TSP, $CH_4$, CO, NO, $NO_2$, NOx, $O_3$, THC, NMHC)의 농도자료와 기상자료들과의 관계를 해석하는 방식으로 $SO_2$의 거동을 조사하였다. 10년간 측정한 용산구 지역에서 측정한 $SO_2$의 연간 평균농도는 대기환경기준치인 $20nmole\;mole^{-1}$보다 5배 정도 낮은 4.36-5.86(최저-최고) $nmole\;mole^{-1}$ 수준으로 나타났다. 이는 연간 평균농도가 관리기준치를 초과하는 성분들과 뚜렷하게 대조적인 양상을 보였다. 여러 가지 통계적 기법을 적용하여 $SO_2$의 배출량에 영향을 미치는 요인들을 파악하였다. 그리고 용산구에서 측정한 $SO_2$와 기타대기오염물질, 기상자료들의 경향성을 비교해보았다. $SO_2$은 온도 및 기타물질들에 대한 상관성이 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구의 결과에 의하면, $SO_2$은 다른 대기오염물질들에 비해 상대적으로 관리가 잘 이루어지고 있다는 것을 확인할 수 있다.
대기 중의 총부유먼지(total suspended particulate, TSP)를 구성하는 성분들 중 organic carbon (OC), element carbon (EC), 금속성분은 양적으로 중요한 구성인자에 해당한다. 이들을 제외한 나머지 부분은 아직까지 정성 및 정량분석이 취약한 미지 물질(${\Sigma}X$)에 해당한다. 본 연구에서는 서울시 강서 지역에서 2009년 2-12월 기간동안 관측한 자료를 이용하여, TSP의 주요 성분들 간의 관계에 대한 분석을 시도하였다. 이를 통해, TSP의 거동을 다양한 각도에서 해석하기 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다. 전체 연구기간 동안, TSP를 이루는 주요인자로서 미지의 영역이 평균적으로 48.6%를 차지할 정도로 더 지배적이란 것을 확인하였다. 그리고 TSP에 대한 그 구성 성분들간의 관계를 검토하였을 때, 미지 물질들은 이온성분들과 밀접한 연관성을 보일뿐 아니라 TSP의 함량과 정비례 관계임을 확인하였다. 반면, 양자를 TSP의 농도로 표준화(normalization)를 하였을 경우, 뚜렷한 반비례 관계에(강한 역상관성)이 두드러지게 나타났다. 이러한 현상은 ${\Sigma}X$가 이온성분과는 달리 수용성이 떨어지는 특성을 지닌 것을 반영한 것으로 사료된다. TSP의 거동을 보다 체계적으로 이해하고 이를 도시 대기질 관리에 적용하기 위해서는, ${\Sigma}X$의 조성이나 거동을 명확하게 규정하기 위한 여러 가지 연구가 필요하다.
사용후 핵연료 저장구조재의 구조적 안정성자 관련해서, 감마선 조사 생성물로 알려져 있는 $H_2O$$_2$를 전해질에 주입시키었을 때, $H_2O$$_2$가 저장구조재인 304L스텐리스강의 부식거동에 어떤 영향을 미치는가를 조사하였다. 실험결과, $H_2O$$_2$는 304L 스텐리스강의 부식전위를 상승시키고 Pitting 전위를 감소시킴으로써 부동태 영역을 줄이고 pitting 저항성을 감소시키는 것으로 나타났다. 이는 감마선 조사에 의한 부식 거동 변화와 유사한 결과라고 볼 수 있으며, 또한 산소농도증가에 의한 부식거동 변화와 유사한 결과로 해석되었다. 재부동태형성전위가 $H_2O$$_2$의 존재로 증가하는데, 이로써 응력부식균열임계전위는 약간 상승할 것으로 추론되었다. 그러나, $H_2O$$_2$ 농도가 6.3$\times$$10^{-6}$M 이하로 떨어질 경우, $H_2O$$_2$는 부식거동에 영향을 주지 못했다. 이는 대기압상태에서 용존된 $O_2$환원반응속도에 비해 $H_2O$$_2$환원반응속도가 작기 때문이라고 해석되었다. 중성용액보다 산성 및 염기성 용액에서, $H_2O$$_2$가 부식거동에 미치는 영향이 작아졌는데, 이는 산성용액에서는 높은 H$^{+}$ 농도 때문에, 염기성용액에서는 le Chatelier의 원칙 때문인 것으로 해석되었다.
NASICON 전해질을 이용하여 대기환경 측정용의 SOx센서를 개발하였다. 다음 형태의 $Na_{2}SiO_{3}(Pt)$ 기준전극을 사용한 갈바니 셀을 조립하였다. Pt | $Na_{2}SiO_{3}$ | NASICON | $Na_{2}SO_{4}$ | Pt, $SO_{2}$, air $SO_{2}$ 와 NASICON의 반응을 피하기 위해 $Na_{2}SO_{4}(Pt)$를 지시전극으로 사용하였으며, $400{\sim}550^{\circ}C$ 범위에서 $5{\sim}95ppm$ 농도의 $SO_{2}$ 가스를 주입하고 나서 EMF를 측정하였다. $500^{\circ}C$ 이상의 온도에서 측정된 EMF는 계산치와 일치하였으나, $500^{\circ}C$ 이하에서는 불완전한 평형 때문에 센서의 거동이 불안정하였다. 감응시간은 약 10분 정도 이내였다. 이전지의 안정도와 응답시간으로 보건데, $Na_{2}SiO_{3}(Pt)$를 기준전극으로 하고 순수 $Na_{2}SO_{4}(Pt)$를 지시전극으로한 NASICON 고체전해질은 SOx 측정용의 상업적인 센서물질로써 가능성이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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