영흥도 대기 중 수은의 농도 특성 및 오염원 추정 :Characteristics of atmospheric speciated mercury concentrations in Yongheung Island and source estimation

이강산

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이강산 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 한영지

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

영흥도 대기 중 수은의 농도 특성 및 오염원 추정

이강산 일반 2015.01 학위논문

2014

영흥도 대기 중 총 가스상 수은의 배출원 특성 연구

이강산 , 김평래 , 한영지 한국대기환경학회 학술대회논문집 2014.10 학술대회자료

2013

영흥도 대기 중 입자상 수은의 입경별 분포 특성

이강산 , 김평래 , 한영지 한국대기환경학회 학술대회논문집 2013.08 학술대회자료

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본 연구는 영흥도 대기 중 수은의 농도 특성을 파악하고, 대기 중 수은 농도에 영향을 미치는 잠재적인 오염원을 추정하고자 수행되었다. 2013년 1월부터 2014년 8월까지 총 8번의 집중 샘플링을 통하여 시료를 채취하였다. 전체 시료 채취 기간 동안의 총 가스상 수은(Total Gaseous Mercury; TGM), 가스상 산화 수은(Gaseous Oxidized Mercury; GOM), 입자상 수은(Particulate Bound Mercury; PBM)의 농도는 각각 2.79 ± 1.06 ng m-3, 9.80 ± 9.86 pg m-3, 10.56 ± 11.99 pg m-3으로 나타났다. TGM과 PBM은 겨울에 가장 높은 농도가 나타났으며, 반면 GOM은 뚜렷한 계절적 변화를 보이지 않았다. PBM의 경우 일차 배출원 외에 높은 습도와 낮은 온도의 영향으로 이차적으로 생성되는 PBM이 중요하게 나타났으나, 이차적으로 생성되는 GOM은 관찰되지 않았다. 대기 중 수은의 잠재적 배출원을 추정하기위해 다른 오염물질과의 관계, Conditional Probability Function (CPF), Potential Source Contribution Function (PSCF)등 다양한 방법들을 사용하였다. 그 결과 TGM은 총 8번의 집중샘플링 기간 동안 4번의 기간은 중국의 영향을 받았으며, 2번의 기간은 한국 내륙의 영향, 나머지 2번은 해양 배출의 영향이 중요한 것으로 판단되었다. GOM은 측정 지역 남쪽의 발전소들의 영향, PBM은 중국과 북한의 영향이 크게 나타났다. PSCF 결과 TGM 잠재적 배출원 지역은 중국의 Liaoning 지역으로 나타났다. GOM은 한국의 수도권 지역과 측정지역의 남쪽에서 높은 PSCF 값이 나타났으며, PBM은 중국의 Henan 지역의 영향이 중요하게 나타나 각 수은 종별 농도에 영향을 미치는 배출원들은 다른 것으로 확인되었다. 각 배출원들의 특징을 살펴보기 위해 배출원들을 5그룹으로 분류하여 분석하였다. 그 결과 장거리 이동의 영향을 받을 때에는 CO와의 관계가 중요하게 나타났으며, 단거리 이동의 영향에서는 SO2, NO2와의 관계가 중요하게 나타나, CO는 장거리 이동의 지표로, SO2, NO2는 단거리 이동의 지표로서 이용 가능함을 알 수 있었다. 또 해양에서 휘발되는 수은과 같이 자연적 배출의 영향이 중요할 때에는 태양복사량과의 관계가 중요하게 나타났다. 이 외에도 단거리· 장거리 이동 평가를 위해 GOM/PBM 비율을 사용하였으며, GOM/PBM 비율이 높아질수록 근처 배출원의 영향이 중요하게 나타났다.

In this study, atmospheric speciated mercury concentrations were measured on Yongheung Island off the coast of Korea between mainland Korea and Eastern China from 2013 to 2014. The mean concentrations of total gaseous mercury (TGM), gaseous oxidized mercury (GOM) and particulate bound mercury (PBM) were 2.79 ± 1.06 ng m-3, 9.8 ± 9.9 pg m-3, 10.6 ± 12.0 pg m-3 at the sampling site. The highest seasonal average of TGM and PBM concentrations were measured in the winter while GOM concentration did not show significant seasonal variation. In order to identify the effect of secondary formation on PBM concentration, the relationship with temperature and relative humidity that has been suggested to affect the gas-particle partitioning were examined, and a statistically significant multiple linear regression was found, which PBM concentration was inversely correlated with temperature and positively correlated with relative humidity. Therefore, PBM formation derived by gaseous mercury sorption onto the particles was assumed to derive the high PBM concentration during winter. On the other hand, a significant formation of secondary GOM was not observed.
In this study, multiple tools including the relationship with other pollutants, meteorological data, conditional probability function, backward trajectories, and potential source contribution function (PSCF) receptor modeling were used to identify the relative impact of Hg source. Among the eight sampling campaigns, TGM concentrations were affected by Chinese sources for four sampling campaigns, by mainland Korean sources for two sampling campaigns, and for the other sampling campaigns they were significantly impacted by natural source. For GOM, the highest concentration was observed when the wind direction was originated from mainland Korean sources and　Yongheung coal power plant. On the other hand, it was presumed that long-range transport from North Korea and China significantly enhanced PBM concentrations. PSCF identified Liaoning province in China as the potential sources area for TGM, and Henan province in China for PBM. On the other hand, mainland Korean sources including coal power plants located in southern part of the sampling site were identified for possible sources areas of GOM.
In addition, the possible indicators to determine the relative impact of local sources and long-range transport on speciated Hg concentrations were suggested in this study. Strong correlation with CO was suggested to be a possible indicator for long-range transport while the correlations with SO2 and/or NO2 can be used as indicators for significant impact of local sources. Significant correlation with solar radiation was found to be an useful indicator for natural emissions. In addition, the ratio of GOM/PBM was reduced with the increasing contribution of long-range transport and enhanced with the significant impact of local sources, suggesting that the ratio of GOM/PBM can be used as an indicator to judge the relative importance of long-range transport vs. local sources.

#atmospheric speciated mercury #back-trajectory #PSCF #long-range transport #local source #gas-particle partitioning

논문개요 1
Ⅰ. 서 론 3
1.1. 대기 중 수은 3
1.1.1 대기 중 수은의 반응 4
1.2. 수은의 배출원 6
1.2.1. 자연적 배출원 6
1.2.2. 인위적 배출원 7
1.3. 아시아의 수은 9
1.4. Potential Source Contribution Function (PSCF) 10
1.5. 연구 목적 11
Ⅱ. 연구방법 12
2.1. 시료 채취 장소 및 채취 기간 12
2.2. 총 가스상 수은 15
2.3. 가스상 산화수은과 입자상 수은 16
2.3.1. 전처리 16
2.3.2. 시료 채취 방법 16
2.3.3. 시료 분석 17
2.4. QA/QC 18
2.5. 역 궤적 분석 (Back-trajectory) 19
2.6. Conditional Probability Function (CPF) 분석 19
2.7. Potential Source Contribution Function (PSCF) 분석 20
2.8. 다른 오염 물질 및 기상자료 20
Ⅲ. 결과 및 토의 21
3.1. TGM 21
3.1.1. TGM 농도 특성 21
3.1.2 이전 연구와의 비교 27
3.1.3 각 시료 채취 기간 별 TGM 농도 특성 29
3.1.3.1. 첫 번째 시료 채취 기간 29
3.1.3.2. 두 번째 시료 채취 기간 30
3.1.3.3. 세 번째 시료 채취 기간 31
3.1.3.4. 네 번째 시료 채취 기간 32
3.1.3.5. 다섯 번째 시료 채취 기간 33
3.1.3.6. 여섯 번째 시료 채취 기간 34
3.1.3.7. 일곱 번째 시료 채취 기간 35
3.1.3.8. 여덟 번째 시료 채취 기간 35
3.1.4. TGM 배출원 지표 41
3.2. GOM, PBM 46
3.2.1 GOM 및 PBM의 평균 농도 46
3.2.2 계절별 농도 특성 및 이차 생성 48
3.2.3 장거리 이동의 지표 51
3.2.4 낮과 밤의 농도 비교 56
3.2.5 이전 연구와의 농도 비교 58
3.3. PSCF 분석 60
3.3.1. TGM 60
3.3.2. GOM 60
3.3.3. PBM 61
Ⅳ. 결론 65
Ⅴ. 참고문헌 68

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