[표지] 1
제출문 2
요약문 3
목차 11
I. 서론 17
1.1. 추진 배경 17
1.2. 국내‧외 연구현황 20
1.2.1. 국내 연구현황 20
1.2.2. 국외 연구현황 21
1.3. 연구목적 22
II. 연구내용 및 방법 23
2.1. 연구내용 23
2.1.1. 울산 VOCs의 시공간 분포 확인 23
2.1.2. 울산 VOCs의 2차 생성 잠재력 추정 23
2.1.3. 울산 하절기 미세먼지(PM₂.₅) 고농도 특성 파악 23
2.1.4. 흐름 반응기와 스모그 챔버를 이용한 SOA 생성 실험 24
2.1.5. VOCs의 2차 생성과 울산 고농도 PM₂.₅에 대한 관리 정책 24
2.2. 연구추진체계 24
2.3. 연구방법 25
2.3.1. 대기시료채취 25
2.3.2. 기기분석 27
2.3.3. VOCs의 2차 생성 31
2.3.4. VOCs의 2차 생성 민감도 분석 33
2.3.5. 울산 하절기 미세먼지(PM₂.₅) 고농도 특성 파악 35
2.3.6. 흐름 반응기와 스모그 챔버를 이용한 SOA 생성 실험 37
III. 연구결과 및 고찰 43
3.1. 울산 VOCs의 시공간 분포 확인 43
3.1.1. PAS를 이용한 VOCs 모니터링 43
3.1.2. AAS를 이용한 VOCs 모니터링 46
3.2. 울산 VOCs의 2차 생성 잠재력 추정 50
3.2.1. 수동대기채취기를 이용한 오존 생성 잠재력(OFP) 추정 50
3.2.2. 능동대기채취기를 이용한 오존 생성 잠재력(OFP) 추정 51
3.2.3. 수동대기채취기를 이용한 2차유기입자 생성 잠재력(SOAFP) 추정 51
3.2.4. 능동대기채취기를 이용한 2차유기입자 생성 잠재력(SOAFP) 추정 52
3.2.5. VOCs의 2차 생성 민감도 분석 53
3.3. 울산 하절기 미세먼지(PM₂.₅) 고농도 특성 파악 65
3.3.1. 울산의 PM₂.₅ 오염 특성 65
3.3.2. 울산 하절기 PM₂.₅ 고농도 특성 파악 74
3.4. 흐름 반응기와 스모그 챔버를 이용한 SOA 생성 실험 89
3.4.1. 흐름 반응기의 OH와 NO₃ 대기 노화시간 캘리브레이션 89
3.4.2. 흐름 반응기를 이용한 SOA 생성 실험 95
3.4.3. 스모그 챔버를 이용한 SOA 생성 실험 101
3.5. VOCs의 2차 생성과 울산 고농도 PM₂.₅에 대한 관리정책 106
3.5.1. 울산 전역 지점별 VOCs 특성(PAS) 106
3.5.2. 영남권대기환경연구소 시간별 VOCs 특성(AAS) 106
3.5.3. VOCs의 2차 생성 특성 106
3.5.4. 울산 고농도 PM₂.₅ 특성 106
3.5.5. 흐름 반응기와 스모그 챔버 실험결과 107
3.5.6. VOCs와 PM₂.₅ 관리정책 방향 107
IV. 결론 109
4.1. 주요 결과 109
4.2. 최종 결론 111
V. 기대성과 및 활용방안 113
5.1. 기대성과 113
5.2. 활용방안 113
5.3. 향후 계획 114
VI. 참고문헌 115
Table 2-1. 능동대기채취기와 수동대기채취기를 이용한 시료채취 현황 26
Table 2-2. 연구대상 물질 56종 VOCs 27
Table 2-3. TD 기기조건 28
Table 2-4. GC/MS 기기분석 조건 28
Table 2-5. PAS-VOCs 분석대상 물질의 방법검출한계(MDL)와 현장 바탕시료(FB) 농도 29
Table 2-6. 역궤적, PSCF, CWT 분석 정보 36
Table 3-1. 전체 PM₂.₅ 농도 구간에서 VOCs 그룹별 평균 민감도 계수(SVOCs-PM₂.₅)[이미지참조] 59
Table 3-2. PM₂.₅ 저농도 구간에서 VOCs 그룹별 평균 민감도 계수(SVOCs-PM₂.₅)[이미지참조] 61
Table 3-3. α-Pinene의 OH 라디칼 반응에 의한 SOA 생성 조건 96
Table 3-4. 핵입자 조건에 따른 SOA 생성수율 105
Figure 1-1. 대기 중 VOCs의 2차 생성(O₃과 SOA) 과정 17
Figure 1-2. 울산의 산업단지 현황과 계절풍 특징 18
Figure 1-3. 국내 시도별 유해화학물질 대기배출량(2018 PRTR) 19
Figure 1-4. 2018년 울산 PRTR 대기배출량 분포 19
Figure 1-5. VOCs 관련 국내 논문 편수(1991년~2020년) 20
Figure 1-6. 국외 VOCs 논문 중 O₃과 SOA 관련 논문 편수(1992년~2020년) 21
Figure 1-7. 주요 연구 내용과 목적 모식도 22
Figure 2-1. 연구 추진 체계 24
Figure 2-2. 울산의 대기시료채취 지점 25
Figure 2-3. 대기시료채취를 위한 (a) 연속채취장비, (b) 펌프, (c) 고체흡착관, (d) 흡착관 세척기, (e) 수동대기채취기 26
Figure 2-4. 대기시료채취 현장 사례와 일지 27
Figure 2-5. 열탈착-기체크로마토그래프/질량분석기(TD-GC/MS) 28
Figure 2-6. PAS-VOCs 분석대상 물질별 검정곡선 30
Figure 2-7. PSCF와 CWT 모델의 원리와 결과(예) 36
Figure 2-8. 경북대학교에서 개발하여 운용 중인 KNU 흐름 반응기 38
Figure 2-9. 경북대학교에서 개발하여 운용 중인 KNU 스모그 챔버 38
Figure 2-10. KNU 스모그 챔버를 이용한 α-pinene/O₃ 반응에 의한 SOA 생성효율 및 선행연구 비교 39
Figure 2-11. FT-ICR MS를 이용한 α-pinene SOA의 화학조성 분석 자료 40
Figure 2-12. α-Pinene의 광화학반응에 의한 SOA 생성에서 암모니아의 영향 - FT-IR 화학조성 분석 40
Figure 2-13. α-Pinene, NOX, SO₂, NH₃ 혼합물의 광화학반응에서 가스와 에어로졸의…[이미지참조] 42
Figure 3-1. 계절별/물질별 농도 수준과 비율(PAS) 43
Figure 3-2. 계절별 총 VOCs와 BTEX 농도 수준(PAS) 44
Figure 3-3. 울산 17개 지점에 대한 총 VOCs의 계절별 공간분포 45
Figure 3-4. 울산 17개 지점에 대한 BTEX의 계절별 공간분포 45
Figure 3-5. 울산 17개 지점에 대한 isoprene의 계절별 공간분포 46
Figure 3-6. 계절별/물질별 농도 수준과 비율(AAS) 47
Figure 3-7. 계절별 총 VOCs와 BTEX 농도 수준(AAS) 48
Figure 3-8. 시료채취 기간의 기상(풍향, 풍속, 강수량, 온도)과 농도(총 VOCs와 BTEX) 자료 48
Figure 3-9. 시료채취기간 동안의 전체 농도(총 VOCs와 BTEX) 49
Figure 3-10. Prop-Equiv 방법을 이용한 지점별/물질별 OFP(PAS) 50
Figure 3-11. Prop-Equiv 방법을 이용한 시간별/물질별 OFP(AAS) 51
Figure 3-12. SOA Yield 방법을 이용한 지점별/물질별 SOAFP(PAS) 52
Figure 3-13. SOA Yield 방법을 이용한 시간별/물질별 SOAFP(AAS) 53
Figure 3-14. 하절기 PM₂.₅ 농도 구간에 따른 민감도 계수(SVOCs-PM₂.₅) 분포[이미지참조] 54
Figure 3-15. 하절기 PM₂.₅ 농도와 민감도 계수(SVOCs-PM₂.₅)의 결정계수(R²)[이미지참조] 55
Figure 3-16. 하절기 O₃ 농도 구간에 따른 민감도 계수(SVOCs-O₃) 분포[이미지참조] 57
Figure 3-17. 하절기 O₃ 농도와 민감도 계수(SVOCs-O₃)의 결정계수(R²)[이미지참조] 58
Figure 3-18. 동절기 PM₂.₅ 농도 구간에 따른 민감도 계수(SVOCs-PM₂.₅) 분포[이미지참조] 60
Figure 3-19. 동절기 PM₂.₅ 농도와 민감도 계수(SVOCs-PM₂.₅)의 결정계수(R²)[이미지참조] 62
Figure 3-20. 동절기 O₃ 농도 구간에 따른 민감도 계수(SVOCs-O₃) 분포[이미지참조] 63
Figure 3-21. 동절기 O₃ 농도와 민감도 계수(SVOCs-O₃)의 결정계수(R²)[이미지참조] 64
Figure 3-22. 최근 5년간 울산시 성남동 PM₂.₅ 농도 경향 65
Figure 3-23. 최근 5년간 울산시 성남동 PM₂.₅ 농도 달력 그림 66
Figure 3-24. 최근 5년간 서울시 중구 PM₂.₅ 농도 달력 그림 66
Figure 3-25. 울산시 성남동 기준성 대기오염물질 월평균 농도 추세 67
Figure 3-26. 기준성 대기오염물질간의 산포도 68
Figure 3-27. 울산시 평균 바람장미(2015~2018년) 68
Figure 3-28. 울산시 2018년 계절별 PM₂.₅ PSCF 결과 69
Figure 3-29. 울산시 2018년 계절별 PM₂.₅ CWT 결과 70
Figure 3-30. 울산시 성남동 일평균 대기오염물질 농도에 대한 CBPF 71
Figure 3-31. 2018년 PM₂.₅에 포함된 탄소 및 이온 성분의 CBPF 72
Figure 3-32. 2018년 PM₂.₅에 포함된 중금속 성분의 CBPF 72
Figure 3-33. 울산 PM₂.₅ 성분(OC, V, Ni)의 계절별 산포도 73
Figure 3-34. 울산 PM₂.₅ 성분(OC, Pb, As, Se)의 계절별 산포도 74
Figure 3-35. 울산 하절기 고농도 기간 중 PM₂.₅ 농도 및 PM₂.₅/PM₁₀ 비 75
Figure 3-36. PM₂.₅ 고농도 사례일 대표 일기도(2018년 7월 18일) 75
Figure 3-37. 고농도 기간 역궤적 분석 결과(150 m, 500 m) 76
Figure 3-38. 고농도 기간 PM₂.₅에 포함된 이온 및 탄소 성분 평균 농도 77
Figure 3-39. 고농도 기간 PM₂.₅에 포함된 금속 성분 평균 농도 77
Figure 3-40. 2018년 전체 기간과 고농도 기간의 PM₂.₅ 성분비 78
Figure 3-41. 고농도 기간 PM₂.₅ 중 SO₄²⁻/NO₃⁻ 비 79
Figure 3-42. 고농도 기간 PM₂.₅ 중 OC/EC 비 79
Figure 3-43. 2018년 신정동 유해대기물질측정소의 VOCs 자동측정 결과 80
Figure 3-44. 2018년 전체 기간과 고농도 기간의 OC와 EC의 상관성 80
Figure 3-45. 고농도 기간 중 PM₂.₅ 및 성분 농도와 풍향·풍속 자료 81
Figure 3-46. 고농도 기간 울산시 평균 바람장 81
Figure 3-47. 고농도 기간 울산시 CWT(남동임해공업지역 전반적인 영향) 82
Figure 3-48. 고농도 기간 울산시 CWT(울산과 동남권 지역 영향) 83
Figure 3-49. 고농도 기간 PM₂.₅ 구성성분의 Polar 및 CBPF 그림 84
Figure 3-50. 2018년 7월 17일 낮~저녁 시간대 바람장(오염원 1) 86
Figure 3-51. 2018년 7월 19일 새벽~오전 시간대 바람장(오염원 2) 86
Figure 3-52. 2018년 7월 20일 새벽~오전 시간대 바람장(오염원 3) 87
Figure 3-53. 고농도 기간 PM₂.₅ 성분 자료의 주성분 분석 결과: (a) 적재그림, (b) 점수그림 88
Figure 3-54. KNU 흐름 반응기와 가스 및 입자 측정장비 90
Figure 3-55. 40 W UV185 램프를 사용할 때 (a) UV 램프 인가 전압,… 91
Figure 3-56. 30 W UV185 램프를 사용할 때 (a) UV 램프 인가 전압,… 91
Figure 3-57. 공기의 순도에 의한 영향: 40 W UV185 램프를 사용할 때 (a) UV 램프… 92
Figure 3-58. 흐름 반응기에서 습도에 따른 SO₂ 농도 변화: (a) 입구, (b) 출구 93
Figure 3-59. UV185 램프를 사용할 때 (a) UV 램프 인가 전압과 상대습도, (b) UV 광도와 상… 94
Figure 3-60. 80 ppm O₃에서 NO₃ 캘리브레이션: (a) NO₂ 농도와 상대습도, (b) 등고선도 95
Figure 3-61. α-Pinene의 OH 라디칼 반응에서 SOA 생성반응: (a) 0.5 d 노화반응, (b)… 96
Figure 3-62. α-Pinene의 OH 라디칼 반응에서 SOA 생성수율에 대한 영향: (a) SO₂… 97
Figure 3-63. Toluene의 OH 라디칼 반응에서 2차입자 생성반응: (a) 0.5 d 노화반응, (b)… 98
Figure 3-64. Toluene의 OH 라디칼 반응에서 SOA 생성수율에 대한 영향: (a) SO₂… 99
Figure 3-65. α-Pinene의 OH 라디칼 반응에서 2차입자 생성반응 100
Figure 3-66. α-Pinene의 NO₃ 라디칼 반응에서 2차입자 생성반응 100
Figure 3-67. α-Pinene의 NO₃ 라디칼 반응에서 SOA 생성수율에 대한 영향: (a)… 101
Figure 3-68. Toluene의 광화학반응에서 가스 농도의 경시변화: (a) 핵입자 없는 조건, (b)… 103
Figure 3-69. Toluene의 광화학반응에서 2차입자 생성 경시변화: (a) 핵입자 없는 조건, (b)… 104