8. 대기오염

지구대기의 구조 질소>산소>아르곤>이산화탄소 4개의 수직구조 대류권(troposphere) -고도↑ ▶ 온도↓  -고도↑ ▶ 온도↓  -공기의 대류현상으로 기상현상이 있는 층 -구름이 있는 층  -지상으로부터 10km 까지 -공기의 상하 수직 혼합이 일어나 고, 지상에서 방출된 대기오염물질 이 수직상승기류를 따라 대류권의 상부까지 올라감 성층권(stratosphere) -고도↑ ▶ 온도↑ -약 10-50km 까지 -비행기가 나는 곳은 성층권의 하부 -성층권의 오존층이 있다 -공기의 수직 혼합이 없고, 비, 구름등이 없다 -성층권에 유입된 오염물질은 공기와 혼합,희석되지 않고 오래 체류하게 됨 -CFC 와 같은 물질도 이런 성층권의 특징으로 인해 오래 체류하여 오존층의 파괴를 일으킴 중간권(mesosphere) -고도↑ ▶ 온도↓ - 90km까지 열권(thermosphere) -고도↑ ▶ 온도↑

대기오염의 역사 태초: 산불, 화산폭발, 생물의 호흡, 부패 등에 의해 발생되는 유해물질은 무한한 대기에 의해 희석됨. 그리스시대: 히포크라테스는 위생에 관한 전집 중에 공기, 물, 토양과 건강의 관계를 논하면서 “모든 질병은 오염된 공기(miasma)가 원인”이라고 했다. 영국: 대기오염을 기록상으로 처음 남긴 나라      : 최초 대기오염 피해에 관한 기록 (13C) 미국: 대기오염을 최초로 측정한 나라 스웨덴: 세계환경의 날(6월 5일) 제정(스톡홀름,유엔인간환경회의 개최)

기온 역전 (temperature inversion, thermal inversion)                 기온 고도 기온 고도 <기온역전> <정상>

전선역전(frontal inversion) -비교적 높은 고도에서 발생 -따뜻한 공기가 찬 공기위로 지나갈 때 발생 -두개의 공기층사이의 혼합층에서 발생 -전선과 관련되며 바람에 의해 쉽게 깨진다 -대기오염 제어측면에서 그리 중요하지 않다    온난기단 한랭기단 23℃ 20℃ 기온 고도

2. 침강역전(subsidence inversion) -오염물제어 측면에서 중요: 며칠간 넓은 지역에 걸쳐 영향을 줄 수 있다 -가라앉는다(subsiding)에서 파생     -정체고기압지역과 관련되며, 고기압 cell 안의 공기의 침하운동에 의해 일어난다 -넓은 지역에 오염물질을 축적시킬 수 있다 B’(300m 침강, 26℃) A’ (1000m침강, 30℃) 기온 고도 B 23℃ A 20℃

3. 복사역전(radiation inversion) -늦은 오후와 같이 태양복사열이 큰 경우 지표의 온도는 높아지나, 밤에는 복사열이 적어 지표의 온도가 낮아짐으로써 생기며, 특히 사막지역에서는 아침에 90%이상 복사역전이 일어난다(지표역전(surface inversion)이라고도 함) -아침에는 사라지는 야간성이 특징 -복사역전이 발생하면 안개형성이 촉진되며, 동시에 기체와 입자상물질을 가두어 두어서 오염물질의 농축이 일어남 -비교적 낮은 고도에서 발생하며, 수백 피트 상공에서는 거의 발생하지 않으며 다른 역전현상에 비교해 상대적으로 빠르게 사라진다 -맑고 바람이 없는 날씨에 복사 냉각에 의해 지표면이 빨리 냉각되면서 발생한다 -땅거미가 질 때 시작하고, 다음 날 아침 지표면이 가열될 때까지 지속된다 낮 26℃ 32℃ 복사열 15℃ 새벽23℃ 기온 고도

세계적으로 유명한 대기오염 사건 1. 뮤즈계곡사건 아황산가스/ 계곡(지형적), 무풍, 기온역전 2. 도노라사건 3. 런던사건 아황산가스/하천평지, 무풍, 기온역전 4. 포자리카 사건 황화수소/ 기온역전 5. 보팔사건 MIC(Methyl IsoCyanate)/ 무풍, 한밤중

대기오염원 : 대기오염물질을 배출하는 근원 1.고정오염원 -점오염원: 대기오염물질을 배출하는 시설물, 배출업소, 기계, 기구 등 -면오염원: 세대, 가구(=지역오염원) 2. 이동오염원: 자동차, 선박, 우주선, 항공기, .........인...간.......... 대기오염물질 : 성상에 따라 분류하면 1. 입자상 물질: 매연(smoke), 훈연, 연무, 안개, 검댕, 먼지 등 2. 가스상 물질: 황산화물, 질소산화물, 탄화수소, 이산화탄소, CFC등

대기오염 현상 1. 열섬(Heat island) 현상 -도심지역의 따뜻한 공기는 오염물을 동반, 상승하고 팽창하여 도시 변두리 지역으로 흐르면서 냉각되며, 도시 변두리의 보다 찬 공기가 도시 중심지역의 지표부근으로 흐른다. 이리하여 독립적인 순환시스템이 형성되는 현상을 말한다. -만일 도심의 먼지등에 의해 심하게 오염되었을 경우에, 이 열섬현상으로 인하여 먼지지붕(dust dome)형태가 되어 결국 태양에너지의 지표가열을 방해함으로써 공기의 수직흐름이 감소되어(대류현상의 차단) 도심은 더욱 오염이 심하게 오염된다.

2. 산성비(Acid rain) 오염물질에 의해 빗물의 pH가 5.6이하가 될 때를 이름. 황산화물+물-> 황산 질소산화물+물->질산 염화수소+물->염산 영향 1)수중생태계의 피해: 산성화로 하상으로부터 중금속이 용출됨, 수서생물상이 바뀌고, 호수의 물이 맑아져 청정호수와 구별이 안됨 2)토양의 피해: 토양의 산성화로 칼륨, 칼슘, 마그네슘과 같은 염기가 유실됨, 토양이 척박화, 생산성이 낮아짐, 2차적인 수중생태계에 대한 피해 3)산림의 피해: 수목의 상층부를 고사시킴, 토양의 산성화로 잔뿌리에 영향주어 고사시킴, 엽록소를 제거하여 광합성률을 저하시킴. 4)인체의 피해: 눈,피부 자극, 토양 및 수질의 산성화로 인한 유해 중금속이 먹이사슬을 통해 인간에게 농축됨. 5)재산에 미치는 피해: 대리석의 손상, 금속 구조물의 부식, 섬유제품의 부식, 고무제품의 내구성 저하

4. 오존층 파괴 -성층권에 오존층이 있다: 유해 자외선의 흡수 방어막 -CFC(Chlorofluorocarbon): 프레온가스, 냉매제, 에어로졸, 스프레이 추진제, 프라스틱 발포성 가스, 반도체칩 세정제 등 -대체물질: HCFC, HFC, PFC -영향: 피부노화, 피부암, 백내장 증가, 동물면역기능저하, 식물생산성 저하, 지구온난화 F C Cl-H HCFC F C PFC C Cl F CFC-012

5. 황사현상 -중국의 누런 흙먼지-> 편서풍 -발달한 저기압으로 발생된 강풍->대기교란 모래먼지 부유 -장석, 석영, 운모, 자철광: 규산, 알루미나, 알칼리, 석회분, 화강암 등 -황사-> 알칼리성-> 황사현상시 비의 산도 떨어짐. -눈병, 호흡기 질환, 농작물 피해, 자동차엔진의 마찰부분 마모로 수명단축

6. 광화학 스모그 Smog = Smoke + Fog : LA형 스모그 자외선 질소산화물, 탄화수소 옥시단트 형성 광화학반응 광화학스모그 발생 눈, 목점막 자극 폐수종으로 사망 식물의 성장방해 산림황폐 고무부식

London type Smog Los Angeles type Smog 발생시 기온 0~5℃ 24~32℃ 85% 이상 70% 이하 발생시 습도 발생 시간 아침 일찍 주간 발생 시기 12~1월 8~9월 풍속 무풍 3m/sec 이하 역전 종류 복사 역전 침강 역전 주 오염 성분 SO2, 부유분진 탄화수소, NOx, O3

7. 지구온난화Global warming 1) 온실효과 -지구대기는 기본적으로 단파는 잘 투과시키고 복사된 장파는 흡수하여 지표면의 온도를 보존하는 역할을 한다 여러 가지 가스성분이 보다 많은 장파의 복사에너지를 흡수하여 지구의 대기온도를 상승시킴. 2) 원인: CO2, CFC, NOx, CH4 등 3) 영향: 지구온난화, 사막화, 해수면상승, 비정상적인 엘리뇨와 라니냐

Keeling curve <대기 중 이산화탄소 농도의 변화 -킬링 곡선>

이산화탄소(CO2) 온실가스기체 중 가장 중요함 온실가스 기체 중 양적으로 가장 크기 때문에 중요 식물의 광합성, 발산, 호흡 과정에 직접적으로 관여하기 때문에 중요 대기중 이산화탄소 농도는 북반구가 남반구보다 더 높으며 농도의 차이는 이산화탄소 배출과 연관이 되어있다 대기중 이산화탄소 농도의 변화를 어떻게 알게 되었는가? 미국의 과학자 C.D. Keeling은 하와이에서 두번째로 높은 산인 Mauna Loa에서 1958년부터 대기중 이산화탄소 농도를 측정하기 시작함 왜 하필 하와이 산꼭대기인가? : 산업에서의 이산화탄소 배출원과 멀리 떨여져 있으며 이산화탄소는 대기중에서 매우 잘 혼합되는 기체이므로 전지구의 평균적 변화를 알 수 있음 : 남극지방의 빙하 분석 (ice core)에 의하면 대기중 이산화탄소 농도의 급격한 증가가 화석연료의 연소가 시작된 산업혁명 시기 (1800년대)와 일치함(high correlation)

온실효과 기체 농도의 변화 3위 유럽연합 2위 중국 1위 미국 <화석연료 연소, 시멘트 공정 등에 의해 발생되는 이산화탄소 농도의 변화 (1751-2002) >

연소방법의 개선 배출방법의 개선 가스상 오염물질의 제거 입자상 오염물질의 제거 법적규제 대기오염의 방지 대책 연소방법의 개선 배출방법의 개선 가스상 오염물질의 제거 입자상 오염물질의 제거 법적규제

가스상 오염물질의 제거 흡수법: 물, 액체 화학물질에 통과, 흡수시켜 제거 흡착법: 활성탄과 같은 다공질에 흡착시켜 제거 소각법, 산화법: 탄화수소의 완전 연소 응축법: 액상으로 냉각

입자상 오염물질의 제거-집진 장치 중력집진장치: 중력에 의한 자연침강을 이용하는 방법 입자크기가 50µm이상의 입자상 물질 대상 침강된 먼지의 재비산을 막기 위해 30~300cm/sec의 가스속도 유지

2. 관성력 집진장치: 뉴턴의 관성의 법칙 이용 함진가스를 방해판에 충돌시키거나(충돌식), 기류를 급격하게 방향전환(반전식)해서 입자를 관성력에 의해 분리 포집

3. 원심력 집진장치: 고체, 액체의 먼지를 선회류(Vortex)에 의한 원심력으로 제거 기류를 접선 방향으로 유입하여 회전 운동시키는 사이클론이 적합

4. 세정 집진장치: 액적, 액막, 기포 등에 의해 함진가스 중의 입자를 부착시켜 제거 액적, 액막, 기포 등에 의해 함진가스 중의 입자를 부착시켜 제거 입자상호간의 응집을 촉진하고 가스흐름으로부터 입자를 분리 포집 입자의 재비산 방지에 효과적이다 연소성가스, 부피가 적을 때, 유독기체나 냄새 제거시 유용

5. 전기 집진장치: 먼지의 대전을 통해 각 +, - 집진극으로 이동하게 하여 제거 건설비가 비싸다 고전압에 따른 안전설비 필요 대용량 처리가스도 가능

6. 여과 집진장치: 입자가 여과재료의 공극을 통과하지 못하는 것으로 섬유의 올이 입자의 통과를 차단시켜 입자를 처리 함진가스를 여과재료에 통과시켜 분리, 포집하는 방법 입자가 여과재료의 공극을 통과하지 못하는 것으로 섬유의 올이 입자의 통과를 차단시켜 입자를 처리 먼지의 크기에 따라 중력의 영향을 받아 먼지의 입경이 클수록 여포에 대한 부착성이 커짐 여포로 집진하는 방법은 내면여과, 표면여과(외부여과, 내부여과)가 있다.

청정가스 함진가스 집진층 초기먼지층 여재 함진가스 청정가스 부착먼지 여재 [내부 여과] [외부 여과]

산성비

국내 대기환경기준 항 목 기 준 측 정 방 법 아 황 산 가 스 (SO₂) ․연간평균치 0.02ppm이하 항       목 기        준 측   정   방   법 아 황 산 가 스 (SO₂) ․연간평균치 0.02ppm이하 ․24시간평균치 0.05ppm이하 ․1시간평균치 0.15ppm이하 자외선형광법 (Pulse U.V.  Fluorescence Method) 일 산 화 탄 소 (CO) ․8시간평균치 9ppm이하 ․1시간평균치 25ppm이하 비분산적외선분석법 (Non-Dispersive Infrared Method) 이 산 화 질 소 (NO₂) ‧연간평균치 0.03ppm이하 ‧24시간평균치 0.06ppm이하 ‧1시간평균치 0.10ppm이하 화학발광법 (Chemiluminescent Method) 미  세  먼  지 (PM-10) ․연간평균치 50㎍/㎥이하 ․24시간평균치 100㎍/㎥이하 베타선흡수법 (β-Ray Absorption Method) 오         존 (O₃) ․8시간평균치 0.06ppm이하 ․1시간평균치 0.1ppm이하 자외선광도법 (U.V.Photometric Method) 벤   젠 (Benzene) ․연간평균치 5㎍/㎥이하 2010년부터 적용 납 (Pb) ․연간평균치 0.5㎍/㎥이하 원자흡광도법 (Atomic Absorption Spectrophotometry)