1.5.B 가시도와 이에 연관된 대기적 특성 - 시정거리(가시도)의 감소는 공기중의 오염물질에 의한 빛의 흡수나 산란에 기인 - 가시도에 영향을 미치는 오염물 • 부유분진 • SO2, 기체상 황화합물 : sulfate 와 H2SO4의 에어로졸 입자생성 • NO, NO2 : nitrate, HNO3 에어로졸 입자생성 NO2(적갈색)는 착색효과에 의해 흡수성이 크다. • 광화학대기오염물 : oxidants, O3 등의 미세입자 생성

▶ 빛의 산란과 흡수 ※ Rayleigh scattering(레일리 산란) - 산란을 일으키는 입자의 크기가 매우 작아 빛의 파장보다 작을 때 일어나는 산란

(대기중 기체분자에 의한 빛의 산란) - 산란되는 빛의 양은 빛의 파장의 4승에 반비례(파장이 짧을수록 레일리 산란이

현저하고 파장이 길수록 산란되는 빛의 양이 급격히 감소) - 가시광선의 blue가 red보다 공기분자에 의해 효과적으로 산란이 일어남으로 우리

눈에 파랗게 보임 - 전후방 양쪽으로 입사광을 산란시킴

※ Mie scattering(미산란) - 입자의 크기(0.1-1㎛)가 가시광선의 파장과 비슷할 때 일어나는 산란 (대기 중의

수증기, 얼음알갱이, 매연, 먼지 등에 의한 산란) - 빛의 파장과 무관하고 입자의 밀도, 크기, 형태에 따라 산란특성이 달라짐 - 전방산란 현저하고 후방산란은 적음 - 빛이 부유미세입자, 안개 등에 충돌하여 산란되며 산란광은 입사한 태양광과 동

일하게 백색에 가깝기 때문에 하늘이 백색으로 뿌옇게 흐려짐

- 공기분자만에 의한 빛의 산란시 가시거리 240km 이상(Rayleigh 이론)

: total extinction coefficient[km-1](소멸계수,소광계수) : 빛의 강도 : 빛의 투과거리 거리 d까지의 경로에 대해 적분 exp

- 소멸계수는 가스분자와 에어로졸에 의한 산란과 흡수의 영향을 모두 고려

(1-4)

- 산란에 의한 빛의 감쇄 = (공기분자) + (입사광의 파장과 비슷 한 크기의 입자에 의한 산란)

태양광선의 약 59%가 가시광선영역(0.4-0.8㎛)이므로 0.1-1㎛의 입자가 가시거리 저

하에 영향 미침 (0.48 ㎛ 빛이 최대 강도)

- 가시거리의 최소한계는 빛의 강도가 초기 빛의 2%(명암대비치)까지 감소된 경우

ln

ln(0.02) =

(1-5)

= 시정거리 빛의파장

- 입자나 가스상 오염물이 존재하지 않을 경우 공기분자에 의한 Rayleigh 산란에 의해서만 빛이 소멸, Raylegih 산란은 빛의 파장의 함수(그림1-5)

λ = 0.45㎛ (청색광)의 경우 σext=0.03km-1

= 3.9/0.03 = 130km

- 입자산란으로 인한 소멸계수 (Mie 이론)

: 단위체적당 반경 r을 가진 입자의 개수 : 산란면적비 (=빛산란면적/입자투영면적) 입자 크기가 다양하므로

- 빛을 흡수하지 않고 산란하는 구에 대하여(Van de Hulst) - 그림1-6 m : 입자의 굴절지수(refractive index) : 입사광의 파장 - 빛이 입자의 산란에 의해서만 소멸, 입자가 동일 크기의 구형일 경우

단위체적당 반경 r, 밀도 인 구형분진이 N개 존재한다고 가정하면,

C : 입자농도 [질량/체적]=

: 입자밀도 : 입자반경 : 산란면적비=빛산란면적/입자투영면적

시정거리가 산란면적비와 입자농도에 반비례, 입자밀도와 직경에 비례

- 가시거리와 입자농도와의 경험식

≒×

C: [㎍/㎥] Lv : [km]

≒

※ 상대습도 70% 이상에서는 큰 오차 발생

(ex1-4) (ex1-5)

▶ 연기 불투명도(plume opacity) 배출허용기준의 측도

불투명도(%) = ×

1.6 CO - 무색, 무취의 기체, 대기중 체류시간 2-4개월 대부분 수송부문에서 발생, 대기 중의 CO는 토양균류나 CO2로 산화되어 제거

- 인체에 미치는 영향 hemoglobin과 CO의 결합력이 산소와의 결합력보다 240배 크다.

M = 240

1.7 황산화물(SOx) SO2, SO3, H2SO4, 황산염 SO2 : 불연성, 비폭발성, 무색의 가스, 3ppm 이상의 농도에서 자극성 냄새 자연 방출 〉인위적 방출 자연적 - 동식물 부패 (H2S), 화산

인위적 - 석탄, 석유사용 - 화력발전소, 난방시설, 정유공장, 용광로, 코우크스

공장, 황산제조공장

▶ 황화합물이 시정거리와 재료에 미치는 영향

- 가시도에 미치는 영향

도시지역 부유분진의 5～20% - 황산, 황산염의 입자

HC, NOx, 입자상물질, SO2 간의 광화학반응에 의한 에어로졸 형성

SO2 + O2 SO3 + H2O → H2SO4 (mist)

↑ 분진, 질소산화물, HC 에 의한 촉매작용

도시지역 황산염 : 0.2～0.9μm 크기

가시광선 파장 (4000～7000Å) 영역과 겹치므로

가시도를 크게 감소시킴.

- 습도가 가시거리에 미치는 영향

SO2와 상대습도가 동시에 증가하면 에어로졸의 농도 증가되어 가시도 감소

- 1993년 가시거리 감소에 대한 EPA 자료

자연적 원인 20-40%, 인위적 배출원(가스 및 입자상 오염물) 60-80%

- 금속부식에 대한 가장 큰 대기오염물 - SO2

(상대습도가 큰 영향 미침) - 80%이상에서 현저히 증가

석회암, 대리석, 슬레이트, cement 등의 건축재료 약화

- 건물, 기념탑, 예술작품의 피해

섬유의 색깔변색, 섬유약화(특히 나일론)

paint의 보호막 파괴 - 도료손상

Pb 함유한 도료 + H2S → PbS (흑색)

소량의 SO2 가죽 약화시킴

▶ 식물에 미치는 영향 (대기오염과 식물 (1989) 과학기술처 발행)

식물에 해를 끼치는 대기오염물

- SO2 , O3, PAN, HF, ethylene, HCl, Cl2, H2S, NH3,

독성크기 HF〉Cl2〉SO2〉HCl

※ 지표식물 - 대기오염물을 사람보다 빨리 감지하고 환경파괴의 정도를 알리는 식물

SO2 - alfalfa (자주개나리), 매밀, 보리, 크로바, 참깨, 담배, 소나무, 전나무,

낙엽송, 느티나무, 목화

O3 - 시금치, 얼룩무늬콩, 토마토, 백송, 담배

불소 및 그 화합물 - 글라디올러스, 살구, 복숭아

광화학 smog원인물질 (PAN등) - 강남콩

- SO2 에 의한 식물의 피해

소량의 SO2 가 기공으로 들오올 경우 : SO2 → SO3--, SO4

--, 로 변화되어 흡수

과도한 양 : 세포조직 파괴

피해 발생기구

① SO2 , SO3 → H2SO3, H2SO4 로 변화되어 영향

② SO2 H2SO3

RC(OH)2SO3H(α-hydroxysulfonic acid)

RCHO : 탄소동화작용 초기생성물 or 유기산 분해에 의해 생성

피해증상 : 잎맥사이의 황갈색 or 회백색 반점생성

※ 기공이 열린 낮과 특히 습도가 높을 때 피해가 크다.

영향 - 감귤류의 낙엽현상, 소나무 성장감소

시금치 배추, 잎 넓은 채소가 민감하게 영향

강한식물 - 장미, 수랍목, 무궁화, 동백, 협죽도, 글라디올러스,

사철나무, 용설란, 양배추

▶ 산성비(acid rain)

우수의 pH가 5.6 이하인 경우

화석연료의 연소에서 발생하는 SO2, NOx가 원인

․ SO2 (광화학반응 ) → + H2O → H2SO4 NOx HNO3

영향

․ 대기오염물 중의 수은 , 카드뮴등의 중금속이 산성비에 용해 → 독성증가

농작물에 피해 - 콩이 산성비에 특히 민감,

산성비의 꽃잎에 대한 탈색반응 - 나팔꽃

水中生物 (물고기)에 독성

토양속의 영양염류의 용출 → 황폐화

각종구조물의 재료부식

1.8 HC, NOx, 광화학산화제의 영향

▶ 탄화수소

HC, NOx 자외선 광화학 산화제

O3, PAN, PBN, H2O2, HCHO

※ 다환방향족탄화수소(polynuclear aromatic hydrocarbons, PAHs)

석탄, 기름, 가스, 쓰레기, 유기물 등의 불완전연소시 생성되는 공기역학적직경

2.5㎛ 미만의 입자상태 오염물, acenaphthylene, benzopyrene 등

대부분 물에 잘 용해하지 않으며, 일부는 공기중에 휘발하여 대기에 존재 호흡,

음식물, 피부 등을 통해 인체에 흡수, 미량에서도 암을 유발, 돌연변이

▶ 질소산화물

NO, NO2, N2O, NO3, N2O3, N2O4, N2O5

NOx : NO, NO2

NOy : NOx에 의해 대기에서 성성된 화합물

HNO3, HNO2, NO3, N2O5, PAN

▶ 광화학산화제 (p51 참조)

▶ 납(lead)

- 발생원 : 유연가솔린연소, 고형폐기물 소각, 폐유, 페인트, 납축전지, 방사능차폐

제, 납땜

- 인체유입경로

호흡을 통한 흡입(20%), 음식물을 통한 섭취(80%)

- 영향

혈액의 헤모글로빈 생성억제- 빈혈 유발

간장과 신장의 기능 장애

정신장애, 생식기능 장애, 면역기능 손상

신경 및 근육장애

중추신경 장애(정신착란, 경련, 의식상실 등)

1.9 대기오염물질 배출원

부문별대기오염물질 배출량

2010 401,741 81,589 57,810 103,733 93,365 798 62,919 1,528

붙임 년도 수도권지역 대기오염물질별 배출순위 톤 년

구분 순위 순위 순위수도권합

계

전국

합계 비산업연소 제조업연소 에너지산업 연소

도로이동오염원 비도로이동오염원 비산업연소

도로이동오염원 비도로이동오염원 제조업연소

도로이동오염원 비도로이동오염원 제조업연소

도로이동오염원 비도로이동오염원 비산업 연소

유기용제사용 도로이동오염원 생산공정

▶ 대기환경기준

1. 국내대기환경기준

2010.5.5일부터 시행

환경기준(환경정책기본법 시행령 제2조 관련)

항 목 기 준 측 정 방 법

아 황 산 가 스(SO₂)

․연간평균치 0.02ppm이하․24시간평균치 0.05ppm이하․1시간평균치 0.15ppm이하자외선형광법(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 0.10ppm이하화학발광법(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 적용가스크로마토그래프법(Gas Chromotography)

납(Pb)

․연간평균치 0.5㎍/㎥이하 원자흡광도법(Atomic Absorption Spectrophotometry)

※ 1시간 평균치는 999천분위수의 값이 그 기준을 초과하여서는 아니되고, 8시간 및 24시

간 평균치는 99백분위수의 값이 그 기준을 초과하여서는 아니된다.

[별표][시행일:2015.1.1] 제1호의 미세먼지(PM-2.5)란

한국 미국 캐나다 이태리 스위스 터키 일본

1. 대기

항 목 기 준 측 정 방 법

아황산가스

(SO2)

연간 평균치 0.02ppm 이하

24시간 평균치 0.05ppm 이하

1시간 평균치 0.15ppm 이하

자외선 형광법

(Pulse U.V. Fluorescence

Method)

일산화탄소

(CO)

8시간 평균치 9ppm 이하

1시간 평균치 25ppm 이하

비분산적외선 분석법

(NonDispersive Infrared

Method)

이산화질소

(NO2)

연간 평균치 0.03ppm 이하

24시간 평균치 0.06ppm 이하

1시간 평균치 0.10ppm 이하

화학 발광법

(Chemiluminescence Method)

미 세 먼 지

( P M - 1 0 )

연간 평균치 50㎍/㎥ 이하

24시간 평균치 100㎍/㎥ 이하

베타선 흡수법

(βRay Absorption Method)

미 세 먼 지

( P M - 2 .5 )

연간 평균치 25㎍/㎥ 이하

24시간 평균치 50㎍/㎥ 이하

*2015.1.1부터 시행

중량농도법 또는 이에 준하는 자

동 측정법

오 존

(O3)

8시간 평균치 0.06ppm 이하

1시간 평균치 0.1ppm 이하

자외선 광도법

(U.V Photometric Method)

납

(Pb)연간 평균치 0.5㎍/㎥ 이하

원자흡광 광도법

(Atomic Absorption

Spectrophotometry)

벤젠 연간 평균치 5㎍/㎥ 이하 가스크로마토그래피

(Gas Chromatography)

비고

1. 1시간 평균치는 999천분위수(千分位數)의 값이 그 기준을 초과해서는 안 되고, 8시간

및 24시간 평균치는 99백분위수의 값이 그 기준을 초과해서는 안 된다.

2. 미세먼지(PM-10)는 입자의 크기가 10㎛ 이하인 먼지를 말한다.

3. 미세먼지(PM-2.5)는 입자의 크기가 2.5㎛ 이하인 먼지를 말한다.

※ 999천분위수: 1년간 1시간 측정자료를 낮은 수치로부터 높은 수치쪽으로 차례대로 배열 했을 때 1000개 중 999번째에 해당하는 수치(즉 두번째로 높은 수치)

2. 각국의 대기환경기준

SO2(ppm)

연평균 0.02 0.03 0.02 0.03 0.01 0.06 -

24시간 평균 0.05 0.14 0.11 0.10 0.04 0.15 0.04

1시간 평균 0.15 - 0.34 - - - 0.10

PM10(㎍/㎥)

연평균 50 50 70 *150 70 - -

24시간 평균 100 150 120 *300 150 *300 100

1시간 평균 - - - - - - 200

O3(ppm)

연평균 - - 0.015 - - - -

8시간 평균 0.06 0.08 0.025 - - - 0.06

1시간 평균 0.10 0.12 0.08 0.10 0.06 0.12 0.10

NO2(ppm)

연평균 0.03 0.053 0.05 - 0.02 0.05 -

24시간 평균 0.06 - 0.11 - 0.04 -0.04-0.

06

1시간 평균 0.10 - 0.21 0.11 0.05/30분 0.16 -

CO(ppm)

연평균 - - - - 7 - 10

8시간 평균 - 9 13 9 - 9 20

1시간 평균 25 35 31 35 - 26 -

HC(ppm)

연평균 - - - - - - -

1시간 평균 - - - - - 0.26 -

Pb(㎍/㎥)

  0.5/연 1.5/3개월 - 2.0/년 1.0년 - -

벤젠(㎍/㎥)

연평균 5 - - - - - -

- PM10의 *는 TSP

- 프랑스는 EC기준(CO는 WHO 기준)을 인용

- 영국은 EC기준(NO2, SO2, Pb)과 WHO기준(CO, O3, 기타)을 인용

▶ 주요 도시의 월별 강우중 산도

통계표명:주요도시빗물의산도

단위:pH

　 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011서울 5 4.8 4.5 4.4 4.7 4.8 4.8 4.7 4.6 4.8부산 6.2 4.9 5 4.8 5.7 5.5 5.1 4.7 4.4 5대구 5.6 4.8 5.3 5.3 5.5 5.6 4.9 5 4.6 5.1인천 4.8 4.7 4.7 4.5 5.4 4.8 4.8 4.7 4.6 4.9광주 5.1 5 5.2 4.8 5.2 4.9 4.7 4.9 5 5.3대전 5.1 4.7 4.8 4.6 4.7 4.7 4.5 4.6 4.2 4.8울산 - - 5 5.2 5 5.2 4.7 - 4.4 5.2

출처:환경부「대기환경연보」(매년8월경)빗물의 산도는 pH 5.6

이 이상적인 중성값

대기오염및연습 참고자료

1. 대기오염제어, 이상권 외 9명 공역, 도서출판 동화기술, 2009년 원저 : AIR POLLUTION ITS ORIGIN AND CONTROL, Kenneth Wark, Cecil F. Warner, Wayne T. Davis, Prentice Hall, INC, 2004

2. 대기오염방지공학, 김동술, 김태오 공역, 도서출판 동화기술, 2003년 원저 : Air pollution Control : A Design Approach, C. David Cooper, F. C. Alley, 2-nd Edition, Waveland Press, Inc. 1994년

3. 2013 대기환경기사. 산업기사, 이승원, 성안당, 2013년

4. 대기오염측정분석학, 박기학, 손종열 공저, 형설출판사, 2000년

5. Air Pollution Engineering Manual, 2-nd Edition, US. EPA

6. Handbook of Air Pollution Technology, Edited by Seymour Calvert and Harold M. Englund, John Wiley & Sons, 1984

7. 대기오염제어공학, 이규성 외 5인 공저, 형설출판사, 2000년

8. 최신 대기오염방지기술, 김종석 외 11인 공저, 동화기술, 2000년

9. 대기오염과 방지기술, 동종인, 신광출판사, 2000년