강화도 대기 중 종별 수은의 농도 특성 및 오염경로 추정 :Characteristics of atmospheric speciated mercury concentrations and possible source pathways in Ganghwa Island, South Korea

이수현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이수현 (강원대학교, 강원대학교 일반대학원)

지도교수: 한영지

발행연도: 2018

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

강화도 대기 중 종별 수은의 농도 특성 및 오염경로 추정

이수현 환경학과 2018.01 학위논문

2017

강화도 대기 중 종별 수은 농도 특성 및 오염원 추정

이수현 , 한영지 대한환경공학회 학술발표논문집 2017.11 학술대회자료

강화도 대기 중 수은의 농도 특성 및 오염원 추정 연구

이수현 , 한영지 한국대기환경학회 학술대회논문집 2017.11 학술대회자료

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대기 중 무기 수은이 호수나 바다로 침적하면 수생태계 내에서 박테리아에 의해 독성이 높은 메틸수은(MeHg)으로 변형되어 먹이연쇄에 따라 생물증폭이 된다. 인간은 주로 수생물 섭취를 통해 메틸수은에 노출되며 이 과정에서 대기는 배출원에서 수용체로의 수은 이동의 주요 통로역할을 하게 된다. 따라서 대기 중 수은을 정량화하고 특성화하는 것은 중요하다. 우리나라 대기 중 수은의 생성 및 유입 경로는 중국 등 인접국가의 장거리 이동과 국내 인위적 배출, 대기 중 2차 생성, 토양 및 바다 자연적 배출 및 재배출로 분류할 수 있다.
본 연구는 우리나라 최서쪽에 위치해 있어서 국내 및 국외 배출과 해양의 영향을 모두 볼 수 있고 다양한 생성 경로에 의해 변화하는 수은 농도가 파악 가능한 강화도를 시료채취 장소로 선정하여, 대기 중 종별 수은 농도의 특성을 이해하고 이에 영향을 미치는 잠재적 오염경로를 추정하였다. 2015년 8월부터 2017년 9월까지 4-11일간 계절별 집중 시료채취를 총 10회 실시하였고 총 가스상 수은(total gaseous mercury, TGM = GEM + GOM), 가스상 산화수은(gaseous oxidized mercury, GOM), 입자상 수은(particulate-bound mercury, PBM)을 각각 측정하였으며, 농도결과를 기상인자 및 일반대기오염물질자료와 비교하였다. TGM은 Tekran 2537X를 이용하여 측정하였고 KCl을 코팅한 디누더를 이용하여 GOM을 채취하고 quartz 필터에 PBM을 채취한 후 tube furnace에서 열탈착하여 Tekran 2537로 분석하였다. 또한 오염장미, 조건부 확률함수(conditional probability function: CPF), GOM/PBM 비율과 HYSPLIT 역궤적 자료를 기반으로 cluster 분석과 수용모델인 potential source contribution function (PSCF)를 이용하여 자료 분석을 하였다. 전체 시료채취기간 동안 평균 TGM, GOM, PBM 농도는 각각 2.7 ± 2.6 ng m-3, 5.0 ± 6.2 pg m-3, 24.0 ± 28.1 pg m-3로 측정되었다. 여름에 TGM이 가장 낮게 나타났고 GOM은 가장 높게 나타났다. 봄, 겨울에 PBM이 높게 나타났다. 근·장거리 수송 파악을 위한 GOM/PBM 비를 통해 남, 남서풍에서 근거리 영향이 크며 북, 서풍에서 장거리 영향이 나타나는 것을 확인하였다. 역궤적 기반 분석을 통해 고농도 TGM의 50%가 중국과 북한에서의 장거리 수송의 영향을 받은 것을 확인하였다. PBM도 중국에서의 장거리 수송의 영향과 낮은 온도에서 가스-입자 전환의 2차 생성이 확인되었고 GOM은 국지적 영향과 해양 체류시간을 확인하여 해양에서 배출된 Hg0가 강한 일사량과 고농도의 산화제에 의해 Hg2+로 2차 생성된 것을 확인하였다.

Once atmospheric mercury (Hg) is deposited into lakes or oceans, it can be transformed by bacteria into highly toxic methyl mercury (MeHg), resulting in biomagnification through the food chain. Humans are exposed to methyl mercury primarily through the intakes of aquatic organisms, and atmospheric deposition has been considered as the most important input to aquatic mercury pool. It is therefore important to identify the atmospheric mercury concentrations and their characteristics. Formation and transport pathways of atmospheric Hg in Korea can be categorized as long-range transport of Hg emitted in adjacent country such as China, emissions from domestic anthropogenic sources, secondary formation in ambient air, and emissions from ocean and soil surfaces (natural emission and re-emission).
In this study, the atmospheric speciated Hg concentrations were measured on the remote island, the westernmost part of South Korea. Total gaseous mercury (TGM = GEM + GOM), gaseous oxidized mercury (GOM) and particulate bound mercury (PBM) were collected during 10 intensive sampling periods from August 2015 to September 2017. TGM was measured using Tekran 2537X, and GOM and PBM were collected by KCl-coated denuder and quartz filter, respectively which were thermally desorbed and analyzed by Tekran 2537 afterward. In order to identify the major source and/or formation pathways, various tools including pollution rose, Conditional Probability Function (CPF), GOM/PBM ratios, cluster analysis, and potential source correction function (PSCF) were used.
The concentration of the mean TGM, GOM and PBM were measured as 2.7 ± 2.6 ng m-3, 5.0 ± 6.2 pg m-3 and 24.0 ± 28.1 pg m-3 during the entire sampling period. In the summer, TGM was the lowest and GOM was the highest. PBM concentrations were generally high during the spring and the winter. The GOM/PBM ratio was used to identify the relative impact between local emission and regional range transport, and high GOM/PBM ratio appeared with southern and southwestern winds which indicates the effect of local emission. On the other hand, the GOM/PBM ratio was low when northerly and westerly winds were predominant, suggesting the effect of long-range transport from China. For the top 10% TGM samples, approximately 50% of them was affected by long-range transport from China and North Korea. PBM was also enhanced with trajectories originating from China while GOM was significantly affected by local anthropogenic emissions. GOM concentration also increased when there was high residence time of trajectories in ocean, possibly suggesting that photochemical production of GOM in marine boundary layer was important due to strong solar radiation and high concentration of oxidants such as BrO.

#TGM #GOM #PBM #CPF #GOM/PBM ratio #Cluster 분석 #PSCF #해양배출 #장거리 이동

Ⅰ. 서론 1
1. 수은의 일반적인 특징 1
2. 수은의 환경 내 순환 3
3. 수은의 대기 배출원 5
4. 대기 중 수은 7
5. 대기 중 수은의 선행연구 9
6. 연구 목적 11
Ⅱ. 연구방법 13
1. 시료채취 장소 및 기간 13
2. 시료채취방법 16
2.1. 총 가스상 수은 16
2.2. 가스상 산화수은 16
2.3. 입자상 수은 16
3. 시료 분석 방법 18
3.1. 총 가스상 수은 18
3.2. 가스상 산화수은 18
3.3. 입자상 수은 18
4. QA/AC 20
4.1. 산세척과정 및 보관 방법 20
4.2. 전처리 21
5. 오염장미(Pollution rose) 21
6. Conditional probability function (CPF) 21
7. 역궤적 분석(Back trajectory analysis) 22
8. Potential Source Contribution Function (PSCF) 22
9. 통계 분석 23
10. 기상자료 및 일반 대기오염물질자료 24
Ⅲ. 결과 및 토의 25
3.1.1. TGM 농도특성 25
3.1.2. GOM 농도특성 26
3.1.3. PBM 농도특성 26
3.2. 시료채취기간별 농도특성 33
3.2.1. 첫 번째 시료채취기간 33
3.2.2. 두 번째 시료채취기간 35
3.2.3. 세 번째 시료채취기간 37
3.2.4. 네 번째 시료채취기간 39
3.2.5. 다섯 번째 시료채취기간 41
3.2.6. 여섯 번째 시료채취기간 43
3.2.7. 일곱 번째 시료채취기간 45
3.2.8. 여덟 번째 시료채취기간 47
3.2.9. 아홉 번째 시료채취기간 49
3.2.10. 열 번째 시료채취기간 51
4. 고농도 이벤트 61
5. 근거리·장거리 파악 64
6. 이차생성 기작 기여도 66
7. Cluster 분석 68
8. PSCF 결과 68
Ⅳ. 결론 77
□ 참고문헌 78
□ Abstract 85

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