응축성 먼지 및 2차 먼지의 통합관리를 위한 배출원 미세먼지 Potentials 산정방법 및 적용방안 연구

안윤희 서울시립대학교 도시과학대학원 2018 국내석사

현행 먼지, SO2, NO2 세가지 오염물질 발생량의 합으로 산정되는 대기오염물질 발생량 산정․관리제도의 미비점을 보완하고, 최근 빈발하는 고농도 미세먼지의 생성원인인 전구물질의 통합적인 관리를 위해 응축성 먼지 및 2차 먼지의 통합관리를 위한 배출원 미세먼지 Potentials 산정방법 및 적용방안에 대한 연구를 수행하였다. 응축성 먼지 및 2차 먼지의 생성메카니즘과 전구물질의 미세먼지 전환계수 및 미세먼지 형성 Potential, 기여율 등과 관련된 기존 연구를 고찰한 결과, 국가별, 지역별, 문헌별로 많은 차이를 보였으며, 전반적으로 1차 PM과 NH3에 의한 PM2.5 형성율이 높았고, NOx의 전환율이 과소평가되었으며, VOC는 제외된 경우가 대부분이었다. 그러나 미세먼지로 인한 위해성이 높아지고 시민들이 불안을 느끼는 시기는 미세먼지 고농도 발생시이므로 이에 주목할 필요가 있으며, 고농도시에는 질산염(NO3-)이 차지하는 비율이 저농도시보다 약 3배 정도 높았고, 저농도시에는 황산염과 유기탄소가 주요성분이었다. 미세먼지의 저감과 대기오염물질의 통합적인 관리를 목적으로 1차 먼지, SOx, NOx, NH3, VOC 5가지 전구물질에 대해 대기환경 중에서의 전구물질의 흡습과 산화로 인한 입자의 성장에 따른 질량의 증가를 반영하고 전구물질별 2차 미세먼지 형성율을 감안하여 합산한 양을 미세먼지포텐셜(Particulate Matter Potentials, PMPs)로 정의하고, 5가지의 원칙 및 기본 가정을 전제로 그 산정방법을 제안하였다. PMPs는 각 전구물질 별 미세먼지포텐셜계수와 배출량의 곱을 합산하여 계산하며, 미세먼지포텐셜계수 PMPFi는 PM당량계수(PMEFi)와 PM형성율(PMFRi)의 곱으로 정의하였다. 전구물질의 흡습과 산화로 인한 입자의 성장에 따른 질량의 증가를 반영하여 산정한 PMPF를 비교․검토하기 위해 종합 PMPs지수를 계산하여 비교하였다. 최종적으로 산정된 종합 PMPs지수는 ‘2.9886’으로, 5가지 전구물질 외의 탄산염이나 Cl이온 등 다른 물질의 존재를 반영하지 못하였고, 최근 미세먼지 고농도 현상을 반영할 수 있는 자료가 부족했기 때문에 다소 낮게 추정되었다. 전구물질의 미세먼지포텐셜 활용방안으로 배출원의 미세먼지포텐셜 산정방법을 2015년 CAPSS 배출량 자료를 기준으로 산정하고 비교․검토하였다. In order to compensate for the lack of management system in the calculation of the amount of air pollutants that is calculated as the sum of current dust, SO2, and NO2, and to perform the integrated management of precursors, which are the frequent cause of high concentration of particulate matter, the estimation method and application of the particulate matter potentials of emission source for the integrated management of the condensible particulate matter and the secondary particulate matter was studied. The previous studies related to the mechanism of generation of condensable PM and secondary PM, the PM conversion factor, and the potential and contribution rate of precursors showed different results depending on country, region, and literature. Overall, PM2.5 formation rate by primary PM and NH3 was high, NOx conversion rate was underestimated, and VOC was mostly excluded. However, it is necessary to pay attention to the fact that the risk due to particulate matter increases and the citizens feel uneasiness, at high concentrations. In addition, nitrate(NO3-) at high concentrations was about 3 times higher than at low concentration. Meanwhile, at low concentration, sulfate and organic carbon were the main components. In this study, 5 precursors of primary dust, SOx, NOx, NH3 and VOC were considered for the purpose of reduction of particulate matter and integrated management of air pollutants. Particulate Matter Potentials(PMPs) was defined as summation of mass increase of the precursors in the atmospheric environment due to moisture absorption and oxidation and total particulate matter formation rate for each precursor. Also, the estimation method was proposed based on five principles and basic assumptions. PMPs are calculated by summing the product of the particulate matter potential factor and the emission amount for each precursor (PMPFi : the product of the PM equivalent factor(PMEFi) and the PM formation rate (PMFRi)). The total PMP index was calculated and compared with the calculated PMPF to reflect the increase of the mass due to absorption and oxidation of the precursors. The final PMP index was estimated ‘2.9886’, somewhat lower. This was not reflected in the presence of other substances such as carbonates or Cl ions other than the five precursors, and recently there was a lack of datum that adequately reflected the high concentration of PM. We proposed a method for estimating the PM potential of the precursors based on the 2015 CAPSS emission data.

분무 방전극을 이용한 미세먼지 처리효율 향상에 관한 연구

김홍직 한서대학교 일반대학원 2016 국내석사

최근 대기 중의 미세먼지의 농도가 높아서 국민들의 관심사가 되고 있다. 자동차의 증가와 산업 활동 등에 의해 우리나라 내에서의 먼지 배출도 증가하고 있으며, 중국으로 부터 장거리 이동에 의한 영향도 받는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서는 미세먼지에 대한 대기환경기준을 1995년부터 PM10 항목을 설정하여 관리하여 왔으며, 2015년부터 PM2.5를 신설하고, 기준치를 50 ㎍/m3(24시간 평균)으로 유지하도록 규정하였다. 또한 대기환경기준을 유지하기 위해 수단의 법률인 배출허용기준도 강화될 것이라 판단된다. 산업시설에서 먼지를 처리하는 집진장치로는 원심분리기(Cyclone), 세정집진장치(Scrubber), 여과집진장치(bag filter), 전기집진장치(Electrostatic precipitator) 등이 개발되어 사용되고 있다. 이 중 전기집진장치는 낮은 압력손실로 많은 양의 가스를 처리 할 수 있으나 0.1 ~ 1.0 ㎛ 크기의 먼지에 대해서는 집진효율이 다른 크기의 먼지에 비해 비교적 낮은 단점이 있다. 또한 전기집진장치는 집진판에 집진 된 먼지와 방전극에 쌓인 먼지를 주기적으로 털어주어야 하는데, 대부분의 건식 전기집진기는 추타방식으로 먼지를 털어낸다. 이러한 과정에서 먼지의 재비산이 발생하여 집진효율을 저하시킨다. 본 연구에서는 재비산 문제를 해결할 수 있는 습식 전기집진장치에서 미세먼지 처리 효율을 높이기 위하여 정전분무 방전극을 제작하여, 일반적인 전기집진기의 설계치 범위 안에서 집진효율 향상시키고자 하였다. 실험한 결과, 같은 조건에서 건식 방전극을 사용한 건식 전기집진기보다 정전분무 방전극을 사용한 습식 전기집진기는 높은 효율을 나타냈으며, 정전분무 방전극의 노즐의 직경이 작을수록 더 높은 효율을 나타내었다. 또한 일반적으로 집진효율이 낮은 입경이 0.1 ~ 1.0 ㎛ 사이의 먼지의 집진 효율은 전기장 강도가 -3.5, 4.5 kV/cm에서 0.1 ~ 1.0 ㎛의 집진효율은 -2.5 kV/cm 일 때 보다 약 40 %의 집진효율이 향상되었다. The recent rise in concentration of fine in the air draws a lot of people's attention. More vehicles and industrial activities than before have led into an increase in dust emission in Korea, which was also known to be influenced by long distance movement from China. The Korean government has set up PM10 for the air quality standard of fine particles since 1995, and newly made PM2.5 in 2015 according to which the baseline should stay at 50 ㎍/m3(the mean 24 hours). Also, it is judged that allowable emission standards as a legal means to keep air quality standards will be enhanced. As dust collectors to treat fine particles in industrial facilities, cyclone, scrubber, bag filter, and electrostatic precipitator are already developed and used. Among them, electrostatic precipitator is able to treat a large amount of gas with a low loss of pressure. However, its dust collection efficiency for the fine particle with 0.1 ~ 1 ㎛ in size is relatively lower than that for other sizes of particles. In addition, the fine particles collected by its dust collection plate and the fine particles piled up in discharge electrode should be brushed away regularly. Most dry type electrostatic precipitator brush off fine particles in the way of rapping. In the process, fine particles are scattered again, and thus dust collection efficiency gets lower. To increase fine particle treatment efficiency in wet-electrostatic precipitator that can solve the problem of re-scattering, this study produced electrospray electrode and tried to improve dust collection efficiency in the design value range of general electrostatic precipitator. According to test, in the same conditions, wet-electrostatic precipitator using electrospray electrode showed higher efficiency than dry-electrostatic precipitator using wire electrode, and the smaller diameter the nozzle of electrospray electrode had, the higher efficiency the precipitator had. In addition, the dust collection efficiency for the particle with 0.1 ~ 1.0 ㎛ in diameter, which showed generally low collection efficiency, was improved around 40% more at the electric field strength -3.5, 4.5 kV/cm than at -2.5 kV/cm.

미세먼지(PM2-5, PM-10)정량측정에서 측정방법간의 상관관계 분석

박태신 광운대학교 환경대학원 2024 국내석사

Analysis of the correlation between measurement methods in the quantitative measurement of fine dust (PM-2.5, PM-10) Park, Tae Shin Environmental Engineering Major The Graduate School of Environmental Studies Kwangwoon University There are two methods for measuring dust in the air: the gravimetric measurement method and the beta-ray absorption method. However, the gravimetric measurement method has time constraints as it requires 24 hours for collection, and the beta-ray absorption method allows for real-time measurement, but has the disadvantage of securing installation space and high price. A method that can replace this is the light scattering method, which allows real-time measurement and has no restrictions on installation location due to the small size of the equipment. Among the various dust measurement methods announced by the Ministry of Environment in 2016, the light scattering method was deleted as it was rarely used due to its large error rate. However, currently, due to various research and technological developments, the measurement error of the light scattering method has been greatly improved. Considering this, in this study, I attempted to compare and evaluate the correlation between three different measuring instruments using the beta ray absorption method, the gravimetric measurement method, and the light scattering method by simultaneously installing and measuring the fine dust concentration. To compare the beta ray absorption measurement concentration with the gravimetric measurement concentration, calibration of the beta ray measuring instrument was performed. The fine dust concentration ratio between the calibrated the gravimetric measurement and beta-ray absorption measurement was 96% for PM-2.5 and 107% for PM-10, and the correlation coefficient was 0.9614 for PM-2.5 and 0.9250 for PM-10. Measurements by beta ray absorption and light scattering meter were conducted at hourly intervals, but comparative analysis was conducted by applying the average value over a 24-hour period according to the result notation method specified in the air pollution process test standards. The daily average fine dust concentration ratio of the light scattering and the beta ray absorption meter was measured at 71% and 81% for PM-2.5 and PM-10, respectively, and when comparing only the PM-2.5 results of 15㎍/㎥ or more, it was found to be slightly lower at 54%. The correlation coefficient for PM-2.5 was 0.6722~0.9112, and for PM-10 was 0.8230~0.9405. In the case of PM-10, the concentration ratio was 80% in the high concentration section of 50㎍/㎥ or more on an annual basis among the air environment standards, which was not a significant difference compared to the entire section. In order to investigate the effect of humidity, the concentration and correlation coefficient below and above 60% humidity were compared. As a result, for PM-2.5, a fine dust concentration ratio of 74% and a correlation coefficient of 0.8856 were obtained at 60% or less. Above 60%, a fine dust concentration ratio of 69% and a correlation coefficient of 0.9124 were obtained. For PM-10, a fine dust concentration ratio of 85% and a correlation coefficient of 0.7847 were obtained at humidity below 60%, and a fine dust concentration ratio of 77% and a correlation coefficient of 0.9426 were obtained at humidity above 60%. And for PM-2.5, a fine dust concentration ratio of 68% and a correlation coefficient of 0.9605 were obtained at humidity above 70%. For PM-10, a fine dust concentration ratio of 76% and a correlation coefficient of 0.9553 were obtained. As a result of the study, it was confirmed that the deviation between the beta ray absorption concentration and the light scattering concentration used for real-time measurement was greatly improved and similar measurement values ​were obtained. As a result of comparing fine dust concentration ratio between light scattering and beta ray absorption meters over time at high concentration, PM-2.5 had a somewhat low correlation of 50%. However, PM-10 showed a high correlation of 98%, which is similar as the fine dust concentration ratio of the nearby network of national measurement. It was considered that the difference in correlation depending on particle size was due to the different shapes and densities of fine dust, which resulted in differences depending on the viewing angle. It was found that the correlation was relatively high and the deviation was small in the measurement of PM-10 with large particle size. It is believed that light scattering equipment can be used in place of the shortcomings of beta radiation measuring instruments for monitoring such as responding to fine dust in high concentration cities and environmental impact assessment. 미세먼지(PM—2.5, PM—10) 정량측정에서 측정방법간의 상관관계 분석 대기 중 먼지측정방법으로는 중량농도법과 베타선흡수법을 이용하는 방법이 있으나, 중량농도법은 24시간 포집을 해야하는 시간적 제약이 있 고 베타선흡수법은 실시간 측정이 가능하나 설치 공간의 확보와 높은 가 격으로 인한 단점을 가지고 있다. 이를 대체할 수 있는 방법으로는 실시 간 측정이 가능하고 작은 장비 크기로 인해 설치 장소에 제약이 없는 광 산란법이 있다. 2016년 환경부에서 고시된 여러 먼지측정 방법들 중 광산 란법은 오차율이 커서 거의 사용되지 않아 삭제되었다. 그러나 현재는 다 양한 연구와 기술의 발달 등으로 인하여, 광산란법의 측정 오차가 많이 개선되었다. 이러한 점을 고려하여 이번 연구에서는 베타선흡수법, 중량농도법, 광 산란법을 적용하는 3가지 다른 측정기를 동시에 설치하고 미세먼지 농도 를 측정하여 상호간의 상관관계를 비교하고 평가하고자 하였다. 베타선흡 수 측정값을 중량농도 측정값과 비교하기 위하여 베타선측정기에 대한 교 정을 진행하였다. 교정 완료 후 중량농도/베타선흡수 측정기의 농도비는 PM-2.5는 96%, PM-10은 107%로 나타났으며, 상관계수는 PM-2.5는 0.9614 그리고 PM-10은 0.9250으로 나타났다. 베타선흡수와 광산란 측정기에 의한 측정은 1시간 간격으로 실시하였 으나, 대기오염공정시험기준에 명시된 결과값 표기법에 따라 24시간 기준 으로 평균값을 적용하여 비교분석을 진행하였다. 광산란/베타선흡수 측정 기의 농도비는 PM-2.5와 PM-10에서 각각 71% 및 81%로 측정되었으 며, 15㎍/㎥ 이상의 PM-2.5 결과값만 비교시 54%로 다소 낮아지는 것으 로 나타났다. PM-2.5의 상관계수는 0.6722~0.9112, PM-10은 0.8230~ 0.9405로 나타났다. PM-10의 경우는 대기환경기준 중 연간기준 50㎍/㎥ 이상의 고농도 구간에서는 농도비가 80%로 전체 구간에서와 비교시 큰 차이가 없었다. 습도에 따른 영향을 조사하기 위하여 습도 60%를 기준으로 전후에 대 한 농도와 상관계수를 비교한 결과, PM-2.5는 60% 이하에서는 미세먼지 농도비 74%, 상관계수 0.8856이 얻어졌으며 60% 이상에서는 미세먼지 농 도비 69%, 상관계수 0.9124가 얻어졌다. PM-10은 습도 60% 이하에서는 미세먼지 농도비 85%, 상관계수 0.7847이 얻어졌으며, 습도 60% 이상에 서는 미세먼지 농도비 77%, 상관계수 0.9426으로 얻어졌다. 그리고 70% 이상의 습도에서 PM-2.5는 농도비 68%, 상관계수 0.9605이 얻어졌으며, PM-10은 농도비 76%, 상관계수 0.9553이 얻어졌다. 연구결과, 실시간 측정을 위해 사용하는 베타선흡수와 광산란 측정 값 간의 편차는 많이 개선되어 유사한 측정값이 얻어지는 것으로 확인되었으 며, 고농도시 시간별 광산란/베타선흡수 측정기의 농도비를 비교한 결과 PM-2.5는 50%로 다소 낮은 상관관계를 보이나, PM-10은 98%로 인근에 위치한 국가측정망간의 미세먼지 농도비와 유사하게 측정되었다. 입자 크 기에 따라 상관관계의 차이가 발생하는 것은 미세먼지의 모양과 밀도가 달라서 투시각에 따라 차이가 발생되는 것으로 판단된다. 입자 크기가 큰 PM-10 측정에서 상관관계가 상대적으로 높고 편차가 적은 것으로 조사 되어 고농도시의 미세먼지 대응 및 환경영향평가 등의 모니터링에 베타선 흡수법 측정기의 부족한 부분을 대신하여 광산란법 장비를 사용할 수 있 을 것으로 여겨진다.

비산먼지 저감을 위한 화학적 먼지억제제의 단기간 효율에 관한 연구

서윤호 인하대학교 대학원 2011 국내석사

본 연구는 나대지의 주요한 대기 오염원인 비산먼지를 저감하는 먼지억제제에 관한 기초자료를 제공하고 lab test 장비를 고안하여 경제적인 효율 측정을 목적으로 한다. 본 연구에서는 경제적으로 먼지억제제의 효율을 실험할 수 있는 소형 풍동 실험 장치를 고안하여 먼지억제제 적용에 따른 나대지에서 비산먼지 저감효율을 측정하였다. 송풍기의 정격유량은 960 m3/h이며, 전압으로 풍속을 조절할 수 있게 하였다. 또한, 확산부(diffuser)와 정류격자(honeycomb)를 이용하여 난류강도를 축소시켜 재현 실험에 적절한 난류가 생성되도록 하였다. 나대지의 비산먼지를 저감하는 먼지억제제의 효율을 측정하기 위해 대표적으로 건설현장의 토양을 토양공정시험법의 시료 채취법에 따라 채취하여 분석한 후 실험용 bed를 제작하였다. 먼지억제제는 클로라이드류(CaCl2), 식물성 유기물류(Dust-stopTM), polymer emulsion을 사용하였고, 먼지억제제를 처리하지 않은 대조군을 이용하여 데이터 분석에 활용하였다. 실험 결과, 기존의 비산 먼지 처리법인 살수법(watering)과 비교하여 화학적 먼지억제제 처리법이 동일한 기상조건과 처리량에서 약 50∼60% 높은 효율을 보였다. 또한 3종의 먼지억제제의 비산먼지 저감 효율을 측정한 결과 polymer계열이 cellulose와 CaCl2와 비교하여 5∼10% 높은 비산먼지 억제 효율을 보였다. 외부 힘에 의한 먼지억제제를 처리한 표면의 변화를 관찰하기 위해 실험용 bed에 체진동기(sieve shaker)를 사용하여 50 hz 진동을 가한 후 비디오 현미경 시스템으로 표면을 관찰하였고, polymer계열과 cellulose계열 메커니즘이 진동에 강한 결과를 보였다. 향후 정량적인 분석이 가능하도록 lab test 장비를 보완할 필요가 있고, 적용하는 먼지억제제의 환경유해성에 관한 연구가 필요하다고 사료된다.

수도권 미세먼지의 성분,크기별 배출량 산정과 CMAQ-MADRID의 시험모사

윤혜경 인하대학교 일반대학원 2007 국내석사

미세먼지 배출량 자료와 먼지 크기별 화학성분 자료를 결합하여, 수도권 미세먼지의 크기별과 화학성분별 배출량을 산정하고 이를 CMAQ-MADRID 모형에 적용하여 타당성을 검토하였다. 그리고, 본 연구에서 산정된 미세먼지의 크기별 화학성분별 배출량을 미국 LA 지역의 배출량 자료와 비교하고, 이러한 배출량의 차이점이 대기환경 크기별 성분별 미세먼지 농도에 미치는 영향을 CMAQ-MADRID를 이용하여 분석하였다. 대기정책 지원시스템(Clean AirPolicy SupportSystem, CAPSS)을 이용하여 점, 선, 면 배출원에서 미세먼지 배출량, 배출원의 업종과 사용연료 종류를 파악하였다. 본 연구에서 사용한 배출원 구성물질 성분비(source profile)자료는 배출원을 7개, 유연탄 연소기, 도시 생활폐기물 소각로, B-C 연소기, LNG 연소기, 경유 연소기, 디젤 자동차, 비산먼지로 구분하고 있으므로, 이에 맞추어서 배출원을 분류하여 크기별과 성분별 배출량을 산출하였다. 2003년도 수도권에서의 미세먼지 배출량은 EC 4593톤, OC 38062톤, OI81137톤, Cl^(-) 532톤, NO₃^(-) 106톤, SO₄^(2-) 404톤, NH₄^(+) 179톤으로 나타났다. 전체적으로 선오염원의 기여도가 큰 것을 볼 수 있으며, 그 중에서도 비산먼지가 많은 양을 차지하고 있다. CMAQ-MADRID를 통한 모사결과를 보면, SO₄^(2-)는 미세입자의 경우 국내 인자를 사용했을 때, 그리고 조대입자의 경우는 LA인자를 사용하여 모사한 것이 좀 더 측정치와 유사했다. NO₃^(-)는 미세입자에선 모사치들의 경향이 비슷하였고, 조대입자에선 국내인자를 사용한 것이 측정치와 비슷하게 나왔다. NH₄^(+)는 모사치들의 경향이 비슷했지만, 미세입자의 경우 측정치를 약간 과대평가 하였고 조대입자에선 과소평가하였다. EC는 미세입자와 조대입자에서 모두 모사치가 측정치를 과소평가하였다. OC의 경우 미세입자에선 LA인자를 사용하여 모사한 것이 더 측정치와 비슷하였으며, 조대입자에선 모사치들과 측정치 모두 비슷한 경향을 보였다. 전체적으로, LA인자와 국내인자를 사용했을 때 비슷한 결과를 나타냈다. 하지만 배출량의 영향을 직접적으로 받는 탄소입자에 대한 모사치가 부정확하며 차후 이에 대한 연구가 더 필요한 것으로 사료된다. A size selective source profile was applied to PM10 emission inventory of Seoul Metropolitan Area for chemical speciation and size selection and the derived emission inventory was validated by CMAQ-MADRID model simulation. The PM10 emission inventory constructed here was compared with that of LA, USA and CMAQ-MADRID simulation was performed to connect the differences in emission characteristics to the ambient PM10 concentrations. Clean Air Policy System(CAPSS) was invoked to produce emissions from point, line and area sources along with source classification and fuel usage. The source profile here employed seven source classification, bituminous coal combustor, municipal solid waste incinerator, B-C oil combustors, LNG combustor, diesel combustor, diesel vehicle, fugitive dust, following which the size selective and chemically speciated emission inventory was developed. The resulted PM10 emission inventory in Seoul Metropolitan Area consists of EC 4593ton, OC 38062ton, OI 81137ton, Cl^(-) 532ton, NO₃^(-) 106ton, SO₄^(2-) 404ton, NH₄^(+) 179ton. The mobile source occupied the most of the emissions with the largest contributions by the fugitive dusts from roads. From the results of the CMAQ-MADRID simulation, SO₄^(2-) induced similar results when domestic factors were used for fine particles. But for coarse particles, the simulation results were similar by using factors from the L.A. area. In the case of NO₃^(-), the simulation results had a similar tendency for both fine and coarse particles, however, the results for fine particles were a little overestimated and the results for coarse particles were underestimated. For EC, both simulation results for fine and coarse particles were underestimated. In the case of OC fine particles, the simulation results were similar by using factors from the L.A. area. For coarse particles, both simulated and monitored results had a similar tendency. In conclusion, the simulation results had a similar tendency when domestic and L.A. area factors. But, specially, the simulation results for carbon particles were incorrect in comparison with the monitored results. In future, it needs to study for the simulation of carbon particles.

영상기반 실시간 모니터링을 위한 미세먼지 센서에 관한 연구

노민수 계명대학교 대학원 2022 국내박사

본 연구에서는 석회석 광산에서 발생하는 먼지의 특성을 분석하고 이러한 먼지를 효과적으로 감시할 수 있는 영상기반 실시간 먼지 모니터링 미세먼지 센서를 구축하고 관련 결과를 분석하였다. 석회석 광산의 주요 오염 물질인 미세먼지의 특성 분석을 위해 모니터링 대상 현장(단양, 횡성)의 미세먼지 시료를 선정 및 채취하였고 FE-SEM, EDS, FT-IR, XRD, XRF를 통해 시료의 표면특성 분석을 실시하였다. 그 결과 단양의 시료는 CaO를 주성분으로 하는 Calcite(calcium carbonate, CaCO3)가 대부분을 차지하며, 이외 Quartz(silicon oxide, SiO2)와 dolomite(CaCO3·MgCO3) 등으로 구성되어 있음을 확인하였다. 횡성의 시료는 Calcite(CaCO3)보다 Quartz(SiO2)의 함량이 많은 것으로 확인되며 불순성분인 토양광물을 다수 포함하고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 분석 결과는 각 광산의 환경(광산 형태와 규모)에 따른 차이뿐만 아니라 같은 광산내에서는 발생원과의 거리나 기후조건(바람의 이동)에 따라 CaCO3의 함량에 차이가 있음을 확인하였다. 기존 미세먼지 모니터링 장치의 단점을 보완하기 위하여 광학센서(광학 현미경)를 이용하여 영상기반 실시간 미세먼지 모니터링 센서를 제작하였다. 본 실험장치는 실시간으로 광산 먼지 개별입자의 영상을 촬영함으로써 기존 장치로는 관측하기 힘든 정보였던 광산 먼지의 다양한 정보(입도, 형상, 색도 등)를 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 MATLAB 프로그램을 이용해 각 광산현장의 먼지 이미지를 영상처리하여 먼지의 입도 및 농도의 차이를 정량화할 수 있었다. 또한, 영상처리시스템에서 인식된 먼지의 색상을 통하여 먼지의 성상도 유추할 수 있었다. 예를 들어 백색에 가까운 고광도 먼지 이미지는 석회석 광산의 광물성 먼지로 인식된 반면, 보다 짙은 색의 먼지는 토양 먼지로 신속히 구별되었다. 따라서 본 연구는 1) 영상기반 먼지센서 장비를 통해 보다 직관적이고 다양하며 신속한 광산 먼지 관련 정보를 수집할 수 있었으며, 2) 영상처리를 통해 먼지의 성상을 유추할 수 있고, 3) 광산 먼지내 객체 수, 입도, 농도 등의 정보를 시각화 및 정량화함으로써 본 연구에서 제시된 새로운 센서가 광산환경에 특화된 새로운 모니터링 기법으로서 가능성이 있음을 확인하였다. In this study, the characteristics of the dust generated from limestone mines were investigated, The sensor of particulate matter for image-based real time monitoring was built and tested for their application. To characterize particulate matter, which is a primary pollutant in limestone mines, the particulate matter samples from the target sites (Danyang, Hoengseong) were colleted and analyzed with FE-SEM, EDS, FT-IR, XRD and XRF. It was found that the Danyang samples were primarily composed of calcite (calcium carbonate, CaCO3) containing CaO as a main component. Quartz (silicon oxide, SiO2) and dolomite (CaCO3·MgCO3) were also contained. It was observed that the Hoengseong samples had a higher content of Quartz (SiO2) than Calcite (CaCO3) and contained a large number of soil minerals, which seem to be impure components. The above results confirmed that the difference in CaCO3 content depends on mines (mine type and size). However, CaCO3 content may vary depending on the location of sources as well as climatic conditions even in the same mine. Efforts were made to manufacture a Real-time monitoring sensor of Particulate Matter with image by using an optical sensor (optical microscope sensor) to overcome the shortcomings of the existing particulate matter monitoring device. The system built in this work can track the image of an individual particulate matter based on Real-time and thus can provide various information (particle size, shape, chromaticity, etc.) which were unable to observe with the existing devices. Image processing was also performed to enhance dust images of each mine site using MATLABⓇ program. As a result, it was possible to quantify the difference in particle size and concentration of dust. In addition, the properties of dust could be inferred through the color of the dust recognized by the image processing system. This study thus showed that 1) it was possible to collect more intuitive, diverse and rapid information on mine dust through the image-based dust sensor equipment, 2) it was possible to infer the properties of dust through image processing, and 3) it was possible to visualize and quantify number, size and concentration of fine particulate matter. This new sensor developed in this work can therefore be an alternate as a new monitoring technique specialized in the mining environment.

건설현장 먼지 피해에 따른 배상액 산정기준 개선방안 연구

김진호 선문대학교 일반대학원 2023 국내박사

연구의 배경 : 2019년 기준 우리나라 전체 발생량 중 건설공사에서 발생한 초미세먼지는 17.98%, 미세먼지는 29.57%로 분류 중 2위를 차지하고 있다. 1군 발암물질인 미세먼지는 사회재난으로 정부 내 전 부처에서 관리하고 있지만, 관리 실태 조사 결과 법규준수를 제대로 하지 않아 건설현장 근로자 및 인근 주민들의 건강 및 정신적 피해를 야기하고 있어 건설현장 먼지 발생 저감방안 마련이 시급한 실정이다. 연구의 목적 : 먼지는 개인적 대처도 중요하지만, 집진시설 등 먼지 저감 시설과 비산먼지 억제 조치가 우선되어야 한다고 생각한다. 이러한 조치를 촉진하기 위한 방안 제시가 본 연구의 주요 목적이다. 연구 결과 : 건설현장 먼지 관리 실태조사 결과 비산먼지 억제 조치 및 시설기준과 분진 관리법규 기준을 잘 몰라 법규준수를 적정하게 하지 못하는 것으로 조사되었다. 건설현장 먼지 측정 결과 비포장 통행 도로, 목재 가공장 등의 일부 배출공정은 환경기준을 1 ∼ 2배 초과하고 있어 해당 배출공사의 근로자를 포함한 전체 근로자 및 인근 주민들의 피해가 우려된다. 현행 건설현장 먼지 피해 배상액 산정기준의 적정성을 검토하기 위해 2015년부터 2018년 사이에 발생한 건설현장 먼지 피해 재정결정 내용을 보면 먼지 피해 수인한도(TSP 1시간 평균값 200㎍/㎥) 초과 정도를 측정·예측·평가할 수 없어 대부분 기각시키거나 소음피해 배상액의 5∼ 30%만 인정하고 있는 것으로 분석되었다. 현재 건설현장 먼지는 규제기준농도가 없고, 법규 단속도 미흡하고, 먼지 피해 배상금 부담도 없어서 미흡하게 관리되고 있다. 이로 인해 건설현장 근로자와 인근 주민들의 피해가 지속되고 있다. 현행 ‘건설현장 먼지 피해 배상액 산정기준’의 가장 큰 문제점은 수인한도 초과 여부를 측정하거나 예측 및 평가하기 어렵다는 점이다. 전광판 측정기를 이용한 먼지 측정, 이동식 측정기를 이용한 먼지 측정, AERMOD 등을 이용한 모델링 예측의 결과를 가지고 건설현장에서 발생하는 공종별 먼지의 농도라고 확정하여 환경피해 배상액은 산정하기에는 무리가 있다는 것을 검증하여 제시하였다. 먼지 저감률 등 문헌조사를 토대로 본 연구는 건설현장 먼지 저감에 가장 효과적인 기준으로 「대기환경보전법 시행규칙」[별표 14] 비산먼지 발생을 억제하기 위한 시설의 설치 및 필요한 조치에 관한 기준을 추천한다. 그리고 먼지 피해 저감 방안으로 [별표 14] 준수상태평가로 먼지 피해 배상액을 산정하는 방법을 제안한다. 본 방법의 적용 시 건설현장에서는 먼지 피해 배상액을 줄이기 위해 먼지 관리를 강화하게 되어 공정별로 27 ∼ 90% 먼지 저감 효과가 기대된다. 그에 대한 근거는 법규준수도와 먼지 저감률과의 관계에서 예시하였다. 논의 : 건설현장 먼지 관리는 환경과 보건의 중첩업무로 양부처의 법적 관리기준 조율이 필요하다. 법규준수도 평가 시 객관적인 평가 기준이 있어야 한다. 평가 기준으로 법규 준수사례 및 위반사례를 예시하였다.

천식 환자의 PM2.5와 미량원소의 개인노출농도

이정은 순천향대학교 대학원 2019 국내석사

Exposure to particulate matter(PM2.5) can affect asthma and various respiratory and cardiovascular health in children and the elderly. There are not many studies investigating the composition of particulate matter(PM2.5) elements in relation to personal exposure to particulate matter(PM2.5). Personal exposure concentrations and constituents of according to are different from those of indoor or outdoor composition, chemical and physical properties, and may have different health effects. The purpose of this study was to estimate personal exposure concentration levels of particulate matter(PM2.5) in asthmatics and to estimate various exposure sources through analysis of trace elements in particulate matter(PM2.5) based on personal exposure. For this study, measurements and data were collected from 46 asthmatics, children (2 to 12 years old) and adult patients (20 to 70) in metropolitan areas such as Seoul, Gyeonggi and Incheon. The data measured every 10 seconds of the particulate matter(PM2.5) portable measuring instrument was used as an average in one hour analysis. Statistical analyzes were performed using SPSS (ver. 25.0). In this study, when the particulate matter(PM2.5) personal exposure concentration was divided into pediatric and adult, it was 13.9 ㎍/㎥ in children and 18.0 ㎍/㎥ in adults. The concentration of particulate matter(PM2.5) in adult patients was high. The concentration of particulate matter(PM2.5) in ambient was 25.0 ㎍/㎥ for children and 30.0 ㎍/㎥ for adults during each sampling period. The concentration of ambient particulate matter(PM2.5) was also high in adult patients. Results of correlation analysis between particulate matter(PM2.5) personal exposure concentration and trace elements showed correlation with 13(As, Ba, Ca, Cu, Fe, I, K, Mn, Pb, S, Se, V, Zn)(p<0.01). As a result of principal component analysis, Trace element group 1 of total personal exposure contains BC as a component of Al, Ti, Sc, Cr, Si, Te, Br and K and is related to outdoor by the influence of road dust, soil. Group 2 exposed to the source was considered to be related to steel and smelter, while group 3 Ca was considered to be related to cooking when burned indoors. The Cd, V, and S components of Group 4 were found to be related to gypsum, wall board, and vacuuming and dusting. As a result, particulate matter(PM2.5) was associated with personal exposure to indoor and outdoor particles in asthmatics. It is necessary to measure indoor, outdoor, and individual exposures at the same time and it is considered that continuous monitoring is necessary. There is a lack of research on the composition of indoor and outdoor particulate matter(PM2.5) elements in relation to particulate matter(PM2.5) personal exposure in Korea. In the future, it is necessary to conduct follow-up studies not only for sensitive groups but also for the general public. 초미세먼지(PM2.5)에 대한 노출은 어린이와 노인에게 천식을 비롯한 다양한 호흡기 및 심혈관계 건강에 영향을 미칠 수 있다. 개인노출에 따른 초미세먼지의 농도와 구성 성분은 실내의 노출 여건이 개인마다 다르기 때문에 단순히 실내에서만 또는 실외에서만 측정된 초미세먼지와 비교했을 때 조성과 화학적 및 물리적 특성이 다르며 건강에 다른 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 천식 환자들의 공기 중 초미세먼지의 개인 노출 농도 수준과 개인 노출에 따른 미량원소 성분 분석을 통해 다양한 출처에서 미치는 영향을 추정하고자 하였다. 본 연구를 위해, 서울, 경기, 인천 등 수도권 지역의 천식 유아, 어린이(2세부터 12세 미만), 성인 환자(20대부터 70대) 46명을 대상으로 측정 및 데이터를 수집하였다. 먼저 본 연구에서는 연구 대상자의 성별, 연령, 가구 수입, 건물 형태, 거주지와 도로변의 거리, 환기 시간 수준 비교, 실내, 실외 머무는 비율 비교 등은 기술 분석을 활용하였다. 초미세먼지 휴대용 측정 기기의 10초마다 측정된 데이터는 한 시간 단위의 평균으로 하여 분석에 사용하였다. 초미세먼지 개인 노출 PM2.5농도 수준을 파악하고 주변 도시 대기 PM2.5 농도 비교를 진행하였다. 초미세먼지 내 미량원소는 에너지 분산 X선 형광 분석법(EDXRF)으로 분석하였으며, 개인노출 PM2.5 농도와 미량 원소의 상관성을 분석하기 위해 Spearman 상관분석을 사용하였다. 미량 원소 간의 주성분 분석은 Kaiser 정규화가 있는 베리멕스 회전방법을 사용하였다. 통계 분석은 SPSS(ver 25.0)을 사용하여 수행되었다. 본 연구에서 연구 대상자 대부분은 60% 이상이 실내 환경에 머무르는 것으로 나타났다. 개인 노출 PM2.5 농도를 소아와 성인으로 구분하여 분석하였을 때 소아 13.9 ㎍/㎥, 성인 18.0 ㎍/㎥으로 성인 환자군에서 높았다. 성별에 따른 소아, 성인 각각의 개인노출 농도는 남성이 15.0(9.0-19.2) ㎍/㎥, 18.0(9.4-18.4) ㎍/㎥, 여성이 11.8(7.4-17.9) ㎍/㎥, 16.8(7.9-23.8) ㎍/㎥으로 남성이 높게 나타났다. 연령에 따른 개인노출 농도는 소아의 경우 7세 이상일 때 15.4(8.0-21.2) ㎍/㎥ , 성인의 경우 60세 이상 일 때 19.4(10.1-22.7) ㎍/㎥으로 높게 나타났다. 가구 수입에 따라 개인노출 농도는 소아의 경우 300만원 이상일 때 14.5(8.0-17.4) ㎍/㎥, 성인의 경우 300만원 미만일 때 20.6(12.7-24.4) ㎍/㎥ 으로 높게 나타났다. 주거 형태에 따른 개인노출 농도는 아파트 그룹에서 주택보다 높게 나타났다. 거주지와 도로변의 거리에 따른 개인노출 농도는 소아의 경우 1m 미만인 그룹에서 성인의 경우 1m 이상인 그룹에서 높게 나타났다. 환기 시간에 따른 개인노출 농도는 소아는 환기를 1시간 이상 했을 때, 성인은 1시간 미만으로 했을 때 높게 나타났다. 각 샘플링 기간 동안의 환자 거주지 주변 지역 측정망에서 측정된 PM2.5 농도는 소아 25.0 ㎍/㎥, 성인 30.0 ㎍/㎥으로 도시 대기 PM2.5 농도가 앞서 언급한 소아, 성인 개인노출 PM2.5 농도보다 높은 수준을 보였다(p<0.01). 또한, 개인노출 PM2.5 농도와 미량원소 간의 상관분석 결과 20개 중 13개(As, Ba, Ca, Cu, Fe, I, K, Mn, Pb, S, Se, V, Zn)원소가 100% 검출한계 이상의 농도로 검출되었고, 미량원소 중 S의 경우 상관계수 0.73로 가장 높은 상관성을 보였다(p<0.01). 주성분 분석 결과 전체 개인노출의 미량원소 그룹 1은 Al, Ti, Sc, Cr, Si, Te, Br, K의 성분으로 블랙카본(BC)과 함께 포함되어 외부 차량 배출원이나 도로 먼지의 영향과 같은 실외 공기 성분과 관련이 있다고 판단되었다. 배출원에 노출된 그룹 2는 제철, 제련소 관련으로 간주되며, 그룹 3의 Ca 성분은 실내에서 연소 시 조리와 관련이 있다고 판단하였다. 그룹 4의 Cd, V, S 성분은 석고, 벽판, 청소기 먼지와 관련이 있다고 나타났다. 초미세먼지에 대한 개인노출과 관련하여 초미세먼지 요소의 구성 성분을 조사한 연구는 배출원 관리와 노출 저감에 필요하다. 향후에는 민감 집단뿐만 아니라 일반인을 대상으로 한 후속 연구도 필요하다고 판단된다.

깨끗한 공기를 향유할 권리의 보장에 관한 헌법적 고찰 : 미세먼지의 위해성에 관한 논의를 중심으로

허창환 성균관대학교 법학전문대학원 2020 국내박사

In the past, when a clean atmosphere was bestowed, breathing clean air was a natural human act. Therefore, there was no particular need to demand “clean air” as a human right. However, due to industrialization, and the continuous development of natural science and technology accelerated environmental pollution; the hazardous air pollutants such as Particulate matter began to spread, and people began to demand the state to provide conditions for 'breathing clean air'. In response the Government has implemented policies and legislations to reduce Particulate matter by enacting the ‘Particulate matter Act’. However, the ‘Particulate matter Act’ is not considered to be based on a constitutional view of the risk of Particulate matter. However, since the Constitution serves as a guide for laws and policies as the highest norm, and acts as a post-regulatory norm by binding all state powers, hence the constitutional research to cope with such 'new threats like Particulate matter' needs to be followed. The first step of the constitutional analysis to solve the problem of Particulate matter risk should begin with clarifying what the basic rights of the people are to be infringed upon by the Particulate matter risk. In that regard, we can refer to the discussions about humanity's 'clean air', such as' Right to Clean Air 'and' Right to breathe Clean Air', which are recently being enforced by European environmental organizations and the United Nations. The question is whether Korea can recognize ‘The Right to enjoy Clean Air’ as the basic right of the people not as one the basic rights listed in the Constitution. Since ‘The right to enjoy clean air’ originates from the ‘right to life, health, and environment’, it has significant meaning as a constitutional right, and public consensus on the need for protection of such basic right is instigated by the spread of risk knowledge of Particulate matter. Considering the fact that the public consensus has been formed, that its concept and means of realization are clear, and that its uniqueness is distinguished from conventionally recognized basic rights, it must be interpreted that the ‘The Right to enjoy Clean Air’ can be derived from the interpretation of the current Constitution. Therefore according to Article 10, paragraph 2 of the Constitution, the state is obliged to guarantee the people's ‘The Right to enjoy Clean Air’ through the following suggested practices. First, the legislature and the executive have a duty to improve the underrepresented statement of the ‘Particulate matter Act’ in order to ensure the ‘The Right to enjoy Clean Air’. In particular, the ‘Particulate matter Act’ needs to stipulate the transparent disclosure and dissemination of 'Particulate matter-related information' to the public, provide protection for vulnerable groups, establish the provision of a request to secure national finances, and enforce a legal binding of the Particulate matter standard under the Framework Act on Environmental Policy. In addition, the government has an obligation to actively pursue environmental diplomacy with China in order to solve the problem of Particulate matter coming from foreign atmosphere. Second, the court is obliged to take into account that the “guaranteed right to enjoy clean air” is ensured in the interpretation of the legislation for specific disputable cases. Third, the Constitutional Court directly bears the obligation to guarantee the ‘The Right to enjoy Clean Air’ through unconstitutional examination in the course of the constitutional lawsuit against the Particulate matter Act. In particular, the Constitutional Court must derive an interpretation that considers ‘The Right to enjoy Clean Air’ is based on from an important basic right, such as the right to life, in its criterion for unconstitutionality. 청정한 대기가 유지되던 과거에는 ‘깨끗한 공기를 마시는 것’은 자연스러운 인간의 행위였다. 따라서 ‘깨끗한 공기’에 관하여 특별히 인간의 권리로 인정할 필요가 없었던 것이다. 그러나 산업화와 함께 환경오염이 가속화되고 자연과학기술이 발달하면서 미세먼지와 같은 대기오염물질의 위해성의 정보가 국민들에게 전파되기 시작하였다. 이에 국민들은 국가에 대해 ‘깨끗한 공기’를 마실 수 있도록 적극적인 규제 조치를 할 것을 요구하기 시작하였다. 따라서 국가는 국민적 요구에 따라 미세먼지법을 제정·시행하는 등 미세먼지를 저감하기 위한 정책을 시행하기 시작하였다. 헌법은 최고규범으로서 법률·정책들의 지침이 되고, 모든 국가권력을 기속하여 사후적인 통제규범으로도 작용하기 때문에, 위와 같은 ‘미세먼지와 같은 새로운 위협’에 대응하기 위한 헌법적 차원의 연구가 선행될 필요가 있다. 그런데 현행 미세먼지법은 ‘미세먼지의 위해성에 대한 헌법적 관점’에서의 연구를 기초로 마련되었다고 볼 수는 없으므로, 미세먼지 문제를 해결하기 위한 헌법적 분석이 필요한 상황이다. 미세먼지의 위해성에 관한 문제를 해결하기 위한 헌법적 분석의 첫 걸음은, 미세먼지의 위해성으로 인하여 침해되는 국민의 기본권이 무엇인지를 명확하게 하는 것에서 부터 시작하여야 한다. 이 문제에 대해서는 최근 유럽의 환경단체들과 UN에서 이루어지고 있는 ‘Right to Clean Air’ 내지 ‘Right to breathe Clean Air’와 같은 인간의 ‘깨끗한 공기권’에 관한 논의를 참고할 수 있을 것이다. 즉 우리나라에서도 ‘헌법에 열거되지 아니한 기본권’으로 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리(Right to Clean Air)를 국민의 기본권으로 인정할 수 있을지가 문제된다. 그런데 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’는 헌법상 생명권·건강권·환경권에서 비롯된 것이므로 헌법적 권리로서의 의미를 가지며, 미세먼지의 위해성에 대한 지식의 전파로 인하여 현재 그러한 기본권의 보호필요성에 대해 국민적 공감대가 형성되어 있고, 그 개념과 실현수단이 명확하고, 종래 인정되는 기본권과 구별되는 독자성이 인정된다는 점에 비추어 볼 때, 현행 헌법의 해석론으로 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’가 도출될 수 있다고 해석하여야 한다. 그렇다면 국가는 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’의 효력에 구속되어 이를 보장할 의무가 있다고 할 것인바, 그 구체적인 실현방안을 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 입법부와 행정부는 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’를 보장하기 위한 관점에서 ‘미세먼지법령’의 미진한 부분에 대해 개선하고 이를 시행할 의무를 부담한다. 특히 미세먼지법에서 ‘미세먼지 관련 정보’를 국민에게 공개·전파하도록 규정하고, 취약집단의 보호를 위하여 국가재정의 우선적인 확보요청규정을 두고, 환경정책기본법상의 미세먼지 기준에 법적인 구속력을 부여하는 규정을 둘 필요가 있다. 또한 정부는 해외에서 유입되는 미세먼지 문제를 해결하기 위하여, 중국과의 적극적인 환경외교를 추진할 의무가 있다. 둘째, 법원은 구체적 분쟁사건에서 법령을 해석함에 있어 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’가 보장받을 수 있도록 배려할 의무를 부담한다. 헌법재판소는 미세먼지법령에 대한 헌법소송의 과정에서 위헌심사를 통해 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’를 보장할 의무를 직접적으로 부담한다. 특히 헌법재판소는 ‘깨끗한 공기를 향유할 권리’가 생명권과 같은 중요한 기본권에서 도출된다는 점을 구체적인 해석과정에서 고려하여야 한다.

미세먼지의 입경별 위해 분석 방법 비교 연구

김진용 연세대학교 대학원 2011 국내박사

최근 미국과 유럽 등 선진 외국에서는 대기오염으로 인한 사망률 및 유병율의 증가에 대한 연구가 꾸준히 지속되고 있다. 많은 연구에서 대기오염의 가장 중요한 오염원으로 자동차를 들고 있고, 특히 입자상 물질에 대한 유해성에 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 대기중의 미세먼지 연구는 나노 크기의 매우 작은 입경으로 인한 영향 및 인체 위해 증폭 가능성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 미세먼지중 입경이 100㎚ 이하의 극미세입자는 마이크로 크기의 입자에 비해 기하급수적으로 증가된 표면적으로 인해 오염물질의 부착 및 체내세포와의 반응성이 높아질 수 있으며, 작은 크기로 인해 체내 및 세포내 유입이 용이하여 심혈관계 질환 및 발암 유발 가능성이 커질 수 있기 때문이다. 그러나 기존의 역학적 접근법이나 함유성분을 이용한 위해성평가 방법론은 입자 크기를 반영하지 못하고 있어, 본 논문은 입자상물질의 입경별 위해분석을 위하여 역학적 연구결과에 따른 농도-반응 평가와 함유 물질별 용량-반응평가, 세포의 독성에 의한 용량-반응평가 방법을 비교 분석함으로써 극미세입자와 같은 입경별 특성을 반영할 수 있는 인체 위해성평가 방법론을 제시하고자 하였다. 이를 위해 먼저 국내외 PM10 및 PM2.5과 사망률과의 상관성 연구 결과에 의해 도출된 농도-반응 함수를 이용한 조기 사망률을 추정하였고, 입경별 미세먼지(PM10, PM2.5 및 PM1.0)에 함유된 중금속류와 다환방향족탄화수소류(PAHs)의 농도 기반에 따른 독성 위험값 및 초과발암위해도를 추정하였다. 또한 미세먼지의 입경별(PM10, PM2.5 및 PM1.0) 세포내 활성산소 발생에 의한 산화적 스트레스에 대한 용량-반응 값을 추계하여 인체 위해도를 추정하였다. 이와 같은 3가지 미세먼지의 입경별 인체 위해도 추정 방법의 장단점을 비교 분석하였다. 미세먼지의 입경별 위해도를 추정하기 위해 서울 신촌 도로변에서 2007. 12. ~ 2009. 12. 기간동안 10㎛ 이하의 먼지를 10단으로 분리하여 포집했고, 이를 이용하여 계절 및 차량 소통량 등에 대한 영향을 분석하였다. 측정기간동안 도로변 극미세입자는 0.18~0.32㎛와 1.8~3.2㎛에서 높은 농도를 나타낸 이산형 분포를 보였으며, PM10의 평균 농도는 38.3㎍/㎥, PM1.0의 평균 농도는 21.9㎍/㎥ 로 측정되어 PM10중 PM1.0의 기여율은 약 53% 수준이었고, 특히 0.1~1.0㎛ 분포의 입경은 차량 증가에 따라 유의하게 농도가 높아졌다. 입경별 미세먼지에서 분석한 16종의 중금속(P, S, Cl, Ti, V, Ni, Cu, Zn, Se, Ba, Pb, Ca, Fe, Na, Al, K)중 미세먼지에 함유되어있는 대표적인 오염물질인 6종의 전이금속(Ti, V, Ni, Cu, Zn, Fe)중 가장 많은 함유율을 보인 Fe와 전신독성 및 생식·발육독성을 나타낼 수 있는 Ni, 전이금속은 아니나 자동차 배출가스를 오염원으로 가진 오염물질중 하나인 Pb에 대한 계절적 변화 및 교통 소통량에 따른 차이를 분석하였다. 분석 결과 Ni은 0.18㎛이하의 입경에서, Pb은 0.32~3.2㎛ 입경에서, Fe은 0.18㎛ 이하의 입경과 1.0~10㎛ 입경에서 주로 분포하는 것으로 나타났고, Ni는 0.56~1.0㎛, Pb는 0.1~1.0㎛의 입경에서 교통량에 따른 차이가 크게 나타난 반면, Fe의 경우에는 전반적으로 교통량에 따른 영향이 미미한 것으로 나타났다. 또한 Total PAHs 오염도는 PM10의 경우 80.50ng/㎥, PM2.5의 경우 63.25ng/㎥로 분석되었고, PM10과 PM2.5중 개별 PAH 물질의 농도 패턴은 대체로 유사한 수준이었으며, 모두 Benzo[a]pyrene 이 가장 높은 함유율을 보였다. 포집된 미세먼지를 PM10과 PM2.5, PM1.0 으로 구분하여 역학적 방법을 통해 조기 사망율을 산출한 결과, 조사 대상 지역의 PM2.5 평균농도(28.5㎍/㎥)로 인한 호흡기계 질환 사망률은 년간 10만명당 약 342명이었으며, PM10 평균농도(38.3㎍/㎥)로 인해서는 년간 10만명당 약 246명인 것으로 나타나 PM10에 비해 PM2.5로 인한 조기 사망률이 약 1.4배정도 높은 것을 알 수 있었다. 또한 미세먼지중 니켈과 납의 독성위험값은 모두 1.0 이하로 PM10 > PM2.5 > PM1.0의 순이었으며, 다환방향족탄화수소류(PAHs)의 초과발암위해도는 PM10이 5.6×10-6, PM2.5이 4.8×10-6, PM1.0이 2.6×10-6로 추정되어 함유성분에 대한 위해성평가는 입경별 영향보다는 미세먼지의 질량에 따른 영향이 지배적인 것으로 나타났다. 세포독성평가에 의한 산화적 스트레스에 대한 BMDL10은 PM10이 72㎍/㎖, PM2.5가 39㎍/㎖, PM1.0이 24㎍/㎖로 추정되어 산화적 스트레스의 발생 확율은 PM10이 1.4배, PM2.5가 1.9배, PM1.0이 2.1배인 것으로 나타났다. 이상과 같이 미세먼지의 함유성분에 의한 위해성 추정법은 극미세입자의 특성적 영향을 반영하지 못하고 있음을 확인할 수 있었다. 이에 반해 역학적 방법론을 통한 접근법은 입경이 작은 미세입자의 독성영향이 크게 나타나 입경별 특성을 반영할 수 는 있었으나, 다양한 입경에 대한 기초 자료의 부족으로 인해 현실적으로 PM1.0 및 PM0.1 등의 극미세입자에 대한 평가는 어려운 제한점이 있었다. 또한 세포독성평가의 입경별 위해도 추정은 극미세입자의 특성을 반영할 수 있는 것으로 관찰되었으나, 독성영향과 질병 발생간의 명확한 기전이 확립되지 않아 유사영향에 대한 불확실성을 초래할 수 있는 제한점이 있었다. 따라서 향후 나노입자 등의 매우 작은 입경의 극미세먼지에 대한 건강 영향 평가를 위해서는 기존의 성분분석에 의한 위해성평가보다는 질병 발병이 아닌 다소 초기증상이기는 하지만 ROS 측정과 같은 세포독성평가를 접목하는 것이 보다 타당할 것으로 생각된다.