초미세먼지로 인한 어린이 환경성 질환 영향 연구

배현주,임유라,간순영,이종태 한국환경연구원 2014 수시연구보고서 Vol.2014 No.-

본 연구에서는 서울시를 대상으로 초미세먼지(PM_2.5)와 어린이 천식 입원에 대하여 시공간적 분포를 탐색하고, 초미세먼지(PM_2.5)로 인한 어린이 천식 입원 영향을 정량적으로 평가하여 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 개선에 따른 건강피해 감소의 건강편익을 산출하였다. 2007년부터 2013년까지 서울시를 대상으로 초미세먼지(PM_2.5)와 어린이 천식 입원에 대하여 시간적 공간적 분포를 살펴보았다. 크리깅 분석결과 초미세먼지(PM_2.5) 농도는 2010년부터 2103년까지 지속적으로 감소하는 추세를 보였으며, 계절별로는 봄과 겨울이 여름과 가을과 비교하여 농도가 높게 나타났다. 15세 미만 연령집단의 천식 입원이 집중적으로 발생하는 지역을 탐색한 결과, 2011년과 2012년을 제외하고는 서울 서북부에 속한 지역이 대부분 고위험지역(hot-spot)에 속하는 것으로 나타났다. 초미세먼지(PM_2.5)와 15세 미만 연령 천식 입원의 공간적 상관성을 분석하기 위해 Rapid inquiry facility(RIF)를 활용하여 위험분석을 실시한 결과 초미세먼지(PM_2.5)농도가 낮은 구간보다 높은 구간에서 천식 입원환자 발생이 높게 나타났다. 또한 2007년부터 2013년까지 서울시를 대상으로 초미세먼지(PM_2.5)와 천식 입원영향을 정량적으로 평가하였다. 건강영향 평가 결과 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 증가는 어린이 천식 입원 발생위험을 통계적으로 유의하게 높이고 있었다. 연령별로는 어린이 중에서 상대적으로 더욱 민감집단인 0~4세 연령집단이 15세 미만 연령집단보다 초미세먼지(PM_2.5)로 인한 천식 입원 발생위험이 높았으며, 성별에 따라서는 여아보다 남아가 초미세먼지(PM_2.5)의 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. 서울시의 2013년 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 수준이 WHO에서 권고하는 대기질 기준을 달성한다고 가정하였을 때, 본 연구에서 도출한 대기오염 농도 증가에 따른 천식 입원의 농도-반응(concentration-response)함수를 적용하여 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 개선으로 기대되는 천식 입원 감소의 건강편익을 산출하였다. 본 연구결과 국민의 건강보호를 위하여 2015년 시행 예정인 초미세먼지(PM_2.5)에 대한 대기환경기준의 단계적 강화가 필요하며, 환경정책의 건강편익 산정결과를 토대로 정책의 우선순위와 우선대상지역을 결정하는데 유용한 판단 근거로 활용할 수 있다. This study examined spatial and temporal distribution on PM2.5 and children's asthma admission in Seoul, qualitatively evaluated the effects of PM2.5 on children's asthma admission, and estimated the health benefit of health damage reduction, according to PM2.5 concentration improvement. This study examined the spatial and temporal distribution of PM2.5 and children's asthma hospital admission in Seoul from 2007 to 2013. As a result of krigging analysis, the concentration of PM2.5 showed a constantly declining trend from 2010 to 2013, and the concentration was higher in spring and winter, compared to summer and autumn. According to search for the areas, where asthma admission of the age group of 15 and younger children occurred intensively, most northwestern area of Seoul was the hot-spot. For spatial correlation analysis between PM_2.5 and the asthma admission of children aged 15 and younger, this study conducted a risk analysis using rapid inquiry facility(RIF). As a result, the relative risk of asthma admission was higher in the area with higher PM_2.5 concentration than in the area with lower PM2.5 concentration. This study also quantitatively evaluated PM_2.5 and its effects on asthma admission in Seoul from 2007 to 2013. As a result of health effect evaluation, PM_2.5 increase significantly raised children's asthma admission. By age, the age group aged 0 to 4 had relatively higher risk of asthma hospital admission due to PM_2.5 than that of the age group aged 15 and younger. By gender, boys were affected more by PM_2.5 than girls. If Seoul's PM_2.5 concentration in 2013 is assumed to meet the air quality criterion recommended by WHO, this study estimated the health benefit of the decrease in asthma admission through PM_2.5 concentration improvement by applying a concentration-response function of asthma admission drawn by this study, according to air pollution concentration increase. According the findings of this study, the step-by-step consolidation of air environment criteria of PM_2.5, which is scheduled to be executed in 2015, is required for people's health protection. Also, the health benefit estimation results of environmental policy can be used as useful judgement basis in deciding policy priority and preferential areas.

2006-2008년 봄철 부산 지역 PM10과 PM2.5의 질량농도 및 금속성분의 화학적 특성

전병일,황용식 한국지구과학회 2010 한국지구과학회지 Vol.31 No.3

본 연구에서는 2006년부터 2008년까지 3년간 봄철에 PM10과 PM2.5를 채취하여 질량농도와 금속원소의 화학적특성, 기상인자와의 관계 분석, 황사 및 비황사시의 미세먼지 특성 그리고 이동경로에 따른 농도의 특성을 고찰하였다. 연구기간동안의 PM10, PM2.5, PM10-2.5 평균농도는 각각 126.2±89.8, 85.5±41.6, 40.7±54.9 μg/㎥이었으며 PM2.5/PM10 및PM10-2.5/PM2.5 비는 각각 0.70, 0.48이었다. 우리나라의 북서쪽인 북경을 포함한 지역과 서쪽인 상해를 포함한 지역에서공기덩어리가 이류 할 때 가장 높은 미세먼지농도를 나타내었다. Twenty-four hour integrated PM10 and PM2.5 samples were measured during springtime (March, April, and May) in Busan for three years from 2006 to 2008, and mass concentrations and metallic elements of measurement were analyzed to investigate temporal, spatial, chemical characteristics of the mass concentration and metallic elements in association with meteorological conditions including Asian Dust (AD) vs. non Asian Dust (NAD) seasons, and other air mass transport patterns. The result showed that PM10, PM2.5 and PM10-2.5 concentrations were on average of 126.2±89.8,85.5±41.6, and 40.7±54.9 μg/㎥, respectively, and the PM2.5/PM10 and PM10-2.5/PM2.5 ratios were 0.70 and 0.48,respectively. The highest concentrations of PM were observed when air parcels were originated from both northwest sector covering Beijing and west sector including Shanghai areas.

2001년 서울시 일부지역의 대기 중 먼지농도

박준성,박두용 대한보건협회 2011 대한보건협회 보건종합학술대회 Vol.2011 No.-

[연구배경] 입자상 물질은 대기오염의 대표적인 지표로 인체의 건강에 미치는 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 최근 10년 동안 대기 중 먼지 농도는 감소추세에 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 약 10년 전에는 주로 총부유분진이나 PM10을 측정하였으며, PM2.5와 같은 미세먼지에 대한 자료나 정보는 상당히 부족한 실정이다. 약 10년 전인 2001년 한성대 공학관 옥상에서 대기 중 입자상 물질을 측정한 원자료가 보존되어 있어, 이를 분석하여 자료를 제공함으로써 관련분야의 연구에 기여하고자 하였다. [연구목적] 2001년 1월부터 12월까지 서울시 중심지역인 한성대의 공학관 옥상에서 측정한 대기 중 입자상 물질의 농도분포(TSP, RSP, PM10, PM2.5)에 대한 자료를 제공하고자 한다. [연구방법] 2001년 1월부터 12월까지 매월 8~19일 동안 총부유분진(TSP), 호흡성분진(RSP), PM10 및 PM2.5를 측정하였다. TSP와 RSP는 미국 국립산업안전보건연구원(NIOSH)의 시험법에 따라 37mm filter와 2 L/min의 sampler를 이용하였고, PM10과 PM2.5는 Personal Environment Monitor (PEM model 761-200 및 761-203)를 사용하여 2 L/min의 sampler로 측정하였다. [연구결과] PM10의 연간 기하평균(GM)은 76 ㎍/㎥로 나타났으며, PM2.5는 49 ㎍/㎥, TSP와 RSP는 각각 70㎍/㎥ 및 37 ㎍/㎥로 나타났다. 따라서 농도수준으로 보면 GM>TSP>PM2.5>RSP의 순이었다. TSP가 PM10보다 작게 나타난 것은 TSP를 측정할 때 사용한 37 mm3-piece cassette의 경우 10 ㎛이상의 큰 입자의 경우 과소평가된다는 기존의 연구결과와 일치된다. 한편 RSP의 경우 50% 포집되는 크기가 3.5㎛로 2.5㎛이하의 먼지의 일부만 포집되는데 이 부분의 먼지농도가 높기 때문에 PM2.5의 농도가 높게 나타난 것으로 추정된다. 연간 기하표준편차(GSD)는 PM10이 1.49, PM2.5가 1.44, TSP와 RSP는 각각 1.56 및 1.66으로 나타났다. 한편 산술평균과 산술표준편차로 계산하면 PM10과 PM2.5는 83 ㎍/㎥(±32 ㎍/㎥)과 53 ㎍/㎥(±19 ㎍/㎥)였으며, TSP와 RSP는 77 ㎍/㎥(±34 ㎍/㎥)과 42 ㎍/㎥(±20 ㎍/㎥)이었다. 1년 중 PM10의 농도가 가장 높은 달은 4월로 115 ㎍/㎥이었으며, 그 다음이 5월로 100 ㎍/㎥이었다. 이것은 봄철 황사의 영향 때문인 것으로 판단된다. 한편 PM10농도가 가장 낮은 달은 8월로 51 ㎍/㎥이었다. 7월의 PM10 농도도 61 ㎍/㎥으로 연중 최저 수준인 것으로 나타났다. 이것은 여름철 장마로 인하여 대기 중 입자상 물질의 농도가 낮아졌기 때문인 것으로 보인다. PM2.5의 농도도 4월과 5월에 각각 68 ㎍/㎥ 및 69 ㎍/㎥으로 가장 높은 수준이었으며, 7, 8월에는 37 ㎍/㎥ 및 34 ㎍/㎥으로 가장 낮은 경향을 보였다. 매월 일간 농도변이를 살펴 본 결과, PM10의 GSD는 6월이 1.96으로 가장 높게 나타났다. 이것은 6월의 경우 일부 황사가 있었던 날과 장마가 시작되어 비가 내린 날의 입자상 물질 농도에 차이가 컸기 때문인 것으로 보인다. 한편 일간 변이가 가장 낮은 달은 11월로 GSD가 1.32로 나타났다. PM2.5도 비슷한 경향을 보이기는 했지만 전반적으로 GSD가 PM10보다 낮은 경향을 보였다. 이것은 미세먼지의 경우 대기 중에 일정한 정도가 지속적으로 부유되고 있으며, 급격하게 높아지거나 낮아지지 않는 특성을 보이는 것으로 해석할 수 있다. 한편 PM10에 대한 24시간 기준이었던 150 ㎍/㎥을 초과하는 날이 많은 달은 4,5,6월이 많았으며, 1,2,3 월과 10월에도 일부 150 ㎍/㎥을 초과하는 날이 나타나는 것으로 나타났다.

인공지능을 이용한 수도권 학교 미세먼지 취약성 평가: Part I - 미세먼지 예측 모델링

손상훈 ( Sanghun Son ),김진수 ( Jinsoo Kim ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

미세먼지는 인체에는 물론 생태계, 날씨 등에도 많은 영향을 끼치며, 인구와 건물, 차량 등이 밀집된 대도시에서의 미세먼지의 예측과 모니터링은 중요하다. 특히 자동차, 연소 등에서 발생하는 PM_2.5 농도는 독성 물질을 포함할 수 있어 체계적인 관리가 필요하다. 따라서 본 연구는 화학 인자, 위성 기반의 aerosol optical depth (AOD), 기상 인자 등을 입력 자료로 하여 수도권PM_2.5 농도를 예측하고자 한다. PM_2.5 농도 예측을 위해 기계 학습 모델 중 PM 농도 예측에 우수한 성능을 보이는 random forest (RF) 모델을 선정하였으며, 모델 평가를 위해 통계 지표인 R², RMSE, MAE, MAPE를 산출하였다. RF 모델의 모델 정확도는 R², RMSE, MAE, MAPE는 각각 0.97, 3.09, 2.18, 13.31로 나타났으며, 예측 정확도는 각각 0.82, 6.03, 4.36, 25.79로 본 연구에서 사용한 인자들을 이용하여 PM_2.5를 예측 시 높은 정확도와 상관성을 나타내었다. 따라서 향후 학교 미세먼지 예측 및 범주화를 위해 본 연구에서 사용한 인자들을 RF 모델에 적용하였을 때 신뢰할만한 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다. Particulate matter (PM) affects the human, ecosystems, and weather. Motorized vehicles and combustion generate fine particulate matter (PM_2.5), which can contain toxic substances and, therefore, requires systematic management. Consequently, it is important to monitor and predict PM_2.5 concentrations, especially in large cities with dense populations and infrastructures. This study aimed to predict PM_2.5 concentrations in large cities using meteorological and chemical variables as well as satellite-based aerosol optical depth. For PM_2.5 concentrations prediction, a random forest (RF) model showing excellent performance in PM concentrations prediction among machine learning models was selected. Based on the performance indicators R², RMSE, MAE, and MAPE with training accuracies of 0.97, 3.09, 2.18, and 13.31 and testing accuracies of 0.82, 6.03, 4.36, and 25.79 for R², RMSE, MAE, and MAPE, respectively. The variables used in this study showed high correlation to PM_2.5 concentrations. Therefore, we conclude that these variables can be used in a random forest model to generate reliable PM_2.5 concentrations predictions, which can then be used to assess the vulnerability of schools to PM_2.5.

PM2.5와 PM10 측정방법에 따른 농도 비교

허정혁,오세원 청운대학교 건설환경연구소 2013 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.8 No.2

To investigate the adaptability of optical measuring methods for the newly added PM2.5 standards in 2015, comparing measurements of PM10 and PM2.5 mass concentrations between gravimetric method and light scattering method by a dust monitor were conducted during the period of March through October, 2010. Mass concentrations of PM10 and PM2.5 showed the same trend for both measuring methods, and concentrations measured by dust monitor generally were higher than gravimetric method for both PM10 and PM2.5. Differences in mass concentrations between measuring methods were minimal for PM10, but larger for PM2.5. The results indicate that dust monitor should be calibrated precisely and regularly based on the actual ambient conditions for measuring PM2.5 mass concentrations. 2015년 대기환경기준에 추가되는 PM2.5의 측정법에 광산란법의 적용 가능성을 확인하기 위해, 현재 입자상 오염물의 기준시험법인 중량법과 PM10과 PM2.5의 실시간 동시 측정이 가능한 광산란법 장치인 Dust monitor를 이용하여, 2010년 3월부터 10월까지 일평균 PM10, PM2.5 질량농도를 비교 측정하였다. PM10, PM2.5 모두 장치 간 측정치의 경향은 일치하였으며, Dust monitor의 측정치가 중량법에 비해 높은 경향을 나타냈다. PM10의 경우 장치 간 오차 범위는 미미한 수준이었으나, PM2.5의 경우에는 상대적으로 높은 오차범위를 나타내고 있어 Dust monitor를 이용하여 PM2.5 질량농도를 측정할 경우에는 농도의 오차를 유발할 수 있는 주요한 요인을 최소화하고, 장치의 교정을 통해 오차 범위를 줄이는 것이 필요함을 확인하였다.

Sensitivity analysis of volatile organic compounds to PM2.5 concentrations in a representative industrial city of Korea

이병규,최성득,신벼리,김성준,이상진,김대곤,이그림,강현정,김효선,박대용 한국대기환경학회 2023 Asian Journal of Atmospheric Environment (AJAE) Vol.17 No.1

This study aims to analyze the sensitivity of volatile organic compounds (VOCs) to ambient concentrations of fine particles ( PM2.5) in the representative industrial city of Ulsan, Korea. For the calculation of sensitivity coefficients between VOCs and PM2.5 (SVOCs-PM2.5), PM2.5 data were obtained from an air quality monitoring station, and their corresponding 6-h average concentrations of VOCs (alkanes, alkenes, aromatics, and total VOCs) were measured at the Yeongnam intensive air monitoring station. The air monitoring period was divided into the warm-hot season (May–October 2020) and the cold season (November 2020–January 2021). The sensitivity coefficients in the low pollution period of PM2.5 (5 < PM2.5 ≤ 15 μg/m3) were higher and much higher than those in the medium pollution period (15 < PM2.5 ≤ 35 μg/m3) and high pollution period (35 < PM2.5 ≤ 50 μg/m3), respectively. This result indicates that the change ratios of PM2.5 concentrations to the background ( PM2.5 ≤ 5 μg/m3) per unit concentration change of VOCs (particularly alkenes) in the high PM2.5 pollution period were much higher than those in the low pollution period. This also indicates that PM2.5 concentrations above 35 μg/m3 were more easily affected by the unit concentration change of VOCs (particularly alkenes) than those below 15 μg/m3. The average sensitivity coefficients during the cold season increased in a range of 23–125% as compared to those during the warm-hot season, except the alkenes-PM2.5 sensitivity with a decrease of 7%. It means that the impact of VOCs (except alkenes) on PM2.5 concentrations was relatively low in the cold season. However, in the cold season, the alkenes might contribute more to PM2.5 formation, particularly over the high pollution period, having PM2.5 > 35 μg/m3, than other VOC groups. The result of this study can be a basis for establishing PM2.5 management plans in industrial cities with large VOC emissions.

수목의 초미세먼지(PM_2.5) 저감 효과에 대한 CFD 수치 모의: 부산 감만동 지역을 대상으로

한상철,박수진,최원식,김재진,Han, Sangcheol,Park, Soo-Jin,Choi, Wonsik,Kim, Jae-Jin 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.5

In this study, we analyzed the effects of trees planted in urban areas on PM_2.5 reduction using a computational fluid dynamics (CFD) model. For realistic numerical simulations, the meteorological components(e.g., wind velocity components and air temperatures) predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS), an operational model of the Korea Meteorological Administration, were used as the initial and boundary conditions of the CFD model. The CFD model was validated against, the PM_2.5 concentrations measured by the sensor networks. To investigate the effects of trees on the PM_2.5 reduction, we conducted the numerical simulations for three configurations of the buildings and trees: i) no tree (NT), ii) trees with only drag effect (TD), and iii) trees with the drag and dry-deposition effects (DD). The results showed that the trees in the target area significantly reduced the PM_2.5 concentrations via the dry-deposition process. The PM_2.5 concentration averaged over the domain in DD was reduced by 5.7 ㎍ m^-3 compared to that in TD. 본 연구는 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델을 이용하여 도시 지역에서 수목이 PM_2.5 저감에 미치는 영향을 조사하였다. 현실적인 수치 모의를 위해, 기상청에서 현업으로 운영 중인 국지예보시스템(LDAPS)이 예측한 기상 자료를 CFD 모델의 초기·경계 자료로 사용하였다. CFD 모델 성능 검증은 연구 대상지 내에 구축된 6개의 센서에서 측정한 PM_2.5 농도를 이용하였다. 본 연구에서는 수목이 PM_2.5 농도 분포에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 수목이 식재 되지 않았다고 가정한 경우, 수목이 식재되어 있지만 바람에 대한 항력 효과만 존재한다고 가정한 경우, 수목의 항력 효과와 침적 효과가 모두 존재한다고 가정한 경우에 대한 수치 실험을 수행하였다. 분석대상 기간 동안 PM_2.5 저감 효과가 뚜렷하게 나타난 세 가지 영역 중 군부대 내의 PM_2.5 평균 농도를 비교한 결과, 수목이 식재되지 않은 경우는 12.8 ㎍ m^-3, 수목의 항력 효과만 고려한 경우는 12.5 ㎍ m^-3이 나타났고, 수목의 항력 효과와 침적 효과가 모두 고려한 경우는 6.8 ㎍ m^-3가 나타났다. 수목에 의한 건성 침적이 PM_2.5 농도를 감소시키는 효과가 있는 것으로 확인되었다.

GOCI AOD를 이용한 서울 지역 지상 PM2.5 농도의 경험적 추정 및 일 변동성 분석

김상민,윤종민,문경정,김덕래,구자호,최명제,김광년,이윤곤 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.3

The empirical/statistical models to estimate the ground Particulate Matter (PM2.5) concentration from Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) Aerosol Optical Depth (AOD) product were developed and analyzed for the period of 2015 in Seoul, South Korea. In the model construction of AOD-PM2.5, two vertical correction methods using the planetary boundary layer height and the vertical ratio of aerosol, and humidity correction method using the hygroscopic growth factor were applied to respective models. The vertical correction for AOD and humidity correction for PM2.5 concentration played an important role in improving accuracy of overall estimation. The multiple linear regression (MLR) models with additional meteorological factors (wind speed, visibility, and air temperature) affecting AOD and PM2.5 relationships were constructed for the whole year and each season. As a result, determination coefficients of MLR models were significantly increased, compared to those of empirical models. In this study, we analyzed the seasonal, monthly and diurnal characteristics of AOD-PM2.5model. when the MLR model is seasonally constructed, underestimation tendency in high PM2.5 cases for the whole year were improved. The monthly and diurnal patterns of observed PM2.5 and estimated PM2.5 were similar. The results of this study, which estimates surface PM2.5 concentration using geostationary satellite AOD, are expected to be applicable to the future GK-2A and GK-2B. 본 연구는 서울지역에서 2015년 1월부터 12월까지 정지궤도 천리안 위성(Communication Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 해양 탑재체(Geostationary Ocean Color Imager, GOCI)의 에어로졸광학두께(Aerosol Optical Depth, AOD)로부터 지상 초미세먼지(Particulate Matter; PM2.5) 농도를 추정하기 위한 계절별 경험/통계모델을 개발했다. 행성경계층고도(Planetary Boundary Layer Height, PBLH) 그리고 에어로졸 수직 비율(Vertical Ratio of Aerosol, VRA)을 사용한 두 가지 수직보정방법과 흡습성장계수(Hygroscopic growth factor, f(RH))로부터의 습도보정방법이 각각의 경험적 모델에 적용된 결과 AOD에 대한 수직 보정과 PM2.5에 대한 지표 습도보정이 모델 성능 향상에 중요한 역할을 했다. AOD-PM2.5 사이에 관련이 있다고 알려진 기상인자들(온도, 풍속, 시정)을 추가적으로 사용하여 다중 선형 회귀모델을 구성한 결과 경험모델에 비해 R2값이 최대 0.25 증가했다. 본 연구에선 AOD-PM2.5 모델의 계절별, 월별, 시간별 특성을 분석하고 계절별로 구분하여 모델을 구성한 결과 고농도 사례에서 과소평가 되던 경향이 개선됨을 알 수 있고 관측된 PM2.5와 추정된 PM2.5의 월 및 시간변동성은 서로 경향성이 일치했다. 따라서 정지궤도 위성 AOD를 이용하여 지상 PM2.5 농도를 추정한 본 연구의 결과는 향후 발사 예정인 GK-2A와 GK-2B에 적용 가능할 것으로 기대된다.

익산지역에서 봄철 비황사기간 중 입경별 대기먼지농도와 이온조성

강공언,김남송,이현주,Kang, Gong-Unn,Kim, Nam-Song,Lee, Hyun-Ju 한국환경보건학회 2008 한국환경보건학회지 Vol.34 No.4

In order to further determine the mass concentration and ion composition of size-segregated particulate matter (PM) during the non-Asian dust storm of spring, $PM_{2.5}$ (fine particle), $PM_{10-2.5}$ (coarse particle), and $PM_{over-10}$ (PM with an aerodynamic diameter larger than $10{\mu}m$) were collected using a MCI (multi-nozzle cascade impactor) sampler of a three-stage filter pack in the spring season of 2007 in the Iksan area. During the sampling period from 5 April to 21 April, a total of 34 samples for size-segregated PM were collected, and then measured for PM mass concentrations by gravimetric measurements and for water-soluble inorganic ion species by using ion chromatography. Average mass concentrations of $PM_{2.5}$, $PM_{10-2.5}$, $PM_{over-10}$ were $35.4{\pm}11.5{\mu}g/m^3$, $13.3{\pm}5.5{\mu}g/m^3$ and $9.5{\pm}4.7{\mu}g/m^3$, respectively. On average, $PM_{2.5}$ accounted for 74% of $PM_{10}$. Compared with the literature from other areas in Korea, the measured concentration of $PM_{2.5}$ were relatively high. Water-soluble inorganic ion fractions in $PM_{2.5}$, $PM_{10-2.5}$, and $PM_{over-10}$ were found to be 47.8%, 28.5%, and 14.7%, respectively. Among the water-soluble inorganic ion species, $SO_4^{2-}$, $NO_3^-$ and $NH_4^+$ were the main components in $PM_{2.5}$, while $NO_3^-$ dominantly existed in both $PM_{10-2.5}$ and $PM_{over-10}$. Non-seasalt $SO_4^{2-}$ (nss-$SO_4^{2-}$ and $NO_3^-$ were found to mainly exist as the neutralized chemical components of $(NH_4)_2SO_4$ and $NH_4NO_3$ in fine particles.

Effect of kaolin additive on PM_2.5 reduction during pulverized coal combustion: Importance of sodium and its occurrence in coal

Si, Junping,Liu, Xiaowei,Xu, Minghou,Sheng, Lei,Zhou, Zijian,Wang, Chao,Zhang, Yang,Seo, Yong-Chil Elsevier 2014 APPLIED ENERGY Vol.114 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Little work has been performed on the importance of sodium and its occurrence in coal to PM<SUB>2.5</SUB> (particles less than 2.5μm in aerodynamic diameter) reduction by kaolin during O<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> combustion and O<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB> combustion at high temperatures. In this study, the combustion experiment of a treated low-sodium coal with sodium aluminosilicate additive was conducted in a lab-scale drop tube furnace (DTF) at 1500°C to reveal the contribution of mineral melting and coalescence to PM<SUB>2.5</SUB> reduction. Meanwhile, two typical Na-loaded coals (in which the sodium was loaded in the form of NaCl and sodium carboxylate, respectively) with kaolin added were also burnt under O<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> and O<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB> atmospheres to investigate the effect of interaction between kaolin and different chemical form sodium on PM<SUB>2.5</SUB> reduction. The results show that sodium aluminosilicate is able to promote the migration of PM<SUB>0.5–2.5</SUB> (particles in aerodynamic diameter of 0.5–2.5μm) to form coarse particles. Due to the stronger reactivity of sodium carboxylate reacting with kaolin than that of NaCl, PM<SUB>0.2–0.5</SUB> (particles in aerodynamic diameter of 0.2–0.5μm) decreases more significantly in the combustion when adding kaolin into the NaAc-loaded coal than into NaCl-loaded coal. In addition, the PM<SUB>0.2–0.5</SUB> reduction in O<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB> combustion is lower than that in O<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> combustion owing to the less vaporization of metals and the slower diffusion rate of vapors in the O<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB> atmosphere in comparison to those in the O<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> atmosphere. The mineral coalescence varied in interactions of kaolin with NaAc and NaCl. Besides, the PM<SUB>0.5–2.5</SUB> emission differed as a result of differences in coal characteristic and the atmosphere, and this would cause the difference of collision frequency between particles and additive. With the joint actions of mineral coalescence and particle collision, the NaAc-loaded coal has a higher PM<SUB>0.5–2.5</SUB> reduction by kaolin than NaCl-loaded coal, especially under the O<SUB>2</SUB>/N<SUB>2</SUB> combustion. An expression describing the relationship of PM<SUB>0.5–2.5</SUB> reduction, mineral coalescence and particle collision was fitted and it is found that the mineral coalescence has a stronger influence than particle collision on PM<SUB>0.5–2.5</SUB> reduction by kaolin.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> The sodium aluminosilicate plays an important role in PM<SUB>2.5</SUB> reduction by kaolin. </LI> <LI> The capability of kaolin to reduce PM<SUB>2.5</SUB> depends on the sodium occurrence in coals. </LI> <LI> The effect of kaolin on PM<SUB>2.5</SUB> reduction becomes weaker during O<SUB>2</SUB>/CO<SUB>2</SUB> combustion. </LI> <LI> Particle collision may be taken into consideration for PM<SUB>2.5</SUB> reduction. </LI> </UL> </P>