[환경공학실험]먼지 포집 2부

실험 방법

1. 실험 과정

1) 필터를 준비하여 지퍼백에 넣어준 후 데시게이터에서 일정한 무게가 될 때까지 24시간 이상 보관한다.

2) 0.01mg의 감도를 갖는 분석용 저울로 PM-10 샘플러 가동전의 blank와 sample용 필터 무게를 정확히 측정한다. 이 때, 측정 과정에서 습기에 의한 오차가 생기지 않도록 저울 내부에 실리카겔을 넣어둔다. 무게는 값이 10초이상 유지 되어야 하며, 측정값 간의 차이가 0.0001g 이하가 되도록 하고, 최소 3회 이상 측정하여 평균값을 사용한다.

3) PM-10 샘플러에 필터를 장착하여 24시간 가동해준다.

4) 필터를 수집하여 데시게이터에 24시간동안 보관한다.

5) 채취한 필터의 무게를 측정한다. 측정 방법은 2)와 같다.

실험 결과

1. 결과 분석

1) 관측값 (20XX.XX.XX XX시 XX분 ~ 20XX.XX.XX XX시 XX분, 총 XX분 소요)

시료 채취 전과 후의 기온, 기압, 유량계에 측정된 유량 값(I)

	시료 채취 전	시료 채취 후
기온 (K)	304.95 K	299.05 K
기압 (mmHg)	751.56 mmHg	749.31 mmHg
유량 (m³/min)	1.12 m³/min	1. 13 m³/min

  

시료 채취 전과 후의 여과지 질량 차이

시료 채취 전				시료 채취 후
Blank 무게(g)		Sample 무게(g)		Blank 무게(g)		Sample 무게(g)
1회	2.77897	1회	2.81965	1회	2.77880	1회	2.90042
2회	2.77894	2회	2.81970	2회	2.77877	2회	2.90040
3회	2.77897	3회	2.81966	3회	2.77873	3회	2.90041
평균(BK1)	2.77896	평균(S1)	2.81967	평균(BK2)	2.77877	평균(S2)	2.90041

 

2) 유량 보정 값(IC) 구하기

I	→ 보정	IC
1.12 m³/min		1.10 m³/min
1.13 m³/min		1.12 m³/min

  

유량계에 측정된 값(I)은 

위의 식을 이용하여 측정 당시 기온과 기압을 고려하여 보정하고,두 값의 평균을 구하면, IC=1.11m³/min임을 알 수 있다.이 때Pstd=760mmHg, Tstd=298K로 계산한다. (Qstd:표준유량, IC:유량보정값, M:Qstdslope, B:Qstdintercept, Pa:실제 압력(mmHg), Pstd:표준 압력(mmHg), Ta:실제 기온(K), Tstd:표준 기온(K))

3) 표준유량 구하기

기존에 하였던 Qstd(표준유량, m³/min)을x축으로, IC(유량보정값, m³/min)를y축으로 설정하여 산출한y=0.787x+0.2511이라는 유량보정 실험식을 이용하면, 2)에서 얻은IC값을y에 대입하여Qstd(표준유량)을 구할 수 있다. IC=1.11 m³/min일때,본 실험을 통해 얻은 표준유량(Qstd)은1.09 m³/min이다.

4) 포집된 먼지 질량 구하기

시료 채취 전				시료 채취 후
Blank 무게(g)		Sample 무게(g)		Blank 무게(g)		Sample 무게(g)
평균 (BK1)	2.77896	평균 (S1 )	2.81967	평균 (BK2)	2.77877	평균 (S2)	2.90041

2)의 관측값을 토대로 시료 채취 전과 후의 여과지 질량 차이를 이용하면 포집된 먼지의 질량을 구할 수 있다.

포집된 먼지 질량(𝑔) = sample차이–blank차이=(S2–S1)–(BK2-BK1) = (0.08074)–(-0.00019) = 0.08093 g = 0.08093×106㎍= 80930㎍

5) 먼지의 질량 농도 구하기

앞서 구한 표준유량(㎥/min)에 먼지 채취 시간(min)을 곱하면 흡인 공기량(을 구할 수 있다. 아래의 식을 이용하여 흡인공기량으로 포집된 먼지의 질량을 나누면 먼지의 질량농도를 계산할 수 있다.

흡인공기량(㎥) = 표준유량(㎥/min) × 채취 시간(min) = 1.09 × 1370 = 1493.3㎥

먼지질량농도(㎍/㎥) = 포집된 먼지 질량(㎍)/ 흡인공기량(㎥) = 80930/1493.3 = 54.2㎍/㎥

즉, 본 실험에서 측정한 먼지(PM10)의 질량 농도는 54.2㎍/㎥이다.

 

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험에서 고용량 공기 포집법을 사용하여 측정한 PM10의 질량 농도는 54.2㎍/㎥이다. 이는 약 24시간 동안 샘플러로 공기를 흡입하였을 때, 공기 1㎥당 54.2㎍ 만큼의 PM10이 포집 되었다는 것을 의미한다. 이는 한국 환경공단에서 운영하는 전국 실시간 대기오염도 공개 홈페이지 ‘에어코리아’에서 제공한 PM₁₀ 농도값인 42.8㎍/㎥ 보다 공기 1당 약 11.4㎍ 많은 수치이다. 

‘에어코리아’에서 제공하는 먼지의 농도를 참값으로 가정한다면, 본 실험의 백분율 오차는 26.6%임을 알 수 있다. ‘에어코리아’에서 제공하는 미세먼지의 농도값과 실험 측정값에 차이가 발생하는 원인은 다양하지만, 측정 장소에 따른 자동차 통행량과 유동인구 등의 차이, 측정 방법의 차이, 날파리라는 변수로 인해 오차가 발생한 것으로 생각된다. 또한, 미세먼지 측정에 영향을 미치는 습도 등 환경요인에 의한 오차나 실험 도구, 실험자에 의한 오차도 분명 존재할 것이다. 따라서 온도와 습도와 같은 환경요인에 의한 기계오차, 기계의 부적확성으로 인한 외계오차, 실험자에 따른 개인오차를 포함한 계통오차를 줄이기 위해 실험시 주의하여 정확한 측정값을 도출해 낼 필요가 있다.

국내의 미세먼지(PM10)의 대기환경기준은 24시간 평균치 100㎍/㎥ 이하, 연간 평균치 50㎍/㎥ 이하이며 WHO(세계보건기구)의 대기환경 기준은 24시간 평균치 50㎍/㎥, 연간 평균치 20㎍/㎥ 이하이다. 본 실험에서 측정한 PM₁₀의 질량 농도인 54.2㎍/㎥은 국내의 PM10 24시간 평균치 기준보다는 낮지만, WHO(세계보건기구)가 제시하는 24시간 대기환경기준보다는 높은 것으로 확인되었다. 국내의 PM10에 대한 24시간 기준과 연 평균 기준은 영국, EU, WHO의 기준에 비해 완화 되어있는 실정이기에 보다 엄격한 기준과 대기오염물질 농도 관리방안의 개발이 필요하다.

 

참고 문헌

1. 국립환경과학원, 대기오염공정시험기준, 환경대기 중 미세먼지(PM10) 측정방법, ES 01605 (2016)

2. 에어코리아, “최종확정 측정자료 조회”, 2019, http://www.airkorea.or.kr/web/pastSearch?pMENU_NO=123

 

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