2020년 부산 항만 지역 입자상 대기 오염물질의 물리·화학적 특성 및 계절적 변화

Abstract

2016년 네이처에 따르면 우리나라 부산항은 홍콩, 싱가포르, 상하이 등 세계 주요항만과 함께 세계 10대 초미세먼지 오염 항만으로 선정되었다. 국가미세먼지정보센터의 국내 대기오염물질 배출량 통계(2017년)에 따르면 초미세먼지 배출원 중 비도로이동오염원은 16%를 차지하고 있으며, 그 중 선박이 약 50%에 달하는 배출량을 보이고 있다. 특히 부산지역의 경우 초미세먼지 배출원 중 비도로이동오염원이 50%를 차지하고 있으며, 그 중 선박의 배출량은 75%에 달하는 것으로 보고되고 있다. 이에 따라 본 연구는 부산 항만 지역의 입자상 대기 오염물질의 실시간 측정을 통해 항만 지역에서 발생되는 미세먼지의 물리·화학적 특성과 계절적 변화 특성을 파악해보았다. 수집된 기상 및 화학분석 자료를 토대로 항만지역의 미세먼지 발생과 관련해 오염원별 기여도를 확인해보았다. 관측은 부산시에 위치한 북항에서 2020년 2월, 5월, 8월, 11월에 걸쳐 연간 4회 계절별 집중조사를 실시하였다. 고분해능 비행시간 에어로졸 질량분석기(HR-ToF-AMS)를 활용해 입경 1 ㎛ 이하 입자상 물질들(PM1.0)의 화학조성 및 질량농도를 실시간 관측하였고, 전자기유도입자계수기(SMPS)를 통해 입자상물질들의 입경분포를 측정하였다. 그 외 입경 2.5 ㎛(PM2.5), 10 ㎛(PM10) 이하 입자상 물질의 농도 및 블랙카본의 농도 관측을 위해 DustTrak과 Aethalometer가 활용되었다. 부산 항만지역에서 PM10과 PM2.5의 농도는 겨울철에 각각 35.2 μg/m3, 26.7 μg/m3로 높은 특징을 보여주었으며, PM1.0의 경우 여름철에 14.5 μg/m3로 높게 관측이 되었다. 특히 여름철 PM10과 PM2.5에서 PM1.0이 차지하는 비율은 각각 50.2 %, 75.9 %로 미세먼지에서 1 μm이하의 초미세 입자 상 물질이 차지하는 비중이 매우 높음을 알 수 있다. PM1.0을 구성하는 물질의 화학조성에서 블랙카본의 농도는 연평균 2.29 ± 0.24 μg/m3 로 항만 지역에서 연간 높은 농도로 배출됨을 확인하였다. PM1.0의 화학조성 중 유기성분은 평균적으로 가장 큰 비중(36.9 %)을 차지하였으며 여름철의 경우 황산염이 크게 증가(35.0%)된 특징을 보여주었다. 질산염은 가을과 겨울철에 상대적으로 높게 관측이 되었고, 암모늄염은 여름철에 상대적으로 높게 관측되었다. Conditional Probability Functions(CPF) 모델링을 통해 항만지역에서 측정된 대기오염물질의 거동 특성을 파악한 결과 입자상 물질의 구성 성분에 따라 지역적 발생 특성과 주변 지역에서 유입되는 특징이 서로 다르게 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 실측에 기반한 결과는 항만 지역의 미세먼지 배출원 및 배출 실태에 대한 과학적 근거자료이자 이동 및 확산과 같은 거동평가 모델링을 위한 기초자료로써 항만 지역의 오염물질 배출저감·관리정책에 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.