도심 및 배경농도 지역의 대기 중 총 가스상 수은에 미치는 장거리 이동과 국지적 오염원의 기여도 평가

Abstract

수은은 장거리 이동 특성을 지닌 물질로서 지역적 혹은 지구적 규모의 영향을 줄 수 있는 오염물질이다. 수은의 세계 최대 배출 국가는 중국이며 우리나라는 중국의 풍하지역에 위치하고 있다. 그러므로 우리나라의 대기 중 수은 농도분포 특성을 파악하기 위해서는 외부 오염원의 영향을 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 도심지역인 서울지역과 배경농도 지역인 강화도에서 측정한 총 가스상 수은(Total Gaseous Mercury, TGM)과 다양한 가스상 물질들과의 관계를 통하여 서울시에 미치는 오염원을 규명하고 기여도를 추정하고자 한다. 2008년 2월부터 2009년 12월까지 도심지역과 배경농도지역에서 동시에 5분 간격으로 TGM 농도를 mercury vapor analyzer (Tekran 2537A)를 이용하여 측정하였다. 도심지역의 시료채취는 서울시 종로구 연건동에 위치한 서울대학교 보건대학원 옥상(위도 37.514, 경도 127.001)에서 실시하였고, 배경농도지역의 시료채취는 측정은 국가배경농도 측정지역인 강화도 석모리(위도 37.422, 경도 126.162)에서 실시하였다. 그리고 TGM 농도 이외의 대기 중의 가스상 물질(CO, NO2, SO2, O3, PM10)은 국립환경과학원의 서울과 강화도지역의 상시 측정망 자료를 이용하였다. 오염원의 위치파악 및 기여도 평가는 HYSPLIT 4 모델과 PSCF 모델을 이용하였다. 서울의 TGM과 CO의 평균 농도는 각각 3.68 ± 2.31 ng m-3, 662.73 ± 389.70 ppbv으로 나타났고, 배경농도지역은 각각 2.00 ± 0.87 ng m-3, 446.00 ± 247.85 ppbv으로 나타났다. TGM농도와 다른 대기 중 가스상 물질간의 상관관계 분석 결과 TGM농도는 CO, NO2, SO2, PM10의 농도와 양의 상관관계(p<0.01)를 보였고, O3 농도와는 음의 상관관계를 보였으며 모두 통계적으로 유의하게 나타났다. 계절별 TGM과 CO의 평균 농도는 겨울철에 높고, 여름철에 낮은 계절적 특성이 나타났다. 서울지역의 경우 총 149회의 고농도 사례가 나타났으며 배경농도 지역의 경우 총 90회의 고농도 사례가 나타났다. 각각의 고농도 사례를 역궤적 분석한 결과, 서울과 배경농도 지역에서 발생한 고농도 사례의 약 70%가 장거리 이동영향으로 나타났다. 이러한 장거리 이동영향 사례 중 약 83%가 중국으로 나타나 외부오염원 지역 중 중국이 가장 많은 비중을 차지하는 것으로 나타났다. 전체 장거리 이동 사례의 평균 TGM/CO ratio 값은 서울지역에서 약 0.0058 ng m-3 ppb-1으로 나타났고, 배경농도 지역에서 약 0.0055 ng m-3 ppb-1으로 나타났다. 중국의 CO 배출량과 TGM/CO ratio를 이용하여 추정한 연간 중국의 수은 배출량은 778.66 - 824.79 ton으로 산정되었다. 배경농도 지역과 서울지역에서 동시에 고농도를 보이는 경우, 모두 중국에서의 장거리 이동의 영향으로 나타났다. 그리고 PSCF 와 Joint- PSCF 모델을 적용하여 오염원 지역의 위치를 파악한 결과, 중국의 공업단지 혹은 광산이 위치한 Guizhou, Hebei, Henan, Jiangsu, Jiangxi, Jilin, Liaoning, Nei Mongol, Shanxi 그리고 Shaanxi 지역이 서울시에 미치는 TGM 농도의 가능한 오염원 지역으로 나타났다.

The objectives of this study were (ⅰ) to measure ambient total gaseous mercury (TGM) and co-pollutant concentrations in an urban area (Seoul) and a background area (Ganghwa island); (ⅱ) to characterize TGM high concentration events by distinguishing between long-range transport events and local events; (ⅲ) to identify of TGM source areas using HYSPLIT 4 model and PSCF model; and (ⅳ) to estimate TGM emission flux in China using measured TGM/CO ratio. Ambient TGM was measured concurrently in urban area (the rooftop of Graduate School of Public Health building in Seoul, Korea) and background area (Gang-hwa island in Yellow Sea) from January 2008 to December 2009. TGM was measured with a mercury vapor analyzer (Tekran 2537A). Hourly concentration of SO2, NO2, CO, O3, and PM10 were obtained from the National Institute of Environment Research (NIER). The average concentrations of TGM and CO over the sampling period in urban and background areas were 3.68 ± 2.31 ng m-3, 662.73 ± 389.70 ppbv and 2.00 ± 0.87 ng m-3, 446.00 ± 247.85 ppbv, respectively. TGM concentrations had positive correlations with SO2, NO2, CO, and PM10 (p < 0.01) but had a negative correlation with O3. TGM and CO concentrations were highest during the winter and lowest during the summer. In the urban area, totally 149 high TGM concentration events were identified: 105 events were classified as long-range transport events and 44 events were classified as local events. In the background area, totally 90 high TGM concentration events were identified: 60 events were classified as long-range transport events and 30 events were classified as local events. Five-day backward trajectory analysis starting at two sampling sites for long-range transport events showed that air parcels arrived mostly from China among potential source regions. The mean TGM/CO ratio during long-range transport event from China was 0.0055 - 0.0058 ng m-3 ppb-1 and TGM emission estimated using several CO emission fluxes of China was 778.66 - 824.79 ton year-1. PSCF and Joint-PSCF result showed that Hg emission source in China is industrial and mine areas near Guizhou, Hebei, Henan, Jiangsu, Jiangxi, Jilin, Liaoning, Nei-Mongol, Shanxi and Shaanxi.