대기환경오염
1. 역사
1948년 미국 펜실베니아의 도노라에서 4일간의 대기오염 : 20명 사망, 6,000 이상 환자
1952년 영국 런던 : 짙은 안개와 연기 : 4,000명 이상이 사망
주원인 : 황산화물, 일산화탄소, 질소산화물의, 분진
2. 환경기준
대기오염물질별 발생원, 인체에 미치는 영향 및 환경기준
비고 : 1시간 및 24시간 평균값은 연간 3회 이상 그 기준을 초과해서는 아니된다.
입경이 10마이크로미터이하인 미세먼지의 환경기준 : 연간 ≤ 150㎍/m3, 24시간 ≤ 300㎍/m3
3. 오염물질
3-1. 일산화탄소 (CO)
1) 발생 : 연료의 불완전 연소 : 70% 정도가 자동차에 의해 배출
2) 인체영향 : 혈액의 산소운반 능력감소 -> 뇌손상, 산소결핍현상
3) 함량 : 도시 5-10 ppm, 도로 100ppm, 담배연기 400ppm 이상
3-2. 질소산화물 (NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5)
1) 발생 : 대기중의 연소와 연료에 의함 (질소의 산화),
2) 인체영향 : 이산화질소 급성자극, 어린이 기관지병, 식물피해, 금속표면부식, 스모그원인
3) 함량 : 1970년 이후 대략 2천만톤
3-3. 입자상 물질
지름이 0.0002 - 500 m이며 에어러졸, 먼지, 증기, 연기, 검댕 등
> 10 m은 주로 제거되지만 0.5 - 10 m는 폐에 도달 -> 특히 2-4 m 입자는 폐에 침전
영향 : 호흡기감염, 심장병, 기관지염, 기침, 감기, 발암 (방향족 탄화수소, PAH)
3-4. 황산화물
주로 화석연료의 소각에 의해 발생 -> 산성비, 호흡기질환
이산화황은 채소의 피해 유발, 건축자재의 손상 등
3-5. 납
주로 테트라에틸 납 (C2H5)4Pb의 사용에 의해 -> 최근에는 감소
음식물, 음용수 (WHO = 10 ppb, USEPA = 50 ppb), 페인트 등
신체의 무기력증, 발작, 영구적 뇌손상, 죽음
4. 실내 대기질
1) 오염물질 : 일산화탄소, 질소화합물, 휘발성유기물질, 담배연기, 라돈가스 등
2) 담배연기 : 발암물질을 함유, 보통 0.2 m 정도의 입자이므로 폐포에 운반됨
3) 목탄난로, 벽난로 : 일산화탄소, 질소화합물, 탄화수소, 벤젠 피렌 등
4) 라돈 : 년간 5,000 - 20,000명의 폐암사망
5. 배출방지대책
5-1. 화석연료의 소비감소 : 에너지효율증대, 에너지원을 오염이 적은 것으로 대체
단열재사용, 효과적인 조명시설, 효율적인 제조공정의 개발
태양열, 수력, 풍력, 지력, 원자력에너지 등을 이용
화석연료를 사용할 경우
1) 연소전의 제어 : 오염방출량을 감소시킴 : 황, 질소함량이 적은 연료사용
2) 연소중의 제어 : 연소공정을 개선 : SOx, NOx의 배출이 감소되는 발전소, 보일러 설계
3) 연소후의 제어 : 집진시설, 탈황장치
5-2. 석탄화력발전소에서 배출방지
대기오염물질 방출 제어 -> 연소기의 재설계, 스크러버(황제거)의 설치, 전기집진기이용 등
5-3. 연소전 황물질의 제어
연료를 바꿈 : 다량의 황을 함유한 것을 적은 것으로 또는 둘을 섞는 방법
석탄 세정방법 : 석탄에 함유된 황철석을 제거 : 비중법
5-4. 유동층 연소 (FBC)
석회석 + 혼합된 분쇄석탄이 부유하며 연소 -> 생성황화물 + 석회석 -> 황화칼슘 침전
5-5. 질소산화물의 발생억제
완전산화방법 : 과잉공기량을 감소시켜 적정량의 산소와 반응
저 NOx 버너 : 보일러안의 공기와 연료의 혼합을 단계적으로 연소시킴
5-6. 배출가스 탈황장치 (Scrubbers) : 건식과 습식, 폐기식과 재사용식
5-7. 입자상물질의 제어
큰입자 (> 5 m): 사이클론 (원심력을 이용)
작은 입자 (< 1 m) : 백하우스 또는 전기집진기를 이용
5-8. 차량에 대한 배출제어
내연기관 엔진의 개선 : 완전 연소, 공기와의 효과적 접촉 등 + 배기 시스템의 제어
5-9. 대체연료
미래형 연료 : 메탄올, 에탄올, 압축천연가스, 프로판, 수소 등
메탄올 : 경주차의 연료로 사용됨, 가솔린에 비해 옥탄가 높음, NOx의 배출감소 -> 단점 : 겨울에 사용곤란, 독성이 강함 => 메탄올과 가솔린을 혼합하여 사용 (M85) : 구동거리가 짧은 단점
6. 온실효과와 성층권의 오존층의 파괴
6-1. 개요
대기 구성물질 : 질소(78%), 산소(21%), 기타 1%(이산화탄소, 질소산화물, 메탄, 오존, CFC)
온실효과 -> 기후변화, 성층권의 오존파괴 -> 자외선 노출
초기의 지구 : 초기는 이산화탄소, 수증기 -> 질소, 산소, 오존층 형성 -> 대기질 구성
6-2. 지구 기온
지구에는 20번의 빙기와 간빙기 존재 -> 나이테, 얼음의 부피 변화, 해수면의 변화,
6-3. 온실효과
단파장의 태양에너지는 통과, 내부의 장파장은 통과 못하여 실내의 온도가 상승됨
원인 : 이산화탄소, 질소산화물, 메탄, CFC 등 -> 주로 이산화탄소와 CFC
과정 : 온도증가 -> 해양의 열팽창 -> 해수면 상승 : 25cm/1℃ -> 21C에는 1-3m 상승
해결책 : 수면상승에 대한 방어시설, 인구이동, 온실가스의 배출을 지연 또는 제한
-> 에너지효율의 개선, 핵, 태양에너지로 전환, CFC 생산 중단, 재산림화 등
6-4. 이산화탄소의 함량변화
역사적 배출 : 19세기초반 (280 ppm) -> 1990년경 (355 ppm) : 1.5ppm / year
6-5. 염화불화탄소 (CFC)
냉매, 용매, 발포제, 에어러졸 추진제에 사용 : CFC-11 (CFCl3), CFC-12 (CF2Cl2)
대체물질 -> HCFC (수소포함), HFC (염소가 없슴)
용도 : 에어러졸 : 대체물질은 이소부탄, 프로판, 이산화탄소 등
발포 플라스틱 : 견고 또는 유연한 플라스틱 제품 생산 : 유리섬유절연체로 대체
냉매제 : 냉장고 (CFC-11, CFC-12)
세정제 : CFC-113 -> 인쇄회로기판 세척
오존층 파괴 : 주로 CFC-11, -12, -113, -114, -115
6-6. 기타 온실효과 가스 : 메탄 (이산화탄소의 25배), 질소산화물 (이산화탄소의 230배)