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대기 중 입자 물질분류

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작성자 알펜이엔지 작성일15-07-22 16:02 조회2,882회 댓글0건

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환경대기 중의 입자상 물질은 대기중 혹은 가스유체 중에서 고체나 액체상태로 존재하는 물질을 말하며 크기는 일반적으로


0.001∼500㎛ (대부분 0.1∼10㎛)이다. 또한, 입자상 물질은 그 크기로 분류하면 부유입자상 물질과 강하분진으로 나눌 수


있고, 생성 과정으로 보면 1차 입자와 2차 입자로 나뉜다.


부유입자상 물질은 대기 중에 부유하는 입자상 물질 중에서 10㎛이하의 것을 말하며 비교적 장기간에 걸쳐 대기 중에 부유


하며, 강하분진이란 입자상 물질 중에서 중력 또는 강우에 의하여 쉽게 강하하는 분진을 말한다.



그리고 1차 입자는 발생원으로부터 대기 중에 직접 방출되는 입자이며, 2차 입자는 발생원에서 대기 중에 방출된 가스상의


물질의 광화학 또는 열화학 반응으로 생성된 황산염, 질산염 및 유기물질을 말한다.


환경보전법상 입자상 물질의 종류는 분진, 매연, 검댕 및 액적(mist)를 말하며 그 외에도 연무질(aerosol), 먼지, 안개,


fly ash, 훈연(fume), 연하(smaze), aero alergen 등이 있다.



1) 입자상 물질의 분류



가) 분진


대기 중에 부유하거나 비산 강하하는 미세한 고체상의 입자상 물질을 말한다.



나) 매연


연소시 발생하는 유리탄소를 주로 하는 미세한 입자상 물질을 말한다.



다) 검댕


연소시 발생하는 유리탄소가 응결하여 입자의 지름이 1㎛ 이상이 되는 입자상 물질



라) 유적(mist)


가스나 증기의 응축으로 액상이 된 것이나 비교적 작은 물방울이 낮은 농도로 기상 중에 분산된 것이며,


시정거리 1km이상을 말한다.



마) 연무질(aerosol)


매연, 안개, 연무와 같이 가스 내에 미세한 고체 혹은 액체 입자가 분산된 것을 말한다.



바) 먼지


주로 콜로이드(colloid)보다 큰 고체입자로서 공기나 가스 내에 부유할 수 있는 것



사) 안개


분산질이 액체인 눈에 보이는 연무질을 말하며, 시정거리는 1km이하이며, 습도는 70%이상이다.



아) Fly ash


연료 연소시 생기는 굴뚝 연기 내의 미세한 재 입자로서 불완전 연소한 연료를 함유할 수도 있다.



자) 훈연(Fume)


용융된 물질이 휘발해서 생긴 기체가 응축할 때 생기는 고체입자로서 상호 응결하며, 때로는 충돌 결합한다.



차) 박무(Haze)


광화학 반응으로 생성된 물질로서 아주 작은 다수의 건조입자가 부유하고 있는 상태를 말하며, 습도는 70%이하이다.



카) 연하(Smaze)


연기와 박무의 혼합된 상태를 말한다.



타) 공중 알레르기 물질(Aero alergen)


공기 중의 화분, 균류의 포자, 기타 효모, 곰팡이, 동물의 털 등이 인간에게 알레르기 반응을 일으키기도 한다.





2) 분진의 특성



가) 입자의 형태


입자의 크기를 보통 입경이라 하며 입자가 구형인 것은 거의 없고 현미경을 통해서 보면 각양 각색의 형태를 하고 있다.


분진은 구형이나 불규칙한 모양을 가지며 최초에 구형이었던 것도 응집에 의해서 비구형이 될 수도 있다.


분진의 형상과 크기 분포는 매우 중요한 매개변수인데, 이는 분진의 제거 방법이 분진의 크기에 의해서 결정되기 때문이다.



나) 계면에너지


입자가 공기와 접하고 있는 경계가 계면으로, 계면에서는 기체의 인력이 거의 작용하지 않으므로 내부보다 안정도가


작아 안정을 위한 여분의 표면에너지를 갖게 되며, 입자가 작을수록 비표면적이 커서 표면에너지도 많이 갖게 된다.


때문에 분진은 비표면적이 클수록 액체에 쉽게 용해되고 폭발 등의 화학반응도 쉽게 일어난다. 그래서 응집 또는


부착되는 성질도 표면에너지가 클수록 큰 값을 갖는다.



다) 흡착


흡착이란 물체가 달라 붙는 것을 말하며 흡착에는 부착된 입자가 온도 상승으로 다시 떨어져 나가는 물리적 흡착과


일단 부착된 후에는 떨어져 나가지 않는 화학적 흡착이 있다.



라) 산화


미세한 금속분일수록 상온에서 타기 쉽다. 즉, 쉽게 산화반응을 일으킨다. 이러한 현상이 급속하고도 연쇄적으로


큰 규모로 발생하면 폭발이 일어난다.



Fe나 Ni등은 열분해성에 의해 100  옹스트롬(ANGSTROM) 정도의 미립자로 되면 공기와 접촉하는 동시에 발화한다.


입자표면의 형태와 입자 주위의 조건 그리고 비표면적 등은 발화를 일으키는 큰 요인이 된다.


마) 비표면적


단위 중량의 분진 입자가 갖는 표면적의 총화로서 입자의 모양이 일정하다면 입자의 직경이 작을수록 비표면적은 커진다.



바) 응집


부유상태에 있는 미세한 분진입자는 열, 입자의 전하, Brown 운동이나 음향, 진동 등의 영향에 따라 서로 충돌하며,


퇴적시의 압력에 의해서도 엉켜서 입자의 크기는 커진다. 이것을 없애고자 할 때에는 크게 영향을 미친다.



입자가 응집될 때의 결합력은 입자의 표면에너지도 관계되어 입자가 미세한 것일수록 응집되기 쉽고 응집상태에서도


결합력이 크다.



사) 음파와 분진


분진층에 음파가 작용하면 그 균일한 조직 때문에 복잡한 산란과 흡수에 따라 차차 음파는 감소한다.



아) 광선과 입자


하늘의 색이 푸른 것은 대기 중에 떠 다니는 미세한 입자에 햇빛이 반사되어 일어나는 현상이다. 특히, 지표면


가까운 대기 중에 부유하는 먼지입자에 의해 태양광선중의 단파장인 청색광이 산란되어 그 산란광을 보고 있기


때문이며 석양이 붉은 것은 대기의 층을 경계로 먼 거리를 통과하여 지표면에 도달하는 장파장, 즉 붉은 광선 때문이다.









분진입자의 입경분포와 광선 파장과의 관계로 이와 같은 빛의 흡수, 산란, 투과 등의 정도가 변하며 소정, 돌소금,


푸른 황산 등의 결정도 미세하게 분쇄하면 하얀 가루가 되는 것은 투과광에 대하여 반사광의 양이 증가되기 때문이다.



자) 입자의 대전


폭발, 미립자화 같이 수많은 입자를 생성하는 과정이라든가 입자 상호간의 마찰, 다른 물질과의 마찰 또는 인위적인


전장에 있어서의 이온과의 충돌 등에 의하여 분진 입자는 대전하게 되는데, disk라든가 합성수지제품 표면에 많은


먼지가 붙는 것도 입자와의 전기적 특성에 의한 것이다.



차) 열과 분진


옛날 화로를 사용할 때 먼저 재를 넣기도 하는데 이것은 분진이 쌓여 있는 층이 열의 전달을 억제하는 보온, 방열의


작용을 하기 때문이다. 또한 기체 중에서 생성된 입자나 부유하는 입자는 열을 싫어한다. 따라서 온도가 높은 곳에서


낮은 곳으로 이동하려는 경향이 있으며 이를 미립자의 열짐강성이라고 한다. 침강성에 따라 부착된 미립자는


그 위에 침착되는 입자와 응집하여 분진층은 더욱 두껍게 된다.




3) 분진의 배출원


분진의 발생은 생성 과정에 따라 자연적인 것과 인공적인 것으로 분류한다.



가) 자연적 배출원


① 사막에서와 같이 지면의 먼지가 바람에 날리는 경우 입경은 통상 0.3㎛ 이상이다.


② 자연적으로 생기는 오존과 탄화수소 간의 광화학적 반응에 의하여 입경이 0.2㎛ 이하인


... 입자가 생긴다.


③ 화산의 폭발에 의해 발생한다.


④ 물보라에 의하여 공기 중에 뜬 바닷물 방울이 증발하면서 입경 0.3㎛ 이상의 입자가 생성된다.


⑤ 산림의 화재에 의하여 발생한다.


⑥ 식물의 꽃가루에 의해 생성된다.



나) 인공적 배출원


① 수송수단, 공장, 화력발전소, 난방, 쓰레기의 소각 등 연소과정에서 생기는 연기 내에 분진이


... 함유되어 있다.


② NOx의 다른 물질 간 광화학적 반응에 의하여 0.2㎛이하의 입자가 생긴다.


③ 기타 원자력 이용시설, 폐기물 또는 핵실험에서 분진이 발생된다.




4) 입자상 물질의 소멸


대기 중에 배출된 입자상 물질은 체류시간이 길면 서서히 축적되거나 변질되고 또한 장거리 수송에 의하여


광역오염을 일으킨다.


크기가 1㎛ 보다 크나 20㎛ 이하인 입자는 그들이 위치하는 가스의 활동에 따라 운동하며, 20㎛ 이상의 크기를 가진


입자는 침전속도가 빨라 대기 중 체류시간이 짧다.


전형적인 체류시간은 대류권 하부에서 수일에서 몇 주되지 않으나 대류권 상부에서는 일개월 정도에 달하고 있으며,


성층권에서는 수개월에서 수년이나 소요되어 상층부로 갈수록 체류시간이 길어지는 것을 알 수 있다.


또한, 체류시간은 입자상 물질의 특성에 의해 지배받기도 한다.


전형적인 도시대기에 있어서 입자상 물질의 구성은 대다수가 입경 0.1㎛ 보다 작은 입자들이 분포하고 있다.



5) 인체에 미치는 영향


입자상 물질은 자극성 가스를 흡수하거나 또는 흡착하여 에어로졸(aerosol)상태로서의 폐의 깊은 곳까지 참입하는


입자는 침착한 곳에서 자극성 가스의 독성을 나타낸다. 따라서 입자상 물질에 의한 호흡기 장애와 자극성 가스의


유독성과 함께 입자크기에 따라 호흡기계에 침착되는 정도가 다르다. 폐포까지 도달하는 입자물질의 직경은


0.5∼5.0㎛ 정도의 크기가 참착율이 가장 높다고 한다. 0.5㎛ 이하의 것은 폐포에 들어 갔다가도 호흡운동에 의해


다시 밖으로 나오며 5.0㎛이상의 입자는 거의 전부가 인후 또는 기관지 점막에 침착하여 객담과 함께 밖으로 배출


되거나 식도를 통하여 위 속으로 넘어가 버린다. 그러나 먼저 말한 0.5∼5.0㎛ 정도의 입자들은 폐포를 통해 흡입


되어 혈관 또는 임파관으로 침입한다. 물론 이 경우 특히 입자의 성분도 문제가 되어 광산업에 종사할 경우에는


규산으로 인한 규폐증을 유발하기 때문에 문제가 되지만, 대기 오염인 경우에 있어서는 석면류가 문제된다.


석면은 폐에 침입하여 섬유화를 일으켜 호흡 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 폐질환을 발생시킨다


이 현상을 석면폐증(asbestosis)라 하며, 석면이 혈청 속에 존재할 때는 강한 용혈작용을 하여 적혈구를


증가시킨다. 이 때 용혈작용은 석면중에 존재하는 마그네슘이 원인이라고 밝혀진 바 있으며, 그 예방 또는


치료제로는 화학물질인 EDTA와 같은 물질이 효과가 있다고 한다.



가) 입자의 크기에 따른 영향



(1) 일반적으로 대기 중 분진은 0.001∼500㎛ 의 범위를 갖지만, 그 대부분은 0.1∼10㎛ 의 크기를 갖는다.


(2) 0.1㎛ 이하의 입자는 브라운 운동을 하므로 쉽게 가라앉지 않는다.


(3) 인체에 가장 유해한 입경은 0.5∼5.0㎛ 범위이며, 특히 2∼4㎛ 범위에서 침착률이 가장 크다. 따라서 천천히


흡입할 때 그 침착률은 증가한다.


(4) 1∼10㎛ 정도의 입자는 침전, 빛의 분산 현상 및 시야를 방해하는 역할이 커지는데 0.1∼1㎛의 범위는 특히


시야에 방해를 준다.


(5) 매연 등의 입자상 물질은 타 오염물질(NOx, SOx 등)을 운반하는 작용을 하므로 피해의 양상은 더욱 가중된다.



나) 각종 호흡기 질환


연무질 상태의 자극성 먼지가 폐포에 도달하여 유독성을 나타내는데, 이것을 진폐증이라 하며, 각종 폐질환을


들 수 있다.


진폐증이란 광물성 분진을 흡입함으로 폐에 생기는 섬유증식성 변화를 주증상으로 하는 질병을 말한다.


진폐증은 병을 일으키는 먼지의 성분에 따라 탄폐, 규폐, 석면폐, 베르륨폐, 활석폐, 알미늄폐, 면폐,


용접공폐 등으로 구분할 수 있다.


우리나라에서도 주로 직업병으로 많이 알려져 있고, 재해근로자의 대부분을 차지하고 있는 석탄광부


폐증이 심각한 사회문제로까지 대두되고 있다. 석탄광부폐증은 주성분에 따라 탄폐증과 규폐증으로


대별할 수 있다. 진폐증은 작업환경 악화로 발병되는 직업병 중 1위를 차지하고 있다.


0.5∼5.0㎛ 크기의 광물성 분진이 폐에 침착하므로 발병한다.


(1) 석면폐증 ; 석면(석면 내 Mg에 의해)에 의한 용혈 작용으로 적혈구의 증가


(2) 면폐증 ; 방적공장 등에서 원면 등으로 인한 알레르기성 질환


(3) 규폐증 ; 광산에서 유기 규산으로 인한 질환




1) 피해의 특징



가) 대기오염에 대한 피해는 오염물질의 농도와 폭로시간에 비례하여 커진다.


나) 단일오염물질보다 혼합오염물에 노출되면 상가작용 및 상승작용으로 피해를 준다.


다) 노년층과 유아의 피해가 증가된다.


라) 피해지는 주택지역보다 공장지역 주변에서 많이 발생하고 풍속이 낮고, 기온역전이 많은


.... 날에 피해가 증가한다.




2) 인체장애



가) 호흡기 장애 : 기관지염, 천식, 기도폐쇄장애, 인후염, 점막자극 및 점막세포 파괴


나) 눈의 장애 : 각막 및 결막의 자극, 눈 점막의 자극


다) 정신적 장애 : 정신 및 신경의 증상, 알레르기성 장애


라) 대사 장애 : 혈액학적, 세포학적, 효소학적 변화


마) 간접적 피해 : 시정의 감소로 인한 자연환경 악화, 태양광선의 차단으로 자외선량의 부족



3) 인체에 미치는 작용별 오염물질



가) 폐자극성 물질 : SO2, NO2, O3, HCl, Cl2, HN3, Br2


나) 눈을 자극하는 물질 : PAN, O3, HCHO, SO2, HF, NH3, NO2


다) 질식성 오염물질 : CO, H2S, SO2, Cl2


라) 폐섬유성 물질 : Ba, 석면, 코발트, 규산


마) 발암물질 : 3-4 벤조피렌, 석면, 니켈, 크롬, 비소


바) 신경장애 : CS2, Pb3b, Hg, Ni, 페놀, 시안, Br2, CO


사) 신장장애 : Cd, 페놀


아) 발암물질 : 망간, 아연과 아연화합물


자) 육아종을 일으키는 물질 : 베릴륨


차) 전신성 독물 : 은, 수은, 불화물, 카드뮴, 이산화셀렌


카) 알레르기성 : 특히 봄에는 화분증으로 인체에 면역학적으로 항원 항체간에 이상증상 초래

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