KR20220094478A - 대기오염 종합 평가장치 - Google Patents

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KR20220094478A
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Abstract

본 발명은 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제가 주입되고, 상기 피측정 대기 샘플 공기가 포함하는 오염물 및 상기 산화제가 반응하는 반응부; 상기 반응부에 주입되는 초기 산화제의 농도 및 상기 반응부 내부에 존재하는 미반응 산화제의 농도를 측정하여 산화제의 감소율을 측정하는 산화제 감소율 측정부; 및 상기 산화제 감소율 측정부에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 연산부; 를 포함하는 대기오염 종합 평가장치를 제공한다.

Description

대기오염 종합 평가장치{Air pollution comprehensive evaluation device}
본 발명은 대기오염 종합 평가장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오염물이 포함되어 있는 대기의 공기를 산화제와 반응시켜 상기 산화제의 감소율을 측정하고, 이를 정량화 하여 미지의 오염물까지도 포함된 대기의 종합적인 오염도를 평가할 수 있는 대기오염 종합 평가장치에 관한 것이다.
대기오염(Air pollution)이란 인위적으로 공기 중에 배출된 오염물질의 양, 농도, 지속 시간이 많은 사람들에게 불쾌감을 주거나, 공중 보건의 문제를 일으키고, 사람과 동식물의 생활에 나쁜 영향을 주는 상태를 의미한다.
세계보건기구(WHO)에서는 매년 대기오염으로 인하여 3백만 명이 사망하는 것으로 보고하였으며, 사망자 수 측정의 불확실성을 고려할 경우에 실제 사망자는 140만 명 내지는 600만 명에 이를 것으로 추정하였으며, 이는 전 서계 매년 사망자의 5 %에 달하는 수치이다.
대기오염 물질은 배출원에서 대기 중으로 직접 배출되는 대기오염물질인 1 차 오염물질 및 오염물질이 대기 중의 물질과 물리화학적 반응을 일으켜서 생성되는 오염물질인 2 차 오염물질로 분류할 수 있다.
일반적으로, 인체에 악영향을 끼치는 대기오염물질은 1차 오염물질로 분류되는 유해 대기오염물질뿐만 아니라 2차 오염물질로 분류되는 오존 및 미세먼지 및 1, 2차 오염물질 모두에 해당하는 악취발생 물질 등을 들 수 있다.
상기 유해 대기오염물질은 물질 자체가 가지고 있는 독성, 발암성, 축척성으로 인해 미량의 노출에도 인간과 동물 및 식물에 큰 영향을 미칠 수 있다.
한편, 오존은 무색, 무미의 기체로, 지표면으로부터 10 km 이내의 대류(troposphere)에 존재하는 경우, 농도가 일정기준 이상 높아지게 되면 사람의 호흡기나 눈을 자극하고, 가슴 통증, 기침, 메스꺼움 등을 유발하며, 심장질환, 기관지염, 폐기종, 천식 악화 등 호흡기 질환을 유발할 수 있다. 또한, 식물 수확량 감소, 건축물 부식 등 생태계 및 산업활동 전반에 악영향을 미칠 수 있다.
또한, 최근 우리나라에서 문제가 심각하게 대두되고 있는 지름이 10 μm 이하인 미세먼지는 체내 섬모에서 여과되지 않은 채 신체 각 기관에 직접 도달하여 혈전을 만들거나 염증 반응을 일으켜 심장질환 및 호흡기 질병을 발생시킬 수 있다.
전 세계 각국에서는 산업화로 인한 유해 대기오염물질을 중심으로 규제관리 제도를 가지고 이들을 모니터링하고 있다. 반면, 상술한 오존 및 미세먼지는 2차 오염물질인 관계로 이들로 인한 피해를 최소화 하기 위하여, 유해대기오염물질과 마찬가지로1차 오염물질인 질소 산화물 및 일부 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds; VOC) 규제를 기반으로 한 오존 정책 등을 시행하고 있으나, 비용대비 효과가 미미한 수준이다.
한편, 상기 VOC란, 끓는 점이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 기액체 또는 기체상 유기화합물을 의미한다. 이들 VOC는 대기 중에서 산화 과정을 거치며 휘발성이 낮아져 새로운 미세먼지를 생성시키거나 기 존재하는 미세먼지의 유기성분(organic carbon; OC)에 흡착되어 미세먼지의 양을 증가시킨다.
상기 VOC의 종류는 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하고, 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 이에 거의 해당된다.
상기 VOC는 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응을 일으켜 2 차 오염물질을 생성하는 1 차 오염물질로 분류될 수 있고, 주요 배출원으로는 유기용제사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소 및 각종 운송수단의 배기가스 등의 인위적 배출원과 나무와 같은 자연적 배출원이 있다.
도 1의 a)는 1차 오염물질로부터 2차 오염물질이 생성되는 화학식을 모식화한 그림이고, b)는 종래 개시된 미세먼지를 구성하는 OC를 분류한 표이다.
도 1의 b)를 참조하면, 대기의 미세먼지에 포함되는 OC는 수십만 가지의 성분으로 구성되나, 실제 분리하여 구분하는 것이 어려운 것을 알 수 있다.
실제로, 현재 기술로는 대기의 미세먼지에 포함되는 OC 중 20 % 미만의 화학 종의 분류만이 가능하다.
상기 VOC는 상술한 바와 같이 2차 오염물질을 생성하는 1차 오염물질로 작용할 수 있으며, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 등 일부 VOC 물질은 자체의 독성 및 발암성으로 특정 대기오염물질로 분류되기도 한다.
종래에는, VOC를 포함하는 대기의 오염도를 측정하는 방법으로, VOC 개별 배출 물질을 측정한 후, 이들의 대기 내 반응성을 합산하는 방법을 활용하여, 대기에 포함된 오염물질을 파악하고, 이를 이용하여 대기오염을 평가하는 방법을 사용하였다.
그러나, 상기 방법은 수백 여종의 VOC 측정 값이 필요하고, 누락되는 오염물 또는 미지의 오염물이 야기되는 오류가 발생하며, 상술한 바와 같이 모든 VOC를 분리하는 것이 상당히 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 대기에 포함되는 오염물질들을 각각 측정하여 산정하는 종래의 1차 배출물 기준 규제는 비효율적인 바, 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 정량화된 지표가 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0101493호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 대기오염의 정량화된 지표를 제공할 수 있는 대기오염 종합 평가장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 대기오염 종합 평가장치를 이용하여 수행되는 대기오염 종합 평가방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는, 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제가 주입되고, 상기 피측정 대기 샘플 공기가 포함하는 오염물 및 상기 산화제가 반응하는 반응부; 상기 반응부에 주입되는 초기 산화제의 농도 및 상기 반응부 내부에 존재하는 미반응 산화제의 농도를 측정하여 산화제의 감소율을 측정하는 산화제 감소율 측정부; 및 상기 산화제 감소율 측정부에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 연산부; 를 포함하는 대기오염 종합 평가장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 피측정 대기 샘플 공기는 상기 피측정 대기 샘플 공기는 오존, 미세먼지, 질소산화물(NOx), 황 화합물, 황산화물(SOx) 및 휘발성 유기화합물(VOC) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제는 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응부는, 반응 챔버; 피측정 대기 샘플 공기 주입구; 및 산화제 주입구;로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 챔버는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 피측정 대기 샘플 공기 주입구에서 주입되는 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제 주입구에서 주입되는 산화제의 유동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제 감소율 측정부는, 상기 산화제의 종류에 따라 직접 측정 장치 또는 간접측정 장치로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응부에 주입되는 산화제를 생성하는 산화제 생성장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 반응 챔버 내부에 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제를 주입하는 단계; 상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함된 오염물 및 산화제가 반응하는 단계; 및 상기 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계; 를 포함하는 대기오염 종합 평가방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 피측정 대기 샘플 공기는 상기 피측정 대기 샘플 공기는 오존, 미세먼지, 질소산화물(NOx), 황 화합물, 황산화물(SOx) 및 휘발성 유기화합물(VOC) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제는 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제를 주입하는 단계에서, 상기 산화제는 과량으로 주입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제의 감소율을 측정하는 단계는, 상기 오염물 및 산화제가 반응하는 단계가 수행되는 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제의 감소율을 측정하는 단계는, 상기 오염물 및 산화제가 반응하는 단계가 수행된 이후 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제의 감소율을 측정하는 단계 이후에, 상기 산화제 감소율을 측정하는 단계에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 대기오염 종합 평가장치 및 대기오염 종합 평가방법은 미지의 오염물을 포함하는 대기의 오염물을 산화제와 반응시키고, 상기 산화제의 감소율을 측정하는 간단한 방법으로 대기에 포함된 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 측정할 수 있다.
즉, 종래, 피측정 대기 샘플 공기에 포함되는 오염물질 각각의 양을 측정하는 것과 달리, 상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함되는 오염물질 전체에 대한 산화제와의 반응성을 평가하고, 이를 정량화 할 수 있고, 이를 이용하여, 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 대기오염의 정량화된 지표를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1의 a)는 1차 오염물질로부터 2차 오염물질이 생성되는 화학식을 모식화한 그림이고, b)는 종래 개시된 대기의 미세먼지에 포함되는 OC를 분류한 표이다.
도 2는 본 발명의 대기오염 종합 평가장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 대기오염 종합 평가장치의 반응부의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서, 서로 상이한 3 종류의 피측정 대기 샘플 공기에 대한 반응 시간에 따른 산화제 농도 감소량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 대기오염 종합 평가방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 양태는 대기오염 종합 평가장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 대기오염 종합 평가장치의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 대기오염 종합 평가장치는 피측정 대기 샘플 공기(20) 및 산화제(30)가 주입되고, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)가 포함하는 오염물 및 상기 산화제(30)가 반응하는 반응부(100); 상기 반응부(100)에 주입되는 초기 산화제(30)의 농도 및 상기 반응부(100) 내부에 존재하는 미반응 산화제(30)의 농도를 측정하여 산화제(30)의 감소율을 측정하는 산화제 감소율 측정부(200); 및 상기 산화제 감소율 측정부(200)에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성을 정량화하는 연산부(300);를 포함한다.
먼저, 본 발명의 대기오염 종합 평가장치는 피측정 대기 샘플 공기(20) 및 산화제(30)가 주입되고, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)가 포함하는 오염물 및 상기 산화제(30)가 반응하는 반응부(100);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)는 측정하고자 하는 대기의 공기를 임의로 포집한 것으로, 측정하고자 하는 대기의 공기를 포집하고, 보관하는 방법은 제한하지 않으며, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)는 일반적으로 대기오염물질로 알려져 있는 오존, 미세먼지, 질소산화물(NOx), 황 화합물, 황산화물(SOx) 및 휘발성 유기화합물(VOC) 등을 포함할 수 있다.
상기 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds; VOC)이란, 끓는 점이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 기액체 또는 기체상 유기화합물을 의미하고, 상기 VOC의 종류는 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하고, 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 이에 거의 해당된다.
상기 피측정 대기 샘플 공기(20)는 불특정 VOC를 포함하는 오염물을 포함할 수 있고, 상기 오염물은 불특정된 상태에서도 상기 반응부(100)에서 산화제(30)와 반응할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응부(100)에서 오염물과 반응하게 되는 산화제(30)는 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 대기오염 종합 평가장치는 반응부(100)에 주입되는 산화제(30)를 생성하는 산화제 생성장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 산화제 생성장치는 상기 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상의 산화제(30)를 생성할 수 있다.
상기 산화제 생성장치는 실시간으로 산화제(30)를 화학적 반응을 통하여 과량으로 생성하는 장치로, 상기 산화제 생성장치 및 산화제 생성 메커니즘은 본 발명의 기술분야에서 자명한 것이면, 이를 제한하지 않고 이용할 수 있다.
예를 들면, 상기 산화제 생성장치에서 생성되는 산화제(30)가 OH인 경우, 상기 산화제 생성장치는H2O2 또는 HONO 등의 화합물의 광분해 장치 또는 H2O의 전기분해 장치 일 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 산화제 생성장치에서 생성되는 산화제(30)가 O3인 경우, 상기 산화제 생성장치는 O2의 광분해 장치일 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 산화제 생성장치에서 생성되는 산화제(30)가 NO3인 경우, 상기 산화제 생성장치는 N2O5 결정 합성 후, 상기 N2O5 결정의 승화를 이용하여 NO3를 생성할 수 있는 장치 이거나, 또는 실시간으로 NO2 및 O3를 반응시켜 NO3를 합성하는 장치일 수 있다.
도 3은 본 발명의 대기오염 종합 평가장치의 반응부(100)의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 상기 반응부(100)는 반응 챔버(110); 피측정 대기 샘플 공기 주입구(120); 및 산화제 주입구(130);로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)는 상기 반응부(100)의 피측정 대기 샘플 공기 주입구(120)를 통하여 상기 반응 챔버(110)의 내부에 주입될 수 있고, 상기 산화제(30)는 상기 반응부(100)의 산화제 주입구(130)를 통하여 상기 반응 챔버(110) 내부로 주입될 수 있다.
상술한 산화제 생성장치는 상기 산화제 주입구(130)와 연결되어 상기 반응부(100)에 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 챔버는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 피측정 대기 샘플 공기 주입구(120)에서 주입되는 피측정 대기 샘플 공기(20) 및 산화제 주입구(130)에서 주입되는 산화제(30)의 유동을 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 제어부는 상기 산화제 생성장치에서 생성되어 상기 산화제 주입구(130)를 통하여 주입되는 산화제(30)의 유량 또는 유속을 조절할 수 있고, 상기 피측정 대기 샘플 공기 주입구(120)에서 주입되는 피측정 대기 샘플 공기(20)의 유량 또는 유속을 또한 조절할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 상기 제어부는 산화제(30)의 높은 반응성으로 인해, 상기 산화제(30) 자체의 주입 유형을 층류(larminar flow)로 유지하며 벽면부를 따라 비반응성 공기(N2 또는 Ar)의 벽면류(sheeth flow)를 흘려주며 반응부(100)으로 주입되는 산화제(30)는 주입구의 중앙류(center flow)만 들어갈 수 있도록 제어 할 수 있다. 이때, 상기 산화제(30)의 유량은 산화제 주입구(130)의 관경에 따라 층류를 이루도록 조절되고, 상기 산화제(30)의 유량 및 산화제 주입구(130)의 관경은 피측정 대기 샘플 공기(20)의 오염도에 따라 과량의 산화제(30)가 주입될 수 있도록 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제(30)가 과량으로 주입된다는 것은, 상기 산화제(30)가 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)와 충분히 반응하고 남을 수 있을 정도의 양이 주입되는 것을 의미하며, 예를 들면, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)와 충분히 반응 하는데 필요한 산화제(30)의 양의 1 배를 초과하여 주입될 수 있다.
상기 제어부를 통하여, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)에 포함되는 오염물 및 상기 산화제(30)의 반응을 최적화 할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 챔버(110)에서는 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)에 포함되는 오염물 및 상기 산화제(30)가 반응하여 산화산물을 생성할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 대기오염 종합 평가장치는 반응부(100)에 주입되는 초기 산화제(30)의 농도 및 상기 반응부(100) 내부에 존재하는 미반응 산화제(30)의 농도를 측정하여 산화제(30)의 감소율을 측정하는 산화제 감소율 측정부(200) 및 상기 산화제 감소율 측정부(200)에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성을 정량화하는 연산부(300)를 포함한다.
상기 산화제 감소율 측정부(200)는 상기 반응부(100)에 주입되는 초기 산화제(30)의 농도를 측정하고, 이후, 상기 반응부(100) 내부에 존재하는 미반응 산화제(30)의 농도를 측정하여 산화제의 감소율을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제 감소율 측정장치는 상기 산화제(30)의 종류에 따라 직접측정 장치 또는 간접측정 장치로 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 산화제(30)가 OH인 경우, 상기 산화제 감소율 측정부(200)는 레이저 유도 형광법(Laser Induced Fluorescence; LIF) 혹은 화학이온화 질량분석법(Chemical Ionization Mass Spectrometer; CIMS) 원리로 OH 양을 측정하는 직접측정 장치로 구성될 수 있다. 또는, 상기 OH를 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하지 않는 인위적 합성물과 같은 특수 화합물을 추가로 주입시켜 해당 물질의 감소량을 통해 반응부 내의 OH를 간접적으로 (Comparative　Reactivity　Method; CRM) 측정하는 간접측정 장치로 구성될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 산화제(30)가 NO3인 경우, 상기 산화제 감소율 측정부(200)는 공동광자 감쇠 분광법(Cavity Ring-Down Spectroscopy; CRDS)이나 공동증폭 흡광 분광법(Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy; CEAS)와 같은 공동흡수 분광법(Cavity Absorption Spectroscopy; CAS)로 직접 측정하는 직접측정 장치로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서, 서로 상이한 3 종류의 피측정 대기 샘플 공기(20)에 대한 반응 시간에 따른 산화제(30)의 농도 감소량을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 3 종류의 피측정 대기 샘플 공기(20)는 서로 상이한 그래프 양상을 보이게 된다.
더욱 상세하게 설명하면, 도 4의 A의 경우, 산화제(30)의 감소율이 가장 작고, 반응성이 느리고, 산화제(30)에 대한 오염물의 반응성이 작아, 이 경우, 오염물의 양이 작은 것을 예상할 수 있다.
반면, 도 4의 C의 경우, 산화제(30)의 감소율이 가장 크고, 반응성이 빠르고, 산화제(30)에 대한 오염물의 반응성이 커, 이 경우, 오염물의 양이 많은 것을 예상할 수 있다.
상술한 도 4의 그래프와 같은 산화제(30) 감소율의 양상을 이용하여 본 발명의 대기오염 종합 평가장치의 연산부(300)는 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성을 정량화할 수 있게 된다.
상기 산화제(30) 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성의 정량화한 값을 도출할 수 있게 되고, 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 대기오염의 정량화된 지표를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 정량화된 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성값은 대기오염 규제 기준값으로 변환되어 기 설정된 대기오염 규제 기준 값과 비교하고, 이를 이용하여, 대기의 오염도를 판단하는데 이용될 수 있다.
예를 들면, 대기오염 규제 기준값은 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성 값으로 미리 설정될 수 있고, 상기 정량화된 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성값은 기 설정된 대기오염 규제 기준값과 비교하여, 상기 규제 기준값에 미치지 못하는 경우, 대기 오염도 낮음으로 판단될 수 있고 또는, 상기 규제 기준값을 상회하는 경우, 대기 오염도 높음으로 판단될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 기 설정된 대기오염 규제 기준 값은 1 내지 10의 범위에서, 4미만이면, 오염수준 낮음, 4 이상 7미만이면 오염수준 중간, 7 이상 10 미만이면 오염수준 높음으로 설정될 수 있고, 상기 정량화된 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성값을 1 내지 10으로 변환하고 기 설정된 대기오염 규제 기준 값과 비교하여 대기의 오염도를 오염수준 낮음, 오염수준 중간 또는 오염수준 높음으로 판단될 수 있다.
상기 대기의 오염도를 판단하는 방법은 가능한 일 실시예를 설명한 것으로, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 대기오염 종합 평가장치는 상술한 구성들을 포함하여, 피측정 대기 샘플 공기(20)에 포함되는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성을 정량화한 값을 도출할 수 있게 되고, 상기 피측정 대기 샘플 공기(20)에 포함되는 오염물의 양 또는 산화제(30)와의 반응성을 정량화한 값은 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 대기오염의 정량화된 지표가 될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 대기오염 종합 평가방법을 제공한다.
도 5는 본 발명의 대기오염 종합 평가방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 대기오염 종합 평가방법은 반응 챔버 내부에 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제를 주입하는 단계(S100); 상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함된 오염물 및 산화제가 반응하는 단계(S200); 및 상기 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계(S300);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 대기오염 종합 평가방법은 상기 양태에서 설명한 대기오염 종합 평가장치를 이용하여 수행될 수 있고, 상기 대기오염 종합 평가장치에 대한 설명은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
먼저, 본 발명의 대기오염 종합 평가방법은 반응 챔버 내부에 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제를 주입하는 단계(S100)를 포함한다.
상기 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제를 주입하는 단계(S100)에서, 상기 피측정 대기 샘플 공기는 오존, 미세먼지, 질소산화물(NOx), 황 화합물, 황산화물(SOx) 및 휘발성 유기화합물(VOC) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 산화제는 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상일 수 있다. 이때, 상기 산화제는 과량으로 주입될 수 있고, 상술한 양태의 대기오염 종합 평가장치에 포함되는 산화제 생성장치에서 생성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제를 주입하는 단계(S100)는 상기 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제의 유량 및 유속을 각각 제어하여 상기 반응 챔버 내부에 주입하여 수행될 수 있고, 이때, 상기 반응 챔버에 포함되는 제어부를 통하여 수행될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 대기오염 종합 평가방법은 피측정 대기 샘플 공기에 포함된 오염물 및 산화제가 반응하는 단계(S200) 및 상기 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계(S300)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 산화제 감소율을 측정하는 단계(S300)는 상기 산화제의 종류에 따라 직접측정 방법 또는 간접측정 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 예를 들면, 상기 산화제(30)가 OH인 경우, 상기 산화제 감소율을 측정하는 단계(S300)는 레이저 유도 형광법(Laser Induced Fluorescence; LIF) 혹은 화학이온화 질량분석법(Chemical Ionization Mass Spectrometer; CIMS) 원리로 OH 양을 측정하는 직접측정 방법으로 수행될 수 있다. 또는, 상기 OH를 피측정 대기 샘플 공기(20)에 존재하지 않는 인위적 합성물과 같은 특수 화합물을 추가로 주입시켜 해당 물질의 감소량을 통해 반응부 내의 OH를 간접적으로 (Comparative　Reactivity　Method; CRM) 측정하는 간접 측정방법으로 수행될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 산화제(30)가 NO3인 경우, 상기 산화제 감소율을 측정하는 단계(S300)는 공동광자 감쇠 분광법(Cavity Ring-Down Spectroscopy; CRDS)이나 공동증폭 흡광 분광법(Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy; CEAS)와 같은 공동흡수 분광법(Cavity Absorption Spectroscopy; CAS)로 직접 측정하는 직접측정 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함된 오염물 및 산화제가 반응하는 단계(S200) 및 상기 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계(S300)는 동시에 수행될 수 있다.
예를 들면, 상기 반응 챔버에 주입되는 산화제의 양 및 미반응 산화제의 양을 실시간으로 측정하여 시간에 따른 산화제 양의 감소율을 측정할 수 있고, 이를 이용하여 도 4와 같은 그래프의 형태로 산화제 감소율을 표현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계(S300)는 상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함된 오염물 및 산화제가 반응하는 단계(S200)가 수행된 후에 수행될 수 있다.
예를 들면, 초기에 주입되는 산화제의 농도를 측정하고, 상기 반응 챔버에 주입되는 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제가 충분히 반응을 하고 난 후, 상기 반응 챔버에 잔류하는 미반응 산화제의 농도를 측정하여 산화제 감소율을 측정할 수 있게 된다. 이때, 산화제는 과량으로, 예를 들면, 상기 피측정 대기 샘플 공기와 충분히 반응 하는데 필요한 산화제의 양의 1 배를 초과하여 상기 반응 챔버에 주입되는 것이 바람직하다.
본 발명의 대기오염 종합 평가방법은 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계(S300) 이후에, 상기 산화제 감소율을 측정하는 단계(S300)에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 단계를 더 포함한다.
상기 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 단계를 수행함으로써, 본 발명의 대기오염 종합 평가방법은 피측정 대기 샘플 공기에 포함되는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화한 값을 도출할 수 있게 되고, 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 대기오염의 정량화된 지표를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 정량화하는 단계에서 정량화된 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성값은 대기오염 규제 기준값으로 변환되어 기 설정된 대기오염 규제 기준 값과 비교하고, 이를 이용하여, 대기의 오염도를 판단하는데 이용될 수 있다.
예를 들면, 대기오염 규제 기준값은 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성 값으로 미리 설정될 수 있고, 상기 정량화된 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성값은 기 설정된 대기오염 규제 기준값과 비교하여, 상기 규제 기준값에 미치지 못하는 경우, 대기 오염도 낮음으로 판단될 수 있고 또는, 상기 규제 기준값을 상회하는 경우, 대기 오염도 높음으로 판단될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 기 설정된 대기오염 규제 기준 값은 1 내지 10의 범위에서, 4미만이면, 오염수준 낮음, 4 이상 7미만이면 오염수준 중간, 7 이상 10 미만이면 오염수준 높음으로 설정될 수 있고, 상기 정량화된 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성값을 1 내지 10으로 변환하고 기 설정된 대기오염 규제 기준 값과 비교하여 대기의 오염도를 오염수준 낮음, 오염수준 중간 또는 오염수준 높음으로 판단될 수 있다.
상기 대기의 오염도를 판단하는 방법은 가능한 일 실시예를 설명한 것으로, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 대기오염 종합 평가장치 및 대기오염 종합 평가방법은 미지의 오염물을 포함하는 대기의 오염물을 산화제와 반응시키고, 상기 산화제의 감소율을 측정하는 간단한 방법으로 대기에 포함된 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 측정할 수 있다.
즉, 종래, 피측정 대기 샘플 공기에 포함되는 오염물질 각각의 양을 측정하는 것과 달리, 상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함되는 오염물질 전체에 대한 산화제와의 반응성을 평가하고, 이를 정량화 할 수 있고, 이를 이용하여, 새로운 대기오염 규제 기준이 될 수 있는 대기오염의 정량화된 지표를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
20: 피측정 대기 샘플 공기
30: 산화제
100: 반응부
110: 반응챔버
120: 피측정 대기 샘플 공기 주입구
130: 산화제 주입구
200: 산화제 감소율 측정부
300: 연산부

Claims (14)

  1. 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제가 주입되고, 상기 피측정 대기 샘플 공기가 포함하는 오염물 및 상기 산화제가 반응하는 반응부;
    상기 반응부에 주입되는 초기 산화제의 농도 및 상기 반응부 내부에 존재하는 미반응 산화제의 농도를 측정하여 산화제의 감소율을 측정하는 산화제 감소율 측정부; 및
    상기 산화제 감소율 측정부에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 연산부;
    를 포함하는 대기오염 종합 평가장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피측정 대기 샘플 공기는 오존, 미세먼지, 질소산화물(NOx), 황 화합물, 황산화물(SOx) 및 휘발성 유기화합물(VOC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제는 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부는,
    반응 챔버;
    피측정 대기 샘플 공기 주입구; 및
    산화제 주입구;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 피측정 대기 샘플 공기 주입구에서 주입되는 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제 주입구에서 주입되는 산화제의 유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제 감소율 측정부는,
    상기 산화제의 종류에 따라 직접 측정 장치 또는 간접측정 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부에 주입되는 산화제를 생성하는 산화제 생성장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가장치.
  8. 반응 챔버 내부에 피측정 대기 샘플 공기 및 산화제를 주입하는 단계;
    상기 피측정 대기 샘플 공기에 포함된 오염물 및 산화제가 반응하는 단계; 및
    상기 반응 챔버 내부의 산화제의 감소율을 측정하는 단계;
    를 포함하는 대기오염 종합 평가방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피측정 대기 샘플 공기는 오존, 미세먼지, 질소산화물(NOx), 황 화합물, 황산화물(SOx) 및 휘발성 유기화합물(VOC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화제는 OH, NO3 및 O3 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화제를 주입하는 단계에서,
    상기 산화제는 과량으로 주입되는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화제의 감소율을 측정하는 단계는,
    상기 오염물 및 산화제가 반응하는 단계가 수행되는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화제의 감소율을 측정하는 단계는,
    상기 오염물 및 산화제가 반응하는 단계가 수행된 이후 수행되는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화제의 감소율을 측정하는 단계 이후에,
    상기 산화제 감소율을 측정하는 단계에서 측정된 산화제 감소율을 이용하여 상기 피측정 대기 샘플 공기에 존재하는 오염물의 양 또는 산화제와의 반응성을 정량화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염 종합 평가방법.
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