EPA 201A방법을 이용한 주요 배출시설별 먼지 배출특성 및 화학조성에 관한 연구 :

김혜리

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김혜리 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 정용원

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

EPA 201A방법을 이용한 주요 배출시설별 먼지 배출특성 및 화학조성에 관한 연구

김혜리 일반 2015.01 학위논문

2014

주요 먼지 배출사업장에서의 미세먼지 (PM₁₀, PM_2.5) 배출 및 화학조성 특성

김혜리 , 한세현 , 이종호 외 4명 한국대기환경학회 학술대회논문집 2014.10 학술대회자료

2013

굴뚝에서 배출되는 미세먼지(PM₁₀, PM_2.5)측정방법 현황 및 이슈 : 먼지 입경분율을 중심으로

김혜리 , 이재희 , 안승배 외 3명 한국대기환경학회 학술대회논문집 2013.08 학술대회자료

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본 연구는 주요 먼지 배출시설을 대상으로 하여, 미국 EPA 201A 방법으로 먼지를 측정, 먼지농도를 파악하고 그에 따른 입경분율 및 배출계수를 산정하는데 목적이 있다. EPA 201A 방법에 기초한 국내 공정시험기준을 이용하여 국내 주요 먼지 배출시설인 유연탄 화력발전시설, 생활폐기물 소각시설, 시멘트 소성시설을 대상으로 입경별(TSP, PM10, PM2.5) 여과성 먼지농도를 측정하였고, 중금속 분석 및 탄소분석을 실시하였다. 측정한 농도자료를 이용하여, 입경분율을 산출하고 배출계수 산정 및 화학조성 등의 자료를 구축하였다. 신뢰성 있는 입경분율 자료를 도출하고자 측정 시 동시 측정 하였다. 그러나 현장 상황에 따른 변동이 크기 때문에 전부 동시측정은 불가능 하여 60~70% 정도 동시측정을 하였다.
또한 Cascade Impactor 방식을 적용하여 해당배출시설에서의 입경분포 측정 하였다. 그리고 해당 입경분율 자료(cascade impactor 측정)와 EPA 201A 방법으로 측정(동시측정)한 입경분율 결과와 비교 및 검토하였다.
농도 및 입경분율의 결과는 소각시설의 경우 배출시설별로 질량농도 및 입경분율이 차이를 보였으며, 발전시설 및 소성시설의 경우에는 배출시설별로 질량농도의 차이가 나타났으나, 입경분율은 유사하게 나타났다. 배출계수는 배출시설별 모두 선행연구 및 CAPSS 자료보다 낮은 수준으로 나타났다. 또한 동일한 전기집진시설인 유연탄 화력발전시설에서는 유사한 입경분포를 보였으나, 방지시설이 다른 소각시설과 시멘트 소성시설의 경우에는 서로다른 입경분포를 보였다.
중금속 성분 분석 결과는 다음과 같다. 생활폐기물 소각시설에서는 Zn이 가장 높게 분석되었고, 다음으로 Pb가 높은 농도를 나타냈다. 유연탄 화력발전시설에서는 Mn이 가장 높게 분석되었고, 다음으로 Cr, Zn 등이 높게 검출되었다. 시멘트 소성시설에서는 두 시설의 조성이 차이를 보였는데, 유연탄 외 보조연료로 폐합성수지, 재생유 등을 사용하는 소성시설 1에서는 Cr, Sn 등이 높은 농도를 보였고, 폐합성수지와 재생유 외에도 페트코크, 폐타이어 등을 보조연료로 사용하는 소성시설 2에서는 Mn, Zn, Sn 등이 높게 나타났다. 탄소성분(TC, OC+EC)의 경우 시멘트 소성시설에서 가장 높은 성분비(약 13~28%)를 보였고, 다음으로 생활폐기물 소각시설, 화력발전시설 순으로 나타났다.
본 연구에서의 실측자료는 굴뚝 배출가스 중 미세먼지 공정시험기준안에 대한 적용성 평가 및 국내 주요 배출시설에 대한 미세먼지 배출량 산정 및 관리방안 마련의 기초자료를 제공할 것으로 사료된다.

The objective of this study is to estimate the PM emission factors and the ratios of PM concentrations to TSP(i.e. PM2.5/TSP, PM10/TSP) for the large stationary emission sources. For this, we measured the concentrations of PM2.5, PM10, and TSP for the carefully selected large stationary PM sources including municipal solid waste incinerators, coal-fired power plants, and cement kiln by using Korean standard test method based on the U.S. EPA 201A method, which can be applied for measuring filterable PM. Also, the chemical analyses were carried out to obtain source profile especially for carbon and heavy metals in the sampled PM. Since PM concentrations are likely to vary during the sampling period due to the possible variations in the process, we attempted to measure the PM concentrations as simultaneously as possible to reduce errors in estimating PM2.5/TSP and PM10/TSP from the data obtained by a series of separate measurements, where we usually samples TSP first, followed by PM10 or PM2.5 neglecting the possible variations in PM concentrations during sampling period. Despite these efforts, the percent of the simultaneously measured PM data occupied only about 60~70% in this study because of the field situations in sampling such as small sampling holes and small diameters of the stacks. We also employed cascade impactor to measure particle size distribution of PM, and these results were compared with those of PM ratios obtained by simultaneous sampling of PM using EPA 201A method.
The results of the mass concentration and PM ratio are different in every emission facility in the case of municipal solid waste incinerator. In case of coal-fired power plant and cement kiln, however, the results of mass concentration are different but the results of PM ratio are similar. Emission factors are found to be smaller than previous research data and CAPSS data in every emission facility. Also, particle size fractions are similar in coal-fired power plant where ESP is used as a particle collection device. On the other hand, particle size fractions are different with each other in cement kiln and municipal solid waste incinerators where fabric filter are employed as a particle collection device.
The results of heavy metal component analyses are as follows. In terms of concentration, Zn is the highest component and Pb is the second highest component in municipal solid waste incinerator. As for the coal-fired power plant, Mn is the highest component and Cr, Zn are the second highest components. The heavy metal compositions of the two facilities mentioned above are found to be different from those of cement kilns. As an illustration, Cr and Sn are relatively high in concentration in cement kiln 1, which uses waste synthetic resin and reclaimed oil as an auxiliary fuel including bituminous coal. On the other hand, Mn, Zn, Sn are relatively high in concentration in cement kiln 2, which uses petroleum coke and waste tire as an auxiliary fuel including waste synthetic resin and reclaimed oil. In the case of carbon component (TC, OC+EC), the data showed the highest fraction (about 13~28%) in cement kiln, followed by municipal solid waste incinerator and cement kiln in order.
The measurement data obtained in this study will be used as a basic data for estimating PM emission factors in the large stationary emission sources as well as for examining the applicability of the methods employed in this study for the Korean standard test method of stack sampling in the nearest future.

1. 서론 1
2. 문헌연구 3
2.1 각국의 대기환경기준 3
2.2 국내 배출원별 배출 특성 및 배출 현황 7
2.3 국외 배출원별 배출 특성 및 배출 현황 10
2.4 국내 주요 배출시설의 입경분율 및 배출계수 12
2.5 국외 주요 배출시설의 입경분율 및 배출계수 16
2.6 굴뚝 배출가스 중 미세먼지 측정 방법 19
3. 연구방법 26
3.1 측정 개요 26
3.1.1 측정대상 시설 선정 26
3.1.2 측정 기간 27
3.1.3 측정 배출시설 특징 28
3.1.4 측정 먼지 시료채취 및 분석 항목 32
3.2 측정 방법 33
3.2.1 TSP 측정 방법 34
3.2.2 PM10, PM2.5 측정 방법 35
3.2.3 Cascade Impactor 측정 방법 41
3.2.4 가스상 물질 측정 방법 42
3.3 분석 방법 44
3.3.1 먼지 중량 농도 44
3.3.2 중금속 분석 방법 44
3.3.3 탄소 분석 방법 46
3.4 배출계수 산정 48
4. 연구결과 및 고찰 49
4.1 배출시설별 먼지 농도 및 입경분율 49
4.1.1 생활폐기물 소각시설의 먼지 농도 및 입경분율 51
4.1.2 유연탄 화력발전시설의 먼지 농도 및 입경분율 53
4.1.3 시멘트 소성시설의 먼지 농도 및 입경분율 55
4.1.4 배출시설별 농도 및 분율 비교와 Clean SYS값 비교 56
4.2 Cascade Impactor 방법에 따른 입경분포 및 입경분율 60
4.2.1 배출시설별 먼지 입경분포 60
4.2.2 배출시설별 먼지 입경분율 비교 63
4.3 배출시설별 먼지 배출계수 및 비교 65
4.4 배출시설별 가스농도 측정 68
4.5 배출시설별 중금속 성분 분석 69
4.6 배출시설별 탄소 성분 분석 79
5. 결론 80
참고문헌 82
부록 86

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