우리 공기에는 무엇이 있습니까?

요약

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2012년 일본제지산업(Nippon)은 워싱턴주 포트 앤젤레스에 바이오매스 열병합 발전 시설 건설 허가를 신청했습니다. 일본 제지 산업은 1950년대의 돼지 연료와 디젤 보일러를 새로운 20메가와트 열병합 발전소로 교체하여 공장에 전력을 공급하고 잠재적으로 전력망에 전력을 다시 판매할 것을 제안했습니다. 주민들은 공장 배출량의 변화, 특히 초미세먼지(UFP - 지름이 0.1마이크로미터 미만인 입자)의 증가로 인해 지역 대기질이 악화되고 건강 문제가 증가할 것을 우려했습니다. 이 연구는 새로운 바이오매스 열병합 발전 시설로 인한 대기 오염 물질(UFP 및 PM2.5)의 변화를 평가하는 데 중점을 두었습니다. 두 번째 목표는 이 지역의 대기 중 PM2.₅ (지름이 2.5마이크로미터 미만인 입자) 및 UFP의 발생원을 파악하는 것이었습니다.

대기질 모니터는 포트 앤젤레스 소방서(PAFS)(102 E^5th St, Port Angeles, WA)에 설치되었습니다. 모니터링 장소는 니폰에서 남동쪽으로 약 3마일 떨어진 곳에 위치해 있습니다(슬라이드 3). 데이터는 2014년 1월 1일부터 2015년 6월 ^30일까지 수집되었습니다. 기기의 표와 구체적인 데이터 수집 날짜는 다음 표에 나와 있습니다. 슬라이드 4. 2014년에 수집된 겨울과 여름 데이터는 열병합 보일러가 가동되기 전의 기간이며, 2015년 데이터는 그 이후에 수집된 것입니다.

PM2._5와 초미세먼지 농도는 여름(5월과 6월)에 비해 겨울(1월과 2월)에 가장 높았습니다(슬라이드 5 및 6). 데이터가 수집된 2014년과 2015년 모두 겨울철은 1월과 2월이 유일했고, 여름철은 5월과 6월이 유일했습니다. 2014년과 2015년 데이터 비교의 계절적 일관성을 보장하기 위해 분석은 이 네 달로 제한되었습니다. 겨울철 평균 PM2.₅ 수치는 여름철 평균 수치보다 2.5배 높았으며, 시간당 최대 수치는 여름철보다 겨울철에 3배 이상 높았습니다(슬라이드 5). 겨울철 평균 초미세먼지 농도는 여름철에 비해 약 1.5배 더 높았습니다(슬라이드 6). Gaston 등[2016] 이 발표한 연구에 따르면 겨울철 PM2._5와 UFP의 증가는 장작 난로와 벽난로를 사용한 주거 난방 때문인 것으로 나타났습니다. 2015년 겨울 UFP 농도는 2014년에 관찰된 것과 동일한 일일 패턴을 보였습니다(슬라이드 6), 평균적으로 13% 더 낮았습니다. 이는 2014년에 비해 2015년에 영하의 기온과 정체 현상이 더 빈번하게 발생했기 때문일 수 있습니다.

포트 앤젤레스의 겨울 바람은 남쪽과 남서쪽에서 가장 자주 불어옵니다(슬라이드 7). 일본이 PAFS의 북서쪽에 위치하기 때문에 대기 모니터는 겨울철에 배출량을 거의 감지하지 못합니다. 압도적인 장작 난로 배출량과 결합하면, 니폰의 운영 변화로 인한 겨울철 대기질 영향을 파악하는 것은 거의 불가능했을 것입니다.

반면 여름철에는 북서풍, 편서풍, 남서풍이 가장 빈번하게 불기 때문에 이 기간 동안 일본의 배출량을 감지할 확률이 훨씬 높습니다. 계절별 바람 패턴은 2014년과 2015년 모두 일정했습니다.

2015년 여름 평균 UFP 농도는 2014년 같은 기간에 비해 약 30% 감소했습니다. 이는 북서풍에 해당하는 데이터만 고려했을 때도 마찬가지였습니다(슬라이드 9). 가장 높은 여름철 UFP 농도는 북서풍, 북풍, 북동풍과 관련이 있었는데, 이는 항구 활동, 산업 및 교통량이 이 지역의 UFP 발생원일 가능성이 있음을 나타내지만, 바람은 낮에는 북서풍, 밤에는 남서풍에서 남서풍으로 바뀌는 강한 일별 패턴을 보입니다(슬라이드 11). 더 높은 UFP는 북풍과 관련이 있을 수 있지만, 밤에 비해 낮에 오염을 유발하는 활동이 일반적으로 증가하기 때문에 모니터가 이에 반응했을 수도 있습니다.

마지막으로, 바람이 북서풍이고 열병합 보일러가 작동하는 동안 수집한 일산화탄소(CO) 및 UFP 데이터를 북서풍이 불고 보일러가 꺼진 상태에서 수집한 데이터와 비교했습니다. 주변 CO 농도는 보일러가 가동되는 기간 동안 20ppb 더 높게 이동하여 모니터가 보일러에서 배출 연기를 감지하고 있음을 나타냅니다(슬라이드 13). 스택 내 CO 모니터의 실제 CO 배출 농도를 사용하여 오염 분산 모델 (AERMOD)은 대기 모니터가 배출 기둥을 차단했을 때 3 ~ 30ppb 범위의 주변 CO를 예측했습니다 (슬라이드 16). UFP에 대한 동일한 분석 결과 보일러가 작동 중일 때와 유휴 상태일 때 주변 농도에는 변화가 없는 것으로 나타났습니다(슬라이드 17). 일본이 상당한 UFP를 배출하는 경우 3마일 하풍에서는 감지할 수 없습니다. 보일러가 가동 중일 때 블랙 카본이 ^50~100ng/m3 증가한 것으로 나타났지만 PM2.₅ 농도에는 큰 변화(^~1µg/m3)가 없었습니다(슬라이드 18).

UFP 여름철 일일 주기에 따르면 야간 평균 농도는 약 1000 입자 ^cm-3이며 낮에는 3000 입자 ^cm-3까지 증가합니다(슬라이드 20). 2014년과 2015년 모두 금요일 오후 5시에서 6시 사이에 UFP가 가장 많이 급증했습니다. 추가 조사 결과 소방관들은 여름철에 야외 그릴에서 저녁을 자주 요리하는 것으로 나타났습니다. 그릴은 입구에서 한 층 아래, 약 50m 떨어진 발코니에 있었습니다. UFP 농도에 영향을 미치는 또 다른 알려진 활동은 발전기를 포함한 장비의 주간 테스트였습니다. 이러한 데이터는 분석 전에 제거되었습니다. 이전 연구에 따르면 UFP 농도는 발생원으로부터 300미터 이내에서 빠르게 소멸하는 것으로 나타났습니다(슬라이드 19). UFP 농도는 가장 가까운 지점 배출원의 영향을 가장 크게 받고, 짧은 거리에서 큰 차이를 보이며, 시간에 따라 빠르게 변화합니다. PM2._5는 지역적으로 균일한 경향이 있습니다(2013-2014 클랠럼 카운티 포화도 연구) 더 천천히 소멸하는 경향이 있습니다.