[1. 대기오염개론] 04 가스상 오염물질

01 물질의 종류 및 특성

1. 황산화물(SOx)

대부분 SO₂로 배출되며, 황분 함량은 석탄이 가장 높다. 

인위적인 발생원으로는 화석연료 사용 등으로 배출되며 SO₂와 같이 배출됨

자연적인 발생원(해양 등)으로는 DMS(생지 화학적 배출원)으로 휘발성이 강한 환원 황화합물로 배출됨. 

종류	특성
SO₂	○ 무색, 자극성 기체 ○ 체류시간은 약 4일 ○ 220nm 이하 및 280-290nm에서 강한 흡수가 이루어짐 ○ 가스상태에서 환원 산화제로 모두 작용 ○ 물에 잘 녹고 반응성이 높음 ○ 반응식 ex. S + O₂ = SO₂ , S + ½O₂ = SO₃
CS₂ (이황화탄소)	○ 무색, 자극성 액체 ○ 불용성, 냄새 거의 없음
OCS	○ 대기중 매우 안정하며 성층권으로 유입해 광분해반응이 일어남
H₂S (황화수소)	○ 무색의 기체, 썩은 계란냄새가 남

 

2. 질소산화물(NOx)

NOx는 인위적 배출량이 자연적 배출량의 10%로 추정되며 광화학 스모그의 원인물질로 작용된다. 

※ 연료의 질소산화물의 함량 : 석탄(연료의 질 낮음)  > 중유 > 경유 > 휘발유 > 천연가스 

종류	특성
NO (일산화질소)	○ 무색, 무취의 기체로 물에 난용성 ○ 체류시간은 약 2-5일 ○ 연소 과정에서 NOx 중 고온에서 90%이상이 NO로 발생  ○ 헤모글로빈과의 친화력이 강해 메트헤모글로빈을 형성하여 산소전달을 방해함 (NO > NO₂ > CO > O₂ )
NO₂ (이산화질소)	○ 적갈색 자극성 기체로 물에 잘 녹음 ○ 헤모글로빈과 결합하여 산소 전달을 방해함
N₂O (아산화질소)	○ 무색 , 달콤한 냄새의 기체로 마취성이 있음 ○ 성층권에서 오존을 분해하며 온실기체에 해당함(0.5ppm 존재)
NH₃ (암모니아)	○ 무색, 자극성 기체로 물에 잘 녹음 ○ 네슬러시약과 반응하면 노란색 침전물 생성

종류	특성
Thermal NOx	○ 공기 중의 N₂가고온(1000~1400℃)의 영역에서 산화되어 생성 ○ 반응식 N₂ + O = NO + N N+O₂ = NO + O  N₂ + O₂ = 2NO
Fuel NOx	○ 연소 중 연료 중의 N₂가 공기 중의 O₂와 반응하여 생성 ○ 생성조건 : 연료와 공기의 혼합물
Prompt NOx	○ 연소 중 연료의 탄화수소와 반응하여 생성(Flame 내부에서 빠르게 생성) ○ 반응식 CH + N₂ = HCN + N 2C + N₂ = 2CN N + OH = H + NO

★ 연소 조절에 의한 NOx 처리

2단연소법, 배기가스 재순환, 저산소연소, 저온도연소, 수증기분사, 저NOx버너 , 연소부분 냉각, 희박예혼합연소

 

3. 탄소화합물

종류	특성
CO (일산화탄소)	○ 무색, 무취 무미의 기체로 비중은 0.96정도 ○ 헤모글로빈과 결합한 카르복시헤모글로빈이 형성되어 산소전달을 방해 ○ 고등식물에 대한 피해는 약한 편
CO₂ (이산화탄소)	○ 무색 무취 무미의 기체로 화학적으로 활성이 낮음 ○ 가장 큰 저장고 역할 : 해양 (30% 흡수) ○ 지구온난화 유발물질로 기여도는 50%로 가장 높음 ○ 대기 중 농도는 봄 여름에 감소하고 겨울에 증가

 

02 광화학반응

1. 과정

대기중 HC는 광화학 반응의 복잡성과 다양성을 증폭

일사량 및 기온이 높을 때 , 풍속 및 기압경사가 낮을 때 : 활발하게 발생

※ PAN(CH₃COOONO₂)

강산화제로 작용

빛을 분산시켜 가시거리 감소

초엽에 피해가 큼

PBN은 PAN보다 100배 이상 눈에 강한 통증을 줌

 

2. 시간대별 농도변화

교통량이 많은 아침시간에 NO농도 최고치

NO와 HC의 반응에 의해 오전 7시경 NO₂가 과도하게 발생

NO₂가 최고농도에 도달하는 때부터 O₃가 증가하기 시작

알데하이드는 O₃생성에 앞서 반응초기부터 생성되어 HC의 감소에 대응

 

 

03 실내오염물질

종류	특성
라돈 (Rn)	○ 무색 무취의 기체로 액화되어도 색을 띠지 않는 물질 ○ 토양 콘크리트 대리석 등으로부터 공기 중으로 방출 ○ 비활성기체로 화학적 반응성을 나타내지 않음 ○ Pn-222의 반감기는 3.8일 이며 흙속에서 방사선 붕괴 발생 ○ 폐암 유발
석면	○ 얇고 긴 섬유의 형태로 Si, Fe, Na, Mg, Ca, O, H등으로 구성되어 있음 ○ 단열성, 전기절연성 등의 성질이 있음 ○ 발암성 : 청석면 > 갈석면 > 백석면
포름알데히드 (HCHO)	○ 피혁, 합성수지, 포르마린 제조 등에서 발생 ○ 피부 눈 및 호흡기계에 강한 자극 ○ 폐부종과 알르레기성 피부염 및 천식야기
휘발성 유기화합물 (VOCs)	○ 독성의 크기 : 톨루엔 > 자일렌 > 에틸벤젠 ○ 벤젠 : 백혈병유발 ○ 톨루엔 : 무색의 특이한 냄새, 폭발성 , 소변으로 배설

 

04 기타오염물질

1. 다이옥신

PCDDs(다이옥신계)는 75개, PCDFs(퓨란)계는 135개의 이성체가 존재

수용성은 낮으나 벤젠 등에 용해되며 토양 등에 흡수

재생온도 400℃

다이옥신의 광분해에 가장 효과적인 파장 범위 : 250-340nm

 

2. 다환방향족 탄화수소(PAH)

2개 이상의 벤젠고리를 갖는 방향족 탄화수소로 이루어져 있는 유기화합물

물에 잘 용해되지 않음