표제지

목차

퇴적황사에 의한 지표지질환경 피해평가 및 대응기술 개발 2

제출문 3

보고서 초록 4

요약문 5

SUMMARY 16

CONTENTS 18

목차 20

제1장 서론 22

1. 연구개발의 필요성 22

2. 연구개발목표 및 내용 24

제2장 국내·외 기술개발 현황 27

1. 국외 현황 27

2. 국내 현황 29

3. 현 기술상태의 취약성 31

4. 앞으로의 전망 32

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 33

1. 국내 황사 발생 및 기존 연구 35

가. 국내 황사 현황(2000년 이후) 38

나. 국내 기존 연구 결과 47

2. 황사 발원지 토양 특성 규명 64

가. 황사 발원지 및 환경 특성 64

나. GIS/RS 이용 발원지 특성 분석 79

다. 발원지 토양의 광물학적 특성 (XRD 분석) 88

라. 발원지 토양의 지구화학적 특성 93

3. 국내 퇴적황사 특성 규명 113

가. 연구기간 중 황사 발생 현황 113

나. 연구기간 중 황사 이동경로 122

다. 퇴적황사 포집 시스템(시료 채취) 및 질량농도 124

라. 퇴적황사의 광물학적 특성 133

마. 퇴적황사의 지구화학적 특성 155

바. 퇴적황사 내 미생물 특성 286

4. 퇴적황사 발원지 규명 및 특성 비교 분석 301

가. 퇴적황사 발원지 추적 및 특성 비교 301

(1) XRD 분석 결과 301

(2) 희토류원소 이용 발원지 규명 303

(3) 동위원소 이용 발원지 규명 및 오염물질(중금속) 기원 추적 310

나. 분광반사율을 이용한 황사 특성 분석 339

다. 대도시(서울) 및 국립공원 지역(경주) 에어러솔의 물리화학적 특성 비교 347

5. 지표지질환경 피해평가 417

가. 퇴적황사 피해유형에 대한 기존 정보/자료 수집 417

나. 퇴적황사 침적량 산정 예측을 위한 GIS/RS 이용기술 개발 427

(1) MODIS 영상을 이용한 황사 특성 분석 427

(2) GIS/RS를 이용한 황사 정보 추출 및 퇴적황사 분포도 432

다. 황사 퇴적에 따른 수질(토양) 오염 모니터링 및 지표 수계환경 영향 평가 444

라. 퇴적황사-토양/수환경 간 상호반응 모사를 위한 용출거동 특성연구 474

(1) 용출실험 방법 및 실험 결과 475

(2) 물(토양)의 다양한 pH 환경에서의 퇴적황사-물(토양수) 상호반응 용출실험 475

(3) 결론 495

마. 지구화학-수문모델링을 위한 장기적인 퇴적황사-물(토양수) 반응 모사실험 496

바. 퇴적황사의 위해성 평가 및 예측을 위한 지구화학적 존재형태 연구 549

6. 지표지질환경 피해 대응기술(방안) 제시 597

가. 최적 화학분석 방법 개발 597

나. 각 분야별(부처별) 황사에 의한 피해유형 분류 및 대응책 607

다. 발원지 및 이동경로별 황사의 유해성 분류 및 등급 설정 621

7. 결론 633

제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 641

1. 연구개발목표 달성도 641

2. 대외기여도 644

제5장 연구개발결과의 활용계획 649

1. 기대성과 649

2. 활용방안 649

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 651

가. 연구사례의 조사 651

나. 세부 기술사항의 검토 분석 655

제7장 참고문헌 659

부록 666

퇴적황사 모니터링 및 입자/가스상 오염물질 필터링 시스템 개발 711

제출문 712

보고서 초록 713

요약문 714

SUMMARY 720

CONTENTS 722

목차 725

제1장 서론 735

1절. 황사발생의 원인 735

2절. 우리나라의 황사발생 현황 736

3절. 황사의 피해 737

4절. 피해 상황에 따른 대응방안 738

5절. 연구개발의 필요성 739

제2장 국내·외 기술개발 현황 741

1. 입자상 오염물질 제거방식 741

가. 기계식 필터 시스템 741

나. 사이클론 방식 742

다. 광전자식 하전·포집장치 743

라. 전기분무(Electro spraying) 방식 정전집진 743

2. 가스상 오염물질 제거방식 744

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 745

1절. 가스제거용 엘리미네이터 소재 최적화 745

1. 접착형 엘리미네이터 개발 745

가. 평가 방법 745

나. 평가 결과 746

2. 고강도 친수성 엘리미네이터 개발 748

가. 평가 방법 748

나. 평가 결과 749

3. 엘리미네이터 최종 시제품 751

2절. Water Spray Nozzle 설계 753

1. 노즐설계 753

2. 노즐의 제작 및 평가 756

3절. 전기 분무 장치 설계 760

1. 입자 제거 원리 760

가. 전기집진장치의 원리 760

나. 전기집진장치의 구조 및 종류 763

2. 대전부 766

가. 1차 대전부 766

나. 2차 대전부 766

3. 집진부 766

4. 공진형 고압 직류 전원 장치 769

가. 전원 장치 구성 769

나. 제어회로 설계 및 구성 769

다. 고압부의 설계 및 구성 770

라. 공진형 고압전원장치의 실험 770

4절. 0.1㎛ 입자 감지 장치 설계 기술개발 773

1. 희석장치 설계 및 구성 773

2. 표준분진 발생장치 설계 및 구성 776

3. 0.1 ㎛ 입자 감지 장치 설계 및 평가 778

가. 광산란 이론 778

나. 장치 구성 요소 779

4. 3차년도 0.1㎛ 입자 감지 장치 설계 및 평가 789

가. 센서 설계 및 제작 789

나. 센서 성능 실험 결과 및 분석 793

5절. 가스상 및 입자상 오염물질 평가 기술 798

1. 가스상 오염물질 제거의 필요성 798

2. 가스상 오염물질 제거의 메커니즘 800

3. 공기 중 수용성 가스 분석 800

4. 에어샘플러 제작 802

6절. 필터링 시스템 시작품 설계/제작 및 성능평가 804

1. 실험장치 구성 804

가. 부품의 선정 804

나. 필터링 시스템 시작품 설계 814

2. 성능평가 방법 822

가. 사용계측기 822

나. 성능평가 방법 825

3. 성능평가 결과 827

가. 입자상 오염물질 평가 결과 827

나. 가스상 오염물질 평가 결과 842

7절. 황사 모니터링 시스템 848

1. 황사 모니터링 시스템 구성 848

2. 모니터링 프로그램 850

가. 통신 시스템 850

나. 모니터링 프로그램 851

3. 황사 모니터링 결과 853

제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 855

1절. 연차별 목표 달성도 855

1. 1차년도 855

가. 산업체 황사피해 사례분석 및 자료화 855

나. 클린룸 제어대상 가스 제거용 엘리미네이터 소재 최적화 855

다. Water spray nozzle 설계 855

라. 전기분무 장치 설계 855

마. 0.1㎛용 입자 감지장치 설계기술 개발 855

바. 성능평가용 풍동장치 구성 및 평가 856

사. 가스상/입자상 오염물질 평가기술 정립 856

아. 황사 모니터링 시스템 856

2. 2차년도 856

가. 입자상 오염물질 측정장치 설계 및 구성 856

나. 0.1㎛이상 입자상 오염물질 측정용 입자 감지장치 및 모니터링 장치 설계 856

다. 전기분무 장치 최적화 설계 856

라. 필터링 시스템 시작품 설계(Prototype) 857

3. 3차년도 857

가. 대기중 입자상 오염물질 측정 시스템 구성 857

나. 전기 대전 장치의 시스템 구성 857

다. 0.1㎛용 입자 감지장치 및 실시간 모니터링 시스템 구성 857

라. 필터링 시스템 최종 시작품 개발 857

2절. 대외 기여도 858

1. 기술적 특징에 따른 대외 기여도 858

2. 용도 및 이용분야에 따른 대외기여도 858

제5장 연구개발결과의 활용계획 859

1. 3,500 CMH급 입자상/가스상 오염물질의 필터링 시스템 활용계획 859

2. 입자상/가스상 오염물질의 필터링 시스템의 향후 활용계획 859

3. 입자상 오염물질 모니터링 시스템 859

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 860

1. 일본 에어와셔 시스템관련 업체 기술 860

2. 입자상/가스상 오염물질 모니터링 시스템관련 국제 연구동향 860

제7장 참고문헌 862

황사노출과 만성기도질환 악화 사이의 상관성 분석 및 기전 연구에 관한 연구 864

제출문 865

보고서 초록 866

요약문 867

SUMMARY 870

CONTENTS 872

목차 873

제1장 서론 875

제2장 국내·외 기술개발 현황 876

1. 국내연구 876

2. 타 아시아 국가의 연구 876

3. 기존 연구결과의 종합 876

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 877

1. 연구수행 내용 877

가. 제1세부과제 877

(1) 환자의 모집 878

(2) 환자 모집 시 수행 사항. 878

(3) 일일 모니터링 879

(4) 주간 모니터링 879

(5) 황사 발생의 정도 자료 수집 880

나. 제2세부과제 880

(1) 기관지-폐포 세척술 881

(2) 기관지-폐포 세척액의 상충액에서 Cytokine 측정 881

(3) 폐조직 병리염색 검사 881

다. 제3세부과제 882

2. 연구개발결과 886

가. 제1세부과제 : 황사노출과 만성 기도 질환의 경과 및 악화 사이의 상관성 분석 886

(1) 인구학적 정보 (표 1, 안산병원 코호트) 886

(2) 2007년도 경기 지역에서의 황사 발생 886

(3) 주요지표 887

나. 제2세부과제 892

다. 제3세부과제 895

제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 908

제5장 연구개발결과의 활용계획 911

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 912

제7장 참고문헌 912

Supplementary Tables 913

표 1-1. 최근 10년간 주요도시의 황사(활사) 발생일수 736

표 1-2. 황사로 인한 산업체 파급효과 737

표 1-3. 황사발생시 산업분야별 주요대책 739

표 3-1. 접착형 엘리미네이터 성능평가 결과 747

표 3-2. 내구성 및 친수도 평가 방법 749

표 3-3. 인장강도와 신축율 평가 결과 750

표 3-4. 고강도 엘리미네이터 소재의 친수도 평가 결과 750

표 3-5. 최종시제품 유량, 분무각 및 분무사진 759

표 3-6. 평행판 정전식 대전기의 제원 및 조건 767

표 3-7. 파티클 카운터 사양 775

표 3-8. 펌프와 터보팬 비교 784

표 3-9. 선폭 감소에 따른 가스오염 허용수준의 변화 798

표 3-10. 가스상 오염원의 클린룸 영향 799

표 3-11. 가스상 오염원 제거 메커니즘 800

표 3-12. 이온크로마토그래피의 규격 및 운전 조건 801

표 3-13. 팬&모터 선정 기준 차압 804

표 3-14. 1차년도 풍동장치 각 덕트 파트의 역할 815

표 3-15. 1차년도 풍동 실험장치 주요 부품 사양 816

표 3-16. 2차년도 풍동장치 각 덕트 파트의 역할 817

표 3-17. 2차년도 풍동 실험장치 주요 부품 사양 818

표 3-18. 3차년도 풍동 실험장치 주요 부품 사양 820

표 3-19. 계측기의 사양 및 용도 822

표 3-20. 실험 기본 운전 조건 834

표 3-21. 측정포인트 및 운영 상황 849

그림 1-1. 대표적인 황사 발원지 735

그림 1-2. 황사발생시 이산화황(SO₂) 농도분포 738

그림 2-1. 여과효율과 입자 크기와의 관계 741

그림 2-2. 기계식 필터 시스템 742

그림 2-3. 사이클론 입자 포집 원리 742

그림 2-4. UV 복사에 의한 광전자식을 사용한 입자포집 원리 742

그림 2-5. 지속시간 대비 포집 효율 743

그림 2-6. 전기분무의 발생원리 743

그림 3-1. 1차 엘리미네이터 구조 745

그림 3-2. 메탈+친수성 소재 엘리미네이터 제작 사진 746

그림 3-3. 메탈 메쉬+친수성 소재 엘리미네이터 제작 사진 746

그림 3-4. 메탈+친수성 소재 접착 엘리미네이터 성능 평가 결과 747

그림 3-5. 메탈 메쉬+친수성 소재 접착 엘리미네이터 성능 평가 결과 748

그림 3-6. 친수도 평가 방법 개념도 749

그림 3-7. 엘리미네이터 금형 도면 751

그림 3-8. 엘리미네이터 모듈 751

그림 3-9. 풍속에 따른 엘리미네이터 차압특성 752

그림 3-10. 엘리미네이터 내 유속분포 753

그림 3-11. 액적크기 10 ㎛ 일때 엘리미네이터 통과 수치해석 754

그림 3-12. 액적크기 50 ㎛ 일때 엘리미네이터 통과 수치해석 754

그림 3-13. 액적크기 100 ㎛ 일때 엘리미네이터 통과 수치해석 754

그림 3-14. 분무 노즐 1차 시작품 755

그림 3-15. 1차 시작품 노즐 분무압력에 따른 분무입경 및 분무사진 755

그림 3-16. 노즐 도면 756

그림 3-17. 노즐 최종시제품 사진 756

그림 3-18. 노즐 최종시제품 2㎏/㎠ 757

그림 3-19. 노즐 최종시제품 3㎏/㎠ 757

그림 3-20. 노즐 최종시제품 4㎏/㎠ 758

그림 3-21. 분무 압력에 따른 액적 분포 758

그림 3-22. 입자 직경과 집진 속도 760

그림 3-23. 전기집진 원리도 761

그림 3-24. 코로나 발생과정 762

그림 3-25. 전기집진기의 구조 763

그림 3-26. 전기집진기의 전극형상 분류 764

그림 3-27. 저전압 2단 평행판 전기집진기 765

그림 3-28. 고전압 1단 평행판 전기집진기 765

그림 3-29. 1차 대전기 설치 모습 767

그림 3-30. 2차 대전기 설치 모습 768

그림 3-31. 엘리미네이터 전압인가 모형도 768

그림 3-32. 엘리미네이터 전압인가 형상 768

그림 3-33. 대전부와 집진부 조립 형상 769

그림 3-34. 고전압 발생 전원장치 개략도 770

그림 3-35. 고전압 발생 제어기 개략도 770

그림 3-36. 고압 전원장치와 제어패널 외관도 772

그림 3-37. 출력전압 (12kV) 772

그림 3-38. 출력 전압 리플 772

그림 3-39. 희석기 개념도 773

그림 3-40. 벤츄리 희석기 도면 774

그림 3-41. 1단 희석기 774

그림 3-42. 희석기 유니트 775

그림 3-43. 파티클 카운터 775

그림 3-44. 노즐입경에 따른 희석비 (0.15 ㎛) 776

그림 3-45. 노즐입경에 따른 희석비 (0.2 ㎛) 776

그림 3-46. 노즐입경에 따른 희석비 (0.3 ㎛) 776

그림 3-47. 노즐면적에 따른 희석비 776

그림 3-48. 표준분진 발생장치 777

그림 3-49. 표준 분진을 이용한 파티클 센서 측정 장치도 778

그림 3-50. 측방산란방식 개략도 780

그림 3-51. 온도증가에 따른 전류-광 출력 특성 곡선의 변화 781

그림 3-52. 전류증폭회로를 이용한 검출장치 781

그림 3-53. 입자 검출장치 및 전력공급장치 781

그림 3-54. 기존적용 펌프 783

그림 3-55. BLDC 모터 적용 Turbo Fan 783

그림 3-56. 펌프(아래) vs 터보팬(위) 소음측정 주파수 분석 783

그림 3-57. 입자측정 센서의 구성도 785

그림 3-58. 광학계 장치도 785

그림 3-59. 광출력 안정도 분석 결과 785

그림 3-60. 광단면(Profile)의 장축 분석 결과 786

그림 3-61. 광단면(Profile)의 단축 분석 결과 786

그림 3-62. 표준 입자 측정 분포 결과 787

그림 3-63. 표준입자별 측정 응답 분석 결과 787

그림 3-64. 센서 검출 소자 회로기판 788

그림 3-65. 센서 전원 및 CPU 회로 기판 788

그림 3-66. 센서 모듈 조립 모형 788

그림 3-67. 흡입장치 팬 모형 788

그림 3-68. 분진 측정 센서 모형 788

그림 3-69. 광원 노이즈 개선 센서 모듈 790

그림 3-70. 센서 모듈 내부의 산란광 집광 거울 790

그림 3-71. 레이저 광출력 보드 791

그림 3-72. 레이저 광출력 측정 결과 791

그림 3-73. 전류증폭회로를 이용한 검출회로 792

그림 3-74. 전류증폭회로를 이용한 검출장치 792

그림 3-75. 광원 단면(Beam Profile) 측정 결과 793

그림 3-76. 광원 단면(Beam Profile) 측정 결과 793

그림 3-77. 0.1 ㎛ 단분산 분진(PSL) 측정 결과 794

그림 3-78. 0.3 ㎛ 단분산 분진(PSL) 측정 결과 795

그림 3-79. 0.5 ㎛ 단분산 분진(PSL) 측정 결과 795

그림 3-80. 2009년 03월 16일 대전근교 796

그림 3-81. 2009년 04월 07일 대전근교 796

그림 3-82. Fab의 기류 흐름과 오염원에 대한 개략도 799

그림 3-83. 에어 샘플러를 이용한 공기포집 801

그림 3-84. 이온크로마토그래피 분석 장비 802

그림 3-85. 에어샘플러 제작 사진 803

그림 3-86. Fan & Motor 외형도 805

그림 3-87. 팬&모터 성능곡선 805

그림 3-88. 팬&모터 설치 사진 806

그림 3-89. 초순수(DI) 제조장치 개략도 807

그림 3-90. DI System 807

그림 3-91. 엘리미네이터 펌프 외형도 및 성능곡선(CRN1-6) 808

그림 3-92. 데미스터용 펌프 외형도 및 성능곡선(CRN1-4) 808

그림 3-93. 급수 펌프 설치 모습 809

그림 3-94. 드레인펌프 외형도 및 성능곡선 810

그림 3-95. 드레인펌프 810

그림 3-96. 1차년도 기본형 엘리미네이터 및 노즐뱅크 설치 모습 810

그림 3-97. 노즐 뱅크 810

그림 3-98. 1차 집진용 엘리미네이터&대전부 구성도 811

그림 3-99. 1차년도 집진형 엘리미네이터 및 노즐뱅크 설치 모습 812

그림 3-100. 2차 집진용 엘리미네이터&대전부 구성도 812

그림 3-101. 2차년도 집진형 엘리미네이터 대전 방법 812

그림 3-102. 2차년도 노즐뱅크 설치 813

그림 3-103. 2차 집진용 엘리미네이터 및 노즐뱅크 설치 모습 813

그림 3-104. Pre/Medium 필터 814

그림 3-105. 1차년도 실험장치 풍동 도면 815

그림 3-106. 1차년도 실험장치 전경 816

그림 3-107. 2차년도 풍동실험장치 도면 817

그림 3-108. 2차년도 실험장치 전경 818

그림 3-108. 3차년도 풍동실험장치 도면 819

그림 3-109. 3차년도 실험장치 전경 820

그림 3-110. 풍동시스템 제어반 821

그림 3-111. 풍동시스템 제어반 회로도 821

그림 3-112. 데이터 로거 823

그림 3-113. 질량, Voltex 유량계 823

그림 3-114. 플로팅유량계 823

그림 3-115. 압력센서 823

그림 3-116. 차압계 823

그림 3-117. 풍속계 823

그림 3-118. pH 메터 824

그림 3-119. 전도도 메터 824

그림 3-120. 파티클 카운터 824

그림 3-121. 온습도 센서 824

그림 3-122. 이온크로마토그래피 824

그림 3-123. 오실로스코프 824

그림 3-124. 입자상 오염물질 측정 개략도 825

그림 3-125. 입자상 오염물질 측정 사진 826

그림 3-126. 가스상 오염물질 측정 개략도 826

그림 3-137. 데미스터를 이용한 1차 실험장치 개략도(I) 827

그림 3-138. 노즐설치 전면 828

그림 3-129. 노즐 설치 측면 828

그림 3-130. 데미스터+엘리미네이터 동시운전 입자상 오염물질 제거 성능평가 828

그림 3-131. 실험장치 개략도(II) 829

그림 3-132. (+)대전부 설치 전면 830

그림 3-133. (+)대전부 실험장치전경 830

그림 3-134. 고전압 발생기 830

그림 3-135. 메쉬 망 그라운드 830

그림 3-136. STS판 그라운드 831

그림 3-137. 와이어 그라운드 831

그림 3-138. 와이어 그라운드 적용 입자상 오염물질 제거 성능 832

그림 3-139. 엘리미네이터 결선방법 832

그림 3-140. 엘리미네이터 형상 833

그림 3-141. 상부분무 형상 833

그림 3-142. 실험장치 개략도(III) 833

그림 3-143. 3차 실험장치 전경 834

그림 3-144. 전압에 따른 입자상 오염물질 제거 성능(전면풍속:2.5m/s) 835

그림 3-145. 전편풍속에 따른 입자상 오염물질 제거 성능((+)6.0kV) 835

그림 3-146. 입자상 오염물질 사이즈별 제거성능 변화 836

그림 3-147. 2차년도 실험장치 전경(4차 실험) 837

그림 3-148. 전면풍속 변화에 따른 입자상 오염물질 제거성능 변화 837

그림 3-149. 액기비 변화에 따른 입자상 오염물질 제거성능 변화 838

그림 3-150. 엘리미네이터 대전전압 변화에 따른 입자상 오염물질 제거성능 변화 838

그림 3-151. 입자상 오염물질 제거에 따른 오존발생량 변화 839

그림 3-152. 최종시작품 입자상 오염물질 성능평가 결과 (액기비) 840

그림 3-153. 최종시작품 입자상 오염물질 성능평가 결과 (입구온도) 841

그림 3-154. 최종시작품 입자상 오염물질 성능평가 결과 (전면풍속) 841

그림 3-155. 액기비(L/G)에 따른 가스상 오염물질 제거 성능 842

그림 3-156. 순수 pH에 따른 가스상 오염물질 제거성능 변화 843

그림 3-157. 분무 형태에 따른 가스제거 효율 843

그림 3-158. 입구농도 변화에 따른 NH3 제거효율 변화 844

그림 3-159. 입구농도 변화에 따른 SOX 제거효율 변화 845

그림 3-160. 입구농도 변화에 따른 NOX 제거효율 변화 845

그림 3-161. 입구농도 변화에 따른 NH₃ 제거효율 변화(최종시작품) 846

그림 3-162. 입구농도 변화에 따른 SOx 제거효율 변화(최종시작품) 846

그림 3-163. 입구농도 변화에 따른 NOX 제거효율 변화(최종시작품) 847

그림 3-164. 황사 측정 백엽상 도면 848

그림 3-165. 황사 측정용 백엽상 설치 전경 849

그림 3-166. 황사 측정 구성도 849

그림 3-167. 황사 데이터 수집을 위한 통신 시스템 개략도 850

그림 3-168. 모니터링 통신 시스템 적용 방법 예 850

그림 3-169. 모니터링 프로그램 메인 화면 852

그림 3-170. 실시간 모니터링 화면 852

그림 3-171. 과거 데이터 분석 화면 853

그림 3-172. 황사 모니터링 결과 VS. 기상청 관악산 데이터 854

I. 제목

퇴적황사에 의한 지표지질환경 피해평가 및 대응기술개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

○ 지구온난화와 함께 동북아시아 국가(중국, 몽골)들의 과잉목축 및 초지와 임야의 무분별한 개간 등으로 인해 사막화(중국 전국토의 17.6%, 169만㎢)가 급속히 진행되고 있으며, 이에 따라 국내 연간 황사 발생일수가 3.9일('80년대), 7.7일('90년대), 27일(2001년), 16일(2002년)로 크게 증가하고 있음.

○ 황사 및 대기오염물질에 의한 지표환경 오염, 산업체(반도체 등) 생산성 악화 및 인체 위해성 등 피해가 급증하고 있는 실정이며, 연간 경제적인 피해액이 11조 8천억 원(2002년)으로 추산된 바 있으며, 2012년에는 23조 6천억의 피해비용이 발생할 것으로 예상

○ 퇴적황사재해는 동북아지역의 지질, 토양 및 대기환경의 특성에 따른 자연재해이므로 미국 등 선진국에서는 이에 대한 연구가 미비하며, 중국과 일본에서도 초기 연구 단계이므로, 국내의 집약된 기술력을 바탕으로 독자적인 연구와 대응체계가 구축되어야 함

○ 황사발생 예측 및 예보 위주의 소극적인 대응에서 탈피하여, 지표환경에서의 장·단기적 정량적 피해 예측과 지표환경 특성별 대응체계를 개발하고 체계적인 황사재해방재시스템을 구축하기 위한 실용적이고 적극적인 대응 연구의 수행이 필요

○ 퇴적황사재해는 자연재해와 환경재해의 복합적인 문제로서, 그 피해를 감소시키기 위해서는 퇴적황사의 피해유형 및 피해산정 평가에서부터 재해저감을 위한 예방, 대응, 대비에 이르는 전 과정의 핵심 및 기반기술과 정책 기술을 개발하는 범정부차원의 구체적이고 장기적인 종합대응체계의 구축이 요구됨

○ 황사 발원지의 기원 및 이동경로 추적 기술 개발, 발원지 황사와 국내 퇴적황사의 물리화학적 특성 규명 등 퇴적황사재해로 인해 지표환경에 미치는 피해평가 기술 개발 및 피해저감 대응기술을 개발하고 실용화함으로써 맑고 깨끗한 지표 환경을 보전하여 국민의 삶의 질을 향상함.

III. 연구개발의 내용 및 범위

○ 발원지(중국, 몽골 등) 토양환경 규명

- 발원지 지질, 지형, 지리, 토양 및 기상자료 수집

- 발원지(중국, 몽골 등) 토양 특성 규명

ㆍ광물학적(XRD, SEM-EDS) 특성

ㆍ화학적(존재형태 연구 포함) 및 안정동위원소화학 특성

- 다중 원격탐사 이용 발원지 특성 통합정보 종합 및 분석

ㆍ지형, 지리 및 지질정보 분석

ㆍ인문지리 및 식생정보 분석

○ 발원지별 퇴적황사 특성 규명

- 우리나라 기존 황사자료 수집

- 퇴적황사 포집을 위한 시스템 구축 및 운영

- 발원지별 퇴적황사 특성 규명

ㆍ광물학적(XRD, SEM-EDS) 특성

ㆍ지구화학적 특성(존재형태 연구 포함) 및 안정동위원소 분석

- RS/GIS 이용 황사 이동경로 추적기술 개발

ㆍ황사 이동경로 추적 프로그램 개발

○ 지구환경 피해 평가

- 퇴적황사 피해유형에 대한 기존 정보 및 자료 수집

- 각 분야별(부처별) 피해유형 분류 및 대응책 파악

- 실용적인 황사 주의보/경보시스템 설계(수농도 겨준)

- 퇴적황사 침적량 산정기술 개발

ㆍGIS/RS이용 침적량 산정 예측기술 설계 및 요소 분석

- 중금속/대기오염가스 흡착 모사실험 장치 설계 및 제작

- 비황사기간/황사기간 수질 오염 모니터링

- 물-황사 상호반응 용출실험 및 지구화학-수문 모델링기술 개발

IV. 연구개발결과

■ 국내 황사 발생 현황

○ 연도별 황사 발생 현황

- 2000년 이후 황사발생일은 2001년과 2002년에 각각 평균 21.5일과 12.3일로 많은 황사가 발생했으며, 2003년에는 평균 1.8일로 적게 나타났으나, 그 이후로 점차 증가 하는 양상을 보이고 있음(2007년도, 평균 발생일 8.9일)

- 2000년 이후 황사의 총 발생일은 백령도가 115일로서 가장 많은 것으로 집계되었으며, 이외에도 서울, 춘천, 영월, 군산 등의 지역에서 100일 이상의 황사가 발생함. 이들 지역은 황사 발원지에 가까운 서해안 지역 및 북부 지역으로서, 지리적인 위치로 인하여 황사의 영향을 많이 받고 있음

- 한편 연구지역인 대전에서도 총 95일의 황사가 발생하여 전국 평균인 81.6일 보다 높은 황사 발생일을 나타내고 있음

○ 월별 황사 발생 현황

- 2000년 이후 3월에 전국적으로 평균 31일이 발생하여 가장 많은 황사 발생빈도를 보였으며, 그 다음으로 4월이 27일로서, 3월과 4월에 가장 많은 황사가 발생함

- 또한 5월에도 평균 발생일이 8.6일로 상대적으로 높은 발생 빈도를 나타내고 있음

- 11월과 12월에도 각각 3.0일과 4.1일의 황사가 발생하고 있으며, 이는 2월(3.2일) 보다 높은 발생일은 나타냄

- 이를 종합하면, 황사는 겨울철인 11월부터 5월까지 지속적으로 발생하고 있으며, 이는 황사 피해에 대한 대비를 봄철뿐만 아니라 겨울철에도 해야 함을 지시하고 있음

○ 지역별 황사 발생 현황

- 미세먼지의 질량농도가 매우 높은 황사 주의보 및 경보시기에 미세먼지의 질량농도 및 그 지속시간을 동시에 고려한 질량농도 지수를 계산하였음

- 가장 높은 질량농도 지수를 보인 지역은 2007년 4월 1일의 속초이었으며, 대구, 구 덕산 및 영덕에서도 높은 질량농도 지수 값을 보였음

■ 황사 발원지 토양 특성 규명

○ 주요 황사 발원지

- 대표적인 황사 발원지에는 중국 북서부의 타클라마칸 사막, 몽골의 고비사막, 중국 북부 내몽골 지역 및 만주 지역의 사막 및 사지 등과, 황하 부근의 황토고원 등임

- 최근 들어 지구온난화에 따라 과거 초지였던 지역이 사지로 바뀌고 있으며, 특히 우리나라에 가까운 만주 지역의 사막화가 가속화되고 있음

- 이는 멀지 않은 시기에 현재보다 강력한 황사가 국내에서 발생할 가능성이 있음을 지시함

○ GIS/RS 이용 발원지 특성 분석

- SRTM 자료(NASA 제공)를 활용하여 황사 발원지 지역의 지형분석을 수행한 결과, 타클라마칸 사막은 동남쪽으로 개방되어 있으며, 북쪽 및 남쪽으로는 주변 산맥에 의해 차단되어 있음

- 알라샨 및 오도스 사막은 서남쪽으로는 높은 산맥에 의해 차단되어 있지만, 두 사막 간은 개방되어 있음

- MODIS 영상을 이용한 중국 황사 발원지(사막지역)에 대한 NDVI 및 EVI 분석 값은 0.1-0.2 사이로서, 식생지수가 매우 낮게 나타났으며, 최근으로 올수록 점점 더 낮아지고 있어 사막화가 진행됨을 지시하고 있음

○ 발원지 토양의 광물학적 특성

- XRD 분석을 통해 황사 발원지 토양에 대한 광물 조성을 동정하였으며, 석영-장석-점토광물+탄산염광물의 삼각 다이아그램을 이용하여 도시한 결과, 점토광물+탄산염 광물의 비율로서 각 사막을 구분하는 방법으로 이용하였음

○ 발원지 토양의 화학적 특성

- 발원지 토양의 화학성분은 시료 채취 위치에 따른 함량변화가 크지 않으며, 이는 바람에 의해 혼합됨으로써 균질한 것으로 해석됨

- 일부 주원소 (Ti, Fe, Mn) 및 미량원소 (Cr, Cu, As, Co, Ni, V, Y, Sc, Sn, Pb, Zn, Cd, Cs, Li, Th, U) 간의 상관관계를 이용하여 각 사막의 기원을 규명하는 데 응용 할 수 있을 것으로 판단됨

■ 국내 퇴적황사 특성 규명

○ 연구기간 중 황사발생 현황 및 시료 채취

- 연구기간인 2007년부터 2009년 4월말(연구종료 시점)까지 기상청에서 발령한 대전지역의 황사발생일은 2007년에 11일(총 5회)이며, 2008년에는 8일(총 6회)이고, 2009년에는 4월말까지 총 3일(총 2회) 발생하였음

- 2007년도에 대전지역의 황사 발생 날짜는 3월 6일(화), 3월 27일(화), 3월 28일(수), 3월 31일(토), 4월 1일(일), 4월 2일(월), 5월 25일(금), 5월 26일(토), 5월 27일(일), 12월 29일(토), 12월 30일(일)이었음

- 2008년도에 2월 12일(화), 2월 29일(금), 3월 2일(일), 3월 3일(월), 3월 16일(일), 5월 30일(금), 5월 31일(토) 및 12월 9일(화)에 황사가 발생했으며, 2009년의 황사 발생일은 2월 20일, 3월 16일 및 17일이었음

○ 황사 시료 채취

- 대기 중 미세먼지 시료의 채취는 대전시 유성구 가정동 한국지질자원연구원 제2연구동(3층 건물)의 옥상에서 실시

- 채취한 미세먼지는 4종류로 구분(임의적 명칭): (a) 퇴적황사(Asian Dust): 기상청에서 황사를 발령한 시기에 쟁반(tray)을 이용하여 채취한 것으로서, 자연적으로 퇴적된 미세먼지; (b) 황사(Aerosols): 기상청에서 황사를 발령한 시기에 대용량 공기채집기(필터)를 이용하여 채취한 대기 중 미세먼지; (c) 건조퇴적물(Asian Dust): 기상청에서 황사를 발령하지 않은 시기에 쟁반(tray)을 이용하여 채취한 것으로서, 자연적으로 퇴적된 미세먼지; (d) 대기부유물(Aerosols): 기상청에서 황사를 발령하지 않은 시기에 공기채집기(필터)를 이용하여 채취한 대기 중 미세먼지.

- 연구기간 중 입도별(TSP, PM10, PM2.5) 미세먼지의 질량농도는 2008년에 비해 2007년에 더 높게 나타났으며, 이는 2007년에 보다 강한 황사가 발생하였음을 지시하고 있음. 최대 질량농도를 보이는 시기는 2007년 3월 31일-4월 1일이며, TSP가 1,040.1㎍/㎥, PM10은 450.0㎍/㎥, 그리고 PM2.5는 70.4㎍/㎥을 나타냈음

○ 퇴적황사의 광물학적 특성

- 퇴적황사에서는 타클라마칸 사막, 알라샨 사막, 오도스 사막, 황토고원 토양 및 국내 배경토양에서는 산출되지 않았던 석고와 암염이 산출되며, 이는 서해 바다를 통과하면서 이동 중에 형성된 광물임을 지시함

○ 국내 퇴적황사의 화학적 특성

- 퇴적황사 중 As, Pb, Zn, S, Cd, Mo, Sb 등 7개 원소의 평균 함량은 사막토양의 평균함량보다 높게 나타났음. 황사발생으로 함량이 증가된 원소는 S, Sc, V, Cs, Li, Y, Co, Ga, Th 등임

- 퇴적황사 중 S 함량이 뚜렷하게 높았는데, 이는 황사가 이동 시에, 중국의 공업단지 지역을 통과하면서 대기 중 오염물질인 SOx가 흡착되었기 때문으로 판단. SOx는 물에 쉽게 용해되기 때문에 호흡을 통하여 사람의 건강에 영향을 미칠 것으로 판단되며, 토양 및 수질에도 영향을 주게 될 것으로 예측됨

- 황사기간 동안에 Zr, As, Pb, Mo, Sb, Sn, Zn, Cr, Ni, Cu, Ba, Cd 함량이 감소함. 이는 황사 발생으로 인해 대기에 황사물질이 급격하게 증가되어 대기 중에 있던 부유물질과 혼합되면서 상대적으로 희석된 것임을 지시함. 하지만 황사기간 동안에 대기 중 전체 부유물질의 양이 크게 증가하므로, 황사기간 동안의 대기 중 각 원소의 유입량은 증가될 것으로 판단

○ 황사 내 미생물 특성

- 다양한 영양조건에서 항생제 내성 미생물의 배양 검출 방법을 개발하고 배양분리된 항생제 내성 미생물의 DNA분석 방법을 적합화함

- 황사 내에 항생제 내성 미생물들이 존재하나, 유해성 영향은 심각하지 않은 것으로 보임. 하지만 황사가 용해되어 있는 빗물의 미생물 유해성은 높은 것으로 나타남

■ 퇴적황사 발원지 규명 및 특성 비교 분석

○ 광물학적 특성을 이용한 발원지 규명 연구

- XRD 분석을 통한 석영, 장석류, 탄산염광물+점토광물의 구성 비율을 이용한 결과, sd-5 퇴적황사는 황토고원이 기원임을 지시하며, sd-1, sd-3, sd-4, sd-6 퇴적황사 시료는 황토고원과 타클라마칸 사막 구성비율의 특성이 혼합되었으며, sd-7 퇴적황사는 알라샨 사막과 오도스 사막 토양의 구성비율과 유사함을 지시함

○ 희토류 원소 이용 발원지 규명 연구

- 황사먼지의 희토류원소 지구화학적 특성은 오도스 사막 남동부의 표층시료 및 황토 고원의 loess 시료와 매우 유사한 분포 양상을 보여줌

○ 동위원소 이용 발원지 규명 연구

- Sr-Nd 상관관계에서 보면, 퇴적황사(SD-1, SD-5, SD-6, SD-7 및 SD-8)와 건조퇴적물(NSD) 사이에 뚜렷한 차이를 보이고 있으며, 이는 황사 발생 시기와 비황사 시기에 대기 중 미세먼지의 기원이 확연히 다름을 지시

- 황사 시기의 퇴적황사는 타클라마칸, 차이담, 내몽골 지역 사막, 고비 사막 및 황토 고원의 토양 시료와 가장 근접한 관련성을 보이고 있으나, 타클라마칸 및 차이담 사막은 우리나라와 너무 멀리 떨어져 있기 때문에, 이들 사막의 토양이 우리나라 황사에 직접적인 영향을 주었을 가능성은 낮음. 따라서 국내 퇴적황사와 황사의 발원지로는 만주 지역, 고비 사막, 내몽골(알라샨과 오도스 사막) 및 황토고원이 유력함

- 국내토양의 Sr 및 Nd 동위원소 조성비는 상대적으로 높은 값을 나타내고 있어, 퇴적황사 및 황사에 영향을 미치지 않았음을 제시해 줌. 한편 비황사시기의 건조퇴적물은 국내토양과 유사한 Sr-Nd 동위원소 조성비를 보여주고 있어 국내 토양의 영향을 받았음을 지시함

- 황사 기간 동안 퇴적황사 및 황사 내 미세먼지의 Pb 동위원소 조성비에 의하면, 이들 Pb 성분이 중국 산업단지 및 발전소 또는 가정에서 사용하는 광석광물 및 석탄 등으로부터 기원하였음을 지시

○ 분광반사율을 이용한 황사의 특성

- 황사 발원지의 토양 시료에 대한 분광반사율을 측정한 결과, 동일한 사막에서는 대부분 비슷한 양상을 보이는 것으로 나타났음. 인접하여 분포하는 알라샨 사막과 오도스 사막은 전체적으로 분광반사율 특성이 비슷하게 나타났으나, 타클라마칸 사막과는 약 1,900nm에서 다른 토양성분 특성이 나타났음

- 비황사 시기에 대기 중에 부유해 있는 미세먼지(대기부유물) 보다 황사 시기에 중국에서 온 황사 시료의 분광반사율이 높은 것으로 나타났으며, 이는 중국에서 불어온 황사 시료에 모래성분이 더 많이 포함되어 있기 때문이라고 판단됨

○ 대도시(서울) 및 국립공원 지역(경주) 에어러솔의 물리화학적 특성 비교

- 황사폭풍 시 국립공원 지역에서 관측된 에어로졸의 특성을 조사함으로써 황사 시 유입되는 대기오염물질의 물리적 및 화학적 특성을 조사하였음

- 황사시기에 입자상 물질의 증가는 조대입자 영역뿐만 아니라 미세입자 영역에서도 관찰되었음. 2.5㎛ 이하의 미세입자 영역에서는 이온 성분의 점유율이 주요한 것으로 분석되었지만, 조대입자 영역에서는 원소 성분의 점유율이 지배적임

- 비황사 기간에 비해 황사 사례 시에는 인위적인 대기오염물질의 기여도가 급격하게 하였음

- 기단의 이동경로별 분석에서는 WC사례에서 황 성분의 질량 분율이 SC 사례와 NC 사례와 같이 다른 방향의 대륙으로부터 이동된 사례보다 상대적으로 높은 것으로 분석됨

- 2008년에 인위적 성격의 원소 그룹인 Cr, Mn, Cu, Zn, Se, Cd, Pb의 중금속 성분들의 질량 분율의 합은 2007년에 비해 상위하였으며, 에어로졸의 화학적 조성은 대륙과 해양에 의한 영향을 받는 것으로 파악됨. 특히 황사 현상이 발생된 사례에서는 일반 조건의 대륙으로부터의 영향과도 다른 화학적 조성을 나타내는 것으로 파악됨

- 결과적으로 집중관측 기간 동안 측정된 황사에어로졸의 물리적 및 화학적 특성은 인위적인 오염물질을 수반하며, 이동경로에 따라 화학적 조성에 차이를 나타내는 것으로 조사되었음

■ 지표지질환경 피해 평가

○ 황사피해 유형 분류

- 황사의 피해 유형은 국민 개인에 미치는 피해(인체 피해, 국민 생활, 가계 비용 등), 산업 피해(생산분야, 수송분야 등), 농축산 분야, 공공분야, 경제활동 및 환경오염 분야 등으로 구분할 수 있음

- 2003년에 발생한 황사에 의한 경제적 손실이 최대 7조 3천억원으로 추정

○ MODIS 영상을 이용한 황사 특성 분석

- MODIS 영상에서의 황사의 형태별(토양자체, 공기속의 황사, 구름속의 황사) 분광특성의 차이를 분석한 결과, 토양 위의 황사, 식생 위의 황사, 바다 위의 황사 및 구름 속의 황사 등은 주변의 환경적, 기후학적 인자들에 의해 영향을 받아 다른 분광 특성을 보임

- 따라서 다양한 형태로 존재하는 황사의 형태를 위성영상에서 구별하고, 황사를 추출할 수 있는 구별 인자로 활용할 수 있음

○ GIS/RS를 이용한 황사정보 추출 및 퇴적황사 분포도

- 원격탐사를 이용하여 황사 정보를 추출하고, 이를 활용하여 황사 발생 시, 우리나라의 퇴적황사의 분포를 알아보기 위하여, MODIS 영상을 가지고 위성영상의 칼라조합을 통하여 황사를 구별하였음

- NDDI 지수를 산출함으로써 시계열적인 황사 농도 분포의 차이를 분석하였고 퇴적 황사 분포도 작성을 위한 기초연구 성과를 도출하였음

○ 황사 퇴적에 따른 지표 수계환경 영향 평가

- 황사가 지표 수계에 미치는 영향을 관측하기 위하여 황사의 영향을 많이 받을 것으로 예상되는 서해안 지역 2곳(홍성 1지점, 예산 1지점)과 내륙 2곳(청원 2지점, 공주 1지점)의 총 5지점을 선택하여 하천수 모니터링을 수행하였음

- 한 번의 강우 이벤트에서 시간에 따른 변화를 조사한 결과, 초기의 강수에서 후기로 갈수록 대기 중 분진의 영향이 줄어들었음을 확인

- 하천수 수질 분석결과 오염물질인 Cl과 NO₃는 인위적인 오염물질의 특성을, Ca와 HCO₃는 지질기원의 특성을 잘 나타내며, 황사의 영향으로 생각되는 Cl, NO₃, SO₄가 증가함(2008년 3월 3일 및 19일)

- SO₄는 황사 용출실험에서 가장 높은 값을 보여주어 수계 모니터링에서 황사 영향을 나타내는 지시자로 이용될 수 있음을 확인

○ 퇴적황사의 pH 별 용출특성

- 황사가 퇴적된 이후 지표지질환경에서 황사-물/토양수 간 지구화학적 반응에 의해 주변 수계와 토양환경 및 생태계에 미치는 영향을 알아보기 위해 용출실험을 실시하였음

- 사막토양 시료에 대한 용출실험 결과, 타클라마칸 사막과 황토고원에서 발생한 황사의 경우에는 황사물질 자체가 산성 pH 환경을 중성 환경으로 변화시킬 수 있는 중화능력이 뛰어나고 황사물질 자체로부터는 중금속 원소들을 포함한 미량원소들의 용출이 발생하지 않는 것으로 평가되어 국내 토양 및 수계환경 등 지표지질환경에 미치는 해로운 영향은 없거나 미약할 것으로 평가

- 그러나 알라샨 사막과 오도스 사막으로부터 발생된 황사가 국내에 유입되어 pH 2 혹은 3 이하인 토양 및 수계환경에 퇴적될 경우, 이들 사막들로부터 발생한 황사물질이 pH 3 이하의 산성 환경에서 pH에 대한 완충기능이 없으므로 황사물질에 포함된 중금속 등 미량원소들의 용출이 급격하게 증가되므로 이들 원소들에 의한 토양오염 및 수질변화가 발생할 것으로 평가되며, 토양 및 수계의 생태계에도 해로운 영향을 미칠 것으로 보임

- 따라서 황사발원지에 따른 황사재해 대응방안도 구분되어야 할 것으로 판단

○ 퇴적황사 반응 실험: 반응시간 별 용출특성

- 장기적인 퇴적황사-물(토양수) 반응을 알아보기 이하여, 반응시간에 따른 pH 별 용출실험을 수행하였음

- 반응용액의 pH를 7, 5, 3으로 고정시킨 후 반응시간에 따른 용출실험을 수행한 결과, 황사물질이 토양 및 수계환경에 퇴적된 이후 반응기간 7일이 초과되면 Ca, Mg, K 용출 함량이 반응시간에 따라서 증가되었음. 반응용액의 pH 1 경우, 알라샨 사막과 오도스 사막 토양으로부터 용출된 Al, Fe, P, Mn 함량은 반응시간이 증가함에 따라 크게 증가하였음

- pH 7, 5, 3의 조건의 토양 및 수계환경에서 30일 정도까지 지구화학적인 반응에 노출되었을 때, 타클라마칸 사막과 황토고원의 토양에서는 S 함량을 제외하면, Co, Pb, Th, Y, Sb, Sn, Cd, Sb, Sn 등은 용출되지 않고, Ba, Cr, Cu, As, Ni, Rb, Zn, Li, V, Cs, Zr 등의 원소들은 매우 미약한 함량만이 검출되므로 토양 및 수계환경에 심각한 영향을 미치지 않을 것으로 예측

- 반응용액의 pH를 1로 고정시킨 후 반응시간을 1일에서부터 30일까지 변화시켜 미량원소의 용출 함량의 변화를 평가한 결과, Zr, Sb, Sn 원소들은 모든 사막 토양으로부터 용출되지 않는 것으로 나타났으며, 타클라마칸 사막과 황토고원의 토양에 함유된 Cr, Cu, As, Co, Ni, Rb, Pb, Zn, Li, V, Th, Y, Cd, Cs 등의 원소들의 용출된 함량은 최대 0.5ppm 이하로 매우 낮아 토양 및 수계 환경에 영향을 미치지 않을 것으로 평가되었으나, 알라샨 사막과 오도스 사막으로부터 발생된 황사물질이 pH 1의 반응용액과 반응할 경우에는 타클라마칸 사막과 황토고원 토양으로부터 용출되는 함량보다 크게 증가하는 것으로 평가되었음

○ 퇴적황사의 지구화학적 존재형태 연구

- 황사가 토양 및 수계환경에 유입될 경우에 발생할 수 있는 생태계 및 인간의 건강에 미치는 영향을 평가하기 위해서는 주원소, 미량원소 및 희토류 원소의 지구화학적 존재형태를 규명하였음

- 사막토양, 퇴적황사 및 건조퇴적물에 함유된 Mn와 Ca의 존재형태는 사막의 유형과 퇴적황사의 채취시기별로 존재형태의 차이가 현저하였음. "양이온교환형"으로 존재하는 Mn와 Ca는 사막토양의 경우 각각 1%이하와 2-16%였으나, 퇴적황사의 경우에는 시기별로 각각 12-42%와 28-69%에 이르는 것으로 나타나 이들 원소들은 쉽게 용해되어 주변 환경에 영향을 줄 것으로 나타났음

- 토양 및 수계환경에 퇴적되어 수용액과 반응할 때, 미량원소의 이동도 혹은 용해도의 비율에 따라 미량원소를 5개 그룹으로 분류하였음. 사막토양의 경우, 이동도 혹은 용해도가 40% 이상(4그룹)인 미량원소는 Sr 이었으며, 50% 이상(5그룹)인 미량원소는 Cd 이었음. 그러나 퇴적황사와 건조퇴적물의 "4 그룹"에는 각각 As, Co, Ni, Sb, U 및 Ni, Sr, Sb, U 등 이었으며, "5 그룹"은 각각 Cd, Cu, Pb, Zn, S, Sr, Y, Mo 및 Cd, Cr, Cu, Co, Pb, Zn, S, Y, Mo 등으로서, 해당되는 원소가 대폭 증가하였음. 이는 퇴적황사와 건조퇴적물에 함유된 이들 원소 함량 중에서 최소 40% 이상은 수용액에 쉽게 용해되어 지표환경 및 사람의 건강에 직접 영향을 미칠 수 있음을 지시하고 있음

- S와 Cd의 화학적 존재형태 연구결과, 퇴적황사 및 건조퇴적물에는 S가 각각 80.6-94.1% 및 79.8-82.8%, 그리고 Cd는 각각 29.9-84.5% 및 49.8-57.4%가 양이온교환형"(fraction I)으로 존재하고 있어, 퇴적황사와 건조퇴적물이 지표환경의 토양 및 수환경에 유입될 경우에 이들 원소가 쉽게 용해되어 지표환경을 오염시키게 될 수 있음을 지시함. 특히 이러한 퇴적황사물질과 건조퇴적물이 호흡을 통하여 폐와 기관지에 들어갈 경우에도 체액과 이온교환 반응하여 쉽게 용해될 것으로 예측되며 용해된 S와 Cd는 사람의 건강에 직접적으로 영향을 줄 것으로 예측됨

- 미량원소의 화학적 존재형태가 시료 채취시기별로 차이가 큰 것은 국내에 유입된 퇴적황사의 근원물질(사막토양의 특성) 및 황사의 유입경로 등에 따라 차이가 발생한 것으로 판단되며, 따라서 황사에 대한 황사주의보 및 황사경보 발령 시 황사의 양적인 판단뿐만 아니라 황사의 발원지 및 이동경로에 따른 금속원소의 오염특성 및 화학적 존재형태 특성 결과를 반드시 반영하여야 함을 지시함

■ 지표지질환경 피해 대응기술(방안) 제시

○ 국가 재난관리 차원의 황사피해방지 종합대책

- 퇴적황사재해 피해저감 및 대응기술을 구축하기 위해서는 황사의 특성, 피해 유형 및 비용 등 기초적인 연구가 반드시 수반되어야 함

- 신속하고 체계적으로 황사재해에 대처하기 위해서는 황사재해 관리시스템을 통합하여 지휘 체계를 단일화하여야 할 필요가 있으며, 이를 위해서는 국가재난관리 담당 기관인 소방방재청이 주무 부서가 되어, 퇴적황사재해에 대한 각 부처의 역할 분담 및 대응 사항을 규정하여야 함

- 각 부처/지자체는 각 분야별로 퇴적황사재해의 대응요령(대국민 세부행동요령 등)을 구축하고, 퇴적황사에 의한 피해평가 기준, 조사 및 산정 방법을 마련하여야 함

○ 황사 사례별 황사의 유해성 분류 및 등급 설정

- Sr-Nd 동위원소 조성비, XRD 분석에 의한 광물조성, 기상청 발표자료 및 HYSPLIT Model에 의한 역궤적(Back Trajectory) 추적 등을 종합하여, 연구기간 중 주요 황사 발생일의 발원지 및 이동경로를 구분하였음

- 황사 사례별 미세먼지의 중금속(Cr, Cu, Pb 및 Zn)의 함량 및 농도를 이용하여, 황사 발원지 및 이동경로에 따른 유해성을 분류하고 등급을 설정함

- 연구기간 중 국내에 발생하였던 황사 사례별(발원지 및 이동경로별) 유해성은 발원지 토양의 화학적 유해성 보다는 이동경로 상에서 경유하는 중국 내 산업지역의 대기 중 오염물질에 영향을 받는 것으로 판단됨

- 중금속 농도 지수 합계가 가장 높은 것으로 나타난 C 사례의 경우에는 중국의 "선양-다롄" 산업지역을 통과하였을 가능성이 높으며, 다음으로 I 사례의 경우에는 중국의 "상하이-난징" 산업지역을 경유한 것으로 판단됨

- 향후 모든 황사 발원지의 대표적인 시료 채취 및 입도별 특성 분석을 통하여, 많은 자료가 축적되고, 이를 HYSPLIT 및 영상위성과 종합하게 되면, 황사 발생시에 각 사례별로, 황사의 유해성 등급을 보다 정확히 설정하여, 황사 사례별 각 등급에 따른 대응 및 행동요령 구축에 효율적으로 활용될 것임

V. 연구개발결과의 활용계획

○ 퇴적황사에 의한 지표지질물질 피해를 예측하는 모델링기술 개발의 핵심기술로 이용

○ 장기적인 퇴적황사 피해의 예측 및 대책 수립의 기초 자료

○ 장기적인 황사발생의 예보 가능

○ 예측 모델을 통해 장거리이동 오염물질이 인접 국가에 미치는 영향을 미리 예측함으로서 효과적인 대비책을 마련할 수 있을 것으로 기대

○ 황사 발원지역 산림녹화 우선순위 선정에 대한 기초 정보 제공

○ 최대 황사 발생량/발생주기를 기준으로 방진 설비투자 계획수립에 활용

○ 나노/반도체 Fab의 황사 피해에 대한 기초정보제공

○ 황사에 의한 불량률 최소화 및 방지계획에 기여

○ 핸드폰과 연결된 무선모델 및 위치정보추적기술을 활용한 실시간 예·경보 시스템의 기본 정보·자료로 활용

○ 인터넷을 이용한 대국민 황사피해 대응 및 대처요령의 기본 자료로 활용