환경기능사 필기대비 요점 - 대기 오염현상과 광화학오염

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환경기능사 자격증 필기시험 대비 요점
대기 오염현상과 광화학 오염

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환경기능사 필기대비 용어 정리

1㎛ = 1/1,000,000mm , 10^-6mm

스모그(smog) - smoke + fog 합성어로 대기 중의 오염물질이 안개 형태로 부유하는 것

 

광화학(photochemistry)반응 - 빛을 쬐였을때 일어나는 화학 반응. 생체 내 이용으로는 광합성이 있으며, 산업적으로는 포토리소그래피 등에 이용된다. 자외선(100~400nm의 파장), 가시광선(400~750nm), 적외선(750~2500nm)의 흡수에 의해 발생하는 화학반응 (오존의 합성, 광학 스모그 등)

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대기오염현상 - 산성비의 발생

산성비 관련 협약 - 1979, 제네바협약

자연 상태의 CO2가 빗방울에 흡수되었을 때의 pH를 기준으로 pH 5.6 이하의 비를 말한다. 공장, 자동차의 배기가스에서 배출되는 SOx, NOx, CO 등이 대기 중의 습기와 작용하여  황산, 질산, 탄산으로 변하여 발생한다.

 

 

산성비의 영향

슈바르츠발트(검은 숲)의 고사현상 -독일

파르테논, 아크로폴리스 같은 유적의 부식

토양의 광물질(Mg+, Ca+, Na+)을 씻겨내려서 토양의 황폐화

 

 

대기오염현상 - 지구온난화(온실효과)

지구온난화 협약 - 1997, 교토의정서

태양의 복사에너지가 지구 표면에서 반사되어 지구 밖으로 나갈 때 대기층의 온실가스로 인하여 지구로 되돌아와 지구 평균 온도를 상승하게 한다.

 

 

온실가스(greenhouse gas) 종류와 발생원

• 수증기(H2O) - 대부분 바다에서 태양복사열로 발생
• 이산화탄소(CO2) - 화석연료, 온실가스의 80%
• 메탄(CH4) - 유기물 분해, 화석연료
• 아산화질소(N2O) - 화석연료, 질소비료
• 수소불화탄소(HFCs) - 에어컨, 냉장고의 냉매
• 과불화탄소(PFCs) - 반도체 제작공정, 알루미늄 제련 과정에서 발생한다. 이산화탄소에 비해 6,000~10,000 배 이상 강력한 온실가스이다.
• 육불화황(SF6) - 반도체나 전자제품 생산공정에서 발생한다. 이산화탄소보다 20,000 배 이상 강력하며 자연적으로 거의 분해되지 않아 3천 년 이상의 대기에 존재

 

 

지구온난화 지수란?

지구온난화 지수(GWP: Global Warming Potential)는 이산화탄소가 지구 온난화에 미치는 영향을 기준으로 다른 온실가스가 지구온난화에 기여하는 정도를 나타낸 것이다. 개별 온실가스 1kg의 태양에너지 흡수량을 이산화탄소 1kg이 가지는 태양에너지 흡수량으로 나눈 값을 말한다.

 

 

 

오염물질별 지구온난화 지수(GWP)

• 이산화탄소(CO2) - 1 (기준)
• 메탄(CH4) - 21
• 아산화질소(N2O) - 310
• 수소불화탄소(HFCs) - 1,300
• 과불화탄소(PFCs) - 7,000.
• 육불화황(SF6) - 23,900

** 수치 중 기장 영향이 큰 물질을 묻는 문제가 출제되기도 한다.

 

 

태양 복사에너지의 역할은?

물질과 에너지를 순환

생명체의 생명활동을 유지

 

 

도시 열섬효과, 어번 히트 아일랜드(Urban Heat Island, UHI)

열섬효과는 도심에서 발생하는  더운 공기가 상승하면서 유입된 주변의 찬 공기가 대기오염물질로 인하여 열기의 확산을 방해하는 거대 지붕을 만든다. 교외지역보다 도심의 온도를 높인다.

 

온도 차이는 보통 낮보다는 밤에, 여름보다는 겨울에 더 크고,  바람이 약할 때 가장 두드러진다. 도시 열섬이 발생하는 주원인은 도시화로 인한 지표면 개발이며, 공장, 자동차, 에어컨 등 에너지 사용으로 발생한 열이 두 번째 원인이다. 

 

 

엘니뇨(스페인어, El Niño, 남자아이)

열대 태평양, 남미 해안에서 중 태평양에 이르는  곳에서 비주기적으로 일어나는 대양- 대기 간의 기후 현상으로 해수면 온도의 급격한 변화를 의미한다. 엘리뇨는 해수면 온도가 평균보다 0.5℃ 보다 높은 상태가 6개월 이상 지속되는 상태

 

엘니뇨가 강할 경우 남미지역은 대규모의 홍수가 발생하게 된다. 2월-4월 동안의 피해 역시 심각하다. 반대로 엘니뇨로 인해 보다 건조한 상태가 되는 서태평양 지역에는 산불 빈도(호주 등)가 증가한다.

 

 

라니냐(스페인어, La Niña, 여자아이)

해수면 온도가 평균보다 0.5℃ 보다 낮은 상태가 6개월 이상 지속되는 상태

 

여름에 라니냐가 발생하면 동남아시아, 인도, 페루를 비롯한 남미 서해안 지역 등에서 저온현상이 나타나고 호주 북동지역은 반대로 고온현상이 나타날 가능성이 높다. 겨울철에 발생하면  기후에 미치는 영향이 더 크다. 동남아시아와 브라질 북부 지역은 평년보다 강수량이 늘고, 미국 남부지역은 이상고온 현상이 나타난다. 또 미국 서부와 캐나다 서해안 지역은 기온이 떨어지면서 한파가 늘어나는 경향이 있다. 

 

 

습윤단열감율

수증기가 물로 변할 때 열을 공기 중으로 방출

100m 상승 시 0.5℃씩 하강하는 현상

 

 

건조단열감율

불포화 공기(건조한 공기)가 상승 시 온도가 하강하는 것

100m 상승 시 0.98℃씩 하강하는 현상

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광화학 스모그 발생 조건은?

일사량이 클 때

대기가 안정되고 기온이 높을 때

바람이 약하거나 불지 않을 때

대기 중에 NOx, O3의 농도가 높을 때

침강성 역전 발생 - LA

 

광화학 스모그 발생 원인 물질은?

질소산화물

올레핀계 탄화수소

태양광선

 

 

런던과 LA 스모그 발생 비교

구분	런던	LA
발생원인	1차 오염물질	2차 오염물질
화학반응	환원반응	산화반응
연료	석탄계 연료	석유계 연료
주 오염물질	SO2, 먼지등	O3, PAN, H2O2 등 광화학 산화물
역전층	복사역전	침강역전
발생시기	이른아침 4℃이하	한낮 24-32℃
계절	겨울(12~1)	여름(7~9)
습도	높음 (85%이상)	낮음(70% 이하)
가시거리	100m 이하	1km 이하
바람	무풍	무풍

** 암기 포인트 

** 고기압 중심에서 기층이 침강역전(더운날 고기압) - LA

** 서늘한 아침 지표에 복사역전 - London

 

 

1차 오염물질

굴뚝과 같은 발생원에서 직접 대기로 전달되는 오염물질

SO2, NO, CO, CO2, 먼지, 탄화수소(HC)

 

 

2차 오염물질

1차 오염물질이 대기 중에서 다른 요소와 화학반응으로 발생하는 오염물질

O3. PAN, H2O2, NOCl, 아크롤레인(C3 H4 O)

 

 

1.2차 성질을 모두 가진 오염물질

SO2, NO, NO2, 알데하이드, 유기산, 케톤

 

1차 오염물질	2차 오염물질	1,2차 오염물질
SO2, NO, CO, CO2, 먼지, 탄화수소	O3, PAN, H2O2(과산화수소), NOCl, 아크롤레인	SO2, NO, NO2, 알데하이드, 유기산, 케톤

 

탄화수소( hydrocarbon) - 탄소(C)와 수소(H)만으로 이뤄진 유기 화합물을 말한다. 가장 간단한 탄화수소는 탄소 하나와 수소 넷으로 이뤄진 메테인(CH4)이다

 

H2O2(과산화수소) - 생물체 안에서 생명활동을 돕는다. 적은 양이 존재할 경우 생명 활동은 둔화되며, 과다한 양이 존재할 경우 생물체는 괴사 한다. 이 균형을 퍼록시레독신 효소가 조절한다. 강한 산화성이 있으며, 주로 직물, 목재 펄프 등을 표백할 때 쓰이나 로켓 추진 연료, 화장품, 의약품을 만들 때에도 쓰인다.

 

아크롤레인(C3 H4 O)- 불포화 알데하이드의 하나로, 자극적인 냄새가 나는 무색 액체이다. 공기 중에서 쉽게 산화되고  상당한 독성을 지니고 있다.

 

알데하이드(aldehyde)-포르밀기(-CHO)를 가지고 있는 탄소 화합물, 분자식은 RCHO이다. 알코올의 불충분한 산화에 의하여 생기며 자극적인 냄새가 나고 펠링 용액과 은거울 반응 등으로 검출한다. 환원제·향료·마취제 등에 쓰인다. 

 

케톤(ketone) - 두 개의 알킬기(혹은 아릴기)가 결합된 카보닐 기를 갖는 유기 화합물이다. R-CO-R'의 일반식으로 표현한다. 아세톤(CH3-CO-CH3)이 대표적이다. 케톤이라는 이름은 아세톤의 옛 이름인 아케톤에서 유래되었다.

 

유기산(organic acid)- 산성을 띠는 유기화합물의 총칭이며 카복시 기와 설폰기가 들어 있는 유기화합물이 대표적인 유기산이다. 무기산과 대응하는 말로서 아세트산·뷰 티르 산·팔 미트산·옥살산·타타르 산 등이 있다. 그 대부분은 카복실산이므로 좁은 뜻으로는 카복실산을 가리킨다.

 

 

오존(Trioxygen, ozone)

상온 대기압에서 푸른빛의 기체이다. 영하 112도 이하에서는 검푸른 액체이며, 영하 193도 이하로 내려가면 고체가 된다. 산소의 동소체로 분자식이 O3로, 산소에 비하여 매우 불안정한 물질이다. 이로 인해 이원자의 산소로 분해되려는 경향이 있는데, 이러한 경향은 온도가 올라갈수록, 압력이 낮아질수록 강하다.

마늘냄새가 난다. 

눈과 호흡기에 강한 자극,

인체에 독성이 있어 장시간 흡입하면 호흡기관을 해치므로 주의해야 한다

가죽, 고무제품을 각질화시킨다.

자동차 등에서 배출한 질소산화물과 탄화수소가 광화학반응을 일으키는 과정에서 생성

대기 중 배경농도는 0.01~0.02ppm 정도

자외선 차단(오존층)

살균, 탈취작용

오존 주의표시

** 자연 상태에서의 오존의 생성- 번개에 의하여 원자로 쪼개진 산소 원자가  주위의 산소 분자와 결합하여 오존이 된다.

** 성층권에 있는 오존은 자외선을 차단하는 기능을 하지만, 대류권(대기 중) 내에 존재할 때는 인체에 해가 되기에 오염물질이 된다.

 

 

PAN( peroxyacetyl nitrate)

질산과산화아세틸의 약칭, 스모그의 광화학반응에서 발생하는 산화물의 일종. 

연소배기가스, 자동차 배기가스로부터의 산화질소, 탄화수소, 오존이 특수한 기상조건에서 광화학반응을 일으킨다. 

산화 능력이 강하고(강산화제로 작용) 눈을 자극하거나 식물에 피해를 준다

빛을 분산시키므로 가시거리를 단축한다. 

 

 

자동차에서 발생하는 오염물질은?

질소산화물(NOx)

탄화수소(HC)

탄소산화물(COx)

 

 

운전상태에 따른 오염물질량은?

속도	NOx(질소산화물)	HC(탄화수소)	CO(일산화탄소)
공전	배출량 Down		배출량 UP
감속		배출량 UP
정속		배출량 Down	배출량 Down
가속	배출량 UP

 

가솔린 엔진의 배기가스 저감방법은?

기관(엔진) 개량

삼원 촉매장치

증발가스 방지장치

 

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