대기오염은 인간이 만들어낸 환경문제이다. 매년 봄, 미세먼지와 황사, 스모그 소식이 들려온다. 이제는 우리에게 너무나 당연한 일상이 되어 버린 고질적인 문제가 된 대기오염, 대기오염은 정확히 무얼 뜻하는 것일까?
목차
[모두의 아두이노 환경 센서] 주요 대기 오염 물질
대기오염은 인위적으로 배출된 물질이 생물이나 식물에 피해를 줄 정도로 대기 중에 많이 존재하는 상태를 뜻한다. 미세먼지와 황사 같은 문제는 물론, 보통 대기 오염과는 다른 개념이라 느껴지는 오존층 파괴, 산성비, 지구온난화도 크게는 대기오염의 범주에 속한다. [모두의 아두이노 한경 센서] 책에서는 대기 오염에 대한 측정 센서를 다루고 있다.
세계 보건기구(WHO)에서는「대기오염이란 대기 중에 인공적으로 배출된 오염물질이 존재하여 오염물질량, 농도 및 지속시간에 따라 지역 주민의 불특정 대다수에 불쾌감을 일으키거나 해당 지역에 공중보건상의 위해를 미치고 인간이나 식물, 동물의 생활에 해를 미쳐서 인간생활과 재산을 향유할 정당한 권리를 방해받는 상태」라고 규정하고 있다
대기 오염
미국 비영리단체 보건영향연구소(HEI)가 발표한 ‘지구 공기 상태 2019 보고서(STATE OF GLOBAL AIR/2019)에 따르면, 대기 오염은 전 세계적으로 사망 및 장애의 주요 위험 요소 중 하나로 일관되게 표시된다. 보고서를 요약하면 다음과 같다.
• 대기 오염은 영양실조, 알코올 사용 및 신체 활동과 같은 잘 알려진 많은 위험 요인보다 더 많은 사망에 기여하고 있다.
• 대기 오염은 2017 년의 평균 수명을 전 세계 평균 1년 8개월 단축시켰다.
• 중국에서는 최근 몇 년 동안 PM 2.5 오염이 현저히 감소했지만 농도는 여전히 세계 보건기구의 가장 엄격한 목표를 초과하고 있다.
• 2017년 세계 인구의 거의 절반 (36 억 명)이 가정(실내)에 대기 오염에 노출되고 있다.
HEI는 보고서에서 초미세먼지를 전 세계를 위협하는 대기오염으로 규정했다. 보고서는 2017년 세계적으로 대기오염으로 사망한 인구가 500만 명에 달하고 이중 절반이 넘는 290만 명이 초미세먼지 때문에 목숨을 잃었다고 분석했다.
또한 보고서에 따르면, 대기 오염 (PM 2.5 , 오존 및 가정 대기 오염)은 전 세계 사망률의 다섯 번째 주요 위험 요소로 표시되고 있다.
오염된 공기를 호흡하면 오랫동안 심장병, 만성 호흡기 질환, 폐 감염 및 암 발병 가능성이 높아지는 것으로 인식되어 왔다. 대기오염은 전 세계 만성 폐쇄성 폐 질환 사망자(COPD)의 41%, 2형 당뇨병 사망자(Diabetes)의 20%, 폐암(Lung Cancer) 사망자의 19%, 허혈성 심장질환 사망자의 16%, 심장마비 사망자의 11%에 영향을 미친 것으로 HEI는 판단하고 있다.
또한 보고서에 따르면, 사망한 사람이 국내에서만 2017년 한 해에 1만 7000명이 넘는다. 1990년 이후 역대 최고치다. 국내 전체 사망자 중 93%는 초미세먼지가 원인인 것으로 분석됐다.
대기 오염 물질은 다양한 종류가 존재하며, 실내의 경우 간이측정기를 사용하여 측정할 수 있으며, 실외의 경우 인터넷에서 제공되는 정보로 쉽게 확인할 수 있다. 실내와 실외는 장소 특성상 대기 오염 물질의 판단 종류가 다르다.
실내, 실외 주요 대기 오염 물질 및 환경 요인
공기는 온도, 기압 등의 환경 요인에 따라 정체되거나 흘러 실내 공기는 실외로, 실외 공기는 실내로 이동하게 된다.
[실내 공기 오염 물질]
대표적인 실내 대기 오염물질은 다음과 같다.
- 이산화탄소 : 호흡곤란, 산소부족, 두통을 유발한다. 밀폐된 공간에서 농도가 짙어지면 두통, 집중력 저하, 심할 시 사망하게 된다.
- 포름알데히드 : 발암, 구토, 설사, 생리불순 등을 유발한다. 실내공기오염의 주요 원인물질로 단열재, 실내가구의 칠, 접착제 등에서 발생한다.. 강한 독성. 을 가지고 있다.
- 총 휘발성 유기화합물(VOCs, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등)) : 발암을 유발한다. 페인트, 락카, 코팅제, 살충제, 프린터, 복사기, 접착제 등에서 방출된다. 페인트, 접착제, 드라이클리닝 용제 등 석유화학 제품에서 발생한다. 벤젠은 발암성 물질로 호흡을 통해 약 50%가 인체 흡수된다. 지속적으로 노출될 시에는 호흡 곤란과 불규칙한 맥박 등을 초래해 혼수상태에 빠지게 만든다. 톨루엔은 주로 호흡기를 통해 체내 흡수돼 두통과 피로, 평형장애를 일으킨다. 고농도 노출 시 마비가 올 수 있다. 자일렌을 흡입하면 비틀거림, 졸림, 감각 상실 등의 증상이 나타나고, 폐부종이나 식욕 감퇴 등이 발생할 수 있다.
- 방사선 : 방사선은 직접 노출 또는 간접 노출에 따라 인체의 DNA에 영향을 준다. 장기의 기능 이상 및 유전적 결함 초래를 할 수 있다.
[실내, 실외 공기 오염 물질]
- 미세먼지(PM) : 초미세나 극초미세의 작은 입자는 폐포로 직접 침투해 폐질환 유발한다. 천식, COPD, 심혈관 질환 등을 유발한다.
- 오존 : 반복 노출 시 폐, 기관지, 천식, 심장 등에 안 좋은 영향을 준다. 실내에서는 복사기, 프린터 사용 시 발생한다.
- 일산화탄소 : 중독 시 혈액 내 산소 운반 기능 저하된다. 난로나 가스레인지 등 연소 과정에서 발생한다. 공기 중에 많아지면 두통·매스꺼움·현기증 등이 나타나며, 고농도 노출 시 의식을 잃거나 사망에 이를 수 있다.
[대기 공기 오염 물질]
- 이산화질소(NO2) : 자동차, 발전소, 공장 등 연소과정에서 발생하며 기관지염, 폐렴, 폐출혈 유발한다. 난로나 가스레인지 등 연소 과정에서 발생한다. 공기 중에 많아지면 두통·매스꺼움·현기증 등이 나타나며, 고농도 노출 시 의식을 잃거나 사망에 이를 수 있다.
- 아황산가스(SO2) : 석탄 등 화석연료 태울 때 생성, 호흡기관에 악영향, 산성비의 주원인이 된다.
[대기 공기에 영향을 주는 환경 요인]
또한 대기 오염에 영향을 주는 환경 요인으로는 온도, 습도, 자외선, 기압, 풍속 등이 있다.
- 온도 : 온도에 따라 대기질 센서의 측정값에 영향을 준다. 또한 실내 생활을 하는 데에도 온도는 인체에 매우 민감하게 영향을 준다.
- 습도 : 습도에 따라 대기질 센서의 측정값에 영향을 준다. 습도가 높아지면 미세먼지가 습기를 흡수하면서 크기가 커진다. 상대습도가 실제 대기 에어로졸의 성장에 영향을 미친다. 미세 먼지 측정 방식 중, 광산란 방식에서는 계산하는 농도(무게)는 무려 8배 늘어나게 되며 측정값에 영향을 주게 된다. 또한 실내 생활을 하는 데에도 습도는 인체에 매우 민감하게 영향을 준다.
- 자외선(UV) : 미세먼지 많고 구름 끼면 자외선이 증가하게 된다. 구름 한 점 없이 맑은 날보다 구름이 제법 낀 날 자외선량이 더 많다. 뿐만 아니라 미세먼지 째문에 뿌연 날도 피부에 쪼이는 자외선이 증가하게 된다.
- 기압 : 날씨가 따뜻해지면 미세먼지가 기압의 영향으로 큰 영향을 받는다. 기압으로 인해 기류의 변화로 미세먼지가 이동하게 된다. 바람이 불고 비가 내리는 등 모든 일기 현상의 원인이 기압 때문이다. 이런 날씨 변화는 대기 측정 센서의 측정값에 영향을 주게 된다.
- 풍속 : 기압 차이가 클수록 바람은 세계 분다. 수평 이동뿐 아니라 수직적인 이동도 하기 때문에 상승기류나 하강기류가 발생하기도 한다. 공기가 이동하면서 바람이 발생하고 구름이 생성되고 비가 내리기도 한다. 바람의 방향, 속도로 인해 대기 측정 센서의 측정값에 영향을 주게 된다.
인체에 영향을 주는 대기 오염 물질
환경부는 실내 공기질을 악화시키는 물질로 미세먼지, 이산화탄소, 포름알데히드, 부유미생물, 일산화탄소, 이산화질소, 라돈, 총휘발성 유기화합물, 석면, 오존 등 총 10가지를 정하고, 여러 명이 이용하는 시설이나 신축 공동주택의 경우 이들 물질에 대한 기준을 만들어 초과되지 않도록 관리하고 있다.
예보는 왜 잘 안 맞을까?
예보는 모델링 결과를 말하는 것이다. 미세먼지 예보가 잘 맞기 위해는 모델에 입력되는 기상과 배출량이 정확해야 한다. 하지만 기상 역시 기상 모델로 계산된 결과가 입력되기 때문에 정확도가 그리 높지 않다.
한국의 기상청 날씨 예보를 보면 예전에 비해 많이 좋아지기는 했지만 아직 빗나가는 경우가 간혹 있다.
배출량 역시 공식적인 통계에 의한 배출량이 적용되기 때문에 실제 배출량과 다소 차이가 있다. 따라서, 대기질 오염도(예: 미세먼지 등) 예보가 잘 맞기가 어려운 실정이다.
예측 모델에서는 대상지역을 Grid화 시켜서 계산한다. 쉽게 설명하면 지도에 모눈종이와 같이 가로 세로 선을 그어 네모 칸을 만들고 한 칸에 값이 한 개씩 나오게 된다.
예를 들어 ‘널스쿨’ 메뉴에서 ‘Control’ 오른쪽 끝부분에 ‘Grid’를 활성화하면 지도에 흰색 반점이 나타난다. 한국의 경우 인천에서 강릉까지 대략 200km 정도 되는 거리인데 6~7개 정도 점이 있으며, 가로, 세로 약 30km의 네모 안에 한 개의 결과 값으로 예측된다.
모두의 아두이노 환경 센서 책
[모두의 아두이노 환경 센서] 책은 예스24, 인터넷 교보문고, 알라딘, 영풍문고, 반디 앤 루니스 등에서 구입할 수 있다. 이 책에서는 PMS7003, GP2Y1010AU0F, PPD42NS, SDS011 미세먼지 센서, DHT22 온습도 센서, MH-Z19B 이산화탄소 센서, ZE08-CH2O 포름알데히드 센서, CCS811 총휘발성유기화합물 TVOC, GDK101 방사선(감마선) 센서, MQ-131 오존(O3) 센서, MQ-7 일산화탄소, MICS-4514 이산화질소 센서, MICS-6814 암모니아 센서, DGS-SO2 아황산가스(SO2) 센서, BME280 기압 센서, GUVA-S12SD 자외선(UV) 센서, MD0550 기류 센서, QS-FS01 풍속 센서(Wind speed) 를 사용한다.
모두의 아두이노 환경 센서
아두이노와 센서로 내 건강을 지킬 수 있다!다양한 환경 센서를 실생활 프로젝트에 응용해보자!시중에 판매되고 있는 간이측정기도 센서로 값을 측정합니다. 똑같은 센서를 아두이노에 연결하
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