대기오염 자정작용

왜 배우는가: 대기오염물질은 배출된 뒤 자연 과정으로 일부가 제거되므로, 그 기작을 알아야 농도 변화와 배출 규제의 필요성을 설명할 수 있다. 입자상물질의 제거 메커니즘과 자정능력의 한계는 1교시 용어 문제와 4교시 논술에서 반복해서 묻는 내용이다.

출제 이력: 제117회 1교시 8번, 제108회 4교시 2번, 제90회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

대기 자정작용은 사람의 개입 없이 대기 중 오염물질이 물리·화학·생물학적 작용으로 줄어드는 자연의 정화 능력이다. 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 자정작용: 오염물질이 사람의 특별한 조치 없이 자연 작용으로 정화되는 능력이다.
• 건성 침적: 강수 없이 오염물질이 지표면, 식생, 건물 표면에 닿아 제거되는 과정이다.
• 습성 침적: 구름과 강수에 의해 오염물질이 대기에서 씻겨 나가 제거되는 과정이다.
• 중력 침강: 중력에 의해 입자가 아래로 떨어져 제거되는 과정이다.
• 브라운 확산: 기체 분자의 무작위 충돌로 미세입자가 움직여 표면에 닿는 과정이다.
• 관성 충돌: 입자가 가진 관성으로 장애물 표면에 부딪혀 포집되는 과정이다.
• 수용능력: 자원 훼손 없이 대기가 받아들일 수 있는 오염물질의 최대 부하이다.

자정작용은 오염물질을 파괴하여 없애기보다 대기에서 제거해 지표면, 물, 생물체로 옮기는 작용이 중심이다. 다만 일부 기체는 광화학반응으로 분해되기도 한다. 답안에서는 제거 과정과 분해 과정을 구분하여 쓰는 것이 정확하다.

2. 개념 풀이

자정작용(自淨作用)은 자연 생태계에서 사람이 특별한 행위를 하지 않아도 공기나 물에 포함된 오염물질이 스스로 정화되는 능력이다. 대기 자정작용은 이 능력이 대기에서 나타난 것으로, 바람에 의한 희석, 비에 의한 세정, 나무 등 식생에 의한 흡수가 물리·화학·생물학적 작용으로 함께 일어나 대기 중 오염물질의 농도를 시간이 지나며 낮춘다. 대기 자정작용의 원리는 오염물질이 대기에서 지표면으로 옮겨져 제거되는 건성 침적과 습성 침적에 있다. 건성 침적은 강수와 무관하게 기체나 입자가 지면, 식생, 건물 표면과 접촉하여 흡수되거나 가라앉는 과정이다. 습성 침적은 입자가 구름방울의 응결핵이 되거나 떨어지는 빗방울과 충돌하여 씻겨 내려가는 과정이다. 세정 효과는 강수량과 지속 시간에 따라 달라진다. 강우가 지속되는 기간에는 입자상물질과 수용성 기체가 함께 씻겨 내려가므로, 강수 후 대기 중 농도가 낮아지는 현상이 나타난다. 건성 침적의 속도는 침적속도로 나타내며, 이 값은 지표면이 가진 저항과 관계가 있다. 같은 대기 농도라도 숲과 물 표면처럼 지표의 성질이 다르면 침적속도가 달라진다. 침강 속도와 증발은 온도, 습도, 입자 반지름, 입자 부피, 그리고 오염물질이 배출되는 높이에 따라 달라진다. 따라서 같은 배출량이라도 배출 높이와 기상 조건에 따라 지표면에 닿는 양이 달라진다. 입자상물질은 입자 크기에 따라 제거 기작이 달라진다. 입자 크기에 따라 제거 기작이 달라지며, 중간 크기 입자의 침적 속도가 가장 느리다. 직경이 큰 입자는 중력 침강과 관성 충돌로 빠르게 떨어지고, 매우 작은 입자는 브라운 확산이 지배적으로 작용한다. 미세입자는 서로 응집하면서 커지며, 직경이 약 0.5μm에 이를 때까지 응집이 빠르게 일어난다고 설명된다.

직경 2.5μm 미만 미세입자와 직경 2.5~10μm 조대입자를 구분하는 것이 그 출발점이다. 이 구분은 제거 기작뿐 아니라 건강 영향 평가의 기준이 된다.