이번에는 대기 중의 입자상 오염물질과 가스상 오염물질을 분류를 해보고 여러 가지 입자의 직경에 대해서 알아볼 것이다. 또한 입자에 작용하는 힘들에 대해서 살펴보고 굉장히 중요한 수식인 입자의 침강속도에 대해서도 유도해보겠다.

1. 입자상 오염물질과 가스상 오염물질

-입자상 오염물질 : 

먼지, 매연, 검댕, 안개등과 같은 물질로 분진 혹은 에어로졸을 통틀어 말한다. 대부분의 크기는 0.1~10μm으로 우리가 흔히 알고 있는 미세먼지(PM10) 그리고 초미세먼지(PM2.5)도 입자상 물질에 해당한다. 브라운 운동을 하며 이는 확산의 원인이 된다.

-가스상 오염물질 : 

황화합물, 질소산화물, 이산화탄소 등의 가스들을 말하며 배출원에서 직접 배출되는 1차 오염물질과 광화학 반응들의 의해 생성되는 2차 오염물질이 있다. 흔히 알고 잇는 기후변화의 원인 물질인 이산화탄소가(CO2)가 가스상 오염물질이다.

2. 입자의 직경분류

-공기역학적직경: 입자와 침강속도가 같으며 밀도가 1g/cm^3인 구의 직경을 말한다.

-스토크스 직경 : 그 입자와 침강속도와 밀도가 같은 구의 직경을 말한다. 입자의 밀도가 1보다 크면 공기역학적직경이 스토크스 직경보다 크다.

-광학 직경 : 현미경 관찰에 근거하여 구한 비구형입자의 대표직경이다. Feret 직경, Martin 직경, Heywood 직경이 있다.

3. 입자에 작용하는 여러 힘

입자에 작용하는 힘에는 중력, 원심력, 부력 그리고 항력(마찰력)이 있으며 아래는 이와 관련된 수식들이다. 또한 이 수식들을 이용해서 입자의 침강속도 공식을 유도 가능하다. 포스팅에서는 중력, 원심력에 대해서 두가지 수식을 유도하였다.

-중력(Fg)

-부력(Fb)

-원심력(Fc) 

-항력(마찰력, Fd)  

ρp : 입자밀도

ρg : 가스밀도

v : 유체의 속도

R: 회전반경

μg : 가스의 점도

vp : 유체에 대한 입자의 상대속도

입자 침강속도 공식을 유도하면 다음과 같다.

1) 중력-부력=항력(마찰력)

Fg-Fb=Fd이므로

입자침강속도는 다음과 같다. 

2) 원심력-부력=항력(마찰력)

원심력 집진장치처럼 입자에 원심력이 작용하는 경우에 사용한다.

Fc-Fb=Fd이므로

입자침강 속도는 다음과 같다.