1.서 론

세계보건기구는 해마다 240만 명이 공기 오염으로 사망하고, 이 중에서 실내공기 오염으로 인한 사망은 150만 명으로 보고 하였으며(WHO, 2009), 한국 국립 환경과학원의 연구에 따르면 한국인은 1일 평균 실내 에 머무르는 시간이 20시간을 초과한다고 보고하고 있 다(NIER, 2009). 이러한 수치는 현대인들이 머무르고 있는 공간의 실내공기질이 매우 중요하다는 것을 보여 준다.

한국은 매해 외부의 미세먼지 및 중국발 황사의 내 부 출입을 막기 위해 자연적인 환기를 기피한다. 이렇 게 건물을 밀폐함으로써 실내공기 오염물질이 증가하 는 것은 불가피한 현실이다. 이러한 오염물질들이 증가 하게 되면서 빌딩증후군(Sick Building Syndrome) 현 상이 발생한다. 빌딩증후군은 산소부족, 공기오염 등으 로 두통, 현기증, 집중력 감퇴 등의 증세와 긴관기염· 천식 같은 질환이 일어난다(Redlich al, 1997.). 이에 따 라 특히 봄철에는 공기청정기 구매가 급증하는데, 이는 시중에 유통되는 공기청정기들은 다양한 필터를 사용 하여 미세먼지, 악취, 폼알데히드, VOC 등의 실내 공 기오염물질을 저감 하고, 공간 내 빌딩증후군을 억제하 는데 도움이 된다고 알려져 있기 때문이다. 이렇듯 실 내공기 정화를 위해 사용하는 공기청정기의 사용이 증 가함에 따라, 공기청정기의 오염물질 저감에 대한 다양 한 평가기준이 설정되었다. 하지만 건물 자체로부터 기 인하는 라돈에 대한 국가적인 평가방법은 아직까지 존 재하지 않는다. 라돈은 우라늄(U-238)이 방사능 붕괴 과정을 통해서 나오는 라듐(Ra-222)의 알파 붕괴시 자 연생성 되는 가스상 물질로 기준치 이상의 라돈을 지 속적으로 흡입했을 경우 폐암을 유발한다고 알려져 있 다. 라돈은 전 세계적으로 폐암의 3~14%를 유발하며 (WHO, 2009), 무색, 무미, 무취의 불활성 기체이고, 일 반적으로 건물의 균열이나 구멍을 통해 실내로 유입되 거나 지하수를 통해 유입된다. 많은 사람들이 폼알데히 드, VOC 등 오염물질에 대한 인식은 있지만 라돈에 대 한 인식은 부족하여, 이에 대비하지 않고 있는 실정이 다. 건물을 건축하는데 사용되는 석고보드, 콘트리트 등 과 같은 건축자재는 토양이나 암석에서 비롯되고, 라돈 함량이 높은 지역의 토양, 암석을 사용하여 제작되었다 면, 실내에 기여하는 라돈농도가 높을 것으로 예상된다.

라돈에 대한 위해성을 인지한 선진국들은 오래전부 터 라돈을 저감하는 방법을 연구해왔으며, 그에 상응하 는 다양한 법적 규제가 존재한다. 미국의 경우는 주택 을 거래할 때 라돈농도 조사가 의무화 되어있고(EPA, 2012), 체코의 경우는 건축자재의 라듐함량을 규제하면 서 건물이 건설되었을 때 원천적으로 라돈이 방출되는 것을 막고 있다(Hûlka et al., 2008). 하지만 국내에는 각 부처별로 설정된 관리법을 통해 실내라돈을 측정하 고 있으며, 기준치인 148 Bq/m³를 권고하고 있다.

국내에서는 건축자재에서 발생하는 라돈을 저감하기 위해 활성탄가루 및 보드를 사용하여 건축자재를 완전 히 둘러싼 상태에서 건축자재에서 방출되는 라돈의 양 을 비교 했을 때 7080% 이상 감소율을 보인 연구가 진행되었다(Cho and Lee, 2011). 이와 같이 활성탄의 물리흡착 통한 라돈저감 방법으로 공기청정기의 활성 탄 필터를 통해 라돈을 저감할 수 있다는 연구(Yasuoka et al., 2009)를 인용하여 본 연구에서는 활성탄 필터가 들어가 있는 공기청정기를 대상으로 실내라돈 저감률을 비교하였다.

2.실험방법

2.1.실험용 공기청정기 수집

본 연구에서는 국내에서 판매되고 있는 공기청정기 중 입상 활성탄 필터가 들어있는 공기청정기 8개를 임 의로 선정하여 비교하였다. 또한, 상용된 제품을 구매 함으로서, 필터 활성탄의 종류, 공기청정기의 성능을 직접적으로 확인하기에 어려움이 있었다.

2.2.실험 조건

공기청정기 내 활성탄필터의 라돈 저감률을 평가하 기 위하여 감도 3 cpm, 측정범위 1.85~3699.63 Bq/m³, 오차범위 10%의 실시간 라돈계측기(FRD-1600 FTLAB Co. KOREA)를 사용하여 상시 모니터링 하였다. 공간 조건은 실내의 공기유동 및 온습도 등의 환경적 인자 를 고려하여 평가 가능한 8 m³ 스테인레스 재질의 고 밀폐도를 갖는 챔버를 사용 하였으며, 실험은 20~22°C 의 온도범위에서 진행하였다. 챔버 내 라돈농도를 조절 하기 위한 선원은 <500 kBq의 activity를 갖는 2000A (PYLON Co., Canada)를 사용했다.

2.3.실험방법

공기청정기를 챔버에 위치한 후 활성탄 필터가 라돈 을 사전에 흡착할 수 있는 부분을 방지하기 위하여 공 기청정기를 밀폐시켰다. 챔버 안의 라돈선원을 열어 370~550 Bq/m³까지 농도를 조성하였고, 이때 라돈농도 는 해외기관 및 한국 산업기술시험원(KTL)에서 라돈 계측기 정확도 테스트를 진행할 때 적용하는 농도이다. 실시간 라돈측정기를 통해 농도를 10분 단위로 확인하 고 한시간당 평균농도를 사용하여 결론을 도출하였다. 이후 라돈농도가 370~550 Bq/m³ 되었을 때 공기 청정 기를 가동하여 24시간 동안의 라돈 저감률을 확인하고, 24시간 중의 공기청정기 필터의 최대 라돈 저감률을 계산한다.

Fig. 1과 같이 중앙에 라돈선원과 라돈계측기를 위치 시키고, 챔버 내부의 라돈농도가 목표농도에 도달하였 을 때 공기청정기를 개방 후 가동시켜 실험을 진행하 였다.

3.결과 및 고찰

3.1.필터 구조 및 자연저감률

총 8개의 공기청정기는 프리필터, 활성탄필터, 헤파 필터 순으로 장착되었으며, 그 중 7개의 공기청정기는 사각필터의 구조를 이루었고, 한 개의 공기청정기는 원 통형필터를 사용하였다.

필터자체의 라돈저감률을 도출하기 위해 라돈의 자 연저감률을 계산하였고, 라돈선원을 이용하여 실제측 정값과 비교하였다. 자연저감율, P (t)는 반감기계산식 인 식 (1)을 사용하여 계산하였다. 이 때, P₀는 초기라 돈농도 값이고, r은 붕괴상수, t는 측정시간을 나타낸다.

Fig. 2는 48시간 동안 자연저감률 계산식과 측정값을 비교한 그래프이다. 두 그래프가 비슷한 추세를 보이며, 활성탄 필터의 라돈저감률을 계산할 때 오차율이 크게 벗어나지 않음을 알 수 있다.

공기청정기 내 활성탄필터를 제외한 부분에서의 라 돈저감률을 확인하기 위하여, 헤파필터만을 장착하여 라돈저감률을 확인하였고, 평가결과 8%로 Fig. 3에서 보이는 바와 같이 Fig. 2와 비슷한 추세를 보여, 헤파 필터의 라돈저감 효율은 매우 낮은 것으로 확인되었다.

3.2.공기청정기별 챔버 내 라돈농도 변화

8대의 공기청정기를 대상으로 챔버 내 라돈저감률을 평가하였고, 식 (2)를 사용하여 결과를 도출하였다. 이 때, R₀는 초기라돈농도, R_t는 나중농도, P (t)는 자연저 감률을 나타낸다.

Fig. 4는 8대의 공기청정기를 각각 평가했을 때, 챔 버 내 라돈농도 변화를 보여준다. B, E, F 공기청정기 의 경우, 초기농도보다 평균적으로 30% 이상의 저감 률을 보였고, A, C, D, G, H 공기청정기는 20% 미만 의 저감률을 보였다. F 공기청정기는 활성탄 필터의 최대 라돈저감률이 83.15% 로 총 8개의 공기청정기중 유일하게 80% 이상으로 가장 높은 저감률을 보였으며, E 공기청정기는 최대 라돈저감률이 59.56%로 두 번째 로 높은 저감률을 보였다. 세 번째로는 B의 공기 청정 기가 39.75%의 저감률을 보였다. 이외의 공기청정기들 은 활성탄 필터의 최대저감률이 G 15.12%, D 13.36%, C 10.82%, H 10.57%, A 8.16%, 순으로 B, E, H의 공 기청정기보다 현저하게 낮은 수준을 나타냈다. 각 공기 청정기의 챔버 내 라돈농도변화를 보면 두 가지 양상 을 확인할 수 있었다.

먼저 B, E, F의 경우, 일정 시간 동안 라돈농도가 급 격하게 줄어들고 이후에는 그래프의 기울기가 크게 줄 어들지 않는 것을 확인 할 수 있다. A, C, D, G, H 의 공기청정기는 초기 농도에서 크게 벗어나지 않으면서 라돈농도가 떨어진다. 활성탄 필터가 존재하고 있음에 도 불구하고 라돈이 흡착되지 않은 것으로 단정 지어 판단 할 수 없지만, 각 공기청정기의 초기농도에서 라 돈 자연 저감률을 비교 했을 때 큰 차이를 보이지 않은 것을 감안한다면, B, E, F 이외의 공기청정기는 라돈 저감률이 현저히 떨어진다고 볼 수 있다.

3.3.필터 저감률

위 데이터를 토대로 자연 저감률을 제외한 필터 저감 률만 봤을 때는 Fig. 5와 같은 양상을 확인할 수 있다.

B, E, F는 높은 저감률을 보였지만, 활성탄필터의 파 과점(breakthrough point)이후 부터는 더 이상의 라돈 흡착이 이루어지지 않고, 자연저감률의 농도변화양상 을 보였다. F, E, B를 제외한 공기청정기는 파과점으로 보이는 지점이 존재하지 않고 20% 이내의 점감효율을 보였다.

Table 1을 보면 대부분 활성탄의 함량이 높을수록 높은 저감률을 보이는 경향을 나타냈다. 그러나 A 공 기청정기의 경우는 두 번째로 많은 함량의 활성탄 필 터지만, 가장 낮은 저감률을 보였다. 그 이유는 A 공기 청정기 내 활성탄필터는 활성탄이 매우 밀집되어있었 고, 이로 인해 공기가 활성탄필터를 통과하지 못하여 라돈의 흡착률이 낮게 도출된 것으로 보인다. 한편, F 공기청정기는 유일하게 원통형 필터를 사용하는 공기 청정기이며, 가장 많은 활성탄이 들어있었다. 다른 형 태의 공기청정기 필터보다 더 많은 양의 라돈을 흡착 할 수 있는 구조이다. 이렇듯 필터의 구조, 무게, 조밀 성, 풍속 등에 따라 라돈이 흡착되는 양이 다름을 확인 하였다. 활성탄의 BET 값에 따라 라돈을 흡착하는 양 에 대한 연구가 있지만(Lee et al. 2017), 이번 실험은 현재 판매되고 있는 공기청정기를 가지고 진행하였다. 이는 활성탄필터 내 활성탄을 조절하거나 크기에 대한 조절이 불가능 했다. 또한, 필터별 제조회사에서 첨가하 는 활성탄의 종류와 BET를 정확 하게 파악 할 수 없었 고 활성탄에 어떤 전처리가 있었는지 알수 없었던 점에 서 공기청정기의 라돈 저감률을 일반화하기 힘들다. 더 나아가 세분화된 실험이 필요할 것으로 예상된다.

4.결 론

공기청정기의 활성탄 필터를 이용한 공간 내 라돈저 감률 실험은 활성탄이 라돈을 물리적으로 잘 흡착하는 특성을 감안하여 진행하였다. 일반적으로 활성탄 함량 이 높은 공기청정기 일수록 보다 많은 라돈을 흡착할 것으로 예상하였으나, 의외의 결과가 나오기도 하였다. 이러한 이유는 공기청정기별 풍량, 크기, 활성탄의 종 류, 함량, 특성 등 보다 다양한 요소에 따라 라돈저감 률의 차이로 인한 결과로 분석된다. 본 연구에서는 공 간 내 라돈농도를 일정하게 유지하여 실험을 진행하였 지만, 일반적인 생활환경에서는 라돈이 일정한 농도로 유지되지 않고 건물하부 및 건축자재로부터 지속적으 로 방출되며, 온습도, 기상 등 환경요소의 영향으로 변 화한다. 이러한 점에서 공기청정기의 라돈저감률은 일 시적인 효과는 존재할 것으로 예상된다. 다만 타 실내 공기오염물질 및 수분 등이 공존하는 일반 생활환경에 서는 활성탄의 흡착능이 단시간에 감소할 수 있기 때 문에, 라돈 저감효과가 더 떨어질 수 있을 것으로 예상 된다. 보다 다양한 방법으로 추가적인 실험이 필요할 것으로 예상된다.