1. 서 론
현대인들은 일상 중 90% 이상을 실내에서 머물며 미세먼지(PM10), 이산화탄소(CO2), 휘발성유기화합물 (VOCs), 폼알데하이드(HCHO) 등과 같은 실내오염물 질에 노출되어 살아가고 있다(Shinohara et al., 2004; Son et al., 2008; Cho et al., 2016; Kim, 2018b). 최근 대 중교통수단 또한 다양한 실내공간 중 관리가 요구되는 중요한 공간으로 부각되고 있다(Shin and Yoo, 2011).
대중교통수단 중 고속버스의 경우 좁은 공간의 밀폐 공간으로 장거리 운행이 많은 특성을 가지고 있다. 이 로 인해 버스 내 발생되는 유해물질은 직·간접적 노출 매체(이용자 수, 시간, 시설)등에 의해 오염물질이 축적 되어 농도가 높아지는 경향이 있다(Lim et al., 2007; Sakong et al., 2009). 차량 외부로부터 유입되는 배기 가스, 미세먼지 등의 오염물질과 고속버스 내 탑승자의 호흡에 의해 생성되는 CO2, 내장재에서 발생되는 휘발 성유기화합물 등은 차량의 제한된 공간에서 건강에 더 욱 위해한 환경을 초래한다(Yoo and Noh, 2010; Lee et al., 2011).
이 중 이산화탄소의 경우 농도가 지나치게 되면 산소 가 결핍되기 때문에 활동능력저하, 판단력 및 집중력 저 하 등으로 인지능력이 떨어져 인체 건강에 악영향을 줄 뿐만 아니라 사고의 위험성까지 높아 문제가 되고 있다 (Yoo and Noh, 2009). 자동차 실내공기질 연구 현황 (Kim et al., 2013)에 따르면 신규로 제작된 차량의 유해 물질(VOCs, HCHO 등)로 인한 두통 및 현기증, 중추신 경계 억제 등과 같은 건강 문제가 사회적으로 부각되어 문제가 되고 있다. 또한 눈, 코 및 호흡기도에 만성자극 을 일으키는 폼알데하이드(Formaldehyde)는 광역버스에 서 지하철 객실 평균 농도의 3배로 높은 농도가 나타나 문제가 되고 있다(Lee et al., 2006; Lee et al., 2008).
이에 따라 환경부에서는 2017년 1월 “실내공기질 관 리를 위한 대중교통차량의 제작 운행 관리지침”을 통 해 대중교통(철도, 열차, 버스)에 대한 실내공기질 기준 항목으로 PM10와 CO2의 권고기준 설정하였고, CO2를 차량 내 환기의 판단지표로 활용(Nam et al., 2012)하 여 대중교통수단 내 실내공기질을 쾌적하게 유지하고, 국민의 건강 보호를 목표로 하고 있다(ME, 2006a; Lee et al., 2014). 그러나 2014년부터 시행되고 있는 대중 교통의 실내공기질 권고기준인 PM10와 CO2에만 국한 되어있어 신규 유해인자에 대한 관리는 이루어지지 않 고 있는 실정이다(MOLEG, 2017).
따라서, 본 연구에서는 우선 고속버스 내 PM10과 CO2의 기초 노출 현황 및 VOCs, HCHO 등의 실태조 사를 통해 계절별, 혼잡·비혼잡 등에 따른 차이를 파 악하고자한다. 이를 통하여 고속버스 차량 운행 시 승 객과 운전자에게 노출되는 실내공기질에 관한 현황 및 다양한 노출인자(혼잡/비혼잡, 운행시간 등)에 대한 기 초자료 및 정책 활용을 위한 자료를 제공하고자 한다.
2. 연구방법
2.1 연구대상 및 조사기간
연구대상 교통수단은 환경부에서 제정한 실내공기질 관리를 위한 대중교통차량의 제작운행 관리지침에서 관리대상 대중교통차량으로 지정한 고속버스로 선정하 였다. 운행버스는 버스 평균 운행시간을 고려하여 2시 간 이상 운행차량 10회, 2시간 이내 16회, 하계·추계 2계절로 나누어 총 52회에 대한 실태조사를 2015년 8 월부터 10월까지 3개월 동안 시행하였다.
2.2 대중교통 차량별 시료 측정 방법
2.2.1 측정 물질 선정
측정항목은 미세먼지(PM10), 이산화탄소(CO2), 휘발 성유기화합물류(VOCs), 폼알데하이드(HCHO)를 대상 으로 하였다. 시험방법은 대중교통차량의 제작·운행 관리 지침에 준하여 평가하였으며 이용시민의 편의성, 교통수단의 특성 등 현장상황을 고려하여 대표성 있게 측정하였다.
2.2.2 시료 채취 및 객실 내 지점
시료측정지점은 고속버스 내 실내공기질을 대표할 수 있다고 판단되어지는 곳을 원칙으로 하였다. 시료의 측정은 인접공간에 직접적인 발생원이 없고, 대상 교통 수단의 천정으로부터 30 cm 이상 떨어지고, 바닥면으 로부터 1 m 이상의 높이 범위에서 수행하는 것을 원칙 으로 하여 외기의 영향 최소화를 위해 출입문에 떨어 진 중간 지점을 선정하였다. 단, 불가피하게 기류가 발 생하는 곳에서는 실제 조건하에 시료를 측정하는 것으 로 하였다.
시료측정은 고속버스가 출발지에서 도착지까지 정상 운행하는 동안 연속적으로 실시하는 것을 원칙으로 하 고, 측정 시간 동안의 변화를 파악하기 위해 최소 측정 단위인 5분 간격으로 혼잡시간대와 비혼잡시간대로 구 분하였으며 서울에서 출퇴근이 많이 발생하는 대전청 사 및 세종청사의 경부노선을 중점적으로 측정하였다.
2.2.3 측정 방법
대중교통수단 가이드라인 규제물질로 지정된 미세먼 지(PM10)와 이산화탄소(CO2)의 경우, 환경부에서 제정 한 ‘대중교통차량의 제작·운행 관리 지침’에 따라 측 정 조사를 시행하였다.
비분산적외선 연속측정법을 적용한 휴대용 측정 장 비인 IAQ Surveyor II (Gray wolf Sensing solutions, US)를 사용하여 측정 대상의 전체 운행시간 동안 이산 화탄소(CO2)를 측정하였다.
미세먼지의 경우 Dustmate (광산란 연속 측정법)을 사용하여 고속버스 바닥면에서 1 m 떨어진 높이에 설 치하여 0.6 L/min의 유량으로 1분 간격으로 포집하였다.
대중교통수단 가이드라인 미규제물질인 VOCs 분석 을 위해 사용된 기기는 미국 Agilent사의 GC/MSD, 전 처리 장치는 미국 Perkin-Elmer사의 Turvomatrix를 사 용하였고, 시료채취는 고체흡착관을 사용한 고체흡착 열탈착법을 이용하여 분석하였다. GC/MS QP 2010 Ultra (Shimadzu, Japan)를 사용하여 진행하였고, (Personal air sampler (SIBATA Minipump ΣMP-30)에 Tenax-TA tube (Supelco, USA)를 연결하여 1.0 L/min 의 유량으로 30분간 시료를 포집하여 분석하였다.
HCHO의 경우, 2,4-DNPH유도체와 HPLC 분석법을 이용하여 측정하였다. 측정에 사용된 흡인퍼프는 personal air sampler (Sibata, Japan)를 사용하였으며, 350 mg의 DNPH-silica (1.0 mg DNPH)를 충전한 규격 1.0 cm (i.d.) × 2.0 cm (o.d.) × 4.3 cm (total length)의 cartridge인 DNPH-silica cartridge (Waters Corp, USA) 앞 에 오존의 간섭을 제거하기 위해 (I.D.) × 10 cm의 copper tube에 KI (Potassium iodide) 결정을 채운 오존 scrubber cartridge를 장착하여 0.5 L/min의 유량으로 약 30분 동안 시료를 채취하여 분석하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 규제물질
3.1.1 미세먼지(PM10)
하계 및 추계 PM10 혼잡 및 비혼잡 운행시기 농도 결과는 Table 1에 제시하였다. 하계 측정 결과 2시간 이내 운행하는 고속버스와 2시간 이상 운행하는 고속 버스를 비교하면, 비혼잡(Level 1)의 평균 농도는 22.2 μg/m3으로 나타났으며, 혼잡(Level 2)의 경우 15.7 μg/m3으로 권고기준(150 μg/m3)에 비해 모두 매우 낮은 수준이었다. 추계 비혼잡(Level 1)의 경우, 2시간 이내 운행하는 고속버스 9대 중 2대가 권고기준을 초 과하였고, 2시간 이상 운행하는 고속버스는 모두 권고 기준 이하였으나 1대는 권고기준에 근접한 수준이었으 며, 혼잡(Level 2)의 경우, 2시간 이내 운행하는 고속버 스 9대 중 권고기준 이하였으나 2대는 권고기준에 근 접하였으며, 2시간 이상 운행하는 고속버스 4대도 권 고기준 이하였으나 1대가 권고기준에 근접한 높은 수 준을 보였다.
하계 측정 시보다 추계 측정에 미세먼지 농도가 높 은 원인은 하계에는 에어컨 가동으로 에너지 효율 향 상을 위해 밀폐된 경우가 많았으며, 추계의 경우에는 주로 외기 도입이나 강제 환기를 통해 실내 온도를 조 절하기 때문에 외기의 미세먼지 농도에 영향을 받아 하계보다 추계의 미세먼지 농도가 높게 나타나는 것으 로 판단되어진다.
기존 연구에서도(Shin et al., 2010; ME, 2012) 고속 버스 내 미세먼지 농도가 하계에 비해 추계가 높았고, PM10의 농도가 이용 승객 수에 따른 요인보다 에어컨 작동 횟수 및 외부 공기유입 등으로 인한 영향으로 농 도가 변화하는 본 연구와 유사한 결과를 제시하였다.
3.1.2 이산화탄소(CO2)
하계 및 추계 CO2 혼잡 및 비혼잡 운행시기 농도 결 과는 Table 2에 제시하였다. 하계 측정 시 평균 승차인 원의 경우, 2시간 이내 운행하는 고속버스의 경우, 비 혼잡(Level 1)일 때 14명, 혼잡(Level 2)일 때 26명이 었으며 2시간 이상 운행하는 고속버스의 경우, 비혼잡 (Level 1)일 때 14명이었고, 혼잡(Level 2)일 때 28명이 었다. 추계 측정 시 평균 승차인원은 2시간 이내 운행 하는 고속버스의 경우, 비혼잡(Level 1)일 때 15명, 혼 잡(Level 2)일 때 24명이었으며 2시간 이상 운행하는 고속버스의 경우, 비혼잡(Level 1)일 때 9명이었고, 혼 잡(Level 2)일 때 12명이었다.
하계와 추계 측정 시 승차인원을 비교해 보면, 2시간 이내 운행하는 고속버스의 경우에는 유사한 평균 승차 인원을 보였으며, 2시간 이상 운행하는 고속버스의 경 우에는 하계 측정 시 평균 승차인원이 추계 측정 시 평 균 승차인원보다 더 많았다.
대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인의 권고기 준과 비교해보면 비혼잡의 경우 기준은 2,000 ppm으로 서 2시간 이내 운행 고속버스의 경우에는 하계 측정 시 9대 중 3대가, 추계 측정 시에는 9대 중 1대가 이를 초과하였다.
한편, 혼잡의 경우 권고기준은 2,500 ppm으로서 하 계 측정 시 2시간 이내 운행하는 고속버스는 9대 중 3 대가, 2시간 이상 운행의 경우는 4대 중 2대가 이를 초 과하는 것으로 나타났다. 추계 측정 시는 9대 중 2대(2 시간 이내 운행)가 기준을 초과하였으며, 2시간 이상 운행하는 4대는 모두 권고기준 이내였다. 하계에 측정 한 이산화탄소(CO2) 결과와 추계에 측정한 이산화탄소 (CO2)의 결과를 비교해 보면, 비혼잡(Level l)에는 하계 에 1464.1 ppm이었고, 추계에 1277.1 ppm으로 추계 측 정했을 때 187 ppm 낮았으며, 혼잡시(Level 2)에는 하 계에 2429.5 ppm이었고 추계에 1664.0 ppm으로 800 ppm 정도로 하계 측정 시 높은 수준을 보였다.
이는 하계 측정 시에 승차인원이 상대적으로 많기도 했지만, 날씨가 더운 여름에 측정을 해서 에어컨 가동 으로 인한 에너지효율 등의 이유로 강제 환기를 시행 하지 않고 밀폐된 상태가 많았으며, 추계 측정 시에는 외기의 상황에 따라 에어컨 가동을 간헐적으로 작동하 였고 주로 외기도입이나 강제 환기를 이용하여 실내 온도를 조절하였기 때문으로 사료된다. 이는 에어컨 가 동으로 인한 강제 환기 유무가 PM10과 반대되는 결과 로서 환기로 인한 기류의 추가생성으로 인한 광산란법 측정 방식의 한계점과 병행해서 외기의 미세먼지 추가 노출로 인한 결과로 사료된다.
환경부(ME, 2006b)의 시내버스에 대한 조사결과, 홍 콩의 Level 1 권장기준치 2,500 ppm을 적용할 경우 버 스 1,753 ppm (641~3,134 ppm)으로 기준을 충족하지 만 일부 버스에서 기준이 초과하였고, 본 연구 및 다른 연구결과와 동일하게 혼잡시의 농도가 비혼잡시에 비 해 높게 나타났으며(ME, 2012), 연구 결과에서도 알려 진바 호흡으로 인한 영향으로 승객의 수와 관련성이 높게 나타난 동일한 결과로 보고된바 있다.
3.2 미규제 물질
3.2.1 휘발성유기화합물류(VOCs)
하계 및 추계 VOCs 혼잡 및 비혼잡 운행시기, 운행 시간별 농도 결과는 Fig. 1에 제시하였다. 2시간 이내 노선의 경우 평상시(Level 1) 하계 VOCs의 농도는 129.2 μg/m3이었고, 추계 농도 185.7 μg/m3로 조사되었 으며 혼잡시(Level 2)의 경우, 하계 농도 140.9 μg/m3, 추계 농도 152.9 μg/m3로 평상시(Level 1)와 동일하게 추계의 VOCs의 농도가 약간 높게 나타난 것으로 나타 났다. 반면 2시간 이상 운행 노선의 평상시(Level 1) 하계 VOCs의 농도는 146.7 μg/m3로 조사되었으며, 추 계의 경우 121.3 μg/m3로 나타났다. 혼잡시(Level 2)의 경우에는 하계 측정 농도 100.5 μg/m3, 추계 측정 농도 201.6 μg/m3으로 2시간 이내 노선과 비교하였을 때 하 계의 경우에는 평균 VOCs 농도에 비해 낮게 조사되었 고 추계의 경우 2시간 이내의 농도에 비해 높은 수준 으로 조사되었다.
개별 물질의 경우 하계는 2시간 이상 운행노선에 비 해 2시간 이내 운행하는 노선의 경우 평균 농도가 대 체적으로 낮게 나타났으나 이와 반대로 추계는 2시간 이상 운행하는 노선에서 VOCs의 농도가 높거나 비슷 한 수준으로 조사되었다. 또한 2시간 이내 운행 노선의 경우, 하계는 평상시(Level 1)에 비하여 혼잡시(Level 2)에 VOCs 및 대부분의 개별 물질의 농도가 높게 측 정되었다. 그러나 추계의 경우에는 혼잡시(Level 2)에 VOCs 및 대부분의 개별 물질들이 평상시(Level 1)보 다 낮게 조사되었다.
이를 통해 VOCs의 경우 운행시간 및 계절, 탑승 인 원의 여부와 농도는 뚜렷한 관련성이 없는 것으로 사 료되며, 대규모 조사가 아닌 대표성 문제 등 추가확인 이 필요하나, 본 연구의 조사대상 고속버스의 경우 1년 이내 출고된 차량이 없었던 점이 다소 낮은 검출농도 를 보인 또 다른 원인으로 판단된다.
본 연구에서 추계의 경우, 2시간 이내 노선에서 혼잡 시(Level 2)에 VOCs 및 대부분의 개별 물질들이 평상 시(Level 1)보다 낮게 조사되었으며 이를 통해 운행시 간 및 계절, 탑승 인원의 여부와 휘발성유기화합물류들 의 농도는 뚜렷한 관련성이 없는 것으로 사료되며, 현 재 고속버스의 VOCs 규제는 현재 시행되고 있는 신규 출고차량에 한해 규제되고 있는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 일반적으로, 새 자동차가 출시된 후 약 6개 월이 지나면 VOCs 배출량이 상당량 제거되지만 새 차 의 경우 안전 한계치를 수 배 이상 초과하는 결과를 나 타냈다(Lim et al., 2008).
특히 VOCs의 경우, 차량 내장재 중 PVC와 ABS등과 같은 석유화합물질로 이루어진 자재, 천연가죽커버, 합 성고무 및 내장재 부착을 위한 접착제 등에서 주로 발 생되며 실외보다 차량과 같은 좁은 실내의 밀폐공간의 경우 운전자 및 탑승자의 건강에도 악영향을 더욱 가중 시킨다(Lim et al., 2007; Lee et al., 2009; MOLIT, 2017).
3.2.2 폼알데하이드(HCHO)
하계 및 추계 HCHO 혼잡 및 비혼잡 운행시기, 운행 시간별 농도 결과는 Fig. 2에 제시하였다. 하계 측정의 경우, 평상시(Level 1) 2시간 이내 운행 노선의 경우 HCHO의 농도가 17.6 μg/m3, 2시간 이상 운행 노선 14.1 μg/m3로 측정되어 2시간 이내 노선의 평균 HCHO의 농도에 비해 2시간 이상 운행노선의 농도 값 이 낮게 나타났다. 반면 추계 측정의 경우, 2시간 이상 운행 노선의 평균 14.4 μg/m3, 2시간 이내 운행 노선 11.6 μg/m3로 2시간 이상 운행 노선의 경우 2.8 μg/m3 더 높게 나타났다.
혼잡시(Level 2)의 경우, 2시간 이내 운행노선의 하 계, 추계의 HCHO의 평균 농도는 각각 16.4 μg/m3, 13.6 μg/m3로 측정되었으며 2시간 이상 운행 노선의 경 우 하계 13.4 μg/m3, 추계 19.0 μg/m3으로 하계의 평균 농도보다 5.6 μg/m3 높게 나타났다. 2시간 이내 운행 노선과 2시간 이상 운행 노선의 평균 HCHO의 농도를 평상시(Level 1)과 혼잡시(Level 2)를 비교하여 보았을 때, 하계의 경우에는 두 조건 모두 혼잡시(Level 2)때 HCHO의 농도가 더 낮게 조사되었지만, 추계의 경우에 는 이와 반대의 결과를 살펴볼 수 있었다.
결과적으로 하계의 경우에는 운행 시간 및 탑승인원 과 HCHO의 농도가 관련성이 없는 것으로 조사되었다. 이와 달리, 추계의 경우에는 운행 시간이 길수록 또한 탑승인원이 많을수록 HCHO의 농도가 높게 조사되었 다. 또한, 하계와 추계의 경우 모두 비슷한 수준의 HCHO의 농도를 보이기 때문에 계절별 영향 요인이 작용하는 것으로 판단하기는 힘들다.
대만 버스 내 formaldehyde의 경우, 장거리 버스의 경우 11.6 ± 4.5 ppb (5.1 μg/m3 - 29.5 μg/m3)의 농도 값 을 나타냈으며, 2002년 대구 지역 버스 내 formaldehyde 농도와 비교할 때, 더 낮은 농도 값을 나타내는 것으로 조사되었을 뿐만 아니라 계절에 따른 formaldehyde의 농도 값을 살펴보았을 때 버스의 경우, 겨울 22.9 μg/m3, 여름 15.3 μg/m3 (P<0.0004)로 나타났다 (Jo and Lee, 2002; Hsu and Huang, 2009).
Formaldehyde의 경우, 새 차 운전 시 내장 부품을 결합하기 위해 사용된 접착제, 시트, 케이스 등과 같은 차량 내장제에서 발생하며(Shin et al., 2010) 운전자 및 탑승자의 눈, 코, 목 자극 및 두통, 피로감, 피부 질 환 등의 건강상 악영향을 미치며, 중추신경계를 통한 반응속도가 평균 0.0569초 늦어질 만큼 인지기능이 저 하되었다(Sakong et al., 2009)라는 보고도 있다.
본 연구의 제한점으로는 첫째, 운행시간제한으로 인 한 PM10의 공정시험법인 중량법으로 진행하지 않고, 주변의 상황에 따라 농도 변화폭이 큰 즉, 다소 정확성 이 낮다고 알려진 광산란법 장비(Kim, 2018a)를 사용 하여 결과를 평가한 점, 둘째, 조사 대상 차량의 수가 제한적이어서 고속버스 차량 전체에 대한 대표성의 문 제, 셋째 출고 6개월 이내의 차량이 누락되어 휘발성유 기화합물 및 폼알데하이드 조사결과가 정확하게 나타 나지 못한 점 등을 언급할 수 있으며, 추후 유사 연구 결과를 바탕으로 사례를 좀 더 취합하여 종합적인 해 석을 통해 대중교통 객실 내 실내공기질 관리 정책 마 련이 요구된다.
4. 결 론
본 연구에서 조사한 고속버스는 하계와 추계에 각각 2시간 이내 운행하는 고속버스 18개 차량과 2시간 이 상 운행하는 8개 차량으로 총합 52대를 조사대상으로 진행하였다. ‘대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라 인’에서는 혼잡시를 주말, 휴일 또는 성수기로 적용하 고 있지만, 평일에도 측정 시간에 따라 승차인원이 다 소 많은 혼잡(Level 2)이 존재하는 바 본 연구에서는 당일 승차인원을 비교하여 비혼잡(Level 1)과 혼잡 (Level 2)을 구분하여 연구를 진행하였고 결과는 다음 과 같다.
미세먼지(PM10)의 경우, 하계와 추계의 경우 기준치 이내의 수준을 보였고, 혼잡여부에 따른 차이 즉, 객실 내 인원수에 따른 영향은 없었다.
이산화탄소(CO2)의 경우, 혼잡시간대 운행 52대 중 이산화탄소의 기준치(2,500 ppm) 초과사례 하계 38.5% (13대 중 5대), 추계 기준치(2,500 ppm) 초과사례 15.4% (13대 중 2대)로 조사되었고, 시외버스 비혼잡시간대 기준치(2,000 ppm) 초과사례 하계 23.1% (13대 중 3대), 추계 기준치(2,000 ppm) 초과사례 7.7% (13대 중 1대) 로 조사되어 혼잡시간대에 초과빈도가 높아 특히 혼잡 시간대 운행 시 강제 환기 등 운행 시 관리가 요구된다.
휘발성유기화합물(VOCs) 및 폼알데하이드(HCHO) 의 경우의 경우, 운행시간 및 계절, 탑승객 수 등에 의 한 요인과는 뚜렷한 상관성이 없었고, 실내공기질 기준 법상 기준치 적용시 기준치 이내의 수준인 것으로 조 사되었다.
