1. 서 론
최근 현대인은 80% 이상을 실내에서 머물고 있으며, 국토교통부의 15년부터 17년까지 대중교통 주 4회 이 용자 대상 설문조사 결과, 1주간 평균 대중교통 이용횟 수가 15년부터 증가 추세에 있으므로 지하철 실내환경 에 대한 중요도가 증가하고 있는 추세이다(WHO, 2010;KOSIS, 2018). 대중교통 중 지하철은 일일 7,000명이 넘는 이용자가 이용하는 대중교통수단 중 하나이다. 하지만 지하철의 용량 및 배차시간으로 인한 지하철 내 혼잡도와, 지하공간 내 인구 이동 및 지하철 내 환기설비 부족, 지하철 운행으로 인한 먼지 재비산 및 지하공간의 건축자재 및 페인트 접착제 등에서 발 생하는 각종 휘발성유기화합물(VOCs)의 객차 유입으 로 인해 실내공기질이 악화되고 있는 상황이다(Park et al., 2013;Kim and Cho, 2016;Woo et al., 2016). 대 중교통 중 고속버스의 경우는 창문 환기가 이루어지기 어려워 밀폐율이 높기 때문에 차량 내부 실내공기질 오염이 심각한 상태이다(Yoo and Noh, 2010). 고속철 도는 장거리 수송 및 에너지 효율성이 부각되어 이동 수단 및 물류수송으로의 이용이 증가하였다(Jo et al., 2006). 하지만, 단시간에 많은 승객이 함께 이용하고, 효율적인 냉난방과 방음을 위해 밀폐되어 있는 공간에 서 발생되는 VOCs로 인한 실내공기질 오염이 승객의 건강에 위협이 되고 있다(Yang and Chung, 2012).
특히 최근 실내에서 발생되는 VOCs에 대한 연구가 증가함에 따라 실내공기질 모니터링에 대한 관심도도 높아지고 있다(Kim et al., 2008). VOCs는 담배연기, 자동차 배기가스, 공장의 굴뚝, 각종 유기용제 및 실내 건축자재에서 발생하며, 또한 운송수단에서도 발생한 다(Batterman et al., 2002;Han et al., 2006). 실내에서 이러한 발생원에서 발생한 VOCs에 노출되게 되면 벤 젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene) 및 메타, 파라, 오르토 자일렌(m-,p-,o-xylene)에 의해 건강상에 큰 문제가 일어날 수 있다(Chen et al., 2011;Chen et al., 2014). VOCs 중 벤젠(Benzene)은 IARC (International Agency for Research on Cancer)에서 지 정한 1급 발암물질이다(IARC, 2016). 미국 환경 보호 국(USEPA)에 의해 안전하다고 판단되는 노출 수준에 서도 BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene) 의 경우 내분비 교란물질로 작용한다(Bolden et al., 2015). 또한 세계 보건기구(WHO)는 벤젠에 대한 안전 노출 한도가 없으며, 급성 및 만성 노출 모두 유해한 건강 영향을 초래할 수 있다고 설명했다(Aksoy, 1989;WHO, 2000). VOCs는 환기에 큰 영향을 받아 환기가 잘 이루어진다면 농도를 크게 낮출 수 있으나, 밀폐된 공간에서는 천식 등의 호흡기 질환을 야기할 수 있다 (Fedoruk and Kerger, 2003;Kim et al., 2008).
실내 VOCs 노출에 대해 국외에서는 거실의 알데하 이드와 VOCs를 2년 동안 측정하여, SBS (Sick Building Syndrome)와 관련된 환경적 위해성 및 발현증상에 대한 연구가 있었고, 미네소타에서는 어린이가 있는 가 정을 대상으로 실내외 VOCs를 측정하여 실내외 노출 의 차이를 분석한 연구도 진행되었다(Adgate et al., 2004;Takigawa et al., 2012).
국내에서는 Song et al. (1999)의 「대구지역 지하철 역사의 실내공기질 특성평가」에서 지하철 역사의 측정 지점별 계절별 VOCs의 농도차를 연구하였으며, Jang et al. (2007)의「보육시설 실내공기 중 VOCs의 계절 적 농도변화에 대한 연구」에서 계절별 보육시설의 VOCs 농도를 파악하였다. 이 외에도 실내 VOCs에 대 한 연구가 많이 진행되었으나, 대중교통 객차 내 VOCs 농도 조사는 부족한 실정이다. 또한 현재 대중 교통수단의 실내 유해물질에 대한 기준치는 미세먼지 (도시철도: 200 μg/m3, 철도 및 시외버스: 150 μg/m3) 와 이산화탄소(CO2)(비혼잡시간대: 2,000 ppm, 혼잡시 간대: 2,500 ppm)에 대한 권고기준만 제시되어 있어 VOCs의 경우 다중이용시설 실내공기질 권고기준에 의 해 관리되고 있다(MOLEG, 2017).
이에 본 논문에서는 2016년부터 2017년까지 대중교 통수단별 차량 내 총휘발성유기화합물(TVOCs)을 측 정하여 실내공기질 권고기준에 따른 초과율을 분석하 고, 대중교통수단별, 계절별 및 혼잡시, 비혼잡시에 따 른 TVOC의 농도 분포를 살펴 대중교통 실내공기질 정책에 기초자료를 제공하는데 목적이 있다.
2. 연구방법
2.1 연구대상
연구대상 교통수단은 현재 환경부에서 제정한 “실내 공기질 관리를 위한 대중교통차량의 제작운행 관리지 침”에서 관리 대상인 도시철도차량, 철도차량 및 고속 형 시외버스를 조사하였다. 도시철도의 경우 서울은 서 울교통공사에서 운영하는 5~8호선과 서울9호선운영 (주)에서 운영하는 9호선을 선정하였다. 비수도권에서 는 광주도시철도에서 운영하는 1호선, 대구도시철도에 서 운영하는 1호선, 부산도시철도에서 운영하는 2호선 을 선정하였으며, 철도의 경우 KTX 및 ITX를 고속버 스의 경우는 사전 협조를 통해 연구대상 대중교통차량 으로 선정하였다. 선정된 대중교통차량에 대해 계절별 로 수집한 측정자료의 수는 Table 1과 같으며 총 590 개의 데이터를 이용하여 분석을 진행하였다.
2.2 대중교통 차량별 시료 측정 방법
2.2.1 측정대상
본 논문에서는 다중이용시설 중 지하역사, 철도역사 의 대합실, 여객자동차터미널의 대합실이 적용 받고 있 는 실내공기질 관리법 시행규칙 [별표 3] 실내공기질 권고기준(제4조 관련)로 관리되고 있는 오염물질인 VOCs를 측정대상물질로 선정하여, 농도 분포 및 권고 기준(500 μg/m3) 초과 사례를 분석하였다.
2.2.2 시료측정지점 선정
본 연구에서 대중교통차량별 시료 측정 조건은 대중 교통차량의 실내공기질 측정방법에 준하여 측정하되, 이용시민의 편의성, 교통수단의 구조와 특성, 측정 공 간 등 현장상황을 고려하여 대표성 있게 측정하는 것 으로 원칙으로 하였다.
대중교통차량의 구조와 특성, 출입문 위치, 이용자 수, 실내기류분포, 실내공기질의 대표성 등을 고려하여 각 대중교통차량의 시료측정지점을 선정하였다. 시료 측정지점 선정의 원칙은 측정대상 대중교통차량의 실 내공기질을 대표할 수 있는 지점을 선정하는 것이며, 차량 내 이용자가 많고, 직접적으로 측정에 영향을 끼 치는 발생원이 없는 곳을 선정하였다. 또한 측정대상 대중교통 차량 내에서 천정으로부터 30 cm 이상, 바닥 면으로부터 1 m 이상 떨어진 곳을 선정하였으며, 각 출입문으로부터 1 m 이상 떨어진 중앙점에서 측정을 진행하였다. 공기유동경로 및 기류 발생원 주변에서 측 정하게 되면 측정값에 영향을 미치기 때문에 되도록 공기유동경로 및 기류 발생원이 위치하지 않는 곳에서 실시하였고, 불가피하게 기류가 발생하는 곳에 한해서 는 실제 조건하에서 시료를 측정하는 것으로 하였다. Fig. 1
2.2.3 시료측정 시간
시료측정은 혼잡시간대와 비혼잡시간대로 나누어 진 행하였으며 버스 중 시외버스, 열차의 경우 혼잡시와 비혼잡시를 주중과 주말의 개념으로 측정하고, 지하철 의 경우에는 주중 7:30~9:30 또는 18:00~20:00를 혼잡 시간대로 설정하고 이외의 시간을 비혼잡시간대로 설 정하여 진행하였다. 또한 해당 조사대상 대중교통차량 이 각 노선의 출발지에서 도착지까지 정상 운행하는 동안 측정을 진행하였다.
2.2.4 측정방법
VOCs 시료는 고체흡착열탈착법을 이용한 GC/MS 분석방법으로 측정하였으며 바닥으로부터 1 m 높이에 서 0.1 L/min의 유량으로 약 30분 동안 포집되었다. 흡 착관으로는 미국 Supelco사의 Tenax-TA 튜브를 이용 하고 등속흡인펌프(Sibata, Japan)를 이용하였으며, 시 료의 흡인펌프는 측정 전 공인기관으로부터 정도관리 및 형식승인을 취득하였다.
시료 포집이 완료된 흡착관의 운반은 반드시 PTFE 패럴을 이용하여 흡착관을 막은 다음 운반하였고, 분석 전까지 냉장 보관(4ºC 이내)하였다.
시료 포집에 앞서 흡착관은 Dry oven을 이용하여 320ºC에서 6시간 동안 Conditioning 되었다. Dry Oven 장치는 한번에 9개의 흡착관을 Conditioning 할 수 있 다. 공시료의 오염도를 확인하기 위해 Conditioning이 끝난 흡착관 중 임의로 2개를 선정 실험하여 오염도 여부를 확인하였다. 본 실험에서 VOCs 분석을 위해 사용된 기기는 GC/MSD (Agilent, USA)였으며, 전처 리장치는 Turbomatrix ATD (Perkin-Elmer, USA)를 이 용하였다.
조사대상물질의 정성·정량을 위해 표준물질을 희 석·조제하여 GC syringe로 각각 0.5 μL씩 주입하였다. 이때 총 들어간 양은 5, 25, 50, 100, 200, 400 ng이었 으며 이들 결과로부터 톨루엔을 기준으로 TVOC 검량 선을 작성하였다.
3. 결과 및 고찰
연구결과는 Table. 2, 3, 4, 5 및 Fig. 2에 나타내었다.
지하철의 경우 TVOCs 평균 농도가 155.8 μg/m3로 나타났고, 서울이 188.4 μg/m3, 대구 183.2 μg/m3, 부산 141.7 μg/m3, 광주 110.1 μg/m3의 순으로 높게 나타났 다. 혼잡시간대와 비혼잡시간대의 지하철 농도를 비교 하면 TVOC 평균 농도가 혼잡시간대에 163.6 μg/m3, 비혼잡시간대에 148.1 μg/m3로 혼잡시간대가 높은 것 으로 나타났다. 서울지하철의 경우 혼잡시 동계, 비혼 잡시 춘계에 평균적으로 높은 농도를 보였고, 광주지하 철은 혼잡시와 비혼잡시 모두 동계에 평균적으로 높은 농도가 나타났다. 대구지하철은 혼잡시와 비혼잡시 모 두 춘계에 평균적으로 농도가 높았으며, 부산지하철은 혼잡시 춘계, 비혼잡시 추계에 높은 농도로 나타났다. Oh et al. (2013)은 지하철 전동차 객실 내부의 미세먼 지 농도를 계절별로 혼잡시/비혼잡시를 구분하여 측정 하였을 때 환기가 미비하게 이루어지는 겨울에 가장 높은 농도를 보였으며 혼잡시가 비혼잡시보다 평균 30% 더 높은 결과를 나타냈다. 본 연구에서는 혼잡시 간대와 비혼잡시간대 농도에 큰 차이는 나타나지 않았 지만 유사한 경향을 띄는 것으로 나타났다.
열차의 경우 전체 TVOC 평균 농도가 162.7 μg/m3 로 다른 대중교통수단과 비교 하였을 때 가장 높은 농 도로 조사되었고, KTX 평균 농도는 182.7 μg/m3, ITX 는 142.7 μg/m3로 KTX가 평균적으로 TVOC 농도가 28% 높은 것으로 나타났다. 혼잡과 비혼잡으로 구분하 여 분석하면 혼잡시간대의 열차 TVOC 평균 농도는 176.9 μg/m3, 비혼잡시간대는 148.5 μg/m3로 혼잡시간 대에 높은 농도를 가지는 것으로 나타났으며, 특히 겨 울에 경우 혼잡시와 비혼잡시간대 KTX의 농도가 증가 하여 다중이용시설의 실내공기질 권고기준 500 μg/m3 을 초과하는 데이터가 2건(혼잡시간대 1건, 비혼잡시 간대 1건)으로 조사되었다.
고속버스의 경우는 전체 TVOC 평균 농도는 142.3 μg/m3로 다른 두 대중교통수단에 비하여 가장 낮게 나 타났다. 또한 고속버스의 경우 혼잡시간대 141.0 μg/ m3, 비혼잡시간대에 143.65 μg/m3로 혼잡시간대와 비 혼잡시간대의 농도에 큰 차이가 없게 측정되었다.
전체 TVOC 평균 농도가 가장 높게 나타난 시기는 혼잡시간대와 비혼잡시간대 모두 동계이고, 동계 > 추 계 > 춘계 > 하계 순으로 나타났다. 그리고 모든 측정 결과 TVOC의 실내공기질 권고기준 500 μg/m3을 초과 하는 데이터는 590개의 측정결과 중 15건(2.5%)으로 나타났다. 그중 지하철이 8건으로 가장 많이 나타났고, 고속버스가 5건, 열차가 2건으로 나타났지만, 각각 측 정 데이터 비율로 나타내면 고속버스가 3.5%(5/142)로 지하철 2.5%(8/318), 열차 1.8%(2/110)보다 높은 비율 로 초과 사례가 검출되었다. 또한 초과 사례 중 9건 (60%)이 혼잡시간대에 나타났고, 전체 대중교통차량에 대한 혼잡시간대의 TVOC 평균은 164.5 μg/m3, 비혼 잡시간대의 TVOC 평균은 151.7 μg/m3 혼잡시간대가 높은 것으로 나타났다.
Chan et al. (1991) 및 Jo and Choi (1996)에서는 TVOC 농도를 출퇴근시간에 집중하여 연구를 진행하 였고, Oh et al. (2013)은 지하철 전동차 객실 내부의 미세먼지 농도를 계절별로 혼잡시/비혼잡시를 구분하 여 측정하였을 때 환기가 미비하게 이루어지는 겨울에 가장 높은 농도를 보였으며 혼잡시가 비혼잡시보다 평 균 30% 더 높은 결과를 나타냈다. Cho et al. (2008)은 승객이 없는 고속열차 객실 내 TVOC를 측정한 결과 400~650 μg/m3로 나타났다. An et al. (2018)은 하계와 추계 동안 평상시와 혼잡시의 시외버스의 실내공기질 중 TVOC를 측정한 결과 평균 하계 평상시는 137.9 μg/m3, 혼잡시는 120.7 μg/m3로 나타났으며. 추계 평상 시는 153.5 μg/m3, 혼잡시는 177.3 μg/m3으로 나타났 다. 본 연구에서는 환기량이 적은 동계에 TVOC 농도 가 높게 나타나고 공기순환량이 많은 하계에 TVOC의 농도가 낮게 나타나는 것으로 보아 계절적 요인을 고 려한 측정이 필요한 것으로 사료된다. 또한 지하철과 열차 및 고속버스 모두 혼잡시간대와 비혼잡시간대 농 도에 큰 차이는 나타나지 않았지만, 선행 연구와 비슷 한 경향성을 띄는 것으로 나타났다. 상대적으로 지하철 에 비해 열차 및 고속버스의 경유 출발지와 경유지, 도 착지 사이의 간격 넓어 밀폐된 시간이 지하철보다 길 기 때문에 열차와 고속버스보다 지하철의 TVOC 농도 가 낮게 나타난 것으로 사료된다.
위의 결과를 통해 TVOC는 계절과 탑승인원에 따라 변화하는 경향을 띄는 것으로 나타났다. 차량 내장재에 서 방출되는 VOCs는 차량 출시 직후 높은 농도를 나 타내다 시간의 경과에 의해 농도가 감소하지만, 실내공 기질 권고기준을 배 이상 초과하는 것으로 나타났다 (Cho et al., 2008). Fedoruk and Kerger (2003)에 따르 면 출시 6개월 미만의 자동차 내에 TVOC를 측정한 결과 400~800 μg/m3으로 높게 나타났으며, 환기 후 10~20배 정도 낮아지는 것으로 나타났다. 본 연구에서 진행된 대중교통차량의 경우, 출고 1년 이내의 차량이 없었던 점이 선행 연구보다 농도 값이 낮게 나타난 것 으로 사료된다.
실내 환경에서의 TVOC 중 벤젠은 발암물질로 다중 이용시설에서 위해성 있는 농도로 검출된 사례가 있고, 비발암물질인 톨루엔 및 자일렌도 인체 위험성을 가질 수 있는 농도로 검출된 바가 있어 개별물질에 대한 측 정도 필요할 것으로 사료된다. 국외에서는 도시 차량 내 BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene)에 대한 개별물질 연구 조사가 진행되었다(Chan et al., 1994;Batterman et al., 2002;Hsu and Huang, 2009).
본 연구 제한점으로는 전국단위 조사를 통한 대표성 은 확보하였으나. 대중교통수단별 BTEX 등 개별 VOCs 분석을 통한 공간별 특성, 내장재, 재실자, 기타 오염원에 대한 연관성을 분석하지 못한 제한점이 있으 며, 추후 추가적인 연구를 통해 운행 전 및 운행 중 개 별 VOCs 농도 분포 등의 분석을 진행할 계획이다.
4. 결 론
본 연구에서 조사한 대중교통차량은 추계, 동계, 춘 계, 하계 총 4계절 동안 서울, 광주, 대구, 부산의 지하 철 및 열차(KTX, ITX), 고속버스를 대상으로 혼잡시 간대와 비혼잡시간대를 구분하여 측정을 진행하였고, TVOC 데이터 총 590개를 바탕으로 조건에 따른 데이 터 분석을 진행하였다.
혼잡시간대와 비혼잡시간대를 포함하여 TVOC가 가 장 높게 나타난 계절은 겨울이고, 동계에 지하철 204.7 μg/m3, 열차 224.0 μg/m3, 고속버스 250.5 μg/m3 로 고속버스에서 TVOC 농도가 가장 높은 것으로 나 타났다. 모든 계절을 포함하였을 때는 지하철이 155.8 μg/m3, 열차가 176.2 μg/m3, 고속버스가 142.3 μg/m3으 로 열차가 가장 높은 것으로 나타났으며, 고속버스가 가장 낮은 농도를 나타냈다.
혼잡시간대의 경우 전체 대중교통 차량에 대하여 164.5 μg/m3로 나타났고, 비혼잡시간대의 경우 151.7 μg/m3로 나타나 혼잡시간대 TVOC 농도가 비혼잡시간 대 농도보다 조금 높은 것으로 나타났고, 혼잡시 가장 평균 농도가 높게 나타난 대중교통차량은 고속버스로 ‘17 동계 시 260.4 μg/m3로 나타났고, 비혼잡시는 ’16 추계 시 열차로 242.8 μg/m3로 나타났다
각 계절별, 대중교통차량별 평균 TVOC 농도가 실 내공기질 권고기준(제4조관련)을 넘는 경우는 없었으 나, 전체 샘플에 대한 측정값 중 기준을 초과하는 데이 터는 총 15건(지하철 8건, 열차 2건, 고속버스 5건)으 로 나타났으며, 혼잡시간대 9건, 비혼잡시간대 6건으로 조사된 바 전체적인 다중이용시설 기준치를 대상으로 초과율은 낮은 것으로 나타났다. 그러나 민감군들에 대 한 노출 위험성을 고려하여 개별 VOCs의 농도 분포를 파악할 필요성이 있고, 대중교통 운행 전·중·후에 높 게 나타나는 VOCs 물질 분석 및 농도분포 분석이 추 가적으로 필요하다고 사료된다.
