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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.4 pp.437-444
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.4.437

Analising of total volatile organic compounds (TVOC) exposure in public transportation during operation(Ⅱ)

Hong-Gi Kim1, Bo-il Jeon2, Jeong-Hun Lee2, Ho-Hyun Kim2,3, Hyuk-ku Kwon1*
1Department of Environmental Engineering, Hoseo University
2Life & Industry Environmental R&D Center in Pyeongtaek University
3Department of Information, Communication and Technology Convergence, ICT Environment Convergence, Pyeongtaek University
*Corresponding author Tel : +82-41-540-9625 E-mail : hkkwon@hoseo.edu
30/11/2020 21/12/2020 30/12/2020

Abstract


The concentration of TVOCs in public transportation in the spring and summer of 2018 was measured. Public transportation measured the concentration of TVOCs on six subway lines in Seoul, two lines of high-speed trains, and intercity buses. The measurements were taken during the operation of each route of the surveyed public transportation from the origin to the destination. In addition, the measurement time was divided into the congestion time and the non-congestion time. In the spring of 2018, in the order of subway, train A, train B, and intercity buses, TVOC concentrations during the congestion time zone were 205.9 μg/m3, 121.3 μg/m3, 171.1 μg/m3, and 88.7 μg/m3, respectively. During the non-congestion time zone, the concentrations were 177.2 μg/m3, 108.8 μg/ m3, 118.2 μg/m3, and 126.1 μg/m3, respectively. In the summer of 2018, TVOC concentrations in the order of the aforementioned transportation modes during the congestion time zone were 169.8 μg/m3, 175.8 μg/m3, 78.0 μg/ m3, and 185.3 μg/m3, respectively. During the non-congestion time zone, the concentrations were 210.8 μg/m3, 116.1 μg/m3, and 162.7 μg/m3, respectively. An analysis of BTEX concentration among VOCs in public transportation in descending order were followed by toluene > xylene > ethylbenzene > benzene. Toluene, which has the highest concentration among the BTEX compounds, was found to be 12.86 μg/m3 to 91.41 μg/m3 during spring congestion time and 7.10 μg/m3 to 39.52 μg/m3 during non-congestion time. During the summer congestion time, the concentration was 6.68 μg/m3 to 249.48 μg/m3 and 13.23 μg/m3 to 214.5 μg/m3 during the non-congestion time. The concentration of benzene was mostly less than 5 μg/m3 in transportation. Particularly in the case of toluene, the concentration is significantly higher than that of other VOCs. Accordingly, further study of toluene exposure hazards will be needed. Five percent of the surveyed TVOC concentrations exceeded the recommended indoor air quality standard of 500 μg/m3, and all 13 cases representing this percentage were found in the subway. In addition, nine of the 13 cases that exceeded the recommended standard were measured during congestion time. Therefore, VOCs in public transportation vehicles during congestion time need to be managed.



운행 중 대중교통차량 내 총휘발성유기화합물류(TVOC) 노출 분석(II)

김홍기1, 전보일2, 이정훈2, 김호현2,3, 권혁구1*
1호서대학교 환경공학과
2평택대학교 생활 및 산업 환경 R&D센터
3평택대학교 ICT융합학부 환경융합전공

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    도시화와 산업화가 진행될수록 도심과 생활공간의 녹지가 감소하고, 그에 따라 공기질에 대한 관심도가 높아지고 있으며, 최근에는 미세먼지의 위해성이 알려 지면서 공기질 대한 국민적 관심도도 높아지는 추세다 (KEI, 2018). 공기질에 대한 관심도가 높아지면서 실외 공기질 뿐만 아니라 실내공기질에 대한 관심도도 높아 지고 있다. 현대인들의 생활 특성상 하루 중 대부분을 실내공간에 머무르고 있으므로(Klepeis et al., 2001) 실 내공기 오염원에 대한 노출 정도 및 노출에 따른 영향 을 파악하는 것이 중요하다 할 수 있다. 실내공기오염 원으로는 미세먼지, 휘발성 유기화합물류, 폼알데하이 드, 라돈, 석면, 중금속, 부유세균 등이 있으며, 환경부 에서는 실내공기질 관리법을 통해 다중이용시설의 실 내공기오염원들을 관리하고 있다. 이 중 휘발성유기화 합물류가 실내에서 주로 건축 시 사용되는 접착제, 바 닥재, 페인트 등의 건축자재와 복사기, 인쇄서류 등의 사무용품, 가스레인지, 종이타월 등의 생활용품에서 주 로 발생한다(Tepper et al., 1995;Wolkoff, 1995;Lee et al., 2005). 실내공간에 오래 머무르는 사람들에게서 나타나는 건물증후군(Sick Building Syndrome)과 새집 증후군(Sick House Syndrome)의 원인이 휘발성유기화 합물류인 것으로 보고된 바 있다(US EPA, 1991). 주택, 사무실과 같은 생활공간, 사무공간 외의 대중교통차량 에서도 실내오염물질에 노출될 수 있다. 특히 대중교통 차량 제작 시 사용되는 마감재에서 VOC가 다량 방출 되며(Faber et al., 2013), 이를 저감하기 위해 환경부에 서는 대중교통차량 제작 시 VOC 방출량이 낮은 제품 사용 및 차량 출고 직전에 환기하는 것을 권장하고 있 다(ME, 2013). 대중교통 이용 시 방출되는 VOCs는 건 강상에 영향을 줄 수 있으며, VOCs 중 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene)과 메타, 파라, 오르토 자일렌(m-, p-, o-xylene)이 대표적이며, 이 중 벤젠은 IARC (International agency for Research on Cancer)에서 1급 발암물질로 지정하였으며, 벤젠, 톨루 엔 에틸벤젠, 자일렌을 묶어 BTEX는 내분비교란물질 로 작용할 수 있다(Bolden et al., 2015). 대중교통수단 중 지하철, 열차, 시외버스는 실내공기질 관리법상 다 중이용시설로 구분되어 있다. 기타 다중이용시설에 대 해서는 TVOC에 대한 기준치를 500 μg/m3로 권고하고 있으나, 대중교통차량의 경우 PM2.5와 CO2에 대해서만 기준을 두어 관리하고 있으며, TVOC에 대한 기준치는 마련되어있지 않다. 또한, 선행연구에 따르면 학교(Ryu et al., 2014), 요양시설(Kim and Jang, 2019), 어린이집 (Lee et al., 2010) 등과 같은 취약계층 이용시설에서 TVOC의 농도가 기준치 이상 측정된 사례가 있다. 따 라서 취약계층도 많이 이용하는 교통수단에 대해서도 실태조사를 기반으로 하여 추가적인 관리강화가 필요 할 것으로 생각된다. 본 연구에서는 대중교통수단 중 다중이용시설로 구분되어 법적관리 중인 지하철, 기차, 시외버스를 대상으로 총휘발성유기화합물의 농도 수준 을 평가하고, 휘발성유기화합물류로 인한 실내오염 예 방 및 관리강화에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.

    2. 연구방법

    2.1 연구대상 및 기간

    연구대상은 실내공기질 관리법상 다중이용시설 로 구분되는 도시철도차량(지하철), 철도차량(고속철도), 고속버스를 대상으로 조사하였다. 도시철도차량은 서 울시 지하철 6개 노선을 선정하여 조사하였고, 철도차 량은 고속형열차 A노선과 B노선 차량을 선정하여 조 사하였다. 고속버스는 시외버스 2개 노선을 선정하여 측정하였다. 춘계 시기는 2018년 4월부터 6월까지, 하 계 시기는 2018년 7월부터 9월까지 계절별로 약 3개월 간 연구대상 대중교통수단을 조사하였다. 조사한 대중 교통차량은 Table 1과 같으며 총 78대의 대중교통차량 을 측정한 데이터를 이용하여 분석하였다.

    2.2 측정방법

    2.2.1 측정물질 선정

    측정물질은 실내공기질 관리법상 다중이용시설 권고 기준으로 관리되고 있는 오염물질 중 VOCs를 측정대 상물질로 선정하였으며, 다중이용시설 권고기준인 500 μg/m3을 초과하는 사례를 분석하였다.

    2.2.2 측정지점 선정

    시료측정 장소는 대중교통차량의 실내공기질 측정방 법에 준하였으며, 추가적으로 대중교통을 이용하는 시 민들의 통행과 이용에 방해가 되지 않으며, 교통수단별 구조와 측정 장비의 설치 공간 등 차량 내 상황을 고려 하여 대표성 있는 데이터를 수집하는 것을 원칙으로 하였다.

    측정대상 대중교통의차량의 구조, 출입문 위치, 이용 자 동선, 실내기류분포, 측정 데이터의 대표성 등을 고 려하여 시료측정지점을 선정하였다. 대중교통 내에서 측정에 영향을 끼치는 발생원이 없는 장소를 선정하고, 측정대상 차량 내에서 천정으로부터 30 cm, 바닥면으 로부터 1m 이상 떨어진 곳을 선정하고, 출입문으로부 터 1m 이상 떨어진 지점에서 측정을 진행하였다. 또 한, 공기의 흐름에 방해가 되지 않는 곳, 차량 내 기류 발생원을 고려하여 측정대상지점을 선정하였다.

    2.2.3 측정시간

    조사대상 대중교통수단의 각 노선의 출발지역부터 도착지까지 운행하는 동안 측정하였다. 측정시간을 혼 잡시간대와 비 혼잡시간대로 나누어 측정하였으며, 시 외버스와 열차는 평일과 주말을 각각 비 혼잡시간, 혼 잡시간으로 구분하여 측정하였고, 지하철의 경우 오전 7시~9시, 오후 6시~8시를 혼잡시간대로 설정하고, 그 외의 시간대를 비 혼잡시간대로 구분하였다.

    2.2.4 측정방법 및 정도관리

    고체합착열탈착법을 이용한 GC/MS 분석방법을 통 해 측정하였다. 1 m 높이에서 0.1 L/min의 유량으로 30분동안 포집하였다. 미국 Supelco사의 Tenax-TA 튜 브를 흡착관으로 사용했으며, 공인기관으로부터 정도 관리 및 형식승인을 취득한 일본 Sibata사의 등속흡인 펌프를 이용하였다.

    시료 포집 전 흡착관을 Dry oven에서 320°C에서 Conditioning을 6시간 동안 진행하였고, 공시료의 오염 도를 확인하기 위해 흡착관의 오염도 여부를 확인하였 다. 시료 포집이 완료된 흡착관을 운반 시 PTFE 패럴 을 이용하여 흡착관을 막아 운반하였고, 분석 전까지 4°C 이하에서 냉장보관 하였다.

    VOCs 분석기기는 미국 Agilent사의 GC/MSD를 사 용하였으며, 전처리장치는 미국 Perkin-Elmer사의 Turbormatrix ATD를 사용하였다. GC/MSD와 ATD의 분석 조건을 각각 Table 2와 Table 3에 나타내었다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 측정 결과

    춘계 조사 결과 지하철의 경우 지하철의 TVOCs의 농도가 혼잡시간대와 비혼잡시간대 각각 250.9 μg/m3, 177.2 μg/m3로 나타났다. 광주 지하철은 혼잡시간대와 비혼잡시간대 각각 147.2 μg/m3, 149.7 μg/m3로 나타 났다. 대구 지하철은 혼잡시간대와 비혼잡시간대 각각 116.6 μg/m3, 102.1 μg/m3로 나타났으며, 지하철은 비 혼잡시간대보다 혼잡시간대의 TVOC 농도가 높게 나 타나는 경향성이 보였다. 고속버스의 조사 결과 혼잡시 간대와 비혼잡시간대 각각 88.7 μg/m3, 126.1 μg/m3로 나타났다. 기차 A의 경우 춘계 조사 결과 혼잡시에는 121.3 μg/m3, 비혼잡시에는 108.8 μg/m3로 나타났으며, 기차 B의 경우 혼잡시에는 171.1 μg/m3, 비혼잡시에는 118.2 μg/m3로 나타났다. 하계 조사 결과는 지하철의 경우 지하철의 TVOCs의 농도가 혼잡시간대와 비혼잡 시간대 각각 269.8 μg/m3, 210.8 μg/m3로 나타나 비혼 잡시간대보다 혼잡시간대의 TVOC 농도가 높게 나타 나는 경향성을 보였다. 고속버스의 조사 결과 혼잡시간 대와 비혼잡시간대 각각 185.3 μg/m3, 162.7 μg/m3로 나타났다. 기차 A의 경우 하계 조사 결과 혼잡시에는 175.8 μg/m3, 비혼잡시에는 156.1 μg/m3로 나타났으며, 기차 B의 경우 혼잡시에는 78.0 μg/m3, 비혼잡시에는 116.2 μg/m3로 나타났다(Table 4).

    기존 연구결과와 비교하면 2005년 서울시 지하철의 TVOC을 조사한 결과 약 105 μg/m3로 본 연구결과의 TVOC 농도가 조금 더 높은 것으로 나타났다(Sohn, et al., 2006). Fedoruk and Kerger (2003)에 따르면 신규 자동차 내에 TVOC의 농도가 높게 나타났으며, 환기 후에 10~20배 정도 TVOC의 농도가 낮아지는 것으로 나타난 것으로 보아 차량의 연식 및 환기 주기에 따라 TVOC의 농도값이 높게 나타난 것으로 보인다. 1994 년 버스 내 VOCs를 조사한 선행연구에서는 77.1~ 121.6 μg/m3로 본 연구결과와 유사한 결과를 보였다 (Jo, 1996). 2008년 열차 내 VOC 농도를 조사한 선행 연구결과에서는 열차 내의 VOC가 400~650 μg/m3로 본 연구결과보다 크게 높은 농도를 보였는데(Cho et al., 2008), 이는 당시 다중이용시설의 VOC 관리기준 이 1,000 μg/m3였으며, 현재는 다중이용시설의 TVOC 관리기준이 500 μg/m3로 관리강화로 인하여 농도가 더 낮게 측정된 것으로 보인다.

    3.2 계절 및 혼잡도별 분석 결과

    지하철의 경우 춘계와 하계 모두 비혼잡시간대보다 혼잡시간대에 TVOC의 평균농도가 높은 경향을 보였 으며, 춘계보다 하계의 TVOC의 평균농도가 높은 경향 을 보였다. 다른 대중교통수단에 비해 지하철의 TVOC 평균농도가 높은 경향을 보였으나 모두 다중이용시설 관리기준의 기준치 이내로 나타났다. 기차의 경우 고속 열차 A는 고속열차 B보다 평균농도가 혼잡시간대에 더 높게 나타났으며, 춘계보다 하계의 TVOC 평균농도 가 더 높게 나타나 지하철과 같은 경향을 보였다. 반대 로 고속열차 B의 경우 하계보다 춘계의 TVOC 평균농 도가 더 높게 나타났다. 고속버스의 경우 춘계보다 하 계의 TVOC 평균농도가 높게 나타났으며, 춘계에는 비 혼잡시간대가 더 높게 나타났고, 하계에는 혼잡시간대 가 더 높게 나타났다(Fig. 1).

    2016년부터 2017년까지 동일한 대중교통수단을 연 구한 결과와 비교해보면(Lee et al., 2019), 2017년 춘 계에 혼잡시간대의 TVOC 농도를 보면 지하철의 경우 248.5 μg/m3 고속열차 A는 116.9 μg/m3, 고속열차 B는 167.4 μg/m3, 시외버스는 87.8 μg/m3로 비슷한 결과를 보이며 춘계에는 2017년과 2018년의 TVOC 농도가 비슷한 것으로 나타났으나, 2017년 하계에는 혼잡시간 대에 지하철 112.1 μg/m3, 고속열차 A 129.9 μg/m3, 고 속열차 B 85 .7 μg/m3, 시외버스 100.6 μg/m3로 2017년 에 비해 2018년 하계에는 지하철의 TVOC 농도가 높 은 경향성을 보였으나 모두 다중이용시설 관리기준의 기준치 이내로 나타났다. 그 외의 대중교통수단에서는 비슷한 농도를 보였다. 또한, An et al. (2018)의 연구 에 따르면 2015년에 대중교통차량의 VOCs를 측정한 결과 하계에는 혼잡시에 VOCs의 농도가 높게 측정되 었고, 추계에는 비혼잡시간대의 농도가 높게 나타나 본 연구결과와 유사한 결과를 보였다.

    3.3 BTEX 농도 분석 결과

    VOCs 중 대표적인 물질인 벤젠(Benzene)은 대표적 인 발암물질로 호흡기를 통해 노출될 경우 현기증, 두 통 등의 증상부터 고농도에 노출되면 암, 백혈병과 같 은 유해성을 가지고 있으며, 벤젠과 함께 BTEX로 그 룹화된 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 자일 렌(Xylene)의 유해성도 높아 이에 대한 추가적인 분석 이 필요하다. 본 연구에서 조사한 대중교통차량의 VOCs 중 BTEX의 농도를 분석하였다(Table 5, 6). 계 절 및 혼잡도에 상관없이 대부분의 대중교통수단에서 BTEX의 농도가 톨루엔 > 자일렌 > 에틸벤젠 > 벤젠 순으로 나타났다. 비혼잡시간대의 B노선을 제외하고 벤젠의 농도는 모든 교통수단에서 5 μg/m3 이하의 수 치를 보였으며, 가장 농도비율이 높은 톨루엔은 춘계 혼잡시간대에 12.86~91.41 μg/m3, 비혼잡시간대에 7.10~34.42 μg/m3, 하계 혼잡시간대에 6.68~36.96 mg/ m3, 비혼잡시간대 13.23~48.15 μg/m3로 다른 VOCs보 다 다소 높게 나타났다.

    대중교통차량의 VOCs와 관련된 선행연구와 비교하 면 독일 뮌헨(Rommelt et al., 1999)에서 조사한 연구 결과 대중교통차량에 대한 벤젠농도의 관리를 통해 벤 젠의 농도가 1994년부터 1997년까지 23.8 μg/m3에서 7.4 μg/m3로 지속적으로 감소하였으며, 2001년 이후로 는 5 μg/m3이하로 벤젠의 농도가 감소할 것으로 예측 하였다. 독일뿐만 아니라 국내에서도 차량 내 벤젠농도 에 대한 관리를 통해 저감효과를 보인 것으로 판단된 다. 중국 광저우를 대상으로 수행한 연구결과(Chan et al., 2003)에서는 대중교통차량 내의 B/T/E/X의 비율이 1.0/4.3/0.7/1.4였으며, 태국 방콕에서 수행한 연구결과 (Ongwandee and Chavalparit, 2010)에서는 대중교통차 량 내의 BTEX가 각각 37.1, 174, 14.7, 55.4 μg/m3로 대중교통차량의 VOCs 중 BTEX의 농도가 톨루엔 > 자일렌 > 에틸벤젠 > 벤젠 순으로 농도가 높게 나타나 본 연구결과와 동일한 연구결과를 보였다. 특히 국내뿐 만 아니라 해외의 연구결과에서도 BTEX 중 톨루엔의 농도비율이 높은 것으로 나타났다. 톨루엔은 실내환경 에서 페인트, 접착제 등에서 방출되며 인후염, 현기증, 두통 등을 유발하는 위해성을 가지고 있다. 톨루엔의 노출 위해성에 대한 추가적인 연구를 통해 대중교통 내 톨루엔 농도관리강화가 필요할 것으로 보인다.

    4. 결 론

    본 연구는 춘계와 하계동안 서울시 지하철 6개 노선 과, 고속열차 2개 노선, 고속버스 총 78대의 대중교통 수단을 대상으로 하였으며, 혼잡시간대와 비혼잡시간 대를 구분하여 VOCs를 측정하였다. 전반적으로 혼잡 시간대가 비혼잡시간대보다 TVOC의 평균농도가 더 높은 경향성을 보였으며, 춘계보다는 하계에 TVOC의 평균농도가 더 높게 나타나는 경향을 보였다. 춘계 혼 잡시간대의 TVOC 평균농도는 지하철이 205.9 μg/m3, 기차는 고속열차 A가 121.3 μg/m3, 고속열차 B가 171.1 μg/m3, 고속버스는 88.7 μg/m3로 전반적으로 측 정한 대중교통수단 모두 다중이용시설 실내공기질 관 리기준에 비해 낮게 측정되었다. 하계 혼잡시간대의 TVOC 평균농도는 지하철이 269.8 μg/m3 기차는 고속 열차 A가 175 .8 μg/m3, 고속열차 B가 78.0 μg/m3, 고 속버스는 185 .3 μg/m3로 전반적으로 다중이용시설 실 내공기질 관리기준의 기준치 이내로 나타났다. BTEX 농도 분석 결과에서는 대부분의 대중교통차량에서 톨 루엔 > 자일렌 > 에틸벤젠 > 벤젠 순으로 나타났다. 조사한 대중교통차량의 TVOC 평균농도가 다중이용시 설 실내공기질 권고기준인 500 μg/m3를 초과하는 비율 은 전체 180건 중 6건으로 전체 조사대상 중 약 3%에 서 권고기준을 초과하였다. 권고기준을 초과한 6건 중 혼잡시간대가 5건, 비혼잡시간대가 1건으로 혼잡시간 대의 대중교통차량 내 VOCs 농도 관리가 필요할 것으 로 보인다. 또한, 노약자, 어린이와 같은 민감군들에 대 한 노출 시 위험성을 고려하여 VOCs의 분석이 필요할 것으로 보이며, 추가적인 연구 진행을 통해 차량 연식, 실내 온도, 습도, 환기 여부 등과 같은 실내특성과 함 께 분석해 볼 필요가 있으며, BTEX와 오염원과의 상 관성 분석이 필요할 것으로 보인다.

    <저자정보>

    김홍기(박사과정), 전보일(연구원), 이정훈(연구원), 김호현 (교수), 권혁구(교수)

    Figure

    JOIE-19-4-437_F1.gif

    Comparison of public transportation TVOC by season.

    Table

    Number of detailed sample per public transport

    Analysis condition of GC/MSD

    Analysis condition of GC/MSD

    The average value of TVOC

    Concentration of BTEX in public transportation in Spring 2018

    Concentration of BTEX in public transportation in Summer 2018

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