1. 서 론

사람들의 생활수준의 향상과 동시에 산업시설확 증, 자동차의 증가 등에 의해 대기오염물질의 배출 이 급증하게 되었다(Kim et al., 2014). 대기오염물질 은 대기 중으로 배출되면 공기의 흐름에 의해 이동 되어 화학반응과 함께 광역적으로 확산되는 특성을 가지고 있다(Ko et al., 2013). 이와 같은 배경에 근거 하여 살펴본다면 대기오염물질은 모든 사람들에게 쉽게 노출될 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 건강 에 잠재적인 위험성을 내재하고 있어 이에 대한 영 향파악이 중요하다. 현대인들의 대부분이 주택, 학 교, 사무실, 공공건물, 병원, 교통수단 등의 실내에서 생활하고 있는 것으로 살펴볼 때, 실외뿐만 아니라 실내 공기 오염물질의 노출에 따른 건강 위해성에 대 한 중요성이 점차 높아지고 있는 실정이다(Kim et al., 2013).

미세먼지는 1987년부터 세계보건기구로부터 대기 질 관리지침 물질로 제시되어 왔으며, 2013년 세계보 건기구 산하의 국제암연구소는 미세먼지를 인체에서 발암이 확인된 1군 발암물질로 규정하였다(Lee et al., 2018). 미세먼지는 입경이 작기 때문에 부피에 비해 비표면적이 커져 오염물질 흡착이 증가하고, 호흡을 통해 폐의 깊은 곳까지 침투할 수 있다(Park and Lim, 2006).

입자상물질의 발생원인은 크게 자연적 원인과 인 위적인 원인으로 구분되는데 자연적 원인으로는 황 사, 화산 폭발로 분출되는 화산재, 산불로 나무가 타 면서 발생하는 먼지 등이 있으며, 인위적인 원인으로 는 공장 매연, 자동차 배기가스, 특히 디젤 차량이나 노후자동차의 배기가스, 자동차 주행 시 도로와의 마 찰로 인한 타이어 마모, 광산에서 나오는 분진 등이 있다(Kim, 2019). 입자상물질은 자동차 매연과 산업 활동으로 인해서 발생되는 유독물질 및 중금속 등이 대기중에서 광화학 반응을 일으켜 만들어지며 이러 한 미세먼지는 기도를 자극하여 각종 호흡기 질환을 일으키는 직접적인 원인이며, 이외에도 피부질환과 안구질환 등이 발병한다(Kim, 2017).

그리고, 입자상물질에 포함된 중금속의 농도는 일 반적인 대기환경과 비교하여 높은 수준일 수 있으며, Pb, Cu, Cr, Cd, Ni 등이 주요 중금속에 해당되며 이러 한 중금속들은 상대적으로 긴 반감기로 인하여 인체 에 축적될 수 있는 유해한 오염물질로 인식되고 있다 (Kang et al., 2018).

이들 유해 오염물질과 미량의 중금속 물질들은 호 흡기 질환과 같은 환경성 질환을 일으킬 수 있으며, 미세먼지에 포함되어 있거나 부유하면서 인체 호흡 기로 흡입 및 축적이 되어 인간의 발암과 독성에 영 향을 미칠 수 있다(Kim, 2021). 미세먼지(PM₁₀)의 농 도가 높아질수록 호흡기 질환 및 심혈관질환의 증상 악화를 초래하는 건강영향에 관한 연구(Seo et al., 2006) 와 미세먼지에 대해 사망률의 증가(Park et al., 2016), 심혈관계 영향, 호흡기계 영향(Choe and Lee, 2015) 등 관련성을 나타내는 연구 결과들이 증가하고 있다. (Chen et al. 2014)의 연구에서 입자상물질에 흡착 되어 있 는 중금속은 자동차 산업 및 연료, 석탄 등의 인위적 인 발생원에서 배출이 성인과 어린이에게 건강 문제 를 발생한다고 보고되었으나, 국가산단이 위치하고 있는 취약지역 주민들을 대상으로 한 PM₁₀을 측정 및 분석한 연구는 활발하지 않는 실정이다.

따라서, 본 연구에서는 전라남도 Y지역의 주택 실 내, 실외 미세먼지(PM₁₀)을 측정하여, 실내, 실외 미세 먼지(PM₁₀)의 농도 분포를 파악하여 실내공기질 개 선과 환경보건 및 지자체의 환경보건 정책 수립, Risk Communication 등에 중요한 기초자료로 제시하고자 한다.

2. 연구방법

2.1 환경시료 측정 및 분석

본 연구는 2020년 8월부터 9월까지 전남 Y지역에서 20세대의 주택 실내, 실외 PM₁₀ 농도를 측정하였다. 연구 조사지점은 현 지역에서 5년 이상 거주한 20세 이상 성인들이 거주하는 주택 공간을 선정하였다.

2.2 환경시료 측정 및 분석

2.2.1 미세먼지(PM₁₀)

미세먼지(PM₁₀)는 소용량 공기채취기(Mini volume air sampler, Air Metrics, USA)를 이용하여 주택 실내, 실외의 발생원이 높을 것으로 예상되는 지점을 측정 하며, 채취 시 흡인유량은 5 L/min으로 측정 지점별 24 시간동안 측정하여 PM₁₀ 중량농도를 산출한다.

시료 채취에 사용된 Pallflex membrane filter (47 mm, Pall corp., USA)는 시료채취 전·후 항온 및 항습 장치인 데시게이터 내에서 48시간 이상 보관하여 사 용하였으며, 10⁻⁶ g의 Micro Balance (CP2P-F, Sartorius, Germany)로 3-5회 반복하여 중량을 칭량한 후 중량농 도를 산출한다(식 (1)).

2.2.2 미세먼지(PM₁₀) 중 중금속

미세먼지(PM₁₀) 중 중금속은 다양한 화학적인 물질 들로 구성되어 있지만, 미세먼지에서 위해성물질로 고려되는 중금속인 Cr, Mn, Ni을 선별하였다. 중금속 분석방법은 산 분해 방식을 이용하여, 채취된 시료를 vial에 넣고 추출용매로 1.03 M 질산과 2.23 M 염산의 혼합액(1:1)을 30 mL를 vial에 첨가한다. 산 분해 장치 (sonication) 위에 세팅 후 100°C에 2시간 동안 분해 후 추출기에서 꺼낸 후 초순수량 20 mL를 추가하여 최 종 추출액의 양을 50 mL가 되게 한다. 최종으로 전량 을 필터링한 후 분석기기로 분석한다. 분해용기는 질 산 10% 넣어 세척 한다. 전처리 후 유도결합플라즈마 (ICP) 방출 분광광도계(SHIMADZU Corp., JAPAN)를 이용하여 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni)을 분석하였다. 중금속 농도 계산식은 식 (2)에 나타내었다(Table 1).

2.3 개인노출농도 예측

설문조사 내용 중 시간활동패턴 결과를 이용하여 시간가중치 예측모델을 사용하여 공기 중 오염물질 개인노출량 농도와 하루 24시간동안 실내, 실외에 머 무는 시간에 따른 개인노출농도를 추정한다. 시간가 중치 예측모델은 식 (3)와 같다.

2.4 PM₁₀ 노출 평가

노출 평가는 본 연구의 측정시간 24시간을 고려하여 1일 미세먼지 노출량 평가를 진행하였다. 성별에 따라 호흡율과 체중의 특성이 다를 수 있어 남성과, 여성으 로 분류하여 산출하였으며, 한국노출계수 핸드북(2007) 을 이용하여 CTE (Central Tendency Exposure), RME (Reasonable Maximum Exposure) 값을 나타내었다. 노 출시간(ET), 노출기간(ED), 평균노출시간(AT) 노출계 수는 1일 기준으로 실내, 실외 공간에 지속적으로 노 출되는 것으로 가정하였다(식 (4)).

2.5 위해도 결정

발암물질의 경우, US EPA의 IRIS 자료들을 이용하 여 용량-반응평가를 통해 산출된 발암잠재력(cancer potency factor)과 LADDs값을 곱하여 발암위해도 (cancer risk)를 산출하였다(식(5)). US EPA에서는 발암 위해도의 최고허용기준치와 허용기준치를 각각 10⁻⁴, 10⁻⁶으로 제시하고 있다.

비발암성물질의 경우, ADDs와 RfD의 비를 통해 비 발암성물질의 위해도지수(hazard index 이하; HI)를 산 출하였으며(식 (6)), 위해도지수가 “1”을 기준으로 하 여 1이하인 경우 안전역에 속해 있으며, 1을 초과하는 경우에는 건강상 위해한 영향이 발생할 가능성이 있 음을 의미한다. 그러나 위해도지수의 크고 작음에 따 라 위해도의 정도를 고려하지는 않는다.

2.6 통계분석

본 연구의 통계분석을 위해 사용한 프로그램은 SPSS (ver.25.0)와 Crystal ball Program (Oracle, ver.11.1.2.3)을 사용하였다. 연구지역의 인구학적 특성, 생활습관, 거 주환경 및 시간활동양상 결과는 빈도분석을 수행하 였으며, 실내, 실외 미세먼지(PM₁₀)와 중금속 농도는 산술평균 및 기하평균을 적용하였고, 표준편차로도 나타내었다. 그리고 설문특성에 따른 PM₁₀과 중금속 농도의 평균차이 검정은 Mann-Whitney test를 적용하 였으며 PM₁₀ 각각의 오염물질별 실내, 실외, 개인노 출 농도의 상관성 분석은 Spearman's correlation으로 분석하였다. 위해성평가는 Crystal ball program을 이 용하여 US EPA의 기준으로 위해도를 산정할 수 없는 Cr을 제외한 Mn, Ni에 대한 위해성평가를 산정하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 연구대상지역의 특성

설문조사를 통한 연구대상지역인 Y지역의 거주 특 성을 Table 2에 나타내었다. 연구 대상자는 남성 9명 (45.0%), 여성 11명(55.0%)이었으며, 체질량지수(Boby Mass Index, BMI)는 정상체중(18.0-22.9 kg/m²) 8명, 과 체중(23 kg/m²) 12명으로 조사되었다. 흡연여부는 흡 연군 25.0%, 비흡연군 75.0% 이었으며, 간접흡연 여부 는 13명(65.0%)으로 간접적으로 노출되는 사람이 많 았다. 선호하는 음식은 채식이 85.0%로 가장 많은 분 포를 나타냈다. 건물형태는 단독주택 중 양옥이 15 가 구, 한옥 5 가구로 조사되었으며, 현 거주지에서 평균 적으로 37년 이상 거주한 것으로 나타났다. 하루 중 17 시간 이상을 주택에서 보내는 것으로 나타났고, 주거 지로부터 도로까지의 거리는 50 m 이상이 주로 분포 되었다.

3.2 환경오염물질 농도

3.2.1 PM₁₀ 실내·실외 농도

Y지역의 PM₁₀ 실내, 실외 농도를 Table 3에 나타냈 다. Y지역의 실내 PM₁₀ 농도는 49.38 μg/m³, 실외 PM₁₀ 농도는 48.02 μg/m³로 실내 농도가 실외 농도보다 약 간 높게 나타났다. 대기환경 기준의 24시간 평균치 50 μg/m³와 비교하였을 때 Y의 PM₁₀ 실내, 실외 농도 는 기준치를 초과하지 않았다. 본 연구의 대상자들은 55.0% 이상이 60세 이상의 고령층인 것으로 고려해볼 때 연령이 증가함에 따라 실내체류시간이 길어지고 (Lim et al., 2016), 본 연구결과의 I/O Ratio가 1 이상으 로 나타나, 실내발생원의 존재 가능성이 있는 점을 고 려한다면 대상자들의 미세먼지에 대한 개인노출농도 또한 증가할 수 있다고 판단된다. 따라서 이에 대한 지자체 차원의 관리 계획이 필요한 것으로 생각된다.

실내거주 평균시간에 따른 PM₁₀의 실내농도 결과 는 Table 4과 같다. 실내거주 평균시간이 17시간 미만 일 때 실내 농도는 45.87 μg/m³, 17시간 이상일 때는 실 내 농도 50.26 μg/m³로 나타났으며, 통계적으로 유의 하지 않았지만, Table 4의 결과는 실내거주 평균시간 이 많아질수록 실내 PM₁₀ 농도가 높게 나올 수 있다 는 가능성을 보였으며, 이는 개인노출에도 영향을 줄 수 있는 중요한 요인으로 판단되어, 향후 개인노출 측 정이 가능한 방법을 개발 및 사용하여 실내체류시간 에 따른 PM₁₀농도를 통한 개인노출농도의 영향을 검 토할 필요성이 있는 것으로 사료된다.

3.2.2 중금속 실내·실외 농도

Y지역의 중금속(Cr, Mn, Ni)의 실내, 실외 농도는 Table 5와 같다. 중금속 Mn의 실내 농도는 5.87 ng/m³, 실외 농도는 7.98 ng/m³이며, Ni의 실내 농도는 0.31 ng/ m³, 실외 농도는 1.70 ng/m³로 나타나, Mn과 Ni은 실 내농도보다 실외농도에서 높은 농도를 보였다. Y지 역 국가 중금속 측정망의 결과에서도 PM₁₀ 중 Mn 농 도는 14.2 ng/m³, Cr은 1.1 ng/m³, Ni은 2.5 ng/m³으로 보고되어, Mn, Ni의 경우에는 중금속 측정망의 결과 가 본 연구 결과의 Mn, Ni 실외농도보다 높게 나타났 다. (Kim et al., 2010)에 의하면 Cr, Mn, Ni 등의 중금 속은 산업과 관련된 물품 이동 등 산업 활동에 따라 농도가 달라질 수 있으며, 산업단지에서 배출된 중금 속이 인근 지역으로 이동 할 수 있는 가능성이 있다 고 보고되어 본 연구 결과에서도 다양한 실외 요인에 의해 영향을 받은 것으로 생각되며, 실외 발생원의 존 재를 측정할 필요가 있을 것으로 판단된다.

3.3 상관성 분석

공기 중 PM₁₀ 농도와 중금속 농도와의 상관관계를 분석한 결과를 Table 6에 나타내었다. 분석 결과, 공기 중 Ni 과 Cr, Mn은 양의 상관성을 보였다(p<0.01). 이 는 공기 중에 발생되는 오염물질이 연구 대상지역인 산업단지에서 배출되는 영향뿐만 아니라 주택 실내, 실외공간에서의 미세먼지(PM₁₀)가 다양한 발생원에 서 동시에 배출되는 것으로도 예측할 수 있는 것으로 생각된다.

3.4 시간활동양상 분석

대상자들의 실내, 실외활동의 시간활동양상을 분 석한 결과는 Table 7과 같다. 대부분의 대상자들은 주 택뿐만 아니라 다른 장소(백화점, 마트, 영화관, 식당 등)를 포함하여 실내에서 약 80% 이상을 보내는 것으 로 나타났다. 24시간 기준 중 약 17시간 이상을 주택 에 거주하는 하는 것으로 나타났으며, 실외에서는 약 4시간 이상으로 조사되었다.

3.5 개인노출농도 예측 결과

3.5.1 PM₁₀ 개인노출농도 예측

PM₁₀의 실내농도를 기준으로 시간가중 평균값을 활용하여 개인노출 농도를 추정한 결과는 Table 8에 나타내었다. PM₁₀의 개인노출 추정 농도는 49.36 μg/ m³ 평가되었다. 미세먼지(PM₁₀)의 건강영향을 평가 하는 데는 우리나라 국민의 실내체류 평균시간이 하 루 중 80% 이상인 만큼 실내농도와 개인노출농도가 중요한 요인으로 인지되고 있다. Morawsla et al., (2013) 의 연구에서는 공간적 특이성이 개인노출농도에 기 여한다고 보고하고 있어, PM₁₀의 개인노출 실측이 어 려운 다양한 실내 공간에서는 본 연구에서 적용된 예 측모델 값의 활용이 가능할 것으로 생각된다.

3.5.2 PM₁₀ 노출평가

거주지에 하루 24시간 동안 활동하면서 실내, 실외 미세먼지(PM₁₀)농도, 개인노출 추정농도의 노출계수 를 바탕으로 노출량(ADDs)을 평가한 결과를 Table 9 에 나타내었다. Y지역 실내 미세먼지(PM₁₀)의 평균 노 출량은 남성에서 9.17 μg/kg-day, 여성 9.26 μg/kg-day 이였으며, 실외에서는 남성 9.44 μg/kg-day, 여성 9.55 μg/kg-day로 나타나, 실외 미세먼지(PM₁₀) 노출량이 실내보다 높은 농도를 나타났으며, 남성보다 여성에 서 노출량이 약간 높은 농도를 보였다.

3.6 위해성평가

3.6.1 발암위해도 Ni

Ni의 실내, 실외 농도로 인한 발암위해도를 단일평 가치 분석 결과를 Table 10에 나타내었다. 실내에서 남 성과 여성의 CTE는 2.07×10⁻⁷, 1.88×10⁻⁷로 나타났고, 실 외에서는 남성 CTE 1.58×10⁻⁷, 여성 CTE 1.44×10⁻⁷으 로, EPA에서 제시하는 허용기준치(10^-6)를 초과하지 않는 것으로 나타났다.

몬테카를로를 이용한 확률론적 평가치 분석에서는 실내의 남성 평균값은 5.04×10⁻⁶, 여성 평균값은 2.43× 10⁻⁶로 나타났으며, 실외 남성 평균값은 1.39×10⁻⁵, 여 성 평균값은 1.24×10⁻⁵으로 EPA에서 제시되는 허용기 준치를 초과하는 것으로 나타났다. 지속적으로 노출 이 된다면 남성, 여성 건강에 영향을 줄 수 있는 가능 성이 있다고 생각된다.

3.6.2 비발암위해도 Mn

중금속 Mn의 실내, 실외농도로 인한 비발암위해도 를 단일평가치 분석 결과를 Table 11에 나타내었다. 실 내에서 남성과 여성의 CTE는 8.46×10⁺¹, 8.46×10⁺¹로 나타났고, 실외에서는 남성 CTE 3.26×10⁺¹, 여성 CTE 3.26×10⁺¹ 으로 나타나 여성보다 남성에서 높은 경향 을 보이고 있으며, EPA에서 제시하는 인체유해영향 판단 기준치인 1을 초과하는 것으로 나타났다.

몬테카를로를 이용한 확률론적 평가치 분석에서도 실내의 남성 평균값은 8.46×10⁺¹, 여성 평균값은 8.45×10⁺¹로 나타났으며, 실외 남성 평균값은 3.22×10⁺¹, 여성 평균값은 3.26×10⁺¹으로 나타나 확률론적 평가 치 분석으로 50% 이상의 결과에서도 남성, 여성 모두 EPA에서 제시되는 허용기준치 1을 초과하는 것으로 나타났다.

4. 결 론

전남 Y지역의 미세먼지(PM₁₀)의 실내, 실외농도 분 포를 확인하고, 시간가중치 모델을 적용하여 개인노 출 추정과 노출 및 위해성평가를 실시한 결과 다음과 같다.

본 연구에서는 실내공기질을 정확하게 평가하기 위 해서는 다양한 요인들에 대한 검토의 필요성이 제시 되었으며, 향후 본 결과들은 실측이 쉽지 않는 실내 오염물질 농도를 파악하는데 주요한 기초자료로 활 용 가능한 것으로 생각한다.