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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.21 No.3 pp.162-169
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2022.21.3.162

Distribution of fine dust and black carbon indoors and outdoors of an elementary school adjacent to high traffic road

Sumin Lee, Sukwon Kang, Tae-Jung Lee, Young Min Jo*
Department of Environmental Science and Engineering, Kyung Hee University, Republic of Korea
* Corresponding Author: Tel: +82-31-201-2485 E-mail: ymjo@khu.ac.kr
08/08/2022 26/08/2022 26/08/2022

Abstract


Black carbon (BC), which is mainly contained in fine particulate matters, is one of the typical anthropogenic air pollutants that are generated from the incomplete combustion process and discharged into the atmosphere, and its various health effects particularly on children have been a growing concern. In this study, BC and particulate matters were closely analyzed in an elementary school adjacent to a high- traffic road in a large metropolitan city. The investigation showed that black carbon behaved similarly to ultrafine dust of 0.3 μm or less in the air, accounting for 20%-40% of it. The occurrence of high concentration outdoor pollution influences the BC content in indoor particulate matters. The average I/O value was 0.7 during the class-hours, and 0.8 without students. However, when students played in the classroom, the range of BC concentrations varied from 0.25 to 1.15, wider than 0.41-1.13 without students. Although this study was conducted with regard to just one elementary school, it can be considered to represent the typical air quality status of domestic schools, and it is believed to present valuable data which can be utilized to assist with preparing measures to enhance the air quality management of schools.


Black carbon , Elementary school , Fine dust , I/O value

도로변 초등학교 실내외 미세먼지 및 블랙카본 분포

이 수민, 강 석원, 이 태정, 조 영민*
경희대학교 환경학 및 환경공학과

초록

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

    1. 서 론

    초등학교 환경질은 국내·외적으로 늘 관심의 대상 이 되어 왔다. 특히 교실 내부의 휘발성유기화합물(VOC) 이나 라돈, 석면이 주요 오염물질로서 조사되어 왔으 나 최근에는 미세먼지와 탄소물질이 관심 대상 물질 로 대두되고 있다(Yang et al., 2015;Reche et al., 2015). 성장기 어린이들에 대한 미세먼지(PM10)와 초미세먼 지(PM2.5)에 대한 위해성은 오래전부터 강조되어 왔 으며, 교통량이 많은 지역 대기 중 탄소물질(EC: elemental carbon, OC: organic carbon, BC: black carbon)의 농도가 높다는 다수의 연구 결과가 발표되 면서 더욱 관심이 높아졌다(Richmond-Bryant et al., 2011;Hochstetler et al., 2011).

    이 가운데서 블랙카본(BC)은 대기 에어로졸 입자 의 중요한 구성성분으로 주로 화석연료 및 바이오매 스의 불완전연소 과정을 통해 배출되며, 대기 중에서 는 태양복사 에너지를 흡수하여 지구온난화에 영향 을 주는 물질로 지목되어 다양하게 연구되어왔다(Kang et al., 2004;Kim et al., 2015;Wang et al., 2014). 또한, 블랙카본이 함유되어 있는 에어로졸 입자는 여러 가 지 해로운 물질을 흡착하고 있으므로 자체적으로 발 암성이 있는 유해물질로 구분되고 있다. 이러한 블랙 카본에 대한 건강적인 위해성은 이미 오래전부터 제 기되어 다양한 역학적인 연구가 진행되어 왔다(Mumford et al., 1990;Grahame et al., 2014;Hvidtfeldt et al., 2019). 특히 어린이 폐기능 저하와 인지발달 저해 요 인이 되고, 골밀도 감소를 유발한다는 연구결과도 발 표되었다(Sunyer et al., 2015;Khreis et al., 2017;Prada et al., 2017). Lequy et al. (2021)은 코호트 추적연구를 통하여 대기 중의 블랙카본에 장기간 노출되는 사람 들이 일반인의 경우보다 약 3배 가량 폐암 발병률이 높아지는 것을 발견하였다. 실내 PM2.5에 포함되어 있 는 블랙카본과 심혈관계 질환의 상관관계를 조사한 결과, 72시간 동안 블랙카본 약 0.6 μg/m3 노출에 의해 수축기 혈압이 상승하는 것을 관찰하였다(Rabito et al., 2019). 더 나아가 대기오염물질에 대한 위해성 모델 을 통하여 분석한 결과, PM2.5 보다 블랙카본이 건강 을 더 악화시킬 수 있다는 연구결과도 보고되고 있다 (Janssen et al., 2011).

    일반적으로 학교는 교통량이 많은 곳에 위치하는 경우가 많기 때문에 블랙카본을 비롯한 자동차 관련 오염물질에 노출될 확률이 높다. 대도시에서 교통량 과 대기중 블랙카본의 농도에 대한 상관성을 PM2.5와 함께 고찰함으로써 도로주변 공기중에서 검출되는 PM2.5의 38% ± 14%를 블랙카본이 차지하고 있고, 이 는 자동차 운행량이 많을수록 높아진다는 연구결과 가 발표되기도 하였다(Ozdemir, 2014). 비록 주거환경 이 다른 미국 뉴욕에서의 연구이기는 하지만, 성장기 초등학교 어린이들의 천식을 비롯한 호흡기 계통 질 환이 집에 주로 체류하는 방학 동안보다 학기 중에 더 높아지는 결과가 최근 발표되었다(Jung et al., 2021). 또 다른 연구에서는 학생들이 단기간이라도 고농도 블랙카본에 노출되면 알러지성 호흡기계 염증이 증 가할 수 있으므로 대도시 환경이 어린이 건강에 훨씬 부정적인 영향을 준다고 강조하고 있다(Paunescu et al., 2019). 국내에서도 초등학교 학생들이 가정과 학 교에서 블랙카본을 흡수하는 패턴에 대하여 활동도 측면에서 조사한 연구에 따르면 학생들은 하루에 6.6 μg ~ 46.3 μg의 블랙카본을 흡입하며, 이 가운데 학교에 서 흡입하는 양은 평균 20.3% 정도인 것으로 나타났 다(Jeong and Park, 2017). 어린이들이 머무는 학교나 가정에는 sub-micron 크기로 분포하는 초미세 블랙카 본이 외부로부터 유입되는 것을 방지하는 시설이 부 재하므로 제한된 공간에서의 실내활동을 통한 집중 적 노출에 취약한 문제가 있다.

    그러나 학교를 비롯한 실내공간에서 어린이들의 초 미세먼지와 블랙카본에 대한 노출연구가 최근 시도 된 적이 있기는 하지만(Matthaios, 2022), 대부분의 연 구들은 보건학적 측면의 제한된 학생들에 대한 개인 별 역학조사에 머무를 수밖에 없는 한계가 있었다. 따 라서 본 연구에서는 자동차 통행량이 매우 많은 왕복 10차선 도로와 교차로, 내리막과 오르막이 혼재되어 있는 경기도 내 도로변의 한 초등학교를 대상으로 교 실과 운동장에서 입자상오염물질인 미세먼지와 블랙 카본을 측정해봄으로써 어린 학생들이 장시간 체류 하는 환경공간에서 유해 오염물질에 얼마나 노출되 고 있는지를 판단해보고자 하였다. 연구기간 중 국가 측정망 자료를 공유함으로써 지역 대기 중 고농도 현 상이 공식적으로 발현되는지를 확인하고, 직접적으 로 학교교실에 영향을 주는 운동장 외기농도와 비교 해보았다.

    2. 실험방법

    2.1 연구대상 현장

    본 연구는 경기도 수원시 동남부의 주거 및 상업지 역에 위치하고 있는 Y-초등학교를 연구대상 현장으 로 선정하였다. 연구대상 초등학교의 주변환경은 학 교 서측으로 약 1 km 지점에 산업시설이 위치해 있으 며, 남측으로는 100 m 이내에 왕복 10차선 도로가 위 치하고 있어 직접적인 영향을 받을 수 있다. 이 도로 의 하루 자동차 통행량은 25,000대에서 35,000대, 경우 에 따라 6만 대가 넘으며(Suwon Traffic Information, 2022), 교차로와 함께 내리막과 오르막이 혼재되어 있 는 교통 혼잡 도로로서 특히, 출퇴근 시간에 교통체 증이 심한 상태이다.

    대상 학교의 전체 재학생 수는 598명으로, 측정 교 실은 23명의 학생이 재실하고 있는 2학년 학급이었 다. 학생들은 월요일부터 금요일까지, 오전 8시부터 등교하여 오후 2시에 하교하였다.

    2.2 조사 및 측정방법

    측정대상 학교에서 미세먼지와 블랙카본 측정은 2021 년 12월 6일부터 12월 17일까지 수업이 진행되는 주 중 10일 동안 집중적으로 이루어졌다. 실내 측정은 지 상에서 약 4 m 떨어진 2층에 위치한 2학년 1개 교실 에서 실시하였으며, 샘플러는 교실 뒤편의 지면에서 약 1.5 m 높이의 사물함 위에 설치하였다. 실외 측정 은 교실 건물과 가까운 운동장 구령대에서 측정하였 으며, 실내 측정 장소에서 약 5 m 이내의 이격거리로 교실과 동일한 측정장비를 설치하였다. 측정기간 동 안, 선생님과 학생들이 교실 양쪽에 있는 창문을 통 해 수동으로 환기시키고 있었으며, 고농도 사례일에 는 창문을 닫고 공기청정기를 가동하고 있었다. 문 열 림 감지 센서(DS-200, SKT NUGU, Korea)를 통하여 측 정한 결과, 창문이 열리는 때는 학생들의 활동이 활 발한 점심시간과 오후 쉬는 시간 대가 많았고, 4개 창 문 가운데 중간의 2개 창문만이 열림/담힘이 감지되 었다. 앞 뒤 복도쪽 출입문은 점심시간을 제외하고는 거의 닫혀있는 상태를 유지하였다. 전체적으로 겨울 날씨 분위기인 바, 수업시간에는 문이 거의 닫혀있었다.

    교실과 운동장의 입경별 먼지의 질량농도는 광산 란 방식을 이용하여 먼지에 의한 산란광량을 검출 분 석함으로써 입자의 개수와 크기분포를 측정할 수 있 는 Dust monitor (model 11D, Grimm inc., Germany) 를 이용하였다. 본 장비의 측정범위는 0.23 μm에서 32 μm 사이의 31개 크기 채널의 입자 수농도(수/m3) 를 실시간으로 측정하며, 직경 1.0, 2.5, 10 μm 이하 입 자의 질량농도를 μg/m3로 도출된다. Dust monitor는 주기적으로 표준물질을 이용하여 1차 검교정을 진행 하였고, 측정된 데이터는 국가측정망과 동일한 위치 에서 측정하여 자료를 비교함으로써 보정하였다.

    한편 공기 중 블랙카본 측정은 동일한 광흡수계수 측정기 Aethalometer (AE-51, AethLabs, USA) 2 대를 이용하여 실내·외에서 오전 8시부터 오후 4시 30분까 지 동시에 측정하였다. AE-51 모델은 880 nm의 적외 선 단일파장을 이용하여 블랙카본 농도를 실시간을 측정할 수 있는 장비로 블랙카본 농도는 1분 측정 간 격으로 저장되도록 하였다. 블랙카본 측정값은 10분 평균값을 계산하여 정량적 농도분포를 분석하고, 미 세먼지와의 상관관계를 고찰하였다. 참고로 Aethalometer는 필터에 채취된 블랙카본 입자의 양은 필터를 통과한 빛의 감쇄 변화에 비례한다는 가정하에 블랙 카본 질량농도를 결정한다. 필터에 축적된 블랙카본 입자에 의한 빛의 광학적 감쇄(attenuation) 계수로부 터 블랙카본 에어로졸의 질량농도를 계산한다(Hansen et al., 1984;Mosquera et al., 2021). 교실 내에서의 시료 채취와 실시간 측정은 ‘활동상황 미간섭’ 조건을 유지 하여 평소의 학습활동을 유지시키도록 하였다.

    3. 연구결과 및 고찰

    3.1 실내·외 실시간 미세먼지 농도분포

    학교 실내외 측정기간 동안 학교와 가장 가까운 1.7 km 지점에서의 국가측정망(AQMS: air quality monitoring system) 데이터를 살펴보면, Fig. 1과 같이 측정 시작 첫째 주간의 PM10과 PM2.5 농도가 각각 최 소 16.0 μg/m3 과 5.0 μg/m3에서 최대 103 μg/m3 과 54 μg/m3의 대기 미세먼지의 농도범위를 나타내었다. 이 값들을 학교 운동장에서 측정한 외기농도 평균값 들과 비교하면 전체적으로 유사한 유형의 변화량을 보여주고 있지만, 풍향이나 풍속 조건에 따라 시차를 두고 변화형태가 다르게 나타나기도 한다. 예를들면, 측정 5일차 오전에 나타난 결과에 따르면 측정망은 PM2.5의 경우, 15 μg/m3 ~ 20 μg/m3의 범위를 유지하고 있었으나 실제 운동장에서는 25 μg/m3 ~ 32 μg/m3 까 지 유지하다가 오후 저학년 하교시간이 되면서 증가 하는 경향을 보여주었다. 대체로 측정망의 PM10은 운 동장의 농도와 비교해보면 47%에서 175% 까지 변화 하지만 평균값이 거의 일치하는 99.98%를 보여주었 다. 반면에, PM2.5는 32%에서 130%까지의 차이를 보 이면서 측정망에서 나타는 결과가 운동장의 약 67% 를 나타내고 있음을 알 수 있다.

    즉, F/C (fine/coarse) 값으로 표현할 수 있는 PM10 대 비 PM2.5의 상대적인 값은 고농도 시기를 제외하고 학 교 운동장에서는 평균 0.65로 산출되는 반면, 측정망 에서는 평균 0.53에 머무르는 낮은 값을 보여주었다. 운동장의 표면상태에 따라 다르게 나타날 수 있지만 본 연구대상 학교는 일반 토양으로 이루어져 있었고, 지면의 영향을 최소화하는 측정망 위치에 비하여 학 교 운동장 (엄밀하게는 구령대 위)에서는 토양표면에 서 비산하는 초미세먼지와 인접한 도로를 운행하는 자동차에서 발생하는 배출물과 마모성 입자상물질이 더 많이 검출되었던 것으로 추측할 수 있다. 이러한 미세한 입자들은 교실을 비롯한 건물 내부로 침투할 가능성이 높은 바, 학생들에 대한 노출 위험도가 높 다고 판단할 수 있다.

    한편, 대기 중 PM10 농도가 134 μg/m3, PM2.5 농도가 95 μg/m3까지 상승하여 이 지역에 고농도가 발현되었 던 날(2021년 12월 15, 16일)에는 측정망과 운동장의 농도차가 크게 나타났다. 즉, 24시간 평균 국가기준치 (PM10; 100 μg/m3, PM2.5: 35 μg/m3) 이하인 평상 시에 는 두 측정 지점의 차이가 운동장 기준으로 +10% ~ -30%를 보이고 있었으나 기준치 이상의 고농도 분위 기에서는 +50% ~ -30%로 크게 벌어졌다. 따라서 추후 광산란 방식의 센서 데이터를 이용하는 학교별 공기 질 관리 시에는 센서가 1등급 제품일지라도 배경농 도 등에 따라 가변적일 수 있음을 고려하여 데이터를 보정하는 단계가 필수적일 것으로 판단된다.

    3.2 실시간 BC 및 미세먼지 분포 변화

    일반적으로 대기중 블랙카본은 정량적인 농도분포 뿐만 아니라 공기 중의 거동 또한 PM10 보다는 PM1.0 이하의 입자와 유사한 형태를 보이는 것으로 보고되 고 있다(Xu et al., 2015). 따라서 본 연구에서는 입자 사 이즈가 작은 PM1.0 (입경사이즈 1 μm 이하), PM0.3 (입 경사이즈 0.3 μm 이하)과 블랙카본 농도를 함께 도식 해 봄으로써 그 상관관계를 고찰해보았다(Fig. 2).

    PM2.5의 평균농도가 35 μg/m3 이하를 유지하는 평상 시 공기질에 해당하는 첫 째 주(12.6 ~ 12.10) 측정 기 간 중에 나타난 교실 내에서의 PM0.3은 2 μg/m3에서 6.8 μg/m3 수준으로 분포하였고, 이는 외기농도인 3.5 μg/ m3에서 10 μg/m3의 약 68%에 해당한다. 같은 시간대 에 측정한 BC의 실내농도는 0.6 μg/m3 ~ 2 μg/m3 였다. 즉, 실내 PM0.3의 약 30%에 해당하는 것으로 계산된 다. 반면에 PM2.5 농도 36 μg/m3 이상의 고농도가 발생 했던 날(2021년 12월 15일, 16일)의 PM0.3의 최대농도 는 외기에서 14 μg/m3, 교실에서 10.3 μg/m3의 높은 수 치가 확인되었다. 그러나 해당 날짜에 PM2.5 농도가 다 른 날과 비교하여 최대 3배 이상 증가하는 것에 비하 여는 PM0.3 농도는 다소 낮은 상승률(약 2배 ~ 2.5배) 을 보였다. 고농도 사례일에 외기 중 BC 농도는 5.2 μg/ m3으로서 PM0.3 농도의 37%까지 함께 상승하였다. 이 기간 동안 블랙카본의 실시간 농도 변화는 PM0.3과 거 의 일치하는 형태를 보여주었다.

    다만, 7일차(12월 14일) 측정에서 나타났듯이 외기 중 PM0.3이 9.2 μg/m3에서 9일차(12월 16일) 오전에 최 대 14 μg/m3로 약 52% 상승하였는데, 블랙카본의 경 우 동일한 시간을 비교해보면 1.8 μg/m3에서 5.5 μg/m3 로 2 배 이상 증가하였다. 이는 이 시기의 고농도 발 현은 황사나 꽃가루와 같은 자연적인 입자상 물질에 의한 것이 아니라 국내외에서 발생한 연소기원 대기 오염물질들이 정체되어 고농도를 유지한 것으로 보 인다. 따라서 이때 함께 발생하는 블랙카본을 포함한 탄소물질의 공기 중 체류 농도가 급격히 증가할 수 있 었던 것으로 짐작된다. 실제로 평균 풍속이 5 m/s로서 측정기간 중 가장 바람이 세게 불었던 10일차에는 외 기의 PM0.3이 2 μg/m3, BC는 0.6 μg/m3 이하로 낮아지 는 것을 관측할 수 있었다.

    교실 내외에서의 PM0.3 대비 블랙카본 농도의 전체 측정값에 대한 상관관계를 Fig. 3 (a)에 도시하고 고찰 해보았다. 실내와 실외 모두 비교적 높은 상관성을 갖 는 선형관계를 보이고 있으며, 실내 PM0.3 가운데 블 랙카본이 30% 정도 차지하는 반면 실외 PM0.3은 평균 적으로 28%를 포함하고 있음을 알 수 있다. 그리고 실 내 PM0.3에 대한 블랙카본의 농도분포가 실외보다는 좁은 폭의 분산도를 보이고 있는 것으로 미루어보아 PM0.3과 같은 극초미세먼지입자(ultrafine particle)의 화학적 조성에 있어서의 다양성이 상대적으로 실외 보다 낮을 것으로 추정된다. 참고적으로 도시한 PM1.0 대비 블랙카본은 실내와 실외, 각각 6%와 5%의 정량 적 변화율을 보이면서 높은 선형적 관계를 가지고 있 다. 작은 차이로 보이지만 블랙카본은 실내에서 0.3 um 이하의 미세먼지 입자에 집중적으로 포함되어 있음 을 알 수 있다.

    3.3 실내·외 입자상 오염물질 및 BC의 상대비교

    실시간으로 측정한 미세먼지 입경별 실내·외 농도 에 대한 상대비교값(I/O ratio)을 학생들이 교실에 있 는 재실(occupied)과 학생들이 교실에 없는 비재실 (vacant)로 구분하여 그림 4에 box-plot으로 제시하였다.

    학생 재실 시 대부분의 입자 크기에서 넓은 범위의 I/O ratio를 나타내고 있다. 특히 PM2.5 이상의 입자(그 래프에서는 2.8 μg) 부터는 이러한 특성이 두드러지 는데 이는 재실 시 학생들의 거동으로 인하여 입자의 유동 및 바닥에 침적되어 있는 거대입자가 재부유함 으로써 실내 공간의 농도 변화량이 증가하기때문에 공간 농도 편차가 크게 발생하는 것으로 볼 수 있다.

    학생 비재실의 경우는 재실 시와 비교하여 I/O ratio 범위가 좁은 분포를 보이고 있다. 이는 학생활동이 없 으므로 입자상 물질들의 실내 변화량이 작아지는 영 향으로 확인할 수 있다. 또한 비재실 시 하교와 동시 에 창문이나 출입문이 모두 닫힌 상태를 유지하기 때 문에 외기 농도에 비해 실내 미세먼지 농도가 낮아지 므로 모든 범위의 I/O ratio는 1.0 이하의 값을 보였다. 특히 상대적으로 큰 입자들의 침투율이 초미세입자 보다 작아질 수 있으므로 2.8 μg 이상의 거대입자 영 역에서의 평균 I/O ratio 값은 0.2 ~ 0.3 이하로 감소하 였다. 비 재실 시, I/O 값은 입자의 크기가 0.9 μg를 넘 어서면서부터 꾸준히 감소하고 있는 추세를 보임으 로써 입자가 작을수록 외기의 영향이 클 수 밖에 없 다는 사실을 역으로 입증하고 있다.

    한편, 0.4 ~ 0.3 μg 이하의 초미세 입자들에 대한 평 균 I/O ratio는 학생 비재실 시 더 높아지는 것으로 확 인되었다. 이는 교실 내 미세먼지의 발생원(source)이 존재하지 않는다고 가정하면, 대부분의 초미세먼지 는 외기에서 창호나 벽 틈새 등을 통하여 침투하고, 정체된 공기의 공간 내에서 대류 등의 메커니즘으로 오랫동안 부유하고 있는 것으로 보인다. 외기에서의 기류 운동으로 일정한 농도분포를 유지할 수 있는 반 면, 이렇게 작은 크기의 입자들은 실내에서 특별한 난 류가 형성되지 않는다면 오히려 축적효과가 발생하 는 것으로 추정해볼 수 있다(Chen and Zhao, 2011). Stokes의 침강 정의를 적용하여 단순히 계산해보아도 0.3 μm 입자들은 10 μm 보다 1,000배 이상 오랫동안 공간에 부유할 수 있다.

    블랙카본의 경우, 매우 미세한 입자들과 공기 중에 서의 거동이 유사하다는 연구가 있듯이(Xu et al., 2015), 본 연구에서도 블랙카본의 I/O ratio는 0.3 μm 이하의 입자들과 비슷한 I/O ratio 분포를 나타냈다. 학생 비 재실 교실에서 입자 크기가 작을수록 재실 시 보다 I/ O ratio 커지는 경향에 따라 블랙카본 또한 I/O ratio는 재실일 경우 0.65 보다 비재실의 경우 0.8로 큰 것으로 확인되었다. 이러한 submicron 크기의 극초미세먼지 (ultrafine particulate matters)들은 흡입 시 혈관을 통하 여 뇌신경계로 빠른 시간 이내에 침투하여 산소의 공 급을 저해하므로 기억력 감퇴나 어린 학생들의 두뇌 발달 등에 직접적으로 영향을 주는 것으로 알려져있 다(Garciduenas and Ayala, 2022).

    비록 실내 BC 농도는 외기의 농도보다 낮지만 인 체에 위해한 초미세먼지의 거동과 유사한 것을 고려 한다면 고농도 사례일의 경우에는 공기정화장치를 가동함으로써 실내 블랙카본의 수준을 낮출 필요가 있다. 따라서 학습활동이 있는 시간 동안 학생들은 오 히려 실외보다 높은 블랙카본에 노출되고 있으므로 환기나 공기정화장치를 가동함으로써 실내 블랙카본 의 수준을 낮출 필요가 있다.

    4. 결 론

    미세먼지 입자에 주로 포함되어 있는 블랙카본(BC) 은 불완전 연소과정에서 발생하여 대기 중으로 배출 되는 대표적인 인위적인 오염물질 가운데 하나이며, 그 유해성은 오래전부터 알려져 왔다. 본 연구에서는 대도시의 자동차 통행량이 많은 도로변에 인접한 초 등학교의 교실과 운동장에서 2021년 12월 6일부터 12 월 17일까지 2주 동안 실시간으로 측정하여 실내·외 PM2.5와 블랙카본의 현황을 심층적으로 분석해보았다.

    조사결과, 교실에서 발견되는 블랙카본은 어린이 건강에 직접적으로 영향을 끼치는 0.3 μm 이하의 초 미세먼지 입자와 공기 중에서 유사한 거동 형태를 보 이며, 공간에서 부유하는 PM0.3 질량농도의 20% ~ 40% 를 차지하고 있다. 외기 중 고농도 발현에 의한 영향 으로 고농도 먼지의 질, 즉 발생원인에 따라 블랙카 본의 함유율이 다르게 나타날 수 있음을 보였다. 한 편, 교실 내 학생들이 비재실 시 실내 블랙카본 농도 가 더 높아지는 특성으로 보여주었다. 즉, 블랙카본의 평균 I/O ratio 값은 재실 중에는 0.7 이었으나 비재실 중에는 0.8로 나타났다. 그러나 학생들이 교실 내에 있 을 때, 그 변화폭은 0.25 ~ 1.15까지로 비재실의 0.41 ~ 1.13 보다 더 넓은 분포를 보였다.

    본 연구는 한 개 학교에 대하여 조사한 연구이지만 국내 초등학교의 현황을 대변할 수 있는 심층조사결 과로서 모든 학교들의 주변환경과 실내공기질의 관 리에 대응할 수 있는 유익한 자료라고 판단된다.

    감사의 글

    국문표기 이 성과는 정부(과학기술정보통신부, 교 육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행 된 연구임(No.2019M3E7A1113077).

    Figure

    JOIE-21-3-162_F1.gif

    Real-time concentration profiles of PM10 and PM2.5 of indoor and outdoor observed at AQMS and light scattering monitor.

    JOIE-21-3-162_F2.gif

    Real-time concentration profiles of PM1.0, PM0.3 and BC for indoor and outdoor. (up: 1st week, down: 2nd week)

    JOIE-21-3-162_F3.gif

    Correlation of BC with PM0.3 and PM1.0 for indoors and outdoors.

    JOIE-21-3-162_F4.gif

    Average I/O values of particulate matters with (occupied) and without (vacant) students in the classroom.

    Table

    Reference

    1. Chen, C. , Zhao, B. ,2011. Review of relationship between indoor and outdoor particles: I/o ratio, infilatration factor and penetration factor. Atmospheric Environment 45(2), 275-288.
    2. Garciduenas, L. C. , Ayala, A. ,2022. Air Pollution, Ultrafine Particles, and Your Brain: Are Combustion Nanoparticle Emissions and Engineered Nanoparticles Causing Preventable Fatal Neurodegenerative Diseases and Common Neuropsychiatric Outcomes? Environmental Science & Technology 56(11), 6847-6856.
    3. Grahame, T. J. , Klemm, R. , Schlesinger, R. B. ,2014. Public health and components of particulate matter: the changing assessment of black carbon. Journal of the Air & Waste Management Association 64(6), 620-660.
    4. Hansen, A. D. A. , Rosen, H. , Novakov, T. ,1984. The aethalometer - an instrument for the real-time measurement of optical absorption by aerosol particles, Science of The Total Environment 36, 191-196.
    5. Hvidtfeldt, U. A. , Sorensen, M. , Geels, C. , Ketzel, M. , Khan, J. , Tjonneland, A. , Overvad, K. , Brandt, J. , Raaschou-Nielsen, O. 2019. Long term residential exposure to PM2.5, black carbon, NO2, and ozone and mortality in a Danish cohort. Environment International 123, 265-272.
    6. Hochstetler, H. A. , Yermakov, M. , Reponen, T. , Ryan, P. H. , Grinshpun, S. A. ,2011. Aerosol particles generated by dieses-powered school buses at urban schools as a source of children's exposure. Atmospheric Environment 45(7), 1444- 1453.
    7. Janssen, N. A. H. , Hoek, G. , Simic-Lawson, M. , Fischer, P. , van Bree, L. , ten Brink, H. , Keuken, M. , Atkinson, R.W. , Aderson, H.R. , Brundkreef, B. , Cassee, F.R. ,2011. Black carbon as an additional indicator of the adverse health effects of airborne particles compared with PM10and PM2.5. Environmental Health Perspectives 119(12), 1691-1699.
    8. Jeong, H. , Park, D. ,2017. Contribution of time-activity pattern and microenvironment to black carbon (BC) inhalation exposure and potential internal dose among elementary school children. Atmospheric Environment 164, 270-279.
    9. Jung, K. H. , Goodwin, K. E. , Perzanowski, M. S. , Chillrud, S. N. , Perera, F. P. , Miller, R. L. , Lovinsky-Desir, S. ,2021. Personal Exposure to Black Carbon at School and Levels of Fractional ExhaledNitric Oxide in New York City. Environmental Health Perspectives 129(9), 097005-1-10.
    10. Kang, C. M. , Lee, H. S. , Kang, B. W. , Lee, S. K. , Sunwoo, Y. ,2004. Chemical characteristics of acidic gas pollutants and PM2.5 species during hazy episodes in Seoul, South Korea, Atmospheric Environment 38(28), 4749-4760.
    11. Khreis, H. , Kelly, C. , Tate, J. , Parslow, R. , Lucas, K. , Nieuwenhuijsen, M. ,2017. Exposure to traffic-related air pollution and risk of development of childhood asthma: asystematic review and meta-analysis. Environment International 100, 1-31.
    12. Kim, H. S. , Kim, Y. J. , Seo, Y. R. ,2015. An Overview of Carcinogenic Heavy Metal: Molecular Toxicity Mechanism and Prevention. Journal of Cancer Prevention 20(4), 232-240.
    13. Lequy, E. , Siemiatycki, J. , Hoogh, K. , Vienneau, D. , Dupuy, J. F. , Gares, V. , Hertel, O. , Christensen, J. H. , Zhivin, S. , Goldberg, M. , Zins, M. , Jacquemin, B. ,2021. Contribution of Long-Term Exposure to Outdoor Black Carbon to the Carcinogenicity of Air Pollution: Evidence regarding Risk of Cancer in the Gazel Cohort. Environmental Health Perspectives 129(3), 037005-1-11.
    14. Matthaios, V. N. , Kang, C. M. , Wolfson, J. M. , Greco, K. F. , Gaffin, J. M. , Hauptman, M. , Cunningham, A. , Petty, C. R. , Lawrence, J. , Phipatanakul, W. , Gold, D. R. , Koutrakis, P. ,2022. Factors Influencing Classroom Exposures to Fine Particles, Black Carbon, and Nitrogen Dioxide in Inner-City Schools and Their Implications for Indoor Air Quality. Environmental Health Perspectives 130(4), 047005-1-11.
    15. Mosquera, A. , Močnik, G. , Drinovec, L. , Muller, T. , Pfeifer, T. , Minguillon, M.C. , Briel, B. , Buckley, P. , Dudoitis, V. , Fernandez-Garcia, J. , Fernandez-Amado, M. , Brito, J.F.D. , Riffault, V. , Flentjed, H. , Heffernan, E. , Nikolaos, K. , Kalogridis, A-C. , Keernik, H. , Marmureanu, L. , Luoma, K. , Marinoni, A. , Pikridas, M. , Schauer, G. , Serfozo, N. , Servomaa, H. , Titos, G. , Yus-Diez, J. , Zioła, N. , Wiedensohler, A. ,2021. Intercomparison and characterization of 23 Aethalometers under laboratory and ambient air conditions: procedures and unit-to-unit variabilities. Atmospheric Measurement Techniques 14(4), 3195-3216.
    16. Mumford, J. L. , Helmes, C. T. , Lee, X. , Seidenberg, J. , Nesnow, S. ,1990. Mouse skin tumorigenicity studies of indoor coal and wood combustion emissions from homes of residents in Xuan Wei, China with high lung cancer mortality. Carcinogenesis 11(3), 397-403.
    17. Ozdemir, H. , Pozzoli, L. , Kindap, T. , Demir, G. , Mertoglu, B. , Mihalopoulos, N. , Theodosi, C. , Kanakidou, M. , Im, U. , Unal, A. ,2014. Spatial and temporal analysis of black carbon aerosols in Istanbul megacity. Science of the Total Enviroment 473-474, 451-458.
    18. Paunescu, A-C. , Casas, M. , Ferrero, A. , Panella, P. , Bougas, N. , Beydon, N. , Just, J. , Lezmi, G. , Sunyer, J. , Ballester, F. , Momas, I. ,2019. Associations of black carbon with lung function and airway inflammation in school children. Environment International 131, 104984.
    19. Prada, D. , Zhong, J. , Colicino, E. , Zanobetti, A. , Schwartz, J. , Dagincourt, N. , Fang, S. C. , Kloog, I. , Zmuda, J. M. , Holick, M. , Herrera, L. A. , Hou, L. , Dominici, F. , Bartali, B. , Baccarelli, A. A. ,2017. Association of air particulate pollution with bone loss over time and bone fracture risk: analysis of data from two independent studies. Lancet Planet Health, 1(8), 337-347,
    20. Rabito, F. , Yang, Q. , Zhang, H. , Werthmann, D. , Chillrud, S. ,2019. The Relationship between Indoor Levels of Black Carbon and Blood Pressure. Environmental Epidemiology 3, 322-330.
    21. Reche, C. , Rivas, I. , Pandolfi, M. , Viana, M. , Bouso, L. , Alvarez-Pedrerol, M. , Alastuey, A. , Sunyer, J. , Querol, X. ,2015. Real-time indoor and outdoor measurements of black carbon at primary schools. Atmospheric Environment 120, 417-426.
    22. Richmond-Bryant, J. , Bukiewicz, L. , Kalin, R. , Galarraga, C. , Mirer, F. ,2011. A multisite analysis of the association between black carbon concentrations and vehicular idling, traffic, background pollution, and meteorology during school dismissals. Science of The Total Environment 409 (11), 2085-2093.
    23. Sunyer J , Esnaola M , Alvarez-Pedrerol M , Forns J , Rivas I , Lopez-Vicente M. , Suades-Gonzalez, E. , Foraster, M. , Garcia- Esteban, R. , Basagana, X. , Viana, M. , Cirach, M. , Moreno, T. , Alastuey, A. , Sebastian-Galles, N. , Nieuwenhuijsen, M. , Querol, X. ,2015. Association between traffic-related air pollution in schools and cognitive development in primary school children: a prospective cohort study. PLoS Medicine 12(3), 1001792.
    24. Suwon Traffic Information,2022. Available from: URL: http://its.suwon.go.kr/
    25. Wang, R. , Tao, S. , Balkanski, Y. , Ciais, P. , Boucher, O. , Liu, J. , Piao, S. , Shen, H. , Vuolo, M. R. , Valari, M. , Chen, H. , Chen, Y. , Cozic, A. , Huang, Y. , Li, B. , Li, W. , Shen, G. , Wang, B. , Zhang, Y. ,2014. Exposure to ambient black carbon derived from a unique inventory and high-resolution model. PNAS 111(7), 2459-2463.
    26. Xu, H. , Guinot, B. , Shen, Z. , Ho, K. F. , Niu, X. , Xiao, S. , Huang, R. J. , Cao, J. ,2015. Characteristics of Organic and Elemental Carbon in PM2.5 and PM0.25 in Indoor and Outdoor Environments of a Middle School: Secondary Formation of Organic Carbon and Sources Identification, Atmosphere 6(3), 361-379.
    27. Yang, J. , Nam, I. , Yun, H. , Kim, J. , Oh, H. , Lee, D. , Jeon S. M. , Yoo, S. H. , Sohn, J. R. ,2015. Characteristics of indoor air quality at urban elementary schools in Seoul, Korea: Assessment of effect of surrounding environments. Atmospheric Pollution Research 6(6), 1113-1122.