1. 서 론
국내 「실내공기질 관리법」상 관리 권고 항목 중 하나인 라돈은 무색, 무취, 무미의 기체로 자연 상태 어디에나 존재하는 자연방사성 물질로 라돈이 잘 빠 져나가지 못하는 실내 환경에서 인체노출 시 위험을 야기하는 존재로 알려져 있다. 그 위해성으로 인해 라 돈과 그 붕괴물질은 국제암연구기구(IARC)에 의해 ‘인 간에게 확실히 암을 일으키는 1군 발암물질’로 분류 되어 있다(IARC, 1998). 국제보건기구(WHO)에서는 폐암 발병의 3%~14%가 라돈에서 기인하는 것으로 분 류되며 흡연을 제외하면 가장 큰 폐암의 발병 요인이 라고 밝히고 있다(WHO, 2009). 미국 환경보건청에서 는 폐암으로 인한 사망자 가운데 약 21,100명에 해당 하는 14.4%가 라돈에 기인한다고 평가한바 있으며(EPA, 2003) 국내에서도 라돈에 의한 폐암 발생 위험도가 12.6%라고 평가되고 있다(Shin et al., 2014).
라돈은 우리 주변의 토양, 지하수, 건축 자재 등에 서 방출되어 작업 공간과 생활 공간으로 유입되어 인 체노출과 위해성을 야기한다고 알려져 있다(LH, 2021). 특히 실내 건축자재로 사용되는 암석, 자갈, 모래 등 의 토양에 우라늄 및 라듐의 함량이 높은 경우에는 이 를 사용한 주거공간의 실내 라돈 농도가 확연히 높아 질 수 있다(Chen et al., 2010).
대기 중 농도와 비교하여 터널이나 건물지하와 같 이 공기순환이 원활하지 않은 공간에서 라돈은 붕괴 를 반복하며 증가하게 된다. 라돈 농도에 영향을 준 다고 알려진 제한된 공간, 건축물의 노후화, 토양, 퇴 적물 및 기반암과의 구조적 접촉과 같은 요인들은 국 내 대부분의 지하철 역사가 갖고 있는 조건과 일치한 다(Hwang et al., 2018). 특히 라돈은 주로 터널 내 퇴적 물과 노후하고 크랙이 발생한 콘크리트를 포함한 벽 면에서 발생하여 역내로 유입되는 경우가 많다(Lee et al., 2014;Cho et al., 2020). 스페인에서 실시된 지하 철 터널에서의 라돈검출 시험에서는 산지지형과 맞 닿은 철도 폐터널에서 182 Bq/m3 수준의 라돈이 검출 되기도 하였으며(Maestre et al., 2018), 중국 터널에서 는 평균 450~750 Bq/m3 농도가 보고되었다(Li et al., 2006). 2013년부터 2018년까지 측정된 서울 지하철의 라돈농도를 보면 평균 WHO기준인 100 Bq/m3을 초과 하는 역사가 매년 2-6개 이상 있어왔고 남태령역의 경 우 매년 100 Bq/m3를 초과하고 있다(Lee, 2019a). 또한 국내 연구에서 터널입구 PSD 더미부에서 측정된 라 돈농도가 126 Bq/m3로 대합실 농도 22 Bq/m3에 비해 월등히 높은 결과로 나타났으며 승강장 농도와의 상 관성이 0.8 이상으로 터널에서의 발생원 차단을 통해 승객이용공간의 라돈농도 관리가 필요함을 보고하였 다(Lee et al., 2021). 이와 유사하게 승강장의 농도가 대 합실보다 약 1.5배 더 높다는 결과가 다수 보고되었다 (Lee et al., 2004;Jeon et al., 2012;Namgung et al., 2016).
2016년부터 국내 「실내공기질관리법」에서는 라 돈으로 인한 건강 위해가 우려되는 지역은 주택 개· 보수 시 라돈의 실내 유입을 줄이기 위한 저감시공 등 의 조치를 하도록 하고 있어 다양한 공법이 도입되고 있다. 일반적으로 알려진 라돈 저감 방법 중 가장 효 과적인 방법은 토양가스배기법(Active Soil Depressurization, ASD), 외부공기유입법(Active ventilation) 등이 있으며 그 중 가장 저감효율이 높은 공법은 양압과 배 기팬을 이용하는 토양배기법(50%~90%)으로 알려져 있다(Lee et al., 2014). 그러나 암석과 근접한 지하터널 과 같이 특수한 구조와 환경에서는 환기와 공기순환 이 제한적이고 토양배기를 이용한 저감조치에 어려 움이 있다. 이러한 공간에서는 차단제(도료) 차폐법 이나 차단막 차폐법을 이용할 수 있다. 차단제 차폐 법은 라돈차단제를 콘트리트 표면, 석고보드 표면 등 인테리어 마감재 위에 전면 페인팅 및 도포하여 라돈 이 방출되지 않게 차폐를 하는 방식으로 간편한 적용 방식과 도료 기술의 발전으로 최근 많이 도입되고 있 는 방법이다. 차단막 차폐법은 건축물이 위치할 토양 바닥면에 라돈차단막을 덮어 토양으로 방출되는 라 돈 가스 및 습기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 공 법으로 설치 후 관리비용이 없는 비전기적 차단공법 이며 50%~70%의 저감효율을 보인다(ME, 2021).
본 연구에서는 국가연구과제를 통해 개발된 차단 막과 차단도료의 라돈저감 성능을 확인하기 위한 현 장시험을 진행하였다. 밀폐챔버를 이용한 시험에서 차단막은 92%, 차단도료는 70% 매우 우수한 라돈저 감 효율을 보고하였으나(KEITI, 2019;Lee et al., 2021) 철도나 지하철 터널 현장에서의 실증 자료는 충분하 지 않은 실정이다. 다양한 라돈저감공법의 개발을 통 해 시장저변을 확대하고 실제 터널에서의 라돈저감 효과 실증자료를 확보하고자 본 시험을 진행하였으 며 운영중인 지하철 시설물 적용에 어려움이 있어 폐 터널을 대상으로 시험을 진행하였다.
2. 연구방법
2.1 연구대상 및 기간
본 연구는 국내에서 연구개발된 라돈차단막과 라 돈차단도료의 시공이 철도터널 공간에서 터널 내 라 돈 방출 농도에 미치는 영향을 계량화하고자 2022년 5월부터 10월까지 울산광역시 울주군에 위치한 진동 터널에서 저감시공 재현시험을 진행하였다. 시험대 상지인 진동터널은 1935년 준공되었으며 연장 50 m 폭 5 m의 4종 말굽형 단선 터널로 하부까지 포장되어 우리나라의 지하철터널과 유사성을 가지고 있어 지 하터널 적용현장시험지로 선택하였으며 라돈방출 수 준을 확인하기 위해 터널 내 6지점에 대해 사전측정 을 실시하였다. 가림막으로 출입구를 밀폐하지 않은 상태임에도 밀폐챔버를 이용한 라돈농도 측정 결과 는 평균 531.6 Bq/m3로 법적 실내 라돈농도 기준치의 3.5배 이상이었으며, 출입구 토양 6지점의 라돈 농도 는 평균 20,066.7 Bq/m3 로 터널을 둘러싼 토양과 콘크 리트 벽면에서 자연방출되고 있는 라돈농도가 시험 진행에 충분한 수준임을 확인하였다.
2.2 실증대상제품
2.2.1 라돈차단도료
시험에 사용된 제품은 건축자재나 건축물의 표면 등에 도장하여 라돈을 효과적으로 차단할 수 있는 기 능성 도료로 다중이용시설을 포함한 일반 건축물이 나 철도 터널과 같이 콘크리트 사용이 불가피하고 광 범위한 라돈차단 조치가 필요한 구조물에 사용이 적 합한 재료이다. 아크릴에멀전 베이스에 라돈차단 기 능성 안료를 추가해 현장 작업성과 라돈 차단 기능성 을 보강한 제품으로 밀폐챔버에서 콘크리트 블록에 대한 라돈차단 효율이 65% 이상임을 확인하였다. 도 장방법은 1차 도막이 완전히 건조된 후 2차 도포하고 2차 도막이 완전히 건조된 후 3차 도포 및 건조하였다.
2.2.2 라돈차단막
콘크리트와 같은 건축자재 및 구조물 바닥(토양)에 서 방출되어 실내로 유입되는 라돈가스를 효과적으 로 차단하기 위한 건축 내외장재로 라돈 차단 중심기 재에 자착식 아스팔트를 부착하여 사용편의를 고려 한 시트이다. 건축물 내부 및 외부에 모두 적용할 수 있어 건물 기초, 지하층 벽면, 터널, 벙커, 콘크리트 벽 체 등 라돈 방출로 인해 건강영향이 있을 것으로 우 려되는 시설의 라돈가스의 실내유입을 차단하기 위 한 목적으로 실내 또는 실외용으로 사용되며 본 시험 에 사용된 시제품은 단위 무게를 줄이고 두께도 기존 2.0 t에서 1.5 t로 감소시켜 천장면과 벽면 부착력을 향 상시켰다. 실험실에서 밀폐챔버 시험을 구현하였을 때 콘크리트 블록에 대한 라돈차단 효율이 90% 이상 임을 확인하였다. 부착방법은 자착면을 10 cm의 겹침 구간을 두고 전 영역을 덮고 틈새가 없도록 1회 부착 하였다.
2.3 시험장소 구축 및 측정 방법
시험구역은 터널 내 15 m 지점부터 각 길이가 10 m 인 3개 구역 A, B, C 로 나누었고 동일한 조건과 기밀 성을 유지하기 위해 터널 모양의 고정틀을 제작하여 각 공간과 바닥에 가림막을 시공하였다. 시험구역은 폭 5 m, 길이 10 m, 높이 6.2 m이며 천장과 벽면에 해 당하는 149 m2에 라돈저감시공을 적용한다. A구역은 라돈 저감 도료를 적용하고, B구역은 버퍼구간으로 아무런 저감 조치도 하지 않도록 하며, C구역은 라돈 차단막을 시공하였다. 터널 시험 공간의 단면과 바닥 면의 공기흐름을 완전히 차폐하는 가림막을 설치한 후 3일 간의 안정화 기간을 두고 ‘적용 전(Befere)’ 측 정을 진행하였고 제품 적용 후 3일간의 안정화 기간 을 두고 ‘적용 후(After)’측정을 실시하였다. 라돈 농도 측정은 A·B·C 각 구간 내 4개 지점에서 24시간 단기 측 정으로 2회에 걸쳐 총 8지점에 대해 표면방출측정법 (In-Situ Method)과 밀폐챔버법(Closed Chamber Method)의 2가지 방법으로 라돈 방출량을 측정하였다.
표면방출측정법(In-Situ Method)은 HST챔버시스템 (Rad Elec Inc./미국)을 이용하였다. 부피 960 ml인 돔 모양의 H챔버와 충전막전리함 E-Perm이 결합된 형 태로 단위면적의 표면 방출 라돈을 검출할 수 있으며 단기 노출에서 낮은 레벨의 라돈을 정확히 감지할 수 있는 측정방법이다. 전리함 농도와 표면 단면적, 내부 부피 및 붕괴상수를 이용하여 전리함 내 단위면적당 라돈 방출률을 역산출하였다(Fleischer and Mogro- Campero, 1978;Khan et al., 1992;Mahur et al., 2008a;Mahur et al., 2008b;Saad et al., 2010;Saad et al., 2013).
밀폐챔버법(Closed Chamber Method)은 건축자재로 부터 밀폐된 가로, 세로, 높이가 각 400 mm (전체 0.064 m3(64 L))인 아크릴 챔버 내 방출된 라돈 농도를 측정해 방출률을 산출하는 방법으로 주변환경의 영 향을 최소화 할 수 있으며 비용·효과적 측면을 고려 할 때 다른 방법에 비해 매우 효율적이다. 충전막전 리함을 이용해 검출하였고 챔버의 부피를 반영하는 건축자재 라돈방출량 산출법(Tuccimei et al., 2009) 을 적용하였다.
2.4 결과 분석 방법
측정 결과값을 이용한 라돈차단 효율 분석을 위해 각 구역의 라돈저감방법 적용 전 라돈 농도값을 바탕 농도로 하고 적용 후 농도의 변화를 수치화하여 저감 효율을 산출하였다. 또한 저감기술 적용 전후의 라돈 농도를 비교하고 결과의 통계적 유의성 검증을 진행 하였다. 통계분석은 모수가 작은 특성을 고려하여 윌 콕슨 부호 순위 검정을 실시하였다. 모든 자료의 분 석은 SPSS 12.0을 통해 진행하였고 유의수준은 0.05로 하여 통계적 유의성을 평가하였다.
3. 결 과
3.1 A구역 라돈차단도료 적용 결과
도료를 적용하기 전과 후 A구역의 표면방출라돈 측 정 결과 적용 전 평균 614.1 Bq/m2/day 적용 후 평균 124.1 Bq/m2/day로 79.8%가 저감된 것으로 조사되었 고 저감율은 65.0%~93.6% 범위로 나타났다. A구역의 밀폐챔버 측정 결과는 밀폐챔버이상으로 인한 결측 값 지점1을 제외하고 6지점의 결과를 사용하였다. 적 용 전 평균 364.2 Bq/m3 적용 후 평균 88.8 Bq/m3로 75.8%가 저감된 것으로 조사되었고 저감율은 47.6%~ 91.2% 범위로 나타났다. 라돈 저감 도료 적용 후, 저감 도료의 표면변화 특성을 관찰했을 때 도료가 균질하 게 분포되어 있지 않거나 틈이 생기거나 변질된 부분 은 나타나지 않았다.
3.2 B구역 버퍼구간 적용 결과
라돈저감조치를 하지 않고 동일한 환경조건을 유 지한 B구역의 표면방출 라돈 측정 결과는 적용 전 평 균 467.1 Bq/m2/day, 적용 후 평균 416.2 Bq/m2/day로 조사되어 평균적으로 10.9%의 미미한 감소를 보였다. 변동 범위는 농도가 최대 50.9% 증가했거나 최소 47.6% 감소했던 것으로 나타났다. 밀폐챔버 측정 결과는 적 용 전 평균 583.3 Bq/m3, 적용 후 평균 471.8 Bq/m3로 조사되었고 변동폭은 80.2% 증가와 43.7% 감소 사이 에 위치한 것으로 나타났다.
3.3 C구역 라돈차단막 적용 결과
차단막을 적용하기 전과 후 C구역의 표면방출라돈 측정 결과 적용 전 평균 645.5 Bq/m2/day 적용 후 평균 47.3 Bq/m2/day로 92.7%가 저감된 것으로 조사되었고 저감율은 89.3%~94.3% 범위로 나타났다. 밀폐챔버 측 정 결과는 적용 전 평균 718.8 Bq/m3 적용 후 평균 115.9 Bq/m3로 83.9%가 저감된 것으로 조사되었고 저감율 은 75.9%~89.7% 범위로 나타났다. 라돈차단막 적용 후, 바닥면과 수평한 위치의 천장면과 수직 위치의 벽 면의 부착력 유지에 대해 관찰했을 때 부착력이 떨어 지거나 틈이 생기는 등 변질되는 부분은 나타나지 않 았다.
3.4 시험결과 분석
적용 전후 결과를 바탕으로 윌콕슨 부호 순위 검정 을 실시한 결과 라돈차단도료를 적용한 A구역의 표 면방출라돈 측정결과는 z값이 –2.521(p<0.05)이었고 밀폐챔버 측정 결과에서는 z값이 –2.201(p<0.05)로 나 타나 적용 전후 결과에 차이가 있으며 적용 후의 결 과가 적용 전의 결과보다 통계적으로 유의미하게 감 소했음을 확인하였다.
저감조치를 실시하지 않은 B구역의 표면방출라돈 측정결과는 z값이 –0.980 (p=0.327)이었고 밀폐챔버 측 정 결과에서는 z값이 –0.700 (p=0.484)로 나타나 적용 전후 결과에 유의미한 차이가 없다는 것을 확인하였다.
라돈차단막을 적용한 C구역의 표면방출라돈 측정 결과는 z값이 –2.521 (p<0.05)이었고 밀폐챔버 측정 결과에서는 z값이 –2.521 (p<0.05)로 나타나 적용 전 후 결과에 차이가 있으며 적용 후의 결과가 적용 전 의 결과보다 통계적으로 유의미하게 감소했음을 확 인하였다.
4. 고찰 및 결론
철도 폐터널의 라돈저감기술 적용 효율을 시험한 결과, 저감 효율은 측정방법에 따라 라돈도료를 적용 한 A구역은 75.6%~79.8%, 저감조치가 없었던 B 구역 은 10.9%~19.1%, 라돈차단막을 적용한 C구역은 89.9%~ 92.7% 으로 측정되었다.
본 현장적용시험에서 라돈차단용 도료는 75.6%~ 79.8%율의 매우 우수한 성능을 확인하였다. 라돈차단 성이 유지되는 도막수준의 두께를 확보하기 위해 실 제 제품 사용권장 횟수와 동일하게 3회 적용하여 시 험을 진행하여 실제 제품의 작업성을 동일하게 구현 하였다. 라돈차단막은 측정방법에 따라 89.9%~92.7% 수준의 상당히 우수한 차단효율을 확인하였다. 도료 보다 두께가 두껍고 밀착력이 좋은 차단막의 특성상 콘크리트 벽체와 시험공간 사이의 밀폐력이 커지면 서 차단력이 높았던 것으로 사료된다. 기술을 적용하 지 않은 B 구역의 In-Situ Method 측정 결과 11% 차이 가 있었다. Closed chamber Method 시험결과에서도 19%의 저감율을 보여 라돈차단기술 적용 구역과 달 리 농도가 낮아지지 않고 유지되고 있었음을 확인하 였고 시험에 사용된 라돈차단도료와 라돈차단막의 효과를 보여주는 반증이라고 할 수 있다.
측정 방법에 따라 저감율을 비교하면 In-Situ Method (87%)에서 Chamber Method (71%)보다 높은 효율로 조사되었는데, 이는 측정공간의 체적차이, 측정장비 와 벽면과의 밀폐 정도의 차이와 더불어 표면방출량 측정은 일일 누적농도를 산출하고 밀폐챔버에서는 측정시간동안의 평균농도를 산출하는 방식에 따른 결과로 사료된다.
현재 국내에서는 라돈차단용 도료와 차단막의 라 돈저감성능에 대한 공인시험방법이 정립되지 않은 상태이다. 제품의 라돈차단 우수성에 대한 현장 실증 을 진행하여 실내공간에서의 라돈차단성능과 작업성 시험결과를 확인할 수 있었다. 국내 폐터널에서 진행 된 첫 라돈차단기술 실증시험이라는 의미와 더불어 운영중인 지하철 역사 터널 시험을 진행하기 쉽지 않 은 상황에서 매우 유사한 구성과 구조를 가진 철도 폐 터널 시험을 진행해 결과를 확인했다는 데 의의가 있 다. 그러나 지하철 터널은 지상의 철도 터널과는 작 업환경이 다르며 환기구조도 다른 환경이다. 우수한 실증효율 결과를 기반으로 저감효율과 작업성을 보 완해 실제 지하철 터널의 지반 암석의 종류와 라돈 함 유량에 따른 변수와 터널 골재의 종류에 따른 라돈 방 출량을 고려한 현장시험을 추가로 실시할 필요가 있 으며 고농도 라돈이 관측되는 건축물과 지역을 중심 으로 라돈저감시공을 적극적으로 시행, 시장 저변을 확대할 필요가 있을 것이다.
본 실증시험에서 사용된 라돈차단막과 차단도료는 라돈의 발생원인 토양과 건축자재로부터 원천적으로 차단하여 라돈노출을 저감하는 원리를 이용하고 있 다. 라돈차단막은 터널, 건물 기초, 지하층 벽면, 벙커 등 라돈 방출로 인해 건강영향이 있을 것으로 우려되 는 시설에 적용이 가능하며 이미 건축이 완료된 설비 에 광범위한 적용이 필요한 경우 라돈차단도료를 적 용해 라돈노출을 저감할 수 있을 것으로 사료된다.
