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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.21 No.1 pp.50-62
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2022.21.1.50

A case study on distribution characteristics of indoor and outdoor TVOC and five VOCs by season in apartment in Namyangju

Shinyoung Park1, Danki Yoon2, Cheolmin Lee3*
1Department of Chemical and Environmental Engineering, Seokyeong University
2Department of Nano and Biological Engineering, Seokyeong University
3Department of Nano, Chemical and Biological Engineering, Seokyeong University
*Corresponding Author: Tel: +82-2-940-2924 E-mail: cheolmin@skuniv.ac.kr
07/03/2022 26/03/2022 31/03/2022

Abstract


Volatile organic compounds (VOCs) are chemicals to which humans are exposed frequently via various mediums, including vehicle emissions that contain fine dust and heavy metals, use of organic solvent building materials, furniture, and smoking. Exposure to high concentrations of VOCs may result in loss of consciousness, paralysis, convulsions, and, in the most severe cases, death. Therefore, the present study investigated the indoor and outdoor concentrations of total volatile organic compounds (TVOC) and five types of VOCs (benzene, toluene, styrene, m,p-xylene, and o-xylene) in apartments, a representative residential environment accounting for ~55% of the housing in the Seoul metropolitan area. The research was conducted over four seasons from May 2020 to February 2021, and the levels of VOC concentrations were analyzed by classifying them by season, weekday/weekend, and indoor/outdoor locations. The seasonal trend in VOC concentrations showed that TVOC concentration was highest in summer, with values of 1630.93 ± 1184.10 μg/m3 and 1610.36 ± 1363.43 μg/m3 for indoor and outdoor environments, respectively. The seasonal trends of the concentrations of the five types of VOCs showed that concentrations of benzene and toluene were highest in spring, the concentrations of m,p-xylene and o-xylene were highest in summer, and the concentration of styrene was highest in winter, irrespective of spatial characteristics such as indoor/outdoor environments. In all four seasons, the indoor concentrations were higher than the outdoor concentrations. These results reveal the spatial and temporal distribution characteristics of the VOCs and so can serve as useful basic data for managing indoor and outdoor levels of VOCs.



남양주시의 아파트 실내·외 TVOC와 VOCs 5종의 계절별 농도 분포특성 사례 연구

박신영1, 윤단기2, 이철민3*
1서경대학교 환경화학공학과
2서경대학교 나노생명공학과
3서경대학교 나노화학생명공학과

초록


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

    1. 서 론

    대기 중 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)은 미세먼지와 중금속과 같이 공기 중에서 자 주 검출되는 중요한 물질로, 실외에서는 자동차 배기 가스와 유류 및 유기용제 사용 등을 통해 배출되며, 실내오염원으로는 건축자재, 가구, 흡연, 새 옷 등이 있다(Jermini et al., 1976;Girman et al., 1987;Wallace et al., 1987;Choo et al., 2004). 특히 VOCs 중 benzene, toluene, xylene과 같은 방향족 탄화수소는 높은 증기 압으로 인해 많은 공공장소와 주거 실내환경에 높은 농도로 나타나는 것으로 알려져 있으며(Hazarti et al., 2016), 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 다양한 발생 원을 통해 흔히 노출될 수 있다. 발암물질로 알려진 benzene은 자동차의 배출가스, 담배연기, 세제 등에 많이 포함되어 있고, toluene은 페인트, 등유 난방기, 카페트에 많이 포함되어 있으며, xylene은 고무 접합 체나 페인트 등에서 방출되는 것으로 알려져 있다 (Sapkota et al., 2005). 교통량이 많고, 도로변에 인접한 주거지역은 도로에서 배출된 자동차 배기가스의 유 입으로 실내 공기질이 악화될 수 있으며, 신축 아파 트가 많은 도심에서 살아가는 현대의 도시인들은 VOCs 에 노출된 채 살아가고 있어 이미 우리에게 심각한 문 제가 된지 오래이다(Jo and Lee, 2006).

    VOCs는 대부분 호홉을 통해 노출되며, 빌딩증후군 (Sick Building Syndrom)의 원인물질로 알려져있다 (Hodgson and Daisey, 1991). VOCs에 의한 중독증상은 VOCs의 구조, 노출농도와 노출 기간, 다른 VOCs와의 복합 노출, 개인의 감수성, 표적 장기의 분포 등 다양 한 요인들에 따라 개인마다 다르게 나타난다(Yoo, 2009). 주요 VOCs 중 방향족 유기화합물인 benezene, toluene, styrene, xylene은 졸음, 두통, 현기증, 구토 등의 증상 이 공통적으로 나타나며(ME, 2022), 이 중 benzene은 발암성 물질로 특히 급성 백혈병 및 재생불량성 빈혈 과 같은 혈액 질환을 유발한다고 알려져 있다(Rinsky et al., 1981;Rinsky et al., 1987).

    이처럼 VOCs의 독성은 인체에도 치명적이지만, 대 기질과 기후변화에도 중요한 인자로 작용한다(Park et al., 2018). 대기중에서도 질소산화물과 광화학반응 을 일으켜 오존 및 petroxyacetylnitrate (PAN)과 같은 광화학적 산화물질인 이차유기에어로졸(SOA, secondary organic aerosol)을 생성에 기여한다고 알려져있다 (Goldstein et al., 2007). 이차유기에어로졸은 전체 PM2.5 질량의 30%, 전체 입자상 유기물의 85%를 차지하고 있는 물질로, 결과적으로 VOCs는 PM2.5 농도 증가에 도 영향을 끼칠 수 있다(Cha, 2014). 즉, VOCs는 직접 적, 간접적으로 사람의 건강 및 환경에 영향을 끼치 기 때문에 집중적인 관찰 및 관리가 필요하다.

    우리나라에서는대기환경보전법 시행령제 45 조에 따라 acetaldehyde, acetylene 등을 포함한 총 37종 의 휘발성유기화합물에 대해 배출시설을 관리 및 규 제하고 있다(ME, 2021a). 또한, 최근 환경부는실내 공기질 관리법을 통해 지하역사, 실내 어린이 놀이 시설과 같은 다중이용시설을 대상으로 이용시설 별 TVOC의 권고기준을 규정하여 관리하고 있으며, 신 축공동주택의 경우 폼알데하이드, 벤젠, 톨루엔, 에틸 벤젠, 자일렌, 스티렌 총 6종의 휘발성유기화합물의 권고기준을 지정하여 집중관리하고 있다(ME, 2021b). 세계보건기구(WHO)는 toluene, benzene, styrene의 평 균 노출시간과 가이드라인 농도(μg를/m3) 제공하고 있으며(WHO, 2001), 일본의 경우대기오염방지법 (大氣汚染防止法)을 통해 폼알데하이드, 톨루엔, 자 일렌, p-dichlorobenzene 및 기타 VOCs 물질의 측정과 분석방법 지침을 마련하여 관리하고 있다(Guenther et al., 2006).

    VOCs 관련 연구는 국내·외에서 많이 다루어지고 있 으나, VOCs는 지역적 특성 및 시공간적 특성에 따라 다르게 나타나기 때문에 위치와 시기에 따라 VOCs 수준을 파악하는 것은 중요하다. 이러한 VOCs 는 다 양한 경로를 통해 입자상 물질 중의 유기성분 생성에 기여하기 때문에 도시지역의 대기질을 효과적으로 관리하기 위해서는 대기 중의 VOCs 농도분포를 파 악하는 것이 매우 중요하다(Park et al., 2018). 또한, 주 거환경에서의 VOCs는 거주자의 건강상 악영향을 야 기하는 오염물질 중 대표적 오염물질로 실외 대기 중 의 VOCs 농도 분포 파악 이상으로 실내 공기 중의 VOCs 농도 분포를 파악하는 것 또한 매우 중요하다 할 수 있다(Jung et al., 2007).

    이에 본 연구는 2015년 기준 수도권 주택 비중의 54.97%를 차지하고(The province of Gyeonggi, 2022), 측정대상지점 주택 비중의 68.84%를 차지하는 대표 적 주거환경인 아파트를 대상으로 실내·외 TVOC 농 도와 VOCs 중 방향족 유기화합물인 bezene, toluene, m,p-xylene, styrene, o-xylene 5종 물질의 농도를 사계 절동안 조사하여, 계절에 따른 아파트 실내·외 VOCs 농도 수준을 파악하고, 건강위해성평가의 기초자료 를 제공하고자 수행되었다.

    2. 연구방법

    2.1 측정·분석 방법

    2.1.1 측정지점

    본 연구의 대상 지역인 경기도 ‘남양주’는 2020년 기 준 713,321명이 거주하고 있으며, 도시면적이 242 km2 로 매년 인구가 증가하는 추세를 보이는 수도권 대표 지역 중 하나이다. 또한, 2018년 조사된 바에 따르면, 남 양주시의 월 평균 전체 유동인구 수는 313만명이고, 이는 거주인구의 4배에 해당하는 규모이다(Korea Data Agency, 2022). 또한, 측정대상지점 인근에는 주요 고 속도로(수도권제1순환고속도로, 북부간선도로) 및 전 철역(도농역)이 존재하여 출퇴근 및 물류 이동과 같 은 인위적인 활동이 많이 발생하는 지역이다. 특히 측 정대상지점으로부터 100 m 떨어진 곳에 전철역이 위 치하며, 1 km 이내에 고속도로와 공사현장이 위치하 고 있고, 2 km 이내에 소각시설인 구리자원회수시설 이 위치하고 있어, 많은 교통량과 국소적 대기오염물 질의 배출로 인한 주변 거주 주민들의 대기오염물질 노출이 우려된다(Fig. 1).

    또한 대상 아파트의 준공년도는 2000년으로 완공 된 지 약 22년이 경과하였으며, 측정대상주택의 개요 는 다음과 같다(Table 1). 일상생활 중 환기 실태는 오 전(8:00~9:00), 오후(13:00~14:00), 저녁(20:00~21:00) 조리 시 마다 거실의 한쪽 창과 주방의 작은 창을 열 어 하루에 약 3회 자연환기 방식으로 이루어지고, 실 내온도는 23~27°C를 유지하였다. 측정기간 동안 부부 가 거주하고 있었으며, 1명은 가정주부로 하루 중 대 부분의 시간을 아파트 실내에서 보냈다.

    이처럼 조사대상지역인 남양주시는 인구밀도가 높 고 교통량이 많으며, 실내 VOCs는실내공기질 관 리법에 따라 신축공동주택 대상으로 VOCs 6종과 라돈의 권고기준을 지정하여 관리하고 있으나(ME, 2018), 실제로 VOCs는 신축공동주택이 아니여도 실 내의 가구, 생활용품, 청소 용품, 흡연, 외기 유입 등 다 양한 오염원으로부터 발생하기 때문에 VOCs의 정량 적인 수준을 파악하여 체계적인 관리가 필요하다(Sim and Kim, 2006).

    2.1.2 대상오염물질 및 측정·분석 방법

    본 연구는 2020년 5월부터 2021년 2월까지 사계절 동안 경기도 ‘남양주’에 위치한 연구대상 아파트의 실 내 및 실외에서 동시간에 계절별, 주중과 주말로 분 류하여 VOCs를 측정·분석하였다. 본 연구의 측정대 상 오염물질은 VOCs 중 대기 중 출현빈도가 높고 환 경학적 관심사가 높으며(Baek et al., 2002), 대기오염 공정시험기준 유해대기오염 휘발성 유기화합물 목록 에 포함되는 TVOC와 VOCs 5종(benzene, toluene, m,p-xylene, styrene, o-xylene)을 선정하여 측정 및 분 석하였다.

    TVOC와 benzene, toluene, m,p-xylene, styrene, oxylene의 총 5종의 개별 VOCs의 측정 및 분석은 환경 부실내공기질 공정시험기준에 준하여 실시하였 다(NIER, 2020). VOCs 시료 채취는 Mini-pump (Model: MP-Σ30, SIBATA)와 Tenax-TA 고체 흡착관 (60/80 mesh, 89mm)을 이용하여 실내의 경우 거실 중 앙, 실외의 경우 베란다에서 각각 바닥으로부터 약 1 m 떨어진 위치에서 0.1 L/min의 유량 채취하였으며, 채 취 후 흡착과 양쪽 끝을 밀봉하여 4°C 이하에서 냉장 보관하였다. 채취는 계절별로 2주간 하루를 오전 (7:00~10:00), 오후(12:00~15:00), 저녁(18:00~21:00) 총 3개의 시간대로 나누어 30분간 흡인하여 시료를 채취 하였으며, 시료 채취 시 측정일지를 통해 측정 일자, 측정시간, 측정지점, 특이사항을 기록하였다. 시료가 채취된 흡착관은 열탈착장치를 통해 열탈착한 후 GC/ MS (Agilent 5977B, Santa Clara, US)를 이용하여 정량 하였다. 본 연구에서 사용된 GC/MSD의 분석 조건은 Table 2와 같다.

    2.2 통계 분석

    측정 및 분석을 통해 얻은 농도는 오전, 오후, 저녁 총 3개의 시간대를 구분하지 않고 실내, 실외 및 주중, 주말로 구분하여 평균농도 및 표준편차를 구하였으 며, 실내와 실외의 농도 차이를 검증하기 위해 Student’s t-test를 이용하여 변수별 농도 차이의 유의성을 살펴 보았다. 물질별 계절에 따른 농도의 차이는 one-way ANOVA를 통해 유의수준 0.05를 기준으로 비교, 분석 하였다. 통계분석은 SPSS (Ver.19) 통계패키지를 이용 했다.

    3. 결 과

    3.1 아파트 실내·외 VOCs 농도

    3.1.1 실내·외 VOCs 농도

    TVOC와 VOCs 5종 물질(benzene, toluene, m,pxylene, styrene, o-xylene)의 측정 기간 중 평균 농도는 TVOC가 실내 1000.90 μg/m3로 실외보다 약 1.5배 높 은 농도로 나타났으며, toluene, styrene, benzene, m,pxylene, o-xylene 순으로 높은 농도로 나타났다. 조사대 상물질의 실내외 농도의 차이를 검증하기 위해 통계 분석을 수행한 결과 TVOC, toluene 및 o-xylene의 경 우 실내농도가 실외 농도에 비해 통계적으로 유의한 높은 농도를 나타낸 반면(p<0.05), benzene, m,p-xylene 및 styrene은 실내·외 농도 간에 통계적으로 유의한 차 이가 없는 것으로 조사되었다(Table 3).

    3.1.2 국내 권고기준 대비 VOCs 농도

    benzene을 제외한 TVOC, VOCs 4종의 대기환경기 준이 부재함을 고려하여 실내외 TVOC와 VOCs 5종 물질(benzene, toluene, m,p-xylene, styrene, o-xylene) 의 측정 기간 중 농도를 다중이용시설과 민감계층이 용시설에서의 권고기준과 비교하였다. 그 결과 TVOC 농도는 실내외 모두 민감계층이용시설(≤400 μg/m3) 과 다중이용시설(≤500 μg/m3)의 권고기준 농도를 초 과하였으며, 실내 TVOC 농도는 주차장의 권고기준 (≤1,000 μg/m3)을 초과하였다. 이 외에 benzene, toluene, m,p-xylene, styrene, o-xylene은 권고기준을 초과하지 않았으며, 실외 benzene 농도도 역시 대기환경기준(5 μg/ m3)을 초과하지 않았다(Table 4).

    3.2 기간별 아파트 실내·외 VOCs 농도 변화

    3.2.1 계절별 농도 분포

    계절별 평균 농도를 조사한 결과, 실외 TVOC 농도 의 경우 여름철에 1,610.36 ± 1,363.43 μg/m3로 가장 높 은 농도로 조사되었고, benzene과 toluene은 봄철에 각 각 7.16 ± 2.35 μg/m3, 65.11 ± 50.05 μg/m3로 가장 높았 고, m,p-xylene은 여름철에 5.86 ± 5.08 μg/m3로 가장 높 았으며, styrene은 겨울철에 19.22 ± 41.10 μg/m3로 가 장 높았다. o-xylene의 경우 여름철에 3.16 ± 1.48 μg/m3 로 장 높은 농도로 나타났다. 실내 TVOC 농도의 경 우 실외 TVOC 농도와 같이 여름철에 1,630.93 ± 1184.10 μg/m3로 가장 높은 농도로 조사되었다. benezene 과 toluene은 봄철에 각각 6.93±2.35 μg/m3, 109.19 ± 49.14 μg/m3로 가장 높았고, m,p-xylene은 여름철에 4.92 ± 3.90 μg/m3로 가장 높았으며, styrene은 겨울철 에 22.65 ± 40.91 μg/m3로 가장 높았다. o-xylene의 경우 봄철에 3.21 ± 0.57 μg/m3로 가장 높은 농도로 나타났 다. 실내·외 TVOC와 VOCs 5종의 계절간 농도차이를 one-way ANOVA를 통해 평균 농도 간의 차이를 검증 한 결과, Styrene을 제외한 TVOC와 VOCs 4종의 농도 는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05)(Table 5).

    측정된 농도 결과를 바탕으로 실내·외 농도비(I/O concentration ratio)를 구한 결과, TVOC는 사계절 모 두 1을 초과하였으며 특히 겨울 I/O값이 3.17로 실외 농도 대비 실내농도가 사계절 중 가장 높은 수준인 것 으로 조사되었다.

    VOCs 5종의 사계절 I/O ratio를 조사한 결과, Benzene의 경우 0.96~1.07로 가을에 1을 초과하였으 며, toluene은 1.26~1.68로 사계절 모두 1을 초과하였 고, 봄철에 가장 높게 나타났다. m,p-xylene의 경우 0.30~1.53으로 계절에 따라 차이가 크게 나타났으며, 겨울철에 가장 높게 나타났다. styrene은 1.18~5.52로 사계절 모두 1을 초과하였으며, 그 중 봄철에 가장 높 은 것으로 조사되었고, o-xylene의 경우 0.89~1.65로 겨 울철에 가장 높은 수준인 것으로 조사되었다(Fig. 2).

    3.2.2 주중, 주말별 농도 분포

    조사대상물질의 측정 기간 중 주중과 주말 농도는 실내의 경우 toluene을 제외하고 TVOC와 benzene, m,p-xylene, styrene, o-xylene 모두 주중의 농도가 높은 농도로 나타났고, styrene의 주중과 주말농도 차이가 약 2배로 가장 큰 차이를 보였다. 실외의 경우 TVOC 을 제외하고 benzene, toluene, m,p-xylene, styrene, oxylene 모두 주중의 농도가 높은 농도로 나타났고, 실 내와 같이 styrene의 주중과 주말 농도 차이가 약 2배 로 가장 큰 차이를 보였다(Table 6).

    조사대상물질의 측정 기간 중 평균 농도와 주중과 주말 농도를 각 W.D/T와 W.E/T를 통해 비교한 결과, 실 내는 toluene, 실외는 TVOC가 W.E/T 1을 초과하였고, 그 외에 실내 TVOC, benzene, m,p-xylene, styrene, oxylene, 실외 benzene, toluene, m,p-xylene, styrene, oxylene이 W.D/T이 1을 초과하였다.

    4. 고 찰

    4.1 아파트 실내·외 VOCs 농도 비교

    TVOC와 VOCs 농도는 다중이용시설과 신축공동 주택과 같은 실내 공간에 대해서는 국내에서 권고기 준이 정해져있으나, 실외에 대해서는 benzene (대기 환경기준 5 μg/m3)을 제외하고 VOCs 4종 물질에 대 해서는 권고기준이 제시되어있지 않다. 이를 바탕으 로 조사대상지점의 실내에서 측정된 농도와 국내 권 고기준농도와 비교했을 때, TVOC 농도는 다중이용 시설과 민감계층이용시설에서의 권고기준을 초과하 였으며, 주차장 실내 권고기준과 거의 유사한 수준이 었다. 반면, benzene, toluene, xylene (m,p-xylene, oxylene), styrene 농도는 모두 신축공동주택 권고기준 에 비해 현저히 낮은 수준이었다. 실외 공기 중 5종의 조사대상 VOCs에 대하여 신축공동주택 권고기준과 의 비교하는 것은 무리가 있으나, 실외 공기 중 benzene 을 제외하고 이들 VOCs에 대한 권고기준이 부재함 을 고려하여 실외에서 측정 조사된 농도와 신축공동 주택 권고기준과 비교를 수행하였다. 그 결과, 실외 TVOC 농도도 역시 다중이용시설과 민감계층이용시 설에서의 권고기준을 초과하였으나, benzene, toluene, xylene (m,p-xylene, o-xylene), styrene 농도는 실내와 같이 모두 신축공동주택 권고기준에 비해 현저히 낮 은 수준이었다(Table 4).

    도심지역에 위치한 아파트 중층 실내 VOCs 농도를 조사한 선행 연구에 따르면, benzene은 2.67 ± 2.28 μg/ m3, toluene은 83.78 ± 63.49 μg/m3, xylene은 56.09 ± 70.99 μg/m3, styrene은 9.80 ± 7.96 μg/m3로 나타났다 (Sim et al., 2006). 본 연구 결과와 비교했을 때, 이는 본 연구에서 측정된 VOCs 농도에 비해 benzene과 styrene 은 약 65% 정도 낮게 나타났으나, toluene은 약 2배, xylene은 m,p-xylene보다 약 14배, o-xylene보다 약 20 배 정도 높은 수준으로 나타났다. 이러한 차이는 VOCs 는 건축자재로부터 오랜시간 동안 실내공기로 배출 되어 실내공기질에 부정적인 영향을 끼치나, 심상효, 김윤신의 조사대상주택은 완공된 지 1년이 지나지 않 은 신축공동주택이였으며, 당시 신축공동주택에 사 용된 많은 자재들이 석유화학계 제품을 사용하고 있 어, 일부 VOCs가 뚜렷하게 높은 수준으로 나타난 것 으로 보인다. 반면, benzene과 styrene은 본 연구와 큰 차이가 나타나지 않았는데, 이처럼 타 연구를 통해 VOCs 농도 수준을 비교하려하였으나, 지역, 주거형태, 실내 특성등에 따라 농도분포가 다르게 나타났으며 물질 별 동질성 및 연관성을 분석하는데 한계가 있어 계절 및 주중, 주말에 따른 VOCs 농도 수준을 비교하여 대 상 지역의 VOCs 농도 분포를 파악하고자 하였다(Park et al., 2013;Lee et al., 2014.).

    한편, 측정한 조사대상물질의 농도를 바탕으로 실 내·외 농도비(I/O concentration ratio)를 구한 결과, TVOC는 1을 초과하였고, VOCs 5종 물질 중 benzene 을 제외한 4종 물질은 모두 1을 초과하였다. 이와 같 이 대부분의 VOCs의 I/O ratio가 1을 초과하는 결과 는 선행연구 결과와 일치하는 것으로 나타났다(Jung et al., 2001;Jeon and Kim, 1993;Lee et al., 1988). 이 는 benzene의 경우 주요 발생원으로 알려진 자동차 배 기가스가 조사대상지역의 많은 교통량으로 인해 영 향을 끼쳤을 것으로 보이며, benzene을 제외한 4종 물 질의 아파트 실내 VOCs 농도에 영향을 끼치는 발생 원이 존재하는 것으로 판단된다. VOCs의 주요 실내 발생원으로는 건물의 유지관리 용품(청소용, 각종 세 척제)이나 스프레이와 같이 인간의 일상생활과 밀접 한 관계가 있는 소비상품 또는 페인트, 접착제, 카페 트, 벽지 등의 건축자재 등이 있으며(Yoo, 2009), 양초 연소와 방향제 사용을 통해서도 배출될 수 있다 (Manoukian et al., 2013;Jo et al., 2009). 선행연구에 따르면, 가구를 새롭게 배치한 이후 VOCs (benzene, toluene, m,p,o-xylene, ethylbenzene) 농도를 측정한 결 과 측정 시점부터 100~300시간 이후까지 급격하게 농 도가 증가하다가 특정 시점에서 부터 서서히 감소하 는 경향을 보였으며, VOCs 농도가 감소하다가 더 이 상 발생되지 않는 것이 아니라 일정 농도 꾸준히 발 생되는 것으로 조사되었다(Pang et al., 2005). 즉, 조사 대상 아파트가 완공된지 20년이 지나서 신축공동주 택과 달리 건축자재로 부터의 발생원은 크지 않을 것 으로 예상되나, 재실자가 측정이 시작된 20년 5월에 입주하여 새 가구 배치나 아파트 보수 등이 이루어져 실내 VOCs 농도에 영향을 끼쳤을 것으로 보인다. 추 후 재실자의 생활패턴조사를 통해 재실자의 생활 패 턴을 조리활동, 청소활동, 양초연소 유무 등 체계적으 로 제어하여 실내농도 수준을 측정한다면, 실내 VOCs 발생원 추적 및 관리를 원활하게 할 수 있을 것으로 판단된다.

    4.2 기간별 아파트 실내·외 VOCs 농도 변화

    4.2.1 계절별 아파트 실내·외 VOCs 농도 변화

    본 연구에서 계절별 실내·외 VOCs 농도를 조사한 결과, 실외 VOCs 농도는 TVOCs 농도는 여름, benzene 은 봄, toluene은 봄, m,p-xylene은 여름, styrene은 겨울, o-xylene은 여름으로 대부분의 VOCs 농도는 봄, 여름 에 통계적으로 유의하게 높은 농도로 나타났다(p<0.05). Kim et al. (2014)에 따르면, 대구 산단지역과 대조지 역의 대기 중 VOCs 농도를 조사한 결과 산단지역과 대조지역인 인근 주거지역의 대부분의 VOCs (benzene, toluene, m,p-xylene, o-xylene) 농도는 가을, 겨울철에 높은 빈도로 고농도로 나타났으며, 특히 benzene은 동 고하저(산단지역: 7.8배, 대조지역 20.5배)를 보였다. 반면, styrene은 하고동저(대조지역: 3.4배)의 특성을 보였다. 또한 Byeon et al. (2010)에 따르면, 시화지구 공 단지역 인근 주거지역의 VOCs를 측정한 결과 benzene 은 겨울, toluene은 가을, xylene은 가을, styrene은 여름 에 높은 농도로 나타났으며, 특히 9월에 benzene, toluene, xylene의 농도가 높은 농도 수준을 나타냈다. 이 는 해당 연구 대상지역인 시화공단지역이 바다와 인 접하여 바람에 의한 영향을 많이 받는데, 9월달의 풍 량이 다른 날에 비해 적어 희석효과가 적은 것이 영 향을 끼친 것으로 추정했다.

    앞서 언급한 선행 연구결과는 본 연구결과와 비교 했을 때, 상반되거나 일부 물질에서만 유사한 모습을 보였다. 이러한 결과는 일반대기오염물질의 농도 변 화 양상이 미세먼지나 오존과 같이 뚜렷한 계절별 유 형을 나타내는 것과는 달리 VOCs 농도는 측정항목 에 따라 계절별 변동양상이 다르게 나타나기 때문으 로 보인다(Ryoo et al., 2010). 이처럼 VOCs는 계절에 따른 혼합고의 변화와 온도, 계절별 배출원등과 같은 요인에 따라 계절별로 다르게 나타나기 때문에 VOCs 의 계절별 거동양상을 파악할 필요가 있다(Baek et al., 2002).

    한편, Park et al. (2006)에 따르면, 봄철과 여름철의 VOCs 농도를 조사한 결과 benzene, m,p-xylene, oxylene, styrene은 봄과 여름의 계절에 따른 차이가 없 는 것으로 나타난 반면, toluene 농도는 봄철에는 6.3 ± 8.48 ppb, 여름철에는 2.75 ± 6.3 ppb로 봄철의 농도가 여름철에 비해 4.6배 높게 나타났다. 이에 대해 여름 철 시료채취기간에 시료채취지점 인근 공단지역의 여름휴가로 유기용매 배출량이 감소한 것을 원인으 로 제시했다(Park et al., 2006). 본 연구에서도 앞서 제 시한 연구 결과와 같이 봄철의 농도가 여름철에 비해 약 2배 높은 농도로 나타났다. 그러나, 본 연구 조사 지점 인근에는 공단지역이 없기 때문에 추가적인 조 사가 필요할 것으로 보인다. 이처럼 실외 대기 중 VOCs 농도 수준을 조사한 연구는 산업단지에 집중되어 있 으며, 주거지역을 조사한 연구는 있으나 주로 산업단 지의 VOCs 수준 비교 시에 인근 주거단지를 대조군 으로 두고 조사한 연구가 대다수이다. 그러나 본 연 구 결과에서 나타난 것과 같이, 도심지역에서도 산단 지역과 유사한 수준의 높은 농도로 나타날 수 있기 때 문에 산업단지에 국한된 조사보다는 폭 넓은 범위의 VOCs 수준을 평가하는 것이 필요하다. 물론 VOCs는 지역적 특성. 산업의 종류, 광화학적 반응, 기상상태 등 복잡한 요인에 따라 결정되기 때문에 다른 대기오 염물질에 비해 거동양상을 명확히 파악하기가 매우 어려운 물질이다. 그렇기 때문에 VOCs 농도 관리에 있어 단순히 주거지역, 상업지역, 산업단지 밀집지역 과 같이 큰 범위로 나누어 관리하는 것보다는 지역별 배출원 특성 및 복합적인 영향요인을 파악하고 세부 적으로 분류하여 관리할 필요가 있을 것으로 판단된다.

    한편, 실내 VOCs 농도는 TVOCs 농도는 여름, benzene은 봄, toluene은 봄, m,p-xylene은 여름, styrene 은 겨울, o-xylene은 봄으로 대부분의 VOCs 농도는 봄, 여름에 높은 농도로 나타났다. 신축 공동주택의 VOCs 를 조사한 결과 춥고 건조한 계절에는 benzene, toluene, styrene, xylene과 같은 방향족 탄화수소가 많이 배출 되었으며 고온 다습한 조건에서는 알칸류가 많이 배 출되는 것으로 조사된 바 있다(Lim et al., 2020). 이는 styrene을 제외하고 본 연구 결과와 다르게 나타난 것 으로 볼 때, 실내 VOCs 도 실외에서와 같이 복잡한 요 인에 따라 결정되기 때문에 세부적으로 분류하여 관 리할 필요가 있을 것으로 판단된다.

    4.2.2 주중, 주말 아파트 실내·외 VOCs 농도 변화

    본 연구에서 주중 주말에 따른 실내·외 VOCs 농도 를 조사한 결과, 실내의 경우 toluene, 실외의 경우 TVOC를 제외한 나머지 조사대상물질 모두 주말 대 비 주중 농도가 높은 수준으로 나타났다. 환경부의 조 사결과에 따르면, 국내 VOCs의 발생원은 다양하며, 특히 전국의 자동차등과 같은 교통수단으로 인한 VOCs 배출 비율은 28%에 해당하는 것으로 나타났다. 측정 대상지점이 도심지역이고 자동차 통행량이 비교적 많을 것을 고려한다면 교통수단으로 인한 VOCs 배 출 비율은 더 높을 것으로 보인다(ME, 2001). 특히, 조 사대상지역이 사업체, 기관 등이 밀집해 있는 서울 인 근에 위치하여, 주중 서울과 조사대상지역간 유동인 구가 주말대비 많을 것으로 추정된다. 선행 연구에 따 르면, toluene을 제외한 VOCs는 교통량이 많은 출퇴 근 시간인 오전 9~12시와 저녁 6~9시 사이에 높은 농 도로 나타났으며 교통량이 적은 이른 새벽 시간대에 는 낮은 농도로 나타났다(Park et al., 2006). 또한, 대구 에서 가장 교통량이 많은 도로변에서 측정된 VOCs 농도 변동 양사를 조사한 결과 교통량이 많은 시간대 에 높은 농도로 나타났으며, 겨울철 서울의 VOCs를 연속 측정한 결과에서도 유사한 결과가 나타났다(Kim, 2002;Choi et al., 2003). 즉, 조사대상지점과 같이 도심 지역의 실외 대기 중 주요 VOCs 배출원은 자동차의 배기가스인 것으로 추정되며, 이 외에 소각로, 쓰레기 매립장, 폐수처리시설의 각종 연소과정이 사업체, 공 공기관 등의 주말 휴무로 인해 주말보다 주중에 더 많 은 비중으로 이루어지는 것도 영향을 끼쳤을 것으로 판단된다(Weisel et al., 1992).

    한편, 실내 VOCs는 외기 유입뿐 아니라 양초 연소, 청소제품, 생활제품, 가구, 건축자재 등 다양한 발생 원을 통해 배출되며, 음식 조리과정에서도 발생할 수 있다(Yoo, 2009;Manoukian et al., 2013). 본 연구대상 지점의 거주자 중 한명은 가정주부로 하루 중 아침, 점심, 저녁으로 조리 활동을 하였으며, 그 과정에서 다 량의 VOCs가 발생되었을 수 있다. 한편, 현대인들의 거주지 내 주중과 주말의 생활활동 패턴은 다르게 나 타나고, 이러한 조리활동은 주중과 주말에 따라 시간 대, 조리 음식 등이 차이가 있어, 실내 VOCs 농도도 주 중과 주말에 따라 다르게 나타날 수 있을 것으로 추 정된다(IARC, 2010). 본 연구결과에서도 조사대상물 질 중 toluene을 제외하고 TVOC, benzene, m,pxylene, o-xylene, styrene 모두 주중에 높은 농도로 나 타났다. 그러나 아파트 실내 VOCs 농도의 주중, 주말 특성에 대한 선행 연구 결과는 부족한 실정이다.

    한편, 본 연구 조사대상지점은 타 연구들과 다르게 한 지점만 선정하여 조사되었기 때문에 전국의 아파 트에 해당하는 수준이라고 보기는 어려우며, 아파트 실내농도의 경우 재실자의 생활활동에 따라 체계적 으로 농도를 측정하지 않았기 때문에 재실자의 활동 별 VOCs의 정량적인 농도 분석이 어렵다. 또한, VOCs 의 농도는 실외 뿐 아니라 실내 건축자재나 마감재 등 과 같은 주요 발생원들일 경우 온도와 습도에 큰 영 향을 받는다. 하지만 본 연구 수행 당시, 온도와 습도 를 8월 이후부터 측정하게 되어 봄과 일부 여름철의 온습도 데이터가 부재하며, 가을과 겨울철의 VOCs와 온습도 데이터를 비교 분석하기에는 큰 차이를 보이 지 않을 것으로 판단하여 분석을 수행하지 않았다. 그 렇기 때문에, VOCs 종류별 세부적인 발생원을 추정 하는데 한계가 있고, VOCs의 경우 측정 및 분석의 기 술적 한계로 인해 실시간 농도 조사가 어렵다. 그러 나 본 연구는 단기간동안 측정한 기존 연구들과 다르 게 국내 계절별 특성을 반영하여 1년 동안 측정하였 고, 이를 주중과 주말, 실내와 실외에 따라 나누어 분 석하였기 때문에 이는 계절에 따른 실내·외 VOCs 관 리 및 건강위해성평가에 있어 기초적인 자료로 활용 될 수 있을 것으로 보인다. 또한, 추후 온습도를 반영 한 연구를 수행한다면 VOCs 종류 별 실내 발생원을 보다 명확히 추정할 수 있을 것으로 보인다.

    5. 결 론

    VOCs는 미세먼지와 중금속과 같이 자동차 배기가 스나 유기용제 사용등을 통해 대기 중에서 자주 검출 되며, 건축자재와 가구, 흡연, 청소용품 등과 같은 실 내 오염원이 있어 일상생활에서 흔히 노출될 수 있는 물질이다. 이에 본 연구는 우리나라의 대표적인 주거 환경인 아파트를 대상으로 2020년 5월부터 2021년 2 월까지 사계절동안 경기도 남양주에 소재하는 아파 트 1가구를 선정하여 실내·외 VOCs 농도 수준 및 계 절별, 실내외, 주중/주말별 VOCs 농도분포를 조사하 였다. 조사대상물질은 TVOC와 VOCs 중 대기 중 출 현빈도가 높고 환경학적 관심사가 높은 물질인 benzene, toluene, m,p-xylene, o-xylene, styrene 총 5종을 선정하 여 조사하였고, 다음과 같은 결론을 얻었다.

    • 1. 본 연구의 조사대상지점에서 측정된 VOCs 농도 는 실내·외 모두 국가 대기환경기준과 국내 권고기준 에 비해 낮은 수준인 것으로 조사되었으며, 측정된 VOCs 농도 결과를 바탕으로 실내·외 농도를 비교한 결과, VOCs 중 TVOC, toluene 및 o-xylene 농도가 실내농도 가 실외농도에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으 로 조사되었다.

    • 2. 계절에 따라 비교한 결과, TVOC 농도는 전반적 으로 실내·외 모두 봄과 여름철에 높은 농도로 나타 났으며, styrene을 제외한 TVOC와 VOCs 4종의 농도 는 계절에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보였다. VOCs 5종은 각 물질마다 실내와 실외에서 동일한 계절에 높은 농도로 나타났다. I/O ratio를 구한 결과, 조사대 상물질 중 toluene, styrene의 I/O ratio가 사계절 모두 1을 초과하였고, m,p-xylene과 o-xylene의 경우 겨울철 에 가장 높게 나타났으며 계절에 따라 I/O ratio가 1 미 만으로 실외 농도가 높게 나타나는 경우도 조사되었다.

    • 3. 주중/주말별 VOCs 농도 특성을 분석한 결과, 실 내는 toluene, 실외는 TVOC를 제외하고 주말보다 주 중에 더 높은 농도로 나타났다. 이는 실외의 경우 조 사대상지점이 주거지역으로 주오염원인 자동차의 통 행량이 사업체, 기관 등의 휴무 등으로 주말보다 주 중에 더 많은 것이 영향을 끼쳤을 것으로 추정된다. 실내의 경우 외기 유입 뿐 아니라 주중과 주말에 따 른 재실자의 활동이 주중 높은 VOCs 농도에 영향을 끼쳤을 것으로 보인다.

    이처럼 VOCs 농도는 실내·외, 계절별, 주중/주말별 로 분포특성이 다르게 나타났으며, VOCs 종류에 따 라 다른 양상을 보였다. 즉 VOCs는 물질마다 다양한 배출원에 의해 발생되며, 추후에 많은 종의 VOCs를 조사한다면 발생원을 추적할 수 있을 것으로 판단된다.

    본 연구결과를 통해 VOCs의 시·공간적 분포 특성 을 알 수 있으며, 이를 바탕으로 향후 실내 및 실외 점 유시간 및 점유시간대별 점유 공간의 농도 등을 이용 하여 시공간을 고려한 VOCs의 노출평가 및 건강위 해성평가를 수행함으로써 실내외 오염물질을 관리함 에 있어 기초적인 자료로 활용할 수 있을 것으로 보 인다. 한편, 본 연구에서는 아파트 실내 농도를 측정 하는 과정에서 재실자의 생활활동을 체계적으로 제 어하지 않았기 때문에 실내 오염원을 예측하는데에 는 한계가 있을 것으로 보이며, 본 연구 측정대상 가 구가 1가구만의 결과이기 때문에 이를 수도권 전체 아파트에 해당할 것으로 보기는 어려울 것으로 보인 다. 따라서 추후에는 본 연구의 한계점을 보완하기 위 해 재실자의 생활활동 제어 혹은 설문조사를 통한 생 활활동 파악 및 여러 가구 대상으로 광범위한 조사가 이루어진다면 실내·외 VOCs를 관리 및 제어함에 있 어 효율적인 대책을 마련할 수 있을 것으로 보인다.

    감사의 글

    본 연구는 2021 년도 환경부 주관화학물질 안전 관리 전문 인력 양성사업의 화학물질 특성화대학 원 지원 사업을 통한 성과물임을 밝힙니다.

    Figure

    JOIE-21-1-50_F1.gif

    Location of the measuring point.

    JOIE-21-1-50_F2.gif

    I/O ratio of VOCs by season.

    Table

    Overview of Measurement Target Apartment

    Analsis condition of GC/MS with TD

    Concentration of VOCs in indoor and outdoor during sampling period (μg/m3)

    Concentration of VOCs by season in indoor and outdoor (μg/m3)

    Concentration of VOCs by season on weekdays and weekends (μg/m3)

    Standard concentration in Korea (μg/m3)

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