★..한국실내환경학회 KOSIE

주택 실내⋅외에서의 PM

, PM

농도와 호흡기계증상과의 관련성 조사

박 지 연^*⋅서 혜 경 가톨릭대학교 의과대학 예방의학교실 (2004년 8월 11일 접수; 2004년 12월 27일 채택)

The Relationship between Indoor and Outdoor PM

, PM

Concentrations in Residential Houses and Respiratory Symptoms

Ji Yeon Park^*⋅Hye Kyung Seo

Department of Preventive Medicine, College of Medicine, The Catholic University of Korea (Received 11 August 2004; accepted 27 December 2004)

Abstract

This study, conducted from April to May 2004 in the metropolitan and surrounding areas of Seoul, Korea, was performed to show the relationship between indoor and outdoor levels of PM10 and PM2.5 concentrations in 14 residential houses. In addition, indoor/outdoor ratios of PM10, PM2.5 concentrations were calculated.

The relationship between the PM10, PM2.5 concentrations and respiratory symptoms by self recording questionnaire of 14 houses was investigated. In conclusion, although the results of this study failed to establish the relationship between PM10, PM2.5 concentrations and respiratory symptoms among residents, the levels of indoor PM2.5 were significantly higher than those of outdoor levels. The indoor PM10, PM2.5

concentrations were increased by the amount of time spent of residents. Further research should be directed to establish the relationship between PM₁₀, PM_2.5 concentration and respiratory symptoms.

Keywords：PM10, PM2.5, Concentration, Indoor, Outdoor, Respiratory symptom, I/O ratio

1. 서 론

실내 환경(indoor environment)은 인간을 둘러싸 고 있는 실내의 총체이며 21세기에는 생활환경 측 면에서 다루어져야 할 분야이다. 현대인은 하루 중 80∼90% 이상을 실내 환경에서 생활하고 있으 므로 외부의 환경보다 실내의 환경이 우리생활에 더 큰 영향을 미치고 있다. 실내 환경 중 주거용 건물은 일반건물과 달리 24시간 동안 생활하며 취 사, 취침, 청소 등 다양한 활동이 행해지기 때문에 오염물질이 발생할 가능성이 높다. 이때 발생되는 오염물질은 비록 저농도라 하더라도 거주자가 실 내에서 보내는 시간이 길기 때문에 건강측면에서 무시할 수 없다(윤동원, 2002).

실내 환경에서의 오염물질 중 먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질의 하나 로, 보통 0.001∼500㎛의 입경범위를 가지며, 입자 의 크기에 따라 무거워서 침강하기 쉬운 것을 강 하분진이라 하고, 입자가 미세하고 가벼워서 좀처 럼 침강하기 어려워 장기간 대기 중에 떠다니는 것을 부유분진이라 한다. 보통 100㎛ 미만의 경우 TSP(total suspended particles)라 하며, 10㎛ 이하인 경우를 PM10(particulate matter less than 10㎛)이라 한다. 그리고 2.5㎛ 이하인 입자를 PM2.5

(particulate matter less than 2.5㎛)로 표기한다. 현 재 우리나라의 분진에 대한 대기환경기준은 2000 년도를 기준으로 PM10의 경우 연평균 70㎍/㎥ 및 24시간 평균 150㎍/㎥이다. 현재 일본, 영국, 네덜 란드, 독일 등 대부분의 국가가 PM10 농도를 대기 환경기준으로 삼고 있는 추세이며, 미국은 1997년 도에 이보다 작은 PM2.5의 24시간 평균 65㎍/㎥, 연평균 15㎍/㎥ 기준을 설정한 바 있다(환경부, 2004).

특히 10㎛ 이하인 입자상 물질은 호흡기를 통해 체내 유입이 가능하여 보건학상 중요한 의미를 가 지므로(이용근 등, 1985), PM10에 대한 연구가 최 근 활발하게 이루어지고 있다(Battarbee et al., 1997). TSP에 대한 PM10의 비율(PM10/TSP)이나 PM10에 대한 PM2.5의 비율(PM2.5/PM10)은 대기 중 먼지의 대체적인 입경분포를 파악할 수 있게 함으 로써 대략적인 먼지의 발생원을 추정할 수 있다 (박두용, 2002).

PM10은 실외보다 실내에서 더 높은 농도를 나 타내며 사람들이 많이 거주하고 있는 공동주택에 서의 문제점이 심각하다고 보인다. 최근에는 폐 속으로 침투되는 직경 2.5㎛ 이하의 미세먼지에 대한 중요성이 부각되어 외국에서는 PM2.5의 기준 을 정한 바 있다(Battarbee et al., 1997). PM2.5는 조 성이 매우 다양하고 복잡할 뿐만 아니라 건강에 영향을 미치는 성분이 다양하여 대기오염에서 중 요한 요인으로 등장하고 있다(Gray and Cass, 1998). 더구나 미세먼지는 호흡기 깊숙한 곳까지 흡입되고 침착되기 때문에 건강에 미치는 영향이 더욱 클 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고 아직까 지 우리나라에서 PM2.5의 측정결과에 대한 자료가 매우 부족한 실정이다(박두용, 2002).

따라서 서울 중심지와 경인지역에서 총 14가구 를 선정하여 실내 환경 중 주택을 대상으로 대기 환경기준으로 삼고 있는 PM10과 아직 기준은 설 정되어 있지 않지만 호흡기계 질환에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 PM2.5의 농도를 측정함으로 써 실내 환경에서의 미세먼지에 대한 기초적 자료 를 제공하고자 하며, 실내 거주자들에게 미세먼지 가 호흡기계 증상에 어떠한 영향을 미치는지에 대 해 구체적으로 알아보고자 하였다.

2. 연구 방법

2.1 대상

본 연구에서는 우리나라 주거형태 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 아파트 13가구와 단독주택 1가구를 선정하여 대기 중 PM10과 PM2.5의 실내⋅

외 농도를 측정하였다. 각각의 주거지 중 아파트 의 지역분포는 영등포구 6가구(site 1, 4, 5, 6, 9, 10), 서초구 2가구(site 2, 14), 동작구 1가구(site 11), 강남구 1가구(site 12), 성북구 1가구(site 13), 일산 1가구(site 7), 인천 1가구(site 8)이였으며, 단 독주택은 서초구 1가구(site 3)였다. 위의 총 14가 구를 대상으로 2004년 4월부터 5월에 걸쳐 시료를 채취하였다.

2.2 방법

호흡기계 증상 관련 설문조사는 안윤옥 등 (1982)이 CMI(Cornell Medical Index), 영국의 MRC(Medical Research Council)와 미국흉부학회의 ATS(American Thoracic Society)-DLD-78을 번역하 여 개발한 SUN-81-AL을 참고했으며, 거주공간의 일반적 사항과 특성에 관한 질문은 미국 EPA의 IAQ reference manual과 AIHA의 The industrial hygienist's guide to indoor air quality investigations 를 참고하여 설문지를 만들어 자기기입식으로 작 성하였다.

농도 측정방법은 여지에 먼지를 채취하여 중량 법으로 분석하였다. 공기채취펌프는 소형 개인용 시료채취펌프(Gilian, USA)를 사용하였으며, 펌프 의 유량은 매 측정 전⋅후에 Gilibrator-2(primary flow calibrator)를 이용해서 보정하였다. 측정 전 후 유량은 대부분 ±5% 이내였으며 이 범위를 벗 어날 경우에는 시료를 폐기하였다. 포집 여지는

polyvinyl chloride(SKC Inc., 37㎜, 5㎛)를 사용하였 으며, 측정 전⋅후에 데시케이터에 넣어 항량될 때까지 약 24시간 이상 보관한 후 사용하였다. 매 측정시 공시료(blank sample)를 동시에 측정하여 항온⋅항습 상태나 저울에 대한 정확도를 관리하 였다. 무게를 칭량하기 위해서 사용한 저울은 Satoriusmicro(USA)로 정밀도는 1㎍이었다. 여지의 칭량 시 정전기로부터의 영향을 줄이기 위해 정전 기 제거장치 F167(Simco Inc.)을 사용하여 오차를 제어하였다.

시료채취는 지상 1.5m(인체의 호흡기 영역)에서 포집하였으며, 실내 PM10, PM2.5와 실외 PM10, PM2.5를 각각 동시에 측정하였다. 다시 말해서, 한 가구당 4종류의 시료포집이 동시에 이루어졌다.

PM10과 PM2.5를 측정하기 위한 기구는 개인용 공 기채취펌프에 사용할 수 있도록 고안된 PEM(Personal Environment Monitor, MSP corpora- tion)을 사용하였으며, 개인용 시료채취펌프를 채 취기에 부착하여 유량을 2L/min으로 하여 24시간 동안 연속하여 포집하였다. 포집기의 특성상 매 포집 전 원하는 크기보다 큰 입자가 되튐 (bouncing) 현상으로 필터로 유입되는 것을 막기 위해 포집기 원형 표면에 실리콘 오일을 분무 도 포하였다. 본 실험의 온⋅습도 측정은 Metrosonics (aq-5000, USA)를 사용하였다.

PM10과 PM2.5 농도는 시료포집 유량, 시료포집 시간, 포집 여지의 전⋅후 무게, 그리고 공시료 여 지의 무게를 보정하여 계산하였다.

V(㎥)= ^{( Qi+ Q}₂ ^{f) ×T} (1)

C(㎍/㎥)= ^(Wf_V^{- Wi) ×106} (2)

여기서, V는 체적(㎥), Qi는 초기유량(㎥/min), Qf는 최종유량(㎥/min), T는 시간(min), _C는 농도 (㎍/㎥), Wi는 분진 필터의 초기무게(g), Wf는 분 진 필터의 최종 무게(g)이다. 식(1)에서 체적(V)을 구한 후, 식(2)에 대입하여 대기 중에 부유하는 먼 지의 질량 농도(_C)를 계산하였다.

2.3 통계분석

SAS(Version 8.1) 통계 프로그램을 이용하여 통 계적으로 분석하였으며, PM10과 PM2.5의 실내⋅외 농도간 비교는 paired t-test를 실시하였다. PM10, PM2.5 실내 농도와 거주공간의 환경적 요인간 비 교는 t-test, PM10, PM2.5 실내 농도와 호흡기계 증 상과의 관계를 알아보기 위해서는 로지스틱 회귀 분석을 실시하였다.

3. 결과 및 고찰

PM10, PM2.5의 실내⋅외 농도 측정결과를 Table 1에 나타내었다. PM10은 실외가 평균 53.07±19.50

㎍/㎥으로 실내의 평균 46.27±31.14㎍/㎥에 비해 높은 농도를 나타내며, 반대로 PM2.5는 실내가 평 균 43.17±22.91㎍/㎥로 실외의 평균 36.33±22.08㎍/

㎥보다 높은 농도를 나타내고 있다. PM10 농도가 실내보다 실외가 높은 곳이 78.6%를 차지하였으 며, PM2.5 농도는 실외보다 실내가 높은 곳이 71.4%였다.

PM10과 PM2.5의 실내⋅외 농도관계를 paired t-test로 분석하면 PM10은 실내⋅외 농도관계가 유 의하지 않았으나(p=0.6691), PM2.5는 실내가 매우 유의하게 높았다(p=0.0024).

Table 1. Mean concentrations of PM10 and PM2.5 by indoor and outdoor.

(unit：㎍/㎥)

PM10 PM2.5

Indoor Outdoor Indoor Outdoor

Site 1 Site 2 Site 3 Site 4 Site 5 Site 6 Site 7 Site 8 Site 9 Site 10 Site 11 Site 12 Site 13 Site 14

10.42 59.03 6.94 75.69 76.04 42.36 30.21 13.89 100.69

79.86 76.39 17.36 38.19 20.83

45.14 65.97 34.72 80.56 85.07 58.68 36.11 17.36 69.44 41.67 55.56 59.03 62.50 31.25

24.31 72.92 24.31 72.22 71.88 64.58 16.67 18.06 13.89 41.67 62.50 31.25 59.03 31.25

48.61 59.03 6.94 84.72 34.72 29.17 31.60 4.86 62.50 34.72 20.83 20.83 45.83 24.31 Mean±SD 46.27±31.14 53.07±19.50 43.17±22.91 36.33±22.08

P-value 0.6991 0.0024^**

**P<0.01 by paired t-test

Fig. 1. Distribution of PM10 concentration.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Site

Fig. 2. Distribution of PM2.5 concentration.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Site

PM10의 실내⋅외의 농도분포를 Fig 1에 나타내 었다. 그림을 보면 우리나라 기준인 24시간 평균 150㎍/㎥보다 높은 농도는 없었지만, 연평균 70㎍/

㎥ 이상의 수치를 나타내는 곳이 25%(site 4, 5, 9, 10, 11)를 차지하였다.

PM2.5의 실내⋅외의 농도분포를 Fig 2에 나타내 었다. 우리나라에서는 아직 PM2.5의 기준이 설정

되지 않아 미국 EPA 기준과 비교해 보았을 때 연평균 기준 15㎍/㎥보다 높은 농도를 나타낸 곳 이 89.3%로 대부분의 지역이 기준치를 초과했으 며, 24시간 평균 65㎍/㎥보다 높은 경우가 14.3%

로 기준치를 초과하고 있다. 따라서 본 연구에서 측정한 PM2.5의 농도는 매우 높은 수준임을 알 수 있다.

140 120

100

80

60 40

20

0

Indoor Outdoor

Indoor Outdoor 90

80 70 60 50 40 30 20 10 0

Fig. 3. Indoor/outdoor ratio of concentration in PM10 and PM2.5.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Site

PM10과 PM2.5 각각의 실내/외 농도비를 Fig. 3에 나타내었다. 실내⋅외 농도가 같으면 농도비가 1 인데, PM10의 경우 9, 10지역에서 실내⋅외 농도 비가 1.5배 이상 차이를 보였다. 또한 PM2.5의 경 우 3, 5, 6, 8, 11에서 실내⋅외 농도비가 2배 이상 큰 차이를 보였다. PM10의 실내⋅외 농도비 평균 값은 0.85로 실외의 농도가 높음을 알 수 있고, PM2.5의 실내⋅외 농도비 평균값은 1.65로 실내의 농도가 실외에 비해 높음을 알 수 있다.

PM10, PM2.5 실내농도와 거주공간의 환경적 요인 과의 관계를 Table 2에 나타내었다. PM10, PM2.5 농 도에 영향을 줄 수 있는 거주공간의 환경적 요인 과의 관련성을 t-test로 통계 분석하면 애완동물의 유무, 흡연 여부, 카페트 사용 여부, 공기 청정기 사용 여부와는 유의한 차이가 없었다. 그러나 집 안에 머문 시간이 12시간 이상일 경우 PM10 실내 농도(p=0.0495)와는 유의한 차이가 있었으며, 마찬 가지로 PM2.5 실내 농도(p=0.0482)도 유의한 차이 가 있었다. 따라서 집안에 머문 시간이 길수록

PM10, PM2.5 농도에 영향을 미친 것으로 추정된다.

PM10, PM2.5 농도와 호흡기계 증상과의 관련성 을 Table 3에 나타내었다. PM10, PM2.5 농도와 호흡 기계 증상과의 관련성을 로지스틱 회귀분석으로 분석하면, 농도와 기침 증상, 가래 증상, 가슴속 소리 증상, 코감기 증상, 숨참 증상, 가슴 답답한 증상, 기관지염 증상, 천식 증상과 유의한 차이가 없었다.

PM10과 PM2.5 실내⋅외 농도 측정결과에서 PM10

의 실내농도가 100.69㎍/㎥으로 가장 높았던 곳 (site 9)의 특징을 살펴보면, 측정 당일 집 안에 재 실자가 많았으며 재실자 중 특히 흡연자가 많았었 다. 반대로 PM10 실내 농도가 6.94㎍/㎥으로 가장 낮은 곳(site 3)은 서초구에 위치하고 있는 단독주 택이었으며 거주공간의 실 평형수도 70평으로 가 장 넓은 공간이었다. 또한 재실자가 2인으로 PM10

농도에 큰 영향을 끼치지 않았을 것으로 추정된 다. PM10 실외농도가 85.07㎍/㎥으로 가장 높은 곳 (site 5)의 경우 PM10 실외 뿐 아니라 실내나 PM2.5

4.5 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

PM10

PM2.5

◆

■

Table 2. Relationship between PM10, PM2.5 indoor concentration and residential characteristics.

PM10 PM2.5

Pet ^Yes_No (N=1)

(N=13) 0.9768 0.9079

Smoking Yes

No (N=8)

(N=6) 0.3297 0.7236

Carpet Yes

No (N=8)

(N=6) 0.5284 0.9620

Air cleaner Yes

No (N=9)

(N=5) 0.8010 0.8210

Stay time ^{12 hours} <

12 hours >

(N=5)

(N=9) 0.0495^* 0.0482^*

*P<0.05 by t-test

Table 3. Relationship between PM10, PM2.5 indoor concentrations and respiratory symptoms.

PM10 PM2.5

Cough Yes (N=2)

No (N=12) 0.2276 0.7167

Sputum Yes (N=4)

No (N=10) 0.6706 0.3368

Chest voice Yes (N=5)

No (N=9) 0.3281 0.3660

Runny nose Yes (N=8)

No (N=6) 0.5374 0.5705

Shortness of breath Yes (N=7)

No (N=7) 0.5992 0.9370

Chest tightness Yes (N=8)

No (N=6) 0.9915 0.9273

Bronchitis Yes (N=2)

No (N=12) 0.0824 0.6143

Asthma Yes (N=1)

No (N=13) 0.1739 0.3108

*P<0.05 by logistic regression analysis

의 농도 또한 높은 수준이었다. 이 곳의 경우 측정 당일에 집 앞에서 도시가스 배관공사가 진행 중이 었다. 반대로 PM2.5의 실외 농도가 17.36㎍/㎥으로 가장 낮은 곳(site 8)은 인천 지역이었으며 실내 또 한 가장 낮은 수준이었다(4.86㎍/㎥). 이 지역은 전 체적으로 PM10과 PM2.5의 농도가 낮았다. 이와 비 슷한 수준의 지역(site 7)인 일산 또한 PM10, PM2.5

의 농도분포가 다른 지역에 비해 낮았다. PM2.5의 경우 농도가 72.92㎍/㎥으로 가장 높은 곳(site 2) 은 측정 당일 세탁물을 정리하였다. PM2.5 실외 농 도의 경우 84.72㎍/㎥으로 농도가 가장 높은 곳 (site 4)은 PM10 실외 농도가 가장 높았던 곳(site 5) 과 같은 지역으로 도시가스 배관공사가 진행 중이 었던 곳이다.

비록 본 연구에서는 주택에서의 PM10, PM2.5 농 도와 호흡기계 증상과의 관계를 확실하게 입증하 지는 못했지만 PM2.5 실내 농도가 실외에 비해 높 은 수준이었음을 알 수 있었다. 또한 실내 농도가 집안에 머문 시간에 따라 증가함을 알 수 있었다.

따라서 앞으로 PM10, PM2.5 농도와 호흡기계 증상 과의 직접적인 관계를 밝힐 수 있는 추가연구를 진행할 계획이다.

참고문헌

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