실내․ 외 환경에서 이산화질소 측정 기간의 대표성
우병렬 김동건 양원호· · * 대구가톨릭대학교 산업보건학과
Validity of Nitrogen Dioxide Measurement Periods in Indoor and Outdoor Microenvironments
Byunglyul Woo · Dongkeon Kim · Wonho Yang*
Department of Occupational Health, Catholic University of Daegu Abstract
Personal or population exposure to hazardous air pollutants has often been assessed by time-weighted average model with combining concentrations of indoor environments and time-activity pattern, which were mainly a single measurement. However, daily levels of air pollutants in indoor environments may greatly be changed because of source emission, ventilation, decay rate and so on. Subsequently exposure by a single measurement in indoor environments could not be assessed properly. In this study, we measured the consecutive 21 daily indoor and outdoor measurements of nitrogen dioxide (NO
2) with 37 houses and 19 shops such as restaurants and coffee shops beside street by using of passive samplers. Considering that average concentration during 21 days was true value, paired t-test was conducted. Daily variations of NO
2in houses with constant or low emission source were different from those in restaurants with irregular or high emission source. These results can be explained that the NO
2emission of indoor sources could affect the validity of measurement periods.
Keywords : Nitrogen dioxide, Exposure, Indoor environment, Validity
서 론 1.
이산화질소(Nitrogen dioxide, NO2)는 고온 연소과정에서 발생되는 산화물로써 발전소 산, 업시설 등과 같은 고정 오염원과 자동차와 같 은 이동 오염원이 있으며(Wikes et al., 1996), 실내에서는 가스렌지 흡연 등과 같은 연소과정, 에서 발생된다(Yang et al., 2004). 특히 실내의 가스렌지와 같은 연소기기가 있을 경우 실외의 NO2 농도보다 실내의 농도가 더욱 높게 나타 날 수 있다(Gilbert et al., 2006). NO2는 주로 호 흡기를 통하여 노출이 이루어지며 호흡기에 자, 극을 주는 물질로서 성인 폐 기능에 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있으며 기침 점액성 또, 는 거품성 객담생산 호흡곤란 폐부종 눈 자극, , , 등의 증상을 일으킬 수 있고 고농도 노출 시 치 명적 폐 손상을 야기 할 수 있는 것으로 보고되 고 있다(Basu and Samet, 1999).
실내 공기 중의 NO2 측정은 다양한 방법을 통해 이루어지고 있는데 국내 실내환경 공정시, 험법에는 공기 중 일산화질소 (NO) 또는 질소 산화물을 연속 측정하는 방법으로 시료공기 중
와 오존과의 반응에 의해
NO NO2가 생성된 후
안정될 때 생기는 화학발광도와 NO 농도와의 비례관계를 이용한 화학발광법을 주시험법으로 하고 있으며 흡수발생액을 사용하여 흡광광도, 법에 의해 시료공기 중에 포함되어 있는 일산 화질소와 이산화질소를 동시에 연속 측정 하는 살츠만법을 제시하고 있다 환경부( , 2008). 이와 더불어 측정이 용이하고 확산과 투과의 원리를 이용한 것이 특징인 수동식 시료채취기(passive 를 이용하여 측정 하는 방법 등이 있다 sampler)
(Yanagisawa and Nishmura, 1982).
주택 등에서 일 또는 일 동안 측정된1 2 NO2의 농 도 값은 년 또는 평생 거주기간의 오염정도를 대1 표하는 값이 될 수 있으며 양원호 등( . 2002),개인의 NO2 노출 및 위해성 평가에 이용되기도 한다 정순원 등 또한 실 (Korenartit et al., 2010; , 2007).
내환경 및 작업장 노출 기준의 부합여부 평가에 이 용되기도 한다 최근 다양한 실내 국소환경의 사람. 들의 시간활동 양상에 대한 연구 양원호 등( , 2009;
는 개인노출 평가에 있어 중요한 요 Klepeis, 1999)
소로 생각되어 지고 있으며 이와 같은 실내 국소환, 경에서의 NO2 농도 역시 중요한 요소 이므로 상점 등과 같은 국소환경 측정에 있어서 대표성 있는 측 정기간을 설정하는 것은 중요하다 그러나 이러한. 측정방법을 통한 NO2의 측정은 짧게는 몇 시간 길, 게는 한 달 정도의 측정이 이루어지고 있으며 측정 기간의 대표성에 대한 가이드라인이 없는 실정이다.
또한 이러한 자료가 개인의 노출평가 및 국소환경 의 농도 수준의 평가에 이용되고 있으며 측정 방법 이나 측정기간에 따라 다른 평가 결과가 도출 될 수 있고 측정 기간의 대표성에 관한 논란 역시 제기되 고 있으나 이에 대한 연구는 부족한 실정이다.
본 연구에서는 측정 및 분석방법이 간단하 고 장기간 측정에도 용이한 수동식 시료채취기 를 이용하여 하루 24시간 씩 총 21일간의 주택 실내외 환경 및 식당과 커피숍과 같은 상점의 실내외 환경의 NO2 농도를 측정하였으며 이를, 바탕으로 일 측정 기간에서부터1 21일 측정 기 간과의 비교를 통해 대표할 수 있는 측정기간 을 찾고자 하였다.
연구방법 2.
본 연구에서는 NO2의 발생이 일정 또는 적은 것으로 생각되는 일반 가정 주택 37곳의 실내 와 실외 환경의 NO2 농도를 하루24시간 씩 총 일 간 측정을 하였으며 가스렌지 흡연 및
21 , ,
기타 연소기구 사용으로 인한 NO2의 발생이 불 규칙 또는 높을 것으로 생각되는 식당과 커피 숍을 각 10군데 씩20곳을 선정하여 주택과 같 은 방법으로 측정하였다 중도 참가 포기 및 샘. 플러 분실 등의 이유로 총 주택 37 ,곳 식당 및 커피숍 19곳이 본 연구에 이용되었다 측정기간. 은 2010년 월 월 이었으며 지역은 대구 및2 ~8 , 경북지역 이었다.
모든 NO2 의 측정은 수동식 시료채취기 를 이용하였다 본 측정기는 (Toyo Roshi, Japan) .
작고 가벼운 장점이 있으며 자연적인 확산과, 투과의 원리를 이용하는 특성이 있다 또한 장. 기간의 측정에도 유리한 장점을 가지고 있다.
NO2의 농도분석은 샘플러에 흡수된 NO2를 를 이용하여 발색 시킨 후 Color reagent
UV-visible spectrophotometer(Shimadzu, UV- 를 이용하여 정량분석 하였으며 1650PC, Japan)
농도에 계산된 식 은 아래와 같다(1) (Yanagisawa and Nishimura, 1982).
(1)
여기서, C : NO2 농도(ppb) at 25 , M : 총 포집된 NO2의 양(nmol), T : 총 포집시간(hour)
일 동안 측정된 각각의
1 NO2 농도는 시간가
중평균(time weighted average, TWA)을 이용하 여 일 평균 농도에서부터1 21일 동안 평균 농 도까지 각각 계산 하였다 각 가정에서의 일. 1 평균에서부터 20일 평균 NO2 농도는 21일 평 균 NO2 농도와 짝비교(pair t-test)를 통하여 각 일자별 NO2 농도가 통계적으로 유의한 차이를 분석하였다.
연구결과 및 고찰 3.
측정 된 농도 3.1 NO2
주택 및 상점의 실내 실외에서 측정된, NO2
의 농도를 Table 1에 나타내었다. NO2의 주택 실내 농도는 31.74±13.07 ppb로 38.93±17.07 인 주택실외 보다 유의하게 낮은 결과를 나 ppb
타냈으며 커피숍 식당과 같은 상점에서는 실, , 내의 농도가 45.35±42.73 ppb로 42.73±12.14 인 실외에 비해 높았으나 통계적으로 유의 ppb
한 결과를 보이진 않았다 국내 음식점에서 수. 행된 NO2 측정에 관한 연구 양원호 등( , 2000)에 서 음식점 실내 NO2 농도가 57.01 ppb 실외 농 도가 54.29 ppb로 실내 농도가 실외 농도보다 높은 것으로 보고된 바 있으며 공동주택에서의, NO2 농도에 관한 연구 권은경 등( , 2009)에서는 주택실내의 NO2 농도가 29.74 ppb 실외가 로 주택의 경우는 실내의 농도가 실 38.92 ppb
외보다 낮은 결과를 보였다 이것은. NO2의 실 내 발생원 중 하나인 가스렌지(gas range)의 사 용시간이 주택 실내에 비해 상점에서 더 긴 특 성으로 인한 것이며 또한 실내흡연으로 인하여 상점의 실내 NO2 농도가 주택 실내보다 높은
원인인 것으로 생각하였다 주택실내 농도는 실. 내공기질 권고 기준인 50 ppb 이하였으며 실외 농도 역시 24시간 평균 대기환경 기준 60 ppb 이하인 것으로 나타났다.
상점 및 주택의 실내 실외 상관성 비교
3.2 ,
측정된 주택 및 상점의 실내와 실외 NO2 농 도의 상관성 분석결과에서 Table 2와 같이 주 택의 경우 실내와 실외의 pearson 상관계수 가(r) 이었으며 통계적으로 유의한 결과를 나타 0.878 ,
내었다 이것은 주택의 경우 실내의. NO2 농도 가 실내 발생원에 영향을 받기 보다는 실외의 발생에 영향을 더욱 받는 것으로 판단한다 공. 단지역과 시골지역의 NO2 노출 평가 연구 양원( 호 등, 2008)에서 공단지역과 시골지역의 주택 실내와 실외의 NO2 농도는 두 지역 모두 유의 한 상관관계를 가지는 것으로 나타나 본 연구 의 결과와 유사하였다 반면 상점의 경우. pear- 상관계수는 이었으며 이것은 실내
son -0.035 ,
발생량이 높기 때문으로 판단한다.
이산화질소의 농도 양상
3.3 TWA
각 일자 별 시간가중 평균을 이용한 NO2의 농도를 에 나타내었다 주택 실내의
TWA Fig. 1 .
경우 일 째1 , 2일 째에서 NO2의 농도가 다소 변동이 있었으나 점차 안정되어 가는 양상을 보였으며 주택 실외의 경우, NO2의 농도가 점 차 낮아지는 양상을 나타내었다 이것은 앞서. 언급하였듯 주택 실내의 경우 NO2의 발생원으 로부터 발생되는 NO2가 일정 또는 적기 때문인 것으로 생각되어 지며 주택 실외의 경우 주변, 지역의 자동차 등에 따른 발생량의 변화에 따 라 다소 변동이 있을 것으로 판단된다 반면 상. 점 실내의 경우 NO2의 농도가 증가와 감소를 반복하는 양상을 보였으며 상점 실외의 경우 상점 실내 보다 NO2의 농도변화가 더 심한 것 을 확인 할 수 있었다 상점의 경우 실내에서의. 발생원이 많고 또한 발생되는 NO2의 농도가 일 정하지 않는 것으로 인한 결과 측정기간이 길 어짐에도 NO2 농도의 변동이 많은 것으로 생각 하였다 특히 상점 실외의 경우 국내 음식점. ,
N Indoor Outdoor
p-value
Mean S.D. Mean S.D.
Residence 777 31.74 13.07 38.93 17.07 0.000
Store 479 45.35 42.73 42.73 12.14 0.067
Table 1. Measured NO2 concentrations in residence and stores
Residential outdoor Store outdoor Residential
indoor
Pearson correlation coefficient 0.878
P-value 0.000
N 777
Store indoor
Pearson correlation coefficient -0.035
P-value 0.445
N 479
Table 2. Correlation between indoor and outdoor in residence and stores
커피숍과 같은 상점은 주로 도로변에 위치하고 있고 자동차의 통행량 등과 같은 발생원의 영 향에 따라 그 변동이 크게 나타난 것으로 생각 하였다.
측정기간에 따른 농도비교 3.4
은 주택 실내 실외 및 상점 실내 실
Table 3 , ,
외의 측정기간에 따른 농도 비교의 결과를 나 타내고 있다 모든 측정 지점에서 하루 동안의. NO2 농도에서부터20일 간의 NO2 농도를21일 동안의 NO2 농도와 비교하였다 주택 실내의. 경우 하루와 21일간의 비교에서부터 20일간과 일간의 비교까지의 모든 결과가 통계적으로 21
유의한 차이를 보이지 않았으며 이는 주택 실, 내와 같은 발생원이 일정한 공간에서의 NO2 농 도는 측정기간에 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단하였다 따라서 주택실내의. NO2의 측정에 있어 하루 정도의 측정으로도 측정기간의 대표
성을 확보할 수 있는 것으로 판단된다 반면 주. 택 실외의 경우 측정 일수가 증가함에 따라 통 계적으로 유의한 차이를 보이지 않다가 일째8 부터는 통계적 차이를 보인 후 17일 째부터는 통계적 차이가 없는 것으로 나타났다 이는 대. 기 중의 NO2 농도는 발생 기간 및 공장과 자동 차 같은 발생원의 많고 적음에 영향을 받으므 로 매일 농도가 다를 수 있는 것으로 환경 측, 정 및 실외에서의 개인 노출 평가 시 이와 같은 요인을 반드시 고려 해 주어야 할 것으로 판단 한다.
상점의 실내의 경우 초반에는 통계적으로 유 의한 차이를 보이지 않다가 측정기간이 증가함 에 따라 차이를 보는 것으로 나타났다 이 결과. 역시 상점 내의 연소기구 및 열기구 등과 같은 발생원의 가동 조건에 따른 NO2 발생의 변화에 따라서 차이가 나타날 수 있다는 것을 보여주 었다 따라서 상점 실내의. NO2 농도 평가 및 Fig. 1. Variation of NO2 concentration according to measurement periods.
상점 이용객들의 NO2 노출평가에서는 이용시 간 상점 종류 등과 같은 것을 고려하여 측정, 기간을 설정하여야 할 것이다 특히 상점 실외. 는 측정시간에 따라 NO2의 농도가 통계적으로 유의한 차이를 보이는 경우가 가장 많았는데 상점 주변 교통량의 일변화나 대기 중 NO2의 농도변화로 인한 차이가 클 수 있음을 보여 주 는 것으로 판단하였으며 상점부근의 실외, NO2 농도 측정에 있어 연구 목적에 맞는 측정 기간과 주변 발생원에 대한 고려가 반드시 필 요하다.
각 측정기간과 21간의 측정의 상관계수를 에 나타내었다 주택 실내와 실외의 경우 Fig. 2 .
하루 동안의 측정과21일간의 측정의 비교에서 R2 값은 실내 0.665, 실외 0.757이었으며 시간, 이 지남에 따라 점차 에 가까운 결과를 나타1 내었고 실내와 실외가 비슷한 양상을 보였다.
그러나 상점실내에서는 하루 동안의 측정에서 부터 20일 동안의 측정결과 모두 21일과 유의 한 상관성을 보이는 것으로 나타났다(R2 = 반면 상점실외에서는 첫날부터 0.943 ~ 0.999).
일 동안의 측정까지는 상관성이 낮아지다가 3
(R2 = 0.603 ~ 0.572) 다시 급격히 증가하는 양 상을 보였다 주택실내 주택실외 및 상점 실외. , 의 경우의 각 측정지점에서의 NO2 농도의 차이 및 발생 특성으로 인하여 첫날과 21일간의 상
Residence Stores
Indoor Outdoor Indoor Outdoor
p-value p-value p-value p-value
1day : 21days 0.187 0.112 0.068 0.000
2days : 21days 0.586 0.320 0.034 0.000
3days : 21days 0.410 0.122 0.182 0.003
4days : 21days 0.339 0.114 0.887 0.315
5days : 21days 0.396 0.087 0.189 0.726
6days : 21days 0.479 0.107 0.139 0.663
7days : 21days 0.293 0.059 0.310 0.527
8days : 21days 0.278 0.043 0.256 0.069
9days : 21days 0.282 0.041 0.407 0.001
10days : 21days 0.152 0.020 0.547 0.000
11days : 21days 0.175 0.036 0.447 0.000
12days : 21days 0.153 0.025 0.287 0.000
13days : 21days 0.126 0.019 0.113 0.002
14days : 21days 0.144 0.028 0.142 0.004
15days : 21days 0.100 0.018 0.085 0.016
16days : 21days 0.221 0.024 0.032 0.038
17days : 21days 0.846 0.080 0.012 0.200
18days : 21days 0.774 0.263 0.006 0.608
19days : 21days 0.813 0.337 0.003 0.202
20days : 21days 0.375 0.855 0.008 0.019
Table 3. Results of pair t-test between indoors and outdoors in residence and stores
관성이 20일간과 21일간의 비교에 비해 상대적 으로 낮은 것으로 판단되며 측정기간이 늘어남, 에 따라 이러한 차이를 줄일 수 있을 것으로 예 측된다 반면 상점실내의 경우 하루 동안의 측. 정과 21일간의 측정의 비교에서부터 유의한 상 관성(R2 = 0.943)을 보이는 것은 각 상점 간의 농도 특성과 발생양상이 비슷함에 따른 것으로 생각하였다 그러나. Table 1에 나타난 것처럼 NO2의 발생양상은 비슷하지만 상점별 농도의 차이는 있을 수 있음을 확인하였다 모든 상관. 성 분석에서의 p-value는 0.000 으로 통계적으 로 유의함을 보여 주었다.
본 연구에서는 계절이나 요일에 따른 NO2
농도의 비교와 NO2의 발생량 환기량과 같은, 요인들은 고려하지 못하였으며 주택의 종류를, 구분하지 못하였다 따라서 추후 연구에서는. 이와 같은 제한점과 더불어 휘발성 유기화합 물 미세먼지와 같은 다른 물질에 대한 비교, 역시 필요할 것으로 판단한다.
결 론 4.
본 연구에서는 주택실내 환경 및 실외환경과 음식점 상점과 같은 상점에서, NO2 측정을 통 한 실내환경 NO2 농도 평가 및 개인 노출평가 에 이용 될 수 있는 측정기간의 대표성을 찾고 자 하였다 주택실내의. NO2 농도는 주택실외, 상점실내 및 상점실외등과 비교해 낮은 농도를 보였으며 주택실외의 NO2 농도와 유의하게 높 은 상관성을 보였다 또한 측정기간에 따른. NO2 농도의 비교에서도 통계적으로 유의한 차 이가 없었다 반면 상점 실내는 상점 실외의. NO2 농도에 비해 높은 결과를 보였으며 측정기 간에 따른 농도 비교에서도 통계적 차이를 보 이는 경우와 보이지 않는 경우의 빈도가 비슷 한 양상을 보였다 그리고 주택 실외 및 상점. 실외의 경우도 상점 실외와 마찬가지로 시간의 경과에 따라 통계적으로 유의한 차이를 보이는 경우가 많았으며 특히 상점실외가 유의한 차이
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Correlation coefficient
Each period vs 21days
Residential indoor Residential outdoor Store indoor Store outdoor
Fig. 2. Correlation coefficient between each measurement period and 21days.
를 보이는 경우가 가장 많았다 그러나 측정기. 간에 따른 상관성 비교에서 주택실내 실외 및, 상점실외에서의 특성에 따른 NO2의 농도가 다 소 차이가 있어 하루 측정과 21일 측정 간의 상관성이 상대적으로 20일간과 21일간의 비교 에 비해 낮았으나 시간이 지남에 따라 비슷해 지는 것으로 나타났다 반면 상점 실내에서는. 측정 기간에 관계없이 높은 상관성을 나타내었 다 따라서 주택실내와 같은 실내. NO2 발생원 이 일정한 실내 환경에서는 하루정도의 측정에 도 대표성이 있는 것으로 나타났으나 개별 주 택의 차이를 고려하기 위하여 측정기간을 20일 정도로 하는 것이 적당할 것으로 생각되며 실 내 NO2의 발생이 불규칙한 상점 실내나 교통 량 주변 공장 등에 의해 하루하루 영향이 달라, 질 수 있는 실외환경의 경우 계절 요일 발생, , 량 환기량 및 교통량 등과 같은 요인들을 고려, 하여 대표성 있는 측정기간을 제시 하도록 해 야 할 것이다.
감사의 글
이 논문은 2011년도 대구가톨릭대학교 교내 연구비 지원에 의한 것임
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