^*위해도: 위해도는 오염물질에 일정시간 노출될 때 실제로 유해한 영향(암이나 기타 질병)이 발생할 확률(probability)이다. 오염물질 농도가 높아도 단기간 노출되면 위해도는 낮을 수 있고, 반대로 농도가 낮아도 장기간 노출되면 위해도가 높을 수 있다.

^*기체/입자 분배모델(Gas/particle partitioning model): 반휘발성 유기오염물질은 기체와 입자에 함께 존재하는 경우가 많다. 기체/입자 분배모델은 유기오염물질의 물리화학적인 특성과 기상조건을 고려하여, 개별 유기오염물질이 기체와 입자에 각각 얼마나 나뉘어 분포하는지 예측하는 모델이다.

[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

다환방향족탄화수소(PAHs)는 대표적인 유해대기오염물질로서 주로 화석연료를 포함한 유기물의 불완전 연소로 배출된다. 국가 차원에서는 전국 규모의 유해대기오염물질측정망과 주요 대도시와 산업도시에서 집중 모니터링 사업을 통해 대기 중 PAHs를 모니터링하고 있다. 그러나 이러한 사업에서는 시료를 채취하는 지점 숫자에 한계가 있으므로 도시 규모의 고해상도 대기오염 지도를 작성할 수 없었다. 그러므로 고해상도 대기오염 지도에 기반한 인체 위해도 평가도 이루어지지 않았다.

이를 보완하기 위해, 본 연구진은 2019년에 발표한 선행 논문에서 수동대기채취기를 사용하여 대기오염 지도를 작성하였다. 그러나 수동대기채취기는 주로 기체상 오염물질 농도를 제시하므로, 미세먼지에 포함된 PAHs에 대한 위해도 지도를 작성할 수 없었다. 따라서 이번 연구에서는 기존 연구의 단점을 보완해 고해상도 위해도 지도 제작 기술을 개발했다.

2. 연구내용

울산시 20개 지점에서 수동대기채취기를 이용해 대표적 발암물질인 벤조피렌을 포함한 PAHs를 분석했다. 이번 연구에서는 수동대기채취기와 기체/입자 분배모델을 이용해 기체뿐만 아니라 미세먼지의 PAHs 농도를 산정했다. 이렇게 계산한 기체/입자상 농도를 이용해 인체 위해도 평가를 수행하고, 고해상도 위해도 지도를 작성했다.

모니터링 결과에 의하면, PAH 오염도와 인체 위해도는 주거지역보다 산업단지와 주요 도로 주변에서 높았다. 다행히 평균 위해도는 미국 환경청 기준치(10-6, 백만 명당 한 명) 이하로서 우려할 만한 수준은 아니었다. 그러나 최대 확률분포(예: 고농도에 오래 노출될 경우)를 고려할 때는 산업단지 주변을 중심으로 위해도 기준을 초과했으므로 꾸준한 감시가 필요하다.

3. 기대효과

기존에는 전기 펌프를 이용해 일부 지점에서 시료를 채취하므로 고해상도의 위해도 지도 제작이 어려웠다. 그러나 본 연구결과를 이용하면, 도시별로 수십 개 이상의 지점에서 비교적 저비용으로 고해상도 위해도 평가가 가능하다. 특히, 대기오염 취약지역에 이 기술을 적용해 주민 건강에 미치는 영향을 효과적으로 평가할 수 있다.

또 이번 논문에서 제시한 모니터링-모델링 융합기술은 다양한 유기독성물질의 오염원을 추적하는 데 활용할 수 있다. 특히, 발암물질은 대기 중에 기준치 이하 농도로 존재하더라도 체내에 축적돼 발암 가능성을 높이기 때문에 지속적인 감시가 필요하다. PAHs뿐만 아니라 다양한 독성물질이 산업단지에서 배출되므로 향후 다양한 화학물질의 누적 위해도를 파악하기 위한 다성분 분석이 필요하다.

[붙임] 용어설명

1. 다환방향족탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 이하 PAHs)

발암성과 돌연변이성 물질로 알려져 있으며, 유기물의 불완전 연소과정에서 생성된다. 대표적인 발암물질인 벤조피렌(Benzo[a]pyrene)도 PAHs에 속한다.

2. 수동대기채취기(Passive air sampler)

수동대기채취기는 물리적인 흡착으로 대기 중 기세상(기체상태) 오염물질을 포집한다. 가격이 저렴하고 소형이므로 시료채취 장소에 제한이 없으며, 다수 지점에 설치하여 공간 해상도를 높일 수 있는 장치이다.

3. 기체/입자 분배모델(Gas/particle partitioning model)

반휘발성 유기오염물질은 기체와 입자에 함께 존재하는 경우가 많다. 기체/입자 분배모델은 유기오염물질의 물리·화학적인 특성과 기상조건을 고려해, 개별 유기오염물질이 기체와 입자에 각각 얼마나 나뉘어 분포하는지 예측하는 모델이다. 

4. 위해도(Risk)

위해도는 오염물질에 일정시간 노출될 때 실제로 유해한 영향(암이나 기타 질병)이 발생할 확률(probability)이다. 오염물질 농도가 높아도 단기간 노출되면 위해도는 낮을 수 있고, 반대로 농도가 낮아도 장기간 노출되면 위해도가 높을 수 있다.

[붙임] 그림설명

연구배경

그림1. 수동 대기 채취기와 기체/입자 분배모델을 이용한 PAHs 대기오염 지도와 인체 위해도 지도 작성 모식도: 수동대기채취기(PUF-PAS)를 사용해 기체상 농도를 측정하고, 이 결과와 기체/입자 분배모델을 이용해 입자상(미세먼지) 농도를 산정한 후에 대기오염 지도와 위해도 지도를 작성했다.

그림2. 울산시 PAHs 대기오염 지도와 인체 위해도 지도: 불완전 연소로 배출되는 발암물질은 울산을 비롯한 전국에서 검출되고 있으므로 이 물질의 검출 자체보다는 주요 오염원의 위치를 확인하고 실제 노출에 의한 발암 가능성을 파악하는 게 중요하다. 본 연구에서 제시한 기술을 이용하면 오염원 추적과 인체 위해도 평가를 효과적으로 수행할 수 있다.