미세먼지-건강영향 평가를 위한 환경보건 취약지역 노출특성 모니터링(3)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

1.
연구 배경 및 필요성

□ 국민건강 증진을 위한 미세먼지 체계적 관리 요구 증대
? 미세먼지는 지름이 10㎛보다 작은 미세먼지 (PM10)와 지름이 2.5㎛보다 작은 미세먼지 (PM2.5)로 구분되며, PM10이 사람의 머리카락 지름 (50~70㎛)보다 약 1/5~1/7 정도로 작은 크기라면, PM2.5는 머리카락의 약 1/20~1/30에 불과할 정도로 매우 작다. 이러한 미세먼지들은 질산염 (NO3-), 암모늄 (NH4+), 황산염 (SO42-), 탄소화합물, 금속 등을 포함하고 있다.
? PM2.5는 일반적으로 자동차 배출가스, 산업공정 등 인간의 활동에 의한 인위적 요인에 의해 배출되는 것이 대부분이고, 숯을 만들 때나 숯불고기구이, 농업활동 등으로 발생한 잔재물과 일반폐기물 소각 시에도 상당량 발생하는 것으로 알려져 있다.
- 국가미세먼지정보센터에서 조사한 2019년 부문별 배출량 결과에 따르면 PM10의 경우는 비산먼지가 51% (105,037톤), PM2.5의 경우는 제조업 연소가 31% (27,118톤)으로 총 배출량에 가장 크게 기여하는 것으로 조사되었다.

(출처: 국가미세먼지정보센터, 2019)
그림 1. 국내 미세먼지 배출원별 배출량
? 세계보건기구 (WHO)는 미세먼지를 1급 발암물질로 발표했으며, 이들의 건강영향은 입자의 크기, 표면적, 화학적 조성 등에 따라 결정되는 것으로 알려져 있다.
? 미세먼지의 노출은 호흡기 및 심혈관계 질환의 발생뿐만 아니라 사망률의 증가와도 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 특히 고령자, 어린이, 만성질환환자, 천식 환자 등 민감계층에서 위험성이 더 높게 나타나고 있음. 이외에도 피부질환과 안구질환 등이 발병하는 것으로 알려져 있다.
? 특히 자연현상인 황사와 달리 겨울철 발생하는 스모그는 황사보다 PM2.5 농도가 3배 이상 높고 다량의 유독성 화합물과 중금속이 포함되어 있어 호흡기질환뿐만 아니라 동맥경화, 협심증, 심근경색 등 혈관 질환을 유발할 수 있다.
? 2000년대 이후 미세먼지에 대한 연구는 점차 늘어나 발표 논문 수가 20~30년 전에 비해 수십 배에 육박하는 수준으로 증가하였으며, 이러한 연구들을 통해 미세먼지가 인체 건강에 미치는 영향이 일반 대중들에게 알려짐으로써 최근 몇 년 사이 미세먼지는 환경문제를 넘어 사회적 문제로 등장하게 되었으며, 전 세계적으로 인류가 해결해야 할 중요 과제로 부각되고 있다.

(출처: 이승복, 2019)
그림 2. Pubmed에서 ‘미세먼지’로 검색되는 연도별 논문 수
? 이처럼 미세먼지로 인한 건강영향에 대한 국민들과 언론의 관심이 고조되고 있어 미세먼지 발생 저감 정책과 더불어 노출 감소를 위한 방안, 공중보건학적 문제 개선 등과 같이 국민 건강의 증진을 위한 미세먼지 체계적 관리정책 수립의 필요성이 증대되고 있다.

□ 미세먼지에 대한 노출 관리 필요성 증대
? 지난 17년 동안 국내 대도시에서 대기 중 PM10의 농도는 감소하는 경향을 나타냈으나 2012년 이후부터는 비슷한 수준을 보이고 있으며 수도권이 타 도시에 비해 다소 높은 농도를 보였다.
- 세계보건기구 (WHO)에 따르면 PM2.5/PM10 농도비는 일반적으로 0.5 (Range: 0.4~0.8)를 나타내기 때문에 PM10의 농도를 이용하여 PM2.5를 추정하며, 대기환경기준도 PM2.5가 PM10의 2분의 1 값을 나타내고 있다 (WHO, 2014).
- 아래 그림 3은 PM2.5에 대해 서울시 대기환경 정보를 이용하여 2014년부터 2018년까지의 PM10 농도, PM2.5 농도, PM2.5/PM10 농도비를 나타낸 것으로 PM10 농도는 감소 경향을 보이지만 PM2.5는 비슷한 수준을 나타내고 있다. 따라서 PM2.5/PM10 농도비는 증가하는 경향을 보이고 있다.
- PM2.5 노출에 따른 건강 위해가 PM10보다 높은 것을 고려할 때, 이와 같은 경향은 PM2.5 노출에 따른 건강 영향이 커질 가능성을 나타낸다고 볼 수 있다.

출처: 서울특별시 대기환경정보(2019)
그림 3. 서울시 연도별 PM2.5 농도 및 PM2.5/PM10 농도비 변화
? 국내 고농도 대기오염사례에서 공통된 특징은 PM2.5의 농도 증가로, PM2.5의 경우 그 크기가 매우 작아 코나 기관지에서 걸러지지 못하고 폐까지 도달하기 때문에 인체에 대한 위해가 PM10보다 큰 것으로 알려져 있어 PM2.5 노출에 대한 관리가 시급한 실정이다.
- 미세먼지 중 초미세먼지로 알려져 있는 PM2.5는 PM10의 30~70%를 차지하며, 1995년 미국 암학회의 연구조사 결과에 따르면 PM2.5가 10㎍/m3 증가할 때마다 총 사망률 7%가 증가하고, 심혈관 및 호흡기계 사망률 12%가 증가하는 것으로 조사되었다.
- 같은 질량의 거대 및 미세입자가 있을 경우, 입자의 크기가 작아짐에 따라 표면적이 급속히 증가하기 때문에, 입자가 유해중금속 성분을 함유하고 있을 경우 그 중금속의 측정 농도는 급격히 증가할 수 있다.
- 미세먼지 내 함유되어 있는 중금속의 유해성에 대해서는 국외에서 1980년대 말부터 관심을 가지기 시작하여 현재까지 꾸준히 연구되어 오고 있다. 국내 역시 미세먼지 중 금속류에 대한 많은 연구가 수행되어오고 있지만 환경에서의 이동과 분포, 총량 등에 대한 자료는 한정되어 있다.
- 우리나라 PM2.5의 주요성분은 대기 중에서 이차적으로 생성되는 황산염, 질산염 등 수용성 무기염성분 (약 50%)과 탄소성분물질 (약 30%), 금속성분과 기타 미지성분 (수분) 등으로 구성된 것으로 조사되고 있다.
? 다양한 대기오염물질이 다량으로 배출되는 산업단지 인근 지역은 일반적으로 환경보건취약지역으로 분류되며, 산업단지 대기 중 PM2.5는 일반지역에 비해 화학성분의 농도가 높을 것으로 예상된다.
- 그러나 산업단지에서의 PM2.5 화학성분에 대한 측정은 매우 적게 수행되었으며, 1차 에어로졸의 주요 인위적 배출원 중 산업적 배출은 문헌에 가장 적게 기록되어 있다.
? 미세먼지 노출에 따른 건강 영향을 줄이기 위한 방안은 크게 발생원 관리와 노출 관리로 구분할 수 있다.
- 발생원 관리 대책은 정부 차원에서 수행할 수 있는 경유차 등 차량 운행 관리, 불법 소각 금지, 산업장 배출 관리, 건설업 배출 관리 등이 해당된다.
- 미세먼지의 발생원 (배출원)별 기여도는 지역별로 상이한 것으로 알려져 있으며, 따라서 지역별 미세먼지 관리 정책을 수립하기 위해서는 발생원에 대한 정보를 구축하는 것이 필요하다.
? 종합적으로, 현재 미세먼지의 농도는 점차 감소하는 추세이나 PM2.5/PM10 비가 증가하는 것을 고려할 때 PM10보다 건강위해가 더 큰 것으로 알려진 PM2.5에 대한 노출을 체계적으로 관리할 수 있는 방안의 수립이 요구된다. 또한, PM2.5의 경우 다양한 유해화학물질 (중금속, 이온, 탄소)과 결합하며 그 조성에 따라 건강영향에 차이가 있기 때문에 장기적 관리 차원에서 단순히 농도뿐만 아니라 구성성분에 대한 지속적인 모니터링을 통해 국내 PM2.5 성분에 대한 데이터베이스가 구축되어야 할 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 연구개요 1
• 1. 연구 배경 및 필요성 2
• 2. 연구 목적 7
• Ⅱ. 국내·외 미세먼지 발생원별 성분 조사 8
• Ⅲ. PM2.5 시료채취 및 성분 분석 32
• 1. PM2.5 시료채취 및 성분 분석 방법 33
• 2. 지역별 PM2.5 및 화학성분 농도 분포 42
• 3. 계절별 PM2.5 및 화학성분 농도 분포 83
• Ⅳ. PM2.5 발생원 규명 및 기여도 평가 94
• 1. PMF 모델의 수행 95
• 2. CPF 분석을 통한 PMF 결과 검증 109
• Ⅴ. 결론 129
• 참고문헌 135