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문제 정의
- 본 연구는 울산지역 초등학교의 실내공기오염 실태를 파악하고 계절(가을과 겨울)과 지역(A: 주거 및 교통밀집지역, B: 산업 및 교통배출 오염물 풍하지역, C: 조선업종 인근 주거지역)과 같은 환경의 변화에 따른 실내공기오염의 특성을 비교하여 초등학교의 실내공기질 관리에 필요한 기초자료를 제공하기 위해서 이루어졌다.
- 본 연구에서는 여과지 포집에 의한 PM10 측정기가 사용되지 않았는데, 이는 PM10 측정기의 높은 소음으로 인한 수업방해를 주지 않기 위해서였다.
- 현재 초등학교의 실내공기질은 ‘학교보건법’에 의해서 규제를 받고 있지만, 학생들의 여러가지 실내활동과 건물의 신축이나 리모델링 등의 환경적 조건에 의해서 기준농도를 초과하는 경우도 발생할 수 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 가을철과 겨울철 초등학교 교실의 환기정도에 따른 실내공기질을 비교하고, 저학년과 고학년의 실내활동 차이와 학교가 위치한 지역적 특성에 따른 실내공기질의 비교를 통하여 보다 효과적인 초등학교 실내공기질 관리를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 표 4에는 이번 연구에서 측정, 분석된 실내공기질 항목 및 기상 측정항목에 대한 시료포집 장비 및 정보, 그리고 그러한 측정항목에 대한 분석장비 정보 등을 요약하여 나타내었다. CO2, O3, NO2, CO, 온도 및 습도는 10초마다 실내공기질 측정장비(IQ-610Xtra)를 이용하여 연속적인 측정을 실시하여 분석하였다. 10초마다 얻어지는 포름알데하이드 측정기기 (Z300XP) 값은 참고용으로 사용하였다.
- VOCs 성분 비교를 위해서는 교실에서 20분 동안 샘플링된 시료를 분석한 농도를 사용하였으며, 가을철 및 겨울철의 6가지 VOCs 성분(Benzene, Toluene, Ethylbenzene, m,p-Xylene, Styrene, o-Xylene)에 대한 농도분석결과를 표 10과 그림 7에 나타내었다. 가을철과 겨울철에 유사한 농도범위를 나타낸 A 초등학교의 Toluene 농도를 제외하고 측정분석된 모든 실내환경에서 Benzene과 Toluene은 모두 겨울철의 농도가 가을철보다 높게 나타났다.
- 저학년 그룹 중 2학년과 고학년 그룹 중 6학년 교실에 대해서는 각각 3학급씩 선정하여 측정하였고, 나머지 학년에서는 한 학년당 1학급씩 선정해서 측정을 하였다. 그리하여 한 계절당 각 학교에서 10개 학급의 실내공기질을 측정하였으며, 가을철과 겨울철을 합하여 총 60개 교실에서의 실내공기질을 측정, 분석하였다. 실내공기질 측정시 가을철과 겨울철의 실제적인 수업환경을 반영하기 위해, 가을철에는 모든 창문과 출입문을 개방하였으며 겨울철에는 모든 창문과 출입문을 닫은상태를 유지하였다.
- 연구대상 초등학교를 선정하기 위해서 먼저, 산업도시 울산의 지역 대기질 자료를 분석하였다. 대기질 자료는 울산광역시에 설치되어 있는 13곳의 실시간 대기질 측정망에서 2006, 2007 및 2008년도에 측정된 3년간 평균값을 이용하였으며, 이 값을 미국 환경청(US EPA)에서 발표한 대기질 지수(Air Quality Index: AQI)로 나타내어 대기질을 평가하였다. 대기질 자료와 지역적 특성을 바탕으로 실시간 대기질 측정망이 위치하고 있는 13개의 지역 중에서 산업배출원 및 교통배출원과 같은 대기오염물의 배출 특성을 고려하여 3개의 연구대상지역 및 초등학교를 선정하였다(그림 1).
- 수업시간에는 교실 내에서 40분 동안 연속적으로 측정을 하였고 측정 장비의 설치 장소는 교실의 한 가운데이며, 측정 높이는 학생들이 수업시간에 주로 책상에 앉아서 수업하는 것을 고려하여 바닥으로부터 약 1 m 정도로 하였다. 쉬는시간(09:50~10:10)에는 측정교실의 복도에서 20분 동안 연속적으로 측정을 하였으며, 측정 장비의 설치 장소는 학생들의 통행에 불편을 주지 않기 위하여 복도의 벽면 쪽에서 30 cm 정도 떨어진 위치에서 복도공기를 포집하였다. 이때도 측정 높이는 교실에서와 마찬가지로 약 1 m 정도로 하였다.
- 알데하이드류 및 케톤류는 교실과 복도에서 60분 동안 연속적으로 샘플링된 시료를 분석한 농도를 사용하였으며, 모든 측정장소에서 검출된 5가지 성분(Formaldehyde, Acetaldehyde, Acetone, Propionaldehyde, Butyraldehyde)을 중심으로 비교한 결과를 표 9와 그림 6에 나타내었다. 알데하이드류 및 케톤류는 3개 초등학교에서 5가지 성분 모두 겨울철 농도가 가을철보다 높게 나타났다.
- 연구대상 초등학교를 선정하기 위해서 먼저, 산업도시 울산의 지역 대기질 자료를 분석하였다. 대기질 자료는 울산광역시에 설치되어 있는 13곳의 실시간 대기질 측정망에서 2006, 2007 및 2008년도에 측정된 3년간 평균값을 이용하였으며, 이 값을 미국 환경청(US EPA)에서 발표한 대기질 지수(Air Quality Index: AQI)로 나타내어 대기질을 평가하였다.
- 연구대상 3개 초등학교 교실에서의 실내공기질 측정은 2009년 가을철과 겨울철에 실시되었으며, 저학년 그룹(1~3학년)과 고학년 그룹(4~6학년)으로 구분하였다. 저학년 그룹 중 2학년과 고학년 그룹 중 6학년 교실에 대해서는 각각 3학급씩 선정하여 측정하였고, 나머지 학년에서는 한 학년당 1학급씩 선정해서 측정을 하였다. 그리하여 한 계절당 각 학교에서 10개 학급의 실내공기질을 측정하였으며, 가을철과 겨울철을 합하여 총 60개 교실에서의 실내공기질을 측정, 분석하였다.
- 측정하고자 하는 모든 실내공기오염물질 항목 [(1)실내공기질: PM10, CO2, CO, O3, NO2; (2) 알데하이드류 및 케톤류; (3) 휘발성유기화합물질; (4) 기상조건: 온도, 습도]을 동시에 측정하였다. 측정 중 발생하는 특이사항을 자세하게 기록하였다.
- 10초마다 얻어지는 포름알데하이드 측정기기 (Z300XP) 값은 참고용으로 사용하였다. 포름알데하이드나 아세트알데하이드를 포함한 알데하이드류 및 케톤류는 오존의 영향을 배제시키기 위한 오존스크러버를 장착한 2,4-DNPH (2,4-Dinitrophenylhydrazine) 카트리지를 이용하여 실내공기시료를 포집하고, 2,4-DNPH와 반응하여 생성된 각각의 알데하이드류 및 케톤류의 하이드라존 유도체를 아세토나이트릴을 이용하여 이들을 추출하여 고성능액체크로마토그래피(HPLCUVD)를 이용하여 알데하이드 및 케톤류의 성분을 확인하고 정량적 농도를 분석하였다. PM10은 광산란법에 의하여 입자의 수를 측정하고 이를 질량농도로 환산하는 GT-331 (Sibata)을 이용하였다.
- PM10은 광산란법에 의하여 입자의 수를 측정하고 이를 질량농도로 환산하는 GT-331 (Sibata)을 이용하였다. 휘발성유기화합물질(VOCs)은 테낙스로 충진된 스테인레스 튜브에 실내공기시료를 포집하여 가스크로마토그래피(GCMSD)를 이용하여 성분의 확인과 정량적 농도를 분석하였다. 그리고 학교보건법 시행규칙에 의한 ‘교사 안에서의 공기의 질에 대한 유지 관리 기준’은 표 5에 나타내었고, 본 연구에서 얻어진 농도값에 대한 비교 기준으로 사용하였다.
대상 데이터
- Table 1. 3-year averages of air pollutant concentrations and air quality index (AQI) near 3 elementary schools selected for this study.
- Table 2. Constructional year and number of students of three target elementary schools.
- 1. Location of three target elementary schools and thirteen air quality monitoring stations in Ulsan.
- 대기질 자료는 울산광역시에 설치되어 있는 13곳의 실시간 대기질 측정망에서 2006, 2007 및 2008년도에 측정된 3년간 평균값을 이용하였으며, 이 값을 미국 환경청(US EPA)에서 발표한 대기질 지수(Air Quality Index: AQI)로 나타내어 대기질을 평가하였다. 대기질 자료와 지역적 특성을 바탕으로 실시간 대기질 측정망이 위치하고 있는 13개의 지역 중에서 산업배출원 및 교통배출원과 같은 대기오염물의 배출 특성을 고려하여 3개의 연구대상지역 및 초등학교를 선정하였다(그림 1). 선정된 세 초등학교 인근의 실시간 대기질 측정망에서 얻어진 3년간의 대기질과 관련된 내용을 표 1에 나타내었다.
- 그림 1에는 석유화학공단, 비철금속공단 그리고 자동차 및 조선업종 등을 포함하는 주요 산업배출 대기오염원에 대한 지역적 구분도 아울러 표시하였다. 본 연구에서 선정된 학교는 그 지역의 대표적인 실시간 대기질 측정망에서 반경 1 km 이내에 속하면서, 연구에 필요한 충분한 학생 수를 가지고 있으면서 본 연구에 협조적인 환경을 지닌 총 3개의 초등학교(A, B, C)였다(그림 1). 선정된 각 학교별 특성을 보면, A 초등학교는 지역적으로 주거지역에 속하며, 비교적 좋은 대기질을 가지고 있다.
- 연구대상 3개 초등학교 교실에서의 실내공기질 측정은 2009년 가을철과 겨울철에 실시되었으며, 저학년 그룹(1~3학년)과 고학년 그룹(4~6학년)으로 구분하였다. 저학년 그룹 중 2학년과 고학년 그룹 중 6학년 교실에 대해서는 각각 3학급씩 선정하여 측정하였고, 나머지 학년에서는 한 학년당 1학급씩 선정해서 측정을 하였다.
- 측정 대상 초등학교의 지역적 특성과 대기질의 차이에 따른 실내공기질을 비교하기 위하여 3개 초등학교 교실과 복도에서의 가을철과 겨울철 실내오염 물질의 평균농도를 이용하였다(표 13 및 14). 먼저, 교실과 복도에서의 PM10은 A 초등학교가 가장 농도가 높았고, 다음으로 B 초등학교, C 초등학교 순이었다.
- 표 3에 나타낸 바와 같이, 1교시(09:10~09:50)에는 저학년 교실에서 실내공기를 포집하였다. 수업시간에는 교실 내에서 40분 동안 연속적으로 측정을 하였고 측정 장비의 설치 장소는 교실의 한 가운데이며, 측정 높이는 학생들이 수업시간에 주로 책상에 앉아서 수업하는 것을 고려하여 바닥으로부터 약 1 m 정도로 하였다.
이론/모형
- 포름알데하이드나 아세트알데하이드를 포함한 알데하이드류 및 케톤류는 오존의 영향을 배제시키기 위한 오존스크러버를 장착한 2,4-DNPH (2,4-Dinitrophenylhydrazine) 카트리지를 이용하여 실내공기시료를 포집하고, 2,4-DNPH와 반응하여 생성된 각각의 알데하이드류 및 케톤류의 하이드라존 유도체를 아세토나이트릴을 이용하여 이들을 추출하여 고성능액체크로마토그래피(HPLCUVD)를 이용하여 알데하이드 및 케톤류의 성분을 확인하고 정량적 농도를 분석하였다. PM10은 광산란법에 의하여 입자의 수를 측정하고 이를 질량농도로 환산하는 GT-331 (Sibata)을 이용하였다. 휘발성유기화합물질(VOCs)은 테낙스로 충진된 스테인레스 튜브에 실내공기시료를 포집하여 가스크로마토그래피(GCMSD)를 이용하여 성분의 확인과 정량적 농도를 분석하였다.
성능/효과
- VOCs의 지역적 비교를 위해서 가을철과 겨울철에 측정, 분석된 평균농도를 이용하였으며, 농도 분석 결과 Styrene을 제외한 모든 성분이 C 초등학교에서 농도가 가장 높았으며, 다음으로 A 초등학교, B 초등학교 순이었다. 이러한 결과 역시 알데하이드류 및 케톤류와 마찬가지로 C 초등학교는 인근의 조선업종에서 선박건조과정에서의 표면코팅이나 페인팅 과정에서 주로 배출되는 VOCs에 의해서 가장 높은 농도를 보였다.
- VOCs 성분 비교를 위해서는 교실에서 20분 동안 샘플링된 시료를 분석한 농도를 사용하였으며, 가을철 및 겨울철의 6가지 VOCs 성분(Benzene, Toluene, Ethylbenzene, m,p-Xylene, Styrene, o-Xylene)에 대한 농도분석결과를 표 10과 그림 7에 나타내었다. 가을철과 겨울철에 유사한 농도범위를 나타낸 A 초등학교의 Toluene 농도를 제외하고 측정분석된 모든 실내환경에서 Benzene과 Toluene은 모두 겨울철의 농도가 가을철보다 높게 나타났다. C 초등학교의 경우 겨울철에 1급 발암성 물질로 알려진 Benzene 농도가 일부교실에서는 2.
- 가을철의 CO2 평균농도는 모두 기준을 만족하였으며, 겨울철에는 C 초등학교를 제외하고 모두 기준을 약간 초과하였다.
- 교실에서의 가을철 PM10과 CO2의 평균농도는 ‘학교보건법 기준농도’ (이하 ‘기준농도’; PM10: 100 μg/m3, CO2: 1,000 ppm)를 만족하였지만, 겨울철에는 C 초등학교의 PM10을 제외하고 모두 기준농도를 초과하는 것으로 나타났다.
- 측정 대상 초등학교의 지역적 특성과 대기질의 차이에 따른 실내공기질을 비교하기 위하여 3개 초등학교 교실과 복도에서의 가을철과 겨울철 실내오염 물질의 평균농도를 이용하였다(표 13 및 14). 먼저, 교실과 복도에서의 PM10은 A 초등학교가 가장 농도가 높았고, 다음으로 B 초등학교, C 초등학교 순이었다. 여기서 A와 B 초등학교에서 C 초등학교보다 농도가 높았던 것은 A와 B 초등학교 인근은 교통량이 상대적으로 많고, 건물구조상 통풍이 잘되지 않는 교실이 많았기 때문인 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 사용한 PM10 측정기(GT-331)에 의한 측정농도는 실내공기를 여과지(Filter)에 포집하여 중량측정법(Gravimetry)으로 분석한 PM10 농도와는 다소 차이가 나겠지만, A 초등학교에서 나타난 농도는 기준농도에 비하여 매우 높은 값이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 여과지 포집에 의한 PM10 측정기가 사용되지 않았는데, 이는 PM10 측정기의 높은 소음으로 인한 수업방해를 주지 않기 위해서였다.
- 실내공기오염물질의 가을철과 겨울철의 농도 비교에서 교실과 복도에서 모두 PM10, CO2, CO, 알데히드류 및 케톤류 그리고 VOCs와 같이 실내에서 주로 발생하는 오염물질은 창문과 출입문을 모두 닫은상태에서 측정이 이루어진 겨울철에 농도가 높았다. 그러나 Ethylbenzene, m,p-Xylene 그리고 o-Xylene과 같은 일부 VOCs의 경우 A와 B 초등학교와 같이 통풍이 원활히 이루어지지 않는 조건에서는 창문과 출입문을 개방한 상태와 닫은상태에서의 농도차이가 뚜렷하지 않았다.
- 연구대상인 3개 초등학교 교실과 복도에서 연구기간 동안 얻어진 가을철과 겨울철의 실내공기오염물질의 평균농도 결과를 표 7과 8에 나타내었다. 우선, PM10, CO2, CO의 경우를 보면, 교실과 복도에서 공통적으로 3가지 오염물질 모두 겨울철의 농도가 가을철보다 유의하게(p＜0.01; CO 제외, PM10 B 초등학교 제외) 높은 것으로 나타났다.
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