This research studied human health risk assessment of benzene from industrial complexes of Chungcheong Province (Seosan industrial complex) and Jeonla Province (Iksan industrial complex and Yeosoo industrial complex). The residents near the industrial complexes areas can be often exposed to volatile...
This research studied human health risk assessment of benzene from industrial complexes of Chungcheong Province (Seosan industrial complex) and Jeonla Province (Iksan industrial complex and Yeosoo industrial complex). The residents near the industrial complexes areas can be often exposed to volatile organic compounds (e.g., benzene, toluene, xylenes) through a number of exposure pathways, including inhalation of the organic pollutant via various environmental matrices (air, water and soil), contaminated water, and soil intake. Benzene is well known to be a common carcinogenic and toxic compound that is produced from industrial and oil refinery complexes. In this study, a number of samples from water, air, and soil were taken from the residential settings and public school zones located near the industrial complex sites. Based on the carcinogenic risk assessment, the risk estimates were slightly above $10{\times}10^{-6}$ at all three industrial sites. According to deterministic risk assessment, inhalation was the most important route. The distribution of benzene in the environment would be dependent on vapor pressure, and the physical property influencing the extent of the potential risks. Non-carcinogenic risk assessment of benzene shows that the values of Hazard Index(HI) were much lower than 1.0 at all industrial complexes. Therefore, benzene was not a cause of concern in terms of non-carcinogenic risk posed to the residents near the sites. When compared to probabilistic risk assessment, the CTE(central tendency exposure) cancer risk values of deterministic risk assessment were close to the mean values predicted by the probabilistic risk assessment. The RME(reasonable maximum exposure) values fell within the range of 95% to 99.9% estimated by the probabilistic risk assessment. Since the values of carcinogenic risk assessment were higher than $10{\times}10^{-6}$, further detailed monitoring and refined risk assessment for benzene may be warranted to estimate more reliable and potential inhalation risks to receptors near the industrial complexes.
This research studied human health risk assessment of benzene from industrial complexes of Chungcheong Province (Seosan industrial complex) and Jeonla Province (Iksan industrial complex and Yeosoo industrial complex). The residents near the industrial complexes areas can be often exposed to volatile organic compounds (e.g., benzene, toluene, xylenes) through a number of exposure pathways, including inhalation of the organic pollutant via various environmental matrices (air, water and soil), contaminated water, and soil intake. Benzene is well known to be a common carcinogenic and toxic compound that is produced from industrial and oil refinery complexes. In this study, a number of samples from water, air, and soil were taken from the residential settings and public school zones located near the industrial complex sites. Based on the carcinogenic risk assessment, the risk estimates were slightly above $10{\times}10^{-6}$ at all three industrial sites. According to deterministic risk assessment, inhalation was the most important route. The distribution of benzene in the environment would be dependent on vapor pressure, and the physical property influencing the extent of the potential risks. Non-carcinogenic risk assessment of benzene shows that the values of Hazard Index(HI) were much lower than 1.0 at all industrial complexes. Therefore, benzene was not a cause of concern in terms of non-carcinogenic risk posed to the residents near the sites. When compared to probabilistic risk assessment, the CTE(central tendency exposure) cancer risk values of deterministic risk assessment were close to the mean values predicted by the probabilistic risk assessment. The RME(reasonable maximum exposure) values fell within the range of 95% to 99.9% estimated by the probabilistic risk assessment. Since the values of carcinogenic risk assessment were higher than $10{\times}10^{-6}$, further detailed monitoring and refined risk assessment for benzene may be warranted to estimate more reliable and potential inhalation risks to receptors near the industrial complexes.
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문제 정의
본 연구에서는 충청·전라 지역의 대표적 산업단지인 서산공단, 여수공단, 그리고 익산공단 지역을 대상으로 다매체 환경(대기, 토양, 수체) 중 벤젠의 농도 수준을 파악하여 노출 시나리오에 따른 인체 위해성 평가를 수행하여 그 결과를 제시하고자 하였다.
제안 방법
0 amu)를 사용하여 벤젠 분석을 수행하였다. 공단 지역 주변의 하천에서 물 시료를 Syringe를 통하여 20ml 채취하여 동일한 GC/MS 기기를 활용하여 벤젠 분석을 실시하였다.
대기 시료 채취 후 흡착관은 열 탈착장치(SPISTD Thermal Desorber, Donam Inc.)를 사용하여 열 탈착 후 GC/MS(GC: Agilent Tech 7890A, MS: Agilent Tech 5975C)의 scan mode (35-350 amu)로 벤젠 분석을 실시하였다. 토양시료는 시료 채취 후 시료에 내부표준물질 (플루오르벤젠 10 mg/mL) 15μL를 micro-syringe 로 주입하였다.
대상 산업단지 세 곳에서 계절별로 2회씩 총 8회(토양시료의 경우 여름, 겨울 각각 1회씩 총 2회)에 걸쳐 벤젠 시료채취 및 분석을 수행하였다. 대기 중 벤젠은 US EPA Compendium Method TO-17에 의거하여 시료를 채취하였다.
이러한 자료의 불확실성은 Monte-Carlo Simulation에서 확률밀도함수로 입력되어 결과에 반영되는데, 노출 변수들의 불확실성은 위해도 결과에 대해 과대평가 혹은 과소평가와 같은 정량적인 해석을 가능하게 한다. 따라서 본 연구에서는 결정론적 위해성 평가 이외에 노출 변수에 대해 확률론적 분포값을 사용하여 확률론적 위해성 평가(Probabilistic Risk Assessment, PRA)를 수행하고자 Monte-Carlo simulation을 사용하였다. 노출평가 시 적용 노출 인자 값들의 범위 및 분포 유형을 표 4에 제시하였고, Monte-Carlo simulation은‘Crystal Ball version 11.
14를 곱하여 산출하였다. 방법정량한계(method quantitation limit, MQL)는 크로마토그램 상의 S/N(signal/noise) 비율 10을 기준으로 추정하였다. 표 1은 매체 별 벤젠의 MDL과 MQL 을 나타내었다.
벤젠의 총 인체 노출량은 모든 노출 경로를 통해 산출된 매체별, 경로별 노출량을 합산하여 총 인체 노출량을 산출하였다. 앞서 제시한 노출 경로에 따른 노출량 산정 수식을 표 3에 제시하였다(KofiAsante-Duah, 1998; 국립환경과학원, 2007).
본 연구에서 결정론적 위해성 평가 결과, 대기에 의한 발암 위해도가 1×10-6을 초과하는 것으로 나타나 이에 대한 확률론적 위해성 평가를 수행하였다.
토양 시료의 채취는 토양오염공정시험법에 의거하여 실시하였다. 시료 채취 시 토양의 불균질성을 고려하여 최소 5군데 이상의 지점을 선정하여 혼합 토양시료를 만들어 40mL의 vial(메탄올 10 mL 함유)에 약 5~10g 정도 넣어 채취하였다.
100mL/min 유속의 고순도 질소가스로 15 분 purge 시켜 흡착관에 벤젠을 채취하였다. 흡착관 내의 수분을 제거하기 위해 purge 시킨 후 열 탈착장치를 사용하여 열 탈착 후 동일한 GC/MS의 SIM mode(선택이온: 77.0, 78.0, 96.0 amu)를 사용하여 벤젠 분석을 수행하였다. 공단 지역 주변의 하천에서 물 시료를 Syringe를 통하여 20ml 채취하여 동일한 GC/MS 기기를 활용하여 벤젠 분석을 실시하였다.
대상 데이터
대상 지역의 다매체 시료 채취 시 산업단지에서 가장 가까운 주거지역, 공단지역, 학교, 하천 등 각 용도별로 1개 이상 지점을 선정하였다. 대기 시료 채취지점은 해당 공단에서 가장 가까운 주거지역 내 동사무소(주거) 및 학교(학교), 그리고 소방서, 파출소, 공장 등(공장)이 포함되었다. 토양 시료는 대기 채취 지점과 인접한 지점의 근처 주거지역, 공터, 학교 놀이터 등에서 채취하였다.
본 연구의 대상 지역으로 선정한 산업단지는 충청 및 전라지역에 위치한 충남 서산공단, 전남 여천공단, 전북 익산공단이었다. 대상 지역의 다매체 시료 채취 시 산업단지에서 가장 가까운 주거지역, 공단지역, 학교, 하천 등 각 용도별로 1개 이상 지점을 선정하였다. 대기 시료 채취지점은 해당 공단에서 가장 가까운 주거지역 내 동사무소(주거) 및 학교(학교), 그리고 소방서, 파출소, 공장 등(공장)이 포함되었다.
토양 시료는 대기 채취 지점과 인접한 지점의 근처 주거지역, 공터, 학교 놀이터 등에서 채취하였다. 물 시료는 해당 산업단지의 폐수가 방류되는 하천 상류, 중류, 하류 3개 지점을 선정하여 채취하였다.
본 연구의 대상 지역으로 선정한 산업단지는 충청 및 전라지역에 위치한 충남 서산공단, 전남 여천공단, 전북 익산공단이었다. 대상 지역의 다매체 시료 채취 시 산업단지에서 가장 가까운 주거지역, 공단지역, 학교, 하천 등 각 용도별로 1개 이상 지점을 선정하였다.
대기 중 벤젠은 US EPA Compendium Method TO-17에 의거하여 시료를 채취하였다. 충진재(Tenax TA 150 mg와 Carboxen 569 100mg)가 채워져 있는 흡착관을 50 mL/min 유속의 고순도 질소가스로 purge 후 300℃ 에서 6시간 이상 가열 후 현장에서 대기 시료샘플러에 연결하여 유속 30 mL/min으로 24시간 동안 채취하였다. 토양 시료의 채취는 토양오염공정시험법에 의거하여 실시하였다.
대기 시료 채취지점은 해당 공단에서 가장 가까운 주거지역 내 동사무소(주거) 및 학교(학교), 그리고 소방서, 파출소, 공장 등(공장)이 포함되었다. 토양 시료는 대기 채취 지점과 인접한 지점의 근처 주거지역, 공터, 학교 놀이터 등에서 채취하였다. 물 시료는 해당 산업단지의 폐수가 방류되는 하천 상류, 중류, 하류 3개 지점을 선정하여 채취하였다.
데이터처리
노출평가 시 적용 노출 인자 값들의 범위 및 분포 유형을 표 4에 제시하였고, Monte-Carlo simulation은‘Crystal Ball version 11.0’소프트웨어를 사용하여 100,000번의 시뮬레이션을 수행하였다(Decisioneering, INC, 2000).
042μg/L 이며, 평균값을 계산할 때 검출 한계 이하의 시료는 검출 한계값의 1/2 값을 사용하여 계산하였다. 또한 95% UCL 값은 평균과 표준편차, t-분포값을 이용하여 산출하였다. 수질 시료의 경우, 벤젠은 간헐적으로 검출되었으며(세 곳의 총 72개의 시료 중 8개 시료에서만 검출됨), 대부분의 시료는 검출 한계 이하로 나타났다.
방법검출한계(method detection limit, MDL)는 추정된 검출한계의 2배 수준의 시료 7개를 제조한 후 분석한 결과의 표준편차에 3.14를 곱하여 산출하였다. 방법정량한계(method quantitation limit, MQL)는 크로마토그램 상의 S/N(signal/noise) 비율 10을 기준으로 추정하였다.
시료의 검출 한계(Detection Limit)는 대기 0.05mg/m3, 토양 0.05mg/kg, 수체 0.042mg/L 이며, 평균값을 계산할 때 검출 한계 이하의 시료는 검출 한계값의 1/2 값을 사용하여 계산하였다.
이론/모형
대상 산업단지 세 곳에서 계절별로 2회씩 총 8회(토양시료의 경우 여름, 겨울 각각 1회씩 총 2회)에 걸쳐 벤젠 시료채취 및 분석을 수행하였다. 대기 중 벤젠은 US EPA Compendium Method TO-17에 의거하여 시료를 채취하였다. 충진재(Tenax TA 150 mg와 Carboxen 569 100mg)가 채워져 있는 흡착관을 50 mL/min 유속의 고순도 질소가스로 purge 후 300℃ 에서 6시간 이상 가열 후 현장에서 대기 시료샘플러에 연결하여 유속 30 mL/min으로 24시간 동안 채취하였다.
충진재(Tenax TA 150 mg와 Carboxen 569 100mg)가 채워져 있는 흡착관을 50 mL/min 유속의 고순도 질소가스로 purge 후 300℃ 에서 6시간 이상 가열 후 현장에서 대기 시료샘플러에 연결하여 유속 30 mL/min으로 24시간 동안 채취하였다. 토양 시료의 채취는 토양오염공정시험법에 의거하여 실시하였다. 시료 채취 시 토양의 불균질성을 고려하여 최소 5군데 이상의 지점을 선정하여 혼합 토양시료를 만들어 40mL의 vial(메탄올 10 mL 함유)에 약 5~10g 정도 넣어 채취하였다.
성능/효과
1) 충청·전라 공단지역에서의 매체 별 대기, 수질, 토양 시료를 채취하여 벤젠을 분석한 결과, 대기 및 토양 시료의 경우 빈번히 검출되었으며, 수질시료에서는 대체로 검출한계(Detection Limit:0.042mg/L)이하로 나타났다.
2) 대기, 토양, 수질 모니터링 결과값을 바탕으로 인체 위해성 평가를 수행한 결과, 벤젠 비발암 위해도는 모든 대상지역에서 유해성 지수(Hazard Index)는 1.0이하로 나타나 비교적 낮은 것으로 판단된다.
3) 초과 발암 위해도의 경우 모든 대상지역에서 1.0×10-6 발암 위해도 수준을 약간 상회하는 것으로 나타났으며, 대기 흡입에 의한 초과 발암 위해도 기여가 다른 노출경로에 비해 약 80% 이상을 차지하였다.
961×10-6 으로 계산되었다(표 9). 결정론적 위해성 평가의 결과와 비교할 경우, 서산 95% UCL 값을 활용한 RME의 값은 서산의 확률론적 위해성 결과 분포에서 97 %에 위치하였고, 여수의 확률론적 위해성 결과 분포에서 99%에 위치하였으며, 익산의 경우는 99%에 위치하여 비교적 유사한 결과를 예측한 것으로 나타났다. 확률론적 위해성 평가 결과 보수적 기준인 1.
지역별로 여수 공단 지역이 타 지역에 비해 상대적으로 높았으며, 비발암 위해도는 매우 적은 것으로 나타났다. 또한 매체별로는 대기에 의한 비발암 위해도가 토양이나 수질에 비해 상대적으로 크게 나타났으며, 83~93% 범위의 비발암 위해 기여도를 나타냈다.
또한 95% UCL 값은 평균과 표준편차, t-분포값을 이용하여 산출하였다. 수질 시료의 경우, 벤젠은 간헐적으로 검출되었으며(세 곳의 총 72개의 시료 중 8개 시료에서만 검출됨), 대부분의 시료는 검출 한계 이하로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 물의 섭취(ingestion), 물 사용 시 휘발로 인한 호흡 및 피부접촉에 대한 노출경로는 위해성 평가에서 제외하였다.
표 1은 매체 별 벤젠의 MDL과 MQL 을 나타내었다. 정밀도(precision) 해석에 사용되는 relative standard deviation(RSD)는 분석 결과의 재현성을 나타내며, 본 연구에서 GC-MS에 대한 RSD(%)값은 2.5~2.9% 범위의 높은 정밀도를 보였다(표 2).
0 이하로 나타났다(표 7). 지역별로 여수 공단 지역이 타 지역에 비해 상대적으로 높았으며, 비발암 위해도는 매우 적은 것으로 나타났다. 또한 매체별로는 대기에 의한 비발암 위해도가 토양이나 수질에 비해 상대적으로 크게 나타났으며, 83~93% 범위의 비발암 위해 기여도를 나타냈다.
확률론적 위해성 평가 결과 보수적 기준인 1.0×10-6 발암 위해도 수준을 초과하는 Percentile은 서산 97%, 여수 99%, 익산 98%로 나타났다.
확률론적 위해성 평가 결과 중 각 지역별 발암 위해도 평균은 서산 2.00×10-6, 여수 5.428×10-6, 익산 3.380×10-6 으로 계산되었다.
확률론적 위해성 평가 결과에 대한 민감도 분석(sensitivity analysis) 결과, 노출빈도(EF), 체중(BW), 노출시간(ET), 호흡률(IRinhalation)이 확률론적 위해성 평가의 결과값에 미치는 영향이 각각 32.9%, 31.9%, 21,7%, 13.1%로 나타났다. 따라서 향후 공단 지역에서의 대기 오염물질(벤젠)의 노출 빈도, 노출 집단의 체중, 노출 시간, 호흡률 등에 대한 보다 상세한 노출빈도와 시간, 체중, 호흡률에 대한 지역 특성을 감안한 노출계수 조사를 활용한다면 확률론적 위해성 평가의 결과값의 신뢰도를 보다 향상 시킬 수 있을 것으로 보인다.
환경 매체 중에서 대기 흡입에 의한 발암 위해도가 가장 높게 나타났고, 토양과 수질에 의한 발암 위해도는 비교적 낮은 결과 값(1×10-7 이하)이 나타났다.
후속연구
대체로 미국과 유럽의 경우 초과 발암 위해도 수준을 1.0×10-4 ~ 1.0×10-6 범위에서 설정하여 위해도 관리를 수행하기 때문에 향후 보다 상세한 모니터링을 통한 인체 위해성 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
1%로 나타났다. 따라서 향후 공단 지역에서의 대기 오염물질(벤젠)의 노출 빈도, 노출 집단의 체중, 노출 시간, 호흡률 등에 대한 보다 상세한 노출빈도와 시간, 체중, 호흡률에 대한 지역 특성을 감안한 노출계수 조사를 활용한다면 확률론적 위해성 평가의 결과값의 신뢰도를 보다 향상 시킬 수 있을 것으로 보인다.
이상을 종합해볼 때, 모든 대상지역에서 1.0×10-6발암 위해도 수준을 초과하는 값이 나타났으며, 보편적인 초과 발암위해도 기준(1.0×10-4 ~ 1.0×10-6)을 고려한다면 향후 산업단지 지역에 대한 상세한 모니터링을 통한 추가 위해성 평가가 이루어져야할 것으로 판단된다.
0×10-6)을 고려한다면 향후 산업단지 지역에 대한 상세한 모니터링을 통한 추가 위해성 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 특히 지역적 특성을 반영한 노출 계수의 반영, 산업단지 지역적 특성(지형 등)과 환경적 요인(기후 등)을 고려한 벤젠의 농도 분포값의 활용 등이 포함되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
만일 벤젠이 토양으로 배출된다면 어떤 현상이 생기는가?
석유연료, 벤젠을 이용한 산업용제 증발에 의해, 또는 가솔린 저장탱크, 주유기, 소화기, 자동차 배기가스를 통해 대기 중으로 배출된다. 만일 벤젠이 토양으로 배출된다면, 지표면에 가까운 곳의 토양에서는 대기 중으로 증발되며, 증발되지 못한 경우에는 지하수를 오염시킬 수 있다. 수계로 배출된 벤젠은 증발과 생분해에 의해 비교적 빠르게 감소된다.
벤젠은 노출 근로자에게 어떤 영향을 미치는가?
벤젠의 농도 저감은 수질의 상태, 미생물의 농축 정도에 의해 영향을 받지만, 일반적으로 수주일 정도가 소요된다. 벤젠은 주로 산업장에서 많이 쓰이는 물질로써 노출 근로자에서 백혈병, 또는 백혈병 전구증상 및 혈액암 등을 유발하며, 염색체 이상과 같은 돌연변이성 영향도 우려된다(Rinsky et al., 1981; Yin et al.
참고문헌 (26)
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