[논문]다양한 실내 침투 휘발물질 농도 예측 방법을 이용한 토양오염물질의 실내흡입 위해성평가

정재웅; 남택우; 남경필

doi:10.7857/jsge.2015.20.4.051

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Indoor inhalation of vapors intruded into buildings is an important exposure pathway in volatile organic compoundscontaminated sites. Site-specifically measured indoor air concentration is preferentially used for risk assessment. However, when indoor air concentration of VOC is not measured, the ind...

Indoor inhalation of vapors intruded into buildings is an important exposure pathway in volatile organic compoundscontaminated sites. Site-specifically measured indoor air concentration is preferentially used for risk assessment. However, when indoor air concentration of VOC is not measured, the indoor air concentration needs to be estimated from soil concentration or measured soil gas concentration of the VOC. Some risk assessment guidance (e.g., Korea Ministry of Environment (KMOE) and American Society for Testing and Materials (ASTM) International guidance) estimate the indoor air concentration from soil concentration while other guidances (e.g., United States Environmental Protection Agency (USEPA) and Dutch National Institute for Public Health (RIVM)) estimate it from measured soil gas concentration. This study derived indoor inhalation risks of intruded benzene in two benzene-contaminated residential areas with four different risk assessment guidances (i.e., KMOE, USEPA, ASTM, and Dutch RIVM) and compared the derived risks. The risk assessment results revealed that indoor air estimation approach from soil concentration could either underestimate (when the contaminant is not detected in soil) or overestimate (when the contaminant is detected in soil even at negligible concentration) the indoor air inhalation risk. Hence, this paper recommends to estimate indoor air concentration from soil gas concentration, rather than soil concentration. Discussions about the various indoor air concentration estimation approaches are provided.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 각 지침의 실내흡입에 대한 위해성평가방법 차이점이 위해성평가 결과에 미치는 영향을 파악하기 위해 USEPA, ASTM 및 RIVM에서 사용하고 있는 실내공기 중 오염물질의 농도를 예측하는 방법을 살펴보고, 우리나라 OO 벤젠 오염부지를 대상으로 이들 지침과 우리나라 현행지침을 사용한 경우 위해도 차이를 비교해 보았다. 또한, 보다 신뢰성 있는 위해성평가를 위한 우리나라 현행지침의 개선방향을 제시하였다.
본 논문에서는 각 지침의 실내흡입에 대한 위해성평가방법 차이점이 위해성평가 결과에 미치는 영향을 파악하기 위해 USEPA, ASTM 및 RIVM에서 사용하고 있는 실내공기 중 오염물질의 농도를 예측하는 방법을 살펴보고, 우리나라 OO 벤젠 오염부지를 대상으로 이들 지침과 우리나라 현행지침을 사용한 경우 위해도 차이를 비교해 보았다. 또한, 보다 신뢰성 있는 위해성평가를 위한 우리나라 현행지침의 개선방향을 제시하였다.
그러나 본 연구에서와 같이 실내공기 농도 측정이 어려운 경우 실내공기 농도를 예측하여야 하는데, 현재 국가별 혹은 기관별로 다양한 실내공기 농도 예측방식을 제시하고 있다. 본 연구에서는 이러한 여러 가지 지침을 이용하여 벤젠의 실내흡입 위해도를 산정해 보고, 그 결과를 비교, 분석하여 합리적인 흡입 위해성평가 방법을 제안하고자 하였다. 우리나라 현행지침의 경우, 토양농도로부터 3상분배를 이용하여 토양공기 중 벤젠의 농도를 예측하고, 그 결과에 감쇄계수를 적용하여 실내공기 중 벤젠의 농도를 예측하는 방법을 사용하는데, 이는 가장 큰 불확실성을 가지고 위해도를 과대평가할 개연성이 높은것으로 판단된다.

가설 설정

이상에서 살펴본 내용을 바탕으로 국내외의 4개 지침(우리나라 현행지침, USEPA 지침, ASTM 지침 및 Dutch RIVM 지침)을 이용해 벤젠 오염부지에 대한 위해성평가를 실시하고 그 결과를 비교·분석하였다. 이 때, 명확한 비교를 위해 건물의 형태를 상기 지침에서 모두 가정하고 있는 둘레에 틈이 있는 바닥을 가진 슬라브디자인 건물로 가정하였다.

제안 방법

또한, 는 USEPA의 감쇄계수(식 (3))와 동일하지만 이를 다른 방식으로 표현한 것이다. 따라서 ASTM의 지침에서는 우리나라 현행지침과 동일하게 토양농도를 바탕으로 3상분배 현상을 이용해 토양공기 농도를 예측하며, USEPA 지침과 동일하게 JEM을 이용해 토양공기 농도로부터 실내공기 농도를 예측한다.
벤젠으로 오염된 연구대상 부지(이하 “Site A”와 “Site B”라 한다)는 주거지역이며, 내부에 오염원은 존재하지 않으나 주변에서 유입된 유류성분으로 인해 벤젠오염이 발생한 것으로 조사되었다. 토양 내 벤젠의 실내침투에 의한 벤젠의 실내흡입에 대한 위해성평가를 위해 두 부지에서 토양 및 토양공기 내 벤젠농도 조사를 수행하였다. 토양조사 시에는 토양정밀조사 지침(KMOE, 2013a)을 준용해 면적에 따른 시료채취 지점 수를 결정한 후 각 지점의 지표면에서부터 최대오염심도까지 1 m 간격으로 시료를 채취해 분석하였다.
USEPA와 RIVM은 토양 중 오염물질의 농도와는 상관없이 토양공기 내 오염물질의 농도를 실제 측정을 하고, JEM을 이용하여 감쇄계수를 도출하여 실내 오염물질의 농도를 예측하는 방법을 사용하고 있는데, 문헌고찰 결과와 본 연구의 실제 사례연구에 근거하여 판단해 보면, 이는 현재 사용할 수 있는 가장 정확한 예측 방법으로 판단된다. 즉, 실내흡입에 대한 위해성평가시 실내공기 농도를 실측하지 못해 예측이 필요한 경우, 현행 지침에서는 오염물질의 3상분배식을 이용해 토양농도로부터 토양공기 농도를 예측하고, 예측한 토양공기 농도에 감쇄계수 기본값을 곱해 실내공기 농도를 예측한다. 그렇지만 이 방법의 불확실성이 매우 크기 때문에, 본 논문에서는 현실적으로 우리나라에서 이용 가능한 방법으로서 토양공기 농도를 실측한 후, 이 값에 부지특이적 감쇄계수(JEM을 이용해 도출) 또는 감쇄계수 기본값을 곱해 실내공기 농도를 예측하는 방법을 제안한다.
즉, 실내흡입에 대한 위해성평가시 실내공기 농도를 실측하지 못해 예측이 필요한 경우, 현행 지침에서는 오염물질의 3상분배식을 이용해 토양농도로부터 토양공기 농도를 예측하고, 예측한 토양공기 농도에 감쇄계수 기본값을 곱해 실내공기 농도를 예측한다. 그렇지만 이 방법의 불확실성이 매우 크기 때문에, 본 논문에서는 현실적으로 우리나라에서 이용 가능한 방법으로서 토양공기 농도를 실측한 후, 이 값에 부지특이적 감쇄계수(JEM을 이용해 도출) 또는 감쇄계수 기본값을 곱해 실내공기 농도를 예측하는 방법을 제안한다.

데이터처리

이상에서 살펴본 내용을 바탕으로 국내외의 4개 지침(우리나라 현행지침, USEPA 지침, ASTM 지침 및 Dutch RIVM 지침)을 이용해 벤젠 오염부지에 대한 위해성평가를 실시하고 그 결과를 비교·분석하였다. 이 때, 명확한 비교를 위해 건물의 형태를 상기 지침에서 모두 가정하고 있는 둘레에 틈이 있는 바닥을 가진 슬라브디자인 건물로 가정하였다.

이론/모형

토양 내 벤젠의 실내침투에 의한 벤젠의 실내흡입에 대한 위해성평가를 위해 두 부지에서 토양 및 토양공기 내 벤젠농도 조사를 수행하였다. 토양조사 시에는 토양정밀조사 지침(KMOE, 2013a)을 준용해 면적에 따른 시료채취 지점 수를 결정한 후 각 지점의 지표면에서부터 최대오염심도까지 1 m 간격으로 시료를 채취해 분석하였다. 이후 각 심도별 농도의 평균을 각지점의 대표농도로 결정하고, 이를 이용해 부지 전체의 노출농도(상위 95% 신뢰한계도)를 결정하였다.
토양과 토양공기 내 벤젠 오염농도 및 토양특성인자 조사결과(Table 1)를 바탕으로 우리나라 현행지침 및 USEPA, ASTM, Dutch RIVM 지침을 이용해 실내공기 농도를 예측하였다. 다만, 오염부지 내부에 다양한 주거건물이 혼재하고 있어 대표성 있는 건물특성인자를 도출하기 어려워 USEPA에서 제시한 둘레에 틈이 있는 바닥을 가진 슬라브디자인 건물특성인자 기본값을 적용하였다 (Table S1).

성능/효과

이 감쇄계수는 USEPA와 RIVM에 따른 JEM을 이용한 예측 결과와도 동일하다. 그 결과, 우리나라 현행지침을 이용해 예측한 실내공기 농도는 202 µg/m3로 ASTM 지침을 이용해 예측한 실내공기 농도인 7.45 µg/m3보다 28배 높았다.
실내흡입에 대한 위해성평가 시에는 실측한 실내공기 농도를 바탕으로 위해성평가를 수행하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 본 연구에서와 같이 실내공기 농도 측정이 어려운 경우 실내공기 농도를 예측하여야 하는데, 현재 국가별 혹은 기관별로 다양한 실내공기 농도 예측방식을 제시하고 있다.
본 연구에서는 이러한 여러 가지 지침을 이용하여 벤젠의 실내흡입 위해도를 산정해 보고, 그 결과를 비교, 분석하여 합리적인 흡입 위해성평가 방법을 제안하고자 하였다. 우리나라 현행지침의 경우, 토양농도로부터 3상분배를 이용하여 토양공기 중 벤젠의 농도를 예측하고, 그 결과에 감쇄계수를 적용하여 실내공기 중 벤젠의 농도를 예측하는 방법을 사용하는데, 이는 가장 큰 불확실성을 가지고 위해도를 과대평가할 개연성이 높은것으로 판단된다. 특히, 우리나라 현행지침에 따라 실내공기농도를 예측하여(3상분배와 감쇄계수 사용) 위해성평가를 수행할 경우, 표토에서 토양오염도가 우리나라 토양오염공정시험기준에서 제시한 벤젠의 정량한계인 0.
한편, 현행지침과 토양공기 중 농도를 예측하는 것은 동일하나 감쇄계수를 사용하지 않고 JEM을 적용하여 실내 공기 중 벤젠 농도를 예측하는 ASTM 지침은 현장 특이적인 감쇄계수를 사용한다는 점에서 현행지침보다는 합리적이나, 여전히 실내 흡입 노출량과 위해도를 과대평가하는 경향이 있었다. USEPA와 RIVM은 토양 중 오염물질의 농도와는 상관없이 토양공기 내 오염물질의 농도를 실제 측정을 하고, JEM을 이용하여 감쇄계수를 도출하여 실내 오염물질의 농도를 예측하는 방법을 사용하고 있는데, 문헌고찰 결과와 본 연구의 실제 사례연구에 근거하여 판단해 보면, 이는 현재 사용할 수 있는 가장 정확한 예측 방법으로 판단된다.
한편, 현행지침과 토양공기 중 농도를 예측하는 것은 동일하나 감쇄계수를 사용하지 않고 JEM을 적용하여 실내 공기 중 벤젠 농도를 예측하는 ASTM 지침은 현장 특이적인 감쇄계수를 사용한다는 점에서 현행지침보다는 합리적이나, 여전히 실내 흡입 노출량과 위해도를 과대평가하는 경향이 있었다. USEPA와 RIVM은 토양 중 오염물질의 농도와는 상관없이 토양공기 내 오염물질의 농도를 실제 측정을 하고, JEM을 이용하여 감쇄계수를 도출하여 실내 오염물질의 농도를 예측하는 방법을 사용하고 있는데, 문헌고찰 결과와 본 연구의 실제 사례연구에 근거하여 판단해 보면, 이는 현재 사용할 수 있는 가장 정확한 예측 방법으로 판단된다. 즉, 실내흡입에 대한 위해성평가시 실내공기 농도를 실측하지 못해 예측이 필요한 경우, 현행 지침에서는 오염물질의 3상분배식을 이용해 토양농도로부터 토양공기 농도를 예측하고, 예측한 토양공기 농도에 감쇄계수 기본값을 곱해 실내공기 농도를 예측한다.

후속연구

실내흡입에 대한 위해성평가 시에는 실측한 실내공기 농도를 바탕으로 위해성평가를 수행하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 본 연구에서와 같이 실내공기 농도 측정이 어려운 경우 실내공기 농도를 예측하여야 하는데, 현재 국가별 혹은 기관별로 다양한 실내공기 농도 예측방식을 제시하고 있다. 본 연구에서는 이러한 여러 가지 지침을 이용하여 벤젠의 실내흡입 위해도를 산정해 보고, 그 결과를 비교, 분석하여 합리적인 흡입 위해성평가 방법을 제안하고자 하였다.
우리나라 현행지침의 경우, 토양농도로부터 3상분배를 이용하여 토양공기 중 벤젠의 농도를 예측하고, 그 결과에 감쇄계수를 적용하여 실내공기 중 벤젠의 농도를 예측하는 방법을 사용하는데, 이는 가장 큰 불확실성을 가지고 위해도를 과대평가할 개연성이 높은것으로 판단된다. 특히, 우리나라 현행지침에 따라 실내공기농도를 예측하여(3상분배와 감쇄계수 사용) 위해성평가를 수행할 경우, 표토에서 토양오염도가 우리나라 토양오염공정시험기준에서 제시한 벤젠의 정량한계인 0.1 mg/kg 수준으로 검출된다고 할지라도 실내흡입에 대한 발암위해도가 목표발암위해도(10−5 또는 10−6)를 초과한다는 결론이 도출되기 때문에, 이에 대한 근본적인 검토가 필요하다.

참고문헌 (12)

ASTM International, 2010, Standard Guide for Risk-Based Corrective Action (Reapproved 2010), West Conshohocken, PA, USA, Designation: E2081-00.
Bakker, J., Lijzen, J.P.A., and van Wijnen, H.J., 2008, Site-Specific Human Risk Assessment of Soil Contamination with Volatile Compounds, RIVM, RIVM Report 711701049.
Korea Ministry of Environment (KMOE), 2013a, Rules for the Remedial Investigation of Soils, KMOE Notice 2013-59.
KMOE, 2013b, Standard for the Soil Contamination Testing, KMOE Notice 2013-113.
KMOE, 2015, Risk Assessment Guidance for Soil Contaminants, KMOE Notice 2015-64.
MDRN, 2006, Missouri Risk-Based Corrective Action Technical Guidance (Appendices), available at http://dnr.mo.gov/env/ hwp/mrbca/mrbca.htm.
USEPA, 1996, Soil Screening Guidance: User's Guide, Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, DC, USA, EPA/540/R-96/018.
USEPA, 2002, OSWER Draft Guidance for Evaluating the Vapor Intrusion to Indoor Air Pathway from Groundwater and Soils (Subsurface Vapor Intrusion Guidance), Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, DC, USA, EPA530-D-02-004.
USEPA, 2004, User's Guide for Evaluating Subsurface Vapor Intrusion into Buildings, Office of Emergency and Remedial Response, Washington, DC, USA.
USEPA, 2013, ProUCL Version 5.0.00 Technical Guide: Statistical Software for Environmental Applications for Data Sets with and without Nondetect Observations, Office of Research and Development, Washington, DC, USA, EPA/600/R-07/041.
USEPA, 2015a, OSWER Technical Guide fir Assessing and Mitigating the Vapor Intrusion Pathway from Subsurface Vapor Sources to Indoor Air, Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, DC, USA, OSWER Publication 9200.2- 154.
USEPA, 2015b, Technical Guide for Addressing Petroleum Vapor Intrusion at Leaking Underground Storage Tank Sites, Office of Underground Storage Tanks, Washington, DC, USA, EPA 510-R-15-001.

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