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문제 정의
- 이번 연구는 건설업의 다양한 용접작업 직종별 용접흄 및 용접흄내의 금속류 노출농도 수준을 다양한 문헌자료 및 현장평가 등을 통하여 조사하여 건설업 보건관리를 위한 기초자료로 활용하고 과거 노출 농도를 추정하여 직업병 발생의 연관관계 규명 등에 활용하고자 한다.
- 작업공간 특성에 따른 농도차이를 비교하기 위해 동일한 용접작업을 상이한 작업공간에서 수행하는 일반건축물 배관용접작업을 대상으로 평가하였다. 평가는 지하공간과 지상층(실내)에서 소방 및 급수배관인 아연도금관을 피복아크용접을 하는 작업을 대상으로 하였다(Table 4).
제안 방법
- 1. 건설현장 일반건축물 배관용접공, 화학플랜트 배관용접공, 철골용접공, 소각플랜트 보일러 제작 용접공, 금속마감용접공을 대상으로 용접흄 및 금속류에 대한 노출농도(기하평균) 수준을 살펴보면 다음과 같았다.
- 아파트 신축현장 3개소, 오피스 신축현장 2개소, 대형건축물 신축현장 1개소, 화학플랜트 1개소, 소각플랜트 1개소로 총 8개 건설현장을 대상으로 2015년 3월에서 6월 사이에 평가를 실시하였다. 각 건설현장에서 평가된 용접직종을 일반건축물 배관용접공, 화학플랜트 배관용접공, 보일러 제작용접공, 철골용접공, 금속마감용접공 및 기타 용접공으로 분류하였으며, 각 직종별 용접흄 및 용접흄 내에 함유된 금속류(망간, 크롬, 구리, 산화철, 알루미늄, 니켈, 납, 산화아연)의 노출농도를 살펴보았다. 직종별 용접모재, 용접기법 및 시료수 등은 Table 1과 같다.
- 작업시작 전 작업자에게 시료채취기를 장착하고, 일 작업시간(일 6시간 이상)동안 시료를 채취하였다. 개인시료채취기는 평가 전 유량보정기(bubble generator, 20 cc - 6 LPM, Gillian Corp, USA)를 사용하여 유량을 보정하였다. 측정위치는 작업환경 개선을 목적으로 용접면 밖 호흡영역에서 실시하였으며 발생하는 유해인자의 총량을 평가하였다.
- 건축공사 용접작업을 피복아크용접, TIG용접, CO2용접으로 나누어 살펴보았다(Table 3). 용접기법에 따른 모든 유해인자의 평균 농도수준은 통계적으로 유의하게 서로 다른 것을 알 수 있었다(p<0.
- 중금속 분석은 자동시료주입기(ASX-520 autosampler, CETAC, USA)로 시료를 주입하였고, 유도결합플라즈마(iCAP6000 series, Thermo Scientific, UK)를 이용하여 분석하였다. 시료의 분석은 미국산업위생협회(American Industrial Hygiene Association, AIHA)의 정도관리프로그램(proficiency analytical testing programs)에서 적합상태(proficiency)를 유지하고 있는 기관에서 실시하였다.
- 아파트 등 8개 건설현장에서 채취한 206개 시료 중 직종 구분이 가능한 182개 시료에 대해 일반건축물 및 화학플랜트 배관용접공(pipefitter), 보일러 제작 용접공(boilermakers), 철골용접공(ironworkers), 금속마감 용접공(metal finishing welders) 등 5개 직종으로 구분하여 각 직종별 용접흄 및 용접흄내의 금속류(망간, 크롬, 구리, 산화철, 알루미늄, 니켈, 납, 산화아연)의 노출농도를 살펴보았다. 직종별 유해인자 노출농도 수준 및 노출기준 초과확률은 Table 2와 같다.
- 용접흄 분진 농도를 분석하기 위하여 시료채취 전 PVC 여과지를 데시케이트에서 1일 이상 두어 건조 시키고, 중량분석실에서 2시간 이상 안정화한 후, 해독도 10-7 g 인 전자저울(XP2U, Mettler toledo, Switzerland)을 이용하여 3회 중량을 측정한 후 평균값을 시료채취 전 무게로 하였다. 채취된 시료 및 현장 공시료는 데시케이트에서 1일 이상 두어 건조 시키고, 중량분석실에서 2시간 이상 안정화한 후, 3회 중량을 측정하고 평균값에 현장 공시료의 무게변화를 보정하여 시료채취 후 무게로 하였다.
- , USA)를 37 ㎜ 3단 카세트에 장착하고, 개인시료 채취펌프(MSA Escort Elf Pump, USA)를 사용하여 분당 2 ℓ의 용량으로 시료를 채취하였다. 작업시작 전 작업자에게 시료채취기를 장착하고, 일 작업시간(일 6시간 이상)동안 시료를 채취하였다. 개인시료채취기는 평가 전 유량보정기(bubble generator, 20 cc - 6 LPM, Gillian Corp, USA)를 사용하여 유량을 보정하였다.
- 2 MΩ)로 3회 세척하여 용량 플라스크에 넣은 후 탈이온수로 최종눈금에 맞추어 분석용 시료로 사용하였다. 중금속 분석은 자동시료주입기(ASX-520 autosampler, CETAC, USA)로 시료를 주입하였고, 유도결합플라즈마(iCAP6000 series, Thermo Scientific, UK)를 이용하여 분석하였다. 시료의 분석은 미국산업위생협회(American Industrial Hygiene Association, AIHA)의 정도관리프로그램(proficiency analytical testing programs)에서 적합상태(proficiency)를 유지하고 있는 기관에서 실시하였다.
- g 인 전자저울(XP2U, Mettler toledo, Switzerland)을 이용하여 3회 중량을 측정한 후 평균값을 시료채취 전 무게로 하였다. 채취된 시료 및 현장 공시료는 데시케이트에서 1일 이상 두어 건조 시키고, 중량분석실에서 2시간 이상 안정화한 후, 3회 중량을 측정하고 평균값에 현장 공시료의 무게변화를 보정하여 시료채취 후 무게로 하였다.
- 측정결과는 자료의 정규성 검정을 실시하여 분포 특성을 살펴보았으며, 대부분 대수정규분포하는 특성을 보였으나, 일부 불검출이 많은 분석물질에서는 정규분포 또는 대수정규분포를 따르지 않는 평가그룹이 존재하여 평균값을 산술평균(arithmetic mean, AM)과 기하평균(geometric mean, GM) 등으로 모두 제시하였다. 평균비교는 분산분석(ANOVA) 및 T-검정(T-test)을 실시하였다.
- 개인시료채취기는 평가 전 유량보정기(bubble generator, 20 cc - 6 LPM, Gillian Corp, USA)를 사용하여 유량을 보정하였다. 측정위치는 작업환경 개선을 목적으로 용접면 밖 호흡영역에서 실시하였으며 발생하는 유해인자의 총량을 평가하였다.
대상 데이터
- 아파트 신축현장 3개소, 오피스 신축현장 2개소, 대형건축물 신축현장 1개소, 화학플랜트 1개소, 소각플랜트 1개소로 총 8개 건설현장을 대상으로 2015년 3월에서 6월 사이에 평가를 실시하였다. 각 건설현장에서 평가된 용접직종을 일반건축물 배관용접공, 화학플랜트 배관용접공, 보일러 제작용접공, 철골용접공, 금속마감용접공 및 기타 용접공으로 분류하였으며, 각 직종별 용접흄 및 용접흄 내에 함유된 금속류(망간, 크롬, 구리, 산화철, 알루미늄, 니켈, 납, 산화아연)의 노출농도를 살펴보았다.
- 중량 분석된 PVC 여과지(Poly Vinyl Chloride, 직경 37 ㎜, 공극 5 ㎛, SKC Inc., USA)를 37 ㎜ 3단 카세트에 장착하고, 개인시료 채취펌프(MSA Escort Elf Pump, USA)를 사용하여 분당 2 ℓ의 용량으로 시료를 채취하였다. 작업시작 전 작업자에게 시료채취기를 장착하고, 일 작업시간(일 6시간 이상)동안 시료를 채취하였다.
- 작업공간 특성에 따른 농도차이를 비교하기 위해 동일한 용접작업을 상이한 작업공간에서 수행하는 일반건축물 배관용접작업을 대상으로 평가하였다. 평가는 지하공간과 지상층(실내)에서 소방 및 급수배관인 아연도금관을 피복아크용접을 하는 작업을 대상으로 하였다(Table 4). 평가결과 지하 작업장에서 용접흄이 7.
데이터처리
- 평균비교는 분산분석(ANOVA) 및 T-검정(T-test)을 실시하였다. 자료 분석을 위한 통계처리는 PASW version 18.0을 이용하였으며, 미국산업위생협회에서 개발한 IHDataStastics 프로그램을 사용하여 베이시안(bayesian) 통계기법을 활용한 직종별 노출평가 결과에 대한 노출기준 초과 확률을 산출하였다.
- 측정결과는 자료의 정규성 검정을 실시하여 분포 특성을 살펴보았으며, 대부분 대수정규분포하는 특성을 보였으나, 일부 불검출이 많은 분석물질에서는 정규분포 또는 대수정규분포를 따르지 않는 평가그룹이 존재하여 평균값을 산술평균(arithmetic mean, AM)과 기하평균(geometric mean, GM) 등으로 모두 제시하였다. 평균비교는 분산분석(ANOVA) 및 T-검정(T-test)을 실시하였다. 자료 분석을 위한 통계처리는 PASW version 18.
이론/모형
- 중금속 분석은 미국국립산업안전보건연구원(National Institute of Occupational Safety and Health, NIOSH) 분석방법 #7304에 준용하여, 시료(PVC 여과지)를 30 ㎖ 마이크로웨이브 용기(Microwave vessel)에 넣고 진한 질산 1 ㎖를 넣은 후 마개를 하였다. 마이크로웨이브(MARS Xpress, CEM Corp.
성능/효과
- - 크롬, 구리, 알루미늄은 철골용접공에서 가장 높은 농도수준을 나타내었으나 기하평균값이 노출 기준의 1/10 이하 수준으로 낮았다.
- 2. 베이시안 통계기법을 활용한 유해인자별 노출기준 초과 확률을 산출하면, 일반건축물 배관용접공에서 용접흄이 48.23%, 망간 3.977%, 산화철 6.365%, 납 9.036%, 산화아연은 14.499%였고, 철골용접공의 경우, 용접흄 31.8%, 망간 3.685%, 납 4.885%, 산화철 0.297% 이었다. 화학플랜트 배관공, 보일러용접공, 금속마감용접의 경우, 유해인자가 노출기준을 초과할 확률은 낮았다.
- 3. 용접기법에 따른 용접흄 농도는 CO2용접(2.0784 mg/㎥) > 피복아크용접(1.5400 mg/㎥) > TIG용접(0.7044 mg/㎥) 순으로 높았고, 금속류 노출농도에서도 니켈과 구리를 제외하고 CO2용접 > 피복아크용접 > TIG용접 순으로 높았다.
- 4. 동일한 직종의 일반건축물 배관용접작업에서 지하공간(7.7471 mg/㎥)과 지상층 실내공간(2.1487 mg/㎥)의 용접흄 농도차이는 약 3.6배로 더욱 커서 작업장 환기조건이 용접흄 농도에 중요한 환경변수임을 알 수 있었다.
- 5. 용접작업 위험도가 높은 일반건축물의 배관용접과 철골용접작업, 지하공간에서의 용접작업, CO2용접작업 등을 수행할 시에는 환기장치 사용과 호흡용 보호구 착용 등 철저한 작업환경관리와 작업 시 아크까지 일정거리 유지, 적정 용접전류 선택 등 용접흄 발생을 최소화할 수 있는 근로자 안전보건교육이 필요함을 알 수 있었다.
- 0680 mg/㎥ 순이었다. CO2용접이 통계적으로 유의하게 농도수준이 높았다. 알루미늄(노출기준 5 mg/㎥)은 피복아크용접이 기하평균 0.
- 7044 mg/㎥ 순이었다. TIG용접을 기준값으로 보면 피복아크용접이 2.2배, CO2용접이 약 3배 높은 수준이었고 TIG용접이 통계적으로 유의하게 농도수준이 낮음을 알 수 있었다. 망간(노출기준 1 mg/㎥)도 CO2용접이 기하평균 0.
- 건설현장 용접직종에 따른 유해인자별 농도수준을 살펴보면, 용접흄, 납, 산화아연의 농도는 일반건축물 배관용접공에서 가장 높았고, 망간, 산화철, 크롬, 구리, 알루미늄은 철골용접공에서 가장 높은 농도수준을 나타내었다.
- 05). 금속류에 대한 용접모재별 분석결과, 크롬, 구리, 산화철, 니켈 농도는 용접모재의 종류에 따라 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었으나, 망간, 알루미늄, 납, 산화아연의 농도에 있어서는 용접모재별 통계적으로 유의한 차이가 없었다.
- 철골용접공은 용접흄 시료의 40% 이상(n=4)이 노출기준을 초과하였고, 납도 한 개 시료에서 노출기준을 초과하였다. 노출기준 초과확률을 산출한 결과, 용접흄, 망간, 납, 산화철이 노출기준을 초과할 가능성이 각 31.81%, 3.685%, 4.885%, 0.297%로 나타났다.
- 용접흄 평가시료의 약 15%(n=5)가 노출기준을 초과하였고, 용접흄내의 금속류에서는 노출기준을 초과하는 시료는 없었다. 노출기준 초과확률을 산출한 결과, 용접흄과 망간이 노출기준을 초과할 확률은 각 6.79%, 2.42% 이었다.
- 용접하는 작업을 수행하며 실외에서 작업이 이루어졌다. 노출평가 결과, 기하평균으로 용접흄 3.7654 mg/㎥, 망간 0.4705 mg/㎥, 산화철 1.3208 mg/㎥, 크롬 0.0060 mg/㎥, 구리 0.0032 mg/㎥, 알루미늄 0.0267 mg/㎥, 납 0.0044 mg/㎥, 니켈 0.00003 mg/㎥을 나타내어 이번 건설현장 용접작업 평가 직종 중 통계적으로 유의하게 가장 높은 농도를 나타낸 직종이었다. 철골용접공은 용접흄 시료의 40% 이상(n=4)이 노출기준을 초과하였고, 납도 한 개 시료에서 노출기준을 초과하였다.
- 일반건축물의 배관용접작업공(n=21)은 건축물의 급수, 소방배관인 아연도금관을 피복아크용접하는 작업으로 지하 주차장, 기계실 등 지하공간에서 많이 이루어지고 있었다. 노출평가결과(기하평균), 용접흄 농도가 4.7529 mg/㎥, 망간 0.0700 mg/㎥, 크롬 0.0031 mg/㎥, 구리 0.0016 mg/㎥, 산화철 0.4397 mg/㎥, 알루미늄 0.0208 mg/㎥, 니켈 0.00003 mg/㎥, 납 0.0067 mg/㎥, 산화아연 1.2154 mg/㎥ 수준이었다. 용접흄, 산화아연 및 납 평가시료 중 각 57%(n=12), 5%(n=1), 5%(n=1)의 시료가 노출기준을 초과하였다.
- 망간의 농도는 CO2용접이 TIG용접보다 약 32배 더 높아 큰 차이를 나타내었고, 산화철도 CO2용접이 TIG용접과 비교하여 약 6배정도 더 높은 농도를 나타내었다. 다만, 농도수준은 매우 낮으나 니켈 농도는 TIG용접기법이 다른 용접기법과 비교하여 높은 수준을 나타내었다. 일반적으로 CO2용접과 피복아크용접은 용접모재로 카본스틸을 많이 사용하고, TIG용접은 스테인리스 스틸, 합금 등을 주로 사용하는 것이 용접기법별로 발생하는 금속류의 농도차이를 발생하는 것으로 분석된다.
- 7044 mg/㎥)은 통계적으로 유의하게 낮은 농도수준을 나타내었다. 망간의 농도는 CO2용접이 TIG용접보다 약 32배 더 높아 큰 차이를 나타내었고, 산화철도 CO2용접이 TIG용접과 비교하여 약 6배정도 더 높은 농도를 나타내었다. 다만, 농도수준은 매우 낮으나 니켈 농도는 TIG용접기법이 다른 용접기법과 비교하여 높은 수준을 나타내었다.
- 0001 mg/㎥이었다. 산화아연(노출기준 5 mg/㎥)은 피복아크용접이 0.0711 mg/㎥으로 통계적으로 유의하게 가장 높았고, TIG용접이 0.03142 mg/㎥, CO2용접이 0.0228 mg/㎥이었다.
- 스테인리스 스틸을 용접모재로 하는 용접작업에서 크롬, 니켈의 농도가 가장 높았고, 합금을 모재로 하는 용접에서 구리와 산화철 농도가 가장 높은 것으로 분석되었다. 화학플랜트 건설현장의 경우 모든 작업이 옥외에서 이루어지고 용접흄 발생량이 상대적으로 적은 TIG용접기법을 적용하고 있어 향후 노출 평가 결과 노출기준을 초과할 확률은 높지 않을 것으로 분석되었다.
- 용접기법에 따른 모든 유해인자의 평균 농도수준은 통계적으로 유의하게 서로 다른 것을 알 수 있었다(p<0.05).
- 용접모재별로 금속류의 농도를 살펴보면, 스테인리스 스틸을 용접모재로 하는 용접작업에서 크롬, 니켈의 농도가 가장 높았고, 합금을 모재로 하는 용접에서 구리와 산화철 농도가 가장 높은 것으로 분석되었다. 다만, 실외작업이며 TIG용접기법을 적용하다보니 노출농도는 노출기준의 10%미만으로 매우 낮았는데 TIG용접기법을 사용하는 경우에는 텅스텐을 전극으로 사용하여 별도의 용접봉을 소모하지 않는 작업이므로 스테인리스 스틸을 피복아크용접하는 작업과 비교하면 크롬, 니켈의 발생농도는 상대적으로 낮을 것으로 추정된다.
- 0570 mg/㎥이었다. 용접흄 평가시료의 약 8%(n=7)가 노출기준을 초과하였고, 금속류에서는 노출기준을 초과하는 시료는 없었으며 노출기준 초과확률도 낮았다.
- 작업공간 특성에 따른 용접작업 노출평가 결과를 살펴보기 위해 동일한 용접작업을 서로 다른 공간에서 수행한 일반건축물 배관용접작업을 지하공간과 지상층으로 나누어 평가하였는데, 지하공간에서 용접흄 농도가 지상층보다 3.6배 더 높았고, 망간, 산화철, 납의 농도는 지하공간이 지상층보다 약 5배 이상 높았다. Kwag & Paik(1997)의 연구에서도 작업공간에 대한 농도수준을 비교하였는데, 밀폐작업장의 공기 중 용접흄은 개방된 작업장보다 3.
- 크롬(노출기준 0.5 mg/㎥)은 CO2용접과 피복아크용접이 각 0.0013 mg/㎥이었고 TIG용접이 0.0003 mg/㎥으로 통계적으로 유의하게 낮았다. 구리(노출 기준 0.
- 0031 mg/㎥ 순이었다. 특히, 망간 농도의 경우, 농도수준은 낮지만 CO2용접이 TIG용접보다 30배 이상 높아서 용접기법간 가장 큰 농도 차이를 나타내는 유해인자였으며, CO2용접이 통계적으로 유의하게 농도수준이 높음을 알 수 있었다.
- 05). 특히, 망간, 산화철과 납의 농도는 지하 작업장이 각 0.1311 mg/㎥, 0.8214 mg/㎥, 0.0129 mg/㎥이며 지상 실내작업장이 각 0.0253 mg/㎥, 0.1593 mg/㎥, 0.0023 mg/㎥으로 지하 작업장에서 5배 이상 높은 농도로 평가되었다. 또한, 산화아연도 지하 작업장 농도가 2.
- 특히, 일반건축물 배관용접작업을 지하공간과 지상층으로 나누어 농도수준을 살펴보면, 지하공간(n=13)에서 용접흄 농도가 7.7471 mg/㎥로 지상층(n=8)의 2.1487 mg/㎥보다 3.6배 더 높았고, 망간(흄), 산화철(흄), 납의 농도는 지하공간이 지상층보다 약 5배 이상 더 높은 것을 알 수 있었다. 일반건축물의 배관용접은 주로 기상의 영향을 받지 않는 지하공간에서 지상층에서 사용할 배관의 초벌용접까지 포괄적으로 시행하고 있었는데, 지하공간의 경우 환기가 이루어지기 어려운 공간이므로 가능한 지상층에서 작업을 하도록 유도할 필요가 있으며, 지하공간에서 용접을 시행할 경우에는 이동식 국소배기장치의 사용이 필수적이다.
- 평가결과 지하 작업장에서 용접흄이 7.7471 mg/㎥, 지상 실내작업자에서는 2.1487 mg/㎥로 지하공간에서 약 3.605배 농도가 높음을 알 수 있었다(p<0.05).
- 용접흄, 산화아연 및 납 평가시료 중 각 57%(n=12), 5%(n=1), 5%(n=1)의 시료가 노출기준을 초과하였다. 평가결과를 바탕으로 베이시안 통계기법을 통한 노출기준 초과확률을 산출한 결과, 용접흄, 산화아연, 납, 산화철이 노출기준을 초과할 가능성이 각 48.23%, 14.49%, 9.03%, 6.36%로 나타났다.
- 297% 이었다. 화학플랜트 배관공, 보일러용접공, 금속마감용접의 경우, 유해인자가 노출기준을 초과할 확률은 낮았다.
후속연구
- 또한, Kim & Kim(2012)의 연구에서는 용접작업 중 발생하는 흄의 나노입자비율이 58%로써 유럽연합에서 정의하는 나노물질(50% 이상 나노입자)에 해당한다고 하여 용접작업에 대한 유해성을 강조하였는데, 용접작업에 대한 노출평가를 실시할 때 입자의 입경별 분포에 대한 추후 연구가 필요하다.
- 스테인리스 스틸을 용접모재로 하는 용접작업에서 크롬, 니켈의 농도가 가장 높았고, 합금을 모재로 하는 용접에서 구리와 산화철 농도가 가장 높은 것으로 분석되었다. 화학플랜트 건설현장의 경우 모든 작업이 옥외에서 이루어지고 용접흄 발생량이 상대적으로 적은 TIG용접기법을 적용하고 있어 향후 노출 평가 결과 노출기준을 초과할 확률은 높지 않을 것으로 분석되었다.
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