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문제 정의
- 따라서 본 연구는 시멘트를 제조 및 취급하는 사업장에서 발생하는 총분진, 호흡성분진에 대한 공기 중 노출수준을 확인하고, 채취한 물질시료 내 화학구조 등을 평가하여 향후 동종 업종 근로자의 건강보호와 적절한 관리방안을 마련하기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 본 연구는 시멘트 제조 및 취급사업장에 종사하는 근로자를 대상으로 공기 중 총분진, 호흡성분진에 대한 노출평가를 수행하고, 그 결과에 따른 적절한 관리방안을 제시하고자 하는 것이 주된 목적이다. 그 결과 시멘트 제조사업장의 총분진의 기하평균 농도는 0.
제안 방법
- 호흡성분진은 NIOSH 0600 공정시험법에 따라 진행하였으며, nylon cyclone과 aluminium cyclone을 이용하여, 2 piece cassette에 칭량한 PVC 여과지(직경 37 mm, 공극 5 μm)를 장착하였다. 고유량 펌프(GilAir3RC, Gilian, USA)에 사이클론을 연결한 후 작업공정에서 근로자의 작업 위치로부터 최대한 가까운 지점을 선정하여 nylon cyclone은 1.7 ℓ/min, aluminium cyclone 2.5 ℓ/min의 유량으로 측정하였다. 측정 전⋅후에는 건식유량보정계(Defender 510, BIOS, USA)로 유량을 확인하였다(NIOSH, 1998).
- 공정은 투입⋅채취, 혼합⋅조쇄⋅선별, 성형⋅가공, 운반⋅출하⋅완료로 크게 4가지로 분류하였으며, 측정지점에 따라 옥내⋅옥외로 구분하였다.
- 물질시료 분말에 대한 화학적 구성성분을 파악하기 위하여 X-선 형광분광기(Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer, WD-XRF, Model PW2400, Philips, Netherland)를 이용하였다. 균질화를 위해 시료와 di-lithium tetraborate(Li2B4O7)를 1:5의 비율로 혼합하여 백금(Pt2O2)이 5% 함유된 도가니에 넣은 후 1,100℃에 6분간 녹인 후 유리편(Glass bead)을 제작하여 분석하였다. 분석 시 측정강도를 얻기 위한 X-선 발생기의 전압과 전류는 각각 4 kW, 60 kV, 170mA이었고, 분석 범위는 4Be∼92U로 설정하였다.
- 공정은 투입⋅채취, 혼합⋅조쇄⋅선별, 성형⋅가공, 운반⋅출하⋅완료로 크게 4가지로 분류하였으며, 측정지점에 따라 옥내⋅옥외로 구분하였다. 또한 시료채취 일을 기준으로 계절별로 구분하여 계절에 따른 농도특성도 파악하였다. 사업장 규모는 20인 미만 사업장이 15개소, 20인 이상 100 미만 사업장 6개소, 100인 이상 사업장은 3개소이며, 원재료 및 시멘트 월 취급사용량은 500톤 미만이 7개소, 500톤 이상 5000톤 미만이 10개소, 5000톤 이상 7개소로 나타났다.
- 물질시료 분말에 대한 화학적 구성성분을 파악하기 위하여 X-선 형광분광기(Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer, WD-XRF, Model PW2400, Philips, Netherland)를 이용하였다. 균질화를 위해 시료와 di-lithium tetraborate(Li2B4O7)를 1:5의 비율로 혼합하여 백금(Pt2O2)이 5% 함유된 도가니에 넣은 후 1,100℃에 6분간 녹인 후 유리편(Glass bead)을 제작하여 분석하였다.
- 물질시료(bulk sample) 분말 표면의 미세구조와 원소성분을 파악하기 위하여 초 고분해능 전계방출형 주사현미경(Ultra High Resolution Field Emission Scanning Electron Microscope, UHR-FE-SEM, Model S-4800, Hitach, Japan)을 사용하였으며, 시료로부터 발생한 2차 전자 및 X-ray를 검출하여 정성⋅정량분석하였다.
- 여과지가 장착된 카세트를 개인 시료 채취용 고유량 펌프(GilAir- 3RC, Gilian, USA)에 연결하여 작업공정에서 근로자의 작업 위치로부터 최대한 가까운 지점을 선정한 후 1∼2 ℓ/min의 유량으로 측정하였다.
- 총분진 및 호흡성분진이 채취된 여과지의 중량은 시료 채취 전⋅후 dry keeper(OH-3S, AS ONE, Japan)에서 24시간 이상 항습 시킨 후 정확도 0.01 mg의 전자저울(CPA225D, Sartorius, Germany)을 이용하여 3회 칭량한 후 평균값을 사용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2014년 4월부터 2015년 6월까지 시멘트 제조 및 취급하는 사업장을 대상으로 공기 중 총분진, 호흡성분진 농도와 채취한 물질시료 내 원소성분 및 화학구조 등을 확인하였다. 공기 중 총분진은 시멘트 제조사업장의 기하평균 농도는 0.
- 본 연구는 2014년 4월부터 2015년 6월까지 시멘트 제조사업장 3개소 및 취급사업장 24개소를 대상으로 공기 중 총분진, 호흡성분진 농도와 물질시료 내 원소성분 및 결정형구조 등을 파악하였다. 공정은 투입⋅채취, 혼합⋅조쇄⋅선별, 성형⋅가공, 운반⋅출하⋅완료로 크게 4가지로 분류하였으며, 측정지점에 따라 옥내⋅옥외로 구분하였다.
- 분석 시 측정강도를 얻기 위한 X-선 발생기의 전압과 전류는 각각 4 kW, 60 kV, 170mA이었고, 분석 범위는 4Be∼92U로 설정하였다.
- 시멘트는 직경이 0.05에서 5 μm에 이르는 회색의 미세한 분말로, 산화칼슘(CaO)과 규산(SiO2)이 주성분이며 그 외 삼산화 알루미늄(Al2O3), 삼산화철(Fe2O3) 및 산화마그네슘(MgO)등으로 구성되어 있다(ILO, 1972).
- 총분진은 미국 국립 직업안전보건연구원(National Institute of Occupational Safety & Health, NIOSH)의 0500 공정시험법을 활용하여 공극 5 μm을 가지는 37 mm PVC 여과지(Poly Vinyl Chloride, SKC, USA)를 37 mm 3단 카세트 및 여과지 패드에 장착하여 사용하였다.
데이터처리
- 0K, USA) 프로그램을 사용하였다. 공기 중 총분진 및 호흡성분진 농도는 Sapiro-Wilk의 정규성 검정결과 대수정규 분포를 보여 기하평균과 기하표준편차로 제시하였고 결과의 이해를 위하여 산술평균과 표준편차도 결과에 수록하였다. 업종형태 및 측정위치에 따른 분진의 농도비교는 Mann Whitney U-test를 사용하였고, 공정 및 계절에 따른 분진의 농도는 Kruskal-Wallis test를 이용하였다.
- 공기 중 총분진 및 호흡성분진 농도는 Sapiro-Wilk의 정규성 검정결과 대수정규 분포를 보여 기하평균과 기하표준편차로 제시하였고 결과의 이해를 위하여 산술평균과 표준편차도 결과에 수록하였다. 업종형태 및 측정위치에 따른 분진의 농도비교는 Mann Whitney U-test를 사용하였고, 공정 및 계절에 따른 분진의 농도는 Kruskal-Wallis test를 이용하였다.
- 조사된 자료들은 MS Excel에 입력하였고, 통계분석은 SPSS(Version 23.0K, USA) 프로그램을 사용하였다. 공기 중 총분진 및 호흡성분진 농도는 Sapiro-Wilk의 정규성 검정결과 대수정규 분포를 보여 기하평균과 기하표준편차로 제시하였고 결과의 이해를 위하여 산술평균과 표준편차도 결과에 수록하였다.
- 측정 전⋅후에는 건식유량보정계(Defender 510, BIOS, USA)로 유량을 확인하여 평균값을 활용하였다(NIOSH, 1994).
이론/모형
- 호흡성분진은 NIOSH 0600 공정시험법에 따라 진행하였으며, nylon cyclone과 aluminium cyclone을 이용하여, 2 piece cassette에 칭량한 PVC 여과지(직경 37 mm, 공극 5 μm)를 장착하였다.
성능/효과
- 05). ACGIH의 TLV(1 mg/m3)초과율은 평균 16.67%이었고, 업종별로는 시멘트 제조사업장에서 33.33%, 시멘트 취급사업장이 12.12%로 나타났다(Table 6).
- UHR-FE-SEM으로 입자 크기를 분석한 결과 시멘트 제조사업장의 물질시료는 대부분 5 μm 이하가 많이 분포하고 있었고, 현행 산업안전보건법에 따른 총분진의 경우 노출기준 초과가 발생 되지 않았으나, 호흡성분진의 경우 초과율이 16.7%로 나타났다.
- 공정별 총분진의 기하평균 농도는 혼합⋅조쇄⋅선별 공정이 가장 높았고, 성형⋅가공 공정, 운반⋅출하⋅완료 공정, 투입⋅채취 공정 순으로 나타났으며 그 범위는 0.07∼0.19 mg/m3이였다, 호흡성 분진의 경우 성형⋅가공 공정이 가장 높았고, 투입⋅채취 공정, 혼합⋅조쇄⋅선별 공정, 운반⋅출하⋅완료 공정 순으로 나타났으며 그 범위는 0.06∼0.13 mg/m3이었다.
- 7%로 나타났다. 따라서 종사 근로자의 폐기능 저하, 천식 등 호흡기계 질환의 예방과 시멘트공장 인근 지역주민을 보호하기 위해서는 현재 우리나라의 시멘트 노출 기준을 총분진 10 mg/m3에서 미국 및 일본과 같이 포틀랜드시멘트로 신설하고, 그 수준을 호흡성분진 1 mg/m3로 설정하는 것이 타당하다.
- 또한 고분해능 전계방출형 주사현미경으로 입자 크기를 분석한 결과 시멘트 제조사업장의 물질시료는 대부분 5 μm 이하로 많이 구성되어 있다는 점을 고려할 경우 ACGIH와 같이 현재 우리나라의 시멘트 노출기준을 총분진 10 mg/m3에서 호흡성분진 1 mg/m3으로 신설하는 것이 타당하다.
- 본 연구결과 총분진의 경우 노출기준을 초과하는 농도는 나타나지 않았으나, 호흡성분진의 경우 ACGIH TLV 1 mg/m3을 적용하였을 때 평균 16.7%의 초과율을 보였다. 또한 고분해능 전계방출형 주사현미경으로 입자 크기를 분석한 결과 시멘트 제조사업장의 물질시료는 대부분 5 μm 이하로 많이 구성되어 있다는 점을 고려할 경우 ACGIH와 같이 현재 우리나라의 시멘트 노출기준을 총분진 10 mg/m3에서 호흡성분진 1 mg/m3으로 신설하는 것이 타당하다.
- 또한 시료채취 일을 기준으로 계절별로 구분하여 계절에 따른 농도특성도 파악하였다. 사업장 규모는 20인 미만 사업장이 15개소, 20인 이상 100 미만 사업장 6개소, 100인 이상 사업장은 3개소이며, 원재료 및 시멘트 월 취급사용량은 500톤 미만이 7개소, 500톤 이상 5000톤 미만이 10개소, 5000톤 이상 7개소로 나타났다.
- 시멘트 물질시료의 원소 비율은 산소(O)가 60.8%로 가장 높았고, 칼슘(Ca, 19.9%), 탄소(C, 6.4%), 규소(Si, 4.5%), 마그네슘(Mg, 3.9%), 철(Fe, 1.9%), 알루미늄(Al, 1.8%), 황(S, 0.5%), 칼륨(K, 0.4%) 순으로 나타났다(Table 1).
- 시멘트 물질시료의 화학적 구성성분을 XRF로 분석한 결과 CaO이 약 65.7% 정도를 차지하고 있었고, SiO2, Fe2O3 순 등으로 검출되었다(Table 3).
- 시멘트 제조 및 취급사업장에서 발생한 공정별 총분진의 농도는 혼합⋅조쇄⋅선별 공정이 기하평균 0.1862 mg/m3으로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로 성형⋅가공 공정 > 운반⋅출하⋅완료 공정 > 투입⋅채취 공정순으로 나타났다(Figure 2a).
- 0568 mg/m3으로 나타났다. 시멘트 제조 및 취급사업장에서 채취한 총분진과 호흡성분진의 농도 모두 옥내가 높게 나타났으나 통계적 유의성은 없었다(Table 7).
- 시멘트 제조 및 취급사업장에서 채취한 호흡성분진 시료 수는 총 42개로 제조사업장의 호흡성분진 기하평균 농도는 0.362 mg/m3, 시멘트 취급사업장의 기하평균 농도는 0.054 mg/m3로 시멘트 제조사업장의 농도가 취급사업장에 비해 통계적으로 유의하게 높은 수준으로 나타났다(p<0.05).
- 시멘트 제조사업장 및 취급사업장의 호흡성분진의 경우 제조사업장의 기하평균이 0.36 mg/m3으로 시멘트 취급사업장의 기하평균 0.05 mg/m3에 비해 높게 나타났으며, 그 차이 역시 통계적으로 유의하게 높은 수준이었다. 이는 시멘트 제조사업장에서 사용되는 원재료양이 취급사업장에 비해 상대적으로 많아 발생되는 분진의 농도도 높게 나타난 것으로 추측된다.
- 시멘트⋅콘크리트 물질시료의 미세구조와 원소성분을 파악하기 위하여 UHR-FE-SEM으로 분석한 결과 시멘트 물질시료는 입자의 대부분이 5 μm 이하로 불규칙한 형태가 관찰되었으며(Figure 1a), 콘크리트 물질시료는 평균입경 60 μm 수준으로 불규칙하고 각이 많은 형태를 보이고 있었다(Figure 1b).
- 054 mg/m3에 비해 높은 수준으로 평가되었다. 직업적 노출기준 ACGIH의 TLV(1 mg/m3)를 적용할 경우 평균 16.7%의 초과율을 보였으며, 측정 위치에 따른 호흡성분진 농도는 옥내지역이 옥외지역보다 높게 나타났다. 공정별로는 성형⋅가공 공정이 높았고, 계절별로는 여름이 높게 나타났다.
- 그리고 노출기준에 대한 단서조건으로 석면이 포함되지 않고 결정형 규산이 1% 미만인 경우도 추가해야 할 것이다. 측정방법도 현행 총분진으로의 측정보다는 호흡성분진으로 측정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 시멘트 제조사업장에서 발생되는 분진의 경우 총분진, 호흡성분진 모두 취급사업장에서 발생되는 분진의 농도보다 높게 평가되어, 시멘트 제조사업장의 경우 비산되는 분진에 대한 노출저감을 위해 다양한 노력이 필요하다.
- 측정위치에 따른 농도는 옥내가 높았고, 공정별로는 혼합⋅조쇄⋅선별 공정이 높게 나타났으며, 계절별로는 가을이 높은 수준을 보였다.
- 콘크리트 물질시료는 SiO2가 약 61.2%로 가장 높았고, Al2O3, CaO, Fe2O3 순 등으로 검출되었다(Table 4).
- 콘크리트 물질시료의 원소 비율은 산소(O)가 63.8%로 가장 높게 나타났으며, 규소(Si, 14.3%), 탄소(C, 11.5%), 알루미늄(Al, 5.1%), 나트륨(Na, 3.8%), 칼륨(K, 1.3%), 칼슘(Ca, 0.2%) 순 이었다(Table 2).
후속연구
- 본 연구는 시멘트 제조 및 취급사업장의 연구 대상 사업장 수의 한계로 전체를 대표하기에는 다소 무리가 있으며 다양한 공정에서 노출평가가 이루어지지 않았다. 또한 시멘트 외의 시멘트에서 발생 되는 발암물질인 결정형 유리규산 및 6가크롬 등의 다양한 유해인자에 대한 추가적인 조사연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구는 시멘트 제조 및 취급사업장의 연구 대상 사업장 수의 한계로 전체를 대표하기에는 다소 무리가 있으며 다양한 공정에서 노출평가가 이루어지지 않았다. 또한 시멘트 외의 시멘트에서 발생 되는 발암물질인 결정형 유리규산 및 6가크롬 등의 다양한 유해인자에 대한 추가적인 조사연구가 필요할 것으로 판단된다.
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