[논문]고속도로 톨게이트 부스의 공기 중 분진 및 침착 분진 특성

남미란; 정종현; 피영규

doi:10.15269/jksoeh.2020.30.1.10

고속도로 톨게이트 부스의 공기 중 분진 및 침착 분진 특성
Characteristics of Airborne and Deposited Dust in Expressway Toll Booths 원문보기

한국산업보건학회지 = Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, v.30 no.1, 2020년, pp.10 - 17

남미란 (대구한의대학교 대학원) , 정종현 (대구한의대학교 보건학부) , 피영규 (대구한의대학교 보건학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: This study was performed to evaluate the total dust, size-selective dust, and heavy metal concentrations generated inside and outside toll booths on an expressway and to identify the source through analysis of the components of the deposited dust. Methods: A total of 32 samples were collected from eight expressway toll booths. Each total dust sample was collected using a 37 mm PVC filter attached to a personal air sampler. Heavy metal samples were collected according to NIOSH method 7300. The size-selective dust concentrations were identified using a DustMate, and deposited dust was analyzed by WD-XRF and UHR-FE-SEM. Results: The geometric mean concentrations of the total dust inside and outside the toll booths were 337.5 ㎍/㎥ and 342.7 ㎍/㎥, respectively. The overall concentrations of TSP, PM10, PM2.5, and PM1 were higher on the outside of the toll booths, as the particle size of dust was larger, and higher in the underground passage as the dust size was smaller. The real-time analysis of the dust concentrations of TSP, PM10, PM2.5, and PM1 revealed to be higher at morning and evening times than other times because of heavy traffic. The element components of deposited dust in the toll booth were related to natural sources rather than artificial sources. Among the chemical components in the deposited dust analyzed by WD-XRF, SiO2 was the highest. For the elements analyzed by UHR-FE-SEM, C was the highest, followed by O, and Si. Conclusions: In order to reduce the dust concentrations around toll booths on an expressway, it is necessary to periodically clean surrounding areas such as underground passages, and it is also necessary to remove deposited dust inside the toll booth from time to time.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Total dust concentrations of expressway toll booth by location (Unit : ㎍/㎥)
표 Table 2. Size selective dust concentrations of expressway toll booth by location (Unit : ㎍/㎥)
그림 Figure. 1. Changes of concentration with time for TSP, PM₁₀, PM_2.5, and PM₁
표 Table 3. Heavy metal concentrations by expressway toll booth location (Unit : ㎍/㎥)
그림 Figure. 2. Shape of deposited dust sample analyzed by UHR-FE-SEM
그림 Figure. 3. Spectrum of deposited dust sample analyzed by UHR-FE-SEM
표 Table 4. Atomic percent of element for deposited dust sample analyzed by UHR-FE-SEM
표 Table 5. Chemical compositions of deposited dust sample analyzed by WD-XRF

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 고속도로 톨게이트 부스 안팎에서 발생되는 총분진, 입자크기별 분진 및 중금속 농도를 확인하고, 침착 분진의 성분 분석을 통한 발생원을 규명하여 환경적 관리방안을 제시하고자 하였다.
본 연구는 2017년 7월부터 9월까지 경기도 지역 8개소와 경상도 지역 8개소에 위치한 민자 고속도로 톨게이트를 대상으로 부스 안팎에서 발생하는 총분진과입자크기별 분진 및 중금속의 농도를 파악하고 침착 분진의 특성을 확인하였다.
본 연구는 고속도로 톨게이트 부스 안팎에서 발생되는 총분진, 입자크기별 분진 및 중금속 농도를 확인하고, 침착 분진의 성분 분석을 통해 발생원을 규명하고자 하였다.
또한 미세먼지에 포함된 Cu, Cr,Ni, Fe 등의 금속물질이 활성산소를 생성해서 기도에 염증반응을 유발한다는 점을 감안할 때 비산먼지 내 중금속 농도를 확인하는 것은 중요하다(Dockery &Pope, 1994). 이에 본 연구에서는 고속도로 톨게이트부스 안팎의 총분진, 입자크기별 분진 및 중금속 농도를 파악하고, 침착 분진의 특성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

공기 중에서 채취한 총분진은 Micro balance(MSE3.6P-000-DM, Sartorius, Germany)를 이용하여 측정 전⋅후 3회 칭량한 평균값을 활용하여 중량차를 구하고 공시료의 무게를 보정한 후 농도를 산출하였다.
8 ㎛,SKC, USA)를 각각 3단 카세트에 장착하여 측정하였다.그 후 개인시료채취기(Personal air sampler, Gilian,USA)를 연결하여 2 ℓ/min의 유량으로 바닥면으로부터 1 m 내외 높이에서 1일 작업시간동안 시료를 채취하였다(NIOSH, 2003).
K)를 활용하였다. 시간에 따른 농도 확인을 위하여 바닥면으로부터1 m 내외의 높이에서 연속적으로 측정하였다.
침착 분진은 에너지 분산형 X-선 분광기가 장착된 초고분해능 전계방출형 주사전자현미경(Ultra HighResolution Field Emission Scanning ElectronMicroscope, Model S-4800, Hitachi, Japan)을 이용하여 분석하였다. 채취한 침착 분진은 고르게 분포시킨 후 디스크에 0.5 g를 압축하여 입자크기와 원소 구성성분 및 함유량을 확인하였다.
침착 분진은 에너지 분산형 X-선 분광기가 장착된 초고분해능 전계방출형 주사전자현미경(Ultra HighResolution Field Emission Scanning ElectronMicroscope, Model S-4800, Hitachi, Japan)을 이용하여 분석하였다. 채취한 침착 분진은 고르게 분포시킨 후 디스크에 0.
침착 분진의 화학적 구성성분은 파장분산형 X-선 형광분광기(Wavelength Dispersive X-ray FluorescenceSpectrometer, Model PW2400, Philips, Netherland)를 활용하였으며, 시료와 di-lithium tetraborate(Li₂B₄O₇)을 혼합한 후 유리편을 제작하여 파악하였다.
톨게이트 부스 안팎 및 지하통로를 구분하여 TSP(Total Suspended Particulates), PM10, PM2.5 및PM1의 농도를 확인하였다(Table 2). 부스 밖 TSP와PM10의 기하평균 농도는 각각 62.
톨게이트 부스 주변에서 발생되는 실시간 입자크기(TSP, PM₁₀, PM_2.5 및 PM₁)별 농도 확인을 위하여 직독식분진측정기(DustMate, Turnkey, U.K)를 활용하였다. 시간에 따른 농도 확인을 위하여 바닥면으로부터1 m 내외의 높이에서 연속적으로 측정하였다.
한국기초과학지원연구원에 분석을 의뢰하여 고속도로 톨게이트 부스에서 채취한 침착 분진의 원소성분과 화학적 구성성분을 파악하였다.

데이터처리

0K, USA) 프로그램을 활용하여 분석하였다. 고속도로 톨게이트 부스 안팎의총분진과 중금속 농도는 Mann Whitney U test를 활용하여 비교하였고, 입자크기별 측정 위치에 따른 농도 차이는 Kruskal-Wallis test를 수행하여 확인하였다.

이론/모형

공기 중 총분진 내 중금속은 유도결합플라즈마발광광도계(Optima 8000, Perkin elmer, USA)를 이용하여NIOSH Method 7300에 따라 시료를 전처리한 후 정량분석하였다.
총분진은 미국 국립직업안전보건연구원(NationalInstitute of Occupational Safety & Health, NIOSH)의 공정시험법 0500에 따라 직경 37 ㎜, 공극 5 ㎛의 PVC Filter(Polyvinyl Chloride, SKC, USA)를 사용하였다. 중금속 분석을 위한 시료는 NIOSH method7300에 준하여 MCE Filter(37 ㎜, pore size 0.8 ㎛,SKC, USA)를 각각 3단 카세트에 장착하여 측정하였다.그 후 개인시료채취기(Personal air sampler, Gilian,USA)를 연결하여 2 ℓ/min의 유량으로 바닥면으로부터 1 m 내외 높이에서 1일 작업시간동안 시료를 채취하였다(NIOSH, 2003).
총분진은 미국 국립직업안전보건연구원(NationalInstitute of Occupational Safety & Health, NIOSH)의 공정시험법 0500에 따라 직경 37 ㎜, 공극 5 ㎛의 PVC Filter(Polyvinyl Chloride, SKC, USA)를 사용하였다.

성능/효과

그 결과 총분진의 기하평균 농도는 톨게이트 부스 안의 경우 337.5 ㎍/㎥이었고, 부스 밖은 342.7 ㎍/㎥로 확인되었다. 이는 Roh et al.
39 ㎍/㎥의 낮은 수준을 보였다. 따라서 고속도로 톨게이트 부스 안팎에 침착된 분진 중미량 원소 성분은 인위적 발생원보다는 자연적 발생원과 관련된 성분이 높게 나타났다. 또한 Cu, Cr, Ni 및Fe 등의 금속물질은 활성산소를 증가시켜 기도의 염증반응을 유발한다는 점을 감안할 때 침착 분진의 재비산을 방지하기 위해 수시로 청소하는 등의 노력도 필요한것으로 생각된다(Dockery & Pope, 1994).
5 및 PM1의 농도는 분진의 입자크기가 클수록 부스 밖의 농도가 높았고, 작은 입자일수록 지하통로에서 높게 확인되었다. 또한 시간대별 TSP,PM10, PM2.5 및 PM1 농도는 차량이동이 많은 오전에 높은 수준이었고, 그 이후 감소 추세를 보이다가 퇴근시간인 18시 이후 차량 통행의 증가로 다시 증가하는 경향을 보였다. 톨게이트 부스 안 침착 분진 중 미량 원소는 인위적인 발생원보다는 자연적인 발생원과 관련된 성분이었고, 기도에 염증반응을 유발하는 Cu, Cr, Ni,Fe 등을 함유하고 있었다.
시간대별로는 출근으로차량이동이 많은 오전시간대에 농도가 증가하는 추세였고, 점심시간대에는 발생량이 감소하는 것으로 확인되었다. 또한 오후에 입자크기별 농도는 낮은 경향을 보이다가 퇴근이 집중되는 18시 이후 차량 통행량 증가로 인해 농도가 급격히 상승하는 경향으로 나타났다.
톨게이트 부스 안 침착 분진 중 미량 원소는 인위적인 발생원보다는 자연적인 발생원과 관련된 성분이었고, 기도에 염증반응을 유발하는 Cu, Cr, Ni,Fe 등을 함유하고 있었다. 또한 침착 분진의 화학적 구성성분은 SiO2가 가장 많았고, 원소는 C, O, Si 순으로 함량이 높게 나타나 고속도로 톨게이트 주변에서 비산되는 광물성 분진과 타이어 마모 분진이 톨게이트 부스안으로 유입되는 것으로 추정되었다.
7 ㎍/㎥이었다. 부스 안팎의 전반적인 TSP, PM10, PM2.5 및 PM1의 농도는 분진의 입자크기가 클수록 부스 밖의 농도가 높았고, 작은 입자일수록 지하통로에서 높게 확인되었다. 또한 시간대별 TSP,PM10, PM2.
5 및 PM1의 농도는 입자크기가 클수록 높은 수준으로 확인되었다. 시간대별로는 출근으로차량이동이 많은 오전시간대에 농도가 증가하는 추세였고, 점심시간대에는 발생량이 감소하는 것으로 확인되었다. 또한 오후에 입자크기별 농도는 낮은 경향을 보이다가 퇴근이 집중되는 18시 이후 차량 통행량 증가로 인해 농도가 급격히 상승하는 경향으로 나타났다.
고속도로 톨게이트 부스 안에서 시간대별로 입자크기별 농도를 확인한 결과를 Figure 1에 나타내었다. 전반적으로 TSP, PM10, PM2.5 및 PM1의 농도는 입자크기가 클수록 높은 수준으로 확인되었다. 시간대별로는 출근으로차량이동이 많은 오전시간대에 농도가 증가하는 추세였고, 점심시간대에는 발생량이 감소하는 것으로 확인되었다.
5 keV에서 C와 O피크가 높게 나타났고, 약 2 keV에서 Si 피크를 확인 할 수 있었다(Figure 3). 침착 분진 시료의 원소 성분별 함유량은 C가 54.6%로 가장 높았다(Table 4). 그 다음으로는 O 35.
침착 분진에 대한 원소별 성분분석 결과 약 0.5 keV에서 C와 O피크가 높게 나타났고, 약 2 keV에서 Si 피크를 확인 할 수 있었다(Figure 3). 침착 분진 시료의 원소 성분별 함유량은 C가 54.
5 및 PM1 농도는 차량이동이 많은 오전에 높은 수준이었고, 그 이후 감소 추세를 보이다가 퇴근시간인 18시 이후 차량 통행의 증가로 다시 증가하는 경향을 보였다. 톨게이트 부스 안 침착 분진 중 미량 원소는 인위적인 발생원보다는 자연적인 발생원과 관련된 성분이었고, 기도에 염증반응을 유발하는 Cu, Cr, Ni,Fe 등을 함유하고 있었다. 또한 침착 분진의 화학적 구성성분은 SiO2가 가장 많았고, 원소는 C, O, Si 순으로 함량이 높게 나타나 고속도로 톨게이트 주변에서 비산되는 광물성 분진과 타이어 마모 분진이 톨게이트 부스안으로 유입되는 것으로 추정되었다.
톨게이트 부스 안에서 채취한 침착 분진의 미세구조와 원소성분을 파악하기 위하여 주사전자현미경으로 분석한 결과 입경이 5 ㎛ 내외의 작은 입자들이 뭉쳐져있는 불규칙한 형태로 관찰되었다(Figure 2).
톨게이트 부스 안팎에서 채취한 분진 중 가장 고농도로 함유된 금속성분은 Ca로 부스 안 기하평균 8.4 ㎍/㎥, 부스 밖은 7.5 ㎍/㎥으로 확인되었다. 그 다음으로 Mg 1.

후속연구

이 연구는 일부 지역의 고속도로 톨게이트로 그 대상이 한정되었고 시료 수의 제한으로 전체 톨게이트를 대표하기에 무리가 있다. 또한 노출평가 수행시기가 7∼9월로장마와 휴가로 인해 계절 및 환경적인 영향을 받았을 것으로 판단되며, 입자 크기별 분진 농도의 경우 직독식 장비를 활용하여 정확도가 높지 않았다는 단점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	요금 정산원이란?	고속도로에는 톨게이트 부스에 종사하는 노동자들이있다. 한국표준직업분류 상 톨게이트 요금수납원은 요금 정산원에 속하며, 이는 시설 사용이나 서비스의 대가로 지불된 현금을 수취하고 거스름돈을 지불하는 일을 수행하는 자를 말한다(KOSTAT, 2007). 이들은 대략 7천여 명에 이르며, 대부분 여성근로자로 구성되어 있다.
	2016년 기준 톨게이트 요금수납원의 특징은?	한국표준직업분류 상 톨게이트 요금수납원은 요금 정산원에 속하며, 이는 시설 사용이나 서비스의 대가로 지불된 현금을 수취하고 거스름돈을 지불하는 일을 수행하는 자를 말한다(KOSTAT, 2007). 이들은 대략 7천여 명에 이르며, 대부분 여성근로자로 구성되어 있다. 또한 이들의 작업환경은 차량통행으로 인한 도로먼지및 소음노출, 근골격계질환, 야간 교대근무로 인한 생체리듬의 저하 등으로 인해 다양한 건강문제가 유발될 수있다(KOSHA, 2016). 또한 불안정한 고용형태와 교대업무에 따른 불규칙한 생활, 감정노동과 같은 직무스트레스가 발생하고 있을 뿐만 아니라 자동차 매연 노출등 열악한 환경에서 근무하고 있다(Kim et al.
	현대사회에서 자동차 이용이 증가하여 고속도로를 통한 교통량이 크게 증가하고 있는 이유는?	현대사회의 경제성장이 이루어지고 생활수준이 향상됨에 따라 자동차 이용이 증가하여 고속도로를 통한 교통량이 크게 증가하고 있다(Roh et al., 1990).

참고문헌 (32)

Abu-Allaban M, Gilies JA, Gerlter AW. Application of a multi-lag regression approach to determine on-road $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ emission rates. Atmo Env 2003;37:5157-5164

상세보기
Cha CW, Yum YT, Kim YW. A study on the health effect of air pollution among the express-way tollgate workers in Seoul. J KAPRA 1988;4(1):71-75
Chiang HL, Huang. Particulate matter emissions from on road vehicles in a freeway tunnel study. Atmo Env 2009;43:4014-4022

상세보기
Choi SJ. The effect of outdoor air and indoor human activity on mass concentrations of size-selective particulate in classrooms. J Env Hlth Sci 2008;34(2):137-147
Dockery DW, Pope CA. Acute respiratory effects of particulate air pollution. Annu Rev Pub Health 1994;15:107-132

상세보기
Do HS, Song HB, Jung YW, Yoon HS, Kwak JH et al. Trace element analysis and source assessment of household dust in Daegu, Korea. Kor Soc of Env Eng 2010;32(1):69-78
Han L, Zhuang G, Cheng S, Wang Y, Li J. Characteristics of resuspended road dust and its impact on the atmospheric environment in Beijing. Atmo Env 2007;41:7485-7499

상세보기
Hussein T, Johansson C, Karlsson H, Hansson HC. Factors affecting non-tailpipe aerosol particle emissions from paved roads: On-road measurements in Stockholm, Sweden. Atmo Env 2008;42:688-702

상세보기
Jung JS, Park DS, Jeon HJ, Song HS, Lee MJ. A study of indoor air quality of school classrooms. J of Kor Acad Ind cooper Soc 2015;16(5):3643-3652

원문보기 상세보기
Kim HI, Kang DM, Kim JE, Kim SY, Kim SE et al. A survey on work environment of express tollgate workers. Korea Occupational Safety & Health Agency Report. 2015. p.22
Kim JY. Risk analysis of size-related airborne particulate matters in Urban area. Graduate school of Yonsei University. Seoul; Yonsei University Press. 2011b. p.8-11
Kim KM. Study on Air pollutant generated by the usage of vehicle fuel and the effects on environmental health - Focus on particulate matter in metropolitan roadside area -. Graduate school of Yonsei University. Seoul; Yonsei University Press. 2011a. p.9-13
Kim YS, Lee CM, Moon JS, Kim SW. A Study on the indoor air pollution in the classrooms primary, middle and high schools in Seoul and Gyeonggi-Do. J of Kor Soc of School Hlth 2003;16(1):81-90
Kim YS, Won SR, Choi YJ, Choi SH, Kim AR et al. Concentration variations in primary and secondary aerosols near a major road. Korean Soc Atmo Env 2008;PB:173-174
Korea Expressway Corporation(KEC). Expressway traffic statistics, 2016. p. 4
Korea Occupational Safety and Health Agency(KOSHA). Occupational health guidelines for tollgate pay rollers, 2016. p. 4
Lee BK, Jung EL, Kim DY, Kang JK, Kim IS et al. Concentration analysis of fine particles from the highway areas passing through Ulsan. Proceeding of the Meeting of KOSAE. Korean Soc Atmo Env 2004;PB21:403-404
Lee YJ, Kim JC, Kim KC, Song DB, Cha CH et al. A Study on the status of air pollution around toll booth of expressway - Around Seoul and Suwon toll booth. KAPRA 1988;4(1):76-83
Nam KS. The influence on somatization for job stress and emotional labor of the worker at highway tollgate. Graduate school of Catholic University. Seoul; Catholic University Press. 2016. p.7-10
National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). NIOSH manual of analytical methods (NMAM), Fourth edition. elements by ICP. 7300. 2003. p. 1
Omstedt D, Bringfelt B, Johansson C. A model for vehicle induced non tailpipe emissions of particles along Swedish roads. Atmo Env 2005;39:6088-6097

상세보기
Pallavi P, Stephen JB, Anuradha S, Caitlin M, Krystal J et al. The $PM_{10}$ fraction of road dust in the UK and India; Characterization source profiles and oxidative potential. Sci of Total Env 2015;445-452
Park JI, Koo JW, Roh YM, Lee SH. Lead exposure of tollgate workers on Korean expressway. The Kor J of Occup Med 1990;2(2):134-141

상세보기
Pope CA, Burnett RT, Thuston GD, Thun MJ, Calle EE et al. Cardiovascular mortality and long-term exposure to particulate air pollution. Circulation 2004;109:71-77

상세보기
Rivas I, Viana M, Morenob T, Pandolfi M, Amato F et al. Child exposure to indoor and outdoor air pollutants in schools in Barcelona, Spain. Env Inter 2014;69:200-212

상세보기
Roh YM, Park JI, Chung CK, Lee KM, Min BK et al. A survey on the air pollution of expressway tollgate in Korea. The Kor J of Occup Med 1990;2(2):142-152

상세보기
Statistics Korea(KOSTAT). Korea Standard Job Classification, 2007. p. 144
Stranger M, Potgieter-Vermaak SS, Van GR. Characterization of indoor air quality in primary schools in Antwerp, Belgium, Indor Air 2008;18(6):454-463

상세보기
Venkatram A, Fitz D, Bumiler K, Du S, Boeck M et al. Using a dispersion model to estimate emission rates of particulate matter from paved roads. Atmo Env 1999;33(7):1093-1102

상세보기
Wichmann J, Lind T, Nilsson MA-M, Bellander T. $PM_{2.5}$ , soot and $NO_2$ indoor-outdoor relationships at homes, pre schools and schools in Stockholm, Sweden, Atmo Env 2010;44(36):4536-4544

상세보기
Xueli J, Dahe J, Simei F, Hui Y, Pinjing H et al. Road dust emission inventory for the metropolitan area of Shanghai city. Atmo Env 1993;27(11):1735-1741

상세보기
Zwozdziak A, Sowka I, Krupinska B, Zwozdziak J, Nych A. Infiltration or indoor sources as determinants of the elemental composition of particulate matter inside a school in Wroclaw, Poland. Build Env 2013;66:173-180

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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