지하철 등 대중운송수단의 실내공기질 실태조사 및 관리방안

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1 지하철 등 대중운송수단의 실내공기질 실태조사 및 관리방안
지하철 등 대중운송수단의 실내공기질 실태조사 및 관리방안 가톨릭대학교 의과대학 예방의학교실 교수 김현욱

2 연구목적 대중운송수단의 실내공기질 실태 파악 노출 유해물질에 대한 이용자의 위해성 평가
각 대중운송수단의 실내공기질 관리 방법 및 현황 조사 각 운송수단의 환기설비 및 내장재 현황 파악 현 운송수단의 실내공기질 개선 기술 개발 현황 파악 실내공기질 적정관리를 위한 관리방안(안) 제시

3 대상 오염물질 및 측정방법 항 목 방 법 비 고 이산화탄소(CO2) 비분산 적외선법 공정시험법 휘발성유기화합물(VOCs)
항 목 방 법 비 고 이산화탄소(CO2) 비분산 적외선법 공정시험법 휘발성유기화합물(VOCs) 고체 흡착법 총부유세균 충돌법 미세먼지(PM10) 광산란방식 휴대용장비 포름알데히드(HCHO) 전기화학센서

4 조사대상 및 측정지점, 측정 회수 운송수단 조사대상 측정지점 측정시간 지하철 지하철 1~8호선 분당선 인천선 부산 1호선
부산 2호선 대구 1호선 광주 1호선 통금열차 15노선/회 2회/분기 총 112개 지점 .지하철 아침 : 07:30~09:30 오후 : 09:30~15:00 저녁 : 18:00~20:00 기차 KTX - 경부선, 호남선 새마을호 - 경부선, 호남선 무궁화호 - 경부선, 호남선 6지점/회 총 56개 지점 기점 ~ 종점까지 실제 운행시간 버스 고속버스 – 경부선, 호남선 시내버스 – 노선1 시내버스 – 노선2 시내버스 – 노선3 5지점/회 총 40개 지점 고속버스 : 기점 ~ 종점까지 실제 운행시간 시내버스 :아침 : 07:30~09:30

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6 측정결과 PM10 CO2 TVOC Formaldehyde 총부유세균 위해성 평가

7 대중운송수단 내 실내공기 중 PM10, PM2.5 농도 (㎍/㎥) 버스 (N=33) 지하철(N=156) 열차(N=21)
  (㎍/㎥)     버스 (N=33) 지하철(N=156) 열차(N=21) PM10 119.0±35.0 159.2±54.7 115.0±79.7 PM2.5 47.2±13.7 67.9±24.3 44.9±31.6 PM2.5/PM10 41.0±10.3 44.3±12.2 42.7±12.4

8 <Table 4-23> 각 운송수단의 대표 PM10 농도 분포(%)
농도범위 운송수단 150<=PM10 150<PM10<=200 200<PM10<=250 250<PM10 버스 87.9 9.1 3.0 - 지하철 45.3 28.3 21.4 5.0 열차 61.1 16.7 22.2 <Table 4-23> 각 운송수단의 대표 PM10 농도 분포(%)

9 시내버스와 지하철 혼잡과 비혼잡시간대의 PM10 평균 농도(㎍/㎥)
혼잡(㎍/㎥) 비혼잡(㎍/㎥) 시내버스 119.1±39.4 ( ) 132.4±35.3 ( ) 지 하 철 160.5±53.4 ( ) 157.0±59.0 ( ) A B C 150<=PM10 150< PM10 <=200 200< PM10 <=250 250< PM10 버 스 혼잡 90.48 4.76 비혼잡 77.78 22.22 지하철 42.99 32.71 20.56 3.74 50.00 19.23 23.08 7.69

10 승객 수와 PM10과 PM2.5 상관관계

11 <Table 4-39> 운송수단별 이산화탄소 농도 분포 현황(%)
이산화탄소(CO2) 이산화탄소     버스 (N=44) 지하철(N=172) 열차(N=24) MEAN±SD Range 1752.6±517.5 1754.8±597.4 1375.1±502.5 <Table 4-39> 운송수단별  이산화탄소 농도 분포 현황(%)    구분 A B C D 1000<=CO2 1000<CO2<=2500 2500<CO2<=3500 3500<CO2 버스 9.1 84.1 6.8 지하철 8.7 80.8 1.8 열차 20.8 79.2

12 지하철과 시내버스 승객 수 변동과 이산화탄소 농도의 변화

13 버스와 지하철의 혼잡과 비혼잡시간대 이산화탄소 농도(ppm)
시내버스 지하철 혼    잡 1827.3±504.3 1876.5±628.3 비 혼 잡 1514.8±419.9 1502.7±403.6 <.0001

14 혼잡과 비혼잡시간대 CO2 농도 분포 1000<=CO2 1000<CO2<=2500
A B C D 1000<=CO2 1000<CO2<=2500 2500<CO2<=3500 3500<CO2 버 스 혼잡 10.7 78.6 비혼잡 8.3 91.7 지하철 7.8 77.6 12.1 2.6 87.5 1.8

15 승객 수와 CO2 농도간 상관관계

16 지하철 내 승객 호흡으로 인한 실내 CO2 농도 (예측)
승객 1인당 이산화탄소 배출량 26.7L/hr 밀폐로 인한 신선공기 유입/유출 없는 조건 중형 대형

17 TVOC(Total Volatile Organic Compounds)
구   분 TVOC Benzene Toluene Ethyl benzene Xylene Styrene Others 버  스 (N=31) 371.3±204.8 4.2±2.9 48.8±51.1 0.001~249.8 5.1±2.7 2.3±2.2 298.9±160.7 지하철 (N=114) 615.0±548.0 6.7±5.8 111.0±133.7 7.4±6.3 14.9±11.4 9.5±15.0 466.5±484.5 열  차 (N=24) 262.8±264.8 3.9±5.7 27.0±26.6 4.3±4.3 0.9±10.0 2.7±3.4 216.9±230.2

18 TVOC 농도 분포 500<=TVOC 500<TVCO<=750 750<TVOC<=1000
500<=TVOC 500<TVCO<=750 750<TVOC<=1000 1000<TVOC 버스 (N=31) 80.7% 12.9% 6.5% 0.0% 지하철 (N=114) 49.1% 28.1% 11.4% 열차 (N=24) 87.5% 4.17% 버스 지하철 혼  잡 372.2±216.5 622.8±555.9 비 혼 잡 326.0±121.7 598.8±538.2

19 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene, Styrene, Others의 TVOC 내 분포
지하철 버스 열차

20 버스(디젤, CNG)의 실내공기 중 휘발성유기화합물 특성 비교
Diesel CNG P-value TVOC 325.4(1.99) 310.1(1.93) 0.8478 Benzene 4.8(1.92) 3.9(1.91) 0.4405 Toluene 36.4(3.39) 31.1(2.17) 0.7066 Ethylbenzene 4.6(2.05) 4.4(1.92) 0.8842 Xylene 11.6(1.97) 8.9(1.81) 0.2737 Styrene 3.1(1.77) 2.1(1.70) 0.1521 Others 2.57(1.97) 260.3(1.87) 0.9697

21 Formaldehyde 측정결과(2,4-DNPH)
버스 지하철 열차 p-value HCHO 27.5±9.0 24.4±12.6 31.6±15.3 0.1152

22 Formaldehyde 운송수단별 농도 HCHO 2,4-DNPH ㎍/㎥ 27.5±9.0 12.6-49.4 25.2±11.0
버스 지하철 열차 ㎍/㎥ 27.5±9.0 25.2±11.0 31.6±15.3 ppm 0.022±0.007 0.020±0.009 0.025±0.012 버스 지하철 열차 HCHO 전기화학센서 0.026±0.033 0.044±0.040 0.041±0.041

23 HCHO 측정결과(㎍/㎥)-2,4-DNPH-카트리지
시내버스와 지하철의 혼잡과 비혼잡시간대의 HCHO 측정결과(㎍/㎥)-2,4-DNPH-카트리지 버스 지하철 혼잡 27.5±8.4 25.4±9.5 비혼잡 23.8±6.8 24.8±13.7

24 총부유세균 버스 지하철 Bacteria Fungi 혼 잡 91.5± 77.1 7-240 133.6± 66.5 20-360
버스(시내 및 고속) (N= 32, 22) 지하철 (N=154, 86) 열차 (N=24, 12) p-value Mean±SD Bacteria 95.6±76.2 7-261 126.9±71.0 10-536 114.3±111.9 18-485 0.0571 Fungi 14.0±13.7 2-63 29.5±19.4 3-131 29.4±22.8 3-69 0.0031 버스 지하철 Bacteria  Fungi  혼 잡 91.5± 77.1 7-240 133.6± 66.5 20-360 15.7± 15.6 2-63 30.2± 20.9 3-106 비 혼 잡 113.3± 75.9 54-261 111.8± 79.0 10-536 9.7± 5.0 4-16 28.1± 16.1 9-72 p-value 0.5364 0.0680 0.1856 0.5892

25 총 비발암 독성 위험값이 “1”을 초과하는 경우 잠재적인 인체 독성 영향을 유발 가능성 평가 위해물질에 대한 노출량산정
ADD : 일평균노출량(mg/kg/day) LADD : 생애평균노출량(mg/kg/day) ADD=[C×IR×ED]/[BW] ED : 대중운송 수단 노출시간(T) C : 평균농도 (mg/㎥) IR : 평균 흡인률(㎥/h) BW : 체중(kg) LADD=[C×IR×ED]/[BW×LT] ED : 대중운송 수단 노출시간(T) C : 평균농도 (mg/㎥) IR : 평균 흡인률(㎥/h) BW : 체중(kg) LT :수명(t) 비발암성물질 위해성 평가 총 비발암 독성 위험값이 “1”을 초과하는 경우 잠재적인 인체 독성 영향을 유발 가능성 평가 비발암성물질 노출량(mg/kg/DAY) Reference dose(mg/kg/DAY) HI(Hazard Index) = NOAEL or LOAEL UF1ⅹUF2ⅹ……ⅹMF RfC = 총 비발암 독성 위험값 = Σ 물질별 비발암 독성 위험값

26 발암성 물질 위해성 평가 개인초과발암위해도 = LADD × 발암잠재력 대상 물질 : Formaldehyde, Benzene
RISK = 노출발암성물질 (mg/kg/day)×Cancer Slope Factor(mg/kg/day)-1 미국 환경보호청(EPA)에서는 발암성물질 위해도는 일반적인 허용 위해도(excess cancer risk)를 1×10-6~1×10-4명 범위 평가

27 장거리 운송수단과 단거리 운송수단 인체 노출량 및 위험값 추정에 이용되는 주요 변수의 확률분포값
장거리 운송수단과 단거리 운송수단 인체 노출량 및 위험값 추정에 이용되는 주요 변수의 확률분포값 장거리 - 변수명 대표값 확률분포 참고문헌 오염도 (㎍/㎥) 평균값 Normal & Log-normal Triangular - 체중(㎏) 60 Log-normal  한국 표준과학연구원, 1998 일일 호흡량(㎥/day) 20 Uniform US EPA, 1997 노출 기간(year/lifetime) 70 Normal  노출 빈도(day/year) 14 가톨릭대학교, 2005 실내점유율(unitless) 0.021 단거리 - 변수명 대표값 확률분포 참고문헌 오염도 (㎍/㎥) 평균값 Normal & Log-normal Triangular - 체중(㎏) 60 Log-normal  한국 표준과학연구원, 1998 일일 호흡량(㎥/day) 20 Uniform US EPA, 1997 노출 기간(year/lifetime) 70 Normal  노출 빈도(day/year) 365 US EPA, 1995, 가톨릭대학교, 2005 실내점유율(unitless) 0.083

28 Comparison of Fixed-point and Monte Carlo Cancer Risk Estimates(발암성 물질)
지하철 시내버스 고속버스 열차 Formaldehyde (CTE) 2.63E-05 2.85E-05 2.76E-06 3.31E-06 (Monte-Mean) 1.65E-05 1.85E-05 2.22E-06 2.04E-06 Benzene 5.10E-06 3.65E-06 4.74E-07 4.47E-06 3.01E-06 2.31E-06 2.38E-07 2.71E-07

29 Comparison of Fixed-point and Monte Carlo Cancer Risk Estimates(비발암성 물질)
지하철 시내버스 고속버스 열차 Toluene (CTE) 0.023 Ethylbenzne Xylene 0.0124 Styrene 0.014 0.0022 SUM 0.05 0.022 0.003 0.001 (Monte-Mean) 0.008 0.002

30 관리방안(안)- 이산화탄소 실내공기질 지표 오염물질 : 이산화탄소(CO2)
첫째, 공기질 대표(실내 발생원 대표 오염물질) 둘째, 측정 및 결과 해석의 편리성,환경부의 주 시험법 셋째, 측정 장비 이용한 실시간 측정 및 평가 대중운송수단내 이산화탄소 농도 권고기준(ppm)(안) 대 상 권고 기준 대중운송수단 2,500ppm(평균) 운송수단의 운행 시간동안 1~2분 동안 측정된 값을 모두 대푯값으로 인정 할 수 없음 측정결과를 분포분석을 통하여 대수정규분포인 경우 기하 평균값을 적용하여 이를 운행 시간 평균 농도로 하는 것이 적합할 것으로 판단

31 미세먼지 다중이용시설 기준인 150㎍/㎥을 대중운송수단 내 실내공기에 적용 시, 현재 대중운송수단 내에서 기준을 준수하기는 어려운 것으로 조사됨 권고기준으로 200ug/m3 또는 250ug/m3 우선 설정하고, 연차별 강화 검토 필요 측정방법에 따른 미세먼지 측정값이 달라질 수 있으므로, 대중운송수단에 적합한 미세먼지 측정방법을 먼저 선정하고 이에 따라 기준의 수준이 결정되어야 할 것 열차의 경우 현재 일부 전동차의 제작기준으로 이용 중인 UIC 553에서 유입먼지의 조건 0.5㎎/㎥인용하고 있는데,  이 기준은 열차 및 전동차의 실내공기질 중 미세먼지를 관리하기에 적합하지 않음 터널 내 공기 중 미세먼지를 저감할 것과, 신선공기 유입을 위한 설비에 미세먼지용 filter 및 저감 설비를 설치하도록 제안 추후 대중운송수단에서 외부 신선공기를 유입하기 위한 환기 설비 관련 기준을 개정할 것과, filter 및 저감 설비 설치로 인한 환기 및 filter 효율 등에 대한 종합적인 연구가 필요

32 휘발성유기화합물 지하철은 50.9%, 버스 19.3%, 열차 12.5%정도가 현행 다중이용시설 기준치를 초과
휘발성유기화합물의 경우 차량제작시에 오염물질 방출이 적도록 제작하는 것이 가장 중요하며, 신조 차량의 경우 제작사로부터 인수 후 실내 농도를 측정하여 현재의 기준인 500㎍/㎥를 초과할 때는, 미리 Bake-out를 실시하여 VOCs를 저감한 후 운행하도록 하는 방안을 제시 제작사에서 차량 내부를 천연자재를 이용하여 제작한 경우는 기준 적용을 유예하여, 신차 제작 시 천연자재 사용을 권장할 필요 조사결과 TVOC 구성성분 중 성분 미상이 물질 약 70~80%를 차지하고 있으므로 정확한 오염원 규명 및 위해여부 등에 대한 추가적인 연구가 필요

33 포름알데히드 2,4-DNPH법으로 측정한 결과 대중교통수단 내에서 발생하는 포름알데히드 농도는 현재의 다중이용시설의 기준인 120㎍/㎥의 미만으로 조사 됨 운송수단과 계절에 대한 영향을 받지 않은 것으로 조사 현재기준인 120㎍/㎥에 크게 미치지 않는 것으로 조사되었으며, 100㎍/㎥로 기준을 강화해도 부합할 수 있는 것으로 조사 됨 총부유세균 대중운송수단 내 실내공기 중 총부유세균의 농도는 현재 다중이용시설 실내공기질 기준인 800CFU/㎥에 크기 미치지 못하는 것으로 조사 홍콩 EPA에서는 버스와 차량내의 청소 관리를 철저히 요구하며, 미생물의 오염이 가능한 물질 사용을 권장하지 않음, 차량과 전동차 환기 설비의 덕트 내부와 공조시스템 청소를 주기적으로 할 것을 권고 현재 국내 지하철 관련 공사에서 일부 좌석을 알루미늄 소재로 교재를 하는 것은 미생물 및 미세먼지의 발생원을 제어

34 환기 대중운송수단 내 이산화탄소를 제어하기 위한 환기량 권고 기준(안) 대 상 실외 신선 공기 공급량 대중운송수단
20㎥/인.hr 지하철 전동차, 시내버스, 일부 열차 노선의 경우 승객이 정원 초과 운행 실정 승객 혼잡도 고려 :   혼잡도 200% 최소 10㎥/인․hr가 공급될 수 있도록 환기량 고려 통근용 전차 - 차체 설계 통칙 (KS-R 9223:2005)   1인당 20m3/h로 하고, 정원수를 곱한 것을 기준 사용조건을 고려하여 인도 당사자 사이의 협정 – 수정 고려

35 여기까지 입니다. 감사합니다.