현대 사회에서 급격한 산업화 및 도시화로 인하여 화석연료 사용 및 공장∙자동차 등의 배출가스가 증가하였으며, 다량의 PM_2.5 (particulate matter with an aerodynamic diameter of <2.5 μm)가 대기 중으로 방출되었다. PM_2.5는 대기 중에서 머무르면서 여러 화학종들을 흡착 또는 응축하여 PM_2.5가 인체에 흡착될 때 이들 유해화학종들이 함께 체내에 들어와 축적되어 암과 같은 심각한 질환의 발생을 유발할 수 있다.¹⁾ 특히 PM_2.5는 PM₁₀ (particulate matter with an aerodynamic diameter of <10 μm)보다 단위 체적당 더 넓은 표면적을 갖기 때문에 더 많은 양의 유해화학물질이 흡착될 수 있고, 공기역학적 직경이 2.5 μm보다 작은 미세한 입자 크기로 인하여 기관지에서 다른 인체 기관으로 이동할 가능성이 높아 유해화학물질의 인체 흡입이 높다는 특징을 가지고 있다.²⁾ 이러한 특성 때문에 PM_2.5는 인체의 호흡기를 통해 폐 깊숙이 들어가 천식과 같은 호흡기 질환을 일으킬 뿐만 아니라, 폐를 거쳐 혈류로 들어가 심근경색, 협심증 등과 같은 심혈관 질환을 유발한다.^3-5)

PM_2.5를 이루는 성분은 일반적으로 황산염, 질산염, 중금속 등이 있으며 그중 중금속은 다른 물질에 비해 자체 독성이 높고 환경 내의 소멸 기간이 길며, 생태계 내에서 농축돼 인체에 흡수되어 인체 위해성이 큰 물질로 분류된다.⁶⁾ 또한, 중금속이 인체에 흡수되면 혈액 속의 단백질과 결합해 뇌와 콩팥 등 기타 장기에 영향을 미쳐 각종 질병을 유발한다.⁷⁾ 중금속의 경우 인위적인 활동으로 인한 배출이 많은 부분을 차지하는데, 특히 산업단지의 경우 입자상물질에 포함된 중금속의 농도가 일반적 대기 환경과 비교하여 매우 높은 편이다.⁸⁾

국내 산업단지는 현재 일반 산업단지 732개를 포함하여 국가, 도시첨단, 농공까지 총 1,312개의 산업단지가 개발되어 운영되고 있으며,⁹⁾ 각 산업단지는 산업 특성에 따라 배출되는 오염물질이 상이하여 지역별 산업 특성에 따른 산업단지의 유해물질 배출 관리가 이루어져야 한다. 부산의 경우 국내 광역시 중에서 39개의 가장 많은 산업단지를 운영하고 있으며,⁹⁾ 그중 신평∙장림 산업단지의 경우 일반 산업단지로 부산 내 산업단지 중 면적 순위 3위, 입주 업체 수 4위에 해당한다. 입주 업체의 경우 기계∙비금속∙철강, 목재∙종이 등의 다양한 업종이 입주하여 있으며, 특히 비제조 업종을 제외하면 기계∙비금속∙철강 업종의 업체가 가장 많이 입주해 있어 중금속 배출량이 많을 것으로 사료된다. 산업단지 인근 주민들의 환경보건학적 관리의 필요성 검토 및 지역에 맞는 관리방안 수립을 위한 오염 현황과 이들 오염물질의 노출로 인한 건강영향평가 등에 관한 연구가 필요하다.

이에 본 연구는 부산의 신평∙장림 산업단지가 위치한 사하구 일원에서의 PM_2.5 및 중금속 농도 분포에 대하여 파악하였으며, 이 결과를 기초로 산업단지 인근 주민들을 대상으로 한 건강위해성평가 수행을 통해 위해수준을 확인함으로써 이후 신평∙장림 산업단지 환경개선에 있어 기초적 자료를 확보하고자 수행되었다.

1. 연구 대상 지역

신평∙장림 산업단지는 일반 산업단지에 해당하며, 기존 단지와 협동화 단지로 나누어져 운영되고 있다. 기존 단지의 면적은 885,247 m²에 해당하고,⁹⁾ 2024년 기준 총 288개의 업체가 입주하여 있으며 기계∙비금속∙철강, 목재∙종이, 석유화학, 섬유∙의복, 음식료, 운송장비, 전기∙전자 등의 다양한 업종이 분포하여 있다. 입주 업체 중 비제조 업종 44% (126개)를 제외하면 기계∙비금속∙철강 업종이 18% (52개)로 가장 많이 입주한 것으로 조사된다.¹⁰⁾ 협동화 단지는 면적 1,929,759 m²에 해당하며, 2023년 기준 총 551개의 기계, 염색, 표면처리(도금), 수산물가공, 자동차부품, 비제조 등의 업체가 입주하여 있다. 그 중 기계 업종이 41% (224개)로 가장 많이 입주하여 있으며, 표면처리(도금) 업종은 16% (88개)에 해당한다.¹¹⁾

본 연구는 부산 사하구에 위치한 신평∙장림 산업단지 인근 대기 미세먼지 중 유해중금속 농도 분포를 파악하기 위하여 약 1년 간 측정된 PM_2.5 농도와 PM_2.5에 포함된 유해중금속 농도 데이터를 활용하였다. 측정 지점은 부산 사하구에 위치한 신평∙장림 산업단지 주풍향, 지리적 특성, 건물의 고도, 지역 협조, 전기 사용 여부 등을 고려하여 인근 지역 하단1동(A1), 구평동(A2), 장림2동(A3), 다대동(A4), 다대동(A5) 총 5개 지점으로 선정하였으며 Fig. 1에 나타내었다.

Figure 1. Geographical location of sampling sites in Saha-gu, Busan

2. 시료 채취 및 분석

시료 채취는 2023년 1월부터 2023년 12월까지 미세먼지 농도가 높고 황사 영향이 큰 겨울과 봄철에는 주 2~3회, 여름과 가을철에는 주 1회 채취하여 총 92건의 시료를 확보하였다.¹²⁾ 이송장치 이상 및 측정장비 멈춤 등의 기계적 이상이 발생한 데이터를 제외한 최종 시료 수는 A1 지점에서 77건, A2 지점에서 88건, A3 지점에서 77건, A4 지점에서 88건, A5 지점에서 85건에 해당한다.

시료 포집을 위해 PM_2.5 sampler (Las-16, APM Co., Korea)를 사용하여 16.67 L/min의 유량으로 24시간 동안 포집하였으며, PTFE (50/pk, Φ46.2 mm, pore 2.0 μm, PP Support Ring) 필터를 사용하였다. PM_2.5의 중량농도를 측정하기 위하여 대기오염공정시험기준 ‘환경대기 중 미세먼지(PM_2.5) 측정방법: 중량농도법(ES 01606.1)’¹³⁾을 적용하였다. PM_2.5의 포집되기 전과 후의 여과지를 항온항습 장치에서 온도 20±2°C와 상대습도 35±5%에서 24시간 이상 안정화 과정을 거친 후, 여과지 무게를 측정하여 여과지가 외부 환경 변화에 영향을 받지 않도록 하였다. 시료 채취가 끝난 후에는 여과지를 4°C 이하의 온도에서 보관하였다가 10일 이내에 무게를 측정하였다. 또한, 무게 측정 시 발생할 수 있는 오차를 감소시키기 위하여 모든 여과지 측정은 3회 측정 후 평균값을 도출하여 분석하였다.

PM_2.5에 포함된 중금속 17종(Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Fe, As, Zn, Ba, Ti, Co, Mn, Be, Al, V, Sr, Mo) 중 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency, US EPA)의 IRIS (Integrated Risk Information System)에서 독성참고치를 제공하는 5종(Ni, As, Cd, Cr⁶⁺, Mn)을 대상으로 중금속 분석 및 건강위해성평가를 수행하였다. PM_2.5에 포함된 중금속 분석을 위하여 국립환경과학원의 대기오염공정시험기준 ‘환경대기 중 금속화합물-유도결합플라즈마 분광법(ES 01700.2)’¹³⁾을 준용하였다. 시료가 포집된 필터를 테플론 용기에 넣은 후 5.5% 질산과 16.7% 염산의 혼합산 용액을 추가하였다. 혼합산이 든 테플론 용기를 1,200 W 마이크로웨이브를 사용하여 180°C에서 10분간 유지하였으며, 여과 후 최종 용액은 부피 플라스크에서 25 mL로 희석하였다. 각 중금속의 농도는 ICP-OES (Optima 8300, Perkinelmer, Inc., USA)를 활용하여 측정되었다.

분석 결과의 신뢰성 검증을 위해 측정 분석의 품질보증/품질관리(quality assurance/quality control, QA/QC)를 수행하였으며, 국립환경과학원의 ‘대기환경측정망 설치∙운영지침’¹⁴⁾을 따라 검출한계(method detection limit, MDL)와 상대표준편차(relative standard deviation, RSD)를 계산하여 Table 1에 나타내었다.

Table 1 . The results of the quality assurance and quality control.

Pollutant	MDL (ng/m3)	RSD (%)
Ni	4.07	0.28
As	1.37	0.31
Cd	7.69	1.13
Cr	1.12	0.10
Mn	6.53	0.38

MDL: method detection limit, RSD: relative standard deviation..

3. 통계분석

본 연구의 자료 분석을 위하여 통계 프로그램인 SPSS 18.0 (SPSS INC., USA)을 사용하였다. PM_2.5와 중금속 5종(Ni, As, Cd, Cr⁶⁺, Mn)의 농도에서 MDL 이하의 값을 제외한 후, 기하평균, 기하표준편차, 50% 백분위수, 95% 백분위수 등을 산출하기 위하여 빈도분석을 수행하였다. 또한, PM_2.5와 대기 중금속 항목 간 관계를 분석하기 위하여 각 데이터를 로그 변환 후 Spearman 상관 분석을 수행하였다.

4. 건강위해성평가

신평∙장림 산업단지 인근 주민들의 대기 중 유해화학물질 흡입으로 인한 위해성을 정량적으로 파악하기 위하여 건강위해성평가를 수행하였다. US EPA의 IRIS 및 국제암연구센터(International Agency for Research on cancer, IARC)의 발암분류를 활용하여 중금속 17종(Pb, Cd, Cr⁶⁺, Cu, Ni, Fe, As, Zn, Ba, Ti, Co, Mn, Be, Al, V, Sr, Mo)에 대한 독성정보를 확인하였다. 총 17종 물질 중에서 IRIS에서 독성참고치를 제공하는 물질은 5종(Ni, As, Cd, Cr⁶⁺, Mn)으로 확인되었으며, 이 물질들로 한하여 발암 분류, 발암 유형, 흡입단위위해도(inhalation unit risk, IUR) 및 참고치(reference concentration, RfC)를 Table 2에 정리하였다.^15,16) 발암물질의 경우 IUR을 체중 70 kg 및 호흡률 20 m³/day로 보정하여 발암잠재력(carcinogenic potency factor, CPF)을 산출하였으며, 비발암물질의 경우 RfC를 발암물질과 같이 체중 및 호흡률로 보정하여 독성참고치(reference dose, RfD) 값을 산출하였다.

Table 2 . Toxicity information of heavy metals for risk assessment.

Pollutant	Carcinogenic class		Tumor type	IUR ([μg/m3]-1)	RfC (mg/m3)
	US EPA	IARC
Ni (refinery dust)	A	1	Lung cancer	2.4E-04	-
As	A	1	Lung cancer	4.3E-03	-
Cd	B1	1	Lung, trachea, bronchus cancer	1.8E-03	-
Cr6+	A	-	Lung cancer	1.2E-02	1.0E-04
Mn	D	-	-	-	5.0E-05

IUR: inhalation unit risk, RfC: reference concentration..

노출평가를 위하여 선정된 노출계수의 경우 Table 3에 정리하였다. 노출대상은 성인 남녀 두 그룹으로 나누었으며, 체중 및 호흡량은 환경부의 자료를 활용하였다.¹⁷⁾ 노출기간은 국토교통부 ‘2022년도 주거실태조사(2023)’¹⁸⁾ 결과 도지역 기준 주택 평균 거주기간 10년을 참고하여 보수적 평가를 위해 평균 기간의 2배인 20년 동안 노출되는 것으로 가정하였으며, 연간 평균 300일, 최대 330일 거주하는 것으로 가정하였다.¹⁹⁾ 기대수명은 통계청에서 제시하는 값을 채택하였다.²⁰⁾

Table 3 . Exposure factor of this study for risk assessment.

Factor	Parameter	Unit	CTE	RME	Source
IR	Male	m3/day	16.2	21.0	NIER, 201917)
	Female	m3/day	13.0	16.9
EF	Common	day/year	300	330	This study
ED	Common	year	20	20	This study
BW	Male	kg	71.5	90.3	NIER, 201917)
	Female	kg	57.7	74.1
LT	Common	year	82.7	82.7	Statistics Korea, 202320)
AT	Common	year	20	20	This study

CTE: central tendency exposure, RME: reasonable maximum exposure, IR: inhalation rate, EF: exposure frequency, ED: exposure duration, BW: body weight, LT: lifetime, AT: average time..

노출 시나리오의 경우 일반적으로 가능한 두 가지 시나리오 CTE (central tendency exposure)와 RME (reasonable maximum exposure)로 설정하여 평가하였다. CTE는 노출 분포에서 중간에 있는 개인의 노출에 대한 추정치이며, RME는 노출 분포에서 상위에 있는 개인의 노출에 대한 추정치이다.²¹⁾ 본 연구에서 유해화학물질의 농도, 체중 및 호흡량의 값을 CTE로 평가할 경우 기하평균값을 활용하였으며, RME의 경우 95% 백분위수 값을 활용하였다.

또한, Cr⁶⁺의 농도는 총 Cr 농도의 8%를 적용하여 산출하였다. 이는 다양한 연구 결과와 신평∙장림 산업단지의 특성을 종합적으로 고려한 결과이다. Kang 등(2009)²²⁾의 연구에 따르면 외국 도시지역에서 총 Cr 농도 중 Cr⁶⁺가 차지하는 농도의 비율은 3~8%로 조사되었으며, Park (2013)²³⁾의 연구에 따르면 대산 산업단지 인근 지점의 연간 평균 Cr⁶⁺ 비율은 독곶리 5.27%, 대죽리 9.17%, 대산읍 8.16%로 조사되었다. 대산 산업단지의 주 업종은 석유정제 및 화학 관련 사업으로, Cr⁶⁺ 배출이 간접적으로 기여할 가능성이 높은 반면, 신평∙장림 산업단지는 기계와 도금 업종이 주를 이루어 Cr⁶⁺ 배출이 직접적으로 기여할 가능성이 높다. 이에, 8%를 적용한 이전 연구^8,19,24)와 위의 연구 결과들을 종합적으로 판단하여 과소평가와 과도한 추정을 피하고자 Cr⁶⁺ 비율을 8%로 적용하여 평가하였다.

본 연구의 대상 유해중금속의 흡입에 의한 노출량 평가는 Eq (1)을 이용하여 평생일일평균용량(lifetime average daily dose, LADD)을 계산하였으며, 비발암물질의 경우 Eq (2)를 이용하여 일일평균용량(average daily dose, ADD)을 계산하였다. 두 경우 모두 인체에 노출된 양의 100%가 흡수된다고 가정하였다.

$$LADD=\frac{C\times IR\times EF\times ED}{BW\times LT}$$(1)

$$ADD=\frac{C\times IR\times EF\times ED}{BW\times AT}$$(2)

LADD: Lifetime average daily dose (mg/kg/day)

ADD: Average daily dose (mg/kg/day)

C: Concentration of pollutant (mg/m³)

IR: Inhalation rate (m³/day)

EF: Exposure frequency (day/year)

ED: Exposure duration (year)

BW: Body weight (kg)

LT: Lifetime (day)

AT: Average time (day)

발암위해도는 다음의 Eq (3)과 같이 초과발암위해도(excess cancer risk, ECR)를 계산하였으며, 복수의 발암물질의 흡입에 기인한 통합 발암위해도(cumulative excess cancer risk, CECR)는 각 오염물질별 단일 ECR 값을 합하여 산출하였다.¹⁹⁾ US EPA는 ECR의 값이 1.0E-06일 때 자연적으로 발생할 수 있는 무시할 만한 위해수준으로 규정하고 있으므로,^25,26) 이를 참고하여 본 연구에서는 1.0E-06을 기준으로 이를 초과하면 인체에 위해한 영향이 발생할 가능성이 있다고 판단하였다.

$$ECR=LADD\times CPF$$(3)

$$CECR=\sum ECR$$(4)

ECR: Excess cancer risk

LADD: Lifetime average daily dose (mg/kg/day)

CPF: Carcinogenic potency factor ([mg/kg/day]^-1)

CECR: Cumulative excess cancer risk

비발암위해도는 다음의 Eq (5)와 같이 비발암 위해지수(hazard quotient, HQ)를 계산하였으며, 복수의 비발암물질 흡입에 기인한 통합 비발암 위해지수(hazard index, HI)는 다음의 Eq (6)과 같이 각 오염물질별 HQ 값을 합하여 산출하였다. HQ 및 HI 값이 1을 초과하는 경우 인체에 위해한 영향이 발생할 가능성이 있다고 판단하였다.²⁷⁾

$$HQ=\frac{ADD}{RfD}$$(5)

$$HI=\sum HQ$$(6)

HQ: Hazard quotient

ADD: Average daily dose (mg/kg/day)

RfD: Reference dose (mg/kg/day)

HI: Hazard index

1. PM_2.5 및 중금속 농도 분포

PM_2.5 및 PM_2.5에 포함된 유해중금속(Ni, As, Cd, Cr⁶⁺, Mn)의 MDL 이하 값을 제외한 총 시료 개수, 기하평균, 기하표준편차, 50% 백분위수, 95% 백분위수 값을 Table 4에 정리하였다. PM_2.5 농도를 살펴보면 A1 (15.42 μg/m³)>A2 (14.43 μg/m³)>A3 (14.22 μg/m³)>A5 (13.14 μg/m³)>A4 (12.87 μg/m³) 순으로 나타났다. 총 5개의 측정 지점의 평균 중금속 농도의 경우 Ni 4.14 ng/m³, As 6.22 ng/m³, Cd 1.20 ng/m³, Cr⁶⁺ 0.81 ng/m³, Mn 14.44 ng/m³으로 나타났다. Fig. 2는 지점 간 중금속의 농도 분포를 나타낸 것으로, 위치 특성상 다른 측정 지점에 비해 산업단지와 가까운 A4에서 Ni, Cr⁶⁺ 항목이 다른 지점에 비하여 고농도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

Figure 2. Concentration of PM_2.5 and heavy metals by measurement sites (A1~A5) (Bar is mean and error bar is standard deviation)

Table 4 . Concentration of PM_2.5 and their heavy metals by measurement sites.

Area	Pollutant	N	GM	GSD	Percentiles
					50%	95%
A1	PM2.5	77	15.42	1.77	16.64	34.70
	Ni	43	3.13	2.99	3.07	36.86
	As	35	5.46	2.46	6.25	19.30
	Cd	9	1.25	1.46	1.04	3.00
	Cr6+	49	0.72	2.53	0.71	3.98
	Mn	69	12.44	2.62	13.61	44.34
A2	PM2.5	88	14.43	1.84	13.79	34.32
	Ni	46	3.43	2.80	3.06	26.62
	As	34	5.14	2.26	5.61	19.85
	Cd	16	1.11	1.29	1.03	2.08
	Cr6+	60	0.62	2.31	0.69	2.09
	Mn	83	18.68	2.03	21.48	50.32
A3	PM2.5	77	14.22	1.82	14.96	33.65
	Ni	40	3.16	3.48	2.11	46.70
	As	30	6.56	2.31	7.02	20.15
	Cd	16	1.11	1.31	1.04	1.55
	Cr6+	46	0.79	2.63	0.88	3.38
	Mn	70	13.06	2.91	12.17	73.46
A4	PM2.5	88	12.87	1.83	13.97	33.20
	Ni	59	6.21	3.33	5.09	157.79
	As	38	6.32	2.63	8.22	25.00
	Cd	23	1.07	1.26	1.03	2.44
	Cr6+	65	1.25	3.04	1.31	10.51
	Mn	81	18.85	2.64	20.24	73.31
A5	PM2.5	85	13.14	2.07	13.03	48.20
	Ni	41	4.99	4.09	3.17	151.20
	As	44	7.58	2.24	8.25	22.36
	Cd	33	1.39	1.66	1.06	4.42
	Cr6+	51	0.71	2.64	0.82	3.60
	Mn	71	10.05	2.24	10.88	31.96
Total	PM2.5	415	13.95	1.87	14.18	34.13
	Ni	229	4.14	3.40	3.13	57.97
	As	181	6.22	2.38	6.99	21.38
	Cd	97	1.20	1.46	1.04	3.11
	Cr6+	271	0.81	2.72	0.87	3.56
	Mn	374	14.44	2.55	15.62	57.87

Units: μg/Sm³ for PM_2.5 and ng/Sm³ for heavy metals, Cr⁶⁺: calculated as 8% of the total Cr concentration, N: the number of samples, GM: geometric mean, GSD: geometric standard deviation..

2. PM_2.5 농도와 중금속 항목 간 상관성 분석

PM_2.5와 중금속 항목 간 상관성 분석 결과는 Table 5에 나타내었다. PM_2.5와 중금속 항목 간의 상관관계를 살펴보면 모든 측정 지점에서 PM_2.5-Mn은 유의미한 양의 상관관계가 나타났으며, PM_2.5-Cr⁶⁺은 A1과 A4 지점에서 유의미한 양의 상관관계가 나타났다. 대기 중금속 간 상관관계를 살펴보면 Mn-Ni는 모든 측정 지점에서 0.3 이상의 상관관계를 보였으며, Cr⁶⁺-Mn과 Cr⁶⁺-Ni은 A3 지점을 제외한 사하구 모든 측정 지점에서 높은 상관관계가 나타났다. 중금속 항목 간 가장 높은 상관관계는 Cr⁶⁺-Ni에서 나타났으며, 이는 위치 특성상 다른 측정 지점에 비해 협동화 단지와 가까운 A4에서 0.691로 확인되었다.

Table 5 . Correlation coefficients between PM_2.5 and heavy metals.

A1	PM2.5	Ni	As	Cd	Cr6+	Mn
PM2.5	1.000
Ni	0.163	1.000
As	–0.029	–0.294	1.000
Cd	–0.400	–0.400	0.200	1.000
Cr6+	0.339*	0.547†	–0.126	–0.100	1.000
Mn	0.489†	0.643†	–0.375*	0.333	0.541†	1.000
A2	PM2.5	Ni	As	Cd	Cr6+	Mn
PM2.5	1.000
Ni	–0.120	1.000
As	0.243	0.121	1.000
Cd	–0.065	–0.259	–0.571	1.000
Cr6+	0.108	0.525†	–0.393	–0.507	1.000
Mn	0.273*	0.361*	–0.101	0.035	0.343†	1.000
A3	PM2.5	Ni	As	Cd	Cr6+	Mn
PM2.5	1.000
Ni	0.175	1.000
As	–0.124	–0.104	1.000
Cd	–0.283	0.107	0.714	1.000
Cr6+	0.290	0.305	–0.206	–0.450	1.000
Mn	0.458†	0.368*	–0.168	0.127	0.264	1.000
A4	PM2.5	Ni	As	Cd	Cr6+	Mn
PM2.5	1.000
Ni	0.046	1.000
As	–0.059	–0.020	1.000
Cd	–0.231	–0.253	0.330	1.000
Cr6+	0.348†	0.691†	–0.271	–0.227	1.000
Mn	0.312†	0.422†	–0.248	–0.320	0.674†	1.000
A5	PM2.5	Ni	As	Cd	Cr6+	Mn
PM2.5	1.000
Ni	0.106	1.000
As	0.096	0.343	1.000
Cd	0.071	0.091	–0.047	1.000
Cr6+	0.210	0.338*	0.100	0.068	1.000
Mn	0.362†	0.431†	0.038	–0.237	0.539†	1.000

*p<0.05, ^†p<0.01..

3. 위해성평가

3.1. 발암 위해성평가

PM_2.5에 함유된 중금속 노출에 의한 산업단지 인근 주민들의 ECR 결과를 성별로 나누어 Table 6에 나타내었다. 모든 측정 지점에서 성별에 따른 ECR은 차이가 없는 것으로 나타났다.

Table 6 . Carcinogenic risk assessment of heavy metals by measurement sites.

Pollutant	Sex	CTE
		A1	A2	A3	A4	A5
Ni	Male	1.18E-07	1.30E-07	1.20E-07	2.35E-07	1.89E-07
	Female	1.18E-07	1.29E-07	1.19E-07	2.34E-07	1.88E-07
As	Male	3.70E-06	3.49E-06	4.45E-06	4.28E-06	5.14E-06
	Female	3.69E-06	3.47E-06	4.43E-06	4.27E-06	5.12E-06
Cd	Male	3.55E-07	3.14E-07	3.15E-07	3.04E-07	3.95E-07
	Female	3.54E-07	3.13E-07	3.14E-07	3.02E-07	3.94E-07
Cr6+	Male	1.37E-06	1.17E-06	1.50E-06	2.37E-06	1.35E-06
	Female	1.36E-06	1.16E-06	1.49E-06	2.36E-06	1.34E-06
CECR	Male	5.54E-06	5.10E-06	6.39E-06	7.19E-06	7.07E-06
	Female	5.52E-06	5.07E-06	6.35E-06	7.17E-06	7.04E-06
Pollutant	Sex	RME
		A1	A2	A3	A4	A5
Ni	Male	1.99E-06	1.44E-06	2.52E-06	8.51E-06	8.16E-06
	Female	1.99E-06	1.43E-06	2.52E-06	8.50E-06	8.15E-06
As	Male	1.87E-05	1.92E-05	1.95E-05	2.42E-05	2.16E-05
	Female	1.86E-05	1.92E-05	1.95E-05	2.41E-05	2.16E-05
Cd	Male	1.21E-06	8.42E-07	6.28E-07	9.89E-07	1.79E-06
	Female	1.21E-06	8.42E-07	6.28E-07	9.88E-07	1.79E-06
Cr6+	Male	1.07E-05	5.64E-06	9.13E-06	2.83E-05	9.70E-06
	Female	1.07E-05	5.63E-06	9.12E-06	2.83E-05	9.69E-06
CECR	Male	3.23E-05	2.71E-05	3.17E-05	6.20E-05	4.13E-05
	Female	3.22E-05	2.71E-05	3.17E-05	6.19E-05	4.12E-05

CECR: cumulative excess cancer risk..

Ni의 노출로 인한 ECR의 경우 CTE 노출 시에 본 연구에서 정한 허용위해도 수준(1.0E-06)을 초과하지 않는 것으로 나타났으나, RME 노출 시 모든 측정 지점에서 허용위해도 수준을 초과하는 것으로 나타났다. As와 Cr⁶⁺의 경우, 모든 측정 지점에서 CTE와 RME 노출 수준 모두 1.0E-06을 초과하여 건강위해 발현 가능성이 있는 것으로 보인다. 특히, As는 다른 중금속에 비해 높은 ECR을 보이며, Cr⁶⁺는 다른 지점보다 A4에서 높은 ECR을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Cd의 노출로 인한 ECR의 경우 RME 노출 시 A1, A5에서 1.0E-06 수준을 초과하였다.

복수의 발암물질의 흡입에 기인한 통합 발암위해도는 CTE와 RME 수준 모두에서 모든 지역이 1.0E-06 값을 초과하였다. 지역 간 비교 결과, CTE 수준에서는 A4>A5>A3>A1>A2의 순으로 나타났으며, RME 수준에서는 A4>A5>A1>A3>A2의 순으로 나타났다. 통합 발암위해도의 기여율은 RME 수준에서의 A4의 경우 Cr⁶⁺>As>Ni>Cd의 순으로 나타났으며, 이를 제외한 CTE 및 RME 수준에서의 모든 지역은 As>Cr⁶⁺>Ni>Cd의 순으로 나타났다.

3.2. 비발암 위해성평가

PM_2.5에 함유된 중금속 노출에 의한 산업단지 인근 주민들의 HQ 및 HI 결과를 성별로 나누어 Table 7에 나타내었다. 마찬가지로 모든 측정 지점에서 성별에 따른 HQ 결과의 차이는 미미한 것으로 나타났으며, HQ 값이 CTE 및 RME 수준 모두에서 1보다 작은 수준으로 나타나 인체에 위해한 영향이 발생할 가능성은 낮다고 판단하였다. 또한, HI 값 모두 1 이하의 값으로 나타나 통합 비발암 건강위해 발현 가능성도 낮다고 판단하였다.

Table 7 . Non-carcinogenic risk assessment of heavy metals by measurement sites.

Pollutant	Sex	CTE
		A1	A2	A3	A4	A5
Cr6+	Male	4.71E-03	4.02E-03	5.16E-03	8.18E-03	4.64E-03
	Female	4.69E-03	4.00E-03	5.14E-03	8.15E-03	4.62E-03
Mn	Male	5.80E-05	8.70E-05	6.09E-05	8.78E-05	4.68E-05
	Female	5.77E-05	8.67E-05	6.06E-05	8.75E-05	4.66E-05
HI	Male	4.77E-03	4.11E-03	5.22E-03	8.27E-03	4.69E-03
	Female	4.75E-03	4.09E-03	5.20E-03	8.24E-03	4.67E-03
Pollutant	Sex	RME
		A1	A2	A3	A4	A5
Cr6+	Male	3.70E-02	1.94E-02	3.15E-02	9.77E-02	3.34E-02
	Female	3.70E-02	1.94E-02	3.14E-02	9.76E-02	3.34E-02
Mn	Male	2.94E-04	3.34E-04	4.88E-04	4.87E-04	2.12E-04
	Female	2.94E-04	3.34E-04	4.87E-04	4.86E-04	2.12E-04
HI	Male	3.73E-02	1.97E-02	3.20E-02	9.82E-02	3.36E-02
	Female	3.73E-02	1.97E-02	3.19E-02	9.81E-02	3.36E-02

HI: hazard index..

본 연구에서 측정된 신평∙장림 산업단지의 PM_2.5 평균 농도를 확인한 결과, 12.87~15.42 μg/m³의 범위로 Choi 등 (2021)⁸⁾에 의해 보고된 부산 사상공업단지의 중심지 학장동에서 측정된 PM_2.5 평균 농도 32.4 μg/m³와 비교하여 볼 때 전체적으로 낮은 수준이며, National Institute of Environmental Research (2023)²⁸⁾ 보고서의 결과 2022년 부산지역 도시 대기 PM_2.5 연평균 농도인 15 μg/m³과 비슷한 수준을 나타내었다. 부산 학장동의 경우 측정지가 사상공업단지 중심지에 위치하여 있으며, 사상공업단지가 2020년 기준 3.0 km² 규모로 총 2,284개의 업체가 입주하여 있는 반면,²⁹⁾ 본 연구 측정지의 경우 산업단지와 약간의 거리가 있으며, 약 2.8 km² 규모의 신평∙장림 산업단지가 기존단지와 협동화 단지로 나뉘어져 운영되고 있기 때문에 두 산업단지의 규모, 구성 및 측정 장소의 차이로 인하여 PM_2.5의 평균 농도 차이가 나타나는 것으로 보인다.

총 5개의 측정 지점의 평균 중금속 농도의 경우 Ni 4.14 ng/m³, As 6.22 ng/m³, Cd 1.20 ng/m³, Cr⁶⁺ 0.81 ng/m³, Mn 14.44 ng/m³으로 나타났다. 한편, National Institute of Environmental Research (2023)²⁸⁾ 보고서에 따르면 2022년 부산 도시 평균 중금속 농도는 Ni 4.7 ng/m³, As 5.2 ng/m³, Cd 0.5 ng/m³, Cr 5.4 ng/m³ (총 Cr 농도의 8%를 적용하여 산출된 Cr⁶⁺는 0.43 ng/m³), Mn 32.2 ng/m³로 나타났다. 이를 비교하면, 본 연구에서 측정된 중금속 농도가 부산 도시 평균 중금속 농도보다 As 1.2배, Cd 2.4배, Cr⁶⁺ 1.9배 높은 것으로 나타났다. As 농도는 금속제조 및 화석연료 사용 등 산업활동의 영향으로 판단되며,³⁰⁾ Cd는 제철 및 비철금속과 같은 금속가공 시설 영향으로 판단된다.³¹⁾ Cr⁶⁺은 Kang 등(2018)³²⁾의 포항산업단지 및 시화∙반월 산업단지와 마찬가지로 산업단지 내의 금속 가공, 도금 등의 특정 업종의 영향을 받았을 가능성이 크다.

대기 중금속 간 상관관계를 살펴보면 Cr⁶⁺-Ni의 경우 A1 (0.547), A2 (0.525), A4 (0.691), A5 (0.338)로 사하구 A3 지점을 제외한 모든 측정 지점에서 유의미한 상관관계가 나타났다. 위치 특성상 다른 측정 지점에 비해 협동화 단지와 가까운 A4에서 Cr⁶⁺ 및 Ni가 고농도를 나타내며, Cr⁶⁺-Ni의 상관관계가 특히 뚜렷하게 높은 값을 나타내는 것을 고려하였을 때 이는 신평∙장림 산업단지 협동화 단지에서 18%를 차지하는 표면처리(도금) 업종의 배출이 주요한 영향으로 보인다. 이를 뒷받침하는 결과로 Kang 등(2018)³²⁾에 따르면, 시화∙반월 산업단지에서 도금 업종에서의 배출로 인하여 Cr⁶⁺-Ni의 상관관계가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

PM_2.5에 함유된 중금속 노출에 의한 산업단지 인근 주민들의 ECR 결과를 성별로 나누어 확인한 결과, 모든 측정 지점에서 성별에 따른 ECR은 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 노출계수 중 호흡률과 체중만이 남성이 여성에 비해 높은 값을 보였으며, 나머지 계수의 경우 동일한 값을 적용함에 따라 성별 간에 차이가 있을 것으로 여겨지나, 호흡률의 경우 위해도와 비례관계인 반면 체중의 경우 반비례관계로 이들 두 계수의 위해도 기여도 간에 상쇄로 인해 기인된 결과로 여겨진다.

As와 Cr⁶⁺의 노출로 인한 ECR의 경우, 모든 측정 지점에서 CTE와 RME 노출 수준 모두 1.0E-06을 초과하여 건강위해 발현 가능성이 있는 것으로 보인다. 특히, As의 경우 다른 중금속에 비하여 높은 ECR을 보였으며, Cr⁶⁺의 경우 산업단지와 가까운 A4에서 다른 측정 지점에 비하여 ECR이 높게 나타났다. 이를 통해 As와 Cr⁶⁺의 저감을 위한 대책 마련이 필요함을 확인할 수 있었으며, Cr⁶⁺와 높은 상관관계를 보이는 Ni 역시 저감 대책 마련 시 고려할 사항으로 판단된다. 특히, 우선적 관리대상 물질 선정이 필요한 경우 As에 대한 저감 대책 마련이 선행적으로 이루어지는 것이 바람직함을 확인할 수 있는 결과이다.

CECR은 CTE와 RME 수준 모두에서 모든 지역 1.0E-06 값을 초과하였다. 지역 간 비교 결과, CTE 수준에서는 A4>A5>A3>A1>A2의 순으로 나타났으며, RME 수준에서는 A4>A5>A1>A3>A2의 순으로 나타났다. 이는 A4의 위치 특성상 산업단지와 가깝기 때문에 다른 측정 지점에 비해 ECR이 높은 것으로 판단된다. 통합 발암위해도의 기여율은 RME 수준에서의 A4를 제외한 CTE 및 RME 수준에서의 모든 지역은 As>Cr⁶⁺>Ni>Cd의 순으로 조사되었다. 이는 Choi 등(2021)⁸⁾의 부산 학장동 공업지역에서 PM_2.5에 함유된 중금속 노출 통합 발암위해도의 기여율로 평가한 As>Cr⁶⁺>Ni>Cd>Pb와 동일한 결과를 나타내었다.

이에 따라 주민들의 중금속 노출에 의한 발암 위해성을 고려할 경우 다른 중금속에 비해 As와 Cr⁶⁺에 대한 주의 깊은 관리가 필요해 보이며, 지역 정책상 우선 관리대상 선정을 통한 순차적 관리대상 선정의 필요시 오염물질 중 As, 측정지점 중 A4 지점을 우선 관리대상으로 선정함이 바람직한 것으로 여겨진다.

비발암 위해성평가 결과, 마찬가지로 모든 측정 지점에서 성별에 따른 HQ 결과의 차이는 미미한 것으로 나타났으며, HQ 및 HI 값이 모두 CTE 및 RME 수준 모두에서 1보다 작은 수준으로 나타나 인체에 위해한 영향이 발생할 가능성은 낮다고 판단하였다. 그러나 이는 총 17종 중금속 물질 중에서 독성 정보가 확인된 물질 2종에 한정하여 확인한 결과로, 다른 중금속 물질에 대한 평가를 수행하지 못한 한계가 존재하는 것을 고려하면 HI 값이 허용위해도 수준을 초과할 가능성이 있으므로 산업단지의 중금속 관리는 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

본 연구는 부산 신평∙장림 산업단지가 위치한 사하구 일원 5개의 지점에서 약 1년 간 시료를 채취하여 PM_2.5 및 중금속 농도 분포에 대하여 분석하고, 인근 주민들의 중금속 흡입노출에 대한 건강위해성평가를 수행하였다. 그 결과, As와 Cr⁶⁺, CECR은 모든 측정 지점에서 1.0E-06을 초과하여 발암 위험성이 존재함을 확인하였다. 특히 As의 경우 다른 중금속에 비하여 높은 ECR을 보였으며, Cr⁶⁺의 경우 A4에서 다른 측정 지점에 비하여 ECR이 높게 나타났다. CECR의 기여율은 물질의 경우 As>Cr⁶⁺>Ni>Cd (A4, CTE 수준 제외)의 순으로 나타났으며, 측정 지점의 경우 CTE 수준에서 A4>A5>A3>A1>A2, RME 수준에서 A4>A5>A1>A3>A2의 순으로 나타났다. 이에 따라, 주민들의 중금속 노출 저감을 위한 대책 마련 시 오염물질은 As와 Cr⁶⁺를 우선 관리대상으로, 측정지점은 A4 지점을 우선 관리대상으로 선정함이 바람직하며, Cr⁶⁺와 높은 상관관계를 보이는 Ni와 주요 배출 업종으로 판단되는 도금 업종도 저감 대책 마련 시 고려할 사항으로 사료된다.

실제 주민들의 실측값을 기반으로 평가한 결과가 아니라는 한계점이 존재하지만, 부산 신평∙장림 산업단지 인근 지역을 세분화하여 평가하였으며 향후 중금속 발생 저감을 위한 관리방안 수립 시 필요할 수 있는 우선적 관리대상 및 관련 주요 업종을 파악한 것에 의의가 있다.

본 연구는 2024년 (재)부산테크노파크 주관 「산업단지환경개선 인프라 구축사업」의 일환으로 수행되었으며, 2024년도 환경부 주관 「화학물질 안전관리 전문 인력 양성 사업」의 화학물질 특성화 대학원 지원 사업을 통한 성과물임을 밝힙니다.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

문지은(석사과정), 정지윤(박사과정), 박시현(연구교수),

김종원(센터장), 구태우(책임연구원), 이철민(교수)