세계보건기구(World Health Organization, WHO)에 따르면 환경 위험은 전 세계 질병 부담의 12%를 차지하며, 그 중 대기오염이 가장 큰 비중을 차지하고, 유해대기오염물질(hazardous air pollutants, HAPs)로 인해 매년 420만 명의 조기 사망을 유발한다고 보고하였다.¹⁾ HAPs는 주로 화학공장 및 산업단지, 발전소 등의 고정오염원, 수송 수단인 이동오염원의 배기가스, 건축 자재 및 세척용제 등에서 발생하는 실내오염원으로 구분할 수 있으며, 그 외에 화학사고 및 산불 발생이 주요 배출원으로 포함된다.^2,3)

도시화와 산업화의 가속화로 산업단지에서 발생하는 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs) 농도가 증가하고 있으며, 이로 인한 악취와 대기오염 피해는 인근 주민들의 지속적인 민원사항으로 보고되고 있다.⁴⁾ 산업단지 인근 주거지역은 환경 및 건강영향 측면에서 지속적으로 조사∙감시가 필요한 민감지역에 속한다.⁵⁾ 우리나라는 국토 면적이 좁고 인구밀도가 높으며 산업단지와 주거지역이 인접한 경우가 많아 산업단지에서 배출되는 VOCs가 주민의 건강에 악영향을 미칠 가능성이 높다. 대규모 국가산업단지의 경우 인근지역 주민을 대상으로 한 VOCs의 노출 및 건강영향을 평가하는 조사가 많이 수행되고 있으나, 국내 산업단지의 55%를 차지하는 중∙소규모의 일반산업단지 주변 지역 주민에 대한 환경노출 및 건강영향 평가는 미흡한 실정이다.^6,7)

VOCs는 대기 중 휘발되어 악취를 유발하는 유해물질로, 산업단지에서 다량으로 배출된다.⁸⁾ VOCs는 대기 중에 낮은 끓는 점으로 쉽게 증발하고 악취를 유발하여 불쾌감과 혐오감을 주며 정신적, 심리적 피해를 일으키는 감각 공해뿐만 아니라 HAPs로 분류되고 있다.⁹⁾ VOCs는 대기 중 광화학반응으로 인해 오존(ozone)과 2차 오염물질을 형성하는 과정에 중요한 역할을 하며, 노출될 경우 호흡기나 피부를 통해 유입되어 천식, 아토피성 피부염, 신경학적 손상과 같은 잠재적인 건강영향을 일으킬 수 있다.^10,11) 그 중 벤젠(benzene)과 폼알데하이드(formaldehyde)는 국제 암 연구소(International Agency of Research on Cancer, IARC)에서 Group 1로 사람에게 발암 가능성이 있는 물질로 분류하였으며, 장기간 노출될 경우 비강암 및 골수성 백혈병 유발을 할 수 있다는 역학 자료가 다수 보고되고 있다.^12,13)

VOCs 중 일부 성분은 HAPs로 분류되어 있고, 산업시설에서 배출을 관리하도록 규정되어 있다. 국내에서는 화학물질 배출∙이동량 조사(pollutant release and transfer register, PRTR)를 통해 특정 화학물질의 배출량과 이동량을 파악하여 주요 배출원을 식별하고, 화학물질의 위해성을 고려해 배출 저감 대책 및 관리 우선순위를 제시하고 있다.¹⁴⁾

연구대상 지역인 대구광역시의 경우 서구, 북구, 달성군에 산업단지가 집중되어 있으며, 그 중 지역주민의 불안감 및 악취에 대한 민원이 주기적으로 접수되고 있는 달성군을 대상으로 연구를 수행하였다. 분석대상 물질은 대구 달성군 PRTR 자료를 기반으로 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 자일렌(xylene), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone)을 선정하였으며, 인근 사업장(섬유, 조립금속, 제조업 등)에서 주로 배출되는 화학물질을 고려하여 벤젠, 폼알데하이드, 스티렌(styrene), 아세트알데하이드(acetaldehyde)를 포함한 총 8종의 VOCs를 선정하였다. 본 연구의 목적은 민원데이터 기반 악취민원이 많았던 시간과 장소를 고려하여 실제 측정 후 VOCs의 연령군별 노출 및 위해성평가를 수행하고, 주요 배출원을 추적하여 대구 달성군 지역 대기질 관리 및 건강 위해 저감을 위한 과학적 근거를 제시하고자 하였다.

1. 연구대상 지역

본 연구는 악취와 VOCs에 대한 민원이 자주 발생하였고, 선행연구가 부족한 대구광역시 달성군을 대상지역으로 선정하였다. 환경 민원조사에서 악취로 인한 민원이 가장 빈번한 시간대는 06:00~08:00, 10:00~12:00, 14:00~16:00, 18:00~20:00, 22:00~24:00의 총 5개 구간으로 분류되었고, 사계절 중 가을에 악취 민원이 가장 많이 발생한 것으로 나타났다. 산업단지 주변 지역주민의 거주지 근처 주요 사업장은 조립금속 업체, 섬유업체, 기타 기계 및 장비 제조업으로 나타났다. 산업단지 내 거주지에서 측정은 호흡 영역(breathing zone) 높이를 고려하였고, 주거지점이 아닌 경우 설치 동의를 받은 옥상에서 시료를 채취하였다(Fig. 1).

Figure 1. Selection of samlping locations in Dalseong-gun, Daegu

2. 시료채취 및 분석

본 연구는 환경 민원조사를 기반으로 2023년 10월 18일부터 2023년 10월 20일까지 4개의 장소에서 시간대(06:00~08:00, 10:00~12:00, 14:00~16:00, 18:00~20:00, 22:00~24:00)별로 30분간 시료를 일 5회 측정하였다. 폼알데하이드를 제외한 VOCs의 7종(톨루엔, 자일렌, 스티렌, 메틸에틸케톤, 벤젠, 에틸벤젠, 아세트알데하이드)은 흡착관(Tenax-TA tube)에 펌프(Gilian Air plus, Sensidyne, USA)를 연결하여 0.1 L/min으로 30분 동안 대기 시료를 측정하였다. 채취된 시료는 흡착튜브에 표면 흡착된 물질을 열 탈착(thermal desorption) 방식으로 처리한 후 TD-GC/MS를 이용하여 분석하였다. TD-GC/MS 분석은 열 탈착 단계에서 흡착된 VOCs를 기체화한 후, GC/MS를 통해 각 성분을 정량 및 정성 분석하는 방식으로 진행하였다(Supplementary Fig. 1, Supplementary Table 1).

폼알데하이드는 2,4-Dinitrophenylhydrazine (2,4-DNPH) 카트리지와 오존 제거를 위한 오존 스크러버를 연결한 후, 흡인 펌프를 이용해 0.5 L/min의 유속으로 30분 동안 채취하였다. 시료채취 후, 2,4-DNPH 카트리지에 흡착된 폼알데하이드는 아세토니트릴(acetonitrile) 용매 5 mL를 추출하였다. 추출된 2,4-DNPH 유도체는 고성능액체크로마토그래피(High-performance liquid chromatography, HPLC)를 이용하여 분석하였다. HPLC 분석은 360 nm의 자외선(UV) 파장에서 검출기를 사용하여 DNPH 유도체의 농도를 측정하는 방식으로 수행하였다(Supplementary Fig. 1, Supplementary Table 2).

3. 휘발성유기화합물 독성참고치 및 발암잠재력

대상물질 중 비발암물질은 톨루엔, 자일렌, 스티렌, 메틸에틸케톤 4종이며, 발암물질은 벤젠, 에틸벤젠, 폼알데하이드, 아세트알데하이드 4종으로 총 8종의 물질들에 대한 독성참고치를 선정하였다. 식 (1)의 비발암물질의 흡입경로 독성참고치(inhalation reference dose, RfD_inh)와 식 (2)의 발암물질의 흡입경로 발암잠재력(inhalation cancer slope factor, CSF_inh)은 대상 물질의 흡입독성참고치(reference concentration, RfC)와 흡입단위위해도(inhalation unit risk, IUR)에 체중(70 kg)과 호흡률(20 m³/day)을 보정하여 산출하였다(Supplementary Tables 3, 4).^15-23)

$$Rf{D}_{inh}\left(mg/kg/day\right)=\frac{RfC\left(mg/m^3\right)\times 20m^3/day}{70kg}$$(1)

여기서, RfD_inh는 흡입경로 독성참고치, RfC는 흡입독성참고치이다.

$$CS{F}_{inh}{\left(mg/kg/day\right)}^{-1}=\frac{IUR{\left(\mu g/m^3\right)}^{-1}\times 70kg}{20m^3/day}\times 1,000\mu g/mg$$(2)

여기서, CSF_inh는 흡입경로 발암잠재력, IUR은 흡입단위위해도이다.

4. 휘발성유기화합물 노출 및 위해성평가

VOCs 흡입에 따른 노출평가는 미국 환경보호청(United States Environment Protection Agency, US EPA)의 노출알고리즘을 적용하였다.²³⁾ 선행연구 기반 연령군별(0~2세, 3~6세, 7~12세, 13~18세, 19~64세 여성, 19~64세 남성, 65세 이상) 하위인구집단을 구분하였고, 하위인구집단에 적용한 노출계수는 Supplementary Table 5와 같다.^24-26)

VOCs 노출평가는 식 (3)과 같이 공기 중 VOCs 평균농도와 노출계수를 바탕으로 비발암물질의 경우 일일평균노출량(average daily dose, ADD)을 적용하였고, 발암물질의 경우 연령별 평생일일평균노출량(lifetime average daily dose, LADD)을 적용하여 평가하였다. absorption rate (ABS)는 노출된 양이 100% 인체에 흡수된다는 가정을 적용하였다.²³⁾

$$AD{D}_{inh},LAD{D}_{inh}=\frac{C\times IR\times ABS\times EF\times ED}{BW\times AT}$$(3)

여기서, ADD_inh는 일일평균흡입노출량, LADD_inh는 평생일일평균흡입노출량, C는 대기 중 유해대기오염물질 농도, inhalation rate (IR)은 호흡률, ABS는 흡수율, exposure frequency (EF)는 노출빈도, exposure duration (ED)은 노출기간, body weight (BW)는 체중, averaging time (AT)는 평균화시간이다.

비발암물질의 위해성평가는 용량-반응평가를 통해 도출한 독성참고치(reference dose, RfD)와 노출평가에서 산출된 ADD 값을 적용하여 유해지수(hazard quotient, HQ)를 산출하였고, HQ≥1 경우 잠재적인 건강 위해가 있는 것으로 판단하였다.²⁷⁾ 발암물질의 위해성평가는 용량-반응평가를 통해 도출한 발암잠재력(cancer slope factor, CSF)과 노출평가에서 산출된 LADD에 연령에 따른 민감도를 보정하는 연령보정계수(age dependent adjustment factor, ADAF)와 발암잠재력(cancer slope factor, CSF)을 곱하여 발암위해도(cancer risk, CR)를 산출하였고, CR≥1.00E-06 경우 잠재적인 건강 위해가 있는 것으로 판단하였다.²⁷⁾

$$H{Q}_{inh}=\frac{AD{D}_{inh}}{Rf{D}_{inh}}$$(4)

여기서, HQ_inh는 흡입 유해지수, ADD_inh는 일일평균흡입노출량 (mg/kg/day), RfD_inh는 흡입경로 독성참고치이다.

$$C{R}_{inh}=LAD{D}_{inh}\times CS{F}_{inh}\times ADAF$$(5)

여기서, CR_inh는 흡입 발암위해도, LADD_inh는 평생일일평균흡입노출량, CSF_inh는 흡입경로 발암잠재력, ADAF는 연령보정계수이다.

5. 통계분석

VOCs 농도는 빈도분석 및 기술통계 분석 결과를 제시하였다. VOCs 농도 간 상관성을 확인하기 위하여 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient)를 산출하였고, 유의수준이 0.05 미만일 경우(p<0.05) 통계적으로 유의한 것으로 판단하였다. 또한, 배출원을 추적하기 위해서 계층적 군집분석(hierarchical cluster analysis, HCA)과 주성분분석(principal component analysis, PCA)을 실시하였다. HCA는 유클리드 거리(euclidean distance)를 이용하여 군집 간 거리를 계산 후 군집 간 결합 방법으로 Ward 연결법(ward linkage method)을 적용하였고, PCA는 변수 간 상관행렬을 기반으로 수행 후 고유값(eigenvalue)이 1 이상인 주성분을 선택하였다. 연구결과의 통계적 검정은 SPSS ver. 19 (IBM Company, USA)를 사용하였다.

1. 유해대기오염물질 농도

대구 달성군 지역의 공기 중 VOCs 오염 수준을 평가하기 위해서 측정지점의 데이터를 합산하여 Table 1에 나타내었다. 공기 중 VOCs의 평균 농도는 아세트알데하이드(9.35 μg/m³)>톨루엔(6.43 μg/m³)>자일렌(5.79 μg/m³)>벤젠(4.80 μg/m³)>에틸벤젠(3.64 μg/m³)>메틸에틸케톤(1.22 μg/m³)>폼알데하이드(0.81 μg/m³)>스티렌(0.22 μg/m³) 순으로 나타났다. 공기 중 VOCs 중 자일렌이 105.78 μg/m³로 가장 높았으며, 폼알데하이드가 0.03 μg/m³로 가장 낮았다.

Table 1 . Concentration of VOCs in air.

Substance	VOCs (n=20)
	AM±SD (μg/m3)	GM (GSD) (μg/m3)	Min (μg/m3)	Max (μg/m3)
Benzene	4.80±1.00	4.70 (1.23)	3.27	7.58
Toluene	6.43±7.52	4.63 (2.18)	0.69	36.64
Ethylbenzene	3.64±14.37	0.15 (6.25)	0.07	64.41
Xylene	5.79±23.60	0.18 (6.04)	0.10	105.78
Styrene	0.22±0.09	0.21 (1.47)	0.09	0.47
Formaldehyde	0.81±1.63	0.13 (6.94)	0.03	6.30
Acetaldehyde	9.35±14.83	0.34 (20.47)	0.05	38.00
Methyl ethyl ketone	1.22±2.51	0.13 (7.86)	0.04	8.53

AM: arithmetic mean, SD: standard deviation, GM: geometric mean, GSD: geometric standard deviation, Min: minimum, Max: maximum..

2. 유해대기오염물질 노출 및 위해성평가

2.1. 노출평가

연령 기준으로 7개 그룹으로 구분 후 비발암 노출평가 농도 ADD_inh는 Table 2에 제시하였고, 발암 노출평가 LADD_inh는 Table 3에 제시하였다. 비발암물질 4종 중 톨루엔이 1.40E-03~7.02E-03으로 가장 높았고, 스티렌이 4.78E-05~2.40E-04로 가장 낮은 것으로 나타났다. 발암물질 4종에서는 아세트알데하이드가 1.67E-04~6.91E-04로 가장 높은 것으로 나타났으며, 폼알데하이드가 1.44E-05~5.99E-05로 가장 낮았다.

Table 2 . ADD_inh values from inhalation according to sub-population.

Substance	ADDinh (mg/kg/day)
	0~2 year	3~6 year	7~12 year	13~18 year	19~64 female	19~64 male	65 years+
Toluene	7.02E-03	3.56E-03	2.14E-03	1.58E-03	1.42E-03	1.40E-03	1.57E-03
Xylene	6.32E-03	3.20E-03	1.93E-03	1.42E-03	1.28E-03	1.26E-03	1.42E-03
Styrene	2.40E-04	1.22E-04	7.33E-05	5.41E-05	4.85E-05	4.78E-05	5.38E-05
Methyl ethyl ketone	1.33E-03	6.75E-04	4.07E-04	3.00E-04	2.69E-04	2.65E-04	2.98E-04

Table 3 . LADD_inh values from inhalation according to sub-population.

Substance	LADDinh (mg/kg/day)
	0~2 year	3~6 year	7~12 year	13~18 year	19~64 female	19~64 male	65 years+
Benzene	1.27E-04	1.28E-04	1.16E-04	8.56E-05	3.20E-04	3.15E-04	3.55E-04
Ethylbenzene	9.61E-05	9.74E-05	8.80E-05	6.49E-05	2.42E-04	2.39E-04	2.69E-04
Formaldehyde	2.14E-05	2.17E-05	1.96E-05	1.44E-05	5.39E-05	5.32E-05	5.99E-05
Acetaldehyde	2.47E-04	2.50E-04	2.26E-04	1.67E-04	6.23E-04	6.14E-04	6.91E-04

2.2. 위해성평가

공기 중 VOCs 중 비발암물질 4종의 HQ_inh에서 자일렌이 4.40E-02~2.21E-01로 가장 높았고, 스티렌이 1.67E-04~8.40E-04로 가장 낮았다. 비발암물질 4종에서는 전 연령에서 HQ가 1 미만으로 잠재적인 건강위해는 없었다(Table 4). 발암물질 4종의 CR_inh에서는 벤젠이 8.60E-06~3.46E-05로 가장 높았으며, 폼알데하이드가 9.10E-07~4.49E-06으로 가장 낮았다. 비발암물질과 반대로 발암물질 4종에서는 폼알데하이드에 노출된 13~18세를 제외하고 1.00E-06 이상으로 잠재적인 건강위해가 있었다(Table 5).

Table 4 . HQ_inh from inhalation, according to sub-population.

Substance	HQinh
	0~2 year	3~6 year	7~12 year	13~18 year	19~64 female	19~64 male	65 years+
Toluene	4.91E-03	2.49E-03	1.50E-03	1.11E-03	9.91E-04	9.76E-04	1.10E-03
Xylene	2.21E-01	1.12E-01	6.75E-02	4.98E-02	4.46E-02	4.40E-02	4.95E-02
Styrene	8.40E-04	4.26E-04	2.56E-04	1.89E-04	1.69E-04	1.67E-04	1.88E-04
Methyl ethyl ketone	3.64E-03	1.85E-03	1.11E-03	8.20E-04	7.35E-04	7.24E-04	8.16E-04

Table 5 . CR_inh from inhalation, according to sub-population.

Substance	CRinh
	0~2 year	3~6 year	7~12 year	13~18 year	19~64 female	19~64 male	65 years+
Benzene	3.46E-05	1.05E-05	9.51E-06	7.01E-06	8.73E-06	8.60E-06	9.69E-06
Ethylbenzene	8.36E-06	2.54E-06	2.30E-06	1.69E-06	2.11E-06	2.08E-06	2.34E-06
Formaldehyde	4.49E-06	1.37E-06	1.23E-06	9.10E-07	1.13E-06	1.12E-06	1.26E-06
Acetaldehyde	1.90E-05	5.78E-06	5.22E-06	3.85E-06	4.79E-06	4.73E-06	5.32E-06

3. 배출원 추적

3.1. 상관분석

공기 중 VOCs 농도 간 피어슨 상관분석 결과는 Table 6과 같다. 공기 중 VOCs 간의 상관관계에 스티렌-아세트알데하이드(r=–0.456)는 유의수준이 0.05 미만으로 통계적으로 유의하며 중간 정도의 음(–)의 상관관계를 보였다(p<0.05). 또한, 벤젠-톨루엔(r=0.786), 벤젠-에틸벤젠(r=0.683), 벤젠-자일렌(r=0.678), 벤젠-스티렌(r=0.612), 톨루엔-에틸벤젠(r=0.959), 톨루엔-자일렌(r=0.957), 톨루엔-스티렌(r=0.710), 에틸벤젠-자일렌(r=1.000), 에틸벤젠-스티렌(r=0.656), 자일렌-스티렌(r=0.653), 폼알데하이드-아세트알데하이드(r=0.739)는 유의수준이 0.01 미만으로 통계적으로 유의하였고, 강한 양(+)의 상관성으로 나타났다(p<0.01).

Table 6 . Pearson’s correlation coefficients for the relations among VOCs.

	Benzene	Toluene	Ethylbenzene	Xylene	Styrene	Formaldehyde	Acetaldehyde	Methyl ethyl ketone
Benzene	1
Toluene	0.786**	1
Ethylbenzene	0.683**	0.959**	1
Xylene	0.678**	0.957**	1.000**	1
Styrene	0.612**	0.710**	0.656**	0.653**	1
Formaldehyde	0.035	–0.211	–0.123	–0.121	–0.235	1
Acetaldehyde	–0.161	–0.281	–0.157	–0.159	–0.456*	0.739**	1
Methyl ethyl ketone	0.216	–0.004	–0.071	–0.077	0.236	0.081	–0.003	1

*p<0.05, **p<0.01..

3.2. 계층적 군집분석

HCA는 공기 중 VOCs의 농도를 기반으로 수행되었으며, 유사성을 분석하기 위해 유클리드 거리를 사용하였고, 군집 분류를 위해 Ward 연결법을 적용하였다. HCA 결과를 바탕으로 군집 내 분산(within-cluster sum of squares, WCSS)을 계산하고, 엘보우 기법(elbow method)을 통해 최적의 군집 수를 3개를 선정하였다(Supplementary Fig. 2). 덴드로그램(dendrogram)에서는 Height=6을 기준으로 선정하여 VOCs를 3개의 군집으로 분류하였다(Fig. 2). 첫 번째 군집은 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 벤젠, 스티렌으로 구성되었고, 두 번째 군집은 폼알데하이드, 아세트알데하이드로 구성되었으며, 세 번째 군집은 메틸에틸케톤 단일 물질로 구분되었다.

Figure 2. Cluster analysis of VOCs in the air samples in Dalseong-gun, Daegu

3.3. 주성분분석

PCA 결과 고유값(eigenvalues)이 1보다 큰 3개의 주요 성분(PC1, PC2, PC3)으로 구분되었고, 전체 분산의 88.705%를 설명하는 것으로 나타났다(Table 7, Supplementary Fig. 3). HCA 결과와 동일하게 PC1은 톨루엔(loading=0.976), 에틸벤젠(loading=0.937), 자일렌(loading=0.935), 스티렌(loading=0.820), 벤젠(loading=0.802)으로 구분되었고, 전체 데이터 중 53.152%를 설명하는 주요 성분으로 나타났다. PC2는 폼알데하이드(loading=0.885), 아세트알데하이드(loading=0.848)로 전체 데이터 중 21.053%를 설명하였고, PC3의 메틸에틸케톤(loading=0.956)은 14.500%의 변동성을 설명하였다.

Table 7 . Principal component analysis for selected VOCs in the air of Dalseong-gun, Daegu.

Components	Initial eigenvalues			Hazardous air pollutants	Component martix
	Total	Variance %	Cumulative %		PC1	PC2	PC3
1	4.252	53.152	53.152	Toluene	0.976	0.096	–0.101
2	1.684	21.053	74.205	Ethylbenzene	0.937	0.196	–0.207
3	1.160	14.500	88.705	Xylene	0.935	0.196	–0.213
4	0.383	4.790	93.495	Styrene	0.820	–0.127	0.284
5	0.336	4.197	97.692	Benzene	0.802	0.262	0.221
6	0.162	2.019	99.711	Formaldehyde	–0.272	0.885	0.076
7	0.023	0.287	99.998	Acetaldehyde	–0.392	0.848	–0.106
8	0.000	0.002	100.000	Methyl ethyl ketone	0.063	0.097	0.956
				Eigenvalues	4.252	1.684	1.160
				Total variance %	53.152	21.053	14.500
				Cumulative %	53.152	74.205	88.705

본 연구는 대구 달성군 민원데이터를 반영하여 악취가 자주 발생하는 4지점을 대상으로 측정 및 분석하여 VOCs 8종(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스티렌, 폼알데하이드, 아세트알데하이드, 메틸에틸케톤)에 대해 노출 및 위해성평가와 배출원 추적을 수행하였다.

대구 달성군 주요 민원이 발생한 지역에서 공기 중 VOCs 농도를 분석한 결과 평균 농도는 아세트알데하이드에서 9.35 μg/m³로 가장 높았다. 자일렌과 에틸벤젠의 최대 농도는 각각 105.78 μg/m³, 64.41 μg/m³로 나타났으며, 이는 측정지점 인근 산업단지에서 기타 기계 및 장비 제조업의 도장 및 세정 과정에서 배출된 것으로 추정된다. Chae 등(2024)²⁸⁾의 여수∙광양, 포항, 대산, 울산∙온산, 시화∙반월 5개 국가산업단지와 달성군 산업단지 평균 VOCs 농도를 비교한 결과 벤젠, 에틸벤젠, 스티렌, 아세트알데하이드는 약 1.19~3.13배 높은 것으로 나타났다.

연령군별 비발암물질 4종과 발암물질 4종에 대해 노출알고리즘에 호흡률, 체중, 노출기간 등을 적용하여 ADD_inh, LADD_inh를 산출하였고, RfD_inh와 CSF_inh 적용하여 위해성평가를 수행하였다. 비발암물질 4종에 대해서는 모든 연령군에서 HQ_inh<1로 잠재적인 건강위해가 없는 것으로 나타났으나 발암물질 4종은 CR_inh≥1.00E-06으로 잠재적인 건강위해가 있었다. 본 연구결과를 통해 발암물질 4종에 대한 지속적인 모니터링과 추가적인 실측을 주기적으로 진행할 필요가 있다. 특히, 발암물질 4종에 포함되어 있는 벤젠의 경우 PRTR 자료에서 배출 항목에 포함되지 않은 것으로 나타났으나, 비산 배출원 및 소규모 사업장에서 발생하는 배출이 간과되었을 가능성이 존재하여 달성군 산업단지 내 배출원을 파악하기 위해 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.¹⁴⁾

공기 중 VOCs 8종의 배출원을 추적하기 위해서 상관분석, HCA, PCA를 수행하였다. 피어슨 상관분석 결과, 에틸벤젠-자일렌(r=1.000), 톨루엔-에틸벤젠(r=0.959), 톨루엔-자일렌(r=0.957)에서 높은 양의 상관성이 확인되었다. PRTR 자료 분석을 통해 이들 물질이 자동차 및 트레일러 제조업, 기타 기계 및 장비 제조업과 밀접하게 연관됨을 확인하였다.²⁹⁾ HCA 분석 결과 VOCs의 배출원이 3개의 군집으로 분류되었으며, PCA 결과에서도 동일하게 나타나 VOCs의 배출원이 명확하게 구분된 것을 설명할 수 있다. 첫 번째 군집은 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 벤젠, 스티렌, 두 번째 군집은 폼알데하이드와 아세트알데하이드, 세 번째 군집은 메틸에틸케톤 단일 물질로 구분되었다. 군집별 VOCs는 표준산업분류체계와 EPA SPECIATE 5.1을 연계하여 배출원을 추정하였다.^30,31) 첫 번째 군집은 기타 기계 및 장비 제조업과 연관된 것으로 확인되었으며, 해당 산업의 주요 공정인 도장 및 세정 과정에서 배출되는 VOCs (톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠 등)는 달성군 전체 화학물질 대기배출량(kg/년)의 약 50% 이상을 차지하는 것으로 나타났다.^29,32) 두 번째 군집에서 확인된 포름알데하이드와 아세트알데하이드는 거주지 반경 5 km 내에 위치한 전자 부품, 컴퓨터, 영상, 음향 및 통신 장비 제조업에서 배출된 것으로 확인되었으며, 이는 해당 산업의 플라스틱 성형 및 접착제 공정에서 방출된 것으로 추정된다.³³⁾ 세 번째 군집에서 확인된 메틸에틸케톤은 선행연구 및 문헌고찰을 통해 1차 금속제조업의 금속 세정공정에서 기인한 것으로 추정되며, 2022년 PRTR 자료를 확인한 결과 측정지점의 반경 약 5 km 내에 위치한 공장에서 연간 6,150 kg이 배출된 것을 확인할 수 있었다.^29,34)

본 연구는 대구 달성군 민원데이터를 기반으로 공기 중 VOCs 8종에 대해 흡입 노출 및 위해성평가를 수행하였고, 주요 배출원을 추적하였다. 본 연구는 민원데이터를 기반으로 특정 시간과 장소 데이터를 기반으로 배출원을 통계적 분석에 의존하여 배출원의 정확한 특성을 규명하는데 일부 한계가 있을 수 있다. 또한, 시료채취 기간이 3일로 비교적 짧으며, 분석한 시료의 수가 20개로 충분하지 않았기 때문에 VOCs 농도 변화 및 기상 영향 반영이 어려워 오염물질의 시공간적 특성 평가에 한계가 있었다. 후속 연구에서는 환경오염정도를 조사하는 기간을 연장하고 생체모니터링(bio-monitoring)자료와 개인 노출 양상 설문지 등을 통해 지역 주민의 건강 영향을 확인한다. 오염물질을 배출하는 발생원을 추적하기 위해 산업단지 내 특성 및 화학물질의 배출량 데이터를 확률론적 또는 결정론적 방법을 이용하여 다각도의 역추적 모델의 개발이 필요하며, 이러한 연구를 할 수 있도록 장기간 측정 감시체계를 운영, 빅데이터를 공유하는 플랫폼을 개발하여 적극적인 환경오염, 화학물질에 대한 관리 대책을 마련하기 위한 접근성이 확대되어야 한다.

본 연구는 대구 달성군 산업단지 주변에서 접수된 민원데이터를 기반으로 공기 중 VOCs를 분석하여 비발암물질 4종, 발암물질 4종의 잠재적인 건강위해를 평가하였고, 배출원 추적을 통해 각 물질의 주요 발생원을 제시하였다. 비발암물질 4종에서는 HQ_inh<1로 잠재적인 건강위해가 없었으나 발암물질 4종에서는 CR_inh≥1.00E-06으로 건강위해가 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제시한 배출원 추적방법은 특정 지역의 주요 배출원을 규명하여 효과적인 저감대책을 제시할 수 있고, 지역 맞춤형 환경 관리 방안을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 환경부 환경산업기술원의 환경성질환사업(과제번호: RS-2021-KE002003) 수행 중 작성되었으며 이에 감사드립니다.

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

Supplementary materials can be found via https://doi.org/10.5668/JEHS.2025.51.1.29

민기홍(연구원), 이상훈(연구원), 김대환(연구원),

최영태(연구원), 신지훈(교수), 양원호(교수)