대기중 부유분진의 오염도와 다환방향족 유기오염물질의 발암위해성에 관한 조사연구

Abstract

[영문]

[한글]

급격한 경제개발과 공업화로 인해 오늘날 서울은 세계에서 세번째로 대기오염이 심한

도시로 지적되었다. 특히 부유분진은 우리나라 대기오염에 가장 큰 영향을 주는 대상으로

작용하며 인체에 폐암등을 유발하는 것으로 알려져 그 위해가 매우 우려된다.

그 중 분진유기물에 함유되어 있는 다환방향족 탄화수소류(polycyclic aromatic hydroc

arbons)와 그 질소화합물류(nitroarens)로 대표되는 다환방향족 유기오염물(polycyclic o

rganic matter)은 인체 암유발에 가장 큰 부분을 차지하는 것으로 알려져 이에 대한 연구

가 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

한편, 우리나라에서도 대기 부유분진 중의 다환방향족 유기오염물에 관한 연구는 동정

과 돌연변이원성을 중심으로 단편적으로나마 꾸준히 연구되어 왔으나 발암효과와 인체의

위해효과에 대한 종합적인 검토가 미흡한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 최근까지 연구된 방법과 결과들을 토대로 서울시 신촌지역에 대

하여 1990년도 9월부터 1991년도 8월까지의 부유분진을 대상으로 오염도를 조사시기 및

입자 크기별로 조사하여 이들의 변화양상을 살펴보았으며, 발암성 다환방향족 유기오염물

질을 정성, 정량하여 오염도를 평가하였고 발암성 평가의 1차적인 검증방법인 돌연변이원

성 실험(Ames test)을 통하여, 대기분진 추출물에 의한 발암 위해성을 추정해 보았다.

이상과 같은 내용을 갖고 수행한 본 연구결과는 다음과 같다.

1. 신촌지역의 대기중 총부유분진오염도는 연평균 207.77μg/m**3 이었다. 이들은 특히

난방을 많이하는 겨울과 봄에 높은 오염도를 보였다.

2. 입경별로 포집한 부유분진은 미세입자가 조대입자에 비해 1.35배 높은 오염도를 보

였으며 질량분포식을 이용하여 입경을 등간격화 시켜 비교해 본 결과 2.1-4.1μm의 입경

을 경계로 전형적인 도시형 이산분포를 이루었으며 이때 도시 대기부유분진의 94% 이상이

미세입자인 것으로 나타났다.

3. 부유분진중 유기물의 농도는 평균 8.12μg/m**3 이었으며 미세입자가 조대입자에 비

해 1.96배 높은 농도를 나타내었다. 조대입자의 연중 유기물 농도는 거의 일정하였으나

미세입자는 겨울철에 크게 증가하였다. 액성별로 나누어 본 유기물의 분획별 농도는 중성

분획이 전체의 81.66%를 차지하였다.

4. 중성분획중에 존재하는 PAHs 21종을 분석한 결과 acenaphtylene과 acenaphthene은

전 조사기간내에서 검출되지 않았으며, fluoranthene이 연평균 2.38 ng/m**3로 가장 높은

오염도를 보였다. 또한 대표적 발암물질인 benzo(a)pyrene은 1.84 ng/m**3의 오염도를

보였으며 대부분의 PAHs들이 미세입자에서, 계절적으로 겨울철에 높은 농도로 검출되었다

.

5. Nitroarenes중에는 2.7-dinitrofluorene 이 가장 높은 오염도를 보였고 대표적 nitr

oarenes인 1-nitropyren 은 연평균 1.56 ng/m**3의 오염도를 보였다. 입경별로는 미세입

자에서의 농도가 높았으며 계절별로는 겨울철에 높았다.

6. 분진의 돌연변이원성 실험에서는 전체적으로 미세입자가 각 균주 모두에서 조대입자

보다 높은 돌연변이원성을 보였고 이들은 각각 대사활성화 물질을 첨가하였을때(+S^^9)

높은 돌연변이도를 보였다. 돌연변이원성 실험에 가장 일반적으로 사용되는 TA 98균주에

대한 EOM의 월별 돌연변이도의 차이를 살펴보면 미세입자의 경우 연평균 +S^^9시 7.75 re

v/m**3, -S^^9시 5.13 rev/m**3으로 겨울철이 다른 계절에 비해 높았다. 조대입자의 경우

에는 EOM뿐 아니라 모든 분획에서 돌연변이 결과의 변화폭이 적은것으로 나타났다.

7. 세부분획별 돌연변이도의 차이는 중성분획이 다른 분획에 비해서 매우 높은 돌연변

이도를 보여 EOM의 돌연변이 원성에 크게 기여함을 알 수 있었고 산성분획, 염기성분획

순으로 낮은 돌연변이도를 보였다. 중성분획 가운데 PAHs 에 비해 nitroarenes의 돌연변

이원성이 매우 높아 nitroarenes이 중성분획에 기여하는 비율이 매우 큰 것을 알 수 있었

다.

8. 이상의 결과를 토대로 초과 발암 확률을 추정해보면 BaP이 함유된 EOM의 돌연변이결

과에 의해 백만명당 약 52명의 초과 발암 확률이 산출되었으며 액성별로 분획화한 중성분

획의 돌연변이에 의해서는 42명, PAHs 분획만에 의해서는 3.8명으로 다른 유기물질들을

제거하고 더 분획화 하였을 경우 위해도치가 크게 감소되었다.

이상에서 대기중 부유분진이 인체에 미치는 영향을 평가하기 위해서 부유분진의 대기중

오염도 뿐만 아니라 분진의 유기추출물질을 특성별로 세부적으로 나누어 살펴본 결과 be

nzo[a]pyrene을 비롯한 PAHs이외에 더 많은 복합유기물질의 존재에 따라 발암위해가 더욱

가중 되고 있으며 복합오염물질에 대한 위해부분이 돌연변이원성 결과에 의해 간법적인

평가가 가능한 것으로 추정된다.

이러한 단순비교에 의해 산출된 값을 직접 비교하는 것은 큰 오류가 발생할 수 있는 단

점을 갖고 있으나 현재까지 benzo[a]pyrene 의 단독물질에 의해 산출된 단위위해도치는

실제 그 위해에 비해 훨씬 과소 평가된다는 것이 지적되어 왔을 뿐더러 실제로 역학결과

에 의한 외삽결과에 비해 크게 과소평가되었던 것을 감안할때 이러한 분진유기추출물질에

의한 위해성의 비교는 큰 의미가 있다고 판단된다.

The cancer risk assessment of polycyclic organic matter in the airborne suspended

particulate.

Seong-Eun Park

Dept. of Environment Science Graduate School of Health Science and

Management Yonsei University

(Directed by Professor, Yong Chung, Ph.D)

A number of pollutants are emitted into atmosphere due to increase of fuel use

and transportation. Therefore the serious pollution of Seoul ambient air extends to

be warned for lung cancer to human being. Polycyclic organic matter are a

significant subunit in the suspended particulate.

In this study, airborne suspended particulates were collected at Shinchon by a

high volume air sampler from september 1990 to August 1991.

The results are follows;

1. The annual average concentration of total suspended particulates was

201.77μg/m**3. The percentage of the fine particle was 57.40. The concentration of

total suspended particulates showed seasonnl variation, high in winter and spring.

A bimodality is also observed in the distribution of particulate at 2.1-4.1μm.

2. The average concentration of extractable orgarnic matter was 8.12μg/m**3. The

portion of each orgarnic fraction was as follows; neutral fraction of coarse

77.70%, fine 84.28%, acidic fraction of coarse 13.65%, fine 12.17% and basic

fraction 8.65%, 3.55%.

3. All the 21 PAHs were identified and quantified. The annual concentration of

fluoranthene was 2.38ng/m**3 and that was the highest value of all PAHs.

Carcinogenic compound, benzo[a]pyrene was 1.84ng/m**3.

4. All the 10 nitroarenes were also identified and quantified. Major nitroarene

at Shinchon area was 2, 7-dinitrofluorene. The annual concentration of

1-nitropyrene was 1.56ng/m**3. Concentrations of PAHs and nitroarenes were high in

winter and low in summer.

5. The mutagenicity activity of unit concentration of organic matters extracted

from fine particle was higher compare to that of coarse particle and was increased

when metabolically activated with S^^9. The mutagenicities in Salmonella

typhimurium TA 98, calculated by unit air volume were 7.75 revertant/m**3 with

metabolic activation, 5.13 revertant/m**3 without metabolic activation. In seasonal

variation of mutagenicity, winter was higher other season.

6. The relative contribution to total mutagenicity of organic matters was highest

in neutral fraction and was lowest in basic fraction. Among subfractions, the

relative concentration to the mutagenicity of neutral fraction was higher

nitroarenes subfraction compare to PAHs subfraction.

7. Based on unit risk estimates by multistage model of benzo[a]pyrene and results

of exposure estimates, carcinogenic effect of benzo[a]pyrene was calculated as 0.96

persons/million persons in this experiment. In the rank relative potencies,

carcinogenic effects of the other PAHs were calculated as 0.004-0.1 persons/million

persons.

8. Life time excess risk estimate was calcuated as 52 persons/million persons

(matagenicity of organic matters), 42 persons/million persons (matagenicity of

neutral fraction), 3.8 persons/million persons (matagenicity of PAHs fraction).