본 연구는 2017년 7월부터 9월까지 8개의 고속도로 톨게이트를 대상으로 공기 중 입자크기별 분진의 노출평가를 수행하고, 그 농도에 미치는 영향요인을 파악하였다. 또한 가스상 물질의 노출수준을 확인하였으며, 축적먼지의 원소성분 및 함유량과 화학적 구성성분을 분석하였다.
그 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 고속도로 톨게이트 부스 안의 흡입성 분진 농도의 기하평균은 282.38 ㎍/㎥이었으며, I/O ratio는 1.254로 부스 안 농도가 부스 밖에 비해 높은 수준이었다. 총 분진의 경우 부스 안팎 기하평균 농도는 각각 337.47 ㎍/㎥, 342.72 ㎍/㎥이었고, 톨게이트 부스 안 호흡성 분진 농도의 기하평균은 431.80 ㎍/㎥이었으며, I/O ratio는 1.826으로 역시 부스 안의 농도가 부스 밖에 비해 높은 수준이었다.
2. PM10의 경우 톨게이트 부스 안팎의 기하평균 농도는 각각 83.51 ㎍/㎥, 83.34 ㎍/㎥이었고, I/O ratio는 1.002이었다. 부스 안의 PM10농도의 실내공기질관리법의 유지기준, 사무실 공기관리지침에 의한 권고기준 초과율이 각각 6.25%, 12.5%이었고, 부스 밖의 대기환경기준 초과율은 31.5%로 확인되었다.
3. 톨게이트 부스 안팎의 PM2.의 기하평균 농도는 각각 73.83 ㎍/㎥, 70.86 ㎍/㎥이었고, I/O ratio는 1.042로 큰 차이는 없었다. 부스 안의 PM2.5의 농도는 실내공기질 관리법 유지기준 초과율이 50%이었고, 부스 밖의 경우 대기환경기준 초과율은 62.5%로 나타났다.
4. 톨게이트 부스 안에서 발생되는 총부유먼지의 입자크기별 농도를 확인한 결과 bimodal의 형태로 대부분 유효입경크기가 14.80 ㎛∼50.00 ㎛와 0.52∼6.00 ㎛ 범위의 농도가 높은 수준을 보였다. 초 미세먼지의 경우 유효입경크기가 1.0∼2.5 ㎛와 0.25 ㎛ 미만의 입자농도가 높은 수준이었다.
5. 톨게이트 부스 안의 분진 농도는 차량 통행량이 많을수록 높은 수준을 보였다. 차로특성으로는 화물차로가 일반차로에 비해 높은 농도를 보였고, 일간 특성으로는 평일보다는 주말이, 시간대별로는 새벽 및 오후에 비해 오전이 높은 경향을 보였다. 환기의 경우 에어컨 환기가 창문환기 및 환기를 하지 않는 경우에 비해 높게 나타났다.
5. 실시간으로 TSP, PM10, PM2.5, PM1 분진 농도를 분석한 결과 오전에 차량이동이 많아 다소 먼지 발생량이 많았고, 점심시간과 오후에는 분진별 농도가 감소되다가 통행량이 증가되는 퇴근시간에는 다시 먼지의 발생량이 증가하는 경향을 보였다.
6. 고속도로 톨게이트 부스 안의 CO, CO2, O3, NO2, SO2, NO, H2S의 평균 농도는 각각 0.31 ppm, 852.81 ppm, 0.0576 ppm, 0.19 ppm, 0.08 ppm, 1.17 ppm, 0.05 ppm으로 확인되었다. 부스 밖의 경우 0.45 ppm, 661.84 ppm, 0.0527 ppm, 0.13 ppm, 0.10 ppm, 1.03 ppm, 0.03 ppm이었다.
7. 톨게이트 부스에서 채취한 축적먼지 시료의 미세구조와 크기를 파악한 결과 입경이 5 ㎛ 내외의 작은 입자들이 뭉쳐져 있는 불규칙한 형태로 관찰되었다. 화학적 구성성분은 산화규소(SiO2)가 41.42%로 가장 높게 나타났다.
이상의 결과 축적먼지의 화학적 구성성분은 산화규소(SiO2)가 가장 높았고, 원소는 탄소, 산소, 규소 순으로 함량이 높게 나타나 고속도로에서 비산되는 먼지와 타이어 마모분진이 톨게이트 부스 안으로 유입되는 것을 확인하였다. 또한, 축적먼지의 크기는 입경이 5 ㎛ 내외의 작은 입자가 대부분 이었고, 톨게이트 부스 안의 총부유먼지는 유효입경크기가 14.80 ㎛ 이상의 큰 입자와 6.00 ㎛ 이하의 작은 입자들로 구성되어 있었다.
고속도로 톨게이트 부스 안의 PM10 초과율은 환경부 유지기준의 6.25%, 고용노동부의 권고기준의 12.50%로 확인되었다. PM2.5의 경우에도 부스 안의 경우 유지기준 초과율이 50%로 고속도로 톨게이트 부스 안의 먼지 저감을 위한 노력이 필요하다. 따라서 고속도로 톨게이트 내 부스에서 근무하는 근로자들의 건강보호를 위해 실내공기질 측정을 통하여 정기적으로 노출수준을 확인하고, 그 결과에 따라 적절한 관리가 필요한 것으로 생각된다.

The purpose of this study is to evaluate the exposure of the dust in the air of eight highway tollgates from July to September 2017 by particle size and analyzed the factors that affect the dust concentrations. Also, the exposure level of gaseous substances was checked, and the element component and content as well as the chemical composition of the accumulated dust were analyzed.
The summary of results is as follows:
1. The geometric mean of the inhalable dust concentration inside the freeway tollbooth was 282.38 ㎍/㎥ and the I/O ratio was 1.254, indicating that the dust density inside the booth was higher than the dust concentration outside the booth. As for the total dust, the geometric mean concentrations inside and outside the tollbooth were 337.47 ㎍/㎥ and 342.72 ㎍ /㎥ respectively. The geometric mean of respirable dust concentration inside the tollbooth was 431.80 ㎍/㎥, and the I/O ratio was 1.826. In this case, the dust density inside the booth was also higher than the dust concentration outside the booth.
2. In case of PM10, the geometric mean of the dust concentrations inside and outside the tollbooth were 83.51 ㎍/㎥ and 83.34 ㎍/㎥ respectively, and the I/O ratio was 1.002. In addition, the excess rate of the PM10 concentrations in the booth was 6.25% and 12.50% based on the maintaining standard designated by the indoor air quality management law and the recommended criteria designated by the office air management guidelines respectively. The excess rate of the PM10 concentration outside the booth was 31.50% according to the air environment standards.
3. The geometric mean of the PM2.5 concentrations inside and outside the tollbooth were 73.83 ㎍/㎥ and 70.86 ㎍/㎥ respectively, and the I/O ratio was 1.042. There was no big difference in the dust density in and outside the booth in this case. Furthermore, the excess rate of the PM2.5 concentration inside the booth was 50% based on the maintaining standard designated by the indoor air quality management law and that of the PM2.5 concentration outside the booth was 62.5% according to the air environment standards.
4. Checking the particle size distributions of airborne dust generated in the tollbooth showed that most of them were in bimodal form with the effective diameter ranging from 14.80 ㎛ to 50.00 ㎛ and from 0.52 to 6.00 ㎛. The concentrations turned out to be high. In case of the ultrafine dust, the size of the effective diameter was between 1.0㎛ and 2.5 ㎛ and less than 0.25 ㎛, also high in density.
5. In general, the dust concentrations in the tollbooth got higher as the traffic volume increased. In terms of the type of a road, the dust density was higher on freight roadway than on general roadway. In terms of day and time, the dust concentration was higher during the weekends than on weekdays, and higher in the morning than at dawn or in the afternoon. Also, air conditioner ventilation turned out to generate more dust than window ventilation or no ventilation.
6. The real time analysis of the dust concentrations of TSP, PM10, PM2.5 and PM1 revealed that there was quite a lot of dust generation in the morning due to heavy traffic. The dust density during the lunchtime and in the afternoon was low, but rose again during the evening rush hour because of the increased traffic.
7. The dust concentrations of CO, CO2, O3, NO2, SO2, NO, and H2S generated inside the highway tollbooth were 0.31 ppm, 852.81 ppm, 0.0576 ppm, 0.19 ppm, 0.08 ppm, 1.17 ppm and 0.05 ppm respectively and, outside the highway tollbooth, 661.84 ppm, 0.0527 ppm, 0.13 ppm, 0.10 ppm, 1.03 ppm, and 0.03 ppm respectively.
8. It is observed that the microstructure and size of the sample accumulated dust collected from the tollbooth were in irregular form and with small particles of about 5 ㎛ in diameter. The chemical composition of silicon dioxide(SiO2) was the highest at 41.42%.
Therefore, silicon oxide(SiO2) accounted for the highest portion of the chemical compositions of the accumulated dust and carbon took the highest portion of the elements followed by oxygen, and silicon. The result shows that the dust shattered on a highway and generated by tire wear was brought into the tollbooth. Also, the accumulated dust was identified as small particles with the size of about 5 ㎛, and the total airborne dust in the tollbooth was mainly composed of the large particles with the size of over 14.80 ㎛ in effective diameter and the small particles below 6.00 ㎛.
The excess rate of the PM10 concentration inside the booth was 6.25% and 12.50% according to the maintaining standard designated by the Ministry of Environment and the recommended criteria designated by the Ministry of Employment and Labor respectively. Furthermore, the excess rate of the PM2.5 concentration inside the booth was 50% based the maintaining standard, which confirms the need of the indoor environment management in the highway tollbooth. Therefore, in order to protect the health of workers working inside the highway tollbooth, it is necessary to check the exposure level of the indoor air quality on a regular basis and to manage it appropriately according to the result.