서   론

석면은 다른 물질과의 결합력이 매우 뛰어나며, 내구성이나 보온성, 단열성 등이 좋고 특히, 방음효과에도 탁월하며 가격도 저렴하여 건축용 자재의 원료나, 석면방직제품 또는 배관의 보온단열재, 자동차부품과 같이 다양한 용도의 제품으로 생산되어 왔다(Kim et al., 2011; Shin et al., 2012). 우리나라에서는 1930년대 중반부터 충남 지역에 집중적으로 분포되어 있는 석면광산들의 개발이 이루어졌으며, 생산된 석면은 여러 가지 용도로 활용되어 왔다. 그러나, 석면이 호흡으로 인체에 축적되면 호흡기계 질환으로서 석면폐증, 폐암, 악성중피종 등을 유발한다는 위해성 및 위험성에 대한 보고가 계속 되면서, 석면의 사용을 억제하거나 법으로 금지하는 나라가 늘고 있는 추세이다(Becklake, 1976; Artvinii and Bais, 1979; Maclure, 1987; Kim et al., 2012). 우리나라의 경우 고용노동부 고시 제2008-26호로 석면을 발암물질로 지정하였으며, 2009년 베이비파우더에 1급 발암물질로서 석면이 다량 포함되었다는 것이 기사화되어 모든 석면제품의 사용(제조 및 수입 포함)을 전면 금지하도록 하였다(MOL, 2009).

국내 석면광산 대부분이 개발 당시 석면의 위해성을 인지하지 못하여, 광산 개발 후 주변의 폐석들을 조경 및 비료의 목적으로 논과 밭, 과수원 등에 사용하였고, 또한 광산의 폐광이후 석면의 비산을 방지하는 복구작업이 이루어지지 않아 석면이 그대로 풍화되어 2차적인 자연발생 석면(Naturally Occurring Asbestos, NOA)의 위험성이 발생하여 석면광산 근로자뿐 아니라 석면취급 근로자와 살았거나, 석면광산 인근에 살고 있거나, 심지어 석면광맥 근처에 살고 있는 경우에도 석면관련 질환이 발생하였다고 보고된 바 있다(Magnani et al., 1997; Miller, 2005: Pasetto et al., 2005). 국내 석면광산이 많이 분포되어 있는 충남지역의 경우, 14개의 석면광산 반경 1 km 이내에 거주하는 인근주민을 대상으로 ‘건강피해조사’를 실시한 결과 석면폐 환자가 179명, 폐암환자가 7명인 것으로 확인되었다. 석면 폐 179명 중 절반이 넘는 96명은 석면 관련 직업에 종사한 경력이 없어, 거주지 주변 석면광산으로 인해 석면 질환에 걸린 ‘환경성 석면 질병 피해자’로 추정되며, 석면 폐에 걸린 175명(98%)은 석면광산 인근 거주 기간이 30년 이상인 것으로 나타났다(MOE, 2010a).

따라서 토양 내 석면의 공기 중 비산량은 석면 광산 인근 지역주민의 건강과 매우 밀접한 관계가 있으므로, 이에 대한 정량적인 조사를 바탕으로 한 석면위해성에 대한 예방정책의 수립이 가능할 것으로 판단되며, 본 연구에서는 석면광산 부근 토양 내 석면의 함량을 파악한 후 토양 내 석면이 대기로 비산되는 상관성을 알아보고자 하였다. 본 연구에서는 토양 내 석면의 함량, 토양의 습도, 그리고 풍속 등이 주요한 요인으로 알려져 있어 이들의 영향을 파악하기 위해 통제된 환경의 실내실험이 필요하여 일부 연구가 수행되었으나(Kim et al., 2012; Park et al., 2012), 공기 중 비산의 상관성을 좀더 명확하게 규명하기 위하여 실제 현장 적용가능한 규모의 장치 개발이 필요한 바, 본 연구에서는 시험장치를 직접 제작하여 현장에서 실험하였다. 또한 석면광산 인근지역에 석면의 비산으로 인한 피해를 최소화하기 위한 석면 광산 주변 광산피해의 복구범위도 산정하였다.

연구 방법

연구대상 지역

우리나라의 석면광산은 총 22개소로 충남지역에 15개소, 경기 가평 2개소, 강원 영월 1개소, 경북 2개소, 전남 2개소가 분포되어 있다. 충남 지역이 15개소로 가장 많았으며, 주요 소재지는 충남 홍성, 보령, 서산 등이었다(Fig. 1). 본 연구는 이들 중 충청남도 보령에 위치한 신석석면광산과 보령석면광산, 충청북도 예산의 응봉석면광산, 강원도 영월의 이화석면광산 등 총 4곳에서 수행되었다. 보령시에 위치한 신석석면광산은 1938년 12월 보령 석면광산으로 개광되어 간헐적으로 석면을 채굴하였으나 본격적으로 1971년부터 1975년까지 석면을 약 780톤 가량 채굴, 보령석면광산에서 중앙석면광산으로 광산명을 변경한 후 1980년부터 1992년까지 약 20,000톤 가량의 트레몰라이트 석면을 채굴하고 폐광하였으며, 1998년 12월 11일 광업권자가 바뀌면서 신석석면광산으로 광산명을 등록, 2001년부터 2006년까지 약 5,118톤의 트레몰라이트 석면을 채굴하였고, 현재는 휴광중인 광산이다(MOE, 2009b). 보령석면광산은 1961년 등록되어 약 315톤의 트레몰라이트 석면이 채굴되었고, 1987년 폐광되었으며, 응봉석면광산의 경우 트레몰라이트 석면이 채굴되다가, 1980년 폐광되었다(MOE, 2009b). 이화석면광산 또한 1985년 약 10개월 동안 746톤의 트레몰라이트 석면을 채굴하였으며, 1994년 폐광되었다(MOE, 2009b). 이 중 보령에 위치한 신석석면광산과 영월에 위치한 이화석면광산 부근의 토양에서 석면이 관찰되었다(Fig. 2).

연구 방법

현장시험장치 

토양 내 함유된 석면이 공기 중으로 비산되는 데 미치는 요인간 상관성을 규명하기 위한 현장시험장치는 석면광산 주변(지역)에 적용가능하고, 기본적으로 풍속을 조절하면서, 토양 내 함유되어 있는 석면을 비산시킬 수 있고, 현장에서 손쉽게 작동할 수 있게 제작하였다(Fig. 3). 실험 시 자연풍으로 인하여 풍속 및 풍향이 달라지는 것을 방지하고, 기상 변화로 인한 현장시험장치를 보호하고자 가로 150 cm × 세로 225 cm × 높이 236 cm의 간이천막을 이용하였다(Fig. 3(a)). 장치는 크게 송풍장치, 풍동장치 및 포집장비의 세 부분으로 구분된다. 송풍장치는 풍속조절이 가능한 지름 7.5 cm의 소방 노즐 및 연결시킬 수 있는 가로, 세로의 입구를 만들었으며(Fig. 3(b)), 기상청 자료(KMA, 2005; KMA, 2006; KMA, 2007; KMA, 2008; KMA, 2009)에 따르면 연구 지역의 평균 풍속이 2 m/s이고, 최대풍속이 10 m/s로 조사되었으나, 이상 기상 현상을 고려하여 18 m/s까지를 실험의 최대 풍속 조건으로 하여 일정하게 유지시켜줄 수 있도록 15마력으로 제작한 공기압축기(서원콤프레샤, 대한민국)에 전기가 없는 현장에서 실험가능하도록 좌측 상부에 경운기에 쓰이는 엔진을 장착하였고 지름이 2 cm, 길이 50 m의 압축호스를 연결하여 차량의 접근이 어려운 곳에서도 진행할 수 있도록 하였다(Fig. 3(c)). 그리고, 가로 5 cm × 세로 5 cm × 길이 210 cm이며 18 m/s의 풍속을 지속적으로 유지시켜 줄 수 있는 단면적 25 cm2의 아크릴 풍동 장치를 제작하였다(Fig. 3(d)). 포집장비로는 석면샘플러(Z-lite IAQ DC Powered Sampling Pump, Zefon, USA)에 석면필터(Φ 25 mm, 0.45 μm Asbestos Sampling Cassette, Zefon, USA)를 장착하였으며, 비산된 석면을 일정한 유량으로 포집하기 위해 전기를 생산할 수 있는 3 kW의 발전기를 석면샘플러에 연결하여 포집유량을 일정하게 유지시켰다(Fig. 3(e)). 또한, 현장실험의 중요한 요인인 토양습도와 풍속의 변화를 측정하기 위하여 ㈜미래센서(서울, 대한민국)의 WT-1000 토양습도계 및 Kestrel의 4500 풍속계를 사용하였다(Fig. 3(f)). 또한 제작한 현장시험장치의 무게가 약 600 kg 이상의 무게를 가지고 있어 자유로운 이동이 어려운 관계로 1 t 트럭에 탑재하여 이동 시 불편함이 없게 하였다.

현장실험방법

현장실험은 폐석면광산 인근 토양에 대하여 기존 개황 및 정밀조사 결과 석면이 검출된 농경지에서 수행되었다. 실험의 장소는 약 1.5 m × 2.0 m 정도로 토양표면이 평탄한 곳을 선정하고, 제작한 아크릴 풍동을 토양 표면 위에 설치하였다. 장착한 노즐을 이용하여 일정한 풍속(8 m/s, 11 m/s, 15 m/s 및 18 m/s)을 약 90분 가량 불어 주며 지속적으로 풍속의 변화를 측정하고 공기 중 시료를 채취하였다. 그 후, 아크릴 풍동을 제거한 후 토양시료를 채취하여 토양 내 석면의 함량을 정량 분석하였다. 대기시료의 채취유량은 0.5∼16 L/min의 범위 내에서 결정하는데, 유량이 0.5 L/min보다 적으면 계수 가능한 석면섬유가 채취되지 않을 수 있으며, 유량이 16 L/min보다 크면 입경이 큰 입자가 채취되어 계수 시 방해 물질로 작용하거나 필터에 손상을 가져올 수 있다(KOSHA, 2009). 환경부 지침에 따르면 대기시료의 경우 1,200 L 이상을 포집하여야 하므로 15 L/min으로 90분 동안 포집하였고, 실험 후 설치한 아크릴 풍동을 이동시킨 뒤 토양시료를 채취하였다(MOE, 2010b). 또한 토양 내 함유되어 있는 석면이 공기로 비산되었을 때에 대한 대기기준이 정해져 있지 않아 석면해체 및 제거 시 작업장 내 실내 공기질 권고기준(0.01 fiber/cc)을 적용하였다(MOE, 2009a).

분석 방법

석면의 분석은 목적에 따라 필터에 채취한 공기 중 석면 섬유의 계수분석과 건축자재 등 고형시료 중의 석면함유율 분석으로 구분할 수 있다. 공기 중 석면섬유의 계수분석에 널리 사용되고 있는 분석기술로는 위상차현미경법(phase contrast microscopy, PCM), 편광현미경법(polarized light microscopy, PLM), 주사전자현미경법(scanning electron microscopy, SEM) 등이 있다. 위상차현미경법(PCM)은 시료채취 매체로 0.8 µm pore size, 지름 25 mm의 MCM필터를 사용하여 공기 중의 입자상 물질을 채취한 후 슬라이드 형태로 전처리하고, 위상차현미경에서 관찰하여, 현미경 시야 상의 지름 100 mm인 Waltion-Beckett 그래티큘 내의 섬유상물질을 계수법에 따라 계수하는 방법이다. 편광현미경법(PLM)은 고형시료 중에서 석면의 동정 및 함유율 분석에 가장 널리 사용되고 있으며, 100∼400배의 배율로 관찰하여 석면의 형태, 굴절률, 분산염색의 색깔, 교차편광, 복굴절, 소멸각, 신장부호를 관찰하여 석면 여부 및 석면의 종류를 동정하고 함유율을 정량 분석한다. 주사전자현미경법(SEM)은 10-5 Torr 이상의 진공 중에 놓여진 시료표면을 1∼100 mm 정도의 미세한 전자선으로 x-y의 이차원방향으로 주사하여 시료표면에서 발생하는 이차전자, 반사전자, 투과전자, 가시광, 적외선, x선, 내부 기전력 등의 신호를 검출하여 모니터에 확대상을 표시하여 시료의 형태, 미세구조의 관찰이나 구성원소의 분포를 정성, 정량 분석한다.

이 중에서 위상차현미경법(PCM)이 가장 보편적으로 사용되고 있으며, 자연발생 석면(naturally occurring asbestos)의 경우 주사전자현미경법-에너지분산형 X선 분광기(SEM- EDS)가 더 신뢰성 있는 정보를 제공한다(MSKorea and MIRECO, 2010). 본 연구에서 채취된 시료는 석면전문분석기관인 ㈜ISAA환경컨설팅(서울, 대한민국)에 의뢰하여 분석하였다. 토양 내 석면함량은 편광현미경법(PLM)과 주사전자현미경법(SEM)을 이용하였고, 석면의 종류를 알기 위하여 에너지분산형 X선 분광기(EDS)분석을 하였으며, 공기 중 시료는 위상차현미경법(PCM)을 이용하였다.

결과 및 고찰

석면분석

본 연구는 충청남도 보령에 위치한 신석석면광산과 보령석면광산, 충청북도 예산의 응봉석면광산, 강원도 영월의 이화석면광산 등 총 4곳에서 이루어졌다. 신석석면광산과 이화석면광산 주변 토양에서 시료를 채취하여 EDS 분석한 결과 24.602 Mg, 57.982 Si, 15.898 Ca, 1.518 Fe(wt.%)로 나타나서 트레몰라이트 석면으로 분석되었다. 트레몰라이트 석면은 직선 형태이며, 약한 커브형태의 섬유 및 섬유다발로 길이 대 지름의 비는 10:1 혹은 10:1 이하의 벽개조각으로 관찰되었으며, 색상은 무색, 갈색, 또는 연녹색 등 철 함유율에 따라 약하게 나타났으며 화학식은 Ca2Mg5Si8O22(OH)2이었다(Fig. 4). 연구지역인 신석석면광산과 이화석면광산의 주변 토양에서는 육안으로 쉽게 트레몰라이트 석면이 관찰되었으며, 석면의 풍화가 상당히 진행된 상태로 보였다(Fig. 2). 또한 보령석면광산과 응봉석면광산에서도 대체적으로 트레몰라이트 석면이 관찰되었으며, 일부 시료는 EDS 분석한 결과 30.398 Mg, 58.713 Si, 10.888 Fe(wt.%)로 나타나서 안소필라이트 석면으로 분석되었다. 소량 검출된 안소필라이트(직점석) 석면은 무색에서 밝은 갈색 빛깔을 띠고 종횡비는 일반적으로 10:1 이하이며 바늘 모양의 곧은 섬유로 섬유와 섬유다발로 이루어져 있으며, 절단된 파편 형태를 띠었으며 (MgFe)₇Si₈O₂₂(OH)2의 화학식을 가졌다(Fig. 5). 보령석면광산과 응봉석면광산의 시료 중 EDS 분석한 결과 22.125 Mg, 55.542 Si, 14.344 Ca, 7.988 Fe(wt.%)로 나타난 소량의 악티노라이트(양기석) 석면은 곧은 직선 형태를 띠며 약한 커브형태의 섬유 및 섬유다발로 길이 대 지름의 비는 10:1 혹은 10:1 이하의 벽개조각으로 관찰되었다. 색상은 무색, 갈색, 또는 연녹색, 철 함유율에 따라 약하게 나타났으며 화학식은 CaO₃(MgFe)O₄SiO₂이었다(Fig. 6).

토양입도분석

토성에 따라 석면이 비산될 시 어느 정도의 영향을 주는지 알아보고자 채취한 20개의 토양시료에 대하여 입도분석을 수행하였다. 입도분석은 ASTM E11 토양 입도분석용 체(#11(1.680 mm), 20(0.840 mm), 40(0.350 mm), 60(0.250 mm), 100(0.149 mm), 200(0.074 mm))를 사용하여 건조된 토양 시료를 체 진동기(AS200 digit)에서 진폭 60 Hz/sec으로 약 5분 동안 교반한 결과, 총 시료 중 #200체(0.074 mm) 통과율이 5.5%였다. 통일분류법(Unified Soil Classification System, USCS)에 따르면, #200체(0.074 mm) 통과율이 50% 이하인 5∼12%이어서 조립토 중 입도분포가 불량하거나 양호한 모래, 실트질 또는 점토질 모래, 모래실트 또는 모래점토혼합물에 해당되어 모래의 분포가 90% 이상으로 토성은 모두다 모래(sand)로 구분되어졌다(ASTM, 1985). 따라서 본 연구에서의 토양시료는 국내밭토양의 유형 중 사질밭토양에 해당되었다(RDA, 2011).

토양습도에 따른 토양 내 석면의 비산 실험

토양습도에 따른 석면의 비산량을 파악하기 위해 4곳의 석면광산 주변(지역)에서 토양습도를 측정하였다. 광산지역에 관계없이 측정된 토양습도가 19% 이상인 A-1, A-2, A-3, A-4, A-5 및 A-6과 간이천막 안에서 할로겐 히터와 석유난로를 사용하여 임의 조절한 약 12% 이하(B-1, B-2, B-3, B-4, B-5 및 B-6)의 두 가지 경우에 대하여 실험을 수행하였다. 실험결과, 19% 이상과 12% 이하의 높은 습도와 낮은 습도에 따른 토양 내 석면의 비산량의 차이를 확연히 구분할 수 있었다. 토양습도가 12% 이하일 때의 실험 결과는 모든 지점(B-1, B-2, B-3, B-4, B-5 및 B-6)에서 토양습도가 19% 이상인 지점(A-1, A-2, A-3, A-4, A-5 및 A-6)일 때와 마찬가지로 풍속이 8 m/s, 11 m/s, 15 m/s 및 18 m/s로 증가할수록 포집되는 석면농도가 증가하는 양의 상관관계를 나타냈다(Fig. 7 and 8). 토양습도 12% 이하인 경우 풍속 18 m/s일 때 모두 대기 중 석면농도가 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc보다 모두 높은 값을 보여 석면의 비산량에 있어서 토양 습도의 중요성을 지시해 주고 있다(Fig. 8).

토양 내 석면함량에 따른 비산실험

4곳의 석면광산 주변(지역) 토양 내 석면함량이 0.25∼1% 이하인 지점(a-1, a-2, a-3, a-4, a-5 및 a-6)에서 실험을 한 결과, 최고 풍속인 18 m/s일 때 모두 대기 중 석면농도 기준인 0.01 fiber/cc를 초과하지 않았으나, a-6(석면 함량이 0.82%이고 토양습도가 4%)의 경우에는 토양으로부터 비산된 석면량이 0.0086%로 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc에 근접하게 나타났다(Fig. 9).

토양 내 석면함량이 3% 이하인 b-1, b-2, b-3 및 b-4의 경우, 풍속이 18 m/s에서도 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc를 초과하지 않았다.

그러나, 4곳의 석면광산 주변(지역) 토양 내 석면함량이 3% 이상이며 풍속 18 m/sec인 b-5, b-6, b-7 및 b-8의 경우, 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc를 모두 초과하여 석면이 검출됨을 알 수 있었다(Fig. 10). 또한, 4곳의 석면광산 주변(지역) 토양 내 석면함량이 4∼6% 이하인 지점(c-1, c-2, c-3, c-4, c-5, c-6 및 c-7)에서 실험한 결과(Fig. 11), 토양 내 석면함량이 4% 이상이며 풍속이 18 m/s인 c-1, c-2, c-3, c-4, c-5, c-6 및 c-7의 경우, 모든 지점에서 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc를 초과하였으며, 토양습도가 낮으며 풍속이 15 m/s인 c-1, c-5, c-6 및 c-7에서도 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc를 초과하였다.

따라서 토양 내 석면함량이 높으며 풍속이 강할수록 공기 중 석면 농도는 뚜렷이 증가하였다.

식재지역에서의 실험

토양 속에 석면이 함유된 다른 필지에 비하여 식재가 된 곳에서 석면이 어느 정도 비산되는지를 알아보고자 식재토양에 대한 실험을 수행하였다. 이를 위해서는 작물이 식재된 장소를 이용하거나, 작물을 직접 심어서 실험을 하는 방법이 있으나, 이번 실험에서는 광산 주변 내 육안으로 석면이 관찰되는 곳에서 많이 자라고 있는 생명력이 강하고 번식력이 뛰어나 전세계에 널리 퍼진 벼과의 한해살이 식물인 바랭이(Digitaria ciliaris)를 대상으로 식재실험을 수행하였다(Fig. 12). 4계절이 뚜렷한 우리나라의 계절적인 특성상 일교차가 심해지는 늦가을부터 낮아지는 온도를 견디지 못하고 대부분의 식물들이 죽게 되는데 식물이 죽으면 뿌리 및 줄기만 남으므로 석면의 비산이 제일 활성화되는 시기를 재현하기 위해 바랭이를 약 1 cm로 잘라 줄기만 남도록 한 뒤 실험을 하였다. 식재실험을 수행하기 전 토양 내 석면함량을 분석하였으며, 분석한 결과는 13.25∼21.75%로 나타났다. 실험결과 4곳의 석면광산 주변(지역) 토양 내 석면함량이 13.25∼21.75%로 매우 높은 식재토양임에도 토양 내 석면 함량이 낮은 다른 토양(석면함량 3∼6%)에 비하여 상대적으로 공기 중 비산되는 석면 농도가 확연히 낮음을 알 수 있었다(Fig. 13).

결   론

제작한 현장시험장치는 풍향과 풍속을 일정하게 유지시켜 현장에서 실험시 편리하며 적용성이 뛰어났다. 또한 4곳의 석면광산 인근 지역에서는 1톤 트럭의 이동이 자유로운 지역뿐 아니라, 도로변에서 상당히 떨어진 지역이라도 길이가 50여 m인 긴 압축호스로 접근이 매우 용이하여 비산실험을 원활히 수행할 수 있었다. 풍속이 점점 증가함에 따라 비산되는 공기 중 석면의 포집농도는 증가하는 양의 상관관계를 보여주었다. 또한 토양습도가 감소함에 따라 공기 중 석면농도가 증가하는 상관관계도 나타났다. 따라서 토양 중 석면은 풍속이 증가하고 토양 내 습도가 낮을수록 비산되는 석면의 양은 증가하는 것으로 판단되었다. 특히, 토양의 석면함량이 3∼6%인 경우에는 3% 이하인 낮은 경우에 비하여 토양습도와 풍속의 조건에 따라 실내공기질 권고기준인 0.01 fiber/cc를 초과하는 결과를 보였다. 따라서 석면광산 인근지역에서의 석면의 비산으로 인한 피해를 최소화하기 위한 석면 광산 주변 광산피해의 복구범위로 토양 내 석면의 함량이 약 3% 이상인 곳을 우선적으로 정하여 복원해야 할 것으로 판단된다. 또한 토양 속에 함유된 석면의 공기 중 비산량을 줄이기 위해 식재와 같은 방법으로 실험한 결과, 식재되지 않은 토양에 비해 석면의 공기 중 비산량이 현저히 낮게 나타나므로 향후 복원방법의 하나로 권장하고자 한다. 그리고 토양 입도 분석결과, 모든 토양의 토성은 모래로 사질밭토양의 유형으로 나타나서 입도의 차이가 없었으나, 추가적으로 토양의 입도 변화에 따른 실험을 보완함으로써 토양 입도에 따른 석면 비산의 상관성 또한 제시할 수 있을 것으로 판단된다.