먼지 샘플링 방법 평가

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먼지 검사는 직업건강 검진의 핵심이며, 그 중에서도 샘플링이 가장 중요합니다. 따라서 먼지 샘플링은 직업건강 검진의 핵심 중에서도 가장 중요한 부분입니다. 하지만 작업 현장의 샘플링 환경이 상당히 복잡하고 방해 요소도 많기 때문에, 적절한 샘플링 방법을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 올바른 샘플링 방법을 선택하는 것이 검사 오차를 줄이는 데 있어 가장 중요한 과제입니다.먼지 샘플링은 총 먼지 샘플링과 호기 먼지 샘플링의 두 부분으로 나뉘며, 각 부분은 다시 개인별 샘플링과 고정 지점 샘플링의 두 가지로 구분됩니다. 여기서는 이 네 가지 방법에 대해 간단히 평가해 보겠습니다: 총 먼지 샘플링: 1. 개인별 총 먼지: 개인별 총 먼지 샘플링의 경우 직경 37mm 또는 40mm의 샘플링 컵을 사용하며, 샘플링 유량은 1~5L/min입니다. 개인용 샘플러를 사용하고, 공기 유입 방향은 개인의 호흡 방향을 모방하여 아래에서 위로 샘플을 수집합니다；샘플링 시간은 작업자의 전체 노출 시간입니다；2. 정점 샘플링: 정점 샘플링에는 직경 37mm 또는 40mm의 샘플링 컵이 사용되며, 샘플링 유량은 15~40L/min입니다. 정점 먼지 샘플러가 사용되며, 공기 유입 방향은 규정되어 있지 않습니다；샘플링 시간은 15분이며, 샘플링 시점은 농도가 가장 높은 시간대, 즉 농도가 가장 높은 작업 위치입니다；두 가지 비교를 통해 개별 먼지의 경우 호흡 방향을 고려하여 샘플링을 해야 하며, 공기 유입구는 아래쪽을 향해야 하고 수집되는 먼지는 PM10 이하의 것이 주가 됩니다. 현재 국내에서는 고정된 지점에서의 먼지 샘플링 시 공기 유입구를 수평 방향으로 하여 샘플링을 하며, 이때 수집되는 먼지는 큰 입자들이 주를 이룹니다. 하지만 GBZ2.1 표준에 따르면, 전체 먼지란 호흡기 전체로 들어갈 수 있는 먼지를 의미합니다；큰 입자의 먼지는 호흡기로 들어갈 수 없으며, 호흡기로 들어가는 먼지는 주로 PM10 이하의 먼지입니다. 시간의 차이를 고려하지 않고 두 가지 유입 방식을 비교하려면, 몇 가지 비교 실험을 진행합니다: 비교 방법: 고정 지점에서 9L/min으로 수평 샘플링 및 고정 지점에서 5L/min으로 수직 샘플링；비교 장소: 1. 석탄광 채굴면；2. 석탄광 채굴장 내 회풍로；3. 석탄광산 지하 벨트컨베이어 끝단； 샘플링 장소 | 샘플 번호 | M1(mg) | M2(mg) | Δm(mg) | V(L) | C(mg/m3)
210606 회풍 순강 연장 구간의 굴착 작업면에서의 샘플링 지점 – 가로 방향 01: 11.03, 15.39, 4.36, 135.64, 32.14; 세로 방향 01: 13.27, 14.19, 0.92, 77.090, 11.93
210606 회풍 순강의 굴착 작업면 내 회풍 통로에서의 샘플링 지점 – 가로 방향 02: 13.90, 15.56, 1.66, 135.58, 12.24; 세로 방향 02: 12.77, 13.53, 0.76, 75.639, 10.05
주사갱의 벨트컨베이어 끝부분의 회풍 측에서의 샘플링 지점 – 가로 방향 03: 13.09, 15.19, 2.10, 135.60, 15.49; 세로 방향 03: 11.22, 11.68, 0.46, 75.834, 6.07

위의 데이터를 보면, 가로 방향으로 공기를 끌어들여 샘플을 채취할 경우, 먼지가 발생하는 지점(1번과 3번 지점)에서는 세로 방향으로 공기를 끌어들여 샘플을 채취할 때보다 농도가 약 3배 정도 높았습니다. 반면, 먼지가 발생하지 않는 지점(2번 지점)에서는 농도가 약 1.2배 정도였습니다. 먼지의 분산도를 분석해보면, 1번과 3번 지점에서는 가로 방향으로 채취된 먼지가 대체로 큰 입자로 구성되어 있었으며, 세로 방향으로 채취된 먼지에는 큰 입자가 거의 없었습니다. 2번 지점에서는 두 방식으로 채취된 먼지의 분산도가 비슷했으며, 모두 작은 입자로 구성되어 있었습니다.이로부터 정점 먼지 샘플링의 올바른 샘플링 방식은 종방향 공기 유입 샘플링임을 알 수 있습니다. 그렇다면 왜 시중의 정점 샘플러들은 모두 횡방향 공기 유입 방식을 사용하는 걸까요?이들은 환경위생용 샘플러이므로 산업위생에는 적합하지 않으며, 환경위생 샘플링 시 큰 입자의 먼지는 거의 존재하지 않습니다(모래바람이 불고 있을 경우를 제외하고는), 따라서 공기 유입 방향은 샘플링 결과에 영향을 미치지 않습니다.직업위생 샘플링은 그림과 같이 종방향 공기 유입 모드만 사용할 수 있으며, 횡방향 공기 유입 모드는 사용할 수 없습니다. 호흡성 먼지 샘플링: 1. 개인의 호흡성 먼지: 개인의 호흡성 먼지는 회오리식 분리기와 충격식 분리기라는 두 가지 방법을 사용하여 분리한다. 구체적인 샘플링 유량은 분리기의 종류에 따라 달라지며, 하지만 분리 곡선은 반드시 BMRC나 ACGIH의 기준 곡선을 준수해야 한다(그림 참조). 샘플링 시간은 일반적으로 근로자가 하루 동안 먼지에 노출되는 시간이다； 3. 정점에서의 먼지 채취: 정점에서의 먼지 채취 방법에도 회오리식 분리기와 충격식 분리기라는 두 가지가 있습니다. 이 경우에도 분리 곡선은 BMRC나 ACGIH 기준을 충족해야 합니다. 채취 시간은 15분이며, 채취 시점은 농도가 가장 높은 시간대입니다. 또한, 농도가 가장 높은 작업장에서 채취를 진행해야 합니다；우리는 이 두 가지 분리 방법을 사용해 또 다른 비교 실험을 진행합니다；비교 방법: 고정점 20L/min 횡방향 샘플링 및 고정점 10L/min 종방향 샘플링；비교 장소: 1. 석탄광 채굴면；2. 석탄광 채굴장 내 회풍로；3. 석탄광산 지하 벨트컨베이어 끝단； 채취 지점, 샘플 번호, M1(mg), M2(mg), Δm(mg), V(L), C(mg/m3)
210606 회풍 순장 연장 구간의 굴착 작업면에서의 샘플 채취 지점: 충격식 01 – 12.52, 17.01, 4.48, 300, 11.59; 회오리식 01 – 13.32, 13.64, 0.32, 150, 2.12
210606 회풍 순장 굴착 작업면의 회풍 통로에서의 샘플 채취 지점: 충격식 02 – 12.35, 12.76, 0.41, 300, 1.37; 회오리식 02 – 11.99, 12.18, 0.19, 150, 1.25
주사각굴의 벨트컨베이어 끝부분의 회풍 측에서의 샘플 채취 지점: 충격식 03 – 12.68, 13.94, 1.26, 300, 4.21; 회오리식 03 – 12.91, 13.08, 0.17, 150, 1.15
위의 데이터를 보면, 회오리식과 충격식 샘플링 방식은 먼지가 발생하는 지점(지점 1과 3)에서는 농도 차이가 매우 크지만, 먼지가 발생하지 않는 지점(지점 2)에서는 농도가 비슷합니다. 또한 샘플의 분산도를 분석해보면, 지점 1과 3에서는 충격식으로 채취된 샘플에 큰 입자의 먼지가 회오리식으로 채취된 샘플보다 훨씬 많습니다. 반면 지점 2에서는 두 방식으로 채취된 샘플의 먼지 양이 비슷합니다；왜 이런 현상이 발생하는 걸까요?이 질문에 답하려면 분리 곡선 인증 시험과 이 두 가지 방법의 원리부터 설명해야 합니다.1. 인증 시험 방법: 어떤 분리 장치의 분리 곡선을 인증할 때에는, 서로 다른 입자 크기를 가진 에어로졸 발생기를 사용하여 에어로졸을 생성한 뒤, 이를 분리기를 통해 각각 분리한 다음 분리 효율을 비교합니다. 분리 효율이 50%가 되는 에어로졸의 입자 크기가 4μm일 경우 ACGIH 곡선에 부합하며, 5μm일 경우에는 BMRC 곡선에 부합합니다；이 실험은 서로 다른 입경의 에어로졸을 각각 분리하여 실험을 진행한 것이며, 모든 에어로졸을 섞어서 동시에 실험한 것은 아닙니다.2. 회오리형 분리기: 회오리형 분리기의 공기 유입구를 통해 공기가 들어오면, 공기는 분리기 내벽을 따라 접선 방향으로 회전합니다. 큰 입자의 먼지는 빠르게 가라앉아 큰 입자 저장실로 내려가고, 작은 입자의 먼지는 천천히 가라앉아 필터 막에 흡착됩니다.3. 충격식 분리기: 충격식 분리기의 공기 유입구를 통해 공기가 들어오면, 공기류가 직접 충격판에 부딪힙니다. 충격판에는 실리콘 오일이 도포되어 있어, 서로 다른 입자 크기의 먼지들이 비율에 맞게 충격판에 달라붙습니다. 나머지 먼지들은 필터막에 흡착됩니다.이 두 가지 방법의 원리를 통해 알 수 있듯이, 소용돌이 분리기는 침강법을 이용해 분리하기 때문에 큰 입자가 많은 경우에도 A, B 곡선에 부합하는 먼지를 정상적으로 분리할 수 있습니다. 하지만 충격식 분리기의 경우 문제가 생깁니다. 첫째, 인증 시험에서는 큰 입자에 대한 테스트가 이루어지지 않았으며, 현장에서의 수평적인 공기 유입 방식 때문에 아무리 큰 입자라도 분리기 내로 들어올 수 있습니다；2. 충격판에는 서로 다른 입경의 큰 입자 먼지가 동시에 부착되어 있어, 작은 입자 먼지가 더 이상 부착되기 어렵습니다；3. 큰 입자의 먼지 농도가 높아서 곧 포화 상태에 이르게 되며, 그 결과 많은 양의 큰 입자 먼지들이 필터 막 안으로 들어가게 됩니다.같은 질문: 왜 시중에서 먼지 채취에는 이런 충격식 분리기가 사용되나요?답변도 마찬가지입니다. 그것들은 환경 샘플링에 사용되는 장비들이며, 환경 샘플링을 할 때는 상황과 장소가 특정된 상태이기 때문에 큰 입자의 먼지가 발생할 요인이 없습니다. 따라서 충격식 분리기에는 아무런 영향을 주지 않습니다. 하지만 산업보건 분야의 경우는 다릅니다. 정해진 지점에서 먼지를 채취할 때는 큰 입자의 먼지가 가장 많이 발생하고 그로 인한 간섭도 가장 심한 시기입니다. 그러므로 가로 방향으로 공기를 유입시키는 충격식 먼지 샘플러는 사용할 수 없으며, 회오리식 먼지 샘플러나 공기 유입구가 아래를 향하는 충격식 먼지 샘플러를 사용해야 합니다.