A Study of the Particulate Matter Including Respirable Crystalline Silica, Carbon Monoxide and TVOCs in Some Pottery Workplaces

Abstract

연구 배경: 전통적인 도자기를 제조하는 작업장은 원재료 점토와 유약으로 도자기를 빚고, 그것들을 가마에 소성하는 과정에서 건강상에 악영향을 미치는 입자상 물질과 가스상 물질이 발생된다. 하지만, 여러가지 작업공정과 가마 종류별로 수행된 노출평가 연구는 아직까지도 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 가마 종류별로 발생하는 일산화탄소와 총 휘발성 유기화합물(TVOCs)를 모니터링 하고, 가마 종류와 작업 공정별로 도예 작업장에서 발생하는 호흡성 유리규산을 포함하는 입경 분포별 입자상 물질의 노출 수준을 평가하는데 목적이 있다. 또한, 입자상 물질들의 노출 수준을 변화시키는 요인들도 평가하고자 한다.

연구 방법: 대한민국에 소재한 소규모 도예 공방, 미술대학교 공예과 실기실, 장작 오름가마와 그곳에서 작업하는 도예가들을 대상으로 연구를 수행하였다. 개인시료는 총분진과 호흡성 분진, 그리고 호흡성 유리규산을 측정하여 분석하였다. 지역 시료로는 각각의 작업 장소와 가마 근처에서, 총분진과 호흡성 분진, 호흡성 유리규산, 10nm~10,000nm의 입경분포를 지닌 입자상 물질, 일산화탄소, TVOCs을 측정하였다. 총분진, 호흡성 분진은 전자 저울을 사용하여 여과지를 중량 하였다. 그리고 호흡성 분진을 포집한 필터는 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR)를 활용하여 호흡성 유리규산 분석에 사용되었다. 10-10,000 nm 입자 크기 분포를 갖는 입자는 광학 입자 계수기(OPS)와 병렬로 설치된 나노 에어로졸 입경분포 측정기(SMPS)에 의해 분석되었다. 일산화탄소 및 TVOCs는 광이온화 감지기와 실내 공기질 측정기(IAQ-Calc)로 분석되었다.

연구 결과: 세 곳의 도예 작업실에서 측정한 총분진, 호흡성분진, 호흡성 유리규산의 기하평균은 146.46 μg/m3, 49.10 μg/m3, 1.89 μg/m3 이었다. 그 중 4개의 호흡성 유리규산 개인시료의 농도는 ACGIH TLV을 초과했으며, 4개 시료 모두 성형&정형 작업이었다. 소규모 도자기 공방의 전기가마에서 10 nm–420 nm의 직경을 갖는 입자 수 농도는 초벌 소성 중기 동안 수분 배출구가 열려 있을 때(1.61 × 10^5)가 닫혀있을 때(2.16 × 10^4)보다 약 7.5배 더 높았다. 미술대 도예과에서는, 유약 분말을 물과 섞고 드릴로 혼합하는 장소인 유약 벤치(5.61 × 10^4)에서의 입자 수농도(10 nm-420 nm)가 유약 스프레이 부스 (6.73 × 10^3)의 입자 수농도 보다 약 8.3배 높았다. 일산화탄소 농도는 전기산화(초벌 소성)에서 평균과 최고농도 모두 각각 3.55 ppm, 23.7 ppm으로 가장 높았다. 반면에, TVOCs 농도는 장작 가마(2층 ~ 최고층)에서 평균과 최고농도 모두 각각 5,732.31 ppb, 12,034 ppb로 가장 높게 나타났다.

결론: 본 연구를 통해 도자기 제조 공정과 가마 종류별로 일부 입자상 물질의 농도에서 차이가 있는 것과, 호흡성 유리규산을 포함한 입자상 물질, 일산화탄소 및 TVOC가 도예가에게 노출될 수 있음을 확인하였다. 실제로 전기산화가마의 수분배출구 개방 여부, 유약 스프레이 시 국소배기의 작동, 가마에 장작을 넣는 시간 간격 등이 각종 유해물질 농도에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 이처럼, 도예 작업 시 입자상 물질 및 유해 가스 등에 노출될 위험성이 높은 바, 적절한 호흡 보호구의 착용과 국소배기장치의 설치가 권장된다.

Objective: Ceramics with raw clay and glaze are made in traditional pottery workplaces. When firing them in a kiln, particulate matter and gaseous substances that cause adverse health effects are generated. However, exposure assessment studies of the various pottery manufacturing processes or kiln types are insufficient. Therefore, this study aimed to compare the particulate matter concentrations by particle size distribution and respirable crystalline silica (RCS) generated in pottery workplaces by each kiln type and work process, and assess factors that change the concentration levels of particulate matter, monitor carbon monoxide (CO) and total volatile compounds (TVOCs) generated by each kiln type.

Methods: The research was conducted in small-sized pottery workshops in Korea, a college of fine art pottery studio, and an outdoor climbing kiln and included the potters working there. Personal samples for the exposure assessment were collected by measuring total suspended particulates (TSP), respirable suspended particulates (RSP), and RCS. As an area sample, TSP, RSP, RCS, particulates with 10–10,000 nm particle size distribution, CO, and TVOCs were measured for each workplace and pottery manufacturing process. TSP, RSP were analyzed by the gravimetric analysis using an electronic balance for weighing membrane filters. And filters which collected RSP were used for evaluate RCS by fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Particulates with 10–10,000 nm particle size distribution were analyzed by a scanning mobility particle sizer (SMPS) installed in parallel with the optical particle sizer (OPS). CO and TVOCs were analyzed by a photoionization detector and an indoor air quality meter (IAQ-Calc).

Results: The TSPs, RSPs, and RCSs geometric mean, except for background concentration, was 146.46 μg/m3, 49.10 μg/m3, and 1.89 μg/m3, respectively. Among those, four personal RCS samples concentration exceeded American conference of governmental industrial hygienists threshold limit values (ACGIH TLV), all of which were shaping and trimming procedures. Particle number concentrations (PNCs) with a diameter of 10 nm–420 nm were approximately 7.5 times higher when the peepholes were left open (1.61 × 10^5) than when they were closed (2.16 × 10^4) during mid-term firing of the electric oxidation kiln of small-sized pottery studio. In addition, the PNC (10 nm–420 nm) in the glaze dipping bench (5.61 × 10^4), where the glaze powder was blended with water and mixed with a drill before the unglazed bisqueware was dipped, was 8.3 times higher than that in the glaze spray booth (6.73 × 10^3) in glaze room of collge of fine arts studio. The CO concentration was the highest in the electric oxidation kiln (when oxidation firing), with average and maximum concentrations of 3.55 ppm and 23.7 ppm, respectively. Conversely, the TVOCs concentration was the highest in the climbing kiln (2nd–top floor), with average and maximum concentrations of 5,732.31 ppb and 12,034 ppb, respectively.

Conclusion: We confirmed that some particulate matter concentrations differed with the pottery manufacturing process and kiln type. The results showed that particulates including RCS, CO, and TVOCs could be exposed to potters. Indeed, whether the plugs are opened in the electric oxidation kiln, operation of exhaust vent during glaze spraying, and an time interval of adding firewood to the climbing kiln affect the concentration of various hazardous substances. Since there is a high risk of exposure to particulate matter and harmful gases during pottery manufacturing, wearing appropriate personal protective equipment for potters when shaping and trimming the clay and installing the local exhaust system near kilns or glaze spraying booths is recommended.