1. 서 론
최근 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(International agency for research on cancer, IARC)에서는 소방관 직업을 Group 2B (Possibly carcinogenic to human, 인체에 암을 유발할 가능성이 있음)에서 Group 1 (Carcinogenic to humans, 인체에 암을 유발하는 것이 확실함, 1급 발암물질)로 그 분류를 2단계 상향 조정하였다. 종피종과 방광암에 대해서는 충분한 증거가 있으며 결장암, 전립선암, 고환암, 흑색종, 비호지킨 림프종에 대해서는 제한적 증거가 있다고 보고하였다(Demers et al., 2022). 소방공무원은 화재진압이나 인명구조 과정에서 방향족탄화수소류 또는 휘발성 유기화합물, 시안화수소, 중금속류 등 다양한 유해물질에 노출될 위험성이 높아 건강상의 위험인자에 노출되고 있어 질병에 대한 심리적⋅실제적 부담을 증가시키고 있다(Han et al., 2020).
특히, 화재현장 활동 종료 후 제독에 대한 적절한 제독장비 부재, 추가출동 등으로 인해 개인보호장비에 잔존하는 오염물질 및 유해물질은 제거되지 않은 상태로 소방차량에 탑승, 귀서하는 경우가 대부분이기 때문에 귀서 중 소방차량 내, 귀서 후 소방서, 안전센터, 차고, 대기실 등에 지속적으로 노출되어 유해물질에 대한 2차 오염 및 피해 역시 증가하고 있는 실정이다(Kim et al., 2020).
반면, 모든 위험물질 사고(HAZMAT incident) 또는 화학사고는 반드시 제독과정을 수행하도록 매뉴얼화 되어 있고 많은 교육과정이 진행되고 있으며 제독에 대한 대응단계가 체계화 되어 있다(Chae, 2015). 누출된 화학물질에 대한 제독 장비나 시설 그리고 중화제 등의 지원이 신속하게 이뤄지지 않았다. 화재 현장에서 발생하는 유해 물질에 대한 1차 간이제독이 필요하다(Lee, 2021).
따라서 본 연구는 화재현장에서 발생하는 유해물질에 대한 오염 및 추가적인 2차 피해를 최소화할 목적으로 화재현장을 재현실험하고 제독 시행 여부에 따른 출동 소방차량 내 유해화학물질과 개인보호장비에 잔존하는 중금속 등을 분석하여 화재현장에서 1차 간이제독의 필요성을 평가하였으며, 화재현장에 적합한 간이제독시스템 도입을 제안한다.
2. 이론적 배경
2.1 소방현장 간이제독시스템의 필요성
소방청 통계에 따르면 최근 7년간(2015-2021년) 소방공무원의 총 암 발생자는 483명으로 매년 증가하고 있다(Table 1 참조). 소방공무원의 암별 발생 건수를 살펴보면, 갑상선암 164, 위암 54, 혈액암 35, 직장⋅대장암 33, 폐암 26, 방광⋅전립선암 22, 난소⋅유방암 20, 간암 19, 담도⋅췌장⋅충수암 17, 림프종암 13건 등으로 나타났으며, 희귀질환도 매년 증가 추세에 있다(Table 2 참조, National Fire Agency, 2023).
Table 1
Current Status of Cancer and Rare Diseases among Firefighters
| Years | Total | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cancer | 483 | 39 | 62 | 74 | 69 | 87 | 55 | 97 |
| Rare diseases | 25 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 4 | 10 |
Table 2
Current Status of Cancer among Firefighters
| Disease name | Thyroid | Stomach | Blood | Rectal, colon | Lung | Bladder⋅ prostate | Ovaries breast | Liver | Biliary tract/pancreas | Lymphoma | Etc |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Number of cases | 164 | 54 | 35 | 33 | 26 | 22 | 20 | 19 | 17 | 13 | 80 |
소방공무원 암 발생자 증가는 재난 현장에서 발생하는 고열, 소음, 진동, 육체적인 과부하 등 물리적인 요인, 재난 현장 활동 시 발생하는 각종 스트레스, 참혹한 현장에 노출 시 받게 되는 정신적⋅심리적 요인, 출동 대기 및 교대근무로 인한 생활 리듬의 불균형 등 다양한 요인도 있지만 화재 현장에서 발생하는 수많은 화학적 유해인자로 인한 요인도 크다고 할 수 있다.
화재 현장에서는 여러 가지 가연물의 연소에 의해 다양한 유독성물질이 발생하며, 화재진압 과정 및 잔화정리 현장에서 소방대원들이 흔하게 노출되는 화학적 유해인자들은 중금속(납, 카드뮴, 크롬, 비소, 니켈, 철, 망간), 입자상 물질(호흡성 분진, 석면), 알데하이드류(휘발성유기화학물, 포름알데하이드, 벤젠, 톨루엔 등), 다핵방향족탄화수소(polynuclear aromatic hydrocarbon, PAH), 가스상물질(일산화탄소, 이산화질소, 이산화황 등), 산류(염화수소, 불화수소), 시안화수소 등이 있다(Park, 2014; Kim and Lee, 2008). 유기오염물질은 인체 내 장기간 잔류하면서 암과 생식독성 등 건강 문제를 일으키는 위험한 물질이다. 잔류성 유기오염물질은 자연환경에서 분해되지 않고 생태계의 먹이사슬을 통해 동식물 체내에 축적되어 면역체계 교란과 중추신경계 손상 등을 초래하는 유해 물질로 알려져 있다(Lee et al., 2024).
또한, 최근 국립소방연구원에서 발표한 소방공무원을 대상으로 진행한 체내 중금속 분석 연구 결과를 살펴보면 소방대원의 근무연수에 따른 체내 중금속 농도의 변화가 관찰되었다. 근무연수가 5년 미만의 소방대원보다 10년 이상 근무연수가 많은 소방대원들의 중금속 체내 잔존양이 증가한다고 보고하였다(National Fire Research Institute of Korea, 2021).
2.2 화학사고의 제독시스템
제독(Decontamination)은 현장대응요원과 대중의 안전을 보장하기 위해 위험물질 또는 테러 사고에서 반드시 고려해야 하는 필수 활동이다. 모든 위험물질 사고현장에서는 긴급 제독(emergency decontamination)이 이루어져야 한다. 제독 또는 오염 감소는 오염물질이 확산되는 것을 방지하고 더 이상 유해하지 않은 수준으로 오염물질을 줄이기 위해 위험물질을 제거하는 과정이다. 제독 대응활동(decontamination operation)은 잠재적으로 유해한 노출을 최소화하고, 오염물질의 추가 노출 및 확산을 줄이고 현장대응요원, 구조대상자, 개인보호장비 등 기타 오염된 모든 것으로부터 위험물질을 제거하기 위해 수행된다. 특히, 위험구역에서 활동한 대원들은 해당 구역을 벗어날 때 반드시 제독을 시행해야 한다(Kim et al., 2020). 제독의 유형을 간략히 분류하면 다음과 같다.
첫째, 1차 간이 제독(gross decontamination)은 가능한 한 빠르게 표면 오염량을 크게 감소 시키는 제독 단계로, 오염물질의 물리적 제거 또는 호스, 비상 샤워기를 통한 초기 세척(Initial Rinsing)으로 이뤄진다. 간이 제독은 주로 사고 현장에서 철수하기 전에 연기 또는 연소생성물에 노출된 대응요원, 완전 제독을 하기 전의 대응요원, 긴급 제독 중인 구조대상자 등에 대하여 수행한다.
둘째, 긴급 제독(emergency decontamination)은 가능한 한 빠르게 구조대상자의 위협적인 오염물질을 제거하는 것으로 환경이나 재산 보호에 대한 고려는 하지 않는다. 대응요원의 보호복 파손, 대응요원의 우발적인 오염, 위험 구역에서 대응요원 또는 구조대상자에 대한 즉각적 치료가 필요한 경우 등은 반드시 긴급 제독이 필요하다.
셋째, 완전 제독(technical decontamination) 또는 정밀 제독은 화학적 또는 물리적 방법을 사용하여 대응요원의 개인보호장비 및 장비의 오염물을 완전히 제거하거나 중화 또는 생명이 위협받는 상황이 아닌 구조대상자에게도 사용할 수 있다. 일반적으로 정형화된 제독선 또는 제독 통로 내에서 1차 간이 제독 후 실시한다. 완전 제독 간에 대응요원들은 적절한 개인보호장비를 착용하여 대응요원 스스로를 보호하고, 물 공급을 연결한다. 제독 통로를 설치하고, 경계선을 설정한다. 긁어내기, 세척 및 분무와 같은 물리적 제독 활동을 수행하고, 제독선을 통과하는 개개인이 옷 또는 개인보호장비 벗는 것을 돕는다. 제독 절차를 수행하는 개개인을 보조하고, 표준작전절차 및 지침(SOP/G)과 훈련에 따른 기타 직무를 수행한다(National Fire Research Institute of Korea, 2021).
제독의 방법은 습식(Wet)과 건식(Dry)과 물리⋅화학적 방법으로 크게 분류할 수 있다. 제독의 방법은 물질들에 따라 제거하는 효과가 다르며, 기상 조건 및 위험물질의 물리⋅화학적 특성과 같은 많은 요인이 방법 선택 결정에 영향을 줄 수 있다.
3. 연구의 설계
3.1 화재실험
화재실험은 일반화재에서 연소할 수 있는 스티로폼류, 의류, 플라스틱류, 고무류, 종이류 및 목재류 등의 가연물을 일정한 구획실에서 동일한 양을 연소시켜 실제 화재 현장과 유사한 환경을 조성하고 5분간 최성기 상황을 재현하였으며, 개인보호장비를 착용하고 현장 화재진압과 동일한 방법으로 2인 1조로 진입하여 10분 동안 화재 현장에 노출시켰다. 실험 당일 평균기온은 20.5 ℃, 습도는 58%, 풍속은 1~2 m/s로 맑은 날씨였다.
화재 현장 노출 실험은 총 3회 시행하였으며 화재 현장에 노출된 대원들이 구획실 밖으로 나온 후 3가지 그룹(대조군, 실험군 1, 실험군 2)으로 나누어 제독 시행 유⋅무에 따른 제독 효과를 평가하였다.
대조군은 3분간 자연환기 후 소방펌프 차량에 탑승 개인보호장비와 방화복을 벗어 두고 즉시 하차하여 20분간 방치하여 실제 현장 활동 후 귀서하는 상황을 재현하였다. 실험군 1 역시 동일한 화재 현장에 노출시킨 후 3분 자연환기 및 소방용수를 이용한 1차 간이 제독을 1분 실시하였으며, 실험군 2의 경우 30초 폼 세척제 분사, 1분 30초 폼 제독 및 소방용수로 1분 분무주수하여 1차 간이 제독을 실시하였고, 실험군 1과 실험군 2도 대조군과 동일하게 소방차량에 탑승 후 개인장비와 방화복을 벗어 두고 즉시 하차하였다.
폼 1차 제독은 개인 보호장비 및 방화복 세척이 가능한 약염기성(㏗ 8~9)의 일반 세탁 액상세제와 폼건(휴대용 세척기)을 사용하였다. 소방용수를 이용한 제독은 소방펌프 차량을 사용하였으며 방수 압력은 3 bar의 저압 분무주수를 하였다.
시료채취는 화재현장 노출 직전, 노출 후 및 1차 제독 후 각각 채취하였으며 시료는 동일 면적(10 × 10 ㎝, 100 ㎠)의 개인장비(헬멧, 공기호흡기 용기 각 1곳), 방화복 외피 상⋅하의 각 1곳, 총 4곳을 이소프로필알코올로 적신 거즈를 이용해 흡착(adsorption) 및 긁어냄(scraping) 방식으로 채취하여 20 mL 유리 바이알에 담고 밀봉 및 보관 유도결합플라즈마 질량분석기로 분석하였다.
차량 내 시료는 차량 시트의 좌석 부분 1곳을 상기와 동일한 방법으로 채취 및 분석하였다. 또한 차량 내 공기 성분 분석은 노출 직전, 화재현장 노출 대원이 차량 탑승 직후, 개인장비와 방화복 탈의 20분 경과 후 각각 측정하였으며, 차량 문과 창문을 모두 닫은 상태에서 직독식 가스 측정기를 이용하여 가연성 가스(Lower Explosion limit, LEL), 황화수소(H2S), 산소(O2), 암모니아(NH3), 염화수소(HCL), 불산(HF) 등에 대한 물질의 농도를 측정하였다. Table 3은 화재 노출 실험 후 제독시행 여부 및 시료채취 조건을 제시하였다.
Table 3
Decontamination Implementation and Sample Collection
3.2 시료채취
Table 4와 Fig. 1은 직독식 가스 측정기를 이용하여 화재실험 노출 전⋅후 제독 여부에 따른 소방차량 내 가연성 가스(Lower Explosion limit, LEL), 황화수소(H2S), 산소(O2), 암모니아(NH3), 염화수소(HCL), 불화수소(HF) 등에 대한 물질의 농도를 측정한 결과를 나타내었다.
Table 4
Changes in Air Composition within Fire Trucks (ppm)
| Measuring substance | LEL | H2S | O2 | NH3 | HCL | HF |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Before exposure | ND4) | ND | 20.9 | ND | ND | ND |
| Control group | ND | ND | 20.9 | ND | ND | 4.7 |
| Experimental group 1 | ND | ND | 20.9 | ND | ND | 2.2 |
| Experimental group 2 | ND | ND | 20.9 | ND | ND | ND |
4. 연구의 결과
4.1 소방차량 유해성분 분석결과
소방차량 내 잔존하는 유해물질을 분석한 결과, 불화수소(HF) 외에 다른 물질은 검출되지 않았고, 화재 노출 직후 및 제독 여부에 따른 불화수소(HF)의 농도는 대조군은 4.7 ppm, 실험군 1은 2.2 ppm, 각각 측정되었고 실험군 2는 측정되지 않았다. 개인보호장비를 모두 탈의하고 20분 경과 후에는 측정 가능한 유해물질이 대조군 및 실험군 모두에서 측정되지 않았다. 불화수소의 노출기준은 STEL (Short Term Exposure Level: 단기간 노출기준)1)이 C-3 ppm이며, TWA (Time Weighted Average: 시간가중 평균농도 노출기준)2)은 0.5 ppm이다. 특히, 대조군의 경우 불화수소의 단시간 노출기준이 C-3 ppm으로 근로자가 작업시간 동안 잠시라도 노출되어서는 안 되는 기준인 천정값(C, Ceiling)3)보다 높은 측정치를 나타내었다. 불화수소 이외의 측정 가능한 다른 물질은 불화수소보다 높은 증기압으로 인해 자연환기 및 제독과정에서 충분히 대기 중으로 분산되어 측정되지 않았다.
불화수소는 끓는점이 1기압에서 19.5 ℃이며, 상온(25 ℃)에서는 기체상태로 존재하고, 높은 압력을 가하거나 충분히 낮은 온도에서는 쉽게 액화시킬 수 있으며, 화재 지연 물질의 열 분해에 의해 발생된다.
불화수소는 심한 호흡기 자극제로 흡입하면 일시적으로 숨이 막히고 기침이 나며, 노출 후 1~2일 동안 아무런 증상이 없더라도 그 이후에 발열, 기침, 호흡곤란, 청색증 및 폐수종이 발생할 수 있다.
또한, 독성이 매우 강한 기체로 습기와 접촉할 때 불산을 형성하여 부식성과 침투성이 강한 특성을 나타낸다(Kim and Lee, 2008).
4.2 소방차량 중금속 잔류량 분석결과
소방차량 내 잔존하는 중금속을 분석한 결과, 화재 노출 직후 및 제독 여부에 따른 5가지 중금속 총 잔류량을 비교해 본 결과, 대조군은 34.154 ppm, 실험군 1은 19.455 ppm, 실험군 2는 9.917 ppm이 측정되었으며 증감률은 대조군 42.2% 증가하였고, 실험군 1과 2는 각각 1.5%, 49.8% 감소하였다(Table 5 참조).
Table 5
Heavy Metal Residues in Fire Trucks (ppm)
소방차량 내 중금속 제거 효과는 실험군 2에서 가장 높게 나타났으나, 채취한 시료의 표본 수가 적어 유의미한 결과로 보기는 어렵다. 하지만 소방차량 내 중금속 잔류량 증감률에서 확인할 수 있듯이 제독을 실시하지 않을 경우 소방차량 내부를 오염시킨다는 것을 확인할 수 있었다.
4.3 개인보호장비 중금속 잔류량 분석결과
개인보호장비에 대한 중금속의 잔류량은 Table 6에 제시하였다. 중금속의 잔류량은 헬멧, 공기호흡기 용기, 방화복 외피 상의, 하의 등 4곳에서 채취한 시료에 대한 분석값 총량으로 표시하였다.
Table 6
Heavy Metal Residues in Personal Protective Equipment (ppm)
실험군 1과 실험군 2의 경우 실험 오차를 줄이기 위해 동일한 부위에 대해 시료를 채취하였다. 대조군을 기준으로 화재실험 노출 후 각 중금속 증가율인 크롬 7.4%, 니켈 14.7%, 비소 –32.9%, 카드뮴 50.8%, 납 7.8%를 실험군 1, 2의 노출 전 중금속 값에 대해 각각 보정하여 노출 후 중금속 증가량으로 산정하였다.
Table 7과 Fig. 2는 개인보호장비에 대한 제독 여부에 따른 중금속 제거 효과를 나타내었다. 대조군의 각 중금속별 증가율은 크롬 7.4%, 니켈 14.6%, 카드뮴 50.8%, 납 7.8%로 증가하였고 비소는 32.9% 감소하는 결과를 나타내었다. 비소의 감소는 자연환기에 따라 제거된 결과인지 분석 오류인지 알 수 없으며 추가 연구가 필요하다. 반면, 실험군 1과 실험군 2는 모든 중금속이 노출 전 측정 양보다 감소하는 결과가 확인되었다.
Table 7
Heavy Metals in Personal Protective Equipment (%)
대조군의 경우 중금속의 총량이 노출 전보다 10.0% 증가하였으며, 실험군 1과 실험군 2에 대한 노출 전 중금속량에 대한 제거율은 각각 61.8%, 77.8%를 나타내었다.
단순히 소방용수로 제독을 실시한 실험군 1보다 폼과 소방용수를 함께 사용하여 제독을 시행한 실험군 2가 개인보호장비에 잔존하는 중금속 제거 효과가 16.0% 높게 나타나는 결과로 보아 제거 효과가 더 뛰어난 것으로 판단된다. 하지만, 제독 후 중금속의 총잔류량을 살펴보면 실험군 1은 30.537 ppm, 실험군 2는 30.555 ppm로 유사한 양으로 나타내었다. 이것은 본 실험에 각기 다른 방화복, 공기용기, 헬멧에서 노출 전 채취한 중금속의 초기 양이 서로 다른 값을 나타났기 때문이다. 중금속의 총잔류량만으로 판단할 경우, 단순 소방용수로 제독을 시행하여도 폼과 소방용수를 함께 사용한 제독 방법과 유사한 잔류량을 보이는 것으로 보아 소방용수만을 적용한 제독 방법도 중금속 제거에 있어서 그 효과성은 높다고 판단할수 있으며, 현장 적용성 면에서도 편리한 방법이라 판단된다(Figs. 3, 4 참조).
실험군 1과 실험군 2에서 대조군의 증가율로 보정한 노출 후 중금속 총량이 노출 전 개인보호장비에 잔존하고 있던 중금속 총량보다 크기 때문에 실험군 1과 실험군 2의 경우 화재 노출 실험 후 증가한 중금속의 양은 상쇄되어 제거되었다고 볼 수 있다. 즉, 노출 전에 잔존하고 있던 중금속량의 감소는 화재실험에서 증가한 중금속이 모두 제거되지 않은 상태에서는 감소할 수 없기 때문이다(Fig. 5 참조).
실험결과는 화재현장 내부 진입 대원의 제독 시점에 대해 굉장히 중요한 점을 시사한다. 즉, 현장 내부 진입 대원에 대한 신속한(5분 이내) 제독(세척) 과정은 화재현장에서 발생한 중금속이 개인보호장비에 흡착하기 전에 제거되므로 중금속의 제거 효과를 극대화할 수 있다고 판단되며, 본 연구의 목적인 화재 현장에서의 즉각적인 제독의 필요성과도 부합되는 결과이다(Fig. 6 참조).
5. 결론
화재현장에서 발생하는 유해물질에 대한 2차 피해를 최소화하기 위해 본 연구 결과와 지금까지 연구된 다양한 선행연구에서 제시한 방법들을 정리하여 실제 현장에서 적용 가능한 1차 간이 제독 방법을 다음과 같이 제언한다.
첫째, 화재 현장 도착 및 활동 단계에서는 소방차량 담당자는 화재 현장 진입 대원들의 1차 제독을 위해 예비 관창을 준비하고 내부 진입 대원이 밖으로 나왔을 때 소방용수로 즉시 간이제독을 실시한다. 추후 지원 차량 등이 확보되면 현장안전담당관은 소방차량 1대를 화재현장 진⋅출입구에 지정 배치하여 내부 활동 대원들에게 1차 소방용수를 활용하여 세척한다.
둘째, 대응 1단계 이상 대형 화재 발생 시 인근 화학센터의 제독차를 출동시켜 화재 현장에 배치 운영해야 한다. 대형 화재 발생 시 인근 화학센터의 제독차를 추가 출동 배치하여 현장 활동 소방대원들의 제독을 전문 장비를 이용하여 신속하게 진행할 수 있게 하는 방안도 모색해 볼 필요가 있다. 제독차의 현장 배치를 통해 현장 활동 소방대원들에게 심리적 안정을 주고 체력적인 부담을 줄여 실제적인 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다.
셋째, 화재현장에서 즉각적인 제독 효과에 대한 현장 소방대원들에 대한 교육이 무엇보다도 가장 절실하다. 제독은 번거롭고 불필요한 과정이 아니라 반드시 수행해야 하는 필수 절차라는 인식의 개선이 필요하며, 현장안전담당관은 화재 현장에서 소방대원들의 건강을 위해 제독 절차를 시행할 수 있도록 지휘⋅감독해야 한다. 표준작전절차(SOP)에 화재 현장 내부 활동 소방대원에 대해서는 즉각적인 1차 간이 제독, 즉 소방용수 활용 1차 세척, 소독티슈를 이용한 피부 제독을 실시해야만 한다. 일선 119안전센터 및 119구조대에서는 일상교육훈련을 진행할 때 SOP를 준용하므로 화재현장 활동 대원에 대한 즉각적인 소방용수 세척 항목을 추가하여 지속적으로 교육훈련을 진행함으로써 소방대원들이 화재 현장에서 제독의 필요성을 인식하고 실행할 수 있는 동기부여를 제공하고 그에 맞는 지침을 마련해야 한다.
넷째, 소방펌프 차량에 온수 세척이 가능한 장비의 개발 및 도입되어야 한다. 소방펌프 차량에 온수 세척 시스템을 도입하면 겨울철 영하의 혹한기에도 화재 현장에서 손쉽게 제독을 수행할 수 있게 된다.
다섯째, 소방대원의 보건안전을 위하여 간이제독하는 것도 중요하지만 간이제독할 때에 발생하는 오염수 등을 확실히 처리할 수 있는 제독시스탬 도입으로 민원 발생소지를 줄일 수 있는 방안도 고려되어야 한다.
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