가스상 오염물질에 의한 종이기록물 손상위해성 평가 모델 개발에 관한 연구 = A study on the development of the damage risk assessment model on paper records by gaseous pollutants

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is required the scientific standards of environment to preserve public records for a long time. Based on the scientific standards, preservation policies as well as environment management should be implemented. However current standards of preservation environment were set by applying the atmospheric and indoor environmental standards. Moreover, there are few methodologies and tools for setting the scientific and systematic standards of preservation environment.
In this study, the distribution characteristics of pollutants in storage room were analyzed for the safe preservation and management of paper records which accounted for the majority of public records in Korea. It is developed a methodology for establishing the standard values of gaseous pollutants. Using the methodology, it is proposed a scientific and systematic air quality standards of preservation environment for O3, SO2, NO2. Also, proposed a reduction technique of O3, SO2, NO2 in the storage room.
In addition, a damage risk assessment model on paper records was developed focusing on deterioration of paper by turning concept from each stage of the health risk assessment.  Using this model, standards of preservation environment for O3, SO2, NO2 which are known to contribute to the deterioration of paper records in the previous studies are suggested. It is also investigated the concentration distributions of O3, SO2, NO, NO2 and NOx both in storage room and outdoors. Using this, it can be calculated the period in which paper records could be preserved without damage.
In the damage risk assessment model, the first stage is named as ‘damage identification’, the second stage as ‘dose-response assessment’, the third stage as ‘exposure assessment’, and the fourth stage as 'damage characterization'.
The distribution characteristics of pollutants both in storage room and outdoors are analyzed and the results are as follows:
The mean concentrations of O3, SO2, NO, NO2 and NOx in storage room are 0.99ppb, 1.18ppb, 6.46ppb and 10.40 ppb, respectively. The mean concentrations of O3, SO2, NO, NO2 and NOx outdoors were 10.91, 1.28, 8.18, and 8.17 ppb, respectively.
The concentration distributions in storage room are affected by ambient air. The concentration distributions of O3 and NO in storage room are similar to those of O3 and NO outdoor with a time lag of 1 hour.
Paper records will be deteriorated by O3 after 52 years under persistent exposure of the average concentrations in storage room, by SO2 after 150 years, and by NO2 after 165 years. Therefore, it is estimated that paper records could be preserved without damage by O3, SO2, and NO2 up to 50, 100, and 150 years, respectively.
As a result of the Monte Carlo simulations with the expected preservation period of 100 years, the probability of damage caused by deterioration within 100 years is found to be about 83% in O3, 36% in SO2, and 22% in NO2.
In order to establish the management standards of O3, SO2, NO2, available concentrations for preservation of paper records are calculated by the damage risk assessment model with the expected preservation periods of 10, 50, 100, and 200 years.
In the case of O3, the concentrations for the preservation periods of 10, 50, 100 and 200 years are 5 ppb, 2 ppb, 1 ppb and 0.5ppb, respectively. It can be preserved paper records without deterioration over at least 50 years, since O3 concentrations do not exceed 2ppb in storage room.
Concentrations of SO2 were calculated as 17ppb, 4ppb, 2ppb and 1ppb, respectively, for the preservation periods of 10, 50, 100 and 200 years. The excess ratio of 2ppb in SO2 concentrations is 0.5%.
In the case of NO2, the concentrations for the preservation periods of 10, 50, 100, and 200 years are calculated as 82 ppb, 16ppb, 8 ppb and 4ppb, respectively. The excess ratio of 8ppb in NO2 concentrations was 17.5% in storage room.
In this study, the standards of preservation environment for paper records are suggested.
The air quality in storage room is far below the current standards. However, it will be difficult to manage air quality as well as to meet the standards, if air quality standards are strictly set. Therefore, it is necessary to strengthen the standards through feasible steps.
It is suggested that O3 and SO2 concentrations should be strengthened up to 10ppb, the international standard(ISO), in this study. And furthermore, it is suggested to strengthen O3 concentration up to 1ppb and SO2 up to 2ppb, for the advancement of records preservation and permanent preservation of paper records.
In the case of NOx, the standard material is changed to NO2. In view of the feasibility of the standard, NO2 concentration should be strengthened to 30ppb. In addition, it is suggested that the standard of 5ppb proposed in this study should be gradually strengthened through the future studies on reduction and sustainability.
In addition, it is proposed to install a hybrid air purifier in which a low temperature plasma dielectric barrier discharge, a photocatalyst using TiO2, and a carbon filter system were mixed in the air conditioning system for storage and maintenance of storage room air quality.
In order to reset the standards in the future, it is necessary to study on the various preservation environments reflecting the seasonal and geographical characteristics of Korea as well as the spatial characteristics of the storage room, and to study on the reduction of pollutants as well.

국문 초록 (Abstract)

“기록이 없으면 역사도 없다”는 말은 기록유산이 얼마나 중요한 가를 인식시켜 주는 말로, 기록은 개인, 국가, 인류의 문화적 유산으로 잘 보존되어야 한다. 기록물은 “과거와 현재, 미래를 연결해 주는 고리”라 할 수 있으며, 국가의 존속과 발전에 있어 매우 중요한 요소이다. 한번 훼손된 기록물은 복원하기도 힘들지만 그 기록물을 복원하기 위해서는 상당히 많은 시간과 비용이 소요된다. 이러한 공공기록물을 안전하게 보존하여 후대에 계승하는 것은 매우 중요하다.
기록물의 종류 및 매체는 다양하지만 영구기록물관리기관의 보존기록물은 2016년 기준으로 종이기록물이 91.7%를 차지하고 있다.
현재 「공공기록물 관리에 관한 법률」에 의한 보존환경 공기질 기준은 기록물을 보존하기 위한 기준이 아니라, 일반 대기 및 실내 환경기준을 준용하고 있기 때문에 기록물 중심의 장기보존을 위한 과학적인 기준이 필요한 실정이다. 특히, 선행연구에서 종이기록물의 열화에 기여하는 오염물질로 밝혀진 대표적 산성 가스상 오염물질인 O3, SO2, NO2에 대한 연구 및 기준 설정이 시급하다.
이에 본 연구에서는 종이기록물의 안전한 보존관리를 위하여 보존서고 내 가스상 오염물질의 농도 분포 특성을 분석하고, 가스상 오염물질에 대한 기록물 손상위해성 평가 모델(damage risk assessment model) 및 기준치 설정을 위한 방법론(methodology)을 개발하였다. 또한 개발된 방법론을 활용한 O3, SO2, NO2에 대한 보존환경 공기질 관리기준 제안과 보존서고 내에서 O3, SO2, NO2의 저감기술 제안을 목적으로 하였다.
보존서고 내 종이기록물 보존관리를 위한 실내·외 공기 중 오염물질의 분포 특성을 분석하였으며, 결과는 다음과 같다.
첫째, O3, SO2, NO, NO2, NOx에 대한 보존서고 내 평균농도는 각각 0.99ppb, 1.18ppb, 6.46ppb, 5.17ppb, 10.40ppb로 조사되었으며, 건물외부 대기 중의 평균농도는 각각 10.91ppb, 1.28ppb, 8.18ppb, 8.17ppb 12.84ppb로 조사되었다.
둘째, 보존서고 내 가스상 오염물질의 농도 분포 특성은 외기의 영향을 받는 것으로 분석되었으며, O3, NO의 경우 1시간 간격을 두고 실내·외 농도가 유사한 분포 특성을 나타냈다.
건강위해성 평가(health risk assessment)의 질병 발현 이론을 기록물 손상의 경우로 적용하여 비발암성 물질의 질병 발현 이론인 역치(threshold) 용량 이상에 노출되어야 질병이 발현된다는 이론과 같이 기록물의 손상이 발생되는 즉, 기록물의 화학적 변화(열화)는 일정 용량 이하의 노출에서는 발생하지 않으며, 역치(threshold) 용량 이상에 노출되어야 손상이 발현된다 할 수 있다. 이에 비발암성 물질에 대한 건강위해성 평가의 질병 발현 가능성 평가 이론을 기록물 손상위해성 평가 모델의 손상 발현 가능성 평가 이론으로의 개념을 정립하여 개발하였다.
기록물의 열화에 기여한다고 알려진 O3, SO2, NO2에 대하여 종이기록물의 손상위해성 평가 결과 본 연구에서 분석 및 제시된 평균농도에서 지속적인 노출시 열화가 나타날 수 있는 보존연수는 각각 52년, 150년, 165년으로 추정되었으며, 최고농도에서 지속적인 노출시 열화가 나타날 수 있는 보존연수는 각각 20년, 85년, 50년으로 나타났다. 또한 오염물질별 노출에 의한 기록물의 손상위해도에 대하여 결정론적 평가에서 발생될 수 있는 불확실성을 제거하기 위해 몬테카를로 모의실험을 100,000번 실행한 결과, 100년 이내에 열화에 의한 손상이 발생될 확률이 O3, SO2, NO2 오염물질별 각각 O3 83%, SO2 36%, NO2 22%로 분석되었으며, O3에 대한 관리가 시급한 것으로 사료된다.
본 연구수행을 통해 개발한 손상위해성 평가 모델을 활용하여 종이기록물 손상 예방을 위한 관리기준을 산출하고, 국제기준(ISO-11799) 및 산출된 기준의 달성 가능성을 고려하여 최종 보존환경 관리기준을 제안하였으며, 이 관리기준의 성공적 달성을 위해 단계별 관리기준을 제안하였다.
O3, SO2는 국제표준의 기준치인 10ppb 수준으로 강화하는 것을 제안하며, 향후 기록물 보존관리의 선진화 및 종이기록물의 항구적인 보존을 위해서 본 연구의 결과인 O3은 1ppb, SO2는 2ppb로 강화하는 것을 제안하였다. 또한 기존에 NOx의 경우는 실내에서 안정적인 물질이며, 선진국에서 기준으로 사용하는 NO2로 기준을 변경하고, 기준의 달성가능성을 고려하여 대기환경 연간기준치인 30ppb 수준으로 중간기준을 제안하며, 향후 5ppb로 강화하는 것을 제안하였다.
또한, 보존서고 내 가스상 오염물질 관리를 위해서 공조 시스템 내부에 저온플라즈마 유전체 베리어 방전, TiO2를 활용한 광촉매 및 활성탄 필터(carbon filter) 방식이 혼합된 하이브리드 공기정화 장치를 설치할 것을 제안하였다.
본 연구에서 개발한 손상위해성 평가 모델은 기록물의 항구적인 보존을 위한 과학적인 기준치 설정에 대한 방법론으로 정립될 수 있으며, 다양한 매체의 기록물 보존을 위한 손상위해성 평가 및 보존환경 기준치 설정에도 활용 될 수 있을 것이다. 또한 기록물을 장기간 항구적으로 보존할 수 있는 정책 등의 수립에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구 배경 1
• 제 2 절 연구 필요성 및 목적 3
• 제 3 절 연구 내용 및 범위 4
• 제 2 장 이론적 고찰 6
• 제 1 절 종이의 특성 및 열화 6
• 제 2 절 가스상 오염물질에 의한 기록물 열화 특성 13
• 제 3 절 국내·외 연구 동향 16
• 제 4 절 국내·외 기록물 보존관리 현황 및 관리 기준 22
• 제 5 절 몬테카를로 모의실험의 불확실성 분석 24
• 제 6 절 손상위해성 평가 모델 개발을 위한 가설 및 이론 27
• 제 3 장 보존서고 내 가스상 오염물질 농도 분포 특성 34
• 제 1 절 측정 및 분석 방법 34
• 제 2 절 보존서고 내 가스상 오염물질 분포 특성 38
• 제 4 장 손상위해성 평가기법 방법론 개발 57
• 제 1 절 손상위해성 평가 모델의 개념 수립 57
• 제 2 절 손상위해성 평가 모델의 개발 60
• 제 5 장 종이기록물 손상위해성 평가 70
• 제 1 절 손상위해성 확인(damage identification) 70
• 제 2 절 용량-반응 평가(dose-response assessment) 77
• 제 3 절 노출평가(exposure assessment) 83
• 제 4 절 손상위해도 결정(damage characterization) 86
• 제 5 절 몬테카를로 모의실험을 이용한 불확실성 분석 90
• 제 6 장 보존서고 내 가스상 오염물질별 관리기준 95
• 제 1 절 손상위해성 평가 모델을 통한 보존 기간별 농도기준 산출 95
• 제 2 절 손상위해성 평가 모델을 통한 관리기준 98
• 제 3 절 보존환경 관리기준 106
• 제 7 장 보존서고 내 가스상 오염물질의 저감 기술 고찰 109
• 제 1 절 가스상 오염물질의 저감 기술 고찰 109
• 제 2 절 보존서고 내 가스상 오염물질의 저감 기술 적용 제안 116
• 제 8 장 결 론 120
• < 참고문헌 > 124
• Abstract 133

참고문헌 (Reference)

1 환경부, "null", 노출평가지침서, 2001

2 신종순, 지찬호, 이귀복, 윤대현, "기록보존의 실체", 세화, 96-112, 2002

3 윤병호, "종이의 열화 및 보전대책", 제지기술, No. 4, 1995

4 신종순, "자료의 생물학적 열화대책", 한국기록관리협회, 기록관리보존, (4), 63-88, 1999

5 박창승, "기록이 없으면 역사도 없다", 한국기록관리협회, 기록관리보존 11, 9, 2007

6 김진식(Jin-Sik Kim), 김신도(Shin-Do Kim), 신호용(Ho-Yong Shin), 이경빈(Kyoung-Bin Lee), "보존서고의 공기질 실태 조사", 한국생활환경학회, 한국 생활환경학회지 21(3), 337-343, 2014

7 임태빈, "공기조화설비에서의 공기청정 기술", 한국공기청정협회, 공기청정기술지 제24호, 110, 1994

8 손혜경, "종이기록물의 보존환경과 개선방안", 부산대학교 일반대학원 문헌정보학과 석사학위눈문, 2000

9 김신도, 이정주, 부문자, "국립중앙박물관의 실내 공기질 조사", 대한설비공학회, 공기 조화 냉동공학회 1996년도 하계학술발표 논문집, 122-27, 1996

10 김우재, 조장우, 이철민, 이정주, 봉춘근, 김윤신, "서고환경의 실내 공기질에 관한 연구", 한국실내환경학회, 한국실내환경학회지 6(2), 92-101, 2009

11 최경화, "종이의 보존 대책-산성지의 탈산처리", 강원대학교 대학원, 강원대학교 대학원 임산공학과 석사학위논문, 1999

12 최성호, 최순기, "지하철 이산화질소 저감방안에 관한 연구", 한국철도 학회 추계학술대회 논문집, 2012

13 이상신, "특수기록관의 기록물 보존환경 개선 방안", 중부대학교 대학원 기록물관리학과 석사학위논문, 2012

14 윤병호, 최경화, 이명구, "종이 첨가제가 종이의 노화에 미치는 영향", 한국산림바이오에너지학회, 산림바이오에너지 21(2), 25-33, 2002

15 공성용, 구현정, "사업장 질소산화물 저감기술의 평가 및 비용 분석", 한국환경정책평가연구원, 한국환경정책 평가연구원, 2002

16 김명남, 임보아, 이선명, 김서진, "이산화질소(NO2) 농도에 따른 전통 직물의 손상 특성", 한국문화재보존과학회, 보존과학회지 29(3), 197-207, 2013

17 김명남, 임보아, 이선명, "종이의 보존을 위한 이산화황 가스(SO2)의 영향 평가", 펄프 종이기술 44(6), 15-20, 한국펄프 종이공학회, 2012

18 김동주, "공동주택 환기시스템의 효율적 운전 방안에 관한 연구", 석사학위논문 , 한양 대학교 공학대학원, 2007

19 김신도, 김형진, "공기 중 유해성분에 의한 종이 기록물의 열화특성 연구", 국가기록원, 2013

20 유성옥, "일반대기 중 다이옥신의 인체 위해성 평가에 관한 연구", 서울시립대학교 대학원, 서울 시립대학교 대학원 환경공학과 석사학위논문, 2000

21 윤일호, "광촉매(TiO2) 블록을 이용한 대기 중 NOx 저감에 관한 연구", 석사학위논문, 서울시립대학교 대학원 환경공학과, 2016

22 최경화, "산과 금속에 의한 종이의 노화 및 보존 처리에 관한 연구", 강원대학교 대학원, 강원대학교 대학원 임산공학과 석사학위논문, 2004

23 배현주, 정문호, 유승진, 양원호, "물질수지 모델을 이용한 주택 실 내의 이산화질소 감소율", 한국환경보건학회, 한국환경위생학회지 27(2), 145-152, 2001

24 노은숙, 이승은, "용산 새 국립중앙박물관 수장고와 전시실 환경 관리 및 측정", 박물관 보존과학 제7권, 75~87, 2006

25 김성수, "국내 농산물 중 다환방향족탄화수소류의 오염실태 및 위해성 평가", 박사학위논문, 강원대학교 대학원, 2008

26 최경화, 정혜영, 장혜미, 양은정, 강영석, "인공열화 시 질소가스가 밀랍본 시제품의 열화특성에 미치는 영향", 한국펄프·종이공학회, 한국펄프 종이공학회 학술 발표논문집, 32-32, 2013

27 이윤석, "몬테카를로 시뮬레이션을 활용한 도로에서 차량 당 CO2 배출량 연구", 대한교통학회, 경기대학교 대학원 도시교통공학과 석사학위논문, 2012

28 신호영, "보존서고내의 기록물에 이산화질소(NO2)가 미치는 영향에 대한 연구", 서울시립대학교, 서울시립대학교 대학원 환경공학과 석사학위논문, 2015

29 최경화, 조정혜, 정혜영, 강영석, "건식 인공열화 시 밀랍본 시제품의 제본부위별 광학적 특성변화 비교분석", 한국펄프·종이공학회, 펄프 종이 기술 43(3), 98-105, 한국펄프 종이공학회, 2011

30 신혜수, "보육시설의 실내공기 중 휘발성유기화합물 분포 특성 및 건강위해성 평가", 한양대학교 대학원 보건학과 박사학위논문, 2012

31 박재홍, "저온플라즈마-UV광촉매필터 하이브리드 환기유닛을 이용한 실내공기질 개선", 석사학위논문, 연세대학교 대학원 기계공학과, 2004

32 김윤신, 이철민, 노영만, "문화재 보존환경 대상 물리적 환경인자 및 유해화학오염물질 선정에 관한 연구", 한국실내환경학회, 한국실내환경학회지 6(2), 135-148, 2009

33 김대선, 정해원, 박재성, "국내환경역학조사 및 위해성평가에서 나타나는 불확실성의 종류와 대응방안 연구", 한국환경보건학회(구 한국환경위생학회), 한국환경위생학회지 29(5), 101-109, 2003

34 신종순, 전양, "인공열화에 의한 종이 Permanence 의 물리화학적 및 속도론적 연구 (제1보)-물리적 성질 및 속도론적 고찰", 펄프 종이기술 24(4), 36-48, 1992

35 김유승, "공공기록물 관리에 관한 법률의 제정 의의와 개선방안: 국가 기록원의 위상과 국민의 알권리를 중심으로", 한국기록관리학회지 8(1), 5-25, 2008