포르말린(formalin, aq HCHO)은 약 37%의 폼알데히드(formaldehyde, 기체)를 물에 용해시킨 수용액으로 우리 삶에서 자주 접할 수 있다.

 

주로 방부제와 소독제로 사용되며 초ㆍ중등학교 과학 실험실에서 표본 병 내 생물 표본을 보존하거나 연구 목적으로 사용된다. 

 

또 빠른 시공과 편리한 공법으로 인해 실내 건축 공사에서 접착제나 단열재로 쓰인다. 문제는 ‘새집증후군’의 주범이라는 사실이다.

 

시공 이후 폼알데히드(1군 발암물질)가 발산되면서 인체의 호흡기 문제뿐 아니라 피부 자극, 알레르기 등 각종 질환을 초래하기 때문이다.

 

발생 일시	발생 장소	내용
2019년 7월	서울 A 초등학교 과학실	포르말린(37% aq HCHO) 누출로 인해 1천여 명이 넘는 학생과 교직원 대피, 전교생 하교
2019년 10월	경기 수원시 B 고등학교 과학실	포르말린이 담긴 표본 병을 폐기물 수거 업체로 폐기ㆍ반납하던 중 2ℓ 용량의 표본 유리병에 금이 가면서 누출 학생 7명과 교사 1명은 두통 등을 호소해 병원으로 이송, 700여 명의 학생과 교직원이 운동장으로 대피
2022년 10월	경남 밀양시 C 고등학교 과학실	포르말린 누출로 학생과 교사 17명 두통과 메스꺼움 등으로 병원 이송. 213명의 학생과 교직원 조기 귀가

▲ 최근 발생한 대표적인 포르말린 누출 사고사례

 

전국 시도 소방 Hazmat 대응부서가 제공한 ‘2020~2022년 화학사고 이력 물질’에 따르면 초ㆍ중등교육 기관 과학실에서 발생한 화학물질 중 ‘금속 수은(Hg)’이 가장 높은 사고빈도를 보였다. ‘포르말린(aq HCHO)’은 여섯 번째로 나타나는 등 교육기관에서의 화학물질 사용 실태와 관리가 중요한 문제로 부상했다.1)

 

시도 소방 Hazmat 대응부서 출동 건수뿐 아니라 구급 활동 출동 건수를 포함한 최근 8년간(2016~2023년) 국내 포르말린(aq HCHO) 사고 세부 출동 이력을 살펴보면 다음과 같다. 

 

▲ 그림 1. 지역별 포르말린 누출 사고 현황

 

지역별로는 경기(17건, 21.8%), 경북(15건, 19.2%)이 가장 높았고 충남(7건, 9.0%), 부산ㆍ전남(각 6건, 7.7%), 서울ㆍ대전(각 5건, 6.4%), 대구ㆍ인천ㆍ광주ㆍ울산ㆍ강원ㆍ전북ㆍ경남(각 2건, 2.6%), 충북ㆍ제주ㆍ창원(각 1건, 1.3%) 순이었다.

 

▲ 그림 2. 연도별ㆍ시간대별 포르말린 누출 사고 현황

 

연도별로는 2016년(4건, 5.1%), 2017년(11건: 2+9건, 14.1%), 2018년(3건, 3.8%), 2019년(22건, 28.2%), 2020년(16건, 20.5%), 2021년(8건, 10.3%), 2022년(7건, 9.0%), 2023년(7건, 9.0%)이었다. 2017년 9건은 경북 포항지진(2017. 11. 15.)에 기인한 결과다. 

 

발생 시간대별로는 일과 시간대인 9~12시(25건, 32.1%),  12~15시(23건, 29.5%), 15~18시(20건, 25.6%)대에서 매우 높은 빈도를 나타냈다. 그 외 저녁 시간대인 18~21시(5건, 6.4%), 21~24시(3건, 3.8%), 0~3시(2건, 2.6%)의 순이었다.

 

▲ 그림 3. 장소별 포르말린 누출 사고 현황

 

장소별로는 교육기관(66건, 84.6%)이 월등히 높았다. 사업장(4건, 5.1%), 기타(8건: 도로상 차량 3, 주택 2, 지하 2, 이용원 1) 등에서도 사고가 발생했다. 교육기관 누출 사고를 세부적으로 살펴보면 유치원(6건, 9.1%), 초등학교(20건, 30.3%), 중학교(20건, 30.3%), 고등학교(14건, 21.2%), 대학교(6건, 9.1%)에서 발생한 사실을 확인할 수 있었다.

 

▲ 그림 4. 교육기관 시간대별 포르말린 누출 사고 현황

 

전국 교육기관 포르말린 누출 사고를 세부적으로 살펴보면 초ㆍ중등학교 사고 발생 시간대는 주로 일과 시간대인 9~12시 사이에 21, 12~18시 사이에 32건으로 수업이 진행되는 동안 발생했다. 유치원의 경우 오후(12~18시, 4건)와 저녁(18~21시, 2건) 시간대에 일어났다. 

 

대학교에서는 장시간 소요되는 실험의 특수성으로 늦은 저녁(18~24시, 3건)과 새벽(0~3시, 2건)에 빈번하게 발생하는 경향을 보였다.

 

교육기관 내 시간대별 포르말린 사고를 분석한 결과 유치원, 초ㆍ중ㆍ고등학교는 일과시간 안전교육과 감독 모니터링이 중요하고 대학교는 새벽이나 늦은 시간의 실험 안전이 필요한 것으로 나타났다. 

 

현행 소방 Hazmat 대응부서에서는 포르말린 용액 누출 사고 시 신속한 환기와 희석 작업을 통해 공기 중의 유해 물질 농도를 낮추는 동시에 ‘화학 흡착포’와 같은 물리적 흡착제를 이용해 액체 상태의 화학물질을 흡수하거나 제거하고 있다.

 

하지만 대기 중으로 생성ㆍ확산하는 폼알데히드 기체의 체계적인 독성 포집ㆍ제거 대응 기술은 여전히 부족한 실정이다. 

 

포르말린(3)	중탄산나트륨(1)	가성소다(3)	요소(1)
건강 위험성(청색◆): 4(치명적)｜3(매우 유해)｜2(유해)｜1(약간 유해)｜0(안전)

▲ 그림 5. NFPA 704 건강 위험성

 

포르말린 용액은 약산성을 띠고 반응성이 커서 적절한 화학 반응을 통해 유독성을 지녔고 포르말린 화학구조인 알데히드기(-CHO)를 분해함으로써 유해성을 원천적으로 차단할 수 있다.

 

이를 규명하기 위해 포르말린 수용액과 디젤 차량 매연 저감 장치에 첨가하는 ‘요소수’, 식품 첨가제로도 사용되는 ‘중탄산나트륨(베이킹파우더)’ 등 몇 가지 염기 후보 물질 발굴을 시도했다.

 

‘중탄산나트륨’과 ‘요소수’는 NFPA 704 건강 위험성(청색)에서 대체로 안전하고 인체에 해가 낮은 물질로 알려져 있다.

 

▲ 그림 6. BTB 지시약 투여: ‘세 가지 후보 염기성 물질’과 ‘산성 포르말린’

 

우선 화학 반응의 결과를 색깔의 변화와 용액의 탁명도 등으로 간편하고 신속하게 확인하기 위해 각 용액에 소량의 BTB(bromothymol blue) 지시약을 투여했다. BTB 지시약을 통해 산성(→노란색), 염기성(→푸른색), 중성(→녹색) 용액으로 색깔 변화를 확인할 수 있다.

 

가성소다 수용액(aq NaOH)과 중탄산나트륨 수용액(aq NaHCO3), 요소 수용액(32% aq H2NCONH2)은 모두 염기성을 가지므로 ‘푸른 용액’, 포르말린 용액(aq HCHO)은 약산성을 가지므로 ‘노란 용액’으로 변했다.

 

▲  포르말린에 GC-MS 고유 피크: 1.43min      ※ 1.41 & 1.52 min: 용매 고유 피크

 

▲ 포르말린에 ‘가성소다(수용액)’ 투여 → 녹색 변화 → GC-MS 분석, 1.43min 포르말린 피크 제거(파괴)  ⇢ 포르말린 원천적 독성 제거

 

▲ 포르말린에 ‘중탄산나트륨(수용액)’ 투여 → 녹색 변화 → GC-MS 분석, 1.43min 포르말린 피크 제거(파괴)  ⇢ 포르말린 원천적 독성 제거

 

▲ 포르말린에 ‘요소수(용액)’ 투여 → 노란색(변화 없음) → GC-MS 분석, 1.43min 포르말린 피크 잔류(반응 없음) ⇢ 포르말린 독성 잔류

▲ 그림 7. 포르말린 용액과 세 가지 후보 염기 물질의 반응 결과

산성을 띠는 포르말린 용액(1)에 염기성을 띠는 가성소다 수용액(2)과 중탄산나트륨 수용액(3)을 각각 몇 방울 투여한 결과 ‘초록색 용액(중성)’으로 변화됨을 확인했다.2) (2), (3) 수용액처럼 염기성을 띠는 요소수(4)의 경우 과량을 투여했는데도 노란색 포르말린 용액(1)의 색깔 변화가 없음을 확인할 수 있었다.

 

GC-MS(Gas Chromatography-Mass Spectrometry, 기체 크로마토그래피 질량분석기)를 이용해 포르말린 용액(1)에 세 가지 염기 화학물질(2, 3, 4) 반응 후 포르말린(1) 성분의 잔존 여부를 확인했다.

 

즉 포르말린(1)의 고유한 머무름 시간(retention time, RT)인 피크(1.43min)가 염기 화학물질(2, 3, 4)과 반응한 후에도 그대로 유지하는지 또는 사라졌는지를 파악했다. 

 

그 결과 가성소다 수용액(2)과 중탄산나트륨 수용액(3)의 경우 포르말린(1) 고유 피크(1.43 min)가 제거됨을 확인했다. 이는 유독한 포르말린 성분이 원천적으로 제거됨을 의미한다. 하지만 요소수(4)는 피크(1.43min)의 사라짐 없이 그대로 잔류돼 포르말린 성분이 제거되지 않았음을 확인할 수 있었다.

 

제거 기술 처리 (전)	제거 기술 처리 (후)
HCHO + 2NaHCO3 → CO2 + H2O + 2HCOONa
 포르말린(HCHO) - 건강 위험성(3) 화재 위험성(4) - 1군 발암물질(※ TWA 0.75㏙, STEL 2㏙)	 폼산나트륨(HCOONa) - 건강 위험성(1) 화재 위험성(0) - 고체(염), 상대적 안전
	 이산화탄소(CO2) & 물(H2O) - 안전(※ CO2: 밀폐공간 질식 우려)

▲ 그림 8. 포르말린 제거ㆍ처리 전후 화학물질 유해성 평가ㆍ대응 기술

 

연구를 종합해 보면 염기성을 갖는 중탄산나트륨 수용액(aq NaHCO3)을 분무 주수 또는 중탄산나트륨(NaHCO3) 분말을 살포 처리해 독성 포르말린(액체)을 원천적으로 제거하면서 폼알데히드 독성 기체 노출로부터 안전을 확보할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 

 

따라서 포르말린 누출 시 대기 중으로 빠르게 확산하는 폼알데히드 독성 기체의 체계적인 포집ㆍ제거 대응 기술 마련이 가능해질 전망이다. 

 

최근 교육기관에서는 학생과 교직원의 안전을 최우선으로 사고 위험 최소화를 위해 포르말린 활용 대체 방안과 교육 프로그램을 도입하는 중이다. 

 

이들에게 포르말린 대신 상대적으로 독성이 낮고 안전한 글리세린이나 알코올 등의 대체 물질을 활용하는 방안과 동식물 표본 대신 가상현실(VR) 교육 기반 마련 등을 제안하고 싶다.

 

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1) 조철희 “최근 국내 화학사고 통계 분석: 소방청 기초자료 중심으로”, 한국위험물학회지, 2023, 11(1), 49-57

2) 가성소다(2)와 중탄산나트륨(3) 수용액 농도는 반영하지 않음.

 

국립소방연구원_ 조철희 : chcho119@korea.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2025년 1월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

 

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