2.1 REME 기술(3)

REME 기술에 적용된 금속촉매는 4중금속 수화물로 이루어져 있으며, 이산화티타늄(TiO₂), 은(Silver), 구리(Copper), 로듐(Rhodium)의 4원 금속촉매와 UV 및 Ion Generator를 적용하고, 아래 반응을 유도하여 산소음이온(O₂^-)수산화기(OH^-), 과산화수소(H₂O₂)를 발생시켜 미생물 오염원(Microbes) 가스 및 분진을 동시에 복합적으로 제거하는 메커니즘으로 구성되어 있다.

O₂ + e^- → O₂^-

2O₂^- + 2H₂O → o₂ + H₂O₂ + 2OH^-

2.2 REME 기술의 특징

앞서 설명한 바와 같이 REME System은 구리, 은, 로듐의 복합 촉매작용으로 산소음이온(O₂^-), 수산화기(OH^-)와 같은 강력한 산화제로 여러 종류의 유기화합물 및 질소산화물(NO, NO₂)의 분해와 동시에 공기중 H₂O₂ 농도를 자연상태인 0.02 ppm정도로 유지하여 실제 공조시스템에 적용시 공기순환에 따른 살균을 위한 사각공간을 없앨 수 있어 공기청정의 효율성을 개선할 수 있다고 알려져 있다. 미국 직업안전보건국(OSHA)의 H₂O₂의 PEL 농도는 1 ppm(1.4 mg/m³)이며, 대기중 자연상태 조건의 H₂O₂의 농도는 0.01~0.03 ppm으로 설정되어 있다. 따라서 REME의 적용시 H₂O₂의 발생에 따른 건강상의 문제는 발생하지 않는 조건에서 H₂O₂의 자연살균 능력을 실내의 공기살균에 효과적으로 이용할 수 있다는 것이 차별화된 중요한 특징으로 알려져 있다.(5)

3.1 성능실험 개요

반사 전자기에너지(REME) 공기정화살균 기술을 적용한 REME System을 공기살균 성능실험용 시험실에 설치하였다. 설치 전후의 살균성능을 비교하기 위해서 Biological Indicator(BI)로 사용되는 Geobacillus 균주(비병원성 Geobacillus stearothemophilus, MagnaAmp -2.4×106 Spore/ml)를 표본균으로 사용하여,(6) 풍량 및 환기횟수 등 설정된 실험조건에서의 시간의 경과에 따른 Geobacillus 부유균의 사멸율을 평가하였다. 비병원성의 Geobacillus 균주를 표본균으로 한 성능실험과 동시에 REME System의 현장 적용성을 확인하는 살균성능 모니터링을 실제 병원에 설치하여 그 적용성을 확인하고자 하였다. 이와 같은 현장 확인실험은 환자들이 직접 출입하여 진료하고 있는 의료기관에서 실제로 수행해야 하는 관계로 장소확보 문제 등으로 장기간 수행하지 못하였고, REME System의 현장 적용성을 확인하는 기초실험으로 수행하였다.

3.2 BL3 실험용 시험실을 이용한 실험장치

실험에 사용한 BL3 실험용 시험실은 충북 오송에 있는 W사의 연구소에 위치하고 있으며, 실험용 시험실의 크기는 길이 3.7 m 폭 4.1 m, 천정고는 2.7 m이며, 천정에 0.305 m×0.305 m의 정방형의 급기구와 배기구가 설치되어 있다. 최대 급기풍량 2,300 CMH, 송풍기 토출압력이 80 mmAq, 전자전극봉식의 가습기 용량 3 kg/h, 냉방코일(7,500 kcal/h), 난방코일(5,000 kcal/h)을 설치하여 하계와 동계에 시험실내의 온습도를 BL3 실험실 조건으로 조정이 가능하며, BL3 실험을 위해서 전외기, 전배기 운전이 가능한 구조로 되어 있다. 실험수행을 위하여 풍량범위 11,050 CMH 이하의 REME HVAC-3.5 모델을 실험조건에 따라 시험실의 리턴덕트에 설치하였다. Fig. 2는 리턴덕트의 중심부에 설치한 REME HVAC-3.5 모델을 보여주고 있다. Fig. 3은 시험실의 덕트 평면배치를 나타내고 있으며, Fig. 4와 table 1은 공조기실에 설치된 공조기와 사양을 나타내었다.

3.3 실험의 수행

3.4 실험결과 및 고찰

앞서 설명한 바와 같이 Fig. 6은 비병원성의 Geobacillus 균주를 표본균으로 한 시험실에서의 성능실험과 동시에 REME System의 현장 적용성을 확인하는 살균성능 모니터링을 실제 병원에 설치하여 그 적용성을 확인한 실험결과를 나타내고 있다. 5일 동안 I시 의료원의 공조기 내부에 REME를 설치하고 설치 전후의 병원내의 호흡기 상담실 앞, 중앙 내시경실 앞, 외래 대기실, 건강증진상담실 내부 등 4개 지점에서 샘플링한 일반 부유세균의 측정치를 비교하였다. 측정은 각 구역의 중심위치에서 2개의 Air Sampler(사용배지 : Plate Count Agar, PCA)를 사용하여 분당 80liter의 일정유량조건에서 동시에 5분씩 공기포집을 하고 37.5℃ 정치 배양기에서 2일 배양한 후 세균수를 측정하고, 이를 Air Sampler 장비 제조사에서 공급하는 집락 계수 환산표를 사용하여 보정하여 사멸율을 산정하였다. 그 결과 가동 전 가장 많은 수의 균이 검출되었던 외래 대기실의 경우 약 51%의 감소하였으며, 다른 구역들도 각각 호흡기상담실 앞 26%, 중앙 내시경실 앞 24%, 건강증진상담실 내부 6% 정도의 감소율을 나타내었다. 5일간의 가동에 따른 4개 지점의 평균값은 122(CFU/m³)에서 85(CFU/m³)로 약 31% 정도 일반 부유세균이 감소하는 것으로 나타나고 있다. 이와 같은 현장적용실험은 실제로 진료가 이루어지는 상황에서 장소확보 문제 등으로 장기간 수행되지는 못하였지만 5일이라는 단기간의 작동으로 실제적인 효용성을 보여준다는 것을 확인할 수 있는 결과로 판단된다.

Fig. 7은 앞서 설명한 실험방법으로 Geobacillus 균주 분무를 필터 통과전인 B와 필터 통과후인 A에서 분무할 경우 REME System을 Off한 경우와 On한 경우 시험실에서 측정한 공중 부유 낙하균의 샘플링 수를 비교하여 나타내었다. 분무를 A위치에서 한 후 실험을 수행하고, 생물안전3등급 연구실험에서 수행하는 절차에 따라 훈증후(9) 3일 경과 후 다음 실험을 진행하였다. 그 결과 필터 통과 후에 분무하는 A의 경우가 필터 통과 전에 분무하는 B에 비해서 시간의 경과에 따른 균주수의 누적값은 크게 나타나고 있음을 알 수 있다. 이는 처음에 필터를 통과하지 않은 상태로 시험실로 급기되어 나타나는 현상으로 판단된다. A와 B 두 경우 모두 REME System을 가동하는 경우 샘플링 되는 균주수가 최대 67% 정도 감소하는 것으로 나타나고 있어 앞서 I시 의료원의 부유세균의 감소하는 경향과 일치하는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 8과 Fig. 9는 각각 Geobacillus 균주 분무를 필터 통과전인 B와 필터 통과후인 A에서 분무할 경우 REME System을 Off상태와 On시킬 경우 시험실에서 Particle Counter(CEM DT-9880M)로 측정한 입경에 따른 발생 입자수를 나타내었다. Fig. 8과 Fig. 9에서 y축은 시간의 경과에 따른 입자수를 입자문부를 시작하기 전의 시험실내의 입자수로 무차원화하여 나타내었다. Fig. 8에서 공조기내에 필터를 통과하기 전 B에서 분무한 경우 분무개시 전에 측정한 입자수에 대한 시간 경과에 따른 입자수의 비는 0.3 μm에서 10 μm의 모든 경우 REME를 On한 경우인 실선의 경우가 REME를 Off한 경우인 점선보다 약간 감소하는 것으로 나타나며, 일부 입자경의 경우 혼재되어 나타남을 알 수 있다. 그러나 Fig. 9에서 공조기내에 필터를 통과한 후 A에서 분무한 경우 분무개시 전에 측정한 입자수에 대한 시간 경과에 따른 입자수의 비는 0.3 μm에서 10 μm의 모든 경우 REME를 On한 경우인 실선의 경우가 REME를 Off한 경우 점선보다 확연히 감소하는 것으로 나타나고 있어, REME를 가동할 경우 입자제거에 대단히 효과적인 것을 알 수 있다. 이와 같은 경향은 I시 의료원의 부유균 실험에서도 확인할 수 있었다. Fig. 8에서 공조기 내에 필터를 통과하기 전 B에서 분무한 경우는 분무한 입자가 시험실로 이동하기 전에 공조기의 필터에 의해 상당량이 포집된 영향으로 판단된다.

table 2에 앞서 설명한 바와 같이 Geobacillus 균주 분무를 필터 통과전인 B와 필터 통과후인 A에서 분무할 경우 REME System을 Off한 경우와 On한 경우 시험실에서 샘플링한 공중 부유균의 누적 값을 나타내었다. 필터 통과전인 B와 필터 통과후인 A에서 분무할 경우 REME System을 작동시킬 경우가 REME System을 정지할 경우에 비해서 분무상태에서 약 33.3%~67%의 균주수가 감소하는 것으로 나타나 REME System에 의한 살균성능을 확인할 수 있다.

이와 같은 Biological Indicator(BI)로 사용되는 비병원성 Geobacillus stearothemophilus를 이용한 실험결과와 현장 적용실험 결과는 향후 보다 더 다양한 환경에서의 적용사례를 통하여 신종감염병을 예방할 수 있는 경제적이며 실제적인 기술로 구현되어야 할 것으로 판단된다.