1장 과업의 개요 · 2018. 10. 18. · 7 제 2 장 실내 공기질의 현상 및 과제 Korea...

1 제 1 장 서 언

Korea Institute of Science and Technology Information

중국발 스모그에 의한 서울지역시간별 미세먼지 농도변화

제 1 장 서 언◦중국발 황사, 스모그 등은 우리나라 대기 및 실내 환경에 지속적인 영향을 미치고 있다. 겨울철이 시작되면 기후적인 영향으로 연무에 의한 미세먼지 발생이 증가하고, 여기에 중국으로부터의 스모그 영향이 겹쳐 우리나라의 미세먼지 농도가 치솟는 경우가 빈번하게 발생하고 있다. 에서 알 수 있는 바와 같이 중국으로부터 황사가 오는 시기에는예년의 평균농도보다 훨씬 높음을 알 수 있다.

◦황사는 발원지인 중국의 고비사막 및 내몽골고원 등에서 발생하여, 건조상태가 지속되고 대륙고기압이 확장할 때 북서풍을 타고 우리나라로 많

이 유입되는 것으로 추정되고 있다. 연간 황사 관측일수는 80년대에는2.9일, 90년 5.3일, 2000년에는 9.8일로 증가 경향을 보이고 있으며, 최근 2년간은 유입일수가 적었으나, 금년에는 현재까지 황사가 8일이나 유입되어 다른 해보다 많이 관측되고 있는 실정이다.

2 제 1 장 서 언


연간 황사 관측일수 추이

◦한편, 우리나라의 미세먼지 농도는 지속적으로 개선은 되고 있으나, 선진국 대도시에 비해 아직 2배 이상의 수준이다. 최근 10여 년 동안 미세먼지 농도는 지역에 따라 최대 40%까지 감소하고 있다. 2005년부터 시행된 수도권 대기환경개선 특별대책 의 영향으로 2003년 대비 2012년 서울시, 인천시, 경기도의 미세먼지 농도는 각각 40.6%, 23.0%, 27.9%의감소 경향을 보여, 친환경 자동차 보급과 함께 국가환경기준 50㎍/m3을만족하는 수준으로 개선되고 있다.

◦그러나 워싱턴, 런던, 동경 등 주요 선진국 대도시에 비해서는 여전히매우 높은 편이다. 2012년 서울시 41㎍/㎥, 인천시 47㎍/㎥, 경기도 49㎍/㎥로 대기오염도를 관측한 이래 가장 낮은 값을 기록하고 있으나, 워싱턴 12㎍/㎥, 동경 21㎍/㎥, 파리 27㎍/㎥, 런던 31㎍/㎥ 등의 선진국에 비해 여전히 매우 높은 수준이며, 북경의 73㎍/㎥에 비해서는 낮은편이다.

3 제 1 장 서 언


최근 10년간 수도권미세먼지 연평균 농도 변화

세계 주요도시 미세먼지연평균 농도비교(2012년)

◦환경부는 지금과 같은 미세먼지 오염도가 지속될 경우 수도권에서 호흡

기질환자 1만 여명, 기관지염 환자 80만 여명, 초과사망자 2만 여명 등이 발생할 것으로 예측하고 있어, 미세먼지가 건강을 위협하는 가장 큰영향 요소로 부각되고 있음을 알 수 있다. 또한 국민건강보험공단에 따르면 국민 4명중 1명 환경성 질환으로 병원을 찾는 것으로 알려지고 있다.

◦인구 1만명 당 환경성질환자 추이를 보면 에서 알 수 있는 바와 같이, 알레르기 비염은 2002년 631명에서 2009년에는 1,109명으로 연평균 8.4%의 높은 증가율을 보였으며, 천식도 423명에서 465명으로 증가하고, 아토피 피부염은 237명에서 211명으로 감소세에 있으나, 꾸준히발생하는 등 이들의 3대 환경성 질환 발생은 해가 거듭할수록 더욱 두드러지고 있다.

4 제 1 장 서 언


WHO 국가별 대기오염에 의한 사망자 추정

주요 환경성 질환 진료환자 수 변화 추이

◦한편, WHO에 의하면 우리나라는 인구 10만명 당 대기오염으로 인한 사망자수가 2004년 21명)에서 2008년 24명으로 증가하였으며, 우리나라보다 높은 사망자수를 나타낸 나라는 대부분의 후진국과 최근

경제성장이 급속하게 이루어지고 있는 중국뿐이라는데, 그 심각성이 있다.

5 제 1 장 서 언


◦ 환경부의 ‘다중이용시설 미세먼지 관리방안 마련을 위한 실내 공기질실태조사’에 따르면 황사철인 2014년 3∼5월 서울의 어린이집 12곳, 지하상가 6곳, 지하철역 12곳, 대구의 같은 시설 각 8곳 등 다중시설 54곳의 미세먼지를 측정한 결과 서울 지하상가를 제외한 모든 측정 장소에서

실내가 실외보다 미세먼지(PM10) 농도가 2배까지 높은 실정이다. 또한입자가 작아 호흡기 깊은 곳까지 침투해 PM10보다 인체에 미치는 영향이큰 초미세먼지(PM2.5)도 대구의 어린이집을 제외한 모든 장소에서 실내농도가 최대 2.8배까지 상승하고 있다.

◦현재 실내 미세먼지 농도 기준은 전세계적으로 없는 상황이며, 다만 세계보건기구(WHO)는 실외 즉 대기기준을 만들어 실내 공간에도 적용하도록 권장하고 있다. 우리나라는 아직 실외기준 조차 정비되지 않은 상태이며, 2015년 1월부터 PM2.5의 대기기준이 50㎍/㎥로 신설되어 적용할예정이지만 WHO의 대기기준은 이보다 2배 강력한 25㎍/㎥ 수준이다.

◦내년부터 시행할 우리나라 대기기준에 대해 실외에서는 거의 만족시키는

반면, 실내에서는 오히려 절반 이상의 측정 군이 이를 상회하고 있다. 서울의 어린이집 12곳의 PM2.5 실내 평균 농도는 53㎍/㎥로 WHO 기준의배를 초과하였으며, 일부는 이보다 높은 97㎍/㎥을 기록하고 있다. 또한미세먼지로부터 크롬, 아연, 납 등의 중금속도 검출되고 있으며, 중금속 등 총 금속 함유량 역시 대부분의 측정 군에서 실내가 실외보다 훨씬

높게 나타나고 있다.◦ PM2.5에 함유된 금속의 양은 서울 어린이집은 실내가 실외의 2배, 서울의 지하철은 7배 많으며, 지하철은 전동차의 휠과 레일 사이의 마찰에의해서 발생하는 금속입자 등이 원인이 되는 것으로 추정되고 있다.

6 제 1 장 서 언


구분서울 대구

실외 평균 실내 평균 실내 최대 실외 평균 실내 평균 실내 최대

어린이집 43 53 97 58 42 79

지하철 42 61 117 48 59 77

지하상가 38 39 47 37 39 50

초미세먼지(PM2.5) 농도

주) 측정 시기 2014년 3-5월 (단위 : ㎍/㎥, 24시간 기준) 현재 실내 기준은 없으며, 실외 기준은 WHO 25㎍/㎥, 한국 50㎍/㎥이하 자료 : “황사때 미세먼지 실내가 실외 2배… 외출자제 권고 무색”, 한겨레

(2014.10.17.)

◦국립환경과학원 조사결과에 따르면 한국인은 1일 중 20 시간 이상을 실내에서 생활하고 그 중 14 시간 이상을 주택 내에서 생활하고 있는 것으로 알려지고 있다. 그래서 가정, 사무실, 교통시설 등에 있어서 실내 공기는 건강에 지대한 영향을 미치게 되므로, 실내 공기질의 관리는 무엇보다 중요하다.

◦따라서 실내공기를 깨끗하게 유지하려면 먼저 외부 공기를 깨끗하게 하

여야 하고, 그 다음으로 실내에서 발생하는 오염의 차단이 중요하다. 특히 대기오염이 심각한 대도시는 오염된 대기가 실내로 유입되어 실내오

염을 가중시킨다는 점에서 대기와 실내 공기의 병행관리가 필요하다. ◦본 보고서에서는 우리의 건강과 위생에 심각한 영향을 미치는 실내 오염

물질의 저감기술에 관한 국내외 기술현황 및 연구동향, 특허동향, 시장동향 등을 살펴보고, 이를 바탕으로 향후 기술개발 방향을 제시하고자한다.

7 제 2 장 실내 공기질의 현상 및 과제


제 2 장 실내 공기질의 현상 및 과제제 1 절 실내 공기질의 중요성◦통상 인간은 일반적으로 하루에 대략 1~1.5kg의 음식물을 섭취하고 2kg 정도의 물을 마시며, 공기는 이보다 거의 10배에 달하는 약 10~13kg 정도를 마셔야 살 수 있고, 단 몇 분만 호흡을 멈추더라도 곧 사망하게 될만큼 공기는 중요하다. 그러나 최근 산업발달은 인간생활에 많은 편리함과 다양한 혜택을 주지만 건축자재의 기능 향상을 위한 복합 화학물질의

사용으로 인한 실내오염원의 증가와 에너지 절약을 위한 실내공간의 밀

폐화 등으로 실내 공기오염이 심화되고 있는 실정이다. ◦거기에다 제1장에서도 기술한 바와 같이 현대인들은 하루 중 80~90%이상의 많은 시간을 실내에서 생활하는 것으로 조사되고 있다. 특히 다양한실내 오염물질들은 실내공간에서 생활하는 거주자에게 새집증후군(SHS: Sick House Syndrome), 건물증후군(SBS: Sick Building Syndrome), 복합화학물질과민증(MCS: Multiple Chemical Sensitivity) 등의 질환을 쉽게일으킬 수 있으므로 실내 공기오염에 대한 인식이 새로운 사회적 관심사

로 부각되고 있다.제 2 절 실내 오염물질의 종류 및 특성◦실내에서 발생되는 오염물질로는 입자상 오염물질과 가스상 오염물질, 병원성세균 등으로 크게 분류할 수 있다. 입자상 오염물질로는 미세먼지(PM10), 중금속(Heavy metal), 석면(Asbestos) 등이 있으며, 가스상 오염물질로는 물질의 연소과정에서 주로 발생되는 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 아황산가스(SO2)와 사람의 호흡에 의해 발생되는 이산화탄소(CO2) 그리고 건축자재에서 많이 발생되는 휘발성유기화합물(VOCs), 포름알데히드(HCHO), 라돈(Rn), 악취(Odor) 등이 있다.

◦ 또한, 병원성 세균(Microbe)으로는 실내공기 중에 부유하는 부유세균과 낙하세균 등이 있다. “다중이용시설의 실내공기질관리법”에서는 지하



역사, 지하도상가, 보육시설, 의료기관, 찜질방, 대규모점포 등 22개의 시

설군을 다중이용시설로 규정하고, 실내공기 오염물질 가운데 미세먼지

(PM10), 이산화탄소(CO2), 포름알데하이드(HCHO), 총부유세균, 일산화탄

소(CO) 등 5개 물질에 대해서는 유지기준을 설정하여 반드시 지키도록

하고 있으며, 외부에 오염원이 있거나 오염도가 비교적 낮은 이산화질소

(NO2), 라돈(Rn), 총휘발성유기화합물(VOCs), 석면, 오존(O3) 등 5개 오염

물질에 대해서는 권고기준을 설정하여 자율적 준수하도록 하고 있다.

◦ 이하에서는 “다중이용시설의 실내공기질관리법”에서 유지기준 혹은 권고기준이 규정되어 있는 실내 오염물질을 중심으로 발생원, 특징 및 환

경기준을 살펴보고자 한다.

1. 미세먼지(PM10)◦미세먼지는 공기중의 고체 및 액체 상태의 입자를 통칭하는 것으로,

PM10 (Particulate Matter 10)은 입자의 크기(직경)가 10㎛이하인 것, PM2.5(Particulate Matter 2.5)는 입자의 크기(직경)이 2.5㎛ 이하인 먼지를 말하며, 미세먼지라 하면 통상적으로 PM10을 의미하며, 담배연기, 난방 및 조리를 위한 연소 기구, 진공청소기, 용제 사용, 복사기 및 프린터 등을 통해 발생되는 경우가 많다.

◦또한 입자의 크기가 작을수록 인체에 유해하며, 기도를 통해 체내에 들어가 각종 천식 등의 호흡기 질환을 일으키며, 알레르기, 진폐증, 암 등을 유발한다. 분진이 호흡기관 내 침투하는 결정적인 요건은 입자의 크기이며, 인체에 가장 유해한 입경은 0.5∼5㎛ 범위이이며, 특히 2∼4㎛의 범위에서 침착률이 가장 크다. 또한 중금속 등이 흡착 및 농축되면인체에 더 큰 영향을 미칠 수 있다.

2. 이산화탄소(CO2)◦이산화탄소는 탄소나 그 화합물이 완전연소하거나 생물이 호흡 또는 발

효할 때 발생하고 자연 상태에서 공기 중에는 약 0.035%정도 함유되어있으며, 실내의 경우 대부분이 인간의 호흡에 의해 발생한다. 이산화탄소는 무색, 무미, 무취의 기체로 공기보다 1.5배 정도 무겁다. 실외에서



는 대기오염물질로 분류되지는 않으나 실내에서는 공기질 또는 환기상태

의 척도로 사용되며, 이산화탄소 농도가 증가하면 호흡에 필요한 산소농도가 감소되므로 중요한 실내오염물질로 취급되고 있다.

◦일반적으로 1% 이상의 농도에서 장시간 노출되어지면 인체에 가벼운 문제들이 나타나며, 3%가 되면 호흡이 거칠어지고 4%가 되면 폐포 내의 이산화탄소가 증가하기 시작하여 호흡곤란, 두통 등의 증상을 일으킨다. 단시간이면 5%까지 인내가 가능하나 그 이상이면 호흡곤란을 초래하고, 8% 이상의 농도에서는 짧은 시간 안에 의식을 잃을 수도 있다. 이것은이산화탄소의 증가로 공기 중의 산소 농도가 감소하여 질식 상태에 이르

게 되기 때문이다.3. 일산화탄소(CO)◦일산화탄소는 무색, 무미, 무취의 비반응성 기체로 연소시 산소가 부족하거나 연소온도가 낮으면 불완전 연소가 되기 때문에 생성되는 것이다. 일산화탄소는 연탄의 연소가스나 자동차의 배기가스 중에 많이 포함되어

있으며, 큰 산불이 일어날 때도 주위에 산소가 부족하여 많은 양의 일산화탄소가 발생하고 담배를 피울 때 담배연기 속에 함유되어 배출된다. 가스레인지 등을 사용한 취사과정, 실내 난방기구 및 온수기 등에 의해농도가 증가할 수 있으며, 실내의 기압이 실외의 기압보다 낮을 때 발생하는 역류(Back-drafting) 현상도 일산화탄소 농도 증가의 원인이 될 수있다.

◦또한 일산화탄소는 인체 대사활동을 막는 물질로 5ppm에서 20분 정도 노출시 신경에 이상이 발생한다. 일산화탄소가 체내에 흡입되면 산소에 비해 헤모글로빈과의 친화력이 강해(약 200~300배) 혈액 중의 헤모글로빈과 결합하여 COHb가 되어 혈액의 산소운반능력을 저하시켜 조직을 질식시키고 생리적 기능을 저하시킨다. 2000ppm의 농도에서 2시간 노출시 사망에 이르게 된다.

4. 포름알데히드 (Formaldehyde, HCHO)



◦포름알데히드는 자극성 냄새(냄새역치 0.8ppm)를 갖는 무색의 가연성 기체로 발화점이 낮아 폭발 위험성이 있으며, 세균, 곰팡이, 바이러스 등의 생장을 저해하고 인체에 대한 독성이 매우 강한 것이 특징이다. 통상살균제나 방부제로 사용되며, 화학적으로 반응성이 강한 환원제로서 젤라틴, 아교 등과 같은 단백질과 쉽게 결합하여 중합체를 형성하므로 피혁, 폭약, 요소계·멜라민계 합성수지 제조, 접착제 등에 널리 사용되고있으며, 이들을 원료로 사용하는 단열재, 섬유옷감, 장농, 싱크대, 바닥재, 난방연료의 연소과정, 흡연, 생활용품, 의약품, 접착제 등으로부터발생한다.

◦포름알데히드는 VOCs의 한 종류로서 대표적인 실내오염물질이며, 눈, 코, 목 등의 자극 증상이 강하고, 구토, 두통, 어지러움, 졸음, 기억력, 집중력 저하 등을 초래한다. 동물 실험에서는 발암성이 있는 것으로 알려져 있으며, 미국, 캐나다에서는 사용이 금지되고 있다.

5. 총부유세균 등◦미생물성 물질의 발생원으로는 가습기, 냉방장치, 냉장고, 음식물 쓰레기, 주방하수구, 환기장치, 애완동물, 해충, 화분, 봄철 꽃가루, 사람의몸 등이 있다. 이러한 세균은 주로 공기에 부유하여 바람 등 공기의 이동에 따라 실내에 유입되고, 사람의 활동에 의해 옷이나, 피부 모발에부착되어 실내에 침투하게 된다. 세균, 진균, 바이러스, 곰팡이, 먼지속의 진드기 등 실내 환경에 존재하는 미생물은 온도가 높고 다습하고

환기가 안되는 환경에서 잘 증식한다. ◦미생물성 물질이 인체에 침투되면 보통 사람의 경우는 이러한 환경에 적

응하여 살아갈 수 있도록 면역기능을 가지고 있으나, 어린이나 노약자, 환자 등의 경우는 면역체계가 완성되지 않아 이러한 환경에서 세균으로

부터 치명적인 영향도 받을 수 있다. 애완동물의 털, 진드기의 사체, 배설물 등이 호흡기를 통해 인체에 침투하면 알레르기의 원인이 되어 천식

과 호흡기 장애를 일으키고, 아토피 피부염의 주요 원인이 될 수 있다. 세균별로 규정이 달라서 미생물에 대한 환경기준은 없다.



6. 라돈 (Rn)◦라돈은 인간의 감각에는 감지되지 않는 불활성기체로 무색, 무미, 무취의 특징이 있으며, 공기보다 9배 무겁기 때문에 아래로 내려가는 성질이강하다. 라돈은 토양이나 암석 등 자연계의 물질 중에 함유된 우라늄 등이 연속 붕괴하면서 생성되는 라듐이 붕괴할 때 생성되며(우라늄 연속붕괴 → 라듐 → 라돈), 라돈의 85% 정도가 지각에서 방출된다. 실내로의이동경로는 토양이나 암석의 갈라진 틈, 건축물의 틈과 기공, 온도 및건물내부와의 압력차, 대류이동 등에 의해서 유입되며, 콘크리트, 석고보드, 석면슬레이트 등의 건축자재, 취사나 난방 목적의 천연가스 등에서도 발생한다. 특히 노후건물의 경우 균열과 전기나 배관의 틈새를 통해 지하에서 유입되며, 실내 환기가 부족한 경우 농축되어 실내가 실외보다 농도가 높아지는 경향을 나타낸다.

◦라돈이 실내로 유입되면 먼지나 연기(Smoke) 등에 흡착되어 폐속으로 흡입되고, 이렇게 유입된 후에는 붕괴하면서 방출되는 방사선에 의해 폐조직에 손상을 주고 장기적으로 폐암을 유발하게 된다. US EPA에서는 라돈의 농도가 4pCi/ℓ 이상이 되면 이를 낮추기 위한 노력을 해야 한다고권고하고 있다. 4pCi/ℓ 이상의 농도에서는 하루 5개비의 담배를 흡연하는 것과 맞먹는 폐암 유발 위험이 있는 것으로 알려져 있다. 여기서 피코큐리란 라돈 등 방사선 측정단위로서, 1큐리는 라돈 1g이 1초 동안 방출하는 방사능의 양이며 1피코큐리는 1조분의 1큐리이다.

7. 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)◦휘발성유기화합물은 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 물질에따라 인체에 발암성을 보이고 있으며, 대기 중에서는 광화학 반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학 스모그를유발하는 물질로 많이 알려져 있다. 어떤 한 가지 물질을 지칭하지 않고대기 중의 유해 유기물을 통틀어 지칭하는 용어로서 벤젠, 톨루엔, 아세톤, 크실렌, 페놀 등 수백 가지에 이른다.



◦휘발성유기화합물의 자연적 발생원으로는 토양과 습지, 초목, 초지 등혐기성 조건하에서 박테리아가 분해되어 메탄 등을 생성하며, 인위적 배출원으로는 유기용제 사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소, 운송수단의 배기가스 등이 있다. 실내 배출원으로는 실내 난방 시 연소기구 사용과 복합 화학물질을 이용한 건축자재, 다량의 접착제를 사용하는바닥재, 칩보드, 건축 마감재와 페인트, 페인트 희석제, 기타 솔벤트, 목재 보호제, 에어로졸 스프레이, 화장품, 향수, 공기청정제와 분무식살충제, 좀약, 방향제, 복사기의 토너 등이 있다.

◦또한 휘발성유기화합물은 증기압이 높아 대기 중에 노출되었을 때 쉽게

증발하여 악취를 풍기며 순수 탄화수소뿐만 아니라 분자 속에 염소, 황, 질소, 기타 원소를 함유하고 있다. 인체에 미치는 단기적인 영향은 눈, 코, 목의 자극, 두통, 알레르기, 발진, 호흡곤란, 구역질, 코피, 피로감, 현기증, 어지럼증 등이 있으며, 장기적으로는 심장, 간, 신장 등에영향(암 등)을 주거나 중추신경계에 손상을 줄 수 있다.

8. 석면 (Asbestos)◦석면은 천연에 존재하는 광물섬유로서 여러 석면 형태의 섬유에 대한 집

합적 용어이고, 직포를 쉽게 할 수 있고 내열성, 불활성, 절연성 등의특징이 있기 때문에 석면 슬레이트, 시멘트 강화제, 석면타일, 방화·내화재, 브레이크 패드라이닝, 파이프 보온재, 전기제품 절연제 등 여러분야에 다양하게 사용되고 있으며, 이러한 제품으로 석면이 발생하게 되고, 여러 경로를 통해서 호흡에 의해 폐에 침착되는데, 특히 주거공간의경우 건축자재 중 사용된 단열재가 주요 실내 배출원으로 보수나 수리

시 각별한 주의가 필요하다. ◦석면은 황석면, 백석면, 청석면 등으로 구분할 수 있으며, 청석면, 황석면, 백석면 순으로 그 유해성이 큰 것으로 알려져 있다. 백석면의 경우폐에 들어가서도 어느 정도 용해된다고 알려진 반면 청석면과 황석면은

백석면에 비해 날카롭고 용해가 잘 이루어지지 않는 특성이 있다. 석면은 호흡 및 섭취에 의해 노출되며, 늑막염, 기침, 숨가쁨, 가슴통증을동반하는 석면증, 폐암, 기관지암 등을 유발할 수 있다.



◦특히, 흡연자에게는 폐암 발생의 가능성이 더욱 증가하게 되며, 일단 몸속에 들어가면 절대 빠지거나 녹지 않고 10-30년의 잠복기를 거쳐 암으로 연계된다. 미국산업안전보건청은 인체에 암을 일으키는 것이 확실한1급 발암물질 27종 중 하나로 지정하고 있으며, 다른 선진국에서도 이미규제대상이거나 사용금지 물질로 정하고 있다.

9. 이산화질소(NO2)◦통상 질소산화물(NOx)은 주로 NO와 NO2를 말하는데 일산화질소(NO)는 무색․무취이나 이산화질소(NO2)는 적갈색의 자극성 기체로 NO가 공기 중에서 서서히 산화되어 NO2가 되기도 하며, NO2의 독성은 NO의 5~10배 강하다. 이산화질소는 연소과정에서 생성되는 강한 냄새를 가진 무색의 기체로서 취사용 가스기구의 사용, 흡연, 실내 건축자재, 난방연료(나무, 석탄, 기름 등)의 연소, 외부에서 실내로의 유입 등에 의해 발생된다.

◦이산화질소는 점막자극이 강하고 메트헤모글로빈을 형성하는 외에 호흡

기도 및 폐에 장해를 초래하게 되며, 고농도 이산화질소에 노출되는 경우, 자극성 기침이나 인후통이 일어나고, 두통, 구토 증세가 발생할 수있다. 흡인량이 많은 경우에는 노출 후 5∼10시간의 잠복기를 두고 치아노출, 호흡촉진, 불규칙맥박, 질식감, 불안감을 일으키며, 동시에 폐자극의 결과로서 폐수종의 증상이 일어나고 혈압상승과 지맥박, 중증의 경우에는 의식불명이 될 수 있다. 비교적 저농도의 장기간에 걸친 노출에의한 만성중독증상으로는 만성기관지염, 폐기종, 위장장해, 치아산식증, 불면증 등 외에 혈중 카탈라제와 혈당의 감소, 혹은 헤모글로빈의 증가등을 들 수 있다.

10. 오존(O3)◦일반적으로 오존은 무색, 무미의 냄새를 유발하는 기체이나 고농도에서는 청색을 띠게 된다. 실내 오존은 사무실 등에서 사용하는 복사기, 팩시밀리, 레이저프린터, FAX 등 높은 전압의 전기를 사용하는 사무용 기기에서 많이 발생되어지며, 공기청정기에 의해서도 일부 발생할 수 있다. 실내에서 오존농도가 높아지면 눈, 목에 자극을 주고 호흡이 힘들어



실내공기의 오염원 및 오염물질

지며, 두통, 기침 등의 증세가 나타날 수 있다. ◦오존에 반복 노출 시에는 폐에 피해를 입힐 수 있으며, 가슴 통증, 기침, 메스꺼움을 느끼고 기관지염, 심장질환, 폐기종 및 천식을 악화시키고 폐활량을 감소시킬 수 있다. 따라서 기관지 천식 환자나 호흡기 환자, 어린이, 노약자 등에게는 많은 영향을 주기 때문에 주의해야할 필요가 있다. DNA, RNA에 작용하여 유전인자를 변화시킬 수 있다는 연구보고도 있다.

11. 이산화황 (SO2) : 아황산가스◦이산화황은 자극적 냄새의 무색 기체로서 일반적으로 석탄, 화석연료 등의 연소 시 발생한다. 대기오염의 주요 물질이며, 공기 중에 3-5ppm 존재하면 냄새를 느낄 수 있다. 장시간 견딜 수 있는 한도는 10ppm이며, 단시간 견딜 수 있는 한도는 400-500ppm 정도이다. 발생 후 농도가 점차감소하는 경향이 있다. 피부 및 점막에 자극을 주어 손상시키며, 기관지염, 폐렴 등의 원인이 되기도 한다. 국내 실내기준은 없으며, WHO에서는1시간 0.12ppm의 농도를 권고하고 있다. 이상과 같이 실내에서 발생하는주요 오염물질의 발생원, 환경기준, 인체 영향 등을 요약하면 , 및 와 같다.



오염물질 주요 발생원 환경기준 인체영향

미세먼지(PM10)

- 대기중 부유분진이 실내에 유입

- 실내 바닥먼지의 비산, 흡연, 사람의

생활 활동, 연료물질의 연소

150㎍/m3

이하

- 호흡기에 영향을 주며 알레르기,

진폐증, 암 등을 유발

- 환경보건의 건강지표로 사용

이산화탄소(CO2) - 실내의 경우 대부분이 인간의 호흡에

의해 발생

1,000ppm

이하

- 인체의 대사를 방해하므로 두통,

답답함 등을 유발

일산화탄소(CO)

- 담배연기, 난방기기

오염된 외기의 유입에 의해 생성 증가10ppm

이하

- 두통, 메스꺼움, 졸음, 현기증 등

고농도 중독 시 의식을 잃거나 뇌조직

과 신경통 이상발생

- 만성적으로는 성장장애, 호흡기질환

(폐렴, 기관지염, 천식) 등

포름알데히드(HCHO)

- 각종 합판, 보드, 가구, 단열재, 화장품,

의류, 생활용품, 의약품, 접착제 등

- 난방기기, 담배연기

100㎍/m3

이하

- 눈, 코, 목 등의 자극 증상이 있으며,

구토, 두통, 어지러움, 기억력 저하 초래

- 발암성 물질로 알려져 있음

총부유세균

- 가습기, 냉방장치, 냉장고, 음식물

쓰레기, 주방하수구, 환기장치, 카펫

- 애완동물(비듬, 털 등) 인간활동 (대화,

재채기 등), 해충, 화분, 봄철 꽃가루 등

800CFU/m3

이하

- 호흡기를 통해 인체에 침투하면 알레르

기의 원인이 되어 천식과 호흡기 장애를

일으키고, 아토피 피부염의 주요 원인이

될 수 있음

실내 공기질 유지기준 적용 오염물질

오염물질 주요 발생원 환경기준 인체영향

라돈(Rn) - 토양, 건축자재, 지하수 4.0pCi/ℓ

이하

- 흡연에 이어 폐암발명의 주요원인

물질

휘발성유기화합

물(VOCs)

- 담배연기

- 페인트, 접착제, 목재 보호제, 에어로졸 스프레이,

화장품, 향수, 분무식 살충제, 복사기의 토너

- 실내 난방용 연소기구 사용 시

500㎍/m3

이하

- 피로감, 정신착란, 두통, 구토, 현기

증, 중추신경 억제작용

- 폐암의 원인

　

석면(Asbestos)

- 오염된 외기의 유입에 의해 생성·증가

- 단열재, 절연재, 석면타일, 방화· 내화재, 브레이크

패드라이닝, 파이프 보온재 등

0.01개/cc

이하

　

- 피부질환, 호흡기질환

- 폐로 흡입후 폐에 침착하여 진폐

증, 폐암, 기관지암 등을 일으킴

이산화질소(NO2)

- 흡연, 난로, 연료연소, 가스레인지

- 흡연, 자동차 배기가스중 NO2가 실내에 유입

　

0.05ppm

이하

- 인체 유입 시 헤모글로빈의 산소

운반능력 저하, 수시간 내에 호흡

곤란을 수반한 폐수종 염증 유발

오존(O3)

- 복사기, 팩시밀리, 레이저 프린터, 고전압의

사무용 기기 및 일부 공기청정기 등

　

0.06ppm

이하

- 눈과 목 따가움증, 기도 수축, 두통,

기침, 폐수종, 폐충혈 등

- DNA ,RNA 등 유전인자에 영향

실내 공기질 권고기준 적용 오염물질



제 3 절 국내외 실내 공기질 관리현황1. 국내 ◦지하공간 환경기준 권고치 설정(1989) - 1980년대 후반 IAQ에 대한 인식이 부족한 상황에서 지하공간의 실내공기오염 문제가 사회적 이슈로 제

기됨에 따라 정부에서는 법적 관리방안을 마련하기 위한 노력을 경주하

였다. 지하도상가, 지하주차장 등 다양한 지하공간에 대하여 아황산가스․먼지․ 납 등 14개 오염물질에 대한 권고치를 설정하여 각 시․도에서 직접 관리하는 방안도 마련하였다.

◦지하생활공간 공기질 관리법 제정시행(1997) - 다중이 이용하는 지하역사, 지하도상가를 적용대상으로 PM10, CO2, CO, HCHO, NO2, SO2, Pb 등7개 오염물질 기준을 설정하고 동 기준의 유지를 위하여 적절한 환기시설의 설치를 의무화하였다.

◦다중이용시설 등의 실내공기질 관리법 제정․시행(2004) - 타법의 관리대상시설을 이관하고 미관리 주요시설을 추가하여 통합 실내공기질 관리

법의 토대를 마련하였다. 다중이용시설의 실내 공기질 유지기준 및 권고기준의 설정, 오염물질 방출 건축자재 사용제한 등 다양한 관리기법을도입하였고, 신축공동주택의 실내 공기질 관리를 위하여 시공자의 측정․공고를 의무화하였다.

◦제1차 실내공기질 관리 기본계획(2004~2008) 수립(2008) - 실내 공기질의 적정관리를 통한 국민건강 보호를 위하여 건설교통부, 보건복지부등 8개 부처 합동으로 6개 분야 28개 과제에 대한세부 실천계획을 제시하였으며, 부처 간 협의체인‘실내환경 개선협의회’를 구성하도록 하였다.

◦ IAQ 관리여건 및 오염현황, 국내외 IAQ 관리현황을 분석한 후 ‘실내공기질 적정관리를 통한 국민건강 보호’를 목표로 5가지 부문별 관리대책(① 정확한 IAQ 실태파악 및 자료관리, ② IAQ 관리기준 합리화, ③ 건축자재 등 오염원 사전관리, ④ 환기설비 및 공기정화설비 관리, ⑤ 대



상시설 확대 및 기타시설 관리방안)을 수립하여 제시하였고, IAQ 관리기반 구축을 위한 법∙제도 정비, IAQ 관련 산업육성 및 기술개발 지원, 교육 및 홍보, 협력체계 구축, 관리 체계 보완∙개선, 투자계획 및 소요재원에 대한 계획을 마련하였다.

◦이러한 범부처의 노력으로 실내 공기오염에 민감한 어린이∙청소년이 생

활하는 학교의 IAQ 개선을 위한 종합대책이 수립되어 학교 IAQ 기준이 2개 항목에서 12개 항목으로 대폭 강화되고, 정기점검 시기 및 방법이 규정되는 성과가 도출되었다. 또한, 공중이용시설 공기질 관리항목으로 포름알데히드 기준이 도입되었으며, 대중교통수단의 IAQ 가이드라인이 제정되고, 신규 제작자동차의 IAQ 관리기준도 제정되었다.

◦신축 공동주택의 실내 공기질 권고기준 마련(2005) - 새집증후군의 주요원인 오염물질인 포름알데히드, 휘발성유기화합물 등에대한 합리적인 실내 공기질 권고기준을 마련하였으며, 100세대 이상 규모의 신축 공동 주택을 대상으로 2006년 1월 1일부터 시행하고 있다.

◦다중이용시설 등의 실내 공기질 관리법 개정(2005) - 지상건물에 딸린지하도 상가, 기숙사 등 적용대상 확대 및 신축공동 주택 권고기준 설정근거를 마련하고, 기존 다중 이용시설의 공기정화설비 및 환기설비 설치의무 면제하고, 유지기준 위반시 개선명령을 할 수 있도록 하였다.

◦제2차 실내 공기질 관리 기본계획(2009~2013) 수립(2009) - 1차 기본계획의 성과 및 평가 분석을 토대로 ‘국민공감 IAQ 조성을 통한 국민건강보호’를 목표로 IAQ 관리체계·역량 발전을 위한 6대 추진전략(① IAQ 관리의 선진화, ② 오염원 관리 확대, ③ 환기 및 공기정화설비 관리체계 구축, ④ 건축물 전생애 IAQ 관리, ⑤ 건강영향이 큰 실내공기 오염물질 관리, ⑥ 건강영향 사전관리)과 IAQ 관리제도·기술 기반 강화를 위한 6대 추진전략(① 법·제도 개선, ② 관련자료 정보화 및 신뢰성 확보, ③ 녹색성장을 위한 실내환경 분야 신성장동력 확충, ④ 이해관계자간역할분담 및 협력체계 구축, ⑤ 전문인력 양성, ⑥ 대국민 교육·홍보 강화 등의 계획을 수립하고, 이를 시행하고 있다.



◦실내 공기질 공정시험 기준 개정(2010) - 환경오염 공정시험기준 제정체계 표준화 지침에 따라 분류체계, 작성체계 및 용어 단위를 통일하는 등항목별 시험 기준의 작성 양식 변경. 다중이용시설 실내공기 시료채취지점 수를 변경하였으며, 휘발성유기화합물, 미세먼지, 라돈, 석면, 일산화탄소 측정방법도 수정하였다. 실내 공기질 기준 초과여부 판단에 사용하지 못했던 시험방법 삭제 및 건축자재 방출시험방법, 목질판상제품 방출 방법 및 시험방법을 추가시켰다.

◦다중이용시설 등의 실내 공기질 관리법 시행규칙 일부개정령안이 입법예

고(2011) 되고, 과태료 징수절차 규정을 삭제하였고, 신규 다중이용시설실내공기질 기준 설정 및 일부 기준을 조정하였으며, 4개 다중이용시설을 추가하였다(영화관, 학원, 전시장, PC방).

◦현재 3차 기본계획(2014~2018)을 수립하기 위하여 한국실내환경학회 등을 중심으로 전문가 의견을 수렴하는 작업이 진행 중에 있다.

2. 해외 ◦미국의 환경보호청(EPA : Environmental Protection Agency)에서는 실내공기질 전담부서로 실내환경과(IED : Indoor Environments Division)를두고 있으며, 실내환경문제와 실내오염물질로 인한 인체건강 리스크, 인체노출을 저감하는 방법 등에 관한 연구를 수행하고 이를 일반에게 교육

시키는 기능을 담당하고 있다. EPA의 오염물질별 규제의 경우 담배연기(ETS : Environmental Tobacco Smoke), 라돈, 석면, 납, 휘발성유기화합물, 살충제 등 총 6가지를 중요한 오염물질로 간주하고 있다(EPA, supra note 16).

◦미국은 오염물질별 법적규제는 하지 않고 있으나, 다양한 실내공간을 관리하기 위하여 작업장 환경에서 실내오염물질에 대한 가이드라인을 제시

하고 있다. 산업안전보건국(OSHA : Occupational Safety and Health Administration)은 작업장 공기오염을 기준으로 설정하였고, 민간단체인냉난방공조학회(ASHRAE : American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers)에서는 환기 및 공기질과 관련하여 자



발적인 기준을 설정하고 있다.

◦독일에서는 실내 공기질에 대한 종합적인 입법은 존재하지 않지만 연방

환경청에 설치된 실내공기위생위원회(IRK)와 각 주의 최고 보건행정청협의회(AOLG)의 위원들로 구성된 임시워킹그룹에 의해 권고기준의 형태로설정되고 있다. 이 권고기준은 1996년 연방보건공보에 게재되어 있는 기본안에 근거를 두고 있으며, 권고기준은 Ⅰ(RW Ⅰ-현재 건강상 위해를초래하지 않는다고 판단되는 특정 화학물질 농도), Ⅱ(RW Ⅱ-일정시간이상 노출되면 인체 건강에 위해를 자져올 수 있는 농도)로 나뉘어 설정되어 있는데, 오염물질은 톨루엔, 디클로로메탄, 일산화탄소, 펜타클로로페놀, 이산화질소, 수은, 총휘발성유기화합물, TCEP(Tris(2-chlorethyl)phosphate), 알파-피넨, 나프탈렌, 저방향족 탄화수소화합물을 비롯하여 최근에는 에틸벤젠, 알킬벤젠, 크레졸, 벤즈알데히드, 벤질알코올, 페놀 등에 대해서도 권고기준을 설정하고 있다.

◦프랑스에서도 독일과 마찬가지로 실내공기질 관리를 위한 종합적인 입법

은 존재하지 않지만 다수의 법령에서 간접흡연, 우레아폼, 라돈, 공기배출량 등을 규제하고 있다.

◦일본의 경우 실내 공기질 관리에 관한 법률로는 「대기오염 방지법, 건축물기본법, 주택의 품질확보의 촉진 등에 관한 법률, 건축물에서의 위생적 환경의 확보에 관한 법률, 학교보건안전법, 건강증진법, 노동안전위생법」등이 있다.

◦주요 관리대상 오염물질은 건축물 환경위생 관리기준의 경우 부유분진, 일산화탄소, 이산화탄소, 온도, 상대습도, 기류, 포름알데히드 등 총 7개 항목이 있다. 학교환경 위생기준의 경우 환기(환기기준 CO2는1,500ppm 이하), 온도, 상대습도, 부유분진, 기류, 일산화탄소, 이산화탄소, 휘발성유기화합물(포름알데하이드, 톨루엔, 자일렌, 파라디클로로벤젠, 에틸벤젠, 스티렌), 진드기 또는 진드기 알레르겐에 대한 기준을적용하고 있으며, 건강증진법에서는 「직장에서의 흡연대책을 위한 가이



드라인」제정하여 흡연으로 인한 담배연기 확산을 확실하게 방지하고 간

접흡연을 막기 위해 노력하고 있다.◦대만 정부에서는 2005년 초반 「실내 공기질 권장치」를 제정하여 실내장소를 취약계층과 다중이용시설 두가지로 나누어 관리하고 있으며, 2012년 11월부터 「실내공기 품질관리법」이 시행되고 있다. 규제대상오염물질은 이산화탄소, 일산화탄소, 포름알데히드, 휘발성유기화합물, 세균, 곰팡이, PM10, PM2.5, 오존, 온도 등 총 10개 항목을 관리하고 있다.

◦주관기관과 각 사업주관기관 간의 업무 분장과 각급 중앙정부와 지방정

부별 지위와 권한을 명확히 하고 있다. 엄격한 행정제재 장치를 갖추고있으며, 자동감측기의 설치의무를 부과하고 있으며, 전문관리인 제도도도입하고 있다.

21 제 4 장 시장동향


제 3 장 기술 및 특허 동향제 1 절 1. 기술 개요◦실내 미세먼지 등을 제거하는 대표적인 장치로서는 공기청정기가 있으

며, 이러한 공기청정기는 오염물질의 제거방식에 따라 크게 기계식과 전기식 및 복합식으로 구분되고 있다. 기계식은 다시 건식의 필터식과 습식으로 구분할 수 있으며, 여기서 필터식은 집진 필터와 활성탄 필터를사용하여 집진과 탈취를 하는 공기청정기이며, 습식은 물을 분무하여 먼지와 유해물질을 제거하는 공기청정기를 말한다.

◦전기식에는 전기집진식과 음이온식이 있으며, 전기집진식은 코로나 등의고전압을 이용하여 분진을 하전시키고, 집진판에 집진시켜 유해물질을제거하는 장치이다. 음이온식은 공기를 전기적으로 분해하여 발생시킨음이온을 다량 방출하여 오염된 주변을 정화시키는 장치이다. 복합식은기계식과 전기식의 특성을 결합한 방식으로 복합식 공기청정기라 한다.

◦이 밖에 최근 들어 신기술로 유해가스 분해를 위해 공기청정기에 부가적

으로 적용되고 있는 방식으로서, 플라즈마 전기방전으로 OH 라디칼 및음이온과 양이온을 동시에 생성시켜 유해물질을 제거하는 플라즈마 방식

이 있고, 광촉매에 자외선(UV)을 조사하여 유해물질을 분해하는 UV광촉매 방식 등도 있다. 이와 같이 공기청정기는 오염물질의 제거방식에 따라 과 같이 구분할 수 있다.



공기청정기의 방식별 분류

자료 : 한국 공기청정협회

제 2 절 국내외 기술현황1. 기계식◦기계식 방법은 팬식이라고도 불리는데, 본체 내에 설치된 팬을 사용하여공기를 강제적으로 유통시켜 필터를 통과하게 하는 방법으로서, 정화 속도가 빠른 반면 운전소음이 크고 소비전력이 전기식에 비해 높다는 등의

단점도 있다. 그러나 최근에는 팬식에서도 인버터 모터를 사용함으로써조용하고 경제적인 장치도 개발되고 있다. 또한 기계식은 건식과 습식으로 대별할 수 있으며, 집진필터 및 탈취필터, 모터, 그리고 센서 등으로구성된다.

2. 필터식(건식)◦필터식은 실내공기 중에 부유하는 미세먼지를 제거하는 대표적인 기술이

다. 필터는 큰 먼지 제거용 필터와 미세먼지 제거용 필터로 구분할 수있는데 고형물과 같은 큰 먼지 제거용 필터에는 폴리프로필렌이나 폴리

에틸렌으로 만들어진 그물망 형상의 필터가 일반적이며, 일정 시간 사용후 물로 세척하여 반영구적으로 사용할 수 있다. 미세먼지 제거필터는압력 손실이 적은 정전 부직포 필터나 단순 전기필터를 적용하고 있으

며, 최근에는 고효율 HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터,



기계식 공기청정기의 구조

필터식 청정방식의 집진원리

ULPA(Ultra-Low Penetration Air) 필터, 전기집진과 정전부직포를 결합한 정전식 필터 및 먼지와 냄새를 동시에 제거하기 위한 촉매 또는 광촉

매, 플라즈마 필터 등이 적용되고 있다.◦필터식은 에서 불 수 있는 바와 같이, 기본적으로 △큰 먼지를 걸러주는 프리필터, △미세먼지를 걸러주는 헤파필터, △냄새를 제거해주는 탈취필터등의 3단계 필터를 채용하고 있다.

◦필터에 의한 미세입자 등의 포집 메카니즘은 에서 알 수 있는바와 같이 (a)관성 충돌(Impaction), (b)브라운 확산(Brownian Diffusion), (c)차단(Interception) 등의 효과에 의해 포집된다. 예를들면, 관성력 포집이란 비교적 큰 입자가 필터 부근의 공기흐름 변화에따르지 않고 그대로 관성력이 작용, 포집되는 것을 말하며, 관성력 효과는 대략 0.5㎛이상의 크기를 가진 입자에 작용한다. 필터의 섬유에 포집된 입자는 분자간 인력이나 정전기력에 의해 포획된다.



(a) Separator 방식 (b) Mini-pleat 방식

고성능(HEPA/ULPA) 필터의 구조

◦ 공기청정기에 사용되는 여재필터는 다공질 재료나 유리섬유 등으로 만들어지는데 제거물질 및 종류에 따라 다양한 필터가 제작되고 있다. 필터의 포집효율은 여재필터의 충전량 및 포집량이 증가할수록 향상된다. 그러나 여재필터 사용 시 필터를 통과하는 공기에 압력강하가 발생하여

점차 공기량이 줄어들게 되므로 필터 포집효율은 계속 증가되지만 통과

공기량이 계속 감소하므로 주기적인 청소 또는 교체가 필요하다. 과거에는 집진필터로 정전기를 대전시킨 필터재를 주로 사용하였지만 최근에는

포집성능을 향상시킬 목적으로 반도체 공장의 클린룸 등에 사용되고 있

는 HEPA필터, ULPA필터를 채용한 기종이 증가하고 있다.

◦또한, 필터표면에 항균가공을 하여 포집한 바이러스의 활동을 억제시켜곰팡이나 세균이 번식할 수 없도록 항균 처리된 재료를 사용한 항균필터

도 있다. HEPA필터는 0.3㎛의 미세먼지를 99.97% 이상 제거하는 고성능공기정화필터로, 우수 탈취효과를 가지는 활성탄과 같이 사용하는 경우가 많으며, 꽃가루나 애완동물에서 발생하는 미세한 털 등의 제거능력이뛰어나 호흡기질환이나 알레르기를 겪는 사람이 있는 가정에서 사용하면

그 효과가 크다. ◦한편, 공기 중의 냄새를 제거할 목적으로 흡착필터(참조)를사용하며, 일반적으로는 활성탄을 기본으로 한 필터가 많이 사용되고 있다. 활성탄은 특수가공을 하여 탈취효율의 향상과 장수명화 성능을 향상시키는 것이 일반적이며, 탈취필터 외에도, 광촉매(TiO2)에 자외선을 쬐게 하여 산화반응을 촉진시킴으로써 냄새성분을 산화분해하는 방법과 플

라즈마 방전을 이용하여 냄새성분을 분해하는 장치를 탑재한 것도 있다.



흡착필터에 의한 유해물질제거원리

◦건식 장치에 사용되는 흡착제 또는 흡수제로는 활성탄, 활성알루미나 등이 사용되고 있다. 활성탄은 구조상 미세한 구멍으로 인하여 아주 큰 표면적을 갖게 되므로, 탄소표면에 가스분자가 흡착됨으로써 진행되는 유해가스 분해 및 제거 작용에 매우 유리하다.

◦제거효율은 가스분자의 크기와 큰 관련이 있는데, 주로 큰 분자로 구성된 냄새 가스제거에는 아주 효율적이나 CO와 같은 작은 분자들의 제거에는 효율적이지 못하다고 알려져 있다. 활성알루미나는 활성탄과 비슷한다공성 물질로 가격이 비싼 단점이 있어 보통 순수물질로 쓰이기보다는

칼륨과망간산염으로 포화시켜 사용한다. ◦칼륨은 냄새분자를 산화시키는 강한 산화제의 역할을 할뿐만 아니라 칼

륨과망간산염으로 포화시킨 활성알루미나는 실내공간에서 특히 주의해야

할 유해물질인 포름알데히드를 산화시켜 이산화탄소와 물로 변화 및 제

거하기 때문에 더욱 유용하게 사용되고 있다. 사용된 활성탄은 증기에의해 재생될 수 있지만 교환하는 것이 더욱 효과적이고, 활성알루미나에포함된 칼륨과망간산염도 소모성 시약이므로 사용 후 교환이 필요하다.

◦필터식 제품의 장점은 먼지나 불순물을 깨끗하게 걸러준다는데 있으며, 특히 헤파필터를 사용한 제품은 공기 속을 부유하는 미세먼지, 진드기,



습식방식의 집진 원리

꽃가루 등 입자형태의 오염물질 제거에 탁월한 성능을 보이고 있다. 필터를 주기적으로 교체해 주어야 하고 부대비용이 든다는 것이 단점이다. 즉, 프리필터의 경우 2∼4개월에 한번 정도 교체해 주어야 하고, 헤파필터와 활성탄필터는 1년에 한 번 정도 교체해 주어야 한다. 만일 교체시기를 못 맞출 경우 필터에 포집된 세균이 번식, 배출되므로 주의가 필요하다.

3. 습식◦습식 방식은 1987년에 이즈미 연구소에서 개발하였으며 물 분사 방식에의한 공기 중의 살균 원리를 응용한 것으로서, 자연계의 자연치유 원리에서 유래한 것인데, 대기 중의 공기오염물질이 구름, 안개(초미세한 물입자), 비, 태풍 등에 의해 자연적으로 정화되는 원리는 이용한 것이다. 물 자체가 필터 역할을 하며, 물을 필터처럼 사용하는 방식이다.

◦가습기 파동 후 가습효과와 공기청정효과 모두를 발휘한다는 점에서 인

기가 높은 편이다. 물의 흡착력을 이용해 먼지나 분진 등 오염 물질을제거하며, 흡입된 공기를 물에 접촉시켜 공기 중의 부유 물질을 물속에침전시키는 방식이다. 물에 전기적 방법이나 첨가제를 사용하여 정화효율을 높이기도 한다.



◦에어와셔(air washer) 방식은 모터에 의해 팬과 디스크(bio-disk)가 구동되고 팬에 의해 흡입된 실내공기가 수많은 디스크의 회전에 의해 형성

된 수막을 통과하면서, 부유 분진 등에 부착된 오염물질이 물속으로 침전되면서 제거되는 방법을 사용한 것이다. 이때, 부유 분진은 물에 침전되어 제거되며 그 밖의 다른 물질을 제거하기 위해서 물에 특별한 약품

을 첨가하기도 한다.◦이 방식은 미세한 물입자의 분사를 사용하므로 부수적으로 물의 증발로

인한 실내 가습효과를 얻을 수도 있다. 또한 산업용으로 응용될 때, 파워 플랜트 보일러의 배출가스로부터 SO2와 같은 가스를 제거시키기 위해화학시약을 세척유체로 사용하는 경우가 있고, 원자력 잠수함에서 발생하는 CO2를 제거하기 위해 이와 같은 방법이 사용되기도 한다. 그러나이러한 시스템은 가격이 비싸고 정기적인 유지보수가 필요하므로 상업용

건물에서는 사용이 제한되고 있다. ◦주요 특징으로는 단순히 물만 사용한 제품과 물에 전기적 성질을 추가해

집진할 수 있으며, 물을 사용하므로 추가 비용이 들지 않는다. 실내가건조하고 항상 먼지가 많은 곳에서 사용하면 좋으며, 쾌적한 실내 환경을 구현하기 위해서는 공기 속 오염물질의 양을 줄이는 것뿐만 아니라

적당한 온도와 습도가 이루어져야 한다. 워터 필터형 제품을 사용하면정화뿐만 아니라 적정습도 유지까지 동시에 유지할 수 있다.

◦물을 이용한 종류의 제품은 필터로 사용하는 물을 잘 관리해야 하며, 그렇지 않으면 물에 세균이 번식해 오히려 공기를 오염시킬 수 있다. 워터필터형 제품은 물의 특성상 미세먼지 제거에는 효과가 좋으나, 탈취나유해가스 제거부분은 효율이 떨어지며, 제품이 항상 습기에 노출되어 있으므로 내구성이 강한 제품을 선택하여야 한다.

◦ 습식 스크러버(wet scrubber) 방식은 분무액에 물리적 힘을 가해 액적을 만들고 이를 분진이 포함된 기체와 충돌 및 접촉시킴으로써 부유분진

을 포집하고 동시에 유해가스도 처리할 수 있는 방법이다. 이때, 부유분진을 포함한 액적은 중력 집진장치나 원심력 집진장치를 이용하여 기체

와 분리되며, 세정액으로는 대부분 물을 사용하나 화학약품을 분무액에



음이온, OH기에 의한 유해물질 분해원리

첨가하여 유독성 기체와 반응시킴으로서 유독성 기체를 제거하는데 사용

되기도 한다.4. 음이온식◦음이온을 방출하여 유해물질을 분해하고 먼지를 벽이나 바닥에 달라 붙

게하여 분해하는 방식이다. 코로나방전 등과 같이 공기를 전기적으로 분해하여 발생시킨 음이온을 다량 방출하여 오염된 주변 공기를 깨끗하게

정화시킨다는 원리이다. 코로나방전을 살펴보면 음(-)극의 뾰족한 침(Sharp Needle)에 코로나 방전을 일으킬 수 있을 정도로 고전압의 부전압(Negative Voltage)을 인가하면 침 끝에서 고속으로 방출되는 전자가공기 중의 분자와 충돌하여 다량의 음이온을 생성시킨다. 과같이, 실내에 방출된 음이온이 유해물질 등과 접촉하여 OH를 생성함으로서 유해물질을 포획, 분해한다.

◦가격이 저렴이고 반영구적으로 사용할 수 있으며, 크기가 작아서 차량에도 사용이 가능하다. 그러나, 먼지 제거 효율이 낮고 오존 발생 가능이있다는 단점을 가지고 있다.



(a) 1단형 (b) 2단형

전기집진식의 집진원리

5. 전기 집진식◦전기집진방식은 분진을 하전시키는 하전 이온화부와 분진을 포집하는 집

진부로 구성되어 있다. 방전선과 평행평판 또는 침상전극과 평행평판으로 이루어진 이온화부에 고전압이 인가되면 방전부와 평행전극 사이에

절연이 파괴되면서 코로나 방전이 생성되고, 이 때 발생하는 이온들이이온화부를 지나가는 미세먼지들과 결합하여 미세먼지를 하전시키게 된

다. ◦방전부에 인가하는 전압의 극성이 양(+)극성이면 먼지는 양극으로 하전되고 인가 전압이 음(-)극성이면 먼지는 음극으로 하전된다. 집진부는일반적으로 평행 평판형을 적용하나 포집면적을 확대하여 효율을 높이기

위해 띠전극을 권선형 구조로 하거나, 도전성 도료를 절연성의 수지 필름의 한쪽 면에 코팅하여 코팅되어진 면과 코팅되지 않은 면이 다량으로

적층된 구조로 사용되고 있다. 집진부에 고전압을 인가하면 이온화부에서 하전된 입자가 집진부를 통과하면서 쿨롱의 힘에 의해 반대 극성을

지닌 평행판 쪽으로 이동하다가 포집된다. ◦ 에 나타낸 바와 같이 하전부와 집진부가 동일 공간에 존재하는지의 여부에 따라 1단형과 2단형으로 구분된다. 1단형은 입자의 하전과 집진을 동일공간에서 행하는, 즉 이온화부와 집진부가 일체로 구성된전기집진장치로서, 주로 산업용 대형에 많이 적용되고 있다. 2단형은 방전부와 집진극를 별개로 한 장치로서 소형 실내용 공기청정기에 많이 적

용되고 있다.



하이브리드식 공기청정기 구성

◦일반 분진은 물론 담배연기나 자동차의 매연 등을 제거하는데 탁월한 기

능을 발휘하며 물로 세척하여 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점이 있

다. 또한 팬을 사용하지 않기 때문에 전혀 소음이 없는 상태로 운영되며소비전력도 팬식에 비해 낮지만 공기 정화속도가 느리다. 굵은 먼지부터미세먼지까지 크기가 다양한 오염물질에 대한 정화능력을 가지고 있으

며, 전기집진기는 주로 금속재질로 만들어져 세척, 관리만 잘해주면 교체없이 반영구적으로 사용할 수 있어 경제적이다.

◦오존발생으로 살균력이 뛰어나며, 유지비가 저렴하다. 분진이 어느 정도이상 집진되면 집진판에서 먼지가 떨어져 나갈 수 있으며, 2∼4주마다한 번씩 전기집진기를 세척 관리해야 하므로 관리요소가 많다. 전기집진기 자체는 가스나 냄새에 대한 제거력이 없으며, 오존이 발생하므로 사용시 주의가 필요하다.

6. 복합식(하이브리드식)◦복합식은 기계식(필터식)과 전기집진식 공기청정기의 특성을 결합시킨제품으로 최근 출시되는 제품들의 대부분이 이런 복합식으로 제작되고

있으며, 단순히 헤파필터식에 음이온 발생기능만 추가시킨 수준의 제품부터 광촉매 기술 등 첨단기술까지 동원한 제품까지 다양한 제품들이 존

재하고 있다. 다양한 조합의 복합식 장치가 있을 수 있으나, 대표적인하이브리드 장치의 구성은 와 같다.



◦예를 들어 전기식-필터식의 하이브리드 장치를 보면, 여과재의 단점 요소로는 높은 압력손실과 미세분진의 집진성능의 감소를 들 수 있는데, 정전기력을 이용하는 전기-필터식 집진기술을 이용하면 이를 해결할 수있다. 즉, 여과재에 강한 전기장을 형성시키면 발생되는 정전기력이 여과재 표면에 분진층을 형성시키고 여과재 내로의 미세입자 침투를 방지

하며, 여과재의 눈막힘 현상을 감소시킴과 동시에 집진효율을 향상시킨다. 필터식 제품의 장점인 미세먼지 제거와 전기집진식, 음이온 방식의장점인 탈취, 유해가스 제거 등 복합적 효과를 얻을 수 있다.

◦광촉매 기술을 적용한 일부 제품들은 일반 공기청정기로는 어려웠던 냄

새제거나 유해가스 분해 등이 가능하도록 정화범위를 확대하고 있다. 다중 필터로 구성되어 있으므로 세척, 관리를 통해 반영구적으로 사용가능한 필터와 반드시 교체가 필요한 필터를 구분하여 사용하여야 한다. 경우에 따라서는 유지비가 고가일 수 있다.

7. 플라즈마식◦플라즈마 방식은 유해가스 분해를 위해 공기청정기에 부가적으로 적용되

고 있는 방식으로서, 일정 간격 떨어져 있는 두 도체 전극 사이에 고전압을 인가하여 생성된 방전, 즉 플라즈마를 이용하여 오염물질을 제거하는 방식이다. 이 방식의 경우 압력손실은 적으나, 입자상 오염물질의 집진효율이 필터 방식에 비해 낮고, 가스상 물질에 대한 제거효율도 높지않은 편이다. 플라즈마 방식의 기본 원리는 과 같이 유해가스 중에서 고압의 전기방전을 행하면 방전에 의해 발생된 전자가 유해가

스의 분자와 충돌하여 가스분자의 외곽 전자상태를 변화시킨다. ◦이때 생성된 전자는 수명이 대기압 조건에서 짧고, 유해가스의 분자와거의 충돌이 없다 하더라도 유해가스를 지배하고 있는 배경가스와 많은

충돌이 일어나 활성종을 생성시킨다. 이에 따라 반응성이 풍부한 화학적활성종인 라디칼(둘 이상의 원자단으로서 전기를 띤 것으로, OH, COOH, CHO 등), 여기분자, 이온 등은 양 또는 음으로 하전되어 전기적으로 중성상태의 가스가 생성되는데 여기에서 생성된 활성종들은 유해물질 분자

의 분해를 촉진시키는 역할을 한다.



플라즈마 가스분해 장치 구조도◦플라즈마는 화학반응을 촉진하는 기능이 있으나, 촉매의 특성과는 달리반응에 대한 선택성이 없이 단순히 분자상 물질을 이온화시키거나 분해

하는 능력을 갖고 있다. 따라서 환경분야에서는 유해한 성분을 분해하여처리하거나 다른 물질과 반응하도록 하여 무해화하는 방법으로 가스상

오염물질을 처리하는데 응용하고 있다. ◦특히 저온 플라즈마 기술은 공정이 간단하고 장치 규모가 작으며, 폐수의 발생과 같은 2차 공해가 없는 건식 공정으로, 적용분야가 매우 다양하다. 저온 플라즈마 기술은 배기가스 탈황, 탈질 분야에 적용을 위한기술개발이 가장 활발하여 대규모의 실험플랜트 연구가 활발하고, 각종휘발성 유기화합물을 함유한 가스의 처리, 악취 처리, 군사적 목적으로사용되는 독가스의 처리 등에 응용하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 폐수중의 유기물 처리를 위한 기술도 개발되고 있다.

8. 광촉매 방식◦최근 들어, 휘발성 유기화합물을 비롯하여 여러 유기화합물들에 의하여오염된 환경오염물질을 광촉매를 이용하여 분해하여 무해화시키는 연구

가 각광을 받고 있다. 광촉매 기술은 강력한 산화작용에 의해 살균효과가 크므로, 공기정화, 수질정화, 오염물 제거 분야에 널리 이용되고 있다.

◦광촉매의 특성 및 원리를 살려, 실내 공기 중의 미세 먼지나 휘발성 유



기물질 (VOC : volatile organic chemicals) 등을 효과적으로 분해, 제거할 수 있어 공기청정기에 널리 적용되고 있다. 광촉매 방식은 자외선영역 중 250~265nm영역의 UV-C와 390nm 근처의 UV-A의 광에너지에 의해여기(excited)되는 광반도체인 이산화티타늄을 이용하여 유해물질을 산화분해하는 기술이다.

◦이산화티타늄은 그 구조에 따라 아나타제(Anatase)형과 루타일(Rutile)형으로 크게 나뉘어지며, 일반적으로 아나타제형이 광촉매로서의 활성이더 큰 것으로 알려져 있다. 이러한 이산화티타늄과 태양광(UV)과의 반응에 의한 유해물질의 제거원리는 다음과 같다( 참조). 이산화티타늄은 빛(태양광, 형광등, 자외선)을 받으면 -전기를 가진 전자(e-)와 +전기를 가진 정공(h+)을 형성시킨다. e-는 산소와 결합하여 O2-(슈퍼옥사이드 음이온)을 형성하며, 정공(h+)은 물과 결합하여 강력한 산화작용을 하는 수산화물(OH 라디칼)을 형성한다. 강력한 산화력을 가진 OH 라디칼과 슈퍼옥사이드 음이온은 공기 중에 부유하는 유기물 등을 산화

분해시켜 물과 탄산가스로 변환시킨다.◦산화력이 살균용 염소나 차아염소산, 오존보다도 강력하고, CO2, H2O 등으로 완전 분해시켜 유해한 2차 부산물을 최대한 억제함으로써 환경오염을 최소화하고 유기물들의 광분해뿐만 아니라 대기오염물질의 광산화 환

원, 살균, 항균, 탈취작용 등 장점을 지니고 있어 여러 분야에서 응용이시도되고 있다.

◦이와 같이 광촉매 방식은 유해물질을 분해하여 인체에 무해한 물질로 변

환시키기 때문에 반영구적으로 사용이 가능한 장점이 있지만, 분해속도가 느리고 정화력도 아직까지는 미비하기 때문에 실내 공기청정기로 적

용하는 데는 어느 정도 한계를 지니고 있다.



구분 원리 장점 단점

집진필터식

- 전처리 및 헤파필터 이용, 입자

의 관성 및 확산 원리로 분진

제거

- 높은 집진효율- 압력손실 높음

- 필터 관리 필요

흡착필터식- 활성탄 이용 악취 및 유해가스

흡착

- 높은 기공율

- 유기화합물 흡착

- 가스 탈착가능


습식- 물의 흡착 효과 이용하여 분진

및 유해가스 제거

- 반영구적 사용

- 가습효과

- 세균 번식

- 주기적 관리 필요

전기집진식- 코로나 하전 및 정전기력 이용

하여 집진판에 분진 부착 제거

- 낮은 압력손실

- 반영구적 사용

- 주기적 청소 필요

- 오존 발생가능

음이온식- 음이온 하전 분진의 벽/바닥 부

착 및 유해물질 포획 분해- 가격 저렴

- 제거효율 낮음

- 오존 발생가능

플라즈마식 - OH 라디칼 이용 유해가스 분해 - 오염물질 분해 - 오존 발생가능

UV광촉매- OH 라디칼 및 활성산소의 산화

/환원 작용 유해가스 분해- 오염물질 분해 - 분해효율 낮음

복합식 - 필터식과 전기집진식 결합- 높은 집진효율

- 필터 수명연장

- 제품 내부 복잡


공기청정기의 방식별 원리, 장점 및 단점

이산화티타늄의(TiO2)의작용원리

◦이상의 공기청정기의 방식별 원리, 장점 및 단점 등을 정리하면 과 같다.



제 3 절 국내외 연구동향1. 필터방식◦필터 등과 같은 여과방식은 실내공기질의 개선을 위한 방법 중에서 가장

경제적이고 효과적인 기술로서 공기정화 시스템에 적용하여 유해물질을

용이하게 제거할 수 있다. 필터에 의한 여과방식은 축적되는 오염물질이새로운 필터로 작용함으로써 제거효율을 증가시키는 기능을 한다는 연구

결과도 있다. ◦미 텍사스대학의 Zhao 등은 클린필터와 현장에 적용되었던 일반필터를이용하여 실험조건에서 오존의 제거율을 측정한 바, 클린필터에서는 9%의 제거율이, 일반필터에서는 10∼41%의 제거율이 측정되는 등 이미 오염물질이 쌓인 필터에서 더 높은 오존의 제거율이 나타남으로써 부분적

으로 오존의 제거효율이 회복되는 현상을 확인할 수 있다. ◦그러나 오존과 필터에 쌓인 화학물질이 서로 반응하여 산화작용에 의해

포름알데히드와 같은 새로운 물질을 생성될 수도 있는 단점이 있으며, 유해한 미생물이 필터에 쌓여 번식할 수 있으므로 결과적으로는 필터의

기능 및 효율이 저하되고 동시에 실내 공간 거주자의 건강에 위해를 줄

수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 필터에 항균(antimicrobial) 처리를 함으로써 필터 기능을 향상시키는 연구도 진행되고 있다.

◦필터 여과방식에서 곰팡이 등의 세균번식을 억제하는 필터여재인 항균필

터 여지와 정전기를 가진 여과 섬유 등을 이용하여 탈취, 제균 등의 특성을 개선하기 위한 노력이 지속되고 있다.

2. 흡착방식◦활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나, 실리카겔 등을 포함한 흡착제는 실내공기질을 개선할 수 있는 물질이며, 활성탄은 비표면적이 넓고 많은미세공극으로 인한 높은 흡착반응성을 갖고 있어 낮은 농도에서도 많은

양의 오염물질을 제거할 수 있으므로 널리 이용되고 있다. 이러한 특성을 지닌 활성탄 필터(Activated Carbon Filter, ACF)는 입상 활성탄



(Granular Activated Carbon, GAC)보다 성능이 우수하여 가스상 물질로오염된 실내 공기질을 정화시킬 수 있다.

◦활성탄 필터는 제조공정에서 미세공극의 분포 및 크기와 비표면적을 더

욱 증가시킬 수 있는데, 폴리아크릴로니트닐 기반의 활성탄 필터(PAN-ACF)는 산화온도(∼270℃)와 시간을 조절하여 비표면적을 극대화시킬 수 있으며, 극미량으로도 악취를 유발하는 물질인 메틸프로필케톤, 메틸에틸케톤, n-헉센, 아세톤, 염화메틸렌 등과 같은 물질을 99.9%까지제거할 수 있다. 활성탄 필터의 경우, 일정 시간동안 사용되면 흡착능이저하되어 재생한 후에도 활성은 지속적으로 낮아지는 단점이 있으며, 아직까지 가격이 일반 GAC보다 5∼100배 높아 실제 적용하기에는 무리가있고, 일부 특정 물질에 대해서만 흡착능을 나타낸다는 지적이 있다. 그러나 실내 공기질을 오염시키는 물질은 매우 복잡하고 다양한 특징이 있

으므로 활성탄 필터를 적용하여 공기를 정화시키는 방법은 매우 효과적

인 것으로 알려져 있다.

3. 광촉매 산화 방식◦광촉매에 의한 오염물질 제거 기술은 초기에는 오염된 하수의 정화를 위

하여 많이 적용되어 왔으나, 최근에는 건축물 내의 사무실 등을 포한한실내공간의 오염된 실내 공기질을 정화하는 기술로도 적용되고 있다. 광촉매 산화에 의한 기술은 자외선의 조사에 의하여 발생되는 강력한 산화

제인 superoxide, hydroperoxide anions 또는 OH라디칼을 광촉매 표면에발생시켜 공기 중에 존재하는 VOCs와 같은 유해한 유기화합물을 무해한CO2와 H2O로 분해 및 제거하는 기술이다.

◦자외선과 같은 외부 광원에 의해서 반응의 초기 활성화 에너지를 줄여

본 반응을 도와주는 물질을 광촉매라고 하며, 반도체 재료인 TiO2, SiO2, ZnO, WO3 등이 주로 사용 되고 있다. 반응속도는 광촉매 효율성을평가하는 중요한 인자이며, 광촉매 반응속도에 영향을 주는 인자는 습도, 광원, 초기 오염물질의 농도, 광촉매의 특성과 반응기의 형태 등이대표적인 인자이다. 광촉매 표면에서는 물 분자 뿐만 아니라 물의 화학



적 해리로 인하여 발생하는 OH기를 이동시킬 수 있으므로 수증기가 없는조건에서는 광촉매 분해가 지연되어 CO2가 발생하지 않는다. 반대로 광촉매 표면에 수증기가 과도하게 많으면 물 분자가 반응물의 활성부위에

먼저 반응하게 되어 반응 속도를 감소시키는 특성이 있으므로 실내공기

질 정화에 적용을 위해서는 내부의 습도 조건도 주요한 인자 중의 하나

이다.◦광원의 파장과 광세기 또한 광촉매 효율을 결정하는 중요한 인자로서, 짧은 파장일수록 높은 에너지를 발생시키지만 단파장이 항상 오염물질을

분해하는데 있어 효과적이지는 않다. 연구에 따르면 톨루엔의 분해를 위해서는 254nm보다는 365nm의 파장이 더 높은 효과가 있는 것으로 보고되고 있으며, 트리클로로에틸렌의 분해과정에서 200∼300nm의 자외선보다는 315∼400nm의 자외선이 더 적합한 것으로 나타나고 있다.

◦ 또한 이론적으로는 빛의 강도가 높을수록 많은 광자(photon)가 발생되어 반응속도 높아져야 하지만 실제로는 광세기가 증가할수록 광자의 활

용률이 저하되고, 전자와 정공의 재결합이 증가된다. 이에 따라 다른 종류의 대상 오염물질에 대해서는 반응속도가 변화될 수 있으므로 해당하

는 광세기와 최적 반응하는 특정 범위의 오염물질 농도에서 반응시켜야

한다.◦광촉매를 이용한 오염물질 제거기술의 큰 문제점은 가시광선에서의 반응

성 및 처리효율이 자외선보다는 낮거나 없다는 것이다. 이러한 문제점을개선하기 위하여 다양한 방안 및 연구가 진행되고 있으며, 공급하는 광원의 파장대에서 반응성을 증가시키기 위한 광촉매 표면 광여기처리, 전자와 정공의 재결합 반응을 지연시키기 위한 귀금속, 전이금속, 불활성물질 첨가, 비표면적을 증가시켜 반응조건을 향상시키기 위한 복합체 제조 등이 최근까지 연구되고 있다.

◦광촉매 산화는 실내 공기조건에서 반응속도와 효율성이 상대적으로 낮기

때문에 사용되는 광촉매의 성능을 향상시키기 위한 노력과 새로운 방식

의 광촉매의 개발이 요구되고 있다. 광산화 과정에서 유해한 물질이 중간 생성물로 발생될 수 있으며, 최적의 반응조건을 찾기 위해서는 반응



기작에 대한 연구가 필요하다. 광촉매 산화 반응은 실내 공기질 오염물질에 대하여 단일 오염물질 뿐만 아니라 여러 종류의 복합 오염물질에

대해서도 제거할 수 있는 사례가 보고되고 있어 이와 관련된 추가적인

연구도 더욱 진행되어야 할 것이다.

4. 유전영동 및 정전기력을 이용한 먼지제어◦태양광 및 태양열을 이용하여 전기를 얻는 방법은 집열판을 통하여 자연

으로부터 빛과 복사열을 모아서 전기에너지를 얻는 기술로써 대표적인

신재생에너지 활용기술이다. 태양열 집열판 표면에 외부로부터 꽃가루, 강하분진, 미세먼지 등의 물질이 쌓이게 되면 집열판의 표면적이 줄어들어 에너지 효율이 저하되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 집열판 표면에 특수 표면처리를 하거나 주기적인 청소 및 관리를 통하여 효

율을 유지시킬 수 있다. ◦미국 NASA의 Calle 등의 연구진은 화성이나 달과 같은 우주공간에서 먼지폭풍에 의하여 발생되는 먼지가 탐사선 및 탐사장비로 쌓여 운영효율

을 저하시키는 문제점을 해결하기 위한 연구로 전기역학적 먼지 제어에

관한 기술개발을 수행한 바 있다. 이 방법은 전기적으로 하전되거나 하전되지 않은 먼지를 유전영동 및 정전기적 힘에 의하여 표면으로부터 부

상 및 이동시키는 기술에 의한 것으로, 이는 전기커튼의 개념과 유사하다. 높은 진공조건에서 20mg의 모의 먼지샘플(50∼75㎛)로 실험한 결과, 태양 집열판의 효율을 11∼23%까지 저하시켰고, 전기역학적 먼지 제어를적용한 후에는 성능이 90%까지 개선된 것으로 나타났으며, 집열판 자체의 성능에도 어떠한 영향도 미치지 않는 것으로 실험결과가 도출되었다.

◦한국건설산업연구원은 전기적인 방법으로 실내공기 오염물질의 제어를

통하여 공기질을 향상시킬 수 있는 요소기술에 대한 연구개발을 수행하

고 있다. 정전기적인 힘을 이용하여 하전을 갖는 작은 먼지를 변압 3상교류전원 발생기(0∼990V)와 공급된 전류가 흐르게 되는 전극 기판을 이용하여 표면으로부터 부상시켜 전극의 외부로 이동시키는 기술을 개발하

고 있으며, Lab 실험용 시작품(3상 교류전원과 PCB 전극판)과 미세 활성



탄을 이용하여 먼지의 이동 가능성을 확인한 바 있다.◦유전영동 및 정전기력을 이용한 전기역학적 먼지 제어 기술은 다중이용

시설과 같이 다양한 실내공기 오염물질이 발생되는 곳에 적용하기 위해

서는 실내 온도 및 습도, 대상물질의 수분 함량 및 전기화학적 특성 고려와 같은 문제점을 해결해야 할 것이다.

5. 저온플라즈마 및 촉매산화 기술◦저온플라즈마 시스템과 광촉매 시스템은 각각 단독으로 사용되어도 어느

정도 효과가 있는 공기 청정 기술이지만, 단독으로 사용할 경우 문제점이 있다. 따라서 저온플라즈마/광촉매를 결합시킨 기술이 대안으로서 검토되고 있다. 공기정화기에 이용되는 저온 플라즈마 공정 또는 촉매와복합된 플라즈마공정은 휘발성 유기화합물의 분해를 위한 화학반응을 유

발시킬 수 있는 효과적인 접근방법이라는 것은 이미 많은 연구자들에 의

해 밝혀지고 있다.◦해외의 플라즈마 관련 기술개발 동향을 살펴보면 북미, 일본, 네덜란드등 세계의 수많은 연구기관과 대학에서 연구를 수행한 바 있다. 통상 플라즈마 공정에 대한 연구는 주로 자동차, 보일러 등 유량이 크고 오염물질의 농도가 높은 배기가스 처리를 대상으로 하고 있으므로, 공기정화용장치와 직접적인 비교는 어려우나 문헌 등에 나타난 플라즈마 공정의 공

통적인 문제점은 유해한 2차 오염물질의 발생, 과다한 전력소모량 등이있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 다양한 시도들이 이루어지고 있는데, 미국 Los Alamos 국립연구소에서는 플라즈마 공정의 성능향상 차원에서 반응기에 자외선을 조사하여 유기물의 분해효율을 높이고

있으며, 미국 Lawrence Livermore 국립연구소, 일본의 동경대 및 Ford 연구소 등에서는 플라즈마 방전 공정과 촉매기술을 혼합한 형태의 시스

템을 사용하여 유기화합물 및 질소산화물을 적은 전력으로도 효과적으로

제거할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.◦ 공기정화장치의 경우 오염물질의 농도가 낮아 유해 부산물 및 운전 전



력 문제에 대한 부담이 상대적으로 적은 편이기는 하지만, 상기와 같이플라즈마 공정을 자외선 또는 촉매기술과 결합시키면 최종 배출물 및 전

력소모량 문제를 동시에 해결할 수 있을 것이다.◦플라즈마를 이용한 입자상 오염물질의 고효율 제어와 관련한 문제점은

실내공기의 먼지 크기가 1㎛ 이하의 미세먼지라는 점과 전기비저항이 높다는 점이다. 대규모 전기집진기를 대상으로 한 미국 EPA의 연구결과를보면 배기가스가 집진기 본체를 통과하기 전에 교류 고전압에 의해 예비

하전 될 경우 집진 효율이 상승되는 것으로 보고하고 있다. ◦덴마크의 FLS사에서는 전기집진기에 직류대신 펄스고전압을 인가하여 고저항 미세먼지의 집진 효율을 증가시킴과 동시에 부수적으로 전력사용량

을 절감하는 효과를 얻고 있다. 이러한 연구결과는 대규모 배기가스를대상으로 한 것이지만, 기술적인 원리는 공기정화장치에 그대로 적용 가능할 것으로 보이며, 공기정화장치의 기술개발 방향을 암시하고 있다.

◦한편, 국내의 연구기관(포항산업과학연구원, 한국기계연구원, 전력연구원)에서 수행중인 플라즈마 관련 대규모 프로젝트는 탈황/탈질 연구를중심으로 하고 있으며, 0.5∼1.0 MW 급의 파일럿 플랜트를 가동 중에 있다. VOCs와 관련해서는 국내의 동아대, 충남대 등에서도 TCE, 톨루엔 등의 분해 연구를 시도한 바 있으나, 외국의 연구를 추적하는 수준에 그치고 있는 실정이다.

◦최근 한국기계연구원에서는 촉매공정과 플라즈마 공정을 복합하는 연구

를 수행 중에 있는데, 이러한 방식을 개선하여 공기정화장치에 적용하면다양한 종류의 탄화수소 및 악취제거 효과와 더불어 먼지의 예비하전 효

과가 있을 것으로 예상된다. 포항산업과학연구원에서는 플라즈마 공정의탈질 효율을 개선하기 위한 첨가제로 프로필렌을 사용하였는데 펄스 코

로나 방전 하에서 VOCs의 일종인 프로필렌이 쉽게 분해되며, 분해 생성물로 CO나 CO2 등과 미량의 에탄, 포름알데히드가 발생됨을 보고한 바있으며, 그밖에 경남대에서는 플라즈마 공정으로 메탄을 메탄올로 전환하는 연구를 진행하고 있다.



6. 생물학적 여과 기술(Biofilter)◦바이오필터는 가스속의 오염물질을 생물학적으로 처리하는 방법 중의 하

나로서, 미생물을 다공성의 담체에 고정화시켜 미생물의 대사활동에 의해 오염물질을 물, 이산화탄소 그리고 무해한 염으로 분해하는 환경 친화적이고 경제적인 기술이다.

◦바이오필터 방식은 1957년 Pomeroy에 의해 개발되었으며, 1970년대에 들어 네덜란드와 독일을 중심으로 개방형 바이오필터로 발전하게 되었다. 그 후 북유럽에서 지금의 바이오필터 시스템으로 발전시켜 현재 미국을

비롯한 선진국에서는 악취 및 VOCs 처리 기술 중에 BACT(Best Available Control Technology)로 인정받고 있으며, 국내에서도 공기처리, 하수처리장, 퇴비장 등을 시작으로 많은 분야에 적용이 확대되고 있다.

◦바이오필터 방식은 최대의 효율을 유지할 수 있도록 필터 층에 있는 미

생물의 서식환경을 최적화하는 것이 가장 중요한 요소이다. 바이오필터는 온도, 습도, 먼지 등을 전처리할 수 있는 전처리부, 오염물질을 분해하는 필터 반응탑, 그리고 송풍기, 제어판, 영양분 탱크 등을 포함하는부대 설비로 구성된다. 이 방식은 공기 중에 존재하는 오염물을 분해하기 위해 세공매체에 고정된 미생물을 이용한다.

◦악취 및 VOCs를 포함하는 가스는 필터 반응탑을 통과하는 동안 미생물담체에 흡착되거나 담체 표면에 형성된 바이오필름에 흡수된 후 미생물

에 의해 분해된다. 필터 반응층에서 오염물질을 생물학적으로 분해하는데는 호기성 미생물이 중요한 역할을 하는데, 바이오 필터에서는 폐가스속의 오염물질을 탄소원으로 이용하는 종속영양세균

(Hetero-organotrophic)과 이들과 상호작용을 하는 독립 영양세균 등의10종 이상이 주로 이용되고 있다. 는 바이오필터의 예를 나타낸 것이다.



Dynamic Botanical Air Filtration System(DBAF)의 개요도

◦최근 미국을 비롯한 선진국에서는 이 방식에 대한 연구개발이 가속화되

고 있으며, 특히 미생물인 박테리아를 이용하여 독성가스를 생물학적으로 분해하는 연구를 많이 수행하고 있으나, 기술적인 적용은 아직 실제로 중요하게 얻어진 것은 없고 단지 몇 가지의 공정에 대해서만 박테리

아가 적용될 수 있는 것으로 알려지고 있다. 국내에서도 바이오필터를이용하여 VOCs의 일종인 휘발유나 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 유독물질을 정화하는 장치를 개발, 공급되고 있다.

7. 복합(하이브리드) 방식◦최근에 개발된 하이브리드(Hybrid) 방식의 실내용 공기 정화기는 입자상과 가스상 오염물질을 동시에 제거할 수 있으며, 이 방식은 일반적으로집진필터부와 탈취필터부, 항균필터부, 음이온 발생부 등으로 구성되어있다. 집진필터부는 전기집진 방식 또는 정전기를 대전시킨 정전필터가사용되고 반도체 공장의 클린룸 등에서 사용되는 HEPA 또는 ULPA 필터등을 사용하기도 한다. 탈취필터는 공기 중의 냄새를 제거하기 위한 목적으로 활성탄과 활성 알루미나를 주로 사용하고 있다.



◦ 활성탄에는 특수가공을 하여 탈취효율의 향상과 장수명화 기능을 개선한다. 활성 알루미나는 활성탄과 비슷한 다공성 물질로 칼륨과 망간산염을 포화시켜 사용하며, 여기서 칼륨은 냄새분자를 산화시키는 강한 산화제의 역할을 하므로 이들은 실내에서 제어해야 할 포름알데히드를 산화

하여 CO2와 H2O로 변환시키는데 매우 효과적이다.◦ 최근에는 광촉매에 자외선을 조사하여 산화반응을 촉진시켜 악취를 산화, 분해하는 UV/광촉매 장치와 플라즈마 방전에 의해 냄새를 제거하는장치를 사용하는 것도 있다. 또한 필터표면에 항균가공을 하여 곰팡이나세균이 번식할 수 없도록 항균 처리된 재료를 사용한 항균필터도 있다. 그리고 그 효용이 확실하게 입증되지는 않았지만, 인체 세포내로 음이온을 공급해줌으로써 신진대사를 원활하게 해준다는 보고를 통해 음이온

발생기가 사용되기도 한다.◦ 그러나 음이온을 발생시키기 위해서 네거티브 코로나방전 기술을 주로사용하는데, 실제의 경우 많은 양의 음이온이 발생되는 동시에 오존도많이 배출되어 인체에 심각한 문제를 일으킬 수도 있는 것으로 알려져

있다. 이 방식은 장치가 구성되는 방식에 따라 달라지지만, 현재 일반적으로 사용되고 있는 공기청정기에 서는 입자상 물질에 대해 90% 이상, 가스상 물질은 80% 이상의 제거효율을 나타내고, 곰팡이 등의 균류에 대한 살균성능은 99% 이상인 것으로 보고되고 있다. 이와 같이 집진 및 살균성능이 우수한 이유는 하이브리드 방식에 사용된 각종 필터들이 입자

및 가스 등을 중복하여 제거하기 때문이�

1장 과업의 개요 · 2018. 10. 18. · 7 제 2 장 실내 공기질의 현상 및 과제 Korea...

Documents

Transcript of 1장 과업의 개요 · 2018. 10. 18. · 7 제 2 장 실내 공기질의 현상 및 과제 Korea...