[논문]유해오염물질 처리를 위한 흡연부스의 설계

권우택; 권이승; 이우식

doi:10.7731/kifse.2017.31.6.107

유해오염물질 처리를 위한 흡연부스의 설계
Study of Smoking Booth Design for the Treatment of Hazardous Pollutants 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.31 no.6, 2017년, pp.107 - 111

권우택 (을지대학교 보건환경안전학과) , 권이승 (가톨릭관동대학교 의료경영학과) , 이우식 (가천대학교 화공생명공학과)

초록
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본 연구는 흡연시 발생되는 각종 유해오염물질을 효과적으로 저감할 수 있는 친환경 흡연부스를 제작하고, 유해물질의 제거효율 및 효과를 평가하는 것이다. 유입구-HEPA필터-전기집진기(EP)-첨착활성탄-배출구 등의 탈취설비를 갖춘 친환경 자동 흡연부스를 설계 및 제작하여, 흡연연기에 의한 유해오염물질의 제거효율을 측정 및 평가하였다. 측정방법으로는 내부의 배경농도, 설비 가동 시 배출구 농도, 10분 후 흡연부스의 농도를 측정하고, 평가항목으로는 복합악취, 일산화탄소, 미세먼지($PM_1$, $PM_{2.5}$, $PM_{10}$), 총휘발성유기화합물(TVOCs)을 대상으로 하였다. 복합악취 제거효율은 흡연부스 내부에서는 95.37%, 방지설비통과 배출구에서는 97.38%로 우수하였다. 일산화탄소 제거효율은 내부에서는 94.25%, 배출구에서는 98.32%로 나타났다. 또 흡연부스 내부에서의 미세먼지 제거효율은 98.59%이며, 배출구에서는 98.85%로 나타나 미세먼지 제거효율은 매우 우수한 것으로 나타났다. TVOCs는 흡연부스 내부에서는 $26,000{\mu}g/m^3$에서 $5,203{\mu}g/m^3$로 감소하여 79.99%의 제거효율로 나타났고, 환풍기 가동 후 방지설비 배출구에서는 $5,019{\mu}g/m^3$로 측정되어 제거효율은 80.70%로 나타났다. 따라서 본 연구를 통하여 제작, 설계된 흡연부스는 향후 소규모 작업환경 내에서도 각종 유해오염물질들을 제거하는 용도로 적용할 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to develop a Eco smoking booth that can effectively reduce hazardous pollutants generated during smoking and evaluate the efficiency and effectiveness of removing hazardous pollutants. The design and manufacture of an eco-friendly automatic smoking booth equipped with deodorizing facilities, such as inlet - HEPA filter - electrostatic precipitator (EP) - impregnated activated carbon - exhaust port, etc., and the efficiency of removing hazardous pollutants from inside and outside was measured and evaluated. The complex odor removal efficiency was 95.37% inside the smoking booth, and 97.38% at the exit of the preventive facility. The carbon monoxide removal efficiency was 94.25% in the inside and 98.32% in the outlet. In addition, the removal efficiency of particulate matter, (PM1, PM2.5, and PM10) inside the smoking booth was 98.59%, and 98.85% at the outlet. The total volatile organic compounds (TVOCs) decreased from $26,000{\mu}g/m^3$ to $5,203{\mu}g/m^3$ in the smoking booth, resulting in 79.99% removal efficiency. After the ventilator was operated, the measured effluent concentration was $5,019{\mu}g/m^3$, and the removal efficiency was 80.70%. Therefore, the smoking booth designed and manufactured through this study can be applied to the removal of harmful pollutants even in the small working environment in the future.

주제어

표/그림 (5)

그림 Figure 1. Eco-friendly smoking booth design.
그림 Figure 2. Complex odor dilution in smoking booth.
그림 Figure 3. Concentration change of CO in smoking booth.
그림 Figure 4. Change of particulate matter in smoking booth.
그림 Figure 5. Change of TVOCs particle in smoking booth.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 흡연시 발생되는 복합악취(냄새), CO, 미세먼지, TVOCs 등의 각종 유해오염물질을 저감할 수 있는 친환경 자동 흡연부스를 설계, 제작하여 흡연시 발생되는 유해물질로부터 흡연자와 비흡연자를 보호하려는 장치를 개발하는 것이 본 연구의 궁극적 목적이다.

제안 방법

그리고 악취 및 유해오염물질이 외부로 확산되지 않도록 실내 압력을 음압으로 설계하고, 외부 공기의 유입은 흡연부스 내 상부로부터 유입되어 하부로 진입할 수 있도록 하였다. 이때에도 외부로부터의 유해물질 유입이 최소가 되도록 설계하였다.
밀폐형 흡연부스의 가스처리유량은 흡연시 발생되는 CO의 발생 농도를 기준으로 가스처리유량=흡연부스 규격 ×여유율(최적 14.6 m³/min)로 하였고, 환풍기 최소 풍속 산정은=가스처리유량/면적(0.81 m/sec)으로 하였다.
친환경 흡연부스의 기초설계는 첫 번째 담배에 관한 연구 자료와 흡연자들의 주요 흡연 형태 등을 고려하였으며 두 번째로 고려한 점은 흡연부스의 규격, 환기시스템, 센서, 친환경 에너지장치 및 탈취설비 등을 고려하여 Figure 1 과 같이 설계하였다.
흡연부스 내 · 외부의 유해오염물질 측정은 배경농도, 흡연부스의 환기를 가동하지 않고 담배 5개비를 피운 후 흡연부스 내의 유해물질 측정, 환풍기 가동 후 흡연부스 밖의 배출구에서 유해물질 측정, 그리고 환풍기 가동 10분 후 흡연부스 내의 유해오염물질량을 각각 측정하였다.
흡연시 발생되는 각종 악취 및 유해오염물질 들을 제거하기 위하여 흡연부스를 설계, 제작하여 가동 전 · 후에 있어서 흡연부스 내부와 탈취설비 배출구에서의 복합악취, CO, 미세 먼지, TVOCs 등의 제거효율을 측정한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

흡연부스의 면적은 5인 기준으로 하여 3,000 mm(W)× 2,000 mm(L)하였으며, 높이는 성인 남성 평균 키를 고려하여 2,660 mm(H)로 설계하였다.
흡연자가 없어도 환기설비가 자동으로 작동되어 다음 흡연자에게 불쾌감과 유해물질에 노출될 가능성을 줄이기 위하여 일정 시간동안 환기설비를 작동시켜 실내 공기질을 쾌적하게 유지할 수 있는 인체감지센서 및 전자회로를 구성하여 사용하였다. 센서의 위치는 지상에서 1.

이론/모형

시료는 흡연부스 내부와 배출구에서 복합악취, 일산화탄소, 미세먼지 및 총휘발성유기화합물 등을 채취하고, 분석방법으로는 복합악취는 공기희석 관능법(남 5명, 여 2명, 나이 22∼33세)으로, CO(APM/3330)와 미세먼지(DUSTTRACKTM DRX8534, TSI), 총휘발성유기화합물(GC/MSD, HP 6890/ 5973N) 등은 대기오염공정시험법에 의한 기준을 따랐다.
탈취설비는 대표적인 탈취방식을 비교 검토를 통해 선정하였으며, 구성으로는 유입구 -HEPA필터-전기집진기(EP)- 첨착활성탄-배출구로 이어지는 건식법을 적용하여 설치하였다.

성능/효과

1) 흡연부스 내부에서의 복합악취 제거효율은 95.37%, 흡연부스 배출구에서는 97.38%로 제거되어 복합악취 배출 허용기준을 충족하였다.
2) 흡연부스 내부에서의 CO 농도는 31.48 ppm에서 환풍기 가동 10분 후 1.81 ppm으로 나타나 94.25% 제거효율을 보여 주었으며, 방지설비 통과 후 배출구에서의 CO 농도가 0.53 ppm으로 나타나 제거효율은 98.32%로 나타났다.
3) 흡연 후 흡연부스 내에서 환풍기 가동으로 인하여 미세먼지(PM₁, PM_2.5, PM₁₀) 제거효율은 98.59%이며, 흡연부스 배출구에서의 미세먼지 제거효율은 98.85%로 나타나 미세먼지 제거효율은 매우 우수한 것으로 나타났다.
4) TVOCs는 흡연부스 내부에서는 26,000 μg/m³에서 5,203 μg/m³로 79.99% 제거효율을 보였으며, 환풍기 가동 후 배출구에서 5,019 μg/m³로 80.70%의 제거효율을 나타냈다. TVOCs의 경우 다른 유해물질 보다 낮은 제거효율을 보여줌으로써, 첨착활성탄에 대한 추가 연구가 필요하다.
먼저 흡연부스 내의 배경농도는 PM₁ (0.03 μg/m³), PM_2.5 (0.05 μg/m³), PM₁₀ (0.07 μg/m³), PM_total (0.16 μg/m³)이며, 담배 5개비 피운 후 흡연부스 내의 미세먼지 농도는 PM1 (7.37 μ g/m³), PM_2.5 (7.68 μg/m³), PM₁₀ (7.61 μg/m³), PM_total (22.65 μg/m³)로 나타났다. 환풍기 가동 후 방지설비 배출구에서의 미세먼지는 PM₁ (0.
실험결과 흡연부스 내에 체류하는 미세먼지 농도(PM₁₀)는 평균 7.61 μg/m³로 나타났으며, 방지설비를 통한 배출구 농도는 0.10 μg/m³로 흡연부스 내·외부의 미세먼지 농도는 대기환경기준(PM₁₀)을 만족하여 흡연자가 흡연에 의한 미세먼지의 영향은 미미한 것으로 판단되었다. 전체 먼지 농도로 볼 때 환풍기 가동 전 22.
환풍기 가동 10분 후 흡연부스 내의 복합 악취 농도는 254배수로 낮아졌으며, 흡연부스의 환풍기 가동 후 방지설비 배출구에서의 복합악취 농도는 144배수로 검출되었다. 이는 복합악취 배출허용기준에 적합하였으며 설치된 흡연부스의 복합악취 제거효율은 97.37%로 나타났다.
10 μg/m³로 흡연부스 내·외부의 미세먼지 농도는 대기환경기준(PM₁₀)을 만족하여 흡연자가 흡연에 의한 미세먼지의 영향은 미미한 것으로 판단되었다. 전체 먼지 농도로 볼 때 환풍기 가동 전 22.65 μg/m³에서 방지설비 통과후 배출되는 미세먼지 농도는 배경농도 보다 조금 높은 0.26 μg/m³으로 측정되어 제작된 흡연부스의 미세먼지 농도 제거효율은 98.85%로 나타났다. 이는 연기 중의 입자상 물질에 전하를 주어 순간적으로 포집하여 처리하는 전기집 진기장치 효과 때문일 것으로 생각된다.
7 배 높아진 26,000 μg/m³로 나타났다. 환풍기 가동 후 방지 설비 배출구에서의 TVOCs가 5,019 μg/m³로 측정되어 흡연 부스 내에서 배출구를 통하여 제거된 TVOCs의 제거효율은 80.70%로 나타났다. 다른 유해물질에 비하여 TVOCs 제거효율은 낮게 나타났다.
흡연부스 안에서의 연기의 빠른 확산으로 인하여 Log 간격을 1분으로 하여 CO측정기로 실시간 분석한 결과는 Figure 3과 같이 나타났다. 흡연부스 내부의 CO 배경농도는 0.49 ppm, 흡연부스 가동 전 담배 5개비 피운 후 CO는 31.47 ppm, 환풍기 가동 10분 후 흡연부스 내의 CO농도는 1.81 ppm, 환풍기 가동 후 방지설비를 통과한 배출구에서는 0.53 ppm으로 나타나 방지설비 한 흡연부스의 일산화탄소(CO) 제거효율은 98.32%로 나타났다. 이는 첨착활성탄이 매우 넓은 비표면적과 다양한 환경오염물질의 흡착 및 산화뿐만 아니라 일산화탄소의 산화반응에도 사용이 가능하므로 흡연부스 내부의 일산화탄소를 효과적으로 흡착, 제거하여 배출했다고 판단된다.
흡연부스의 복합악취의 배경농도는 평균 3배수로 냄새를 감지할 수 없었으며, 담배 5개비 피운 후 평균 5,491배수로 증가하였다. 환풍기 가동 10분 후 흡연부스 내의 복합 악취 농도는 254배수로 낮아졌으며, 흡연부스의 환풍기 가동 후 방지설비 배출구에서의 복합악취 농도는 144배수로 검출되었다.

후속연구

70%의 제거효율을 나타냈다. TVOCs의 경우 다른 유해물질 보다 낮은 제거효율을 보여줌으로써, 첨착활성탄에 대한 추가 연구가 필요하다. 또한, 내부에서의 TVOCs는 10분 후에도 처음 배경농도에 달성하지 못하였는데, 잔류된 TVOCs로 인한 복합악취와 관련성이 있다고 보여지며, 흡연부스의 내부 재료에 따른 TVOCs에 의한 흡착관계 및 잔류성 평가에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.
TVOCs의 경우 다른 유해물질 보다 낮은 제거효율을 보여줌으로써, 첨착활성탄에 대한 추가 연구가 필요하다. 또한, 내부에서의 TVOCs는 10분 후에도 처음 배경농도에 달성하지 못하였는데, 잔류된 TVOCs로 인한 복합악취와 관련성이 있다고 보여지며, 흡연부스의 내부 재료에 따른 TVOCs에 의한 흡착관계 및 잔류성 평가에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.
본 연구결과로 인한 친환경 흡연부스가 향후 소규모 작업환경 내에서 각종 유해오염물질 및 입자상물질을 제거하는데 적합하다고 생각되어진다. 이후 에너지 효율, 설비 용량에 따른 유입가스의 균등분배, TVOCs에 관한 잔류성 평가 등에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.
본 연구결과에서 흡연부스의 주요 장치인 유입구-HEPA필터-전기집진기(EP)-첨착활성탄-배출구 등 탈취설비를 갖춘 친환경 흡연부스가 흡연 시 발생하는 기체 및 입자상 물질과 동일 미립자를 흡착, 제거하는 기능에 적용될 것으로 생각된다.
다른 유해물질에 비하여 TVOCs 제거효율은 낮게 나타났다. 이는 첨착활성탄을 사용함으로서 TVOCs 성분이 어느 정도 흡착, 제거가 되었으나, TVOCs의 제거효율을 높이기 위해서는 첨착활성탄에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
이러한 직·간접적인 흡연으로 인한 피해를 줄이고, 흡연자와 비흡연자의 건강을 보호하는 차원에서 흡연부스의 설치 요구가 높아지고 있어 향후 이에 대한 수요는 크게 증가할 것으로 예상하고 있다. 일본 및 유럽 등의 선진국에서는 ‘Smoke Cabin’이라는 유료 흡연부스를 운영하고 있으며.
본 연구결과로 인한 친환경 흡연부스가 향후 소규모 작업환경 내에서 각종 유해오염물질 및 입자상물질을 제거하는데 적합하다고 생각되어진다. 이후 에너지 효율, 설비 용량에 따른 유입가스의 균등분배, TVOCs에 관한 잔류성 평가 등에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 실험에서 흡연부스의 복합악취 제거효율이 높게 측정될 수 있었던 원인 무엇인가?	이는 가스상 물질을 제거하기 전에 HEPA 필터에서 미세먼지를 제어하고 전기집진기(EP)-첨착활성탄-배출구로 유출되었기에 복합악취는 높은 제거율을 나타냈었다고 생각되어진다. 이상의 결과를 요약하면 Figure 2와 같다.
	담배 연기은 어떻게 구성되어 있는가?	담배 연기는 약 5,000종 이상의 독성 및 화학물질들이 체내에서 각종 질환 및 암을 일으키며 그 중에서도 특히 일산화탄소, 타르, 니코틴, 중금속 등 70 여종이 발암성 물질인 것으로 알려져 있다.(2) 국내 사망원인 중 흡연과 관련된 질환 사망자는 41.
	미세먼지를 구분하는 기준은 무엇인가?	미세먼지는 직경에 따라 PM1, PM2.5, PM10로 구분이 되고낮은 숫자일수록 호흡 시 폐까지 유입되어 호흡기질환과 폐질환 및 심장병유발, 심부정맥 이환과 관련이 있으며, 노인 및 어린이에게 높은 위해성이 있는 것으로 알려져 있다.(8,9)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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