"3조- MEDIC"의 두 판 사이의 차이

2021년 12월 15일 (수) 09:30 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 개인 소형 병원에서 활용할 수 있는 소형 UV 멸균분쇄기

영문 : Miniaturized Sterilizing Grinder Using Ultroaviolet for Small Hospital

과제 팀명

MEDIC조

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 남*선(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 김*준

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 김*겸

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 한*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

2021년 현재, COVID-19 바이러스 확산 장기화로 인해 의료폐기물이 급증하였고 처리시설 용량은 한계가 있기 때문에 의료폐기물 적체 문제가 심화되고 있다. 이로 인해 의료폐기물 처리단가 역시 상승하고 있어서 병원들의 재정적 부담으로 작용하고 있기 때문에 정부에서는 병원 자체적으로 의료폐끼물을 처리할 수 있는 시설(멸균분쇄기)에 대한 규제를 완화하였다. 그러나 개인병원의 경우 의료폐기물 처리단가가 대형병원에 비해 높기 때문에 의료폐기물 자체 처리시설에 대한 필요성이 대형병원보다 더 크지만, 현재 사용 가능한 멸균분쇄기는 대형병원에만 적용이 가능할 정도로 크기가 크기 때문에 개인병원에는 적용이 어렵다. 따라서 의료폐기물로 인한 개인병원의 재정적 부담을 완화하기 위해 UV 기술을 활용하여 소형병원에서 사용 가능한 멸균분쇄기를 설계 및 제작하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

개발 과제의 배경

2019년 12월, 중국 후베이성 우한시에서 처음 관찰되었던 COVID-19 바이러스(이하 코로나-19)는 2021년 9월 현재까지도 그 확산세가 그칠 줄 모르며 범세계적으로 확진자 수가 지속해서 증가하고 있다. 한국 역시 최근 7, 8월부터 4차 대유행이 지속됨에 따라 확진자가 매일 1,000명 이상 발생하고 있어 코로나-19 확산세에 자유롭지 않다. 현재 한국의 백신 접종 완료율은 약 41.6%이고 지속해서 증가할 것으로 보이나, 코로나-19의 새로운 변이가 새로이 보고되고 있으며 백신이 변이 바이러스의 면역까지 보장하지 못하는 사례까 발견되고 있어 당분간은 코로나-19 확산세가 그치지 않을 것으로 예상된다.

2년 가까이에 이르는 코로나-19 확산세로 인하여 의료계는 현재 전례 없는 격리시설 부족, 업무 부담에 휩싸이고 있으며 급증한 업무와 더불어 늘어나는 의료폐기물 역시 상당한 사회적 부담으로 작용하고 있다. 특히 환경부 방침에 따라 확진자에게서 발생한 모든 폐기물은 격리 의료폐기물로 처리되고 또한 생활 치료센터에서 발생한 확진자와 관련 없는 폐기물 역시 일반 의료폐기물로 취급됨에 따라 의료폐기물 발생량이 증가하고 있다. 그러나 의료폐기물은 당일 수거, 당일 소각이 원칙이고 의료폐기물 처리시설 용량은 한정적이어서 의료폐기물 적체 현상이 발생하고 있으며 이에 따라 코로나-19 이전 시기 대비 의료폐기물 톤당 처리비용이 2배 이상 오르는 등 기하급수적으로 상승하고 있다.

대학병원이나 공공의료원의 경우 자본 규모가 클 뿐만 아니라 의료폐기물 처리 업체를 경매를 통해 선정하기 때문에 이러한 처리비용 상승이 엄청난 부담으로 느끼지 않을 수 있으나 개인병원의 경우 매달 의료폐기물을 처리함에 따라 톤당 처리단가가 높게 책정되어 상당히 어려운 상황이다. 또한, 신규 의료폐기물 처리시설을 설치하는 것 역시 지역주민의 반대, 인허가의 어려움 등으로 인해 난항을 겪고 있어 당분간 개인병원의 고충은 지속할 것으로 전망된다.

정부에서는 병원의 의료폐기물 부담을 완화하기 위해 교육환경 보호법을 개정하여 의료폐기물을 자체적으로 멸균 분쇄할 수 있도록 허용하였다. 이로 인해 대학병원과 같은 대형병원에서 적극적으로 멸균분쇄기를 도입하여 자체적으로 의료폐기물을 처리하고 처리 후 남은 폐기물을 사업장 폐기물과 동일하게 처리할 수 있게 되었다.

의료폐기물은 폐기물관리법 시행령 제4조에 의해 격리 의료폐기물, 위해 의료폐기물, 일반 의료폐기물로 분류된다. 격리 의료폐기물은 「감염병의 예방 및 관리에 관한 법률」 제2조 제1항의 감염병으로부터 타인을 보호하기 위하여 격리된 사람에 대한 의료행위에서 발생한 일체의 폐기물이다. 위해의료폐기물은 인체 또는 동물의 조직·장기, 사체, 혈액 성분이 포함된 폐기물, 폐백신, 시험·검사 등에 사용된 의료폐기물을 의미한다. 그리고 일반의료폐기물은 탈지면, 붕대, 거즈, 일회용 주사기 등을 포함하는 의료폐기물이다.

2018년 기준으로 의료폐기물 중 일반의료폐기물은 전체 의료폐기물의 78%이며 코로나-19가 유행하는 2020년에도 일반 의료폐기물이 의료폐기물 중 가장 많은 비중을 차지했다. 이러한 사실들을 종합하여보면 위해성이 상대적으로 크지 않은 일반의료폐기물이라도 의료기관 자체적으로 처리하여 사업장 폐기물로 배출하여도 의료폐기물 처리비용을 상당히 감축할 수 있을 것이라 예상된다.

또한, 2018년 의료폐기물 업종별 배출업소 수 그래프와 2019년 의료폐기물 배출자 업종별 발생량 그래프를 살펴보면, 두 해의 의료폐기물 업종별 배출업소 수와 발생량이 현격한 차이가 없다고 가정했을 때, 의원이 배출량은 10%로 비중이 크지 않으나 배출업소 수는 76%를 차지하여 타 업종대비 월등하다는 것을 확인할 수 있다. 의료폐기물 배출업소 중 의원의 비중이 크기 때문에 대형병원 등지에서만 사용할 수 있는 현재의 멸균파쇄시설보다는 저렴한 소규모 처리시설에 대한 수요가 더 많을 것으로 예상된다.

그러나 현행 법령상 허용된 멸균분쇄시설은 증기멸균분쇄시설, 열관멸균분쇄시설, 마이크로웨이브멸균시설에 한정되어 있으며 해당 설비들은 유지관리 비용이 높을 뿐만 아니라 상당히 거대한 규모의 시설이기 때문에 부지가 한정적인 병원에서는 멸균분쇄시설의 도입을 쉽게 결정할 수 없는 것이 현실이다. 따라서 현재 멸균분쇄시설을 도입할 수 있는 병원은 극소수 일부 대형병원에 한정되며 의료폐기물 처리에 더 큰 경제적 비용을 지급해야 하는 개인병원의 경우 여전히 의료폐기물을 위탁 처리하는 방법밖에 존재하지 않는다.

기존의 멸균분쇄시설보다 소규모에 최적화된 시설을 위해서 새로운 멸균분쇄 방식을 고민할 필요가 있다. 기존에 행해지던 방역 방법이나 멸균방법을 고려하면 소독제를 사용한 멸균분쇄, 과초산을 이용한 멸균분쇄방식을 고려해볼 수 있다. 그러나 이들 방식은 화학약품 사용으로 인한 폐수문제와 유지관리 난이도의 문제가 있고 결정적으로 소독제를 별도로 보충해야하기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점이 있다. 그러므로 화학약품을 사용하는 화학적 멸균분쇄시설 역시 소형 병원에 설치하기에는 적절치 않다.

최근 UV를 통한 코로나-19 바이러스 사멸이 성공적으로 진행될 것이라는 예측이 있었고 실제로 UV가 바이러스를 1초 만에 99% 이상 사멸시키는 결과가 보고되는 등 UV 멸균이 효과가 있음이 확인되고 있다. UV는 파장 범위가 10-400nm인 빛이며 파장에 따라 UV-A (320-400nm), UV-B (280-320nm), UV-C (200-280nm), V-UV (10-200nm), E-UV (10-121nm)로 분류되고 이 중 미생물 및 바이러스 사멸에 특히 효과적인 UV 종류는 UV-C로 알려져 있다. UV를 미생물이나 바이러스에 조사할 경우 DNA 구조의 변화가 발생하여 증식이 어려워지며 또한 UV는 단백질 손상 및 변성을 야기하여 세포 및 바이러스의 사멸을 이끈다.

UV를 이용한 멸균은 에너지가 많이 소모되지도 않고 특정 물질이 잔류하지도 않아 사용이 간편하며 매우 경제적인 방법이다. 그러므로 의료폐기물의 위해성을 감소시켜 이후 후속처리를 용이하게 하고, 최종적으로 일반적인 사업장 폐기물로서 처리되어 소규모 병원의 의료폐기물 처리 부담을 경감시키기 위해 UV를 활용한 소규모 일반 의료폐기물 처리시설 개발을 고려할 수 있을 것이라 예상된다.

개발 과제의 효과

UV 멸균을 멸균파쇄기에 활용할 경우 기존의 거대했던 멸균파쇄기를 소형화하여 설계할 수 있고 기존 멸균파쇄기보다 유지관리비가 적게 들어 경제성 역시 확보할 수 있다. 이러한 멸균파쇄기의 변화는 부지가 없어 멸균파쇄기를 도입하지 못했던 병원들에 멸균분쇄기 도입을 재고할 기회가 될 것이며 동시에 현재 의료폐기물 처리에 큰 비용부담을 느끼고 있는 개인병원들에도 도입을 고려할 수 있어 개인병원들의 부담을 완화하는데 기여할 것이다.

더불어 인허가 절차의 까다로움과 주변 주민들의 반대가 많은 의료폐기물 처리시설을 늘릴 필요 없어지고 대부분의 부지를 활용성이 좋은 환경 처리시설로 활용할 수 있는 장점이 생긴다. 특히 의료폐기물은 매년 증가하는 추세기 때문에 향후에도 증가할 것으로 예상되는데 늘어나는 의료폐기물을 시설 확장 없이 처리할 수 있다는 장점이 있다. 더불어서 각 병원에 멸균분쇄기가 도입될 경우 코로나-19와 같은 팬데믹 상황에 대한 폐기물 처리 능력이 향상되어 폐기물 발생 급증에 대응하기 용이하다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 과제는 개인병원에서 활용할 수 있는 UV를 활용한 소형 멸균분쇄기 제작을 목적으로 한다. 제작하는 멸균분쇄기는 상용화된 세탁기 정도의 부피로 제작되어야 하며, 이는 소규모 병원에서도 큰 공간 차지 없이 사용할 수 있을 정도가 되는 최소한의 기준이다.

UV 소독을 통해 멸균 기준을 달성할 수 있도록 한다. 멸균율 99.9%는 다른 멸균방법과 비견될 수 있는 최소한의 성능이므로 가능한 한 최고의 멸균율을 얻을 수 있도록 설계할 필요가 있다. 이는 아직 UV를 이용한 멸균분쇄기가 허용되지 않았기 때문이며 정부의 승인을 얻기 위해서는 좋은 성능을 달성할 필요가 있다. 또한, 멸균분쇄기는 인체에 악영향을 미칠 수 있는 바이러스와 UV가 외부로 유출되지 않는 안전성 높은 구조가 되어야 한다.

파쇄를 통해 폐기물의 겉보기 밀도를 향상시켜 일정 이상의 성능을 확보한다. 이는 의료폐기물의 UV 접촉면적을 넓혀주므로 멸균율을 높이는데 도움 된다. 또한, 파쇄는 폐기물 수송 효율과 밀접한 연관이 있으며 소각로에서도 좋은 연소조건을 만들어 준다. 그러므로 일반의료폐기물을 기기 이상 없이 분쇄 가능한 정도의 파쇄능력을 확보한다.

UV의 멸균은 UV가 조사되는 면만 소독이 진행되는 약점이 있기 때문에 이를 보완하기 위해 본 과제의 멸균분쇄기에는 폐기물을 파쇄한 뒤 UV 램프가 가동됨과 동시에 의료폐기물을 지속적으로 교반하여 멸균의 사각지대가 없도록 한다.

제작 대상은 기존의 일반의료폐기물 처리비용을 감축시키는데 기여해야 하며 이를 위해 기존 제품대비 전력을 적게 쓰고 부품 수명이 길어야 하며 가격이 낮아야 한다. 또한, 제품의 사용 및 유지관리가 쉽도록 설계되어야 한다.

관련 기술의 현황

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

기존의 의료폐기물 대상 멸균분쇄장치로 사용되는 제품에 대해서 조사하여 대표적으로 사용되는 제품을 표로 정리하면 아래와 같다.

위의 표에 나와있는 UM2 1500DS, GHC-200의 경우 개인병원에서 의료폐기물의 멸균을 위해 사용하기에는 크기가 매우 크다. 실제로 위의 두 제품은 대형병원에서 사용되는 중이며 기기의 설치는 공간을 따로 두어 설치할 만큼 큰 것을 확인할 수 있었다. 또 소독제를 사용하는 Envomed 80의 경우 크기는 상대적으로 작으나 지속적인 소독제를 투여해야 하므로 운영비용 측면에서 개인병원이 의료폐기물 처리를 위해 기기를 설치하는 이점이 크지 않다.

따라서 시중에 나와 있는 의료폐기물 멸균파쇄장치는 설계 목표인 개인병원에서 쓸 수 있을 정도로 소형화되어 있거나 운영비용이 적은 멸균파쇄장치에 해당하지 않기 때문에 기존의 멸균파쇄장치와는 다른 장치를 만들어야 한다는 것을 알 수 있다.

마케팅 전략

1. SWOT 분석

마케팅 전략을 수립하기 위해 SWOT 분석을 하였다. SWOT에서 각 글자가 나타내는 뜻은 Strength, Weakness, Opportunity, Threat이며 이에 해당하는 방법과 같이 정리하면 아래와 같다.

SWOT 분석을 통해 각각의 요소에 해당하는 전략을 수립하면 아래와 같다.

1. SO전략

기존의 멸균분쇄장치는 규모가 커 소형 개인병원에 도입이 불가능했다. 그러나 본 설계물은 세탁기 정도 크기의 소형으로 제작되어 개인병원 정도의 규모에서도 충분히 도입이 가능하다.

코로나 팬데믹으로 인한 시민들의 의료폐기물 관련 관심이 증대될 것으로 예상되며 국제적으로 의료폐기물 처리에서 ‘발생지 처리원칙’을 기조로 변화하고 있다. 이에 발맞추어 의료기관의 절대 다수이면서 소규모인 의원에서도 도입이 가능한 자가처리시설을 만듦으로서 세계적인 시류에 편승할 수 있다.

의료폐기물의 톤당 위탁처리 비용은 2019년 기준 대규모의 종합병원 약 75만원/톤, 소규모의 개인병원은 약 100만원/톤으로 33%가 더 비싸다. 또한, 대형병원은 현재 멸균분쇄시설 설치를 통한 자가처리라는 선택지가 있는 반면 개인병원은 위탁처리밖에 선택지가 없다. 소형 멸균분쇄기는 개인병원에서도 의료폐기물의 자체 처리를 가능하게 하여 종합병원과 개인병원 간의 처리비용 격차를 줄일 수 있을 것이라 예상한다.

코로나 팬데믹 전후로 의료폐기물 발생량과 위탁처리 비용이 급증했을 뿐만 아니라 의료폐기물 처리단가는 2010년 이후 지속적으로 상승해왔다. 이러한 상황은 소형 UV 멸균파쇄장치의 설비 자체 및 운영관리 비용이 저렴하다는 장점과 연결되어 위탁처리 비용에 비해서 장기적으로 충분한 경제성을 가진다.

의료폐기물이 급증하는 것에 반해 의료폐기물의 처리장은 주민들의 반대, 인허가의 어려움 등으로 추가적인 설치가 어려웠다. 소규모의 개인병원에서도 의료폐기물의 자체 처리를 가능하게 함으로써 의료폐기물 처리장의 증설의 필요성을 줄여 의료폐기물 급증에 의한 적체문제를 완화할 수 있다.

2. WO전략

의료폐기물 멸균보다 더 엄격한 멸균이 필요한 의료계에서도 UV 멸균이 적용된 사례가 있으며(캐머런 외, 1989)(크로스니, 2016) 이를 통해 소형 UV 멸균파쇄장치가 기존 멸균분쇄장치와 비교하여도 인체에 무해한 정도까지 충분히 멸균이 가능하다고 추론할 수 있다. 또한, UV 외의 다른 멸균방식으로는 소형 멸균분쇄기 제작이 어려워 유일하게 개인병원에 도입이 가능한 멸균분쇄기라는 점을 강조할 수 있다.

처리속도 및 처리량 문제는 기존 멸균분쇄기를 도입할 수 없고 제품의 주된 판매대상인 개인병원에서는 의료폐기물 발생량이 적기 때문에 큰 약점이 되지 않을 것으로 예상된다. 또한 처리단가의 증가 및 UV 멸균분쇄기의 가격 경쟁력을 고려하면, 소형 멸균분쇄기를 여러 대 설치하는 것이 타 제품 하나 설치하는 것보다 경제적일 수 있다.

3. ST전략

개인병원의 경우, 초기 구매 비용이 부담되거나 폐기물 발생량이 많지 않아 수요가 적을 수 있으나 설비 자체 및 운영관리 비용이 저렴하고 사용 및 유지관리의 편의성 또한 높다는 점을 강조하여 경제성을 납득시킬 수 있을 것으로 예상한다.

기존의 멸균분쇄시설과 처리 방식 및 규모가 달라 성능과 별개로 장치 자체의 불신 가능성이 있을 수 있다. 따라서 교반 장치를 도입해 UV 멸균 효과 증대시켰고 바이러스 및 UV의 외부 유출 또한 원천 차단하여 안전성을 확보하였으며, UV 파장을 주기적으로 바꾸어 바이러스 및 세균의 내성 생성을 방지한다는 점을 적극 홍보할 필요가 있겠다. 또한, 시험성적서 및 특허를 제시하여 신뢰성을 높일 수도 있다.

4. WT전략

인력 및 자금이 부족할 수 있는 개인병원에서 새로운 장치를 추가적으로 도입함으로써 유지관리 비용이 증가할 수 있고, 코로나 팬데믹 종식 후 의료폐기물 처리비용이 완화되어 설비의 경제성 감소 예상이 되지만 이 두 가지를 모두 고려하더라도 의료폐기물 처리 위탁 비용이 점차 상승할 것으로 예상되므로 장기적으로 멸균분쇄기를 도입하는 선택이 경제성을 가질 가능성이 매우 크다.

현재 멸균분쇄장비의 법적 요건 및 근거에 적합하지 않으나 기존 멸균분쇄의 법적 허용 요건 및 근거에 적합하지 않은 소독제로 멸균하는 방식을 도입한 ‘Envomed 80’의 실증 특례 선행 예시가 있어 본 설계물 또한 성능이 입증된다면 실증 특례 등으로 실제 현장 도입을 실현할 수 있을 것으로 예상된다.

2. 예상 제품 가격 및 마케팅 전략

타 기업, 타 제품의 제조원가계산서를 참고하여 기획재정부계약예규 예정가격작성기준에 따라 예상한 제조원가는 다음과 같다.

즉 병원 입장에서 CAPEX(Capital Expenditure)는 1,950,000원 가량이다. 멸균분쇄기 운영과정에서 발생할 수 있는 OPEX(Operation Expenditure)는 전력비용 및 부품교체비용이 있다. 전력비용의 경우 24시간 내내 가동한다고 가정했을 때 1년에 1,000kWh 사용되므로 10만원 정도 추가될 것으로 예상되며 UV램프의 경우 수명이 10,000시간 정도로 알려져 있으므로 해당 기간 이상 사용했을 때는 UV램프를 교체해야하기 때문에 약 30만원의 비용이 발생할 것으로 보인다.

2021년 의료폐기물 처리단가는 약 1,200\/kg이며 의료폐기물을 멸균분쇄하여 사업장폐기물로 처리할 경우는 처리비용으로 톤당 20만원에서 30만원이 소요되는 것으로 알려져 있다. 즉, 멸균분쇄기로 의료폐기물을 처리할 시 1,000\/kg의 이익이 발생한다. 상기한 점들을 반영하여 다음과 같이 손익분기점을 찾을 수 있다.

멸균분쇄기 사용시간이 9898시간에 도달했을 비용보다 편익이 더 커지는 때 첫번째 손익분기점에 도달하지만, 10000시간 때 UV LED를 교체하면서 다시 비용이 발생한다. 이후 11421시간 사용했을 때 손익분기점에 도달하고 이후에는 지속적으로 편익이 비용에 비해 더 크다. 따라서 의료폐기물 처리비용이 현 상태를 유지한다면 11421시간을 기점으로 순이익이 지속적으로 발생한다고 평가할 수 있다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

의료폐기물 멸균을 위한 소형 UV 멸균파쇄장치에서 기존의 제품 혹은 기존에 취급하던 방법과 차별화된 기술적 측면 및 기대효과는 아래와 같다.

제품의 멸균력이 기존 의료폐기물 멸균을 위한 제품들과 유사하면서, 기존 제품들보다 기기의 크기가 상대적으로 매우 작아 개인 소형 병원에서 부담 없이 사용할 수 있는 형태로 고안되었다.

파쇄된 의료폐기물의 표면에 UV가 잘 노출되도록 UV조 내에 교반기를 설치해 멸균이 원활하게 진행되도록 설계하였다.

기기 내부와 외부가 내부의 격벽에 의해 단절된 형태로 기존 의료폐기물 전용 상자에 비해 더 안전하고 위생적이다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

멸균방식을 UV로 채택하여 다른 멸균분쇄기보다 유지관리 비용이 적어 경제적이다.

일반의료폐기물을 개인병원에서 자체 처리하면서 의료폐기물 처리 비용 부담이 완화된다.

일반의료폐기물 자체 처리로 인하여 의료폐기물 처리시설 부족과 같은 사회적 문제를 해결 가능하고, 지속적인 의료폐기물 처리 비용 증가에 대해 대응 가능하다는 점에서 경제적 문제 역시 해결할 수 있다.

구성원 및 추진체계

남*선 : 기존 기술 분석, 기존 기술 문제점 개선 고안, 멸균 기술 선정, PPT 제작, 포스터 제작

김*준 : 파쇄기 설계, 배출구 설계, UV 멸균조 설계, CAD 도면 제작, 최종 발표

김*겸 : 제품 유입구 실험, UV 멸균조 제작, UV 멸균조 멸균율 실험, UV 멸균조 교반실험

한*영 : 자료 조사, 경제성 분석, 특허 조사, 보고서 작성

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

@@ 205번째 줄: / 205번째 줄: @@
 :* 일반의료폐기물 자체 처리로 인하여 의료폐기물 처리시설 부족과 같은 사회적 문제를 해결 가능하고, 지속적인 의료폐기물 처리 비용 증가에 대해 대응 가능하다는 점에서 경제적 문제 역시 해결할 수 있다.
-===기술개발 일정 및 추진체계===
+===구성원 및 추진체계===
-====구성원 및 추진체계====
 * 남*선 : 기존 기술 분석, 기존 기술 문제점 개선 고안, 멸균 기술 선정, PPT 제작, 포스터 제작