3조- MEDIC

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.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

내용