1.서 론
1인 가구는 최근 급속하게 증가하고 있으며 취약계 층의 주된 거주 형태로 파악되고 있다. 1인 가구는 한 거주지에 한 명이 살고 있는 거주 형태를 지칭한다. 통 계청 인구주택총조사 통계자료(Statistics Korea, 2010) 에 의하면 우리나라 1인 가구의 규모는 2000년의 222 만 가구에서 2010년에는 414만 가구로 증가하였고, 국 내 총 가구 중 1인 가구의 비중은 2000년 15.5%에서 2010년 23.9%로 증가하였다. 1인 가구는 경제적 기반 을 갖추지 못한 20~30대 청년층이 절반 이상을 차지하 고, 60세 이상 노년층 비율은 21.4%이나 인구 고령화 의 영향으로 지속적으로 증가하고 있다(Lee et al., 2015). 1인 가구의 임차가구 비율은 83.6%이고, 상당 수의 1인 가구가 고시원, 쪽방 등의 열악한 거주 환경 에 노출되고 있는 실정이다(Statistics Korea, 2010).
1인 가구의 열악한 거주환경은 실내공기질 저하의 원인이 되며, 이로 인하여 천식, 아토피피부염, 알레르 기 비염 등 알레르기 질환에 쉽게 노출될 가능성이 있 다. 실내 알레르기 질환의 발병은 개인의 유전적 요인 이외에 실내 환경, 예를 들어 화학물질, 곰팡이, 진드기 사체 등과 같은 물질이 복합적으로 작용한다(Sohn et al., 2014). 실내 알레르기 질환 발병물질로 실내공기질 중 화학물질(포름알데히드)의 노출이 대표적인 원인물 질로 알려졌지만, 최근 국내외 많은 연구에서 곰팡이를 포함한 생물학적 유해인자가 복합적으로 작용하는 것 으로 보고되었다(Cho et al., 2013; EPA, 2006; Fiedler 2001; Matysik et al., 2008). 특히 실내에서 서식하는 곰팡이는 호흡 가능한 크기의 범위로 관찰되어 호흡계 질환을 유발할 수 있다(Basilico et al., 2007). 곰팡이는 주거환경 내 유기물질인 벽지와 종이의 셀룰로오스 또 는 직물류와 동물피부 등의 단백질을 영양분으로 하여 쉽게 서식이 가능하며, 대사과정에서 다양한 종의 휘발 성 유기화합물(MVOCs; Microbial Volatile Organic Compounds)을 생성하여 냄새를 유발할 수 있다(Park et al., 2014; Lee et al., 2017). 곰팡이는 실내공기 중 대표적인 생물학적 유해인자일 뿐 아니라 냄새물질을 방출하는 원인이기 때문에 열악한 거주환경에 노출된 1인 가구에 대한 곰팡이 관련 연구가 요구된다.
본 연구는 국내 연구가 진행되고 있지 않는 1인 주 거공간의 실내 공기질을 평가하고자 실내공기질 항목 중 부유곰팡이를 대상으로 현장연구와 실험실연구를 병행하였다. 현장연구는 1인 주거공간의 부유곰팡이와 VOCs의 발생 특성을 조사하였다. 현장 결과를 반영한 실험실 규모에서는 곰팡이 MVOCs 발생 실험을 실시하 여 현장연구와 실험실 실험의 결과를 비교 평가하였다.
2.실험방법
2.1.현장조사
주거 생활환경 요인은 부유곰팡이의 성장과 실내공 기질에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며(Cho et al., 2013; Lee et al., 2013), 이를 연구에 반영하고자 환기 시스템(Heating ventilation air conditioning system, HVAC)의 설치여부를 기준으로 가구를 선정하였다. 총 22곳의 조사 가구 중에서 HVAC가 설치된 가구는 총 10곳, HVAC가 미설치된 가구는 총 12곳이었다. 조사 대상의 주거면적은 평균 20 m2이었으며, 5년 이상의 건축년수의 주택을 대상으로 하였다. 현장조사는 2013 년부터 2015년까지 총 3년에 걸쳐서, 평균기온 25°C 이상인 여름 동안 진행되었다. 조사 대상 가구는 각 3 회 이상 방문하여 현장 측정 및 시료채취를 실시하였 으며, 실외 상대습도가 70%이상인 방문일이 전체 중 50% 이상 분포될 수 있도록 현장 방문일을 선정하였다.
2.2.현장측정분석
실내공기 중 부유 곰팡이를 포집하기 위해, 실내공 기질 공정시험기준에 준하여 시료채취 및 분석을 실시 하였다. 시료채취는 총 부유 미생물 포집기(Buck Bio- CultureTM, B30120, A.P. BUCK,Inc., USA)를 사용하 여 실험장소 중앙지점의 1.2-1.5 m 높이에서 28.3 L/ min 유량 조건으로 포집하였다. 실내 공기는 5분 동안 포집하였으며, 3회 반복 실시하였다. 부유 곰팡이는 SDAC (Sabouraud Dextrose Agar-Chloram, Hanil komed Ltd, Korea)를 사용하여 실온조건(20~25°C)에서 3~5일 동안 배양하였다. 배양 후 형성된 집락(colony)을 계수 한 값에 포집된 공기량(m3)으로 나누는 방법으로 부유 곰팡이의 농도(CFU/m3)를 계산하였다.
실내공기 중 휘발성유기화합물(Volatile organic compounds, VOCs)은 Tenax TA 흡착튜브(Tenax® TA, 20913-U, SUPELCO, USA)를 이용하여 시료를 채취 하였다. HVAC가 설치되지 않은 가구만을 대상으로 실 험을 진행하였다. 흡착튜브를 Air Pump (Libra PlusTM LP-1 Pump, Buck, USA)에 연결하여 0.1 L/min 유량 조건으로 210분 동안 총 21 L을 포집하였다. 회수된 시료는 열탈착-저온농축기(UNITY2, Markes international, UK)가 장착된 GC-MS(GC; 7820A, Agilent technologies, USA, MS; 5977E, Agilent technologies, USA)를 이용하여 분석하였다. 분석된 VOCs는 Reference standard library (NIST MT Search 2.0 National Institute of Standards and Technology)를 이용하여 물 질을 확인하였다. 확인된 VOCs 중에서 문헌조사를 통 하여 MVOCs를 선정하였다. MVOCs 중 4종의 대표물 질을 대상으로 정량분석을 실시하였으며, 선정된 MVOCs는 n-decane, 3-octanone, n-nonane, n-tetradecane이었다.
조사 가구의 실내 온도 및 습도는 매회 방문시 온/습 도계(대광-TH05, 대광계기계측 Inc, Korea)를 사용하 여 측정되었으며, 실외 온도 및 습도는 기상청 홈페이 지를 통해 수집하였다.
2.3.MVOCs 챔버실험
실험은 주거환경에서 주로 발생한 실내 곰팡이를 선 정하여 소형챔버장치에서 수행하였다. 소형챔버장치는 길이 0.3 m, 폭 0.2 m, 높이 0.19 m (총 부피 0.011 m3) 로 제작되었다. 챔버는 곰팡이가 접종된 총 6개 고체배 지가 후 배양될 수 있고, 내부 공기를 채취할 수 있도 록 공기 유입구와 유출구를 장치하였다.
선정된 곰팡이는 현장조사에서 확인된 3종 곰팡이 (Stachybotrys chartarum, Aspergillus versicolor, Penicillium chrysogenum)였고, 배지는 유리재질의 패트리 디쉬에 MEA (Malt extract agar)를 사용하였다. 소형챔 버는 총 4개를 준비하여, 각각 곰팡이 3종과 대조군을 실험하였다. 대조군은 곰팡이를 접종하지 않은 채 동일 한 조건하에 실험하였다. 쳄버내 곰팡이 배양조건은 습 도 90 ± 1%, 온도 27 ± 1°C였다.
배양기간 동안 발생된 MVOCs 분석을 위하여 3일 또는 4일 간격으로 챔버 내부공기를 채취하였다. 챔버 내부에 공기(99.9999% 순도)를 연속 주입시켜 유출된 공기를 Tenax TA tube를 이용하여 채취하였다. 챔버 내부의 공기가 완전히 치환되어 채취될 수 있도록 층 류조건(레이놀즈수 2.0 이하)을 형성하고자 0.1 L/min 의 유량으로 110분간 총 11 L를 포집하였다. 채취된 시 료는 열탈착-저온농축기가 장착된 GC-MS를 이용하여 분석하였으며, 상세한 분석법은 2.2절에 언급하였다.
3.결과 및 고찰
3.1.실내 부유 곰팡이
Fig. 1은 조사 가구의 실내 온도와 습도의 분포를 보 여주고 있다. HVAC 미설치 가구에서 관찰된 실내온도 와 실내 상대습도의 평균과 표준편차는 각각 27.5 ± 1.6°C와 64.2 ± 11.9%, HVAC 설치 가구는 각각 27.2 ± 2.1°C와 59.7 ± 13.1%을 보였다. HVAC 설치 여 부에 따라 실내 온도의 차이는 뚜렷하지 않았지만, 빈 도 관점에서는 HVAC 미설치 가구에서 실내온도와 실 내습도의 분포가 다소 높은 것으로 확인되었다.
Fig. 2는 부유 곰팡이 농도 분포를 나타낸 것이다. HVAC 설치 가구에서 측정된 부유 곰팡이의 산술평균 은 191.3 ± 196 CFU/m3이였으며, 기하평균은 88.9 ± 94 CFU/m3이었다. HVAC 미설치 가구에서의 산술평균과 기하평균은 각각 203 ± 233 CFU/m3과 130.8 ± 61 CFU/ m3으로 조사되었고, HVAC 설치 가구와 비교하여 다 소 높은 것으로 보이나 통계적으로 유의한 차이를 확 인할 수 없었다(p=0.46, t-test). 관찰된 결과는 실내 온 열환경 결과(Fig. 1)와 연관되었다고 볼 수 있는데, 1인 가구의 거주자가 일과시간 중 가구 내 실제 머무르는 시간이 비교적 짧은 거주 특성이 반영된 것으로 판단 된다.
Ha et al. (2011)는 일반 가정에서 조사된 부유 곰팡 이의 기하평균을 339 CFU/m3(거실)과 354 CFU/m3(침 실)으로 보고하였다. Son et al. (2005)은 아파트 실내 를 대상으로 16-45 CFU/m3인 것으로 조사하였다. Moon et al. (2012)은 아파트와 주택을 대상으로 평균 299 CFU/m3을 보고하였다. 부유곰팡이 농도는 조사 대 상과 시기, 실내 환경요인의 다양성 등에 기인하여 다 양한 분포를 보이고 있다. Cho et al. (2013)은 실내면적 이 상대적으로 작고 외부 대기의 영향을 많이 받는 가 정에서 부유 곰팡이의 농도가 증가한다고 보고하였다.
본 연구에서는 WHO(2002) 권고기준(500 CFU/m3) 보다 낮은 농도 수준을 보였으나, 실내면적이 작고 외 기환경의 영향을 많이 받을 수 있는 1인 가구의 거주 환경을 고려할 시 곰팡이를 포함한 생물·화학적 유해 인자의 노출에 대한 지속적인 관심이 필요할 것이다. Seo et al. (2015)의 연구에 따르면 취약계층 가구의 생 활환경이 일반가구에 비해 생물학적 오염이 높게 나타 날 수 있으며, 이러한 오염원은 취약계층에 있어서 환 경성 질환의 유발 및 악화의 요인으로 작용할 수 있다. 곰팡이는 취약한 거주환경에서 서식이 유리하고 후각 적으로 불쾌감이나 혐오감을 유발할 수 있는 냄새물질 인 휘발성 유기화합물을 발생시키기도 한다(Kim et al., 2005). 따라서 취약 거주환경에 대한 곰팡이 발생 과 곰팡이 MVOCs에 대한 체계적인 조사 연구가 필요 할 것이다.
3.2.실내 VOCs
실내 VOCs는 HVAC를 설치되지 않은 가구를 대상 으로 분석하였으며 최소 35종에서 최대 62종까지 검출 하였다. Table 1은 검출된 VOCs 중 문헌조사를 통해 곰팡이에서 유래된 것으로 추정되는 MVOCs를 보여 준다. 현장에서 검출된 VOCs 중 총 19개 물질이 곰팡 이로부터 유래된 것으로 추정하였으며, 3종 곰팡이를 대상으로 한 챔버실험을 통하여 총 11종이 곰팡이 MVOCs로 확인하였다. 챔버실험의 결과는 3.3절에 언 급하였다. 기존 문헌에서 다양한 곰팡이 MVOCs에 관 한 자료가 확인되는데, 주거환경 또는 곰팡이 종에 따 라 상이한 결과를 보여준다. Stachybotrys chartarum에 서는 6-methyl-5-hepten-2-one, styrene을 포함한 15 종 의 MVOCs가 검출되었다(EPA, 2006). Acetophenone 은 Aspergillus fumigatus로부터, styrene은 Penicillium expansum과 Trichoderma harzianum에서, decane와 ethylbenzene, heptane, nonane, toluene, undecane, xylene 은 Aspergillus versicolor으로부터 발생되었다(Fiedler et al, 2001). 또한 Aspergillus fumigatu에서 α-pinene의 발생이 확인되었다(Fischer et al,, 1999).
실내 VOCs 검출결과와 부유 곰팡이 농도의 상관성 은 통계적 유의한 결과가 나타나지 않았으나, 곰팡이 MVOCs로 추정되는 VOCs와 부유 곰팡이 농도는 유 의미한 수준(p < 0.05, test)에서 양의 상관관계를 보였 다. 특히 정량분석을 실시한 n-nonane과 n-decane, ntetradecane은 부유곰팡이(p < 0.01) 및 실내 상대습도 (p < 0.01)와 양의 상관관계가 통계적으로 유의했다. 1,3-Octadiene과 3-Octanone은 실내 공기 중에서 검출 되지 않았다.
3.3.MVOCs 챔버실험
3종 곰팡이를 대상으로 한 MVOCs 추적실험의 결과 는 현장실험과의 비교를 위하여 Table 1에 제시하였다. 챔버실험 동안 총 13종(1,3-octadiene, 2-ethyl-1-hexanol, 3-octanone, acetophenone, n-dodecane, ethylbenzene, n-decane, n-nonane, n-tetradecane, n-undecane, styrene, toluene, xylene)의 MVOCs가 검출되었으며, 곰팡이 종에 따라 다소 상이한 발생빈도와 발생주기를 보였다. 현장조사에서 추정된 MVOCs 중 총 11종의 물질이 3종의 곰팡이에서 실제 배출되는 것으로 확인 하였다.
Fig. 3은 MEA배지에서 배양된 3종 곰팡이로부터 발 생되는 4종 MVOCs(n-nonane, 3-octanone, n-decane, n-tetradecaen)의 검출농도를 배양시간별로 제시하였다. Aspergillus versicolor는 3-octanone와 n-tetradecane이 발생 빈도가 높았으며, 특히 3-octanone은 종형곡선을 보이며 발생하였다. Pencillum chrysogenum은 ndecane의 발생 경향이 뚜렷하였으며, Stachybotrys chartarum은 4종 VOCs의 발생농도는 낮았고 n-tetradecane의 발생 경향이 비교적 분명하였다. 곰팡이의 종 과 발생되는 MVOCs에 따라 상이한 결과를 보이고 있 지만, 곰팡이가 실내에 서식할 경우에 실내 환경이 MVOCs에 노출되는 결과를 초래할 수 있는 것으로 판 단된다. 또한 특정 MVOCs는 곰팡이의 생장주기에 따 라 명확한 발생경향을 보이고 있고, 이러한 MVOCs의 발생특성을 고려하여 곰팡이의 실내 환경내 서식여부 또는 실내 공기 중 노출여부를 확인할 수 있는 도구가 될 것으로 기대한다.
4.결 론
본 연구는 최근 급속도로 증가하는 1인 가구의 실내 공기 중 부유곰팡이 와 곰팡이 MVOCs의 발생 특성을 파악하고자 수행되었다. 특히, 실내 냄새 유발물질로 알려진 곰팡이 MVOCs는 현장조사와 실험실연구를 병행하여 비교 평가하였다.
총 22곳의 1인 가구를 대상으로 한 부유곰팡이의 기 하평균 농도값은 HVAC 설치 가구에서 88.9 ± 94 CFU/m3, HVAC 미설치 가구에서 130.8 ± 61 CFU/m3 으로 조사되었다. 실내면적이 작은 1인 가구의 특성상 외부 대기의 영향을 많이 받는 것으로 확인되었고, 이 에 실내 곰팡이 생장에 유리한 환경을 제공하고 부유 곰팡이와 곰팡이 MVOCs 농도 증가의 원인이 되었다. 현장조사를 통해 총 19종의 MVOC가 추정되었으며, MVOCs의 발생정도는 부유곰팡이 농도와 실내 상대습 도와 양의 상관관계를 보였다.
3종의 곰팡이를 대상으로 한 챔버실험을 통해 현장 조사에서 추정된 MVOCs의 곰팡이 유래 여부를 판단 할 수 있었다. 곰팡이 MVOCs는 특정 곰팡이의 생장 에 따라 고유한 발생빈도와 발생분포를 보였다. 3- octanone은 Aspergillus versicolor에서, n-decane은 Pencillum chrysogenum, n-tetradecane은 Stachybotrys chartarum에서 비교적 분명한 발생특성이 확인되었다.
