1. 서 론

민감계층인 어린이는 활동적이고 호흡량이 많아 성 인보다 더 많은 오염원을 흡입하고, 실내에서 하루 중 65~95%의 시간을 보내기 때문에 어린이집의 실내공 기 환경은 어린이 건강에 많은 영향을 미칠 수 있다 (Jung and Pail, 1998;Cho et al., 2000;Kim et al., 2007;Kim et al., 2017). 따라서 어린이집 실내공기질 은 실내공기질 관리법 시행규칙에 따라 유지기준과 권고기준으로 관리를 하고 있다.

환경부(Ministry of Environment, ME) 실내공기질 지도·점검 결과 보고(ME, 2018, 2019, 2020)에 따르면 2017년에서 2019년 3년간 어린이집에서 조사된 오염 물질별 초과율은 전체 대상 시설 기준으로 총부유세 균 9.4%, 미세먼지(PM₁₀, PM_2.5) 1.2%, 이산화탄소 0.6%, 폼알데하이드 0.1%로 나타났으며, 이를 오염물 질별 초과 건수 중 각 항목별 비율로 살펴보면 총부 유세균 82.4% 미세먼지 10.0%, 이산화탄소 6.8%, 폼알 데하이드 0.7%로 총부유세균이 가장 높게 나타났다. 이는 총부유세균이 다른 오염물질 보다 우선적으로 관리가 필요하다고 할 수 있다. 또한 권고기준 항목 중 곰팡이의 경우 총부유세균과 같은 부유미생물로 인체의 위해성을 고려하여 두 오염물질의 통합적인 관리가 필요하다고 사료된다.

총부유세균과 곰팡이와 같은 부유미생물은 그 자 체로 혹은 미세먼지, 수증기와 결합한 형태로 bioaerosol 을 형성하여 공기에 유입되며, 공기 중 미생물은 감 염, 알레르겐으로 작용, 염증반응 초래, 독소로서의 작 용 등을 통해 사람의 건강에 나쁜 영향을 줄 수 있으 며, 실내 환경의 공기 중 미생물은 실외와 비교하여 외부 공기의 순환이 제한적이며 햇빛의 자외선에 대 한 노출이 적어서 상대적으로 장기간 생존이 가능하 다(Mohr, 1997). 특히 실내에서 공기 중 총부유세균 (세균)과 곰팡이(진균)의 흡입은 호흡기 질환의 발생 과 관련이 있으며, 세균의 내독소(endotoxin)와 펩티 도글리칸, 진균 대사산물 등이 이러한 질환의 주요 원 인 물질로 여겨진다(Sebastian, 2003). 총부유세균과 곰 팡이와 같은 생물학적 오염물질에 대한 사람들의 관 심이 증가함에 따라 다중이용시설에서 총부유세균 및 부유미생물에 대하여 다양한 연구가 진행되어 왔 으며(Kim et al., 2007;Hwang et al., 2003;Lee et al., 2013;Jeon and Hwang, 2015), 환경부에서도 생활속 세 균과 곰팡이 관리 방법을 제작하여 홍보 및 관리에 노 력을 하고 있다(ME, 2011;ME 2012).

본 연구에서는 실내공기질 지표인 이산화탄소와 총 부유세균, 곰팡이와의 상관성을 분석하고, 추가적으 로 다른 오염물질들과의 상관성을 확인하여 이들 오 염물질 관리 방안을 마련하는데 기초자료를 제시하 고자 한다.

2. 실험방법

2.1 연구대상 및 시기

본 연구는 2020년 6월부터 10월까지 경기 북부지역 어린이집 15개소를 임의로 선정하여 조사하였다. 선 정된 대상 시설별로 오염도를 대표할 수 있다고 판단 되는 실내 2곳, 실외 1곳 지점을 선정하여 총 30개의 연구자료를 조사하였다. 조사항목으로는 실내공기질 관리법에서 제시하고 있는 유지기준 오염물질(이산 화탄소, 총부유세균, PM₁₀, PM_2.5, 폼알데하이드) 5개 항목과 권고기준 오염물질(곰팡이) 1개 항목을 추가 하여 총 6개 항목을 조사하였다. 그 외 오염물질에 영 향을 미칠 수 있는 환경인자에 대해 실내 온도·습도, 1인당 면적, 1인당 부피도 조사하였다.

2.2 시료채취 및 분석방법

어린이집 실내 오염물질 시료채취 위치 선정 및 조 건은 실내공기질 공정시험기준 ES 02130.c 실내공기 오염물질 시료채취 및 평가 방법에 근거하여 대상 시 설의 오염도를 대표할 수 있다고 판단되는 지점에서 실시하였다. 시료채취는 인접지역에 직접적인 오염 물질 발생원이 없고, 가능하면 중앙점에서 바닥면으 로부터 1.2~1.5 m 높이에서 측정하였다.

측정 및 분석방법으로 이산화탄소의 경우 Graywolf 의 IQ-610xtra 장비를 사용하여 비분산적외선법으로 1시간 동안 측정하였다. 총부유세균과 곰팡이의 경우 Merch의 MAS100 장비를 사용하여 실내에 부유하고 있는 미생물을 배지에 충돌시켜 채취하는 충돌법으 로 시료를 채취하였다. 총부유세균 측정에 사용된 배 지는 TSA (Trypic Soy Agar)배지를 사용했으며, 유량 100 L/min으로 50, 100, 100 L로 3회 채취 후, 35 ± 1°C 에서 48시간 동안 배양하였고, 배양 중 증식되는 세균 의 확산으로 인해 계수가 곤란할 경우를 대비하여 24 시간 단위로 집락수(CFU/m³)를 산정하였다. 곰팡이 시료채취에 사용한 장비와 방법은 총부유세균과 같 다. 측정에 사용된 배지는 MEA (Malt Extract Agar) 배 지를 사용했으며, 100 L/min으로 50 L 3회 채취 후, 25 ± 1°C에서 5일 동안 배양하였고, 배양 중 포자 확산으 로 인한 2차 집락의 형성 및 집락의 겹침 현상 등으로 인해 계수가 곤란할 경우를 대비하여 2일 후에 24시 간 단위로 집락수(CFU/m³)를 산정하였다.

그 외의 항목의 분석방법은 공정시험기준에 근거 하였으며, 각 오염물질별 시료채취 방법과 시간, 사용 된 장비는 Table 1과 같다.

측정 결과의 통계분석은 SPSS 프로그램을 이용하 였으며, 상관관계 분석은 스피어만의 상관관계 분석 (Spearman’s correlation analysis) 및 회귀분석은 단순회 귀분석(Simple linear regression analysis)과 다중회귀분 석(Multiple linear regression analysis)을 실시하였다. 다중회귀분석에는 종속변수와 상관관계가 가장 높은 독립변수를 하나씩 추가하면서 유의성을 파악하는 방법인 전진 분석 방법으로 회귀분석을 실시하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 이산화탄소와 총부유세균, 곰팡이 통계분석

3.1.1 이산화탄소와 총부유세균, 곰팡이 상관분석

이산화탄소와 총부유세균, 곰팡이의 관련성을 확 인하기 위해 스피어만의 상관관계분석(Spearman’s correlation analysis)을 실시하였으며, 그 결과를 Table 2 에 나타내었다. 분석 결과 이산화탄소와 총부유세균 은 유의수준(p) 0.05에서 유의한 양의 상관관계(r=0.414) 를 나타냈으나, 이산화탄소와 곰팡이는 상관관계를 나타나지 않았다. 본 연구에서 이산화탄소와 총부유 세균의 상관관계 결과는 선행 연구 Lee et al. (2005)의 상관관계 결과 값(r=0.570)과 Lee et al. (2013)의 상관 관계 결과 값(r=0.468)과 유사하게 나타났다. 이는 실 내 활동에 의해 증가된 이산화탄소 농도와 총부유세 균이 서로 상관성 있다고 볼 수 있다. 한편 이산화탄 소와 곰팡이의 경우 Park ea al. (2006)의 연구 결과에 서 양의 상관관계를 나타냈으나, 본 연구결과는 이산 화탄소의 농도가 곰팡이 농도 변화에 영향을 주지 않 는 것으로 나타났다. 따라서 실내 곰팡이의 관리를 위 해서 이산화탄소 이외에 다른 환경인자와 곰팡이의 관계를 살펴볼 필요가 있다고 판단되어 3.2 곰팡이와 환경인자 통계분석을 실시하였다.

3.1.2 이산화탄소와 총부유세균, 곰팡이 회귀분석

3.1.1에서 이산화탄소와 총부유세균, 곰팡이의 상관 성을 토대로 두 인자간의 회귀분석을 실시하였다. 회 귀분석은 독립변수가 종속변수에 미치는 영향을 파 악하기 위해 실시하는 분석이며, 두 변수간의 인과관 계를 분석하는 것이다. 따라서 이산화탄소가 총부유 세균, 곰팡이에 미치는 영향을 검증하기 위해, 이산화 탄소를 독립변수로 총부유세균과 곰팡이를 종속변수 로 설정하여 각각 단순회귀분석(Simple linear regression analysis)을 실시하였고, 그 결과는 Table 3, 4에 나타내 었다. 이산화탄소와 부유세균의 회귀모형은 통계적 으로 유의하게 나타났으며(F=6.492, p<0.05), 회귀모 형의 설명력은 약 18.8%로 나타났다(R²=0.188). 또한 Durbin-Watson 통계량은 2.395로 2에 근사한 값을 보 여 잔차의 독립성 가정에 문제는 없는 것으로 평가된 다. 회귀계수의 유의성 검증 결과, 이산화탄소의 농도 는 총부유세균 농도에 유의한 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다(β=0.434, p<0.05). 따라서 이산화탄 소의 농도는 총부유세균에 영향을 미치며, 이산화탄 소의 농도가 높아질수록 총부유세균 농도가 높아진 다고 할 수 있다. Liu et al. (2000)은 세균수와 이산화 탄소 농도 사이에 유의성 있는 상관관계가 있으며, 이 산화탄소의 농도는 실내공간에 머무르고 있는 사람 의 수 및 환기 속도와 관계가 깊기 때문에 실내공기 에 존재하는 세균의 오염원을 학생과 교사로 제안하 였다. 따라서 실내 활동으로 높아진 이산화탄소 농도 가 환기를 통해 관리 되지 않는다면, 총부유세균 농 도를 증가 시킬 수 있다고 판단된다. 따라서 적절한 환기를 통해 이산화탄소 농도를 감소시킨다면 총부 유세균을 감소시켜 두 오염물질을 동시에 관리할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 부유세균은 미생물이 기 때문에 이산화탄소 외 다양한 영향인자가 존재한 다고 판단된다. Kwon et al. (2010)은 평수와 습도가 영 향을 미치며, Lee et al. (2013)은 면적과 사용하는 사람 수, 습도가 총부유세균에 영향을 주는 결과를 얻었다. 따라서 본 연구결과에서 이산화탄소와 총부유세균 간의 유의한 정(+)의 선형관계를 보였으나 이에 대한 추가 연구 및 지속적 연구가 필요하다고 사료된다.

이산화탄소와 곰팡이의 회귀분석 결과를 Table 4에 나타냈다. 두 인자간에는 통계적으로 유의한 결과를 나타나지 않았다(F=1.420, p>0.05), 따라서 곰팡이를 관리하기 위해서는 다른 환경인자에 대한 검토가 필 요하다고 판단되어 3.2에서 기타 환경인자와의 통계 분석을 실시하였다.

3.2 곰팡이와 환경인자 통계분석

3.2.1 곰팡이와 환경인자 상관분석

3.1.1에서 이산화탄소와 곰팡이의 상관성을 나타내 지 못하여, 곰팡이 관리를 위해 곰팡이 농도에 영향 을 미칠 수 있는 환경인자와 상관관계를 스피어만의 상관관계분석(Spearman’s correlation analysis)으로 분 석하였다. 환경인자는 이산화탄소를 제외한 유지기 준 4가지(총부유세균, PM₁₀, PM_2.5, 폼알데하이드)와 실외 곰팡이, 실내와 실외곰팡이 비율인 I/O ratio, 실 내 온도·습도, 측정 당시 교실에서 1인당 차지하는 면 적과 부피와의 상관성을 확인하였고, 그 결과는 Table 5와 같다. 곰팡이는 실외 곰팡이와 유의수준 0.01에서 유의한 양의 상관관계(r=0.464)를 보였으며, 교실에 서 차지하는 1인당 면적과 부피는 유의한 음의 상관 관계(r=-0.556, r=0.542)를 보였다. 이는 실외에 존재하 는 곰팡이가 많을수록 실내의 곰팡이 농도가 증가하 는 것으로 볼 수 있으며, 실내에 학생 수가 많을수록 활동량이 증가하여 곰팡이 농도가 증가할 수 있다고 해석이 가능하다.

3.2.2 곰팡이와 환경인자 회귀분석

3.2.1의 곰팡이와 상관성을 확인한 환경인자와 곰 팡이간의 회귀분석을 실시하였다. 회귀분석은 독립 변수가 2개 이상과 종속변수 1개간의 관계를 검정하 는 다중회귀분석(Multiple linear regression analysis)을 실시하였다. 독립변수는 환경인자를 종속변수는 곰 팡이로 설정하여 환경인자가 곰팡이에 미치는 영향 을 검증하기 위해 실시하였다. 또한 다중회귀분석 시 곰팡이에 영향을 미치는 상대적 영향력의 크기를 확 인하기 위해 종속변수와 상관관계가 가장 높은 독립 변수를 하나씩 추가하면서 유의성을 파악하는 방법 인 전진 분석 방법으로 회귀분석을 실시하였고, 그 결 과는 Table 6와 같다.

환경인자와 곰팡이의 회귀모형은 통계적으로 유의 하게 나타났으며(F=142.317, p<0.001), 회귀모형의 설 명력은 약 93.6%(수정된 R제곱은 93.6%)로 나타났다 (R²=0.943, _adjR²=0.936). 또한 Durbin-Watson 통계량은 1.888로 2에 근사한 값을 보여 잔차의 독립성 가정에 문제는 없는것으로 평가되었고, 분산팽창지수(Variance Inflation Factor: VIF)도 모두 10미만으로 나타나 독립 변수들간 높은 상관관계로 다중회귀분석 전체가정에 위배되는 다중공선성 문제는 없는 것으로 판단된다. 회귀계수의 유의성 검증 결과, 총부유세균(β=-0.132, p<0.05) 농도는 곰팡이 농도에 유의한 부(-)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 실외 곰팡이(β=0.500, p<0.001), I/O ratio(β=1.064, p<0.001)은 곰팡이 농도에 유의한 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 곰 팡이에 영향을 미치는 상대적 크기를 비교하면, 표준 화 계수의 높은 순서로 I/O ratio(β=1.064), 실외 곰팡 이(β=0.500), 총부유세균(β=-0.110)이 곰팡이에 영향 을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 실내 곰팡이의 농 도는 I/O ratio와 야외 곰팡이에 영향을 받는다고 할 수 있다. 일반적으로 I/O ratio 1을 기준으로 1을 초과 할 경우 실내공기의 오염을 확인하고, 1 미만일 경우 외기에 의한 실내공기 오염을 확인한다. Kwon et al. (2009) 연구결과를 참고하면 곰팡이의 경우 I/O ratio 가 0.6으로 조사되어 곰팡이 오염은 실내보다 실외 오 염원이 있는 것으로 나타났다. 현재 곰팡이 농도 산 정 시 I/O ratio를 고려하지 않지만, 야외 유입의 영향 이 큰 곰팡이 기준 적용 시 실외 곰팡이 유입을 고려 하여 I/O ratio를 적용하여 산정한다면 실내 곰팡이의 실질적인 농도 확인에 대한 지표로 볼 수 있다 생각된다.

부유세균과 곰팡이의 음의 영향은 본 연구결과 3.1.1 에서 부유세균과 곰팡이의 양의 상관성을 나타내는 결과와 상반된 결과를 나타냈다. 이는 사람의 활동에 의한 교란이 공기 중 미생물 농도에 영향을 주기 때 문에 총부유세균과 곰팡이는 양의 상관성을 보였으 나(Lee et al., 2005;Koh et al., 2007), 본 연구결과에서 는 사람의 활동은 곰팡이 보다는 총부유세균에 더 영 향을 미치고(Kim et al., 2007), 환기에 따른 야외 곰팡 이의 유입으로 곰팡이 농도 증가(Pastuszka et al., 2000;Wu et al., 2000)하여 상반된 결과가 나타난 것으로 판 단된다. 따라서 총부유세균의 경우 이산화탄소 농도 를 통해 자연환기로 충분히 관리가 가능하지만, 곰팡 이를 관리하기 위해서는 자연환기 외 환풍기, 후드와 같은 기계식 환기시설이 필요하다고 판단된다(Hwang et al., 2016;Chung et al., 2001).

3.3 I/O ratio를 적용한 곰팡이 기준 관계

현재 실내오염물질 관리물질로서 곰팡이 기준은 우 리나라와 WHO는 500 CFU/m³ 이하로 유지하도록 하 도록 있고, 대만은 1,000 CFU/m³ 이하유지에 추가적 으로 실내와 실외의 곰팡이 비를 적용한 I/O ratio 1.3 이하일 경우 이 기준을 적용할 수 없도록 하여 곰팡 이 기준을 관리하고 있다. 본 연구에서 적절한 환기 는 이산화탄소 농도와 총부유세균의 농도를 감소시 킬 수 있으나, 실내 곰팡이의 경우는 실외 곰팡이의 유입에 따라 농도가 증가할 수 있어 곰팡이에 대하여 효율적인 관리를 위해 실내와 실외 곰팡이를 고려한 I/O ratio를 적용을 고려가 필요하다고 판단된다. 따 라서 본 연구에서는 대만 실내공기질 품질관리 기준 제2조에서 제시하는 기준(Law and regulations database of the republic of china Taiwan IAQ Standard, 2012) I/O ratio 1.3 참고하였다. 본 연구 결과를 우리나라 실 내공기질 관리 기준에 적용한 결과는 Fig. 1, 대만 실 내공기질 관리기준을 참고하여 I/O ratio 기준을 참고 하여 우리나라 기준에 적용한 결과를 Fig. 2에 나타냈 다. 기준 적용은 I/O ratio 1.3 이하의 경우에는 실외 곰 팡이 유입에 영향이 큰 것으로 판단되어 기준을 초과 하더라고 실내 곰팡이의 영향이 적다고 판단되어 적 합으로 판단하였으며, I/O ratio 1.3 초과의 경우에는 실외 곰팡이 영향보다 실내 곰팡이의 영향이 크다고 판단되어 실내공기질 권고기준 500 CFU/m³을 초과 시 부적합으로 판단하였다.

Fig. 1은 현재 우리나라 실내공기질 기준 적용 시 어 린이집 15 개소 30 장소에 대하여 곰팡이 초과율은 73.3% (초과: 20장소)로 나타났으나, Fig. 2.은 현재 우 리나라 실내공기질 기준에 I/O ratio 1.3 기준을 추가 적용하여 15 개소 30 장소에 대하여 곰팡이 초과율은 33.3% (초과: 10장소)로 감소하게 되었다. 이는 단순 히 곰팡이 기준에 대한 초과율을 낮추는 것이 목적이 아니라 실외 곰팡이의 유입시 내부에 존재하는 곰팡 이를 평가 고려하기 어렵기 때문에 실외 곰팡이와 실 내 곰팡이 비 I/O ratio를 적용하여 실외곰팡이를 바 탕 시료로 활용하여 실내공기 측정값으로 산정하고, 실질적인 실내의 영향인자를 확인하는 것에 의의를 둘 수 있다. 현재 실내공기질 공정시험법에도 실내공 기 측정값 검토 시 필요에 따라 실외공기를 동시에 채 취, 분석하여 활용할 수 있다고 제시하고 있으며, 이 를 바탕으로 실외 곰팡이 유입이 크다고 판단되는 곰 팡이의 경우에는 실외 곰팡이를 함께 채취하여 I/O ratio 를 고려하여 기준을 적용할 필요가 있다고 생각된다. 본 연구에서는 I/O ratio 기준에 대하여 대만법을 참 고하였으나, 향후 우리나라에 맞는 I/O ratio 기준값 설정을 위해서 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

4. 결 론

경기북부지역 어린이집 15개소 30장소에 대하여 이 산화탄소, 총부유세균, 곰팡이를 포함하여 유지기준 3항목과 곰팡이에 영향을 줄 수 있는 환경인자 6항목 을 측정하고, 이산화탄소 농도에 따른 총부유세균 및 곰팡이의 상관성 및 회귀분석을 통해 관리 방안을 확 인하고자 하였으며, 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 경기북부지역 일부 어린이집에 대 하여 부유미생물인 총부유세균과 곰팡이를 관리하기 위해 실내공기질 지표로 많이 활용되는 이산화탄소 와 상관성을 중심으로 진행되었으며, 추가적으로 유 지기준 항목과 실외곰팡이와 같은 다른 환경인자와 의 관계를 확인하는 방법으로 진행되었다. 향후에는 자연환기로써 관리가 가능할 것으로 판단되는 총부 유세균의 경우 환기 방법과 시스템과의 관계에 대한 연구 추가적으로 필요하며, 곰팡이의 경우 실외 곰팡 이를 바탕 시료로 활용한 I/O ratio 기준을 정립하기 위한 조사와 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된 다. 위 연구결과를 토대로 어린이집 실내공기질 관리 를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.