1. 서 론
세계보건기구(WHO)의 대기오염과 사망률의 관계를 조사한 보고서에 따르면, 세계 인구 10명 중 9명이 기 준치를 넘는 오염된 공기 속에서 생활하고 있으며, 2012년 전체 사망자 수의 11.6%인 650만 명이 대기오 염이 원인인 각종 질병으로 사망한 것으로 밝혀졌다 (WHO, 2016). 지난 몇 년간 국내 미세먼지의 농도는 하락세를 보이지만, 그럼에도 불구하고 타국에 비해 높 은 농도를 보인다. 2017년 경제협력개발기구 OECD가 발표한 국가별 연평균 초미세먼지 농도(PM2.5)통계에 서 한국은 25.14 μg/m3로 회원국 중 농도가 가장 높은 수준인 것으로 조사되었다(OECD, 2017). 이는 OECD 회원국들의 평균으로 집계된 12.5 μg/m3의 두 배가 넘 는 수치다. OECD는 대한민국의 대기오염으로 인한 조 기 사망자 수가 2010년 100만 명당 395명에서 2060년 1,109명으로 크게 증가할 것이라 밝혔으며 이는 OECD 국가 중 최다인 수치이다(OECD, 2016).
WHO와 환경부에서는 지름 10 μm 이하 먼지는 미 세먼지, 지름 2.5 μm 이하는 초미세먼지로 정의하고 있다(WHO, 2018;ME, 2019). 미세먼지는 입자가 작 기 때문에 쉽게 인체로 침투할 수 있고 크기에 따라 침 착되는 호흡기 부위와 독성이 서로 다르다. 연구결과에 따르면 미세먼지에 의해 면역기능약화, 천식, 알레르기 비염, 심혈관계 질환이 유발될 수 있다고 밝혀졌으며 (Sohn et al., 2014;Kim et al., 2015) WHO 산하 국제 암 연구소 IARC는 2013년 10월, 미세먼지를 인간에게 암을 일으키는 것으로 확인된 1군 발암물질로 분류했 다(IARC, 2013). 이러한 위험성이 있는 만큼, 미세먼 지 문제는 주요 관심 대상이며(Kim et al., 2019) 국민 의 불안감 또한 높아지고 있다. 통계청이 발간한 2018 년 사회조사 결과에 따르면 총 6개 환경문제에 대한 인식 가운데 국민 불안도가 가장 높은 문제는 미세먼 지로, 이에 대해 ‘불안하다’라고 응답한 비율은 82.5% 에 달했다(KOSTAT, 2018).
우리나라에서는 미세먼지를 줄이기 위해 ‘미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법’을 시행하고 있고, 자동차 배출가스 줄이기, 발전 부분 미세먼지 배출감소 대책을 세우는 등 많은 방면으로 미세먼지를 저감하기 위해 노력하고 있다(MOTIE, 2017). 그러나 미세먼지 문제 를 단기간에 해결하기에는 경제적, 사회적 한계가 있어 미세먼지 노출의 위험성을 최소화하기 위해 노출량을 줄이는 것보다 일상생활에서 마스크를 착용하여 노출 빈도를 최소화하는 것이 효과적이다.
미세먼지를 차단할 수 있는 마스크의 종류에는 크게 방진 마스크, 보건용 마스크가 있으며 이 중 일상생활 에서 일반적으로 착용하는 것은 보건용 마스크이다. 한 사회보건통계 조사에 의하면 보건용 마스크의 대부분 은 1회 착용을 권장하는 일회용에도 불구하고 마스크 착용자 중 50.9%는 사용한 제품을 재사용한다고 응답 했으며, 재사용 횟수로는 2회가 48.3%로 가장 많았고, 3회(36.6%), 4~5회(9.0%), 6회 이상(6.2%) 순으로 나타 났다(Consumer Korea, 2018). 또한, 재사용 방법으로 는 사용 후 그대로 두었다가 재사용이 53.2%, 표면에 붙은 먼지를 털어서 재사용이 18.4%, 제품 포장지에 넣어 재사용이 15.8%, 물이나 세제에 세탁하여 재사용 이 12.7%이었다. 재사용하는 이유로는 경제적 이유가 53.2%, 적정 횟수를 모르는 것 또한 35.5%로 주요한 이유로 집계되었다.
1회용 마스크의 다(多)회 사용은 사용자 호기, 흡기 에 따른 필터의 물리적 변화(필터의 공극률 변화 등), 마스크 내 높은 습도에 따른 필터 재질 변화 등으로 마 스크의 미세먼지 저감 성능을 저해 할 것으로 여겨진 다. 본 연구에서는 일회용 마스크를 1회 이상 착용했을 때 마스크의 성능변화를 평가 하고자 하였다. 아울러 마스트 다회 사용에 따른 성능 변화에 기반을 둔 적정 한 착용횟수를 제시하고자 하였다.
2. 실험 방법
2.1 마스크 샘플 시료
본 연구를 위해 T사 및 Y사의 마스크를 선정하였다. T사와 Y사는 소비자공익네트워크가 2017년 실시한 소 비자 인식도 조사에서 소비자가 가장 선호하는 브랜드 인 것으로 나타났다(CPIN, 2017). 따라서 가장 선호되 는 브랜드의 마스크가 실생활에서 많이 사용될 것으로 판단하여 두 사의 마스크를 선정하였다. 각 마스크의 정보는 Table 1에 나타내었고 제조사와 제품 포장지에 서 확인하였다(Jeong et al., 2019).
2명을 한 팀으로 하여, 두 팀으로 나누어 실험에 참 여 하였다. 각 팀은 T와 Y사 제품을 각각 사용하는 것 으로 하여 실험을 진행하였다. 각 팀의 개별 실험자는 4개의 마스크를 이용(팀별 8개 마스크 사용; 4개/인), 각각의 마스크를 1일, 2일, 3일, 4일 동안 사용한 후, 지퍼백에 넣어 실험실(Laboratory) 테스트 전까지 냉장 보관을 하였다. 마스크는 2시간씩 같은 장소, 같은 시 간에서 착용하였으며, 실험 장소 등의 정보를 Table 2 에 나타내었다. 마스크의 기본 미세먼지 차단율 평가하 기 위하여, 사용하지 않은 마스크를 공시료(Blank)로 사용하였다.
2.2 실험 장치
마스크의 차단률 성능 평가를 위해서 광산란 실시간 측정기기(GRIMM, Model 1.108/1.109, Germany)를 사용하였다. 아울러 챔버 내 일정 농도의 미세먼지 농 도를 유지하기 위하여, NaCl 수용액을 이용한 네뷸라 이저를 이용하였다(Particle generator, TSI Incorporated, USA). 보다 구체적인 장비에 대한 정보를 Table 3에 나타내었다.
2.3 측정 및 평가
실험에 필요한 에어로졸을 발생시키기 위해 500 ml 의 물이 담긴 플라스크에 펄프펄렛(NaCl) 1개를 넣고 초음파 세척기에 10분간 담가둔 후 5분간 정치시킨 뒤 상등액을 취한다. 이 상등액을 네뷸라이져를 이용하여 20 L/min 유량으로 공기중으로 배출되었다. 마네킹에 마스크를 착용시킨 뒤, 연결되어있는 펌프를 통해 0.5 L/min 유량으로 공기를 10분 동안 흡입시킨다. 흡입하 는 동안 6초 간격으로 마스크 안과 밖의 PM10, PM2.5, PM1.0의 농도를 측정한다. 마스크를 제거한 후 약 1분 간 Cleaning air pump를 이용하여 챔버 안의 공기를 밀어내고 이 과정을 반복한다. Fig. 1은 실험장치의 모 습을 구성도로 나타내었다.
마스크의 분진 포집 효율 평가는 차단율로 판단하였 다. 차단율이란 에어로졸에 대한 마스크의 비투과율로, 다음 공식과 같다.
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P = Penetration rate (%)
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Ci= Aerosol concentrarion inside the chamber (μg/m3)
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Co = Aerosol concentraion inside the booth (μg/m3)
차단율이 얼마나 감소하는지 알아보기 위해 (2)을 이용하여 저감율을 계산하였다.
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D = Reduction rate between masks (%)
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RB= Penetration of blank mask (%)
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Rx= Penetration of mask worn x days (%)
2.4 통계분석
사용회수에 따른 차단율 변화는 분산 분석(Analysis of variance, ANOVA)을 실시하였다. 아울러 제조사 별 차이를 비교하기 위해서 Student t-Test를 실시하였 다. 통계분석을 위해서 Statistical Analysis System (SAS) software (SAS for Windows, version 9.1; SAS Institute Inc., Cary, NC) 프로그램을 사용하였고, 유의 수준 5% 미만 일 경우 통계적 유의성이 있다고 판단 하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 차단율
차단율이 높을수록 마스크의 에어로졸 차단이 잘 이 루어짐을 나타낸다(Fig. 2, 3). 각 착용자의 해당 데이 터를 기하평균으로 계산한 결과값을 Fig. 4에서 그래프 형태로 나타냈다. 공시료(Blank)와 착용횟수별 차단율 의 평균을 비교했을 때, T사는 Blank에서 약 80%의 차단율을 보이고 1일 차에서 60%대, 점차 감소하여 4 일 차에서는 50%대의 평균 차단율을 보인다. Y사는 Blank에서 약 55~65%의 차단율을 보이며 3일 차까지 감소하는 경향이 보이다가 4일 차에서 다시 증가하는 경향을 보인다.
3.2 저감률
마스크의 차단율을 산정하기 위하여 (2)의 계산식을 이용하여 저감율을 계산하였다. T사 마스크의 저감율 은 Blank와 비교하여 1일 차에서 PM10은 16.1%, PM2.5는 23.9%, PM1.0은 28.6%로 급격하게 폭이 떨어 졌고, 4일 차의 저감율 변화가 PM10은 24.9%, PM2.5는 34.1%, PM1.0은 36.3%로 제일 컸다. 또한, 입자의 크기 가 PM10에서 PM1.0으로 작아질수록 저감율이 떨어지 는 경향이 보인다. 하지만 착용일수에 따라 저감율의 변화가 약 10% 전후로 크지 않았다.
반면 Y사 마스크의 저감율 또한 Blank에 비교하여 3일 차까지는 감소하는 그래프를 보이다 4일 차에 PM10은 16.1%, PM2.5는 23.9%, PM1.0은 28.6%로 급격 히 증가한다. 또한, 입자의 크기가 PM2.5에서 PM1.0으 로 작아짐에 따라 저감율이 낮아진다. 감소하는 경향인 1일 차와 3일 차간의 착용일수에 따른 차단율의 변화 가 약 8% 전후로 크지 않았다. 이전 연구에서도 50~100 nm 범위의 입자가 250~350 nm에 비하여 MPPS (통과율)가 높은 것으로 나타났다(Mostofi et al., 2010).
본 연구의 한계점으로는 마스크 착용 실험을 한 시 기와 착용한 마스크의 효율 평가 실험할 때의 시기가 약 2주 정도의 차이가 난다. 또한, 실험 당시 영등포와 잠실의 습도가 평균 약 67%로, 습도가 높은 환경에서 실험하였다. 이때 지퍼백에 소량의 공기가 함유되었을 경우, 냉장 보관 시에도 습도의 영향을 받아 마스크 필 터의 손상이 생겼을 가능성이 있다. 실제로 습도가 높 아질수록 필터 포집의 가장 중요한 요소인 정전기력이 약화되어 투과율을 증가시킨다(Han, 2011). 그리고 T 사와 Y사의 마스크 착용 실험을 한 장소가 달라 환경 의 차이가 나타났다. 실험한 장소의 가장 큰 차이는 미 세먼지 농도로 Y사의 실험장소는 T사의 실험 장소에 비해 미세먼지 농도가 최대 2배가량 높았다.
착용한 사람이 다르므로 각 개인의 얼굴 형상에 따 른 밀착도와 호흡량에 차이가 있었다. 이전의 연구에서 마스크의 총 누설률은 얼굴 치수 간에 유의한 차이가 나타난다고 하였고 동일한 마스크에 대한 밀착 정도가 사람마다 다르다고 하였다(Han et al., 2004). 호흡 유 량의 차이에 따라 입자 포집량에 차이를 보인다 하였 다(He et al., 2013). 이로 인해 개인의 호흡률의 차이 가 실험의 한계가 있었다. 향후 연구에서는 고습에서의 실험을 피하고 동일한 장소에서 다수의 인원이 실험하 여 변수를 줄이는 것이 필요하다고 생각된다.
특히 본 연구는 미세먼지 저감 관점에서 마스크 다 회 사용에 대한 마스크의 성능평가에 주안점이 있음을 고려해야 한다. 마스크 사용에 있어서, 얼굴에 밀착 정 도, 사용 시 발생하는 습기, 수차례 사용에 대한 마스 크의 물리적 훼손 등을 통한 건강상의 영향에 대한 평 가는 향후 다른 목적의 연구로 순차적으로 병행해야 할 것으로 여겨진다. 또한 성능 평가의 신뢰도 확보를 위하여, 착용 후 수일 내 평가를 할 필요가 있다. 상기 본 연구의 한계에서 언급하였듯이 마스크 착용 이후 바로 실험하지 못 한 점은 향후 연구에서 보완되어야 할 내용으로 여겨진다. 다만, 사용된 마스크의 보관 시 기 등이 동일하여, 성능 비교 하였다는 점은 절대적인 성능 변화 평가 보다는 상대적으로 사용이 늘어날 경 우 마스크의 성능이 낮아 질 수 있음을 보여주는 것으 로, 유사 연구의 배경 결과로써 활용성이 높을 것으로 기대한다.
4. 결 론
마스크마다 저감하는 효율이 다른 경향을 보이나 마 스크를 한 번이라도 사용하면 효율이 평균 약 19% (18.5%) 정도 저감한다. 하지만 착용할수록 효율이 크 게 나빠지지는 않는다. 특히 입자크기가 작을수록 효율 이 더욱 떨어지는 모습을 보인다. 따라서 마스크의 적 정사용횟수는 한번이 적합하다. 다만 2회 착용 시 효율 변화가 일 회 사용 시의 변화와 많은 차이를 보이지 않 아 미세먼지가 낮은 환경에서 한 번 더 사용이 가능할 것으로 추정된다. 하지만 환경 보건측면에서 수 회 사 용은 권장되지 않을 것으로 여겨진다.
WHO에서는 일회용마스크의 다회 사용(multiple use)을 권장하지 않고 있다(WHO, 2009;WHO, 2020). 마스크의 다회 사용은 미세먼지 등의 입자상 물질의 투과율 문제보다는, 사용자의 흡·호기 시 발생하는 온 도 차이가 마스크 안의 습도를 높이게 되고, 곰팡이, 바이러스 등의 바이오에어로졸(Bioaerosols)에 노출되 는 문제가 더 클 수 있기 때문이다. 최근의 Jeong et al. (2019)연구에 따르면, 마스크의 사용 시 마스크 내 습 도가 올라가 세균 개체수가 급격히 늘고 있다고 보고 하고 있어, 상대적으로 높은 온도 및 습도가 미생물의 성장에 좋은 환경이 되어, 건강에 오히려 악 영향을 미 칠 수 있음을 제시하고 있다. 따라서 일회용 마스크의 다회 사용은 미세먼지의 저감 성능 평가와 더불어 메 르스, 코로나바이러스 등과 같은 유해미생물 차단 및 마스크 내 성장 억제 등의 평가가 필요하며, 지속저인 관련 연구가 필요하다 여겨진다.
