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1 유해대기 오염물질 관리기술 Management and Treatment Technology of Hazardous Air Pollutants 실내공기 자연정화를 위한 우수정화식물의 개발 The Develpoment of Exellent Plants for Removing Indoor Pollutants 상명대학교 환 경 부

2 제 출 문 환경부장관 귀하 본 보고서를 실내공기자연정화를 위한 우수 정화식물의 개발 에 관한 연구 (총 연구기간 :2002 년 12월 1일 ~ 2004 년 05월 31일)의 최종보고서로 제출합니다 년 12 월 22 일 주관연구기관명 : 상명대학교 연구책임자 : 이 진 희 연 구 원 : 정 성 혜 연 구 원 : 김 수 연 연 구 원 : 김 훈 희 연 구 원 : 차 혜 연 연 구 원 : 한 선 우 연 구 원 : 주 주 현 - 1 -

3 요 약 문 Ⅰ. 제 목: 실내공기 자연정화를 위한 우수정화식물의 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 인공적인 기계장치에 의한 실내오염원 정화는 2차 오염의 위험이 있고 대규모 통제되지 않는 공간에서는 경제적인 부담이 될 수 있어 환경적으 로 안전하고 저렴하며 지속적인 생물학적 실내오염제거 기술이 모색될 필 요가 있다. 1980년대 이후 식물의 실내오염원 흡수에 대한 연구가 지속적 으로 이루어져 실내에 식물을 도입하여 오염원을 자연 정화할수 있는 가 능성이 제시되고 있지만, 국내 실정에 맞는 실내오염 정화식물에 대한 정 보는 여전히 미흡하여 오인된 정보에 의해 수입단일식물에 의한 독점화 현상등 식물 유통시장의 질서교란이 초래되어 환경기능성식물에 대한 정 확환 정보제공과 함께 식물의 자연정화 효율을 높일수 있는 기술 개발이 시급한 실정이다. 이에 본 연구는 실내오염원을 효과적으로 제거시킬수 있는 국내 재배 생산 유통이 가능한 정화식물을 개발하고 식물에 의한 실 내오염 정화력을 높일 수 있는 정화보조제의 개발 가능성을 제시하는 것 을 본 연구개발의 목적으로 하였다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 실내조경현장 및 실내조경식물 유통시장, 실내조경회사등에서 가장 선 호하며 국내 생산 가능한 실내조경식물 30종을 선정하여 실내공간에 존 재하는 개스성 오염원과 입자성 오염원의 제거능을 측정하였다. 이때 식 물의 생리적 피해정도를 분석하여 지속적인 오염정화가 가능한 식물을 우 수 정화식물로 선정하였다. 식물의 정화능에 대한 계량화된 정보를 제공 - 2 -

4 하기 위해 인공적인 공기청정기기와 오염제거에 필요한 시간을 비교하여 식물의 오염원제거지수를 산출하였다. 또한 식물의 오염제거능력을 20% 이상 증가시키기 위해 식물의 생리적 피해를 주지 않는 정도의 광촉매를 코팅하여 다양한 광조건하에서 포름알데히드와 담배연기 입자 제거 실험 을 통해 식물의 정화보조제 개발에 대한 기초실험을 하였다. Ⅳ. 연구개발결과 1차로 30여가지 공시식물을 대상으로 이산화탄소, 이산화황, 이산화질소 등의 개스성오염원에 대한 실험결과 우수정화식물로 선정된 Fatisia japonica, Philodendron sellom, Monstera deliosa, Aspidistra elatior, Rhapis excelsa,spathiphyllum spp, Syngonium podophyllum에 대해서 포름알데히 드의 제거능을 2차로 실험하였는데 μg/m3 cm μg/m3 cm2 정도로 포름알데히드를 제거하는 것으로 측정되었다. 공기청정기와 오염제거 효 율을 비교하여 실내공간에 식물의 투입량을 계량화하면, 실내공간 6평 에서 포름알데히드 허용기준치 정도로 유지하려고 할때 cm2까지 필요하게 되므로 교목성 식물은 2-6주, 지피성식물은 20-30포트, 관목성식 물은 5-7주 정도가 실내에 투여되어야 한다. 식물의 자연정화력을 돕는 정화보저제인 광촉매를 식물에 처리하면 광촉매 1회처리시 포름알데히드 나 입자성 오염원 제거가 식물에 따라 30-46%까지 증가되었으며 2회처리 시에는 68%까지 오염제거능이 높아졌음을 알수 있었다. 또한 광촉매가 실 내에 많이 사용되는 형광등 조건하에서도 자연광이나 UV 램프하에서처럼 광촉매의 활성이 유지되어 광촉매 코팅 식물의 오염제거력이 유지되었다. Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 저렴하고 안전하며 지속적으로 새집증후군을 개선시킬수 있는 방안으로 - 3 -

5 서의 식물의 역할에 대해 일반인에게 홍보하기 위한 계량적 데이터로 제 공할 계획이며, 또한 현재 단일 정화식물의 수입량이 360억원을 넘어서 고 있는데 이와 같은 환경기능성 식물에 대한 잠재적인 수요에 대처할 수 있는 국내 생산 가능한 정화식물의 정보제공과 함께 생산농가와 식물 유통시장에 정화식물에 대한 계량적 정보와 인식전환에 필요한 자료를 제공하고자 한다. 또한 가장 중요한 점은 식물의 오염정화력을 고효율로 집적 시킬수 있는 기술개발, 즉 정화보조제와 용기 개발, 식물을 이용한 정화시스템 개발등에 원천기술로 제공될 예정이다. Ⅵ. 사업화 계획 본 연구개발은 식물의 정화효과를 극대화하는 요소의 개발연구로서, 식물의 자연정화력을 보보하고 극대화하는 정화보조제의 개발과 식물에 의한 고효율 biofilter 시스템 개발을 상용화하는 사업으로 이어질 예정이다. 정화보조제 개발은 광촉매와 산소촉매를 이용하여 지속적인 식물의 정화력을 유지 시켜주는 원천 기술로서 자외선이 없이도 실내 조명하에서도 촉매의 활성 이 유지되는 정화보조제의 개발을 자체 개발과 기술이전 등의 이원적 개발과 후 속연구를 통해 특허와 실용신안 등록후 사업화를 진행시키며, 개발품의 유통과 마케팅은 양재동, 남서울등 대규모 식물 시장에 시범적 유통을 거쳐 소단위 식 물 판매상에게 보급할 예정이며, 마지막 단계의 소비자를 위한 홍보, 마케팅과 함께 e-business로 유통 할 예정이다. 고효율 식물 정화 biofilter는 밀폐 시스템을 이용하여 식물과 식물을 지지하 는 토양, 공기를 흡입 또는 배출하는 시스템과 식물 관리시스템, 소비자 인식시 스템등의 실내공기 정화 및 살균등의 환경기능성에 대한 후속 개발연구를 통해 상용화 하는 단계로 진행 될 예정이다. 이는 공동주택 공급자 및 소비자들의 간 이화단 시스템에 대한 선호를 고려한 여러디자인이 개발되어 인테리어 상품으로 부가가치를 높여 현재 800억 식물정화 시장의 기대수요에 충족할 예정이다

6 SUMMARY While air pollution is controlled through its high natural dilution rate, enhanced social awareness and tightening restrictions, the pollution concentration of indoor air may become higher as polluted air continues to circulate in a limited space through man-made facilities. However, thanks to social interests in the air quality of indoor space, the Ministry of Environment introduced legislation on controlling the air quality of multi-purpose facilities and new buildings and reinforced controlling regulations on indoor air quality from recommended criteria to obligatory criteria. Therefore, elimination of indoor pollutants in indoor space needs to be controlled even by man-made devices. However, man-made machinery for purifying indoor pollutants may be a financial burden and has a risk of causing secondary contamination. In particular, it may not be economically viable in a large-scale, uncontrolled space to operate indoor air purifying devices continuously. Therefore, it is necessary to seek an environmentally sound, economically reasonable and biologically sustainable technology that eliminates indoor pollution. In the 1970s, NASA experimented the ability of plants in absorbing pollutants and identified that plants can be an excellent means for natural purification. Since then, there have been studies on the plants' removal of pollutants. In particular, the ability of plants in purifying volatile pollutants such as formaldehyde, a gas-type pollutant, served as a momentum for introducing plants indoors

7 At this point, Sansevieria trifasciata began to raid a number of botanical markets and landscape architecture market as hundreds of tons of foreign Sansevieria trifasciata were imported when it was marketed as a plant generating negative ions and purifying air. Due to incorrect information about the plant, which was created for a commercial purpose by taking advantages of interests in indoor air and users who seek sustainable and safe natural purification methods, distribution of various indoor plants has been distorted and a new plant market that is heavily dependent on imported plants was formed. As a result, farming households in Korea became deprived of a huge botanical market and began to cultivate Sansevieria trifasciata, which lacks price competitiveness, belatedly. In overall, the market order is in a turmoil. Therefore, it is imperative to rectify the financial loss and market disorder caused by misleading information on plants and to develop and supply plants that can function as environmental plants even if they are grown indoors. Therefore, this study surveyed interior landscape and interior landscape plant distribution markets, construction companies and interior landscape sites to identify plants that are used most and checked whether these plants can be produced by farming households in Korea and selected about 30 species. Then, their ability to remove gas-type pollutants and particle-type pollutants existing indoors and their physiological status were measured. Plants that remove pollutants with no physiological damages were selected as quality purifying plants. In the selection process, the plant's ability to remove pollutants - 6 -

8 was converted into a time axis to quantify man-made air purifiers and time required for removing pollution to quantify the removal of pollutants by plants. For the quality purifying plants selected in the first screening, their ability to remove formaldehyde, which is the most serious pollutant indoors, was analyzed. Through this process, four interior plants including Fatsia japinica were selected as quality purifying plants in the second filtering. As the removal of indoor pollutants by plants indoors is very minimal, development of purifying ability enhancement supplements that can be applied to interior plants to help them remove pollutants within 1-2 minutes was urgently required. Given that photocatalyst nanosol has 99% light transmission rate, is neutral and not harmful to the leaf surface, increases the discharge of negative ions by over 30% and, in particular, is involved in dissolving volatile pollutants, it was directly sprayed to coat plants in this study. Distinguished from artificial flowers that are currently available in the market known as air purifying plants when they are simply fake plants (artificial plants) sprayed with photocatalyst nanosol, a way to apply to living plants was devised. Therefore, this study aims at "the development of quality plants for the natural purification of indoor air" as well as securing a source technology for developing purification supplements that can be applied to plants. The study results showed that in terms of the plants' ability in absorbing carbon dioxide, Fatsia japinica, Philodendron selloum, Monstera - 7 -

9 deliciosa, Schefflera arboricola, Aspidistra elatior, Clivia miniata, Ardisia crenata, Spathiphyllum spp., Syngonium podophyllum 'Pixie', Nephrolepis exaltata, and Begonia rex were judged to be quality purifying plants. As for the ability in absorbing sulfur dioxide, since the existence of sulfur dioxide is minimal indoors, Fatsia japinica, Monstera deliciosa, Philodendron selloum, Clivia miniata, Aspidistra elatior, Ardisia crenata, Schefflera arboricola, Spathiphyllum spp., Syngonium podophyllum 'Pixie', and Nephrolepis exaltata, were selected as quality purifying plants for sulfur dioxide. As for quality purifying plants for nitrogen dioxide, Fatsia japinica, Schefflera arboricola, Monstera deliciosa, Ardisia crenata, Aspidistra elatior, and Spathiphyllum spp. were selected. In removing pollution caused by positive ion-type tobacco particles with the discharged negative ions, plants that remove most in comparison with natural consumption rate for one hour were selected. In forest tree plants, plants that are flexible in opening and closing pores and have high transpiration rate such as Fatsia japinica, Schefflera arboricola, Monstera deliciosa, Ardisia crenata, Spathiphyllum spp., and Clivia miniata were efficient in removing particle-type pollutants. When plants that were selected commonly as quality purifying plants in the first screening are summarized, they include Schefflera arboricola, Fatsia japinica, Monstera deliciosa, Clivia miniata, Aspidistra elatior, Rhapis excelsa, Spathiphyllum spp., and Syngonium podophyllum 'Pixie'. When the ability to purify formaldehyde was tested using quality purifying plants selected in the first screening, the results were as follows: Fatsia japinica μg/m3 cm2, Philodendron selloum μg/ - 8 -

10 m3 cm2, Monstera deliciosa 0.224μg/m3 cm25, Aspidistra elatior μg/ m3 cm2, Rhapis excelsa μg/m3 cm2, Spathiphyllum spp μg/m3 cm2 and Syngonium podophyllum 'Pixie' μg/m3 cm2. During the six-hour experiment, Syngonium podophyllum 'Pixie' showed the greatest changes in its photosynthesis function and pore resistance while Philodendron selloum raised concerns on physiological damages. Consequently, there were excluded from quality purifying plants against formaldehyde. Therefore, five plants were selected as quality indoor air purifying plants in the second screening: Fatsia japinica, Monstera deliciosa, Aspidistra elatior, Rhapis excelsa, and Spathiphyllum spp. Although quality purifying plants for indoor air natural purification have been selected, it actually takes plants spanning about cm2 in a 6-pyong room in order to purify the maximum level of indoor pollutants down to a permissible level with plants only. In reality, the entire room would be completely filled with plants. Therefore, in order to improve this in a more realistic method, development of purification supplements that facilitate the natural purification ability of plants is urgently required. Therefore, considering that photocatalyst nanosol has 99% light transmission rate and is not harmful to plants or human body, it has been applied to plants. The photocatalyst nanosol was diluted and its concentration was controlled through the number of applications to plants. As for lighting, natural light, fluorescent lamps and UV lamps were used to experiment whether they have effects of raising the natural purification ability of plants without causing substantial - 9 -

11 damages to the plants. When photocatalyst nanosol was applied once, the removal of formaldehyde and particle-type pollutants was increased up to 30-46%. When photocatalyst nanosol was applied twice, pollution removal ability has increased as high as 68%. However, visible damages and tissue damaged were observed in plant leaves after applying photocatalyst nanosol. When photocatalyst nanosol was applied three times, damaged tissues were found in plants and their pollution removal ability has dropped back to the natural state. This implicates that when the concentration of photocatalyst nanosol becomes high, it melts the waxy layer of the leaf surface and damages plant tissues. Therefore, it was analyzed that the maximum concentration that can be applied when developing photocatalyst nanosol as a natural purification supplement for plants is one round of application. In an experiment testing possible differences in the pollutant removal ability depending on the sources of lighting when photocatalyst nanosol is applied, the pollution removal ability has increased by over 35% under natural light and UV lamps and by less than 30% under fluorescent lamps. However, given that indoors mainly use artificial lighting sources in reality, fluorescent lamp is a very efficient purification supplement as the purification ability of plants are increased by about 30% under the fluorescent lamp vs. under the natural lighting. The significance of this study is that the abilities of interior plants in purifying gas-type pollution were measured by placing the plants

12 under the same experimental environment and compared vis-a-vis. While existing studies announced the purification abilities of a few plants in terms of a unit area of their leaves and it was difficult to compare and review against other studies, this study conducted a path-driven research that focuses on identifying quality purifying plants among a number of plants and was relatively objective in developing quality purifying plants. In addition, the ability of plants in purifying particle-type pollutants is an area that is yet to explored in the academic world and this study was pioneering. In order to make the amount of removed pollutants more realistic, the time required by plants in removing air pollutants was quantified by adapting the pollutant removal time and speed of air purifiers available in market and the volume of plants required in an actual room was calculated. In particular, the greatest significance of this study was that the potential of developing natural purifying supplements, which can raise the purifying ability of plants while reducing the gross input of plants to a room, was confirmed through experiments on the physiological reaction and purification abilities of plants while quantifying the purification volume of plants. In addition, offering of objective data on the ability of quality purifying plants in purifying various pollutants enabled to fix incorrect understanding on the natural purification of plants that is commonly accepted in the interior landscape plant market today. In addition, it served as a momentum to encourage the indoor air natural purification

13 by indigenous plants rather than by foreign plants. However, as the experiment period was brief, the physiological changes of plants in more than one year after the application of natural purifying supplements were not monitored. Also, data on the ability to purify other types of volatile organic chemicals that are raised as problems indoors are not provided. These are some areas that would require follow-up studies

14 CONTENTS Chapter 1. Introduction of this study 26 part 1. The background and purpose of this study The need of this study The internal and external tendency about this syudy and technology The controversal point and difference of preceding The purpoe of this study 44 part 2. The ranes and content of this study The selecting of natural air purification indoor plants through the experiment of removing gas type pollutants The selecting of natural air purification indoor plants through the experiment of removing particle type pollutants The counting work of the rate of removing pollutants by indoor plants The date bage of indoor purificantion plants The rate of removing indoor pollutants affer treated into plants by suoolement TiO 2 50 part 3. The method of this study The experiment of removing indoor pollutants by plants The measurement of the rate of removing indoor pollutants by plants The measurement of the rate of removing indoor pollutants by suoolement TiO 2 treated into plants The efficiency of removing indoor pollutants by plants 59 part 4. The processing of this study 61 part 5. The selecting and special quality indoor pollutants The special quality of indoor pollutants

15 2. The result of measurement about indoor pollutants The criteria of quality about indoor pollutants The selecting of indoor pollutants to apply in this study 80 part 6. The selecting of indoor plants 82 Chapter 2. The results of this study 89 part 1. The rate of removing indoor pollutants by plants for selecting excellent purifing plants -The experiment Ⅰ The rate of removing gas type indoor pollutants by plants The rate of removing gas type indoor pollutants by plants The selecting excellent purifing plants and calculating analysis about the rate of removing indoor pollutants by plants 183 part 2. The rate of removing indoor pollutants by plants for selecting excellent purifing plants -The experiment Ⅱ The rate of removing VOCs(formaldehyde) by indoor plants 200 part 3. Developement of suppliment applied with indoor plants for removing indoor pollutants The mechanism of removing indoor pollutants by TiO The appling supplement with plants for removing indoor gas type pollutants The appling supplement with plants for removing indoor type pollutants The change of physiology in plants after treating supplement into plants The result of this chapter

16 Chapter 3. The conclusion of this study 243 Reference 1. Internal reference External reference 251 Appendix

17 목 차 제 Ⅰ 장 연구의 서론 26 1절. 연구의 배경 및 목적 연구의 필요성 국내외 연구 및 기술개발 동향 선행 연구의 문제점 및 본 연구의 차별성 연구의 목적 44 2절. 연구의 범위 및 내용 실내 개스상 오염원 흡수실험을 통한 실내 공기정화 식물의선별 실내입자상의 오염원의 중화실험을 통한 실내공기정화 식물의선정 식물의 오염제거율의 계량화 정화식물의 생태, 관리, 생육환경조건 및 공기정화등급 자료 정리 식물의 자연정화를 극대화시키는 보조제처리 후 식물의 정화능 50 3절. 연구의 방법 식물의 개스상 오염원의 정화실험 식물의 입자상 오염물질흡수능 측정 식물의 오염원 정화보조제의 처리와 오염제거능 측정 식물의 오염제거효율 및 청정화능력 평가 59 4절. 연구의 진행 61 5절. 실내오염특성과 공시 실내 오염원 선정 실내공기오염의 특성 실내공기오염의 측정결과 실내공기질의 기준 공시개스 선정 80 6절. 공시식물 선정

18 제 Ⅱ 장 연구의 결과 89 1절. 제1차 우수정화식물의 개발을 위한 공기정화능 식물에 의한 개스성의 오염 제거능 식물에 의한 입자상 오염원 제거능 식물의 오염제거능의 계량적 해석과 제1차 우수정화식물 선정 183 2절. 2차 우수정화식물의 개발을 위한 공기정화능 휘발성 유기화합오염원(포름알데히드) 제거능 200 3절. 식물의 실내공기자연정화를 위한 정화보조제 개발 광촉매 이산화티탄의 오염물질 제거의 메카니즘 식물의 개스성 실내오염원(포름알데히드)에 대한 정화보조제 적용 식물의 입자성 실내오염원에 대한 보조제 적용 식물의 광촉매 나노 졸 처리 후 식물체내 생리변화 소결 241 제 Ⅲ 장 결 론 243 참고문헌 1. 국내문헌 국외문헌 251 부록

19 표 목 차 Table 1-1. Sources of benzene and formaldehyde (US EPA, 1998). 32 Table 1-2. The Sources and effects of indoor pollutants on human body 65 Table 1-3. The effects of dust on human body 66 Table 1-4. Allowable and detrimental concentration of CO 2 67 Table 1-5. The effects of NO 2 on human body. 68 Table 1-6. The effects of SO 2 on human body. 69 Table 1-7. The effects of formaldehyde on human body 70 Table 1-8. The Souces of VOCs generated indoor space 71 Table 1-9. The Research of proper indoor plants in indoor air purification of experiments. 85 Table 2-1. The change of CO 2 in chamber with Fatsia japonica 90 Table 2-2. The change of CO 2 in chamber with Monstera deliciosa 91 Table 2-3. The change of CO 2 in chamber with Philodendron selloum 91 Table 2-4. The change of CO 2 in chamber with Schefflera arboricola 91 Table 2-5. The change of CO 2 in chamber with Dracaena fragrans 'Massangeana' 92 Table 2-6. The change of CO 2 in chamber with Ficus benjamiana 92 Table 2-7. The change of CO 2 in chamber with Cordyilne terminalis 92 Table 2-8. The change of CO 2 in chamber with Pachira aguatica 93 Table 2-9. The change of CO 2 in chamber with Camellia japonica 93 Table The change of CO 2 in chamber with Cycas revoluta 93 Table The change of CO 2 in chamber with Rhapis excelsa 94 Table The change of CO 2 in chamber with Aspidistra elation 95 Table The change of CO 2 in chamber with Clivia miniata 95 Table The change of CO 2 in chamber with Ardisia crenata 95 Table The change of CO 2 in chamber with Ardisia japonica 96 Table The change of CO 2 in chamber with Asplenium nidus'avis' 96 Table The change of CO 2 in chamber with Lantana oamara 96 Table The change of CO 2 in chamber with Cuzmania 'rana' 97 Table The change of CO 2 in chamber with Kalanchoes blossfeldianacv 97 Table The change of CO 2 in chamber with Codiaeum variegatum 97 Table The change of CO 2 in chamber with Spathiphyllum spp 99 Table The change of CO 2 in chamber with Sygonium podophyllum

20 Table The change of CO 2 in chamber with Nephrolepis exaltata 'Bostoniensis' 100 Table The change of CO 2 in chamber with Begonia rex 100 Table The change of CO 2 in chamber with Epipremnum aureum 100 Table The change of CO 2 in chamber with Hedrera helix 101 Table The change of CO 2 in chamber with Calathea makoyana 101 Table The change of CO 2 in chamber with Aglaonema 'Silver king' 101 Table The change of CO 2 in chamber with Anthurium andraeanum 102 Table The change of CO 2 in chamber with Caladium makoyana 102 Table The purification of CO 2 used indoor plants (1m < hight) and tmolhe change of photosynthetic rate(pn), and leaf diffusive resistance(dr) 116 Table The purification of CO 2 used indoor plants (40cm < hight < 1m) and tmolhe change of photosynthetic rate(pn), and leaf diffusive resistance(dr) 117 Table The purification of CO 2 used indoor plants (hight < 40cm) and tmolhe change of photosynthetic rate(pn), and leaf diffusive resistance(dr) 117 Table The change of SO 2 400ppb in chamber with plants 121 Table Momentory change of SO 2 per unit area(ppb/cm2) 129 Table The purification of SO 2 used indoor plants (1m < heght) and the change of photosynthtic rate(pn), and leaf diffusive resistamce(dr) 140 Table The purification of SO 2 used indoor plants (40cm < heght < 1m) and the change of photosynthtic rate(pn), and leaf diffusive resistamce(dr) 141 Table The purification of SO 2 used indoor plants (heght < 40cm) and the change of photosynthtic rate(pn), and leaf diffusive resistamce(dr) 141 Table The change of NO 2 400ppb in chamber with plants 144 Table The change of NO 2 400ppb in chamber with plants 146 Table The change of NO 2 400ppb in chamber with plants 147 Table The momentory change of NO 2 per unit area of plants(ppb) 153 Table The momentory change of NO 2 per unit area of plants.(ppb) 154 Table The momentory change of NO 2 per unit area of plants(ppb)

21 Table The purification of NO 2 used indoor plants (1m < heght) and the change of photosynthtic rate(pn), and leaf diffusive resistamce(dr) 161 Table The purification of NO 2 used indoor plants (40cm < heght < 1m)and thechange of photosynthtic rate(pn), and leaf diffusive resistamce(dr) 161 Table The purification of NO 2 used indoor plants (heght < 40cm) and thechange of photosynthtic rate(pn), and leaf diffusive resistamce(dr) 162 Table The quantity of anion according to regional space 168 Table The quantity of anion according to regional space 168 Table Difference of anion according survey regions. 170 Table The number of cation, Anion with the distance of interior landscape 172 Table Changes of Anion generation according to several conditions in Monstera 173 Table Changes of Anion generation according to several conditions in Syngonium 173 Table Changes of Anion generation according to several conditions in Spathiphyllum 173 Table Changes of Anion generation according to several conditions in Epipremnum 174 Table Changes of Anion generation according to several conditions in Philodendron 174 Table The guantity of anion generated by indoor plants per leaf arear 1000cm2 for 30min 175 Table The rate of removing smoke particle concenntration usedanion generated by plants(%) 178 Table The rate of removing smoke particle concenntration usedanion generated by plants(%) 178 Table The rate of removing smoke particle concenntration usedanion generated by plants(%) 179 Table The rate of removing smoke particle concenntration usedanion generated by plants(%) 179 Table The rate of removing smoke particle concenntration usedanion generated by plants(%)

22 Table The rate of removing smoke particle concenntration usedanion generated by plants(%) 180 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-co 2) 188 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-co 2) 189 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-co 2) 190 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-so 2) 190 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-so 2) 190 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-so 2) 192 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-no 2) 193 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-no 2) 194 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of gas type-no 2) 195 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of particle type) 197 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of particle type) 198 Table Time constant of indoor air pollution (pollution of particle type) 198 Table Selection of indoor excellent plants for removing pollutants. 203 Table The change of Formaldehyde in chamber. (μg/m3 cm2 6hours) 204 Table The momentary change of Formaldehyde per unit arear of plants (μg/cm2.1hour) 205 Table Time constant of indoor air pollution. (pollution of Voc) 207 Table The purification of Formaldehyde used indoor plants and the change of photosynthic rate(pn) and leaf diffuse resistance(dr). 209 Table Band-Gap energy and wavelengths of several semiconductors 218 Table The momentary rate of removing Formaldehyde by coated conc. (Fatsia japonica) (%/ 1hour) 221 Table The momentary rate of removing Formaldehyde by coated conc. (Monstera delicios) (%/ 1hour) 222 Table The momentary rate of removing Formaldehyde by coated conc. (Aspidistra elation) (μg/m3. 6hours) 223 Table The momentary rate of removing Formaldehyde by coated conc. (Rhapis excelsa) (μg/m3. 6hours) 224 Table The momentary rate of removing Formaldehyde by coated conc. (Spathiphyllum spp) (μg/m3. 6hours) 224 Table The rate of removing Formaldehyde by the quality of light (Fatsia japonica) (μg/m3. 6hours) 226 Table The rate of removing Formaldehyde by the quality of light (Monstera deliciosa) (μg/m3. 6hours)

23 Table The rate of removing Formaldehyde by the quality of light (Aspidistra elation) (μg/m3. 6hours) 227 Table The rate of removing Formaldehyde by the quality of light (Rhapis excelsa) (μg/m3. 6hours) 228 Table The rate of removing Formaldehyde by the quality of light (Spathiphyllum spp) (μg/m3. 6hours) 228 Table The rate of removing smoke particle by coated conc. (Fatsia japonica) (%/ 1hour) 231 Table The rate of removing smoke particle by coated conc. (Monstera deliciosa) (%/ 1hour) 231 Table The rate of removing smoke particle by coated conc. (Aspidistra elation) (%/1hour). 232 Table The rate of removing smoke particle by coated conc. (Rhapis excelsa) (%/1hour) 233 Table The rate of removing smoke particle by coated conc. (Spathiphyllum spp) (%/1hour). 233 Table The change of photosynthtic rate(pn) and leaf diffusive resistance(dr) in plants cated TiO

24 그 림 목 차 Fig. 1-1 Section of air purification chamber 51 Fig. 1-2 Photography of air purification chamber 51 Fig. 1-3 Treatment of refining plants in chamber for 1 week 52 Fig. 1-4 Treatment of refining plants indoor space for 1 week 52 Fig. 1-5 Momentary quantity of air purification 54 Fig. 1-6 Total quantity of air purification 54 Fig. 1-7 Graph of anion quantity generated by plants 57 Fig. 1-8 Target and process of this study 62 Fig. 1-9 Process of this study 63 Fig The result of measurement about indoor misty dust 72 Fig The result of measurement about indoor CO 2 73 Fig The result of measurement about indoor NO 2 74 Fig The result of measurement about indoor SO 2 75 Fig The result of measurement about formaldehyde 76 Fig The result of measurement about VOCs 77 Fig Masterplan of indoor landscape in Busan City Hall 83 Fig Masterplan of indoor landscape in an atrium 83 Fig Masterplan of indoor landscape in Flower Expo. An-Myeon Do 83 Fig Masterplan of indoor landscape in Building lobby 83 Fig Masterplan of indoor landscape in Kuk-Je Building 84 Fig Masterplan of indoor landscape in Nong-Sim Building 84 Fig Masterplan of indoor landscape in Kyo=bo Atrium 84 Fig Masterplan of indoor landscape in Je-il Bank 84 Fig Masterplan of indoor landscape in In-cheon National Airport 84 Fig Masterplan of indoor landscape in H.Apt 84 Fig. 2-1 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 106 Fig. 2-2 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 106 Fig. 2-3 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 107 Fig. 2-4 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 107 Fig. 2-5 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 108 Fig. 2-6 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 112 Fig. 2-7 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 112 Fig. 2-8 Change of momentary CO 2 per unit leaf area

25 Fig. 2-9 Change of momentary CO 2 per unit leaf area 113 Fig Change of momentary CO 2 per unit leaf area 113 Fig Change of momentary CO 2 per unit leaf area 113 Fig Change of momentary CO 2 per unit leaf area 113 Fig Change of momentary CO 2 per unit leaf area 114 Fig Change of momentary CO 2 per unit leaf area 115 Fig Change of momentary CO 2 per unit leaf area 115 Fig The change of SO 2 400ppb with plants 124 Fig The change of SO 2 400ppb with plants 124 Fig The change of SO 2 400ppb with plants 124 Fig The change of SO 2 400ppb with plants 125 Fig The change of SO 2 400ppb with plants 125 Fig The change of SO 2 400ppb with plants 125 Fig Momentorg change of SO 2 per unit area 133 Fig Momentorg change of SO 2 per unit area 133 Fig Momentorg change of SO 2 per unit area 133 Fig Momentorg change of SO 2 per unit area 134 Fig Momentorg change of SO 2 per unit area 134 Fig Momentorg change of SO 2 per unit area 134 Fig Rate of purification of SO Fig Rate of purification of SO Fig Rate of purification of SO Fig Mechanism of organism injury of plants in contacting SO Fig The change of NO 2 400ppb with plants 149 Fig The change of NO 2 400ppb with plants 150 Fig The change of NO 2 400ppb with plants 150 Fig The change of NO 2 400ppb with plants 150 Fig The change of NO 2 400ppb with plants 151 Fig The change of NO 2 400ppb with plants 151 Fig The change of NO 2 per unit area for 6hour 157 Fig The change of NO 2 per unit area for 6hour 157 Fig The change of NO 2 per unit area for 6hour 157 Fig The change of NO 2 per unit area for 6hour 158 Fig The change of NO 2 per unit area for 6hour 158 Fig The change of NO 2 per unit area for 6hour 158 Fig Rate of purification of NO 2 400ppb per unit leaf area

26 Fig Rate of purification of NO 2 400ppb per unit leaf area 163 Fig Rate of purification of NO 2 400ppb per unit leaf area 163 Fig Physiological injury of Caladium in contacting NO 2 400ppb 165 Fig Comparison on levels of anion grneration in 5 species of indoor plants 174 Fig Comparision of anion generated by plants 176 Fig Comparision of anion generated by plants 177 Fig Comparision of anion generated by plants 177 Fig Comparision of anion generated by plants 180 Fig Comparision of anion generated by plants 181 Fig Comparision of anion generated by plants 181 Fig Comparision of anion generated by plants 181 Fig Comparision of anion generated by plants 182 Fig Comparision of anion generated by plants 182 Fig Rate of purification of Formaldehyde per unit leaf area (μg/cm2.6hour) 206 Fig Mechanism of photo catalytic oxidation by TiO Fig Thermodynamic constrains for interfacial electron transfer atilluminated semiconductor surface 215 Fig The quantities of removing Formaldehyde by coated conc 225 Fig The quantities of removing Formaldehyde by light 229 Fig The quantities of removing Formaldehyde by coated conc 234 Fig The quantities of removing Formaldehyde by light 226 Fig Visual injury of Rhapis excelsa under SM-3 treatment 227 Fig Physiological injury of Monstera deliciosa under SM-2 treatment 228 Fig Physiological injury of Aspidistra elation under SM-3 treatment 228 Fig Physiological injury of Spathiphyllum spp. under SM-3 treatment 228 Fig Phy siological photography in Fatsia japonica SM-1 for 3 weeks 240 Fig Phy siological photography in Monstera deliciosa SM-1 for 3 weeks 240 Fig Phy siological photography in Aspidistra elation SM-1 for 3 weeks 240 Fig Phy siological photography in Rhapis excelsa SM-1 for 3 weeks 241 Fig Phy siological photography in Spathiphyllum spp. SM-1 for 3 weeks

27 제Ⅰ장 연구의 서론 1절. 연구의 배경 및 목적 1. 연구의 필요성 실내공기질에 대한 문제의 발생배경은 각종 산업분야에서 에너지 절약 및 효율을 높이기 위한 노력으로 건물의 단열을 위한 밀폐화와 에너지 절 감장치를 설치하는 건물의 증가로 인하여 공기의 질이 악화되는 것 때문 이라고 힐 수 있다. 즉, 건축자재, 공조시스템 등의 건물 내 특성이 복잡 하고 민감한 실내환경 조건을 변형시킴으로 인하여 실내공기질은 매우 악 화되고 있다. 실제로 에너지 절약형 건물은 외부로부터 침기 infiltration을 막는 것에 초점을 맞추어 건축되었고, 에너지 절약형의 산업용 건물에서 는 건물의 유지 관리비를 줄이기 위해 의도적으로 환기량을 감소시키기도 하여 공기의 유입과 환기가 감소되어 자연히 실내공기가 오염되고 있다. 특히 인간은 하루 24 시간 중 80%이상을 실내(가정, 일반사무실, 실내 작 업장, 공공건물, 지하 시설물, 상가, 음식점, 자동차, 지하철 등)에서 생활 하고 있다. 또한 에너지 보존을 위한 다양한 산업기술이 만들어낸 새로운 건축자재가 공공건물뿐만 아니라 일반 주택에도 사용되고 있는데 이 같은 새로운 건축자재에서의 의외의 오염물질이 방출되고 있으며, 또한 경제 수준의 향상으로 다양한 생활 용품의 사용이 증가하는데 이 같은 생활용 품에서도 의외의 오염물질이 방출된다. 이러한 실내오염의 강도가 커지면서 건물 내 거주자들이 일시적 또는 만성적인 건강과 관련된 증상을 호소하는 사례가 증가되고 있는데 이러한 증상 중에 두통, 안질, 후두염, 알레르기성질환, 어지러움 등의 각종 증세 는 실내공기오염에 의한 것으로 밝혀지고 있다. 이것을 일명 빌딩증후군 sick building syndrome 또는 빌딩 관련 질병이라 하는데 이 빌딩증후군

28 은 근본적으로 건물 내 에너지의 비효율적인 절약방법과 불충분한 환기량 에서 발생된 것이므로 실내에 충분히 신선한 공기가 유입, 및 유지 될 수 있도록 하는 것이 최선의 방법이다. 환기는 실내공기를 개선시킬 수 있는 가장 쉽고 보편적인 방법이지만 대기오염이 심각한 도심지역에서는 오염된 외기가 그대로 유입되는 문제 가 있을 수 있고 지하공간의 경우 환기 장치가 깨끗하지 못할 경우 오히 려 실내공기를 오염시킬 수도 있다. 대기오염은 자연적인 희석률이 크고, 사회적 인식확대, 각종규제 등으 로 인하여 대기오염이 억제되고 있으나, 실내공기는 한정된 공간에서 인 공적인 설비를 통하여 오염된 공기가 계속적으로 순환되면서 실내오염농도 가 증가 될 수 있다. 또한 인공적인 기계장치의 실내오염원의 정화장치는 비용면에 있어서, 실내공간이 공적인 부분이 아닌 사적 공간일 경우, 대규모일 경우 경제적 부담이 될 수 있어 지속적인 실내공기정화의 효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 환경적으로 안전하고, 저렴하며 지속적인 생물학적 실내오염 제거기술이 모색될 필요가 있다. 현재 국내외의 생물학적 오염제거 방법으로는 미생물을 이용하는 방법 이 보편적이다. 그러나 식물은 매우 효과적인 공기정화 장치로써 광합성 작용으로 공기중의 이산화탄소를 흡수하여 결과물로써 산소를 만들어내는 자연 상태의 뛰어난 공기정화 장치일 뿐 아니라 공기를 만들어내는 생산 자라 해도 과언이 아니다. 그러나 식물이 공기정화 효과가 있다는 것은 알려져 왔지만 이를 적극 적인 공기정화용으로 개발하는 노력은 부족하여 전 세계적으로 그의 가능 성이 모색되고 있는 실정이다. 그러므로 공기정화효율을 극대화시킬 수 있는 요소의 개발 중 핵심이

29 될 수 있는, 고효율의 공기정화 식물의 개발과 함께 실내에 수용할 수 있는 대기 정화 식물의 극대화 시스템 개발이 시급한 실정이다. 2. 국내외 연구 및 기술개발 동향 가. 국내외 관련연구동향 (1) 실내공기의 질 1970년대 초 화석연료의 남용에 대처하고 유가상승을 위한 산유국의 단합으로 석유파동이 일어났고, 그 결과 에너지 절감을 위해 어떻게 하면 건물과 외부의 공기를 완벽하게 차단할 수 있을 지에 많은 대한 연구가 이루어졌으며, 에너지 소비는 줄이고 효율은 높이는 효과를 가져왔지만 실내공기의 질은 더욱 악화되었다(De Bortoli 등, 1984; US Senate, 1988; Dale, 1993). 에너지 절약형 건물에서는 유지관리비를 줄이기 위해 의도적 으로 환기량을 감소시키기도 하여 공기의 유입과 환기가 감소되어 실내공 기가 오염되어 왔다. 또한 건축자재도 천연소재의 자재와 마감재를 사용 하던 것을 합성소재로 바뀌면서 이러한 자재에서 발생하는 가스가 실내공 기를 더욱 오염시켜왔다(MΦlhave, 1991; Park, 1995). 1976년 미국 필라델피아의 한 호텔에서 발생된 냉방병은 공기조화설비 에서 발생하여 실내로 전파되었다는 점과 건물과 관련된 질병이라는 점에 서 실내공기환경에 대한 경각심이 제기되었다(Godish, 1991). 또한 실내환 경에서 공기 중에 존재하는 오염물질(미생물, 화학물질, 인간이 방출하는 물질)이 검출되면서 실내공기질(IAQ)에 대해 관심이 집중되었고(Wolverton 과 Wolverton, 1991), 선진국에서는 IAQ에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔다(Nero, 1988; Quah, 1991; Hines 등, 1993). Liao 등(1991)은 홍콩에 있 어서 실내와 실외의 공기오염을 비교한 결과 실내가 훨씬 심각한 수준이라 고 하였으며, 1984년 WHO는 신축 또는 개축건물의 30% 정도가 실내공기

30 질에 문제가 있다고 하였고, 1988년 미 의회는 실내공기의 질에 관한 보고 서를 작성하여 발표하였으며(US Senate,1988), 1989년 8월, 미국 EPA는 의 회에서 10개의 공공건물의 실내공기질에 대해서 보고한 바 있다(US EPA, 1999). 이 보고서에 따르면 900종 이상의 휘발성유기화합물이 에너지절감 형 신축건물에서 발견되었고, 몇몇 화합 900종 이상의 휘발성유기화합물 이 에너지절감형 신축건물에서 발견되었고, 몇몇 화합물의 경우에는 실내 공간에서 평균농도의 100배가 넘는 것도 있다고 하였다. 또한 일반인이 대기오염에 노출될 때 실내공기오염이 주된 부분을 차지하며 급성 또는 만성적으로 건강에 심각한 위험을 줄 수 있다는 사실을 뒷받침할 충분한 증거가 있다 고 밝혔다(Wolverton과 Wolverton, 1991)고, EPA는 실내공 기오염으로 인한 의료비용과 노동생산성 감소 피해가 1년에 610억 달러가 넘는 것으로 추정하였다(Turner, 1994). 우리나라에서는 아직 IAQ라는 용어자체도 생소하고 실내공기질에 대 해서는 그다지 관심을 보이고 있지 않으며, 일반적으로 실내환경에 오염 물질이 존재하는지 그 사실조차도 모르는 경우가 많다. 그러나, 최근 그린 빌딩제도의 도입이라던지 환경부에서 실시한 실내공기질 관리방안에 관한 연구 등을 볼 때 우리나라도 어느 정도 관심을 갖게 된 것으로 보인다 (IEIM, 1999). 환경부에서는 현행의 지하생활공간공기질관리법 을 실내공기질관리법 으로 제정하고, 규제항목은 미세먼지, CO, CO2로, 권고물질은 벤젠, 라돈, 포름알데히드, 석면만을 정하고, 대신 대상시설을 실내공기오염에 취약한 병원, 학교, 아동 및 노인복지시설로 확대하면서, 향후 환경부로 실내공기질 업무를 통합관리 할 수 있도록 실내환경전담 부서 설치를 제안하는 보고서를 작성하였다(IEIM, 1999). 실내공기질에 대한 인식도에 관해서 설문조사를 실시한 결과, 전체적 으로 실내공기오염의 실태, 관리정책에 대해 부정적인 반응을 보였으며,

31 실내오염에 대한 관심이 높고 심각하다고 느끼고 있었다. 전체 응답자의 생활패턴은 하루 중 92%를 실내에서 체류하고, 오염관리가 필요한 대상 시설로는 지하상가, 지하역사, 병원, 공연장, 백화점의 순이었다(Yang 등, 1992; IEIM, 1999) (2) 실내공기오염물질 실내공기를 오염시키는 요인에는 여러 가지가 있는데 그 가운데 첫 번 째로 중요한 것으로 건축자재를 들 수 있다. 특히 현대식 건축자재, 절연 재, 접착제, 섬유, 세정제, 살충제 등은 다양한 화학물질들을 생성하여 심 할 경우 인간에게 치명적인 독성물질과 암을 유발하는 물질을 발생하는 것으로 밝혀졌다(MΦhave 등, 1984). 두 번째 요인으로는 외부의 대기오염 을 들 수 있는데, 난방, 산업시설, 도로교통 등이 주원인이며, 이들은 실내 의 한정된 공간으로 유입되어 오염된 공기가 계속적으로 순환되기 때문에 외기가 실내공기질에 상당히 큰 영향을 준다(Kim, 1992). 실내공기오염의 주된 원인 중의 하나는 카펫으로, 처음 깔린 카펫은 여러 가지 화학물질을 방출하는 반면 오래된 카펫에는 먼지, 집진드기, 각 종 미생물이 서식한다. 카펫이 화학물질을 기체로 방출하는 것이 건강에 심각한 문제를 야기함에도 불구하고 건축에서는 많은 비중을 두고 사용한 다. 미국의 National Association of Homebuilders에 따르면 1996년에 건 축된 가정의 경우 거실은 97%, 식당은 85%, 오락실은 90%, 침실은 95%, 복도는 91%가 카펫을 이용하고 있는 것으로 조사되었다(Wolverton과 Wolverton, 1991). 春 (1994)는 실내공기의 질은 기본적으로 공기밀도, 환기능력, 공간의 부피, 거주자의 수에 따라 기본적으로 달라지며, 단열재, 접착제 등과 실 외의 대기오염물질의 유입에 좌우된다고 하였다. 그리고 오염물질의 개인

32 폭로량 비율을 볼 때 실내에서의 폭로량을 80%, 실외에서의 폭로량을 20%로 보았고, 실내에서의 폭로량 중에서 실내오염원의 발생에 의한 것 을 70%, 실외오염물질을 유입에 의한 것을 30%로 보았다. 질소화합물, 일산화탄소, 이산화탄소 등을 외부유입물질로 구분하였고, 라돈, 포름알데 히드, 암모니아, 석면, 휘발성유기화합물(VOCs)을 내부발생원으로 구분한 것으로 보아 실내환경에서 사람에게 가장 민감한 오염원은 실내공기오염 물질임을 알 수 있다. 실내에서 발생하는 오염물질의 양적으로나 질적으 로도 실외에서 유입된 오염물질보다 더 위험한데, 이는 실내에 존재하는 각종 재료에서 계속적으로 방출되는 오염물질인데 비록 저농도 일지라도 장기노출시 생명에 위험을 주기 때문이다(Gammage 등, 1984). 이러한 실내공기오염물질 중 벤젠은 잉크, 페인트, 플라스틱, 고무, 휘 발유, 세척제, 염색약, 담배연기와 합성섬유 등에서 발생되는 가스상 화학 물질들인데 실내공기를 이루고 있는 성분 중 1ppb와 1ppm 사이의 농도 로 존재하는 물질이 250여가지 이상이 된다고 하며, 이들은 외부의 공기 가 실내로 유입될 때 들어오거나, 건축자재, 건물의 관리 또는 실내에서의 인간 활동 등에 의해 발생된 것이고(Kim, 1994), environmental tobacco smoke(ets)도 심각한 실내공기오염원이라고 하였다(American Lung Association, 2000). Park(1995)은 실내마감재료의 포름알데히드 및 휘발성유기화합물 발생 량을 측정한 결과 바닥재로 사용된 모노륨은 포름알데히드를 발생시켰는 데 실내온도가 26, 32, 39 로 높아지면서 4.6배 정도가 더 발생한 것 으로 나타났고, 휘발성유기화합물의 경우 욕실, 현관의 타일에서는 톨루엔 을 발생시켰고, 발코니에서 사용하는 수성페인트는 벤젠, 크실렌, 톨루엔 의 순이었는데, 온도가 상승하면서 각각의 발생량이 증가한 것으로 측정 되어 온도가 높을수록 포름알데히드의 발생원은 Table 1-1과 같다

33 Table 1-1. Sources of benzene and formaldehyde (US EPA, 1998). Pollutant Sources Benzene inks, oils, paints, plastics, rubber, gasoline, A Commonly used solvent, detergents, pharmaceuticals, dyes, tobacco also found in fuels. smoke and synthetic fibres. Formaldehyde. A disinfectant preservative, and curing agent. particle board, pressed wood, form insulation, paper bags, waxed papers, facial tissues, stiffeners and wrinkle resisters, water repellents, fire retardants, binders in floor coverings, carpet backing, permanent press clothes, natural gas, kerosene and cigarette smoke. 미국 American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)가 추천하는 벤젠의 허용농도는 TLV-TWA 기준으로 0.5ppm(1.6m g m -3 )이며 발암물질로 규정되어 있고, STEL 농도는 2.5ppm(8mg m -3 )인데, 이는 OSHA의 PEL 농도나 NIOSH의 Recommended Exposure Limits(REL) 농도보다 높은 수준이다(CCOHS, 1999) 외국은 환경청과 관련기관에서 실내허용기준치를 정하여 놓고 있는 것 에 반해 현재 우리나라에서는 노동부에서 고시한 유해물질의 허용농도(노 동부 고시 제 호)가 있으나 주거공간의 실내기준치에 관한 것은 없는 실정이고 산업안전보건법(Ministry of Labor, 1991)에 규정하고 있다. 가스상 화학물질의 측정횟수는 노출수준이 기준의 50%이상-100% 미 만일 경우 1년에 1회, 기준의 50% 미만일 경우 3년에 1회 측정하도록 되 어 있다. 기준치가 높게 정해져 있다면 오랜 기간동안 측정을 하지 않고 가스에 노출되는 것이고, 비록 저농도이라도 장기노출 시 나타나는 피해 와 증상에 대해서는 언급이 없는 실정이다(Ministry of Labor, 1997)

34 (3) 실내식물에 의한 실내공기오염물질 제거 고대 이집트에서 중정을 식물로 장시간을 시작한 이래 인간이 실내공 간에 다양한 식물을 배치하여 감상하며 즐겼다는 사실을 이미 잘 알려져 있다(Lee 등, 1993). 최근에는 실내식물의 단순히 관상목적의 차원을 넘어 서서, 실내환경을 개선시키고 인간의 정서를 안정시켜 주는 쾌적함은 환 경제어효과, 시각효과, 지각효과로 나눠지는데 환경제어효과로 실내온도는 2.7 까지 낮출 수 있다고 하였다(Asaumi 등, 1991). 이러한 온도감소효과 외에도 습도유지와 음이온(Park, 1998) 발생 등 식물의 기능을 이용한 환 경개선 노력은 꾸준히 있어왔다(Wolverton 등, 1985; Briggs와 Calvin, 1987; Wolverton과 Wolverton, 1992). Lohr(1990)의 보고에 따르면 12월에서 3월 사이에 35m3 크기에 사무실 에 1.25m3의 공간을 식물로 채웠을 때 습도는 25%에서 30%로 증가하였 다고 하였다. 또한 전산실에 공간 부피의 3.5% 이하로 관엽식물을 배치하 였을 때 상대습도가 약 4% 증가하였다고 보고하였다. 스포츠 센타에서 운동을 마친 후와 온실에서 원예활동을 한 후 사람들이 느끼는 스트레스 정도를 알아보기 위해 혈압과 맥박을 측정한 결과, 온실활동을 하였던 그 룹이 혈압과 맥박이 낮은 것으로 측정되어 스트레스 정도가 더 낮은 것으 로 나타났다고 하였다(Lohr, 1992). 실내공간에서 먼지집적에 미치는 관엽식물의 영향에 관한 보고에 의하 면 Aglaonema X 'Silver King', Shamaedora seifreizii, Dracaena fragrans Mass angeans', Epipremnum aureum, Spathiphyllum spp..를 전산실 내 공간 의 2-5%를 식물로 배치하였을 때 수평면의 먼지집적을 최대 20%까지 감 소시킬 수 있었다고 하였다(Lohr와 Pearson-Mims, 1996). 환경부의 휘발성유기화합물질 방지시설 설계지침에는 미생물은 VOC 를 미생물의 에너지원인 탄소원으로 이용하고 질소를 세포증실에 이용하

35 기 때문에 결국 VOC는 미생물의 먹이로 이용되어 제거되는 것이라고 하 였는데(Ministry of Environment, 2000), VOC의 생물학적 처리비용이 저 렴하며 환경적으로도 온화한 방법이라 하였다(Wang.1997). McPherson(1994)은 환경오염물질의 감소방안으로 식물, 토양, 물 등 자연을 이용한 정화가 이상적으며 경제적으로도 유리하다고 하였는데 식 물을 이용한 가스상 실내공기오염물질의 제거는 생물학적 처리의 한 방법 으로 볼 수 있다. 한편 식물은 직, 간접적으로 주변에 부유하는 미생물을 제거하는 능력이 있으며 페놀화합물을 감소시키는 것으로도 알려져 있다 (Wolverton과 Wolverton, 1996). 식물은 잎과 토양미생물을 이용하여 가 스상 오염물질을 제거하는데, 식물에 따라 그 능력이 달라진다고 하였고 광요구도가 낮은 실내식물이 밀폐된 생장상 내에서 포름알데히드 제거능 력이 뛰어나다고 하였다(Wolverton과 Wolverton, 1993). 식물의 실내공기오염물질의 정화능력의 차이는 처리한 가스의 종류와 농도, 식물의 크기와 상태, 습도, 온도, 풍속 등 다양한 변수에 따라 차이 가 많이 나기 때문에 잎의 형태적인 특징으로 어떤 식물이 효과적이라고 제시할 수는 없다. 그러나 대체적으로 잎의 면적이 넓을수록 효과적이며 야 자과, 천남성과, 고사리과에 속하는 식물이 탁월한 효과가 있다(Wolverton 등, 1989). 벤젠과 포름알데히드를 흡수하는 데에는 Hedera helix 가 가장 효과적이었고 그 외에 Dracaena fragrans Mass angeans', Spathiphyllum spp. 등도 좋았다고 하였다(Giese 등, 1994; Wolverton, 1997). 한편 일반적으로 실내에서 식물이 생육하는데 필요로 하는 최저광도가 약 500lux라고 알려져 있지만(Lee, 1981), 빛, 수분, 이산화탄소, 온도 등 여러 가지 요인이 광합성에 영향을 미치기 때문에 대부분이 음지성 식물 인 실내식물 중 광보상점이 낮은 식물의 경우, 식물체 내의 이산화탄소 농도보다 외부의 이산화탄소 농도가 더 높으면 그보다 더 낮은 광도에서

36 도 광합성을 하는 것으로 추측되기 때문에 대기오염 정화도 일어나는 것 으로 알려져 있다(Salisbury와 Ross, 1992). 식물이 대기오염물질을 흡수 경로는 이산화탄소를 흡수 경로와 같기 때 문에 이산화탄소 흡수율이 높은 식물이 공기정화능력도 뛰어나다(Park, 1998). 그러나 항상 기공을 통한 흡수에 의해서 오염물질을 제거하는 것만 은 아니다. 흡착에 의한 제거하는 역할을 하는데 1차적으로 식물 잎에 의해 서 흡착되고 2차적으로 토양입자 표면에 흡착되며, 3차적으로는 토양내 수 분에 의해 흡착되는 것으로 알려져 있다(Wolverton과 Wolverton, 1993). 식물의 잎은 산소를 생성할 뿐만 아니라 동화작용을 통해서 근권삼출 물질을 생성시키기 때문에 뿌리 부분의 토양미생물을 유지시키는 중요한 역할을 한다. 식물의 대기 오염정화는 식물체 자체뿐만 아니라 토양미생 물도 큰 역할을 한다. NASA의 연구에 따르면, 모든 실내식물에서 효과적 이었던 것은 아니지만 몇몇 실내식물에 있어서 토양 미생물이 실내공기오 염물질을 흡수하는 능력이 상당히 큰 것으로 나타났다. 벤젠가스를 처리한 결과, 처리 6주 후 벤젠은 38% 더 제거하였고 토양 미생물의 수는 처리 시 토양미생물 수의 약 2/3만큼이 더 늘어났던 것으 로 보아, 토양미생물이 벤젠을 양분으로 이용하였고 늘어난 토양미생물에 의해 벤젠의 제거효과도 증가한 것으로 보인다. 그러나 토양미생물의 역 할도 지상부에 식물이 존재할 때 가능한 것으로 대부분의 식물에서 지상 부 잎을 제거하고 토양만을 남겼을 때에는 잎을 제거하지 않았을 때보다 정화능력이 떨어진다(Wolverton 등, 1989). 식물을 이용한 가스상 오염물질의 제거에 관해서는 미국의 NASA를 비롯하여 Omasa 등(1979), Kim(1987), Lee(1994), Han(1997), Heo(1996), Park(1998) 등을 비롯한 많은 연구결과가 있으나, 실내공기오염물질을 다 룬 예는 실내조경식물을 이용한 SO 2 정화능에 관해서 연구한 Lee(1994)

37 를 비롯해 몇몇 연구가 있었을 뿐이어서 실내식물의 공기정화효과에 대해 더욱 연구해야 할 필요가 있다. 나. 국내외 관련기술동향 (1) 공기정화용 실내식물 Pot & Planter System의 기술 현황 공기정화기능을 가진 플랜터식 공기정화용기에 대한 국내외 기술특허 는 대략 30여 개로 그 기본 컨셉은 다음 그림과 같으며, 몇 개의 주요 기 술 특허의 내용을 소개하면 다음과 같다. 국내공개특허공보 호에는 관상어수조를 이용한 수경재배 및 공기정화장치에 관한 것으로서, 수조내에 관수를 수중펌프에 의해 재배조 로 순환되게 하여 식물은 재배할 수 있게 하는 한편, 재배조의 순환수를 필터를 통해 다시 수조 내로 환수되게 하고 송풍팬에 의해 회부의 오염공 기가 상기 필터를 통과하게 함에 따라 순환수와 접촉되는 오염공기가 물 의 표면효과에 의해 먼지나 유해가스가 흡착제거 됨으로서 공기정화와 가 습 작용이 이루어지도록 함과 아울러 음이온발생기를 설치하여 유해물질 과 담배연기와 같은 유해가스를 제거하도록 되어 있으나, 식물재배용 기 반재료인 용토를 이용한 공기정화 기능이 갖추어지지 않고, 수조에 담긴 물을 수중펌프와 급수관 및 절곡관을 통해 포트로 인상하여 포트의 상부 에서 급수하는 것으로 원활하게 생육될 수 있도록 적용되는 식물이 한정 되는 문제점이 있다. 또, 종래에 식물이 그 잎 및 뿌리를 통하고 여러 가지의 공기 유해 성 분을 흡수하고 변화시키는 것이 알려져 있고 있으며, 이러한 원리를 이용 한 실내 공기 오염 감소용의 실내 감상 식물이 알려지고 있다. 또한, 활성 탄을 포함한 배양기에게 자라고 있는 식물은 공기를 그것이 유해 성분을 포함하고 있는 때 뿌리에 의한 이른바 바이오 재생 작용으로 재생하고,

38 유해 성분을 바이오 화학적 및 토양 박테리아에 의해 흡수하며, 토양 박 테리아 세균은 병원균을 멸균시키는 것으로 알려지고 있으며, 이 원리를 이용한 정원수발이 알려지고 있다. 또한, 이러한 원리를 이용한 것으로 일본국 특개평 ( )에 기재된 생물학적필터는 물 또는 자양액을 수용하기 위한 병형 필터 하우징과, 이 필터 하우징에 설치되는 병으로서 그 내부에 존재한 배양기 와 함께 식물을 갖고 있는 필터 요소로 되고, 이 필터 요소를 통과하고 공기를 활동 순환시키기 위한 수단을 갖고 있는 생물학적 필터에 있어, 병형 필터 하우징이 필터 요소에 대한 유지개구를 갖는 기밀 커버를 보유 하고, 그 필터 요소가 다수개의 관부재로 이루어지는 형상 안정성의 유지 부분과, 그 아래에 공기 및 물 또는 자양액의 교환을 허락하는 다공질의 녹슬지 않는 필터 포켓으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 필터 요소는 유지 부분과 필터 포켓이 함께 개구를 가지는 용기를 이루고 있으며, 그의 유지부분이 특별히 다수개의 관부재로 형성됨 과 아울러 그 바닥은 1개 또는 복수의 필터 포켓으로 이행하는 세세한 격 자로 폐쇠되고, 필터 포켓은 서로 길이가 다른 다수개의 관부재를 하모니카 형으로 하단부가 경사지도록 배열하여 결합된 형상으로 되어 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 생물학적필터는 식물의 뿌리를 필터 하우징 의 하부에 담긴 물속으로 연장하는 효과를 얻기 위하여 필터 요소의 필터 포켓을 다수개의 관부재를 이용하여 마치 뿌리와 같은 형태로 형성하고 있으나 이러한 필터 포켓의 구성은 복잡하며, 필터 요소의 유지 부분이 다수개의 관부재로 형성되고, 유지 부분에 연결되는 필터 포켓이 관부재 로 형성됨과 아울러 유지 부분과 필터 포켓의 관부재를 중간부의 세세한 격자 부재로 연결한 형태이므로 제작이 매우 어려운 문제점이 있다. 뿐만 아니라 필터 하우징의 내부로 유입된 공기가 다수개의 관부재로 이루어진

39 필터 요소의 유지 부분을 통하여 배출되면서 저항이 가장 적은 유지 부분 의 상측부를 통하여 외부로 배출되는 것이므로 필터 요소 및 식물을 이용 하여 공기를 정화시키고자 하는 능력이 감소되는 문제점이 있었다. 국내공개실용신안공보 호에는 흙이 담겨져 식물의 뿌리가 심 어지는 수납부를 가지는 화분의 일측벽에 걸름망을 가지는 통풍구를 형성 하고, 통풍구가 형성된 수납부의 일측에 격벽을 형성하여 수납부를 양분 해서 별도의 공간부를 형성하고, 격벽의 일측으로 통풍구를 통해서 공기 를 흡입하는 흡입팬을 형성하고 타측으로는 수납부로 공기를 공급하는 공 기 통로를 형성하여 수납부로 공기를 공급할 수 있도록 하고 수납부의 바 닥에는 공기가 퍼질 수 잇도록 망을 삽입하고 망의 상부에 부직포를 구비 하여 부직포의 상부로 공기의 오염물질을 분해하여 정화할 수 있고 식물 의 뿌리를 심을 수 있도록 흙을 삽입하며, 격벽의 일측에 망에 고여있는 수분의 양을 감지하는 감지센서를 구비하고 공간부의 상부에 덮개를 구비 하려 램프와 흡입팬의 속도를 조절하는 조절기 및 빛의 양을 감지하여 흡 입팬의 속도를 조절하도록 하는 센서 등을 구비하여 공간부의 내부에 상 기 센서의 감지를 전달받아 흡입팬의 속도를 제어하는 회로부를 구비하여 된 구성으로 되어 있다. 이와 같은 종래의 공기 청정용 화분은 흡입팬으로 흡입시킨 공기가 부 직포, 활성탄, 맥반석 및 흙이 채워진 수납부를 통하여 배출되도록 되어 있으나, 식물이 성장하기 위하여 필요한 물을 공급하기 위한 급수장치가 구비되어 있지 않으며, 수납부에 물을 부어 넣으면 수납부에 그대로 채워 져 있게 되므로 식물이 과습되어 성장하기 어려운 문제점이 있고, 수납부 에 물이 과량으로 채워지는 경우 흡입팬 및 회로부로 역류하여 손상될 문 제점이 있었다. 국내공개실용신안공보 호에는 구동모터의 작동에 따라 회전되

40 는 임펠러의 흡입력에 의해 오염공기를 흡입하여 정화시키는 공기청정기 에 있어서, 상기 임펠러의 작동에 따라 흡입된 공기를 접촉시켜 정화하는 다수의 활성탄이 충진된 상부 케이스와, 상기 상부 케이스와의 사이에 공 기의 유통이 가능하도록 간격을 두고 설치되며 식물의 생장에 필요한 규 산염 및 물이 저장된 내부용기와, 상기 내부용기에서 넘친 물이 저류되는 물받이턱을 갖는 저류용기로 이루어진 공기청정기가 알려지고 있으나, 이 러한 공기청정기는 식물의 생장을 위한 관수 방법이 구조적으로 적합하지 않으므로 식물의 성장이 어렵고, 임펠러에 의해 흡입된 공기가 상부 케이 스에 충진된 활성탄에 의해 정화되는 것으로 식물재배용 기반재료인 용토 를 통한 정화 기능이 없으며, 내부용기에서 넘친 물이 하부의 저류용기에 저장되도록 되어 있으나, 물이 내부용기의 거의 상단부까지 채워지는 형 태이므로 물이 쉽게 넘치게 되고 또한 과량으로 넘치게 되어 주변을 오염 시키게 되는 문제점이 있었다. 국내공개특허공보 호에 알려지고 있는 화분을 내장한 공기청 정기는 화분을 내장하여 이 화분에 각종 화초나 관상용 식물체를 심어 실 내의 장식효과를 제공하며 팬을 장착한 모터의 회전을 통해 실내의 공기 를 흡입하여 이 흡입된 공기 중에 불순물과 나쁜 악취 등을 내장된 카본 을 함유한 필터로 흡착 제거하며 이 제거된 청정한 공기를 모터에 의해 강제적으로 공기청정기 밖으로 배출되도록 되어 있고, 또한, 공기청정기 내에 수조와 소형 펌프를 장설하여 내장한 식물의 윗 부분에 호수를 통해 연결된 소형 분무기를 이용하여 물을 안개 모양으로 공기 중에 분사시켜 식물에 적정한 수분을 공급하도록 되어 있으며, 필터로 정화하지 못한 미 세한 먼지는 식물체에 공급하는 기포 상태의 수분이 점착하여 제거시키도 록 구성되어 있다. 이와 같은 화분을 내장한 공기청정기는 통상의 청정기 내부에 화분을

41 결합하여 화분과 공기청정기 역할을 하도록 한 것으로 화분에 심겨진 식 물체에 상부의 분사노즐에서 수분을 분사하여 공급하고, 송풍모터에 의해 흡입된 공기 중의 먼지를 필터를 이용하여 제거한 후, 배출시키게 된다. 급수방식이 분부방식이고 화분에 물이 담겨 식물체의 뿌리가 항상 물에 침수되어 있기 때문에 식물체가 과습되어 성장이 어렵게 되는 문제점이 있으며, 그리고 식물재배용 기반재료인 용토를 통하여 이루어지는 공기 정화 기능을 갖지 못하는 것이었다. 국내공개특허공보 호( )에 알려지고 있는 식물재 배용 화분은 플라스틱 또는 흙을 주원료로 하여 소정형태의 몸체를 형성 하고 몸체의 중앙에 식물이 식재되는 식재 공간이 형성된 화분에 있어서, 식재 공간의 저면부에 형성되며, 식재 공간의 둘레를 따라 화분의 상부까 지 상방으로 연장된 적어도 하나 이상의 세공이 형성된 통기공, 화분의 외주면과 식재 공간 사이의 공간부를 소정위치에 장착되어 주입구가 형성 된 물탱크 및 물탱크의 물을 통기 공으로 분출하기 위한 펌프로 구성된 물공급장치; 공간부의 소정위치에 장착되어 흡입구를 통하여 외기를 흡입 하여 통기공으로 분사하는 팬을 구비한 모터; 공간부의 소정위치에 장착 되고 식재공간내에 장착된 온도감지센서 및 습도감지센서의 출력신호를 받아 물공급장치 및 팬을 구비한 모터의 동작을 제어하여 식재공간내의 온도 및 습도를 제어하기 위한 제어장치; 그리고 물공급장치, 팬을 구비한 모터 및 제어장치에 전원을 공급시켜 주기 위한 전원공급장치를 포함하여 구성되어 있다. 이와 같은 식물재배용 화분은 화분의 내부 온도 및 습도에 따라 자동 으로 물과 바람을 화분의 내부로 공급하여 편리하게 관상용 식물의 생육 을 촉진하고 실내의 공기정화 및 가습을 도모하도록 하고 있으나, 공기 정화능력이 떨어지고, 실내 습도에 따라 물을 인상하여 식물의 위로 인상

42 하여 위에서 부어주는 통상의 급수방식을 위한 급수장치가 복잡할 뿐 아 니라, 용토를 이용한 공기정화 기능을 갖추지 못하고 있다. 국내등록특허공보 호( )에는 일정량의 물을 수용 하게 하여 상부가 개방된 탱크를 이용한 가습기에 있어서, 상기 탱크 바 닥에 설치되는 흡수구를 통해 물이 펌프로 공급되도록 상기 펌프에 연결 된 급수파이프를 통해 탱크 위에 탑재된 상부의 수로에 급수되며, 상기 수로에는 여과 기능을 하고 식물을 식재하기 위한 부재가 충진되며, 상기 수로 일측에는 물을 탱크로 환수시키기 위한 배수수를 가지며, 상기 배수 구에는 물이 배수되면서 물막이 생기도록 하기 위한 다공성 휠터가 상, 하 방향으로 설치되고, 상기 배수구와 필터 일측에는 외부공기를 내부로 흡인하는 팬이 설치되며, 사익 팬에 의해 흡인된 공기는 상기 팬을 통과 하여 상부 일측에 구비하는 통기구로 배기되도록 구성되어 있다. 이와 같 은 가습기는 상기한 국내 공개특허공보 호(관상어수조를 이용한 수경재배 및 정화장치)와 유사한 장치로서, 가습성은 높으나 식물재배용 기반재료인 용토를 이용한 공기정화 기능이 갖추어지지 않고, 수조에 담 긴 물을 수중펌프와 급수관 및 절곡관을 통해 포트로 인상하여 포트의 상 부에서 급수하는 것으로 원활하게 생육될 수 있도록 적용되는 식물이 한정 되는 문제점이 있었다. 국내공개특허공보 호( )에는 화분과 급수용기로 구 성된 화분에 있어서, 상기 화분의 중앙에는 깔대기 형상의 토양 및 비료 충진 공간부를 하향지게 연설하고 그 하부 저면과 측면에는 상기 급수용 기로부터 물이 급수될 수 있도록 다수의 통수공을 천설하며 상기 화분의 가장자리에는 그 내부가 공간부를 유지하도록 하고 그 하부 저면에는 다 수의 미세한 통수공을 천설하고 표면에는 공기가 공급될 수 있도록 1개 이상의 공기공급용 터널형 통기공이 각각 천설된 다수개의 화분 지지각을

43 하향지게 연설하여서 된 환경친화형 화분이 알려지고 있다. 이 환경친화형 화분은 지상부에서 과도한 강제 급수로 인하여 토양 중 의 비료가 유실되어 토양 또는 수질을 오염시킬 염려가 전혀 없으며 수분 의 과잉공급으로 인한 식물의 근원이 짓무르거나 썩는 일로 인한 피해가 전혀 없으며 수분의 과잉공급으로 인한 식물의 스트레스로 인하여 생육 및 개화에 지장이 받는 일이 없는 효과가 있는 것이나, 이 화분에도 식물 재배용 기반재료인 용토를 통한 공기정화 기능이 갖추어져 있지 않고 저 면관수 구조가 화분에 한정된 것으로 대형 화원에 적용하기에는 적합하지 못한 문제점이 있었다. 위의 내용을 간단히 정리하면, 식재 된 식물을 저면관수 방식으로 재 배하면서 송풍팬으로 실내공기를 흡입하여, 흡입된 공기를 용토에 통과시 켜 정화시킨 후, 다시 실내로 배출되도록 하는 방식이다. 미국을 비롯한 일본에서는 이러한 공기정화용 화분을 상용화시키고 있다. 그러나 우리나 라에서는 10여 개의 국내특허가 출원되고 있으나 상용화된 화분은 없다. 이러한 방식의 공기정화용 플랜터는 식물 자체 공기정화능을 이용한다 기 보다는 식물을 담고 있는 용기, 용토 등으로 실내공기를 통과시켜 공 기를 정화하고 있어 진정한 식물을 이용한 공기정화 효과라고 볼 수 없 다. 그러므로, 식물 자체의 공기정화능을 이용하여 화분 한 개라도 실내에 두면 지속적으로 공기를 정화할 수 있도록 정화효율을 극대화시킬 수 있 는 기술의 개발이 필요하다. 3. 선행 연구의 문제점 및 본 연구의 차별성 식물의 실내공기 오염원 제거에 대한 연구논문이 국내에서 나오기 시 작한 것은 1994년으로, 그 이후 소수의 논문만이 발표되고 있다. 또한 발 표된 논문은 공시식물, 공시개스, 실험환경 등 서로 연관성이 없어 선행자