KR101684295B1 - 생화학무기 제독방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물무기 및 화학무기에 오염된 제독 대상체를 제독제를 이용하여 제독하는 제독방법에 관한 것으로, 밀폐된 제독챔버에 오염된 제독 대상체를 넣고, 제독제를 주입하기 전에 제독챔버 내부를 제 1 상대습도를 제어하는 환경초기화 단계(S110), 상기 밀폐된 제독챔버 내부를 제 2 상대습도로 제어하면서 증기 및 가스상의 제독제를 제독이 가능한 최소 농도가 될 때까지 상기 밀폐된 제독챔버 내부에 주입하여 포화시키는 제독제 초기주입 단계(S120), 제독 가능한 최소 시간동안 지속적으로 상기 제독제를 주입하면서 상기 제독챔버 내부를 제 3 상대습도로 제어함으로써 상기 제독제를 응축하여 미세응축물을 형성시켜 제독반응을 수행하는 반응유지 단계(S130), 및 제독반응이 끝난 후 잔존하는 제독제를 촉매/흡착기에 유입시켜 제독제를 분해 제거하면서, 제독챔버 내로 순환하는 공기 속의 상대습도를 상기 환경초기화 단계의 제 1 상대습도로 제어하는 후처리 단계(S140)를 포함하며, 상기 후처리 단계는 제독챔버 내 제독제가 특정값 수준 이하로 감소될 때까지 수행하는 것을 포함한다.

Description

생화학무기 제독방법{METHOD FOR DECONTAMINATION OF BIOCHEMICAL WEAPONS}

본 발명은 생화학무기 제독방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과산화수소 증기와 암모니아 가스를 이용하여 제독에 있어서 상대 습도를 제어함으로써 효율적으로 생화학무기를 제독할 수 있는 제독방법에 관한 것이다.

일반적으로 산화제에 의한 생물무기의 제독은 강력한 활성종(HO^-, HOO^-, ^. O₂ ^- 등)에 의해 생물의 구성물질인 단백질과 핵산 등을 산화시킴으로서 제독되며 화학무기의 경우에는 독성을 나타내는 작용기를 분해 혹은 변화시킴으로써 독성을 제거하게 된다.

대표적인 산화제로 과산화수소의 경우, 약산으로 수용액 상에서 제독 대상체와 충돌할 경우 수산화이온(hydroxyl ion, HO^-)을 만들고 이는 과산화수소와 반응하여 산소자유기 이온(perhydroxyl ion, HOO^-)을 생성한다. 이는 다시 수산화이온(HO^-)과 반응하여 일중항 산소(singlet oxygen, ¹O₂)를 생성한다. 염기성 조건하에서 과산화수소는 해리가 더 빨리 진행되어 강력한 활성종인 HOO^-, 폐히드록실 라디칼(perhydroxyl radical, HOO ^. )과 수퍼옥사이드 음이온 라디칼(superoxide anion radical, ^. O₂ ^-)의 농도가 높아진다.

이런 원리를 이용하여 생화학무기의 제독기술이 개발되어 왔다. 이 중에서 특히 과산화수소 증기를 이용한 제독기술의 개발은 별도의 세척 과정이 필요한 액상 산화제의 문제점과, 전자 장비 및 틈새의 공간의 제독이 어려운 점 등이 개선되어 장비의 개발이 이루어지고 있으며, 현재 군사목적의 이용뿐만 아니라 정말장비, 차량/항공기, 건물내부 등을 제독하기 위한 기술 개발로도 이어지고 있다.

제독제의 종류에 따라 생물무기와 화학무기에 작용하는 기작은 다르나 일반적으로 제독에 영향을 주는 물리적 요인으로는 제독제와의 접촉 정도, 접촉시간, 습도 등이 중요한 요인으로 작용하므로 효율적인 제독반응을 위한 장비 운용을 위해 물리적 제독요인의 최적화가 필요하다.

미국등록특허 제 7,592,500 호에서는 과산화수소 증기를 이용하여 세척이 용이하고 침투력이 개선된 전자장비에 사용가능한 제독방법을 제시하며, 구체적으로 VHP 1000ED(Steris, USA) 장비를 통해 구현되고, 제습 단계(Dehuminification), 환경초기 단계(Conditioning), 제독 단계(Decontamination), 후처리 단계(Aeration)의 4단계로 구성되며 이는 과산화수소 증기의 응축을 막기 위해 제독반응 시 상대습도를 10% 내외로 낮게 제어하는 방법을 포함한 내용을 개시하고 있다.

그리고 국제특허출원 01/70282 에서는 증기 상 표면제독은 증기가 제독대상의 표면에 접촉함으로써 제독이 이루어지며 제독제 증기의 농도뿐 아니라 수분의 농도에도 의존한다고 제시하고 있다. 또한, 같은 맥락에서 미국등록특허 제 7,014,813 호에서도 제독에는 미세응축이 필요하며 표면응축을 위해 포화될 때까지 제독제를 주입하고 제독 중 상대습도를 제어하지 않는 것을 제시하고 있다.

상기와 같은 특허의 제독방법은 Clarus C(Bioquell, UK) 장비를 통해 구현되며, 환경초기 단계(Conditioning), 제독제 주입 단계(Ramping gassing), 반응유지 단계(Dwell gassing), 후처리 단계(Aeration)의 4단계로 되어있고, 이 장비는 제독제 주입 시는 상대습도를 제어하지 않으며 상기 환경초기 단계에서 상대습도를 30 내지 40%로 제어하는 것을 포함한다.

상기 두 장비의 성능을 비교한 Fisher J. 와 Caputo R.A.의 보고에 따르면 VHP 1000ED의 경우 제독 단계까지의 소요시간이 62분, 그 다음 후처리 단계는 3 내지 5시간을 합해 전체 제독시간이 총 4 내지 6시간 소요되며, Clarus C의 경우 반응유지 단계까지가 37분, 그 다음 후처리가 2.5 내지 3시간으로 전체 제독시간이 3 내지 3.5시간이 소요된다고 보고하고 있다.

이 처럼 제독 중 상대습도를 제어하지 않는 Clarus C가 낮게 제어하는 VHP 1000ED에 비해 제독시간이 2배 정도 단축되기는 했지만 두 장비 모두 제독 후 남은 제독제 양을 제거하는 후처리 시간이 많이 소요되는 관계로 생화학무기 공격의 위급한 상황에서 신속한 대응효과를 기대하기는 어렵다.

또한, 화학무기 중 용해도가 낮은 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)의 경우 상대습도가 제어되지 않은 환경에서는 제독하기 어려운 단점이 있다.

상기 미국특허 제 7,592,500 호에서는 3차 부틸알코올(Tert-Butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등과 같은 공용매(Co-solvent)를 사용함으로써 이런 문제를 해결하고자 하였으나, 이런 방법은 제독시스템을 복잡하게 만든다는 단점이 있다.

상기와 같이 살펴본 제독시스템들은 효율적인 제독과 제독시간의 단축을 위해 제독방법의 개선이 요구되고 있다.

미국 등록특허공보 7,592,500 B2 국제 등록특허공보 01/70282 A1 미국 등록특허공보 7,014,813 B1

Jim Fisher and Ross A. Caputo. Comparing and Contrasting Barrier Isolator Decontamination Systems. Pharmaceutical Technology. 2004,68-82 Beatriz U-B., Volker K., Christian H., Johannes R. The Influence of humidity, Hydrogen peroxide Concentration, and Condensation on the Inactivation of Geobacillus stearothermophilus spores with Hydrogen peroxide Vapor. J. Pharm. Innove. 2008, 3:123-133

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 과산화수소 증기 및 암모니아 가스로 생화학무기를 제독하는데 있어 제독 전과 제독반응 시 상대습도를 제어함으로서 적은 양의 제독제로 높은 제독효율을 제공할 수 있으며, 이러한 제독제 주입량의 최소화는 제독제를 분해 제거하는 시간을 줄여 전체적인 제독시간을 단축하는 제독방법 및 제독시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기와 같은 점을 감안한 본 발명의 목적은 용해도가 낮은 화학무기의 경우 상대습도를 제어함으로서 3차 부틸알코올(Tert-Butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등과 같은 공용매(Co-solvent)의 추가적인 반응단계 없어도 제독효율을 높여 한 장비에서 생화학무기를 제독할 수 있는 효율적인 제독방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 생물무기 및 화학무기에 오염된 제독 대상체를 제독체 챔버 내부에서 과산화수소 증기 및 암모니아 가스로 제독하는 방법에 있어서, 상기 제독 대상체를 밀폐된 제독챔버에 넣고 제독제를 주입하기 전에 상기 밀폐된 제독챔버 내부를 제1상대습도로 제어하는 환경초기화 단계(S110), 상기 밀폐된 제독챔버 내부를 제2상대습도로 제어하면서 증기 및 가스상의 제독제를 제독이 가능한 최소 농도가 될 때까지 상기 밀폐된 제독챔버 내부에 주입하여 포화시키는 제독제 초기주입 단계(S120), 제독 가능한 최소 시간동안 지속적으로 상기 제독제를 주입하면서 상기 제독챔버 내부를 제3상대습도로 제어함으로써 상기 제독제를 응축하여 미세응축물을 형성시켜 제독반응을 수행하는 반응유지 단계(S130), 및 제독반응이 끝난 후 잔존하는 제독제를 촉매/흡착기에 유입시켜 제독제를 분해 제거하면서, 제독챔버 내로 순환하는 공기 속의 상대습도를 제1상대습도로 제어하는 후처리 단계(S140)를 포함하며, 상기 후처리 단계는 제독챔버 내의 제독제가 특정값 수준이하로 감소될 때까지 수행한다.

제독제를 주입하기 전단계인 상기 환경초기화 단계(S110)에서 상기 제1상대습도는 10 내지 20%이고, 제독제를 주입하는 제독제 초기주입 단계(S120)에서 상기 제2상대습도는 30 내지 40%이며, 제독반응을 유지하는 반응유지 단계(S130)에서 상기 제3상대습도는 70 내지 80%로 설정하여 제독반응이 끝나는 시점까지 유지되는 것이 바람직하다.

일례로 화학무기 중에서 용해도가 낮은 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)를 사용한 경우에는 제독제 초기주입 단계와 반응유지 단계에서 모두 상대습도를 30% 정도로 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명의 제독 방법에서 상대습도는 제습과 가습으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 제독반응 시, 낮은 상대습도 제어가 필요한 경우에는 제독챔버를 빠져나온 공기를 건조기를 이용하여 제습하고, 반대로 높은 상대습도 제어가 필요한 경우에는 제독챔버를 빠져나온 공기를 기화기에 연결된 물 저장 용기로부터 수증기를 공급받아 가습하여 상대습도를 제어할 수 있다.

상기 환경초기화 단계(S110)은 상대습도를 제어하는 동시에 가온장치를 이용하여 가온하는 가온단계를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 가온장치의 가온온도는 130 내지 140℃로 가온시키고, 이러한 가온 단계를 통해 상기 밀폐된 제독챔버 내부의 온도를 25 내지 35℃ 정도로 유지하여 과산화수소 증기 및 암모니아 가스 등의 제독제 농도를 높일 수 있다.

한편, 제독제 초기주입 단계와 반응유지 단계에 제독제인 과산화수소 증기의 주입량을 다르게 할 수 있으며, 바람직하게 제독제 초기주입 단계보다 반응유지 단계에서의 제독제 주입량을 적게 주입할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 제독제로는 과산화수소 및 암모니아 가스가 바람직하며, 여기서 상기 제독 대상체의 오염물질이 생물무기인 경우에는 제독제로 과산화수소 증기만을 제독챔버 내로 주입하고, 이러한 과산화수소 증기는 제독챔버 내에서 200 내지 300 ppm 정도의 농도를 유지하며, 제독반응을 수행할 수 있다.

그리고 상기 제독 대상체의 오염물질이 화학무기인 경우에는 과산화수소 증기 혹은 과산화수소 증기와 암모니아 가스를 혼합하여 제독챔버 내로 주입하는 것이 바람직하며, 만약 과산화수소 증기와 암모니아 가스를 혼합하여 주입할 때는 상기 과산화수소 증기와 암모니아 가스의 혼합비율이 10:1인 것이 바람직하다.

상기 후처리 단계는 제독반응 후 제독챔버에 남아있는 제독제를 제거하는 단계로 제독제로 과산화수소 증기인 경우에는 촉매/흡착기의 촉매물질과의 촉매반응으로 무해하게 분해하고, 암모니아 가스인 경우에는 촉매/흡착기의 흡착물질과의 흡착반응으로 제거한다.

또한, 상기 후처리 단계는 제독제가 특정값 수준 이하가 될 때까지 수행하며, 일례로 미국 노동부 소속의 직업안전건강관리부(Occupational Health and Safety Association, OHSA) 허용치를 기준으로, 과산화수소 경우에는 1ppm 이하, 암모니아 가스의 경우 50 ppm 이하가 되게 분해 제거한다. 여기서, 제독챔버 내 상대습도를 제독반응 전 상태인 제1상대습도로 제어하여 또 다른 제독반응을 수행할 수 있도록 상대습도를 제어할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제독 시스템은 생물무기 및 화학무기에 오염된 제독 대상체가 수용되어 제독반응이 일어나는 제독챔버(11), 상기 제독챔버 내부로 유입되는 제독제인 과산화수소를 증기화시켜 공급하기 위하여 상기 제독챔버와 유입관을 통해 연결된 기화기(12), 상기 제독제를 상기 제독챔버에 이송하고 외부로부터 공기를 유입하여 상기 공기를 순환시키는 송풍기(17), 제습제를 포함하고 상기 제독챔버 내부의 상대습도와 순환하는 공기의 상대습도를 제어하는 건조기(18), 상기 제독챔버 내부로 유입된 상기 제독제를 촉매분해하거나 흡착제거하기 위해서 상기 제독챔버와 배출관을 통해 연결된 촉매/흡착기(19), 및 상기 제독제와 상기 제독챔버의 내부온도를 높여줄 수 있는 가온장치(25)를 포함할 수 있다.

상기 제독챔버(11)는 일측에 유입배관으로부터 연결되어 제독제가 들어오는 유입구(13) 및 상기 제독챔버는 또 다른 일측에 배출배관을 통해 연결되어 상기 제독챔버로부터 제독제가 빠져나가는 배출구(14)를 포함할 수 있다.

상기 기화기(12)는 제독제로 과산화수소 증기를 생성하기 위해 액상 과산화수소를 저장하는 액상과산화수소 용기(20) 및 상기 액상 과산화수소 용기(20)로부터 공급되는 액상 과산화수소의 공급을 제어하는 액체정량펌프(20-1)를 포함할 수 있다.

또한, 제독제로 암모니아 가스를 공급하기 위해서 암모니아 가스가 저장되는 암모니아 가스 용기(21) 및 상기 암모나아 가스 용기(21)로부터 공급되는 암모니아 가스의 공급을 조절하기 위한 가스유량조절기(26)를 포함할 수 있으며, 이는 상기 제독챔버(11)와 유입배관(13-1)을 통해 연결될 수 있다.

상기 제독챔버 내부에는 온도와 습도를 측정할 수 있는 센서를 포함하는 온도/습도 센서부(23) 및 과산화수소 증기 농도와 암모니아 가스농도를 측정할 수 있는 센서를 포함하는 과산화수소/암모니아 센서부(24)가 포함되어 구성될 수 있다.

상기 촉매/흡착기(19)는 촉매물질 및 흡착물질을 포함하며, 바람직하게 상기 촉매물질로는 이산화망간, 리튬, 백금 중에서 선택된 어느 하나이상을 포함하고, 상기 흡착물질로 황산구리를 포함할 수 있다.

본 발명의 제독 시스템은 상기 제독챔버에서 배출된 제독제가 상기 촉매/흡착기 또는 상기 건조기로 유입되는 경로를 선택적으로 변경할 수 있는 전동밸브를 포함할 수 있으며, 상기 기화기와 연결되어 상기 제독챔버에 상대습도를 조절하기 위한 수증기를 공급하기 위해 물 저장 용기(22)를 더 포함할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 제독방법은 제독 전과 제독반응 시 상대습도를 다르게 제어함으로써 적은 양의 제독제로 높은 제독효율을 제공할 수 있으며 제독제 양의 감소는 제독 후 남은 제독제를 분해 제거하는 시간을 줄여 전체적인 제독시간의 단축을 가져올 수 있다. 이는 생화학무기 공격의 위급한 상황에서 신속한 대응이 가능한 효과를 기대할 수 있다.

또한 용해도가 낮은 화학무기의 경우 본 발명과 같이 상대습도를 제어함으로서 공용매의 추가적인 반응단계 없이도 제독효율을 높여 한 장비에서 생화학무기를 제독할 수 있는 효율적인 방법을 제공할 수 있고, 이는 장비의 단순화로 이어질 수 있으며 이로 인해 유지비용 또한 적게 드는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제독시스템의 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제독시스템의 제독 방법 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제독 방법에 의한 제독챔버 내 과산화수소 증기 농도의 변화를 도식화한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제독 방법에 의한 제독챔버 내 온도 및 습도의 변화를 도식화한 그래프이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가잔 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 붙여 설명하며, 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 형태는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으며, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 제독시스템은 제독반응이 일어나는 제독챔버(11), 제독제인 과산화수소를 증기화 할 수 있는 기화기(12), 제독제를 상기 제독챔버(11) 내부로 이송하고 공기를 순환시키는 송풍기(17), 상기 제독챔버(11) 내부의 상대습도와 순환하는 공기의 상대습도를 제어하는 건조기(18), 상기 제독챔버(11) 내부로 유입된 제독제를 제거하기 위해 재독챔버(11)의 일측에 연결된 촉매/흡착기(19), 제독제와 제독챔버(11)의 내부 온도를 높여 줄 수 있는 가온장치(25)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 제독챔버(11)는 내부에 온도와 습도를 각각 측정할 수 있는 센서를 포함하는 온도/습도센서부(23)와 과산화수소 증기 농도와 암모니아 가스 농도를 각각 측정할 수 있는 센서를 포함하는 과산화수소/암모니아 센서부(24)를 더 포함할 수 있다.

그리고 제독챔버(11)는 제독제인 과산화수소 증기 및 암모니아 가스를 제독챔부 내로 주입하는 유입구(13)와, 제독챔버(11) 내로 들어온 공기, 과산화수소 증기 및 암모니아가스를 배출하는 배출구(14)가 형성됨으로써, 상기 유입구(13)를 통해 제독챔버(11) 내로 들어온 과산화수 증기 및 암모나아 가스는 배출구(14)를 통해 나가고 송풍기(17)를 거쳐 다시 유입구(13)를 통해 제독챔버(11) 내로 다시 들어가는 순화하는 제독시스템이다.

상기 제독챔버(11)는 분해 조립이 가능하도록 구성될 수 있으며, 이러한 제독 챔버는 천막을 이용하여 제독챔버를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 천막은 바람직하게 내화학성을 가진 PVC(Poly vinyl chloride) 재질일 수 있다.

이때, 상기와 같이 천막을 이용할 경우에는 제독챔버 전면에 제독 대상체의 출입과 밀폐를 위한 방수지퍼가 구성될 수 있으며, 천막의 일측과 타측면에 제독제의 공급과 배출을 위해 각각 유입구(13)와 배출구(14)가 형성될 수 있다.

상기 기화기(12)는 과산화수소 증기를 생성하기 위하여 상온상태에서 액상 과산화수소를 순간 기화시켜 증기상태로 변환시키는 것으로 과산화수소 용기(20)로부터 과산화수소 공급을 제어하는 액체정량펌프(25-1)와 연동하여, 상기 과산화수소 용기(20)에 저장된 과산화수소가 공급될 수 있으며, 암모니아 가스를 생성하기 위하여, 암모니아 가스 용기(21)는 정량주입을 위해 가스유량조절기(26)와 연동하는 것을 포함한다.

여기서 상기 액체정량펌프(25-1)는 실린지 펌프, 다이어프람 펌프, 피스톤 펌프 중 어느 하나를 선택하여 장착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 액체정량펌프를 통하여 제독을 위한 과산화수소의 부족분을 더 투입 가능하게 됨으로써, 과산화수소 공급량 교정을 통해 과산화수소수 공급 오차에 따른 오차율을 줄이고 오차에 의한 제독효과의 저하를 극복할 수 있으며, 또한 과산화수소수를 계량하기 위한 저울, 압력센서 등의 장치가 불필요해지므로 제독장치의 전체 크기 및 중량을 감소하게 되는 효과가 있다.

또한, 기화기(12)는 제독챔버 내 상대습도를 높게 제어하기 위해서 물 저장용기(22)를 추가로 구성될 수 있으며, 상기 물저장 용기(22)로부터 연동된 액체정량펌프(25-2)를 거쳐 기화기(12)를 통해 수증기를 공급하고, 제독 반응 시 높은 상대습도 제어가 필요한 경우 제독챔버(11)를 빠져나온 공기를 다시 제독챔버 내로 순환시키기 전에 수증기를 불어 넣기 위한 것이다.

한편, 앞서 설명한 상기 과산화수소 용기(20), 암모니아 가스 용기(21) 및 물저장 용기(22)에 연동된 액체정량펌프(25-1, 25-2) 또는 가스유량조절기와 상기 기화기(12)를 연결하는 유로에는 밸브를 더 포함할 수 있으며, 이러한 상기 밸브를 통해 추가로 제독챔버(11)내로 유입되는 과산화수소 증기, 암모니아 가스 및 수증기의 공급을 제어할 수 있다.

또한, 일례로 기화기(12)는 과산화수소수를 통과시키는 급속재질의 튜브로서 봉 또는 판 형태의 기화용 히터의 주위에 나선형의 코일모양으로 감겨진 형태로 형성될 수 있으며, 이와 같은 기화기는 열표면적을 높임으로써 실시간으로 기화효과가 향상되고, 기화용 히터의 소모전력의 최소화뿐만 아니라 소형화 경량화가 가능한 효과가 있다.

송풍기(17)는 상기 제독챔버(11)로부터 공기를 일정 유량 배출해 다시 기화기(12)를 통해 제독챔버(11) 내로 이송시키며, 상기 기화기(12)를 통해 기화된 과산화수소 증기 및 암모니아 가스를 제독챔버(11) 내부로 확산되도록 작동됨과 동시에 닫힌 구조를 이루는 제독챔버(11)와 촉매/흡착기 사이에 제독챔버 내부의 공기가 순환되도록 작동되며, 전동밸브(16)를 통해 건조기(18)와 연결될 수 있다.

상기 건조기(18)는 제독시스템에서 상대습도를 조절하는 것으로 실리카겔(silica gel)과 같은 건조제를 포함하며 순환하는 공기의 습도를 제거하고 습도가 제거된 공기는 다시 기화기(12)로 유입된다.

촉매/흡착기(19)는 제독반응이 완료된 후, 제독챔버(11) 내부에 남아있는 과산화수소를 물과 산소로 분해하여 제거하는 촉매제로 이산화망간(MnO₂)과 암모니아 가스 제거를 위한 황산구리 화합물로 된 흡착제를 포함할 수 있으며, 이러한 상기 촉매/흡착기(19)는 도 1에 도시된 바와 같이 경로 변경을 위한 전동밸브(15)와 연결될 수 있다.

여기서 상기 촉매제는 과산화수소를 물과 산소로 분해시키는 촉매로써 이산화망간 외에 리튬, 백금 등 귀금속류가 사용되는 것도 가능하다.

가온장치(25)는 제독챔버(11)의 일측에 형성된 유입구(13)와 유입배관을 통해 연결될 수 있으며, 상기 제독챔버(11) 내로 유입되는 과산화수소 증기 및 암모니아 가스가 유입하는 과정에서 유입배관에서 일어날 수 있는 응결을 막고 제독챔버(11) 내부의 온도를 상승시킴으로서 제독반응 초기에 농도를 높게 형성시킬 수 있다.

일례로 전동밸브(15)는 송풍기(17)을 통해 제독챔버(11)와 촉매/흡착기(19)를 순환하는 제독챔버(11) 내의 공기가 함유하는 과산화수소 증기 및 암모니아 가스가 제독반응 시에는 촉매/흡착기(19)에 비 경유되도록 도 1에 도시된 바와 같이 A 경로에서 C 경로로 이송하도록 작동되어 제독챔버(11) 내의 공기에 함유된 과산화수소 증기 및 암모니아 가스가 제독반응에 재사용되도록 하거나, 또 다른 경로로 제독반응 종료 시에는 제독챔버(11) 내 과산화수소 증기 및 암모니아 가스가 촉매/흡착기(19)를 경유하도록 상기 전동밸브(15)가 A 경로에서 B 경로로 이송하도록 작동되어 제독챔버(11) 내부의 공기에서 과산화수소 증기 및 암모니아 가스가 제거되도록 할 수 있다.

또 다른 전동밸브(16)는 제독 전 제독챔버 내의 상대습도를 조절하기 위한 것으로 예를 들면, 제독반응 전이나 제독반응 중에 제독챔버 내의 상대습도를 일정 수준 이하로 낮추기 위해 제독챔버(11) 내부의 공기를 C 방향에서 E 방향으로 이송함으로써 건조기(18)를 경유하여 송풍기(17)와 기화기(12)로 이동하도록 작동되며 제독반응 시 상대습도 제어가 필요하지 않는 경우는 E 경로가 아닌 D 경로로 이송, 건조기(18)를 경유하지 않고 바로 송풍기(17)를 거쳐 F경로를 통해 기화기(12)로 이동하도록 작동될 수 있다.

온도/습도센서부(23)는 온도센서 및 습도센서를 포함하고 제독챔버(11) 내부에 설치되어 시스템 작동 시 온도와 습도를 확인할 수 있으며, 여기서 상기 온도센서의 측정범위는 70 내지 180℃이고, 습도센서의 측정범위는 10 내지 100%가 되도록 하는 것을 포함한다.

과산화수소/암모니아센서부(24)도 제독챔버 내부에 설치되어, 과산화수소 센서 및 암모니아센서를 포함하며, 제독시스템 작동 시 제독제의 농도를 확인할 수 있으며 이때, 과산화수소 농도의 측정범위는 0 내지 2000ppm이며, 암모니아 농도의 측정범위는 0 내지 200ppm되도록 하는 것을 포함한다.

앞서 전술된 본 발명의 제독시스템을 이용한 제독방법은 제독반응 전과 제독반응 시에 제독챔버 내의 상대습도를 제어하고 제독제인 과산화수소 증기 및 암모나아 가스를 포함한 공기를 순환시켜 제독하고, 마지막으로 상기 과산화수소 증기 및 암모니아가스를 제거하는 단계를 포함한다.

구체적으로 살펴보면 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제독 방법은 생물무기 및 화학무기에 오염된 제독 대상체를 제독챔버에 넣어, 제독제를 주입하기 전에 제독챔버 내부의 상대습도를 제어하는 환경초기화 단계(S110), 상기 제독챔버 내부를 제2상대습도로 제어하면서 제독제를 제독이 가능한 최소 농도가 될 때까지 상기 제독챔버 내부에 주입하여 포화시키는 제독체 초기 주입단계(S120), 제독 가능한 최소 시간동안 지속적으로 상기 제독제를 주입하면서 상기 제독챔버 내부의 상대습도를 제어함으로써 상기 제독제를 응축하여 미세응축물을 형성시켜 제독반응을 수행하는 반응유지 단계(S130), 및 제독반응이 끝난 후 제독챔버 내부에 잔존하는 제독제를 촉매/흡착기(19)에 유입시켜 제독제를 분해 및 제거하는 후처리 단계(S140)를 포함할 수 있다.

본 발명의 제독방법을 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제독 방법에 의한 제독챔버 내 과산화수소 증기 농도, 온도 및 습도의 변화를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 상기 환경초기화 단계(S110)는 제독반응 전 상대습도를 제어하는 단계로 본 발명의 제독시스템에 있어서, 밀폐된 제독쳄버(11)의 내부의 상대습도를 바람직하게 10 내지 20%로 제어하여 유지시킬 수 있다.

여기서, 만약 상기 상대습도가 20%를 초과할 경우에는 제독챔버 내부로 유입된 과산화수소 증기 및 암모니아 가스와 같은 제독제의 농도를 낮추고, 표면에 낮은 온도로 제독제의 응축물이 형성하게 되므로 이는 제독효율을 저하시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 환경초기화 단계(S110)는 상대습도를 제어하는 동시에 가온장치를 이용하여 가온하는 가온 단계(S111)를 더 포함할 수 있으며, 상기 가온 단계(S111)는 밀폐된 제독챔버(11)의 일측에 증기나 가스 상의 제독제가 들어오는 유입구(13)의 일측에 유입배관을 통해 연결된 가온장치(25)를 이용하여, 상기 밀폐된 제독챔버(11) 내부의 온도를 높임으로써 제독 반응 초기에 과산화수소 증기 및 암모니아 가스 등의 제독제 농도를 높게 하는 단계이다.

이때, 상기 가온장치(25)의 가온 온도는 130 내지 140℃로 가온시키며, 이에 따라 밀폐된 제독챔버 내부의 온도는 25 내지 35℃로 유지시킬 수 있다.

상기 제독제 초기주입 단계(S120)는 제독제의 농도를 제독제가 가능한 일정 농도까지 높이는 단계이고, 이때 제독제로 과산화수소와 암모니아 농도를 높이기 위해 상대습도를 30 내지 40%로 제어하여 유지시킬 수 있다.

반응유지 단계(S130)는 초기주입 단계(S120)를 통해 제독제의 농도가 높게 형성된 후에 상대습도를 70 내지 80%로 높임으로서 제독제를 응축시켜 제독반응이 가능한 농도의 미세응축물을 형성하며, 바람직하게 과산화수소 증기의 포화농도를 200 내지 300ppm로 유지하면서, 상대습도를 70 내지 80%로 제어할 수 있다.

이하, '미세응축물'은 제독제가 높은 상대습도로 인한 응축과정으로 응축된 형태로 제독제를 의미한다.

상기 미세응축물은 포화농도라도 습도에 따라 다르게 형성될 수 있으며, Beatriz U-B. 등이 발표한 논문에 따르면, 같은 포화농도의 과산화수소 증기라도 상대습도가 높아질수록 미세응출물인 과산화수소 농도가 높게 형성된다고 보고하고 있다.

상기 반응유지 단계(S130)는 상대습도를 높게 제어함으로서 제독 가능한 미세응축물의 농도를 형성하는 것을 포함하며, 상기 미세응축물은 응축된 제독제로서 과산화수소와 암모니아가 오염물질에 접촉하여 제독반응이 일어나는 단계이며, 이 단계에서 밀폐된 제독챔버 내부로 과산화수소 증기 및 암모나아 가스를 계속 주입하면 형성된 미세응축물의 증발을 막아 제독반응이 잘 일어나도록 한다.

본 발명에서 밀폐된 제독챔버로 제독제를 주입하는 양은 상기 제독제 초기주입 단계(S120)와 반응유지 단계(S130)에서 동일하게 하거나 다르게 할 수 있다.

또한 본 발명에서 제독반응은 미세응축물의 양이 중요하며, 만약 너무 많은 미세응축물의 양이 생성되면 제독반응 후, 제독제를 제거하는데 많은 시간이 소요될 수 있고, 이와 반대로 너무 적게 미세응축물이 적게 형성된다면 제독반응이 제대로 일어나지 않을 수 있으므로 적절한 미세응축물의 양을 위해 제독 가능한 미세응축물의 최소 농도와 더불어 최소 반응시간을 설정할 수 있다.

따라서, 본 발명은 미세응축물의 최소 농도 및 반응시간의 설정을 통해 제독제의 사용량과 제독반응 시에 미세응축물의 양을 줄인 것으로, 전체적인 제독시간이 단축될 수 있는 효과를 가져 올 수 있다.

한편, 본 발명에서는 제독 대상체에 따라 상대습도의 조건이 달라 질 수 있으며, 상기 제독 대상체는 생물무기 및 화학무기 등에 오염된 대상체이며, 여기서 상기 생물무기는 세균, 바이러스, 독소 등을 포함할 수 있으며, 상기 화학무기로는 신경작용제 계열로 GD(3,3-Dimethylbutan-2-yl methylphosphonofluoridate), VX(O-ethyl S-[2-(diisopropylamino)ethyl] methylphosphonothioate) 및 수포작용제 계열인 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide) 등을 포함하여 제독할 수 있다.

예를 들어, 만약 본 발명에서 제독 대상체가 화학무기 중 용해도가 낮은 수포작용제 계열의 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)의 경우에는 제독반응 시, 상대습도를 30% 정도로 상대습도를 낮게 제어함으로써, 별도의 3차 부틸알코올(Tert-Butyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등과 같은 공용매(Co-solvent)를 사용하지 않아도 되고, 오히려 미세응충물의 양을 줄여 제독시간의 단축을 가져올 수 있다.

또한, 제독 대상체가 화학무기인 경우에 제독제는 과산화수소 증기 단독으로 사용하거나 혹은 과산화수소 증기와 염기성 가스인 암모니아 가스를 섞어 주입할 수 있고, 만약 제독 대상체가 화학무기 중 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)인 경우에는 과산화수소 증기만을 주입하는 것이 바람직하다.

또 다른 화학무기로 GD(3,3-Dimethylbutan-2-yl methylphosphonofluoridate)및 VX(O-ethyl S-[2-(diisopropylamino)ethyl] methylphosphonothioate)가 제독 대상체인 경우 과산화수소 증기와 암모니아 가스를 10:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제독 대상체 중에서 화학무기로 GD(3,3-Dimethylbutan-2-yl methylphosphonofluoridate)및 VX(O-ethyl S-[2-(diisopropylamino)ethyl] methylphosphonothioate)의 경우 반응유지 단계(S130)의 상대습도를 제어하지 않으며, HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)인 경우에는 상대습도를 20 내지 30%로 제어하는 것이 바람직하다.

후처리 단계(S140)는 제독제로 사용된 과산화수소 증기 및 암모니아 가스 등을 제거하는 단계로 건조된 깨끗한 공기를 제독챔버(11) 내로 이송시켜, 활성을 가진 과산화수소 증기 및 암모니아 가스를 제독챔버(11) 외부로 배출구(14)를 통해 방출하며, 상기 제독챔버(11) 내부의 공기에 포함된 상기 과산화수소 증기 및 암모니아 가스를 각각 촉매/흡작기에 포함된 각각의 촉매물질과 흡착물질로 촉매분해와 흡착제거를 통해 제거하는 단계이다. 이때, 촉매분해와 흡착제거 과정을 거친 공기는 건조기를 지남으로서 상대습도가 제어되는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 후처리 단계(S140)는 활성을 띤 과산화수소 증기나 암모니아 가스가 인체에 무해한 수준으로 제거될 때까지 계속진행하며, 구체적으로 미국 노동부 소속의 직업안전건강관리부(Occupational Health and Safety Association, OHSA) 허용치로 과산화수소 증기는 1ppm, 암모니아 가스는 50ppm 수준으로 제거될 때까지 후처리 단계를 계속 진행할 수 있다.

이하, 실시예는 1㎥ 공간의 제독챔버 내에서 유사 생화학무기의 제독을 실시한 예이며, 이를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예들은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

실시예 1은 생물무기의 제독으로서, 상기 생물무기로는 bacillus 군에 속하며 화학물질 및 고온에 내성을 가진 Geobacillys stearothermophilus(G. stearothermophilus, GS) 아포(Spore)를 시료로 사용하며, 본 발명에서는 GS 아포(1×10⁸cfu/㎖)를 MESA Labs(Colorado, USA)에서 구매하여 사용하였다.

제독챔버의 내부 온도는 25 내지 35℃로 바람직하게 25℃의 온도를 유지하고, 환경초기화 단계(S110)에서의 상대습도는 10%이고, 제독반응 시에 과산화수소 증기 농도는 250ppm이고, 제독제를 주입하고 반응유지 단계(S130)에서의 상대습도는 70% 또는 55%이며, 이때 30분 동안 과산화수소 증기를 지속적으로 공급하면서 상기 유사생물무기인 GS 아포의 제독반응을 유지시킨다.

한편, 상기 실시예 1은 정밀장비 또는 차량, 항공기 등을 구성하는 금속, 비금속, 코팅재료들의 쿠폰을 사용하여, 쿠폰(Coupon) 재질에 따른 제독효율의 측정하며, 상기 쿠폰은 유리, CARC(chemical agent resistance coating), 테플론, 아연도금 재질 별로 자체 제작하여 사용하였다. 구체적으로 각각의 쿠폰에 1×10⁸cfu/㎖의 GS 아포가 현탁된 용액을 접종하여 제독을 수행하였고, 제독 후, 55℃ 배양기에서 24시간 배양 후, 배양된 콜로니 수를 계수하여 제독효율을 측정한다.

실시예 2는 화학무기의 제독으로서 상대습도에 따른 제독 효율을 알아보기 위한 것으로, 상기 화학무기는 수포작용제 계열인 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)의 유사작용제로 CEPS(Chloro Ethyl Phenyl Sulfide)를 사용하였다. 상기 CEPS는 99% 이상의 순도의 물질로 Sigma Aldrich사(Louis, USA)에서 구입하고, 24mm 크기의 사각형 형태의 유리섬유판(glass wool disk)에 도포하여 쿠폰으로 사용하고, 제독챔버로 주입되는 과산화수소 증기의 주입량은 0.5g/분으로 제어하고, 제독제 초기 주입단계(S120)와 반응유지 단계(S130)에서의 상대습도는 각각 순서대로 40%, 30%이고, 제독반응 후의 상대습도는 20%로 제어하고, 이러한 상대습도는 제독시스템의 건조기를 이용하여 상대습도를 제어하며, 30분 동안 상기 유시화학무기인 CEPS와 제독제의 제독반응을 유지시킨다.

그리고 상대습도에 따른 제독효율을 알아보기 위해 CEPS의 오염밀도는 1g/㎡로 설정하고, 감도와 선택성이 좋은 가스크로마토그래프/질량분석기(Gas choromatograph/Mass spectrophotometry, GC/MS)를 이용하여 화학무기에서의 상대습도에 따른 제독효율을 분석하였다.

상기 실시예 1과 실시예 2는 제독 방법의 각각의 단계에서의 수행 시간은 환경초기화 단계 10분, 제독제 주입 단계 30분, 후처리 단계 30분으로, 전체 70분 동안 수행한 것이다.

하기 표 1은 실시예 1의 제독을 수행한 결과이며, 여기서 '○'는 완전 제독된 상태를 나타내고, '×'는 불완전 제독 상태를 나타낸다.

응축 시 과산화수소 증기 농도(ppm)	응축 시 상대습도(%)	유리	CARC	테플론	아연도금
250	70	○	○	○	○
250	55	×	×	×	×

표 1에 나타난 결과에서 알 수 있듯이 응축 시 상대습도가 70%인 경우 모든 재질의 GS 아포가 완전 제독됨을 확인할 수 있으나, 상대습도가 55%인 경우는 모든 재질에서 제독이 완벽히 이루어지지 않음을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 제독에 미치는 요인으로는 제독제로 과산화수소 증기가 응축 시 과산화수소 증기의 포화농도 뿐만 아니라 챔버 내 상대습도 조건이 중요하다는 것을 알 수 있다.

또한 상대습도 70% 제어 시 완전 제독되는데 걸리는 시간은 환경초기 10분, 제독반응 30분, 후처리 30분, 전체 70분이 소요된 결과로, 이는 앞서 Fisher J. 와 Caputo R.A.의 보고에서 살펴보았듯이, VHP 1000ED의 경우 제독 단계까지의 소요시간이 62분, 그 다음 후처리 단계는 3 내지 5시간을 합해 전체 제독시간이 총 4 내지 6시간 소요되고, Clarus C의 경우 반응유지 단계까지가 37분, 그 다음 후처리가 2.5 내지 3시간으로 전체 제독시간이 3 내지 3.5시간이 소요된다고 보고와 비교하면 제독 소요시간이 VHP 1000ED 에 비해 약 3 내지 5배 단축되었고, Clarus C 장비에 비해 약 2.5 내지 3배 단축된 효과를 나타냄을 알 수 있다.

하기 표 2는 실시예 2에 따른 제독 수행결과이며, 제독제 초기주입 단계(S120)에서 건조기(18)를 이용해 상대습도를 제어하여, 제독효율이 가장 높은 상대습도 조건을 도출한 결과이다.

과수주입량(g/분)	주입시간(분)	제독효율(%)	습도제어(%)
0.5	30	73.7	40
		94.5	30
		82.7	20
	60	100.0	30

표 2에 나타난 결과와 같이 30분 반응 동안 상대습도 30% 제어 했을 때 가장 좋은 94.5%의 제독효율을 얻었고, 반응시간을 60분으로 연장하여 분석기기로서 사용한 가스크로마토그래프/질량분석기(GC/MS)로 탐지 되지 않는 완전제독된 결과를 나타냈다. 이는 유사작용제 CEPS가 실작용제인 HD(Bis(2-chloroethyl) sulfide)와 마찬가지로 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 상대습도가 높을 경우 제독이 잘 되지 않은 경향이 있으므로, 상대습도를 30%이하로 제어하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제독방법 및 제독시스템은 제독반응 전 단계인 환경초기화 단계(S110)와 제독제를 주입하고 제독반응을 수행하는 제독제 초기 주입반응 단계(S120), 반응유지 단계(S130)의 각각 단계에서의 상대습도를 제어함으로서 제독시간을 단축할 수 있으며, 기존 공용매를 사용하여 제독하는 경우에 비해 다른 부가적인 장비의 첨가 없이 제독이 가능함으로써 한 장비에서 생물무기와 화학무기를 동시 제독할 수 있으므로 복잡하지 않은 제독시스템, 이의 효율적인 제독과 제독시간 단축효과를 갖는다.

10 : 과산화수소 증기 시스템 11 : 제독 챔버
12 : 기화기 13 : 유입구
13-1 : 유입배관 14 : 배출구
14-1 : 배출배관 15, 16 : 전동밸브
17 : 송풍기 18 : 건조기
19 : 촉매/흡착기 20 : 과산화수소 용기
21 : 암모니아 가스 용기 21-1 : 가스
22 : 물 저장 용기 23 : 온도/습도 센서
24 : 과산화수소/암모니아 센서 25 : 가온장치

Claims (16)

1. 생물무기 및 화학무기에 오염된 제독 대상체를 밀폐된 제독챔버에 넣고, 제독제를 주입하기 전에 상기 밀폐된 제독챔버 내부의 상대습도를 10 내지 20%로 제어하는 동시에 가온장치를 이용하여 상기 밀폐된 제독챔버 내부의 온도를 25 내지 35℃온도로 유지하는 환경초기화 단계;
   상기 밀폐된 제독챔버 내부를 상대습도를 30 내지 40%로 제어하면서 제독제로서 과산화수소 증기 및 암모니아 가스 중 어느 하나 이상을 제독이 가능한 최소 농도가 될 때까지 상기 밀폐된 제독챔버 내부에 주입하여 포화시키는 제독제 초기주입 단계;
   제독 가능한 최소 시간동안 지속적으로 상기 제독제를 주입하면서 상기 제독챔버 내부의 상대습도를 70 내지 80%로 제어함으로써 상기 제독제를 응축하여 미세응축물을 형성시켜 제독반응을 수행하는 반응유지 단계; 및
   제독반응이 끝난 후 잔존하는 제독제를 이산화망간, 리튬 및 백금 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 촉매물질과, 황산구리를 흡착물질로 포함하여 이루어진 촉매/흡착기에 유입시켜 제독제를 분해 제거하면서, 제독챔버 내로 순환하는 공기 속의 상대습도를 10 내지 20%로 제어하는 후처리 단계;를 포함하며,
   상기 후처리 단계는 제독챔버 내의 제독제로서 과산화수소 증기의 경우 1ppm 이하 및 암모니아 가스의 경우는 50ppm 이하로 감소될 때까지 수행되며,
   상기 제독제 초기주입 단계는 상기 제독 대상체의 오염물질이 생물무기인 경우에는 제독제로 과산화수소 증기만을 상기 제독챔버 내로 주입하고, 상기 제독 대상체의 오염물질이 화학무기인 경우에는 과산화수소 증기 또는 과산화수소 증기와 암모니아 가스를 혼합하여 주입하는 것을 특징으로 하는 제독방법.
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8. 제1항에 있어서, 상기 상대습도는 제습제를 포함하는 건조기 또는 수증기를 공급하는 물 저장 용기를 이용하여 상대습도를 제어하는 것을 특징으로 하는 제독방법.
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