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[전문가 기고] ‘Disease-X’에 대응하는 바이오시큐리티 인프라 구축 제언
2021년 02월 03일 (수) 09:35:24 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

전문가 기고


“‘Disease-X’ 대응 위한 정책과 기술개발 필요”
(미지의 전염병)                                                                        

우리 사회의 안전관리 시스템 점검 통해 실질적 개선방안 모색해야
가축질병의 경우 방역과 환경오염 처리체계 통합이 방법 될 수 있어
바이러스, 환경 내 지속성과 감염특성 다양해 보다 근본적인 대책 필요


   
▲ 김 건 하
한남대 토목환경공학과 교수
‘Disease-X’에 대응하는 바이오시큐리티 인프라 구축 제언

1. 코로나바이러스와 Disease-X, 바이오시큐리티

코로나바이러스(SARS-CoV-2)에 의한 ‘코로나19(COVID-19)’ 대유행으로 2021년 1월 15일 기준 전 세계적으로 9천800만 건의 확진사례와 208만 명의 사망자가 보고되고 있다(WHO, 2021년).

‘COVID-19’는 세 번째 코로나바이러스 대유행인데, 2002〜2003년 발생한 ‘SARS-CoV-1 급성호흡기증후군(SARS, Severe Acute Respiratory Syndrome)’ 유행 시에는 8천98명의 확진환자와 774명의 사망자가 발생하였으며, 2012년 발생한 중동호흡기증후군(MERS-CoV, Middle East Respiratory Syndrome)에 의하여 2019년까지 총 2천499명의 환자와 858명의 사망자가 발생하였다. ‘SARS-CoV-2’는 전염성이 매우 높으며 호흡시 발생하는 비말에 의해 전파되는 등 감염형태가 ‘SARS-CoV-1’과 매우 유사하다.

‘SARS-COV-1’은 비말 감염 외에도 감염자로부터 분변으로 배출된 바이러스가 하수관거 이송 중 생성된 에어로졸을 호흡함으로 감염될 수 있다(McKinney 등, 2006년). 최근 보고된 연구에서 ‘SARS-CoV-2’의 RNA는 대변과 하수에서 검출되고 있는데(Medema 등, 2020년), 이는 하수가 ‘SARS-CoV-2’  발병 동안 감염경로가 될 수 있음을 의미한다.

   
 
[그림 1]은 하수관거를 통한 ‘SARS-CoV-2’ 바이러스의 이동, 확산을 보이고 있다(Bogler 등, 2020년). 감염자의 분변 또는 세면수에 포함되어 있는 바이러스는 하수관거를 통하여 하수처리장으로 이송되며, 이송과정과 하수처리에 의한 미세포말로 바이러스가 재확산될 수 있다. 또한 기존 하수처리 공정은 바이러스 통제가 완전하지 않으므로 방류수 또는 하수슬러지에 바이러스가 포함될 가능성이 있다.

하수처리 방류수로 배출된 바이러스가 상수처리 계통으로 다시 유입될 가능성도 배제하지 못한다. 이러한 바이러스의 배출, 확산, 순환은 하수를 통한 코로나바이러스에 국한되지 않으며, 항생제, 마약과 같은 의약품 또한 미처리된 상태로 하수처리 계통에 투입됨이 보고되고 있다.

‘코로나바이러스’ 뿐 아니라 ‘아프리카돼지열병(African Swine Fever, ASF)’과 ‘조류독감(Avian Influenza, AI)’도 확산추세이다. ASF는 치명적인 바이러스성 출혈성 돼지전염병으로 감염되면 치사율이 100%이므로 양돈 산업에 엄청난 피해를 미친다. 조류독감은 동물과 사람 사이에 상호 전파되는 인수공통감염병(zoonosis)이다. 대부분의 인간 질병은 다른 동물에서 비롯되었는데 인간에게 감염되는 다양한 1천415개의 병원체 중 61%는 인수공통감염병이다.

가축화된 산업동물들은 홍역, 볼거리, 백일해와 같은 질병의 근원지가 되고 있으며 침팬지는 인간면역결핍바이러스(HIV, Human Immunodeficiency Virus)의 자연숙주이다. HIV는 20세기 초에 인간에게 전염된 동물성 질병이지만, 현재는 사람간 전염되는 질병으로 변이되었다. 이런 동물성 바이러스가 때때로 사람간 독감균과 재결합하여 1918년 스페인 독감, 2009년 돼지인플루엔자와 같은 전염병을 일으킨다. 이와 같이 감염병의 발생과 확산 양태가 복잡하기에 2018년 WHO는 지금껏 알려지지 않은 병원균에 의해 유발될 수 있는 미지의 전염병을 ‘Disease-X’로 명명하였다. ‘COVID-19’는 첫 번째 Disease-X이다.

바이오시큐리티(biosecurity, 차단방역)는 동물과 식물에 유해한 바이러스, 박테리아 등 감염성 질병의 유입확산을 방지하기 위한 위생관리 규범이다. 구제역이나 조류독감과 같은 가축질병이 발생하는 경우 살처분을 실시하는 이유 또한 감염가능성이 있는 가축을 선제적으로 살처분하여 질병확산을 방지하기 위한 바이오시큐리티 목적을 달성하기 위함이다.

가축질병 확산을 방지하기 위한 바이오시큐리티의 구성요소는 1)오염원 접촉 기회 차단, 2)병원체 전파 매개체의 청결 유지, 3)질병의 농가 유입 차단, 4)교차오염 가능성 차단, 5)원인질병 임상증상 예찰, 6)환축(患畜) 또는 폐사축(斃死畜) 신속신고 등이다. 특히 교통수단에 의하여 바이러스가 확산될 수 있으므로 질병확산 시에는 가축의 이동을 최소화하고, 질병특성과 지역특성에 따라 적합한 바이오시큐리티 실행방법을 선택하는 것이 필요하다(조호성, 김건하, 2012년).

2. 바이오시큐리티를 위한 살처분 및 환경문제

질병확산을 방지하기 위한 바이오시큐리티와 이에 영향을 미치는 인자를 이해함에 있어 우리나라에서 최근 수차례 발생한 가축질병을 예로써 고찰할 수 있다. 가축전염병에 대응하는 방법으로 소독, 이동통제와 더불어 살처분이 사용되고 있으며, 살처분된 사축(死畜)을 처리하기 위한 매몰지가 조성된다. 발생원 주변의 감수성이 높은 가축을 미리 살처분함으로써 바이러스의 감염 및 재감염의 고리를 끊거나 늦추어 질병확산을 방지하는 것이다. 즉, 공기전파 가축질병을 통제하기 위한 수단으로서 선제적인 살처분이 가지는 신속성을 취하는 것이며 발생되는 사축을 신속하고 저렴하게 처분하기 위함이다.

바이러스의 특성이 다름에도 불구하고, 가축사체(死體)의 처분 방법에 대한 지침은 각 질병마다 매우 유사하다. 농림축산식품부에서 제시하고 있는 구제역(Foot-and-Mouth Disease, FMD), AI, ASF로 인한 사축 처분방법을 살펴보면, AI로 인하여 살처분된 사체는 대형저장조, 간이 유리섬유강화플라스틱(Fiberglass Reinforced Plastic, FRP) 저장조를 사용한 매몰, 렌더링, 소각, 미생물처리 등으로 처리하는 것을 원칙으로 하되, 이들 방법으로 처리하기 곤란한 경우 적정한 장소에 종래의 매몰지로 매몰하도록 하고 있다.

매몰지는 사체처분을 위하여 토양을 굴삭하고 바닥 및 측면에 비닐을 포설한 후 침출수 저류조 및 유공관을 설치하고 사체를 투입한 후, 매몰지 상부에 성토를 하고 불투수재를 포설하는 방법이다. 비교적 저렴한 비용으로 신속하게 원인병원균을 차폐시키는 장점이 있으나 침출수 누출 우려가 높다. 이와 같이 매몰지를 이용한 사축의 최종처분은 중소규모 사축량에는 적용될 수 있으나 대규모 사축 발생 시 그 신속성이 결여되어 도리어 부실하게 조성될 수 있고 매몰지 누출 침출수로 인한 지하수 오염 등 환경문제가 발생되기도 한다.

FMD와 ASF로 인한 사축의 처리방법은 공히 액비 대형저장조 및 간이 FRP 등 저장조를 활용한 사체처리, 렌더링 처리, 소각 및 이동식 소각시설, 이동식 열처리시설, 매몰의 순서를 제시하고 있다. 특기할 만한 점은 ASF 바이러스의 환경 내 지속성이 FMD 바이러스보다 현저히 높음에도 불구하고 매몰이 허용되어 있고, 심지어 매몰지 침출수의 양정과 분뇨처리장 반입처리를 제시하고 있어 간접접촉에 의한 바이러스 확산이 우려된다.

공기로 전파되는 가축질병 확산과 관련되는 논란에도 불구하고 농림축산식품부에서 제시하는 ‘가축매몰지 사후관리지침’에 따르면 3년간의 매몰지 관리기간에도 병원체가 음성인 경우 발굴하여 열처리, 소각이 가능하다. 매몰지 소멸처리를 위한 미분해 사체처리 방법에 따르면 관측정 수질측정 및 병원체 검사결과 이상이 없으나 미분해 사체가 남아있는 가축매몰지는 미분해 사체 및 잔존물을 전부 발굴한 후 소각 또는 열처리하거나 농장 내 퇴비장에서 퇴비와 교반처리를 허용하고 있으며 가축사체와 열처리 부산물을 이용하여 1일 평균 1.5톤 이하의 부산물비료를 생산하여 판매하는 것도 가능하다. 

그러나 이와 같이 관리기간이 종료된 매몰지를 폐쇄시키면서 미분해 사축을 적절하게 처리하지 않으면 보건 및 환경을 위협하게 된다. 매몰된 사축이 완전히 부패되지 않은 상태에서 매몰지를 개장할 때 병원성폐기물과 매몰지 조성자재, 침출수로 오염된 토양과 같은 다양한 형태의 폐기물이 다량 발생하며, 이로 인한 환경오염과 보건상 위해가 발생한다.

사체 자체는 약 70%의 수분을 함유한 부패성 유기물질이므로 이설과정에서 발생되는 미분해사축은 침출수와 여기에 함유되어있는 미생물을 비롯한 각종 오염물질로 인한 보건상 악영향이 발생한다(김건하, 2018년). 

3. 바이오시큐리티 인프라 구축

   
 
가축질병 발생원인으로 지적되고 있는 밀집사육으로 인한 비위생, 감염취약, 교통량 증가 뿐 아니라 사축의 미적정 처리로 인한 환경오염은 또다른 보건상 위해요소가 된다. 관리기간이 종료된 매몰지의 미분해 사축을 파내어 최종처분하는 매몰지 폐쇄과정에서 발생될 수 있는 다양한 보건상·환경상 위해(危害)를 인식하고 이에 대한 대응이 필요하다. [그림 2]는 가축질병에 대응하는 바이오시큐리티 인프라의 개념을 보이고 있다(설성수, 김건하, 2017년).

축산농가가 밀집된 지역에 사축처리시설을 조성하고 유역단위 오염물질 처리체계를 재구성하는 개념인데 이는 사축을  우리나라가 보유하고 있는 환경오염물질 처리시설과 법규에서 수용될 수 없는 또 다른 형태의 오염물질로 간주하는 것이며, 이를 처리하기 위한 새로운 형태의 처리시설이 필요함을 제시하는 것이다.

즉, 가축전염병이 발생하는 경우 사축이 발생하면 이를 미리 준비한 임시저장시설에서 보관한다. 이러한 임시보관시설은 대체로 반경 3㎞의 차단방역선 단위로 구성되며 전염병 확산이 종료되면 사축은 사축처리시설로 반입된다. 이 시설의 목적은 바이오시큐리티를 준수하면서 사축체적을 저감시키며 잔존물을 기존 환경기초시설로 연계처리하는 것이다.

   
▲ 사축폐기물 실증 파일럿 플랜트 전경.

이 사진은 ‘가축매몰지 환경관리 연구단(단장 김건하)’이 경기도 이천시에 조성한 사축폐기물 실증 파일럿 플랜트 전경으로, [그림 2]에 보인 체계도를 구현한 것이다. 살처분된 사축 또는 이설 시 발생하는 사축폐기물은 토양과 미분해 사체, 매몰지 조성 시 사용한 차수재가 혼합되어 있는 상태이므로 최대한 토양과 사축을 분리한 후 파쇄하여 물리적 성상을 균질하게 만든다. 파일럿 플랜트는 체적저감과 바이오시큐리티를 위하여 생물반응조, 호기성 생분해 및 고압렌더링을 주 공정으로 하고 사축을 이용한 에너지 생산을 위하여 후처리공정으로 바이오가스와 바이오디젤 공정을 적용하였으며 잔존물은 분뇨처리장, 소각장으로 반출되어 최종처리된다. 매몰지주변 토양은 미분해 사축 분해 시 질소농도가 급격히 상승하므로 식물정화를 이용하여 질소 및 미량유해물질을 정화하여 농지로 환원되며, 충분히 성장한 식물은 활성탄의 일종인 바이오차(biochar)를 만들어 다시 오염정화에 사용한다.

4. 스마트위생 기술 개발 필요

감염병 확산에 대응하기 위한 바이오시큐리티 인프라는 감염매체 및 감염요소를 관리하여 질병 확산요인을 저감시키기 위한 대응시설로 요약할 수 있다. 따라서 감염병의 발생-확산-소멸에 이르는 단계에서 위생을 확보하기 위한 종래의 위생관리보다 진보된 바이러스 대응 기술체계를 구축하는 것이 필요하다.

가축질병의 예를 들면 지역단위 사축 처리시설을 건립하여 방역체계와 환경오염 처리체계를 통합하는 것이 방안이 될 수 있다. 병원성폐기물을 매개체로 발생할 수 있는 다양한 현상에 대한 과학적인 탐구와 공학적인 대응, 이를 포괄하는 정책에 대한 연구개발은 공공보건을 확보하고 국민을 재난으로부터 보호할 수 있는 길이다.

4차 산업혁명에 따른 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 모바일 등의 혁신 기술 발달로 인해 초지능, 가상화, 초연결 사회로 사회구조가 변화하고 있다. 도시의 구조도 스마트시티라는 플랫폼으로 전환되고 있으며, 국내의 경우도 2000년대 초반부터 화성 동탄, 파주 운정, 대전 도안, 인천 송도 등 신도시를 중심으로 스마트 시티를 도입하고 있다.

스마트시티는 국가별·상황별로 다양하게 정의하지만, 우리나라에서는 4차 산업혁명 시대의 혁신기술을 활용하여 시민들의 삶의 질을 높이고 도시의 지속가능성을 제고하며, 새로운 산업을 육성하기 위한 플랫폼으로 정의한다. 이에 따라 스마트시티를 「스마트도시 조성 및 산업진흥 등에 관한 법률」에 정의된 건설·정보통신 융합 도시서비스가 가능한 도시로 정의를 확장하여 에너지, 환경, 교통, 경제 및 안전, 생활 및 복지, 그리고 감염병 대응에 이르기까지 농촌과 도시에 거주하는 국민 삶의 질을 보장할 필요가 있다. 정보통신과 바이오시큐리티의 융합을 스마트위생(smart sanitary)으로 정의할 수 있는데 현재 스마트위생 기술 수준은 소변기에서 혈당을 측정하는 등 초기단계이므로 스마트시티의 요소로 자리잡기에는 부족한 실정이라 할 수 있다.

‘COVID-19’와 같은 호흡기감염 바이러스에 대응하기 위한 구조물의 형태는 바이러스 대응을 위한 기존 환경시설의 업그레이드와 질병확산 모니터링으로 나눌 수 있다. 환경기초시설의 처리용량 부족과 노후화는 오래된 이슈이므로 바이오시큐리티와 4차산업 혁신기술의 도입을 통한 진일보가 필요한 시점이라고 할 수 있다. 바이러스의 모니터링과 관련되어 PCR 검사 또는 단백질 검사 등이 있으나 실시간 모니터링은 어려운 상태이다. 분산저장 처리와 같은 시설물을 구상하여 1차처리 시설을 구상하는 것도 고려해볼 수 있을 것이다. 또한 하수처리와 병행할 수 있는 소독방법에 대하여 심층연구가 필요하다.

5. 정책제언

‘COVID-19’는 지금까지 경험하지 못한 새로운 감염병으로, 감염속도가 빠르고 바이러스에 대한 정확한 이해가 부족하며 백신이 없어 감염확산에 대응이 어렵다. 감염병에 대한 대응은 확산을 방지하고 감염 정도를 낮추기 위한 역량을 확충하는 측면에서 환경기초시설의 목적에서 진일보된 바이오시큐리티 인프라를 확충하는 것이 필요하다. 바이러스는 환경 내 지속성과 감염특성이 다양하기 때문에 이에 대한 근본적인 대책이 필요하다. 본고에서 제시한 토론을 근거로 정책제언을 하자면 다음과 같다.

1) 질병발생 후 확산 차단, 질병원 감쇄 유도와 같은 현안 중심의 기술개발 및 정책과 더불어 질병발생 요인을 줄이는 새로운 형태의 공공보건과 공공복지를 위한 비전과 목표를 제시해야 한다. 단편적인 기술과 정책은 중장기적인 대응에 적합하지 않으며 미래의 새로운 공공보건 위협을 인지하지 못할 뿐 아니라 대응역량을 갖추기 어렵다. 미지의 위협에 대한 이슈를 설정하고, 이에 대응하기 위한 정책과 기술개발이 필요하다.

2) 우리사회가 가지고 있는 안전관리 시스템의 안전성을 따져봐야 한다. 즉, 사회경제적으로 대규모 피해를 가져올 수 있는 전염병에 대한 국가차원의 예방과 관리체계에 대한 점검과 개선방안 모색이 필요하다. 이는 종래와 완전히 다른 수준의 기술과 관리체계를 요구하며, 환경기술 뿐 아니라 바이오시큐리티 측면에서도 매우 높은 수준의 지식과 기술을 요구한다. 축소관점에서 대응하면 재난에 적절하지 않으며 과잉대응 대책을 준비해야 한다.

3) 감염질병의 발생-확산-소멸에 이르는 단계별 위생을 확보하기 위한 기술체계를 구축하는 것이 필요하다. 병원성폐기물을 매개체로 발생할 수 있는 다양한 현상에 대한 과학적인 탐구와 공학적인 대응, 이를 포괄하는 정책에 대한 연구개발은 공공보건을 확보하고 국민을 재난으로부터 보호할 수 있는 길이다.

4) 환경기초시설의 개념을 정수처리와 오염물질 처리의 목적을 확장하여 질병발생을 저감하기 위한 바이오시큐리티 인프라로 재정의하고, 기존 시설물의 기능을 업그레이드하는 한편, 질병매개체를 모니터링 및 제거할 수 있는 관리체계를 도입한다. 이는 질병매개체를 모니터링하는 스마트위생을 스마트시티에 도입하는 형태이며, 도시 뿐 아니라 농축산 유역을 포함하여 인수공통질병에 대응하는 것이 필요하다.


참고문헌
김건하(2018년). “가축매몰지 소멸시 잔존물 처리방안”『대한상하수도학회지』(제32권).
설성수, 김건하(2017년). “농업환경 개선을 위한 사축자원화센터 제언”『환경정책』(제24권).
조호성, 김건하(2012년). “가축매몰지 환경관리에 있어 차단방역의 필요 및 절차”『한국물환경학회지』.
Bogler 등(2020년). Rethinking wastewater risks and monitoring in light of the ‘COVID-19’ pandemic. Nature Sustainability, 1〜10.
WHO(2021년). “Coronavirus Disease Situation Reports”
McKinney 등(2006년). “Environmental transmission of SARS at Amoy Gardens” J. Environ. Health 68, 26〜30.
Medema 등(2020년). “Presence of SARS-Coronavirus-2 in sewage and correlation with reported ‘COVID-19’ prevalence in the early stage of the epidemic in the Netherlands” Environ. Sci. Technol. Lett. 7, 511〜516.

[『워터저널』 2021년 2월호에 게재]

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