자외선 소독시설 및 자외선의 파장별 특성

자외선 소독시설 및 자외선의 파장별 특성

자외선 소독시설

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개요
자외선(Ultra Violet)은 태양에서 지구에 도달하는 빛의 일부분으로서 1877년 태양광선에 의한 미생물의 살균이 관찰되어 근래에는 자외선을 여러 가지 용도로

사용하고 있다. 자외선은 자연에 이미 존재하고 있던 것으로 환경문제를 해결할 수 있는 최상의 선택이라 할 수도 있다.

최근에 수질오염에 따른 미생물의 소독 및 유기물의 제거에도 응용되고 있다.
자외선은 가시광선보다 짧은 파장을 갖고 있으며, X 광선보다 긴 파장을 갖으며, 살균소독에 이용되는 자외선은 자외선C로 200∼280 nm의 파장을 가지고 있다. 가시광선에 비해 파장이 짧은 254 nm 영역의 자외선은 보통 유리의 투과도가 상당히 낮고 물속에서도 수질에 따라 투과깊이가 달라지나, 일반적으로 10 cm 정도

이내밖에 되지 않는 특성을 가지고 있다.
역사적으로 볼 때 자외선은 여객선에서 정수처리 목적으로 이용되어 왔으나, 대중적인 음용수 처리를 위한 정수처리공정에는 활발히 적용하지 못하였는데 이는

소독 후에 잔류성이 없기 때문이다.
자외선에 의한 음용수 소독은 염소소독에 강한 내성을 갖는 크립토스포리디움과 같은 원생동물을 불활성화시키는 능력이 뛰어나 많은 주목을 받고 있다.

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특성

 

자외선의 파장별 특성
(1) 자외선 A(320∼400 nm, Black Light)
     Black Light라고도 하며 실내에서 Suntanning을 하거나 푸른 조명을 할 때 사용한다.
(2) 자외선 B(280∼320 nm, Dormo Light)
     Dormo선(건강선)이라고 부르며 비타민 D를 형성하거나 피부에 홍반작용을 일으킨다.
(3) 자외선 C(200∼280 nm, Germicidal Light)
     살균(Germicidal)선이라고 하며 DNA와 단백질 그리고 오존이 잘 흡수하는 파장이다.

     따라서 오존을 잘 분해하기 때문에 UV/Ozone AOP 공정이 응용되거나 오존파괴용 또는 소독용으로 사용되고 있다.

(4) 진공자외선(1∼200 nm, Vacuum Ultraviolet Light)
     진공자외선은 파장이 너무 짧아 흡수성이 높고 투과력이 매우 낮다. 특히, 185 nm의 파장은 산소를 오존으로 바꾸는 성질이 있기 때문에 저농도 오존을 발생시킬 때 사용이 되며, 반도체산업에서는 초순수공정에서 미량의 유기물질(TOC)을 제거하는데 응용되기도 한다.

 

자외선의 소독원리
자외선의 소독원리는 주파장이 253.7 nm인 자외선이 박테리아나 바이러스의 핵산에 흡수되어 핵산의 화학변화를 일으킴으로써 핵산의 회복기능이 상실되는데

있다. 따라서 자외선 소독의 의미는 253.7 nm의 자외선을 발생시켜 수중에 함유되어 있는 미생물에 직접 조사하여 유전자의 특성에 변형을 초래하여 번식을막거나 미생물의 세포막을 통과하여 DNA를 손상시켜 살균하는 방법이다.

 

자외선의 소독효과
자외선에 의한 살균은 DNA에 대한 광산화효과이며 비활성화(Inactivation)라고 한다.

반면, 자외선에 의해 비활성화된 미생물이 빛에 노출되면 다시 활성화되는 것을, 구체적으로 설명하면 DNA 내부에 있는 효소(Enzyme)가 빛을 받으며 손상된DNA를 복구하여 미생물이 활성화되는데 이를 광회복 효과라 한다.
이러한 이유로 살균에 자외선 사용을 꺼리는 경우가 있는데, 미생물별 자외선 조사량을 알면 별 문제가 되지 않으며 그보다도 자외선 조사량을 항상 동일한 조건으로 유지할 수 있는 것이 중요하다.
자외선으로 소독 또는 산화시킬 때 일정한 수준의 에너지를 연속적으로 피조사체에 조사하여야 하는데, 조사량이 영향을 미치는 것은 투과력과 온도이다.

자외선은 파장이 매우 짧기 때문에 투과력이 제한된다. 또한 물질에 따라 선택적으로 투과하기 때문에 사용재료에 따라 성공여부가 결정된다.

먼지에 의한 자외선의 흡수와 산란 때문에 실제로 깨끗한 물보다 공기가 투과력이 낮을 수 있다.

그리고 주변온도가 너무 높거나 낮으면 조사량이 감소하는데 표준램프를 사용한다면 설계 시 고려하여야 한다.

 

유기물의 제거효과
유기물의 광분해 제거속도는 유기물이 자외선 에너지를 흡수하는 흡수성 및 분해수율 등이 주 변수로 작용한다.

따라서 자외선을 흡수하는 흡수성, 즉 몰흡광계수가 크고 광분해수율이 클수록 분해가 효과적이다.

 

​3.3 자외선의 적용 

가. 자외선 소독공정 현황
과거 하수처리장에서 주로 염소소독을 사용하였으나 잔류염소에 대한 생태계의 영향 및 소독부산물의 생성으로 인해 최근에는 염소 대체공정으로 자외선 소독을사용하고 있다. 미국 EPA에서는 원생동물을 소독하기 위해 자외선 소독방법을 제시하고 있다. 국내에서도 원생동물에 대한 규제가 강화될 경우 기존의 염소소독만으로 한계가 있어 대체소독제로 적용성이 크게 될 것이며, 자외선의 적용분야는 다음과 같다.

(1) 미생물학적으로 양질의 기준을 만족시키기 위한 음용수 소독
(2) 화장품, 의약품 등의 제조용수 소독
(3) 수영장, 수족관, 양어장 등의 순환수 및 방류수 소독
(4) 건물에 있는 바이러스와 박테리아의 확산을 막기 위한 공기 냉각수 소독
(5) 도시하수, 폐수 및 공업폐수의 소독

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자외선 살균이 각광을 받기 시작한 것은 부산물이 발생되지 않기 때문이다. 자외선 살균은 멸균과 개념적 차이가 있다.

따라서 몇 %의 효과가 있는지를 나타내는 데는 보통 99.99 %의 살균을 목표로 하며, 이때 광회복 효과를 고려하여 자외선 조사량을 40,000 μW․s/㎠ 로 한다.

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음용수 살균
과거에는 생수공장을 중심으로 자외선 살균기를 사용하였으나 최근 소비수준의 향상으로 아파트와 같은 집단주거시설 및 집단급수시설(식당, 휴양시설, 교육시설 등)에도 사용되고 있다. 가정용정수기에도 소형 자외선 살균기를 사용하고 있다.

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하･폐수
최종 방류되는 하폐수는 미생물을 살균 처리하여 방류하도록 규정되어 있다. 과거에는 염소 등 화학적 처리방법을 사용하였으나, 부산물의 생태계 교란발생등으로 자외선과 같은 대체 살균제의 사용을 권장하고 있다.

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​출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌