염소의 독성 및 장점,단점

염소의 독성 및 장점,단점

상수도에서 소독은 염소, 차아염소산나트륨, 오존, 자외선 등에 의한 방법이 주로 사용되고 있으며, ｢수도법｣ 및 ｢수도법시행규칙｣에 의해 수도꼭지에서 일정농도의 잔류염소를 유지하도록 규정하고 있다.
염소는 국내 정수장에서 가장 널리 사용되는 소독제이다. 염소제의 장점은 소독효과가 우수하고 대량의 물에 대해서도 용이하게 소독이 가능하며 소독효과가잔류하는 점 등을 들 수 있다. 한편 트리할로메탄(THMs ; Trihalomethanes) 등의 유기염소화합물을 생성하며 특정물질과 반응하여 냄새를 유발하기도 하고암모니아성질소와 반응하여 소독효과를 약하게 하는 등의 문제가 있을 수 있다.

또한, 염소 내성 미생물인 크립토스포리디움(Cryptosporidium) 등 병원성 미생물에 의한 오염문제를 계기로 염소제에 의한 소독이 완전하다고는 단언할 수없다는 것이 판명되고 있다.
오존은 매우 강력한 살균효과를 가지고 있어서 바이러스나 원생동물의 포낭을 쉽게 무력화시킬 수 있다.

그러나 염소와 같은 잔류효과가 없으며 수중의 유기물질과 반응하여 유해한 소독부산물을 생성할 가능성도 있다.

자외선 또한 효과적인 병원성미생물의 소독방법으로 주목되고 있다. 자외선은 오존과 마찬가지로 잔류효과가 없으나, 유해한 소독부산물을 생성하지 않으며바이러스와 원생동물을 효과적으로 불활성화 시킬 수 있으며 조작과 관리가 간편하다.
따라서 소독제의 조건으로는 용해도가 높고, 독성 부산물이 적으며 경제성이 있어야 하고 잔류성이 있으며, 소독력이 강할 뿐만 아니라 주입 조작이나 소독제의모니터링이 용이하여야 한다.

​염소 소독시설​

개요
상수도에 사용되는 염소제로는 일반적으로 수중에서 용이하게 차아염소산 및 차아염소산이온을 생성하고 소독효과를 확실히 발휘할 수 있는 약제를 말하며,액화염소(Cl2), 이산화염소(ClO2), 클로라민(Chloramine), 차아염소산나트륨(NaOCl) 및 차아염소산칼슘〔Ca(OCl)2〕등이 있으나. 국내에서는 일​반적으로액체염소, 차아염소산나트륨이 사용되고 있어 이들 두가지 염소제에 대해 중점적으로 고찰하기로 한다.
염소제의 선정은 특성, 유지관리의 난이도 및 안전성 등을 고려할 필요가 있다. 일반적으로 중규모 이하의 상수도에서는 시판 또는 자가 생성 차아염소산나트륨을사용되고 있으나, 운반과정에서의 사고로 인한 2차 재해방지 등을 고려할 때 자가제조하는 방안을 고려할 필요가 있다.
액화염소는 저장이나 주입에 어려움이 있어 보다 안전하고 취급하기 쉬우며 제해설비가 필요 없는 차아염소산나트륨으로의 전환을 검토할 필요도 있다.

전환 가능 여부는 경제성 등도 충분히 고려되어야 하지만 기존의 액화염소설비의 운영, 유지관리에 따른 애로점, 예상되는 위험도 및 대응 정도 등을 고려하여판단하여야 할 것이다.
수도법에 의한 수질기준에서는 급수전 수돗물에서 유지되어야 할 잔류염소의 농도를 규정하고 있다.
염소소독은 트리할로메탄 등 유기염소화합물을 생성하며 특정물질과 반응하여 냄새를 일으키기도 하지만, 소독효과가 우수하고 대량의 물을 쉽게 소독할 수있으며 잔류효과 등으로 염소의 의한 소독은 가장 현실적이고 우수한 소독방법으로 가장 오랫동안 이용되어 왔다.

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​특성
염소의 성질
정수장에서 사용하는 액화염소는 염소가스를 압축하여 액상으로 변화시킨 염소로서 상온 상압에서 황록색의 자극성 냄새가 나는 기체이다.

물에 녹아서 황색을 나타내며, 염소가스를 냉각시키면서 압축하며 0 ℃에서 3.7기압, 20 ℃에서 6.6기압으로 액화된다. 상온에서 염소기체는 공기무게의 2.5배로

공기보다 무거워 누출 시 하부에 위치하게 된다. 액화된 염소는 비중 약 1.56의 오렌지색의 액체로 염소용기에 채워 운반된다.

용기에는 통상 상온에서 90 %의 액화염소와 약 10 %의 고압염소가 충전되어 있다. 액화 염소가 가스로 기화되면 약 460배(0 ℃, 1기압) 용적의 가스로 팽창한다.
염소의 용해도를 보면 20 ℃에서 0.71 %, 9 ℃에서는 1 %이다.​

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염소화학
염소가스가 물에 용해되면 급격히 가수분해 반응이 일어난다. 염소는 물과 빠르게 반응하여 차아염소산(HOCl)과 염산(HCl)을 생성한다.

                               Cl2 + H2O ⇆ HOCl + H+ + Cl-

 

​차아염소산(Hypochlorous acid)은 수소이온과 차아염소산 이온(Hypochlorite ion, OCl-)으로 해리되고, 수중에서 HOCl과 OCl-의 양은 <그림 9.1>과 같이 pH와

온도의 함수이다. 여기서 HOCl은 OCl-보다 소독력이 월등히 우수하다. pH가 증가하면 OCl-의 농도가 증가하여 산화효과가 감소하게 된다.
따라서 이상적인 소독의 조건은 낮은 pH(6∼7), 비교적 높은 온도(20∼25 ℃), 긴 접촉시간(30분 이상), 고농도의 잔류염소의 유지(0.5 mg/L) 등이다.

                                      HOCl ⇆ H+ + OCl

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염소의 장단점
염소의 장점은 강한 산화력으로 소독효과가 우수하고 가격이 저렴하며, 소독의 잔류효과가 우수하여 관로에서 미생물의 재성장을 방지할 수 있다.

또한, 대용량의 수처리가 용이하고 오랫동안 소독제로 사용되어 왔다는 점이다.
단점으로는 천연유기물과 반응하여 THMs, HAAs(Haloacetic acids) 등의 소독부산물을 생성하고 pH가 소독효과에 영향을 미치게 된다.

또한, 염소소독으로 인한 냄새로 불쾌감을 줄 수 도 있고, 상대적으로 접촉시간이 필요하며 위해를 방지하기 위한 제해설비가 필요하다.

 

염소의 독성
염소가스의 공기 중 허용농도는 1 mg/L 이하이며 고농도로 공기 중에 노출되면 위험할 수 있으므로 취급에 주의를 기울려야 한다.

극소량에서도 눈, 코, 인후의 점막을 자극하고 다량 흡입하면 질식하여 호흡곤란을 일으켜 위험하다.

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(1) 냄새를 느끼는 최저농도 3.5 ppm(0.011 mg/L)
(2) 인후를 자극하는 최저농도 15.1 ppm(0.048 mg/L)
(3) 기침을 하는 최저농도 30.2 ppm(0.096 mg/L)
(4) 30분에 위험을 일으키는 농도 40∼60 ppm(0.127∼0.190 mg/L)
(5) 순간적으로 치사하는 농도 1,000 ppm(3.16 mg/L)

그러나 염소가 물에 용해하는 경우에는 독성이 심하지 않은데 동물실험에 의하면 생쥐에 염소 100mg/L을 포함한 물을 50일간 마시게 하였으나 체중의 증감이나

내장에 아무런 이상도 인정할 수 없었다.
또한, 미국 군대가 해외에서 200인에게 잔류염소 32 mg/L을 포함한 물을 수개월간 연속 사용하였으나 아무런 나쁜 결과도 나타나지 않았다고 보고하고 있다.

 

출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌