그러나 현재 국내에 설계/시운전/시공/운전중인 자외선소독설비는 대부분 외산기자재로 아직 국내에서는 자외선소독설비에 대한 설계 및 운영자료가 부족한 관계로 한국실정에 맞는 하수성상에 따른 효율적인 자외선설비의 설계등(자외선투과율 등)이 제대로 되지 못하고 있는 실정이다.
● 자외선 소독기술
염소계소독 vs. 자외선소독비교
< 염소 소독(가스상 & 차아염소산염) >
장점 : 쪾잘 알려진 기술임
쪾박테리아에 대해 효과적인 소독제임
쪾잔류함으로써 유지 및 모니터가 가능함
쪾상대적으로 비용이 저렴함
단점 : 쪾탈염소가 필요할 경우 안전규정이 증가
쪾처리된 방류수가 잔류독성은 탈염소필요
쪾트리할로메탄(THMs) 및 염소화 탄화수소의 형성
쪾휘발성유기물질(VOCs)을 방출시킴
쪾최종 방류수의 pH를 변화시킴
쪾탈염소설비 환경영향평가필요/설비 고가
< 자외선 소독 >
장점 : 쪾박테리아와 바이러스에 대해 효과적인 소독제임
쪾접촉시간이 짧음, 화학물질의 첨가가 없음
쪾잔류독성이 없음
쪾염소/탈염설비와 비교하면 경제적
쪾공간확보가 적음
단점 : 쪾소독효과를 바로 측정할 수 없음
쪾잔류효과가 없음
쪾적정량의 UV조사량필요(경험치)
자외선 소독기술
자외선은 100∼400nm 파장범위에 있는 전자기스펙트럼으로 살균 파장영역은 200∼300nm으로 가장살균력이 강한 파장은 260nm부근에서 일어난다.
저압수은램프(Low Pressure Mercury Lamp)의 경우 파장영역 253.7nm에서 설계출력의 85%의 자외선방사량을 가지고 있고, 중압(Medium Pressure)인 경우 200nm에서 700nm의 다양한 파장영역을 가지고 있다.
물리적 기작
자외선 빛에 노출된 미생물은 핵산이 광화학작용(Photochemical)에 의해 손상되어 생명력을 잃게 되는데 이는 세포셀내의 DNA 및 RNA가 자외선 빛을 흡수하게 되면 구조사슬이 이중구조로 되어 DNA 및 RNA의 생산/복제가 불가능하게 된다.
DNA의 자외선흡수율은 자외선파장에 따른 함수로 표현되고 대장균같은 경우 자외선파장이 220nm과 265nm부근에서 최고치를 나타내므로 저압램프의 파장특성인 253.7nm에 근접함을 알 수 있다.
세포의 손상정도는 미생물에 흡수되는 자외선 에너지의 양과 자외선에 대한 저항에 따라 달라지며, 대부분의 박테리아와 바이러스가 불활성화되기 위해서는 상대적으로 소량의 자외선이 필요하고, 자외선의 양은 자외선 강도(UV intensity), 노출시간(exposure time), mW·s/㎠로 표현된다.
자외선조사량
자외선 빛에 노출된 미생물은 핵산이 광화학작용(Photochemical)에 의해 손상되어 자외선 요구량은 세포의 크기와 세포내 DNA와 RNA의 양에 따라 증가되는데 원생동물의 포낭(protozoa cysts)은 E. coli에 비해 10∼15배로 많이 요구된다
Gram negative bacilli는 gram positive cocci와 bacterial spores에 비해 더욱 민감함을 다음표에서 알 수 있다.
미국 EPA, Public Health Service등에서는 마실물을 자외선소독하는 경우 최소 16,000μW·s/㎠ 을 권장하고 있으나 이는 소독대상이 되는 수원의 흐름형태, 색도, 탁도, 램프의 노후화, 석영관의 수막현상(Fouling), 수온에 따라 그 이상의 조사량이 요구된다.
● 자외선소독설비 설계지침
자외선소독에 영향을 미치는 인자
(Factors Affecting UV Disinfection)
자외선의 살균능력은 미생물에 흡수되는 자외선 에너지의 양과 직접 관련이 있으며, 자외선 소독은 온도나 pH에 영향을 받지 않는다. 또한 소독설비에 있어서 자외선의 양은 유량, 체류시간 및 자외선의 강도와 연관이 있다.
자외선 장치의 설계인자
(UV Equipment Design Parameters)
소독장치에 있어서 자외선의 강도는 램프의 형태, 수 및 공간과 같은 설계인자들과 직접 연관이 있으며, 전형적인 자외선 장치는 낮은 강도의 수은 아크 램프로 설계되어 있고 253.7nm의 단파장에서 에너지의 85%를 발산한다.
중압램프는 폭넓은 살균 파장영역에서 에너지를 발산하여 UV효율이 적다.
자외선 반응기는 자외선 램프의 수를 최적화하기 위해 설계되어야 하며, 수리학인 능력에 따라 자외선의 양이 제공되어야 하는데 수리학적인 특성에는 혼합되는 난류흐름을 최대화하여 자외선조사가 균등하게 조사할 수 있는 수리학적 검토가 필요하다.
자외선 강도에 영향을 미치는 장치를 유지하는 인자들로는 램프의 수명과 슬리브의 막힘현상이 있으며, 저압램프의 교환은 약 12,000시간이지만, 하수의 성격 및 석영유리관이 있는 접촉식의 경우 슬리브 수막현상(Fouling) 및 수온에 따른 램프표면온도의 변동으로 약 8,000시간정도 유지되고 중압인 경우 램프의 교환주기는 약 4,000시간이다.
램프의 수명은 소독이 이루어지는 동안 ON, OFF 순환횟수에 따라 달라지므로 설비장치에 있어서 일정한 강도는 램프 교환주기를 단계적으로 가능하게 한다.
접촉식의 경우 석영 슬리브위로 무기물 및 유기물의 축적은 물로 투과되는 자외선의 강도를 감소시키며, 막힘율(fouling rate)은 공정 및 방류형태에 따라 달라지며, 철, 칼슘 및 마그네슘 이온들이 고농도로 존재할 경우에 더욱더 가속화된다.
따라서 접촉식의 경우 세척이 필요한데 화학적 및 물리적인 방법으로 세척하는 동세척설비가 필수적인 요건이다.
수질인자(Wastewater Quality Parameters)
자외선 소독설비의 효율은 폐수내 자외선 강도를 감소시키는 방류수질에 따라 영향을 크게 받으며, 자외선 강도에 영향을 미치는 방류수의 인자들로는 다음과 같다.
- 자외선 투과(UV transmittance : UVT)
- 총 현탁성 고형물(TSS)
- 입도분포(PSD)
자외선 투과(UV Transmittance)
자외선 투과는 자외선 빛을 투과하는 폐수의 능력으로서 수질 측정 및 자외선의 조사량을 결정하는 것으로 살균장치의 설계기준으로 중요시된다.
자외선 투과는 254nm에서 자외선 흡광도기로 측정되며, 1㎝의 석영 큐벳내에 들어 있는 시료의 투과도는 100%로 설정되어 있는 증류수를 대조구로 하여 측정된다.
자외선을 흡수하는 물질 및 입자들이 존재할 경우 투과도는 저하되므로 소독시 이용가능한 자외선 에너지를 감소시키게 된다.
일반적으로 현탁성 입자들이 있을 경우 투과도는 60~65% 범위이다.
[저작권자ⓒ 이미디어. 무단전재-재배포 금지]
