염소 소독처리

1. 총 설

염소 소독처리는 원수중에 존재하는 세균등 유해 미생물이 침전 여과등정수처리과정에서 보통 99%이상 제거되지만 나머지 잔류세균(미생물)에 대한 안전성을 확보하기 위해서 염소처리를 하게 된다. 염소는 세계적으로 물의 소독제로서 가장많이 쓰이고 있다. 그 이유는 소독기능의 잔류성과 경제성등의 우월성 때문이다. 그러나 최근에는 소독부산물의 생성문제와 고유의 염소 냄새등으로 오존처리등 대체 소독 방법이 개발 적용되고 있다.

소독처리는 완전 멸균의 개념이 아니고 세균등 미생물울 죽이거나 활동울 정지 불활성화시켜 주는 것이기 때문에 염소의 잔류농도가 0.1mg/ℓ이하로 떨어지게 되면 세균등 미생물이 부활 활성화 될 수 있다.


2.염소 소독제의 종류

염소계통의 소독제의 종류는 액화염소가스(Cl2),차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산칼슘(CaOCl2) 및 이산화염소(ClO2)계통의 염소등이 있다. 주로 정수장등 다량 지속적 사용시에는 액체염소가 사용되고 그 외는 우물물 소독, 간이정수처리, 저수조 또는 배수지 청소 소독용으로 사용되고 있다.


3.염소용액의 성질

염소는 수중에서 용해되면 차아염소산(HOCl)과 차아염소산 이온(OCl-)의 형태로 존재하며 이들을 유리염소 또는 잔류염소라 한다.

▷ Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-

▷ HOCl → OCl- + H+

소독능력(산화력)은 HOCl> OCl-이며 물의 수소이온농도(pH)에 따라 HOCl과 OCl-의 생성비율 차이가 있으며 pH가 높을수록(알카리성)HOCl의 비율이 낮아져 소독효과도 크게 떨어지게 된다.


수중에 암모니아류가 존재하게 되면 유리염소와 반응하여 클로로아민류의 결합염소를 생성하게 된다.

▷HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O(monochloramine)

▷HOCl + NH2Cl → NHCl2 + H2O(dichloroamine)

▷HOCl + NHCl2 → NCl3 + H2O(trichloroamine)

크로라민중 NCl3는 소독능력이 없고 NH2Cl과 NHCl2는 약한 소독력을 갖고 있으나 잔류성이 강하고 염소냄새가 없고 THM생성을 방지할 수 있기 때문에 미국, 캐나다등에서 크로라민 소독법을 사용하는 것도 있다.


4.잔류염소의 살균효과

염소처리의 소독효과는 잔류염소의 농도와 염소와의 접촉시간으로 결정된다.

○ 0.3mg/ℓ이상 1mL중의 10만개정도의 대장균은 순식간에 살균됨

○ 0.2mg/ℓ에서 5분후 100mℓ중에서만 생존할 뿐이며 다시 10분후에는 완전히 살균됨.

○ 0.1mg/ℓ에서 5분후 50mℓ중에서, 30분후에는 100mℓ중에서 생존하지만 1시간후에는 완전히 살균됨.

○ 이상의 모든시험에서 5mℓ에서는 전혀 검출되지 않음.

○ 접촉시간 48시간까지 부활현상은 나타나지 않음.


5.염소의 독성

염소가스는 공기보다 2.6배 무겁고, 취기를 가진 유해가스로서 극소량에서도 눈. 코. 인후의 점막을 자극하고 다량 흡입하면 질식사하게 된다.

가. 사람에 대한 유해성.
  ○ 취각에 느끼는 저 농도 : 3.5ppm(0.011mg/ℓ)
○인후를 자극하는 최저농도 : 15.1ppm(0.048mg/ℓ)
○기침을 하는 최저 농도 : 30.2ppm(0.096mg/ℓ)
○30분에 위험을 느끼는 정도 : 40~60ppm(0.127~0.190mg/ℓ)
○순간적으로 치사하는 농도 : 1,000ppm(3.16mg/ℓ)
나. 어패류에 대한 치사량
 

1. 담수어

  ○ 송 어 : 0.14~ 2.5 mg/ℓ
○ 잉 어 : 0.33~2.0mg/ℓ
○ 장 어 : 0.5mg/ℓ
○ 금붕어: 0.15~ 0.3mg/ℓ
  2. 해수어
○ 상 어: 0.33mg/ℓ
○ 도 미: 0.5~ 2.0mg/ℓ
○ 개복치 : 1.35mg/ℓ
○ 농 어 : 0.67mg/ℓ

<표> 수질환경 기준(환경정책 기본법 제10조, 시행령 제7조)
<하 천>
구 분
등 급
이용목적별 적용대상
기 준
수소이온농도(pH)
생물화학적산소요구량(mg/ℓ)
부유물질량(SS)(mg/ℓ)
용존산소량(DO)(mg/ℓ)
대장균수(MPN)(100mℓ중)
생활환경
1
상수원수1급
자연환경보존
6.5~8.5
1 이하
25 이하
7.5 이하
50 이하
2
상수원수2급수산용수1급
수영용수
6.5~8.5
3이하
25이하
5이상
1000이하
3
상수원수3급
수산용수2급
공업용수1급
6.5~8.5
6이하
25이하
5이상
5000이하
4
공업용수2급
농업용수
6.0~8.5
8이하
100이하
2 이상
-
5
공업용수3급
새활환경보전
6.0~ 8.5
10이하
쓰레기등이 떠 있지 아니할 것
2 이상
-
사람의

건강보호




카드뮴(Cd) : 0.01mg/ℓ이하
시안(CN) : 검출되어서는 안됨
유기인 : 검출되어서는 안됨
납(Pb) : 0.1mg/ℓ이하
6가크롬 : 0.05mg/ℓ이하
비 소(As) : 0.05mg/ℓ이하
수 은(Hg) : 검출되어서는 안됨
폴리클로리네이티드비페닐(PCB) : 검출되어서는 안됨
음이온계면활성제(ABS) : 0.5mg/ℓ이하

(주) 1. 수산용수 1급 : 빈부수성수역의 수산생물용
###2. 수산용수 2급 : 중부수성수역의 수산생물용
###3. 자연환경보존 : 자연경관등의 환경보존
###4. 상수원수 1급 : 여과등에 의한 간이 정수처리후 사용
###5. 상수원수 2급 : 침전여과등에 의한 일반적인 정수처리후 사용
###6. 상수원수 3급 : 전처리등을 거친 고도정수처리후 사용

<표 12> 우리나라 먹는물 수질기준 세부내용(총 47항목 2001.5월현재)

구 분
항 목
기 준
미생물(2) 일반세균
대장균균
1mℓ중 100이하
50mℓ에서 불검출
건강상 유해영향무기물질(11)


불소
비소
세레늄
수은
시안
6가크롬
암모니아성질소
질산성질소
카드뮴
보론

0.05이하
1.5이하
0.05이하
0.01이하
0.001이하
0.01이하
0.05이하
0.5이하
10이하
0.01이하
0.3이하

건강상유해영향유기물질(18)

페 놀
총트리할로메탄
클로로포롬
다이아지논
파라티온
말라티온
페니트로티온
카바릴
1.1.1트리클로에탄
테트라클로로에틸렌
트리클로로에틸렌
디클로메탄
벤젠
톨루엔
에틸벤젠
크실렌
1.1디클로에틸렌
사염화탄소

0.005이하
0.1이하
0.08이하
0.02이하
0.06이하
0.25이하
0.04이하
0.07이하
0.1이하
0.01이하
0.03이하
0.02이하
0.01이하
0.7이하
0.3이하
0.5이하
0.03이하
0.002이하

심미적영향물질(16)

경도
과망간산칼륨소비량
냄새


색도
세제
수소이온농도
아연
염소이온
증발잔류물

망간
탁도
황산이온
알루미늄

300이하
10이하
무취
무미
1이하
5도이하
0.5이하
5.8~8.5
1이하
250이하
500이하
0.3이하
0.3이하
1NTU이하
200이하
0.2이하


저수조 소독 방법

1. 소독방법

수도법 제21조(위생상의 조치)에서는 "급수장치에 대한 소독 기타 위생상 필요한 조치를 하여야 한다."라고 규정하고 있어 소독의 중요성을 강조하고 있는 것이다.
아무리 청소를 잘 하였다 해도 저수조 내부에 생성하고 있는 각종 미생물에 대한 소독을 실시하지 않은 상태에서 다시 물을 받았을때 그 물이 오염될 수가 있기 때문이다.
그러므로 저수조의 청소는 소독을 하기 위한 기초작업이라고 생각하고 정하여진 방법에 따라 실시하되 소독을 할 것이라고 하여 적당히 청소해서는 안된다.

가.소독전의 작업

  ▷ 소독에 앞서 저수조내의 공사용 도구, 불순물 등을 치운다.
▷ 저수조 내벽의 표면 및 기능 설비물은 고압으로 분출하는 물로 깨끗이 세척한다.
▷ 세척으로 인하여 발생한 오수 또는 불순물은 즉시 저수조로부터 배출시킨다.
▷ 통풍망등이 정상적인 상태를 유지하고 있는가를 점검한다.
    나. 염소제의 형태

      ▷ 액체 염소: 철제의 염소 저장용기에 들어있는 100%의 유효염소를 함유한 액체염소는 다음 사항이 갖추어진 경우에만 사용할 수 있다.
     

    a. 적절한 염소 주입 시설이있는 경우
    b. 염소주입에 관한 훈련을 받은 안전요원이 감독하는 경우
    c. 적절한 안전대책이 수립되어 있는 경우

      ▷ 차아염소산 나트륨 : 플라스틱 용기에 액체형태로 들어 있으며 대략 부피의 5~15%의 유효염소를 가지고 있다.
    ▷ 차아염소산 칼슘 : 입상 또는 정제의 형태로 되어 있으며 중량기준 약 65%의 유효염소를 함유한다.
    특히 품질저하에 유의하여 냉암소에 밀봉하여 보관하여야 한다.

다. 소독형태

다음 3가지 소독방법중 어느 한가지 소독방법을 채택할 수 있으며 경우에 따라서는 다른 소독방법과 병용하여 사용할 수도 있다.

  ▷ 저수조 전체에 대한 염소처리시에는 일정 체류시간 이후 소독수의 잔류염소 농도가 100mg/ℓ이상이 되도록 하는 방법.
▷ 저수조의 상수와 접촉하는 표면에 200mg/ℓ의 유효염소 용액을 뿌리거나 칠하는 방법
▷ 24시간 정치후 유리 잔류염소 농도가 2mg/ℓ이상인 소독수로 저수조를 소독하는 방법

라. 소독방법 및 절차

  a. 10mg/ℓ의 잔류염소 농도로 소독하는 방법
  ▷ 처리: 액체염소, 차아염소산 나트륨, 차아염소산캴슘을 10mg/ℓ의 농도로 하여 소독하는 경우 다음 표에 따른다.
소 독 제
소 독 방 법
액 체 염 소 염소농도를 일정하게 유지하기 위하여 저수조에 물을 유입시키면서 투입한다. 염소주입장비는 주위하여 취급하여야 하며 고농도의 염소용액을 용해하여 유입시키기위하여 용해관을 설치하는 것이 좋다. 용해관을 유입구에 가까운 적당한 밸브와 연결하여 염소용액이 유입수와 즉시 혼합되도록 저수조에 물을 만수시킨다.
차아염소산 나트륨 펌프 또는 손으로 펴서 투입하고 유입수의 수심이 30~100cm 일때 투입하여 용해혼합이 잘되도록 하면서 저수조에 물을 만수시킨다.
차아염소산칼슘 입자의 크기가 6mm미만으로 분쇄된 정제는 물을 유입시키기전에 저수조에 투입하되 용해되기 쉽도록 하면서 물을 만수시킨다.

  ▷ 유지시간 : 저수조가 소독수로 채워진 후 다음시간동안 유지하여야 한다.

소 독 제
시 간
액 체 염 소
5 시 간
차아염소산나트륨 또는
차아염소산칼슘
24 시 간

b. 200mg/ℓ의 염소용액을 분무하여 소독하는 경우
  ▷ 처리: 상수와 접촉하는 표면에 200mg/ℓ의 유효 염소용액을 분무 또는 칠한다.
▷ 분무방법 : 분무장비를 사용하거나 적당한 솔로 저수조 내면에 염소용액을 분무하거나 칠한다. 청소를 위하여 저수조에 물을 만수시켰을때 10mg/ℓ
의 유효염소 농도를 유지하여야 한다.
▷ 유지시간 : 최소한 30분 동안 유지하여야 한다.

c. 50mg/ℓ의 잔류염소 농도로 소독하는 경우
  ▷ 50mg/ℓ의 유효염소를 함유한 소독수를 저수조 용량의 5%정도에 채우고 6시간 정도 유지한다. 다음에 물을 유입시켜 저수조를 만수시키고 최소 24시간 유지한다.
▷ 염소의 첨가 : 위의 방법에 따라 염소를 첨가하여 24시간 경과 후 유리잔류염소량이 최소한 2mg/ℓ가 되도록 한다.

마. 시험 및 시료채취

a. 시험 : 소독처리한 저수조는 사용하기전에 상수 시험방법에 따라 다음의 시험을 실시하여야 한다.
  ▷ 대장균 : 만일 시험결과 대장균이 검출되는 경우 2개의 연속시트가 음성을 나타날때까지 검사를 반복한다.
▷ 냄새 : 염소반응 또는 과다한 염소 잔류량으로 인한 냄새의유무

b. 소독수 처리 : 소독수는 다음 사항에 유의하여 처리한다.
  ▷ 배출전의 환경을 점검한다.
▷ 피해우려가 있는 것으로 판단되는 경우 중화제를 넣어 완전히 환원시킨다.
▷ 환경정책기본법 등의 관계법규의 준수에 유의하여야 한다.

2. 차아염소산나트륨 용액 소독법
차아염소산나트륨은 전염병 예방으로서의 소독약이며 이 용액은 차아염소산으로 염소를 함유하고 있으므로 보통 염소와 수산화나트륨을 반응시켜 만든다. 이 용액은 알카리성이며 제조시에는 15%정도의 유효염소 용액이 되지만 3~4개월의 저장후에는 약 반 정도(7%)로 변한다.
차아염소산을 주성분으로 한 소독약에는 여러종류가 있고 또 상품명이 있다. 보관시에는 유리(glass)용기와 냉암소에 보존 관리하여야 한다.

50~100ppm 농도의 용액 제조법
소독약을 제조할 때에 사용되는 물의 양과 약재의 유효염소 농도량을 고려해서 일반적인 제조법을 다음식으로 간단히 표시한다.

Q = V/10 * D/A----------①

V : 필요한 물의 량(ℓ)
D : 희망하는 차아염소산나트륨 농도(ppm)
A : 사용되는 차아염소산나트륨(%)
Q : 사용되는 차아염소산나트륨용액의 필요량(ℓ)

에서 계산하여 차아염소산나트륨의 필요농도를 직접 구해서 사용하는 것이 바람직하지만 다음과 같이 사전에 작성하여 사용하면 편리하다.

◈ 유효염소농도 5% 경우의 제조

전 량(물+차아염소산나트륨)
제 작 농 도
50ppm
100ppm
10ℓ 탱크
10g
20g
30ℓ 탱크
30g
60g
50ℓ 탱크
50g
100g
100ℓ 탱크
100g
200g

3. 고압세정기 사용 소독법(유효염소 50~100PPM)

이 방법은 일본에서 주로 사용하는 소독법으로 고압세정기를 사용하여 소독하는 방법으로 보통 맨홀주변→천정면→벽면→바닥의 순으로 소독을 한다.
염소수를 분무하기 때문에 안전에 충분히 준비하여야 한다. 눈.코.입 등에 들어가지 않도록 하고 피부에 닿지 않아야 한다. 이와 같은 방법으로 소독을 2회 실시한다.
정규 염소농도로서 1회를 실시하고 난 후에 약 30분 이상 방치한 후 2회의 소독을 실시한다. 1차, 2차 소독후에 30분정도 방치하는 것은 멸균시키기 위한 것이며 소독후에는 소독수를 완전히 배수하여야 한다.
작업을 급히 마쳐야 된다고 해서 2회 소독실시를 1회 줄인다던가 각 회수마다의 소독시간을 30분 이내로 줄여서는 안된다. 먹는물용 저수조의 경우는 생활위생과 밀접한 관계를 가지고 있는 곳으로 이러한 시설에서의 작업은 여러가지 지장이나 제약을 받는 것이다.
예를 들어 사무소나 점포의 경우는 일요일 등의 작업은 중단되기도 하고 아파트단지 등의 경우는 작업시간의 단축을 요구하는 경우가 빈번히 있게 된다.
따라서 작업의 사전계획을 작성할 때 이러한 점 등을 고려하여 청소 및 소독을 실시하여 저수조관리에 만전을 기해야 한다.

4. 소독방법의 선택

각 소독방법은 모두 장단점이 있다. 액체염소 등을 이용하는 방법은 만수시킨 후 5~24시간 정도의 유지시간 필요로 인한 상수의 낭비 및 단수시간의 지연 등이 그 단점이며, 고압세정기를 사용하는 경우는 소규모 저수조의 소독시 기기의 미비로 효율적인 소독이 용이하지 못한 어려움이 있을 수 있겠다.
따라서 소규모 및 자체 청소실시의 경우는 살균제 분무기 등을 이요하거나 유지시간이 적게 되는 방법을 선택하여야 할 것이며 의무적 관리대상에 포함되는 중.대형 규모 이상에서는 상황에 따라 소독법을 선택하되 주민들의 불편을 최소화시키고 취급이 안전하며 간편한 방법을 채택하도록 한다.

5. 소독 후 확인 점검

① 소독작업이 완전히 끝난 후에는 우선 닫혀있던 급수전을 두세번 반복 개폐하여 배관속에 고여있는 녹물과 찌꺼기 등을 배출해 버리고 깨끗한 물로 저수조 내부를 가볍게 다시 한번 세정한 후 바닥에 고인 소독수와 함께 잔수를 말끔히 처리한다.

② 저수조에 물을 채우기 전에 저수조 내부를 다시한번 점검하고 혹시 방치된 작업용구등이 없나 확인하고 볼탑이나 저수조 관련 기기가 정상적으로 작동되는가를 재확인한다.

③ 청소와 소독이 완료되면 저수조 내.외부의 위생상태를 점검하고 물응 채우도록 한다.

④ 물을 받기전에 계량기의 지침을 기록하여 만수상태에서 지침을 계산하면 자기가 관리하고 있는 저수조의 유효용량을 정확히 알 수 있다.

⑤ 모든 작업이 완료되고 물을 받기 시작하면 맨홀뚜껑을 닫고 잠금장치를 채우도록 한다.
⑥ 관리인이 직접 저수조의 청소를 계획할 때에는 소독에 소요되는 시간(2시간~3시간)을 고려하여 단수시간을 여유있게 정하여야 한다는 것을 다시 한번 강조한다.

6. 그 밖의 소독법

1)오존(Ozone)
오존은 3개의 산소원자로 되어 있으며 제3원자는 결합이 약해 쉽게 분해되어 발생기 산소(nascent oxygen)로 되는 성질이 있다. 이 발생기 산소가 소독작용을 한다.
오존은 불소다음으로 강력한 산화력을 가지고 있으며 탈취, 탈색, 살균 및 유기물의 분해 등의 능력이 있다. 이중에 살균에 관하여는 수돗물의 소독을 염소에 의하도록 규칙 등에서 정하여져 있으므로 오존처리는 수원의 부영양화 등에 원인된 악취물질의 제거와 색도의 제거 목적으로 행하고 있다.
장점으로는 ① 물에 화학물질이 남지 않고, ② 물에 염소와 같은 취미를 남기지 않으며, ③유기물에 의한 이취미가 제거된다.
단점으로는 ① 가격이 고가이고, ② 소독의 잔류효과가 없으며, ③복잡한 오존장치가 필요한 점이다.
여과수에 가하는 주입량은 2~3ppm이며, 오존의 물에 대한 용해도는 14~15℃의 증류수에서 0.29이다.

2) 이산화염소
이산화염소는 1811년 Humphre Dave가 발견하였으며 NaClO3(Sodium Chrorate)에 염산을 반응시켜 발생한 황록색 가스를 Euchlorine이라 칭하였다. 그 후에 계속 발전하여 현재는 진공상태에서 NaClO2용액에 Cl2가스를 주입하여 발생시키는 것이 일반적이며 고농도의 가스상에서 불안정하고 압축시킬 수 없으며 온도,압력,빛에 대해 불안정한 물질로서
대기중에 4% 이상 존재하면 폭발하기 때문에 저장과 수송에 위험이 따르므로 현장에서 발생시켜 사용하여야 한다. 또 이산화염소는 독특한 냄새를 갖는 연황색의 액체로 빙점이 -15℃, 비점이 105℃이며 비중은 1.05~1.15(20℃)이다.
이산화염소에 의한 소독은 최근 상수도 원수의 수질이 악화됨에 따라 유리염소에 의한 THM생성을 피하기 위한 대체 소독제라고 할 수 있으며 그처리상의 특성을 다음과 같이 요약할 수 있다.

① 소독력에서는 오존과 이산화염소가 양호하지만 오존은 잔류성이 없어 배수계통에서 미생물이 재활성화하는 경우가 있는데 비하여 이산화염소는 잔류효과도 양호하다.
② 이산화염소는 페놀화합물을 분해하며 정수의 이취미와 색도의 제거에도 효과적이고 클로로페놀까지도 가능하다. 또 이산화염소는 맹독시안(CN)화합물을 산화시켜 무해하나 시안산염(CNO-)을 거쳐 탄산가스와 질소로 분해하며 아질산염을 질산염으로, 아황산염을 황산염으로 산화시킨다.
③이산화염소가 존재하면 염소로 부터 생성된 황화수소(H₂S)나 (R-SH)등 황화물로 인한 냄새제거가 가능하다.
④ 이산화염소는 THM의 생성반응을 일으키지 않으나 통상의 정수처리에 필요한 양보다 많이 투입하면 부산물이 생성되는데 아염소산염과 염소산 등 염산물 이외에 무기물이온이 생성된다. 현재로서는 이들 부산물의 건강에 대한 영향이 확실하게 밝혀지지는 않았으나 필요량보다 초과하여 주입하도록 주의하여야 한다.
이산화염소가 염소와 동등한 소독효과을 얻기 위하여는 이산화염소 주입량은 염소주입량의 반으로 보고 있다. 즉 1mg/ℓ의 이산화염소는 2mg/ℓ의 염소와 같은 소독효과가 있다는 것이다.
음료수중의 잔류 이산화염소와 염소산염 및 아염소산염의 총 농도는 미국 환경보호청 음료수기준에서 0.5mg/ℓ이하로 되어 있다.

3) 자외선(ultraviolet ray)

석영유리로 된 수은증기등에 직류 220V, 3.5A의 전류를 통해서 얻는 파장이 짧은 광선이다. 수심 120mm이내에서 살균효과를 가진다.
물의 탁도. 색도가 높으면 광선의 투과가 나빠지므로 효율이 떨어진다. 물에 취미가 생기지 않고 다량을 써도 해가 없는 이점이 있으나 고가이므로 수도에서는 별로 쓰이지 않고 호텔.푸울(pool)이나 청량음료등의 식품공장에서 사용한다.

4)취소.요오드(bromine.Iodine)

취소.요오드는 염소와 같이 할로겐원소이다. 취소는 염소보다 화학적으로 불활성이므로 살균력도 작다. 미국에서 풀(pool)소독으로 쓴 예기 있으나 아직 수도에는 쓰이지 않고 있다. 요오드는 8ppm정도 주입하면 소독이 충분히 된다. 야전용.풀용으로 적합하다.