소독

1.정의

◦잠재적으로 인체에 해로운 미생물을 불활성화시키는 것.

–멸균 : 살아있는 모든 미생물을 불활성화 시키는 것.

◦대상:

–미생물

–일반세균,  대장균,  총대장균군,  분원성대장균,  분원성연쇄상구균,   녹농균,  살모넬라,  쉬겔라,  여시니아균 등

–바이러스: 모래여과로는 제거 안됨. 역삼투나 미세·한외여과로 가능

–A형 간염바이러스,  레오바이러스,  아데노바이러스 등

–지아디아 람블리아, 크립토스포리디움,  레지오넬라 등

 

vDBPs(소독부산물): 천연유기물질이 소독제와 반응하여 생성된 할로겐화합물.

    ex) 염소와 질소함유 유기물(단백질,아미노산)이 반응하여 클로라민 형성.

          염소와 NOM이 반응하여 THMs생성

 

2.소독방법 및 소독제의 구비조건

◦소독방법: 액화염소표백분, 차아염소산소다, 이산화염소 등의 염소제(chlorine), 오존(ozone), 자외선(ultravioletray), 아이오딘(iodine),     은화합물(silver compound)에 의한 방법과 끓이는 방법

–우리나라 상수도에서 가장 널리 쓰이는 염소 소독이 의무화 됨.

◦지아디아와 바이러스의 불활성이 각각 3log와 4log이어야 함.

◦소독처리수에 독성이나 맛, 냄새가 없어야 함.

◦원하지 않은 DBPs의 형성이 최소화.

◦사용된 소독제와 형성될 수 있는 부산물에 대한 최대오염허용농도(MCLs, 공공용수에서 허용된 용존물질의 최대 농도)를 만족

 

 

3.염소 소독

1)역사: 1830년대 맛, 냄새를 제어하기 위해 사용.

2)목적: 맛·냄새 제어, 조류제어, 여과재 상태 조정, 철/망간의 제거, 황화수소의 제거, 색도 제거

3)사용형태: 염소(액체, 기체) , 차아염소산나트륨(칼슘), 기체이산화 염소

4)원리(반응): p. 276

–Cl2 + H2O → HOCl + HCl (~ pH 6) : 유리잔류염소

–HOCl → H+ + OCl-  (pH 7.5 이상) : 유리잔류염소

–살균력:  HOCl 이 OCl- 보다 80배 강함

–OH-라디칼 > 오존 > 유리잔류염소 > 이산화염소 > 결합잔류염소

 

 

5)주입방법 및 주입량

–건식법 : 기체상태로 수중에 주입

–습식법 : 염소가스를 물에 녹여 주입

–주입량 : 여과수 수질에 따라 결정

–(염소요구량 + 잔류염소량)으로 구함

–염소요구량 : 살균과 산화가 종료될 때까지 소비된 양.

–잔류염소량 : 소독 후 수중에 잔류하는 (유리+결합)염소량.

 배수.급수 시 세균에 오염되는 경우 대처하기 위함.

 평상시 : 0.2(유리), 1.5(결합)mg/L 이상

 오염시 : 0.4(유리), 1.8(결합) mg/L 이상

 

 

6)클로라민(결합잔류염소) 소독

–염소가 수중의 암모니아와 반응하여 존재하는 형태

–HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O (모노클로라민) : pH 7.5이상

–2 HOCl + NH3 → NHCl2 + H2O (디클로라민) : 중성부근

–3 HOCl + NH3 → NCl3 + H2O (트리클로라민) : pH 5이하

–소독력은 유리잔류염소보다 떨어지고(NCl3 < NHCl2 < NH2Cl의 순) 산화력이 대단히 약하므로 chloramine의 절대량이 많아야 소독효과가 충분함.

–chloramine은 염소냄새가 없고 커피나 차맛 변질이 적으며 산화력이 약하여 환원성물질에 의한 소모되는 양이 적어 세균의 재발생에 대한 잔류효과가  크므로 염소소독 때는 암모니아법이 이용되기도 한다.

–접촉시간이 길면 pH, 온도의 영향으로 주입량 조정이 어려워 널리 이용되지 않음.

7)염소주입량과 잔류염소와의 관계(불연속점 염소소독)

 

–

 

8) 소독에 의한 미생물의 불활성화 율 (Chick 식)

◦(dN_t)/dt=-kN_t

–(dN_t)/dt : 시간에 따른 미생물의 농도 변화,  k: 살균반응 속도상수

–N_t : 시간 t에서의 살아있는 미생물 개체수,   t: 접촉시간

–N_0를 시간 t=0에서의 미생물개체수라 하고 적분하면

           N_t/N_0 =e^(-kt)  →   〖 ln〗⁡〖N_t/N_0 =-kt〗. 

–k는 〖 ln〗⁡〖N_t/N_0 〗 와  접촉시간 t 의 관계에서 구함

◦Chick-Watson 식

–소독제농도를 추가해서 고려한 식.

–미생물사멸율은 소독제 농도의 n제곱과 접촉시간과의 곱에 비례.

 〖 ln〗⁡〖N_t/N_0 =-kC^n t〗  (n=1)n이 1일 경우 미생물의 불활성화율은 소독제의 농도(C)와 접촉시간(T)에 의해 결정됨. ⇒ CT값

–

◦

 

}CT요구값과  CT계산값

◦CT요구값

–미생물 불활성화에 필요한 CT값. (이론적인 값)

–목표미생물의 불활성화율, pH, 수온, 소독제의 농도에 따라 변화.

◦CT계산값

–실제 유출부에서의 잔류농도(mg/L) x 접촉시간(정수지 시설용적 ÷ 실시간 유량)에 따라 변화. (실제 값)

}불활성화비

◦CT계산값  을  CT요구값으로 나눈 값

◦1이상이면 정수처리기준을 만족하는 것으로 평가

–

4)오존소독

◦오존가스(O3)는 소독과 산화작용에 널리 사용되는 강력한 산화제.

◦박테리아 박멸효과가 빠르며 주입농도를 2～3 mg/L로  접촉시간은 보통 4～10분 정도로 한다.

◦염소보다 바이러스, cysts(낭포) 및 oocysts(접합자낭)의 박멸에도 더 효과적

–USEPA(미국환경보호청): 오존주입을 접촉지 1개 지점 이상에 시행하므로 오존접촉지의 첫 번째 접촉지점의 유출부에서 잔류오존농도를 각각 0.1 mg/L 와 0.3 mg/L 를 유지한다면 바이러스와 Giardia에 대한 불활성화를 각각 1-log와 0.5-log 보장.

–첫 번째 접촉조의 유출부에서 오존잔류농도를 0.3 mg/L또는 그 이상 유지하면 다음 단계에서 필요한 Ct 값을 상당히 낮출 수 있다.

–1단계 접촉조에서 오존요구량에 따라 체류시간과 오존주입량이 달라지며, 2단계에서는Ct 값을 1.6 mg〮min/L 로 유지(접촉시간 t＝4분, 오존농도 C＝0.4 mg 유리잔류오존 유지)하므로 소독이 보장된다