소독제 종류 및 특성

왜 배우는가: 정수처리의 소독 공정은 수인성 전염병 예방과 소독부산물 관리가 함께 걸려 있어 소독제 비교 문항의 공통 전제가 된다. 소독제의 특성을 원리와 함께 이해해야 방식별 장단점을 답안에 정확히 옮길 수 있다.

출제 이력: 제134회 3교시 4번, 제132회 1교시 2번, 제126회 2교시 4번, 제102회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

소독제는 병원성 미생물을 죽이거나 감염 능력을 없애는 데 쓰는 화학물질이다. 소독은 병원성 미생물을 제거하거나 사멸시키는 조작이며, 세균성 아포까지 모두 없애는 멸균과 구분된다. 결핵균이나 장 바이러스 같은 병원성 미생물은 소독으로 파괴되지만, 세균성 아포는 소독으로 파괴되지 않는다. 따라서 정수처리에서 쓰는 소독제는 멸균제가 아니라 병원성 미생물의 감염력을 없애는 약품으로 이해해야 한다.

소독과 구분해야 할 개념도 있다. 방부는 미생물의 증식과 대사를 억제하여 부패를 막는 것이고, 소독은 병원성 미생물 자체를 제거하는 것이다. 방부만으로는 소독 효과를 얻을 수 없다는 점에서 두 개념은 목적이 다르다.

답안 첫머리에 쓸 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 살균력: 미생물을 사멸시키는 능력이며 소독제를 고를 때 가장 먼저 보는 조건이다.
• 산화력: 소독제가 미생물의 세포 성분을 산화시켜 기능을 잃게 하는 능력이다.
• 잔류성: 소독 효과를 내는 물질이 배수관 말단까지 남아 효과를 유지하는 성질이다.
• 접촉시간: 소독제가 미생물과 접촉하는 시간이며 농도와 함께 소독 효과를 정한다.
• 소독부산물(DBP): 소독제가 원수 속 유기물이나 무기물과 반응하여 새로 생기는 물질이다.
• 자외선 조사: 자외선의 빛 에너지로 핵산을 손상시켜 복제를 막는 물리적 소독 방식이다.
• 결합잔류염소: 염소가 암모니아성 질소 등과 결합하여 생성된 형태의 잔류 염소이다.

2. 개념 풀이

소독제는 열이나 자외선처럼 에너지를 가하는 물리적 소독과 구분되는 화학적 소독에 쓰는 약품이다. 화학적 소독은 약품을 물에 용해시켜 미생물에 직접 작용시키는 방식이며, 물리적 소독을 적용하기 어려운 경우에 쓰인다. 화학적 소독제가 갖춰야 할 조건은 살균력이 강할 것, 인체에 독성이 없을 것, 냄새가 없을 것, 침투력이 강할 것, 사용법이 간단하고 값이 저렴할 것이다. 정수처리에서는 여기에 수도관 안에서 효과가 유지되는 잔류성이 더해진다.

화학적 소독의 원리는 크게 두 가지이다. 첫째는 산화작용으로, 염소, 이산화염소, 오존 같은 강한 산화제가 미생물의 효소와 세포막 성분을 산화시켜 대사를 멈추게 한다. 둘째는 단백질 변성으로, 강산이나 강알칼리, 중금속 염류는 세포 단백질의 구조를 바꾸어 기능을 잃게 한다. 염소와 요오드는 단백질과 화합물을 만들어 작용하는 것으로도 설명된다.

자외선은 화학약품과 원리가 다르다. 자외선은 DNA와 RNA 같은 핵산에 흡수되어 구조를 손상시키므로 미생물이 복제하지 못하게 된다. UV-C 영역(200~280nm)에서는 파장 254nm가 미생물을 불활성화하는 데 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 자외선은 물의 성질을 바꾸지 않고 부산물을 남기지 않지만, 빛이 닿은 지점에서만 작용하므로 화학적 소독과 병행되어야 한다.

소독 효과는 잔류 농도와 접촉시간에 따라 좌우된다. 농도가 높으면 짧은 시간에도 효과가 나타나고, 농도가 낮으면 접촉시간을 늘려야 같은 효과를 얻는다. 소독력은 여기에 미생물의 종류와 생리적 상태, 온도, pH, 물속 유기물과 무기물의 농도가 더해져 결정된다. 같은 소독제라도 원수의 수질이 나쁘면 효과가 낮아질 수 있으므로 소독제 선정은 원수 수질과 함께 검토해야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

정수처리는 응집, 침전, 여과 공정으로 탁도와 대부분의 미생물을 제거하지만, 병원성 미생물을 완전히 없애기는 어렵다. 그래서 정수장의 마지막 단계에서 소독제를 주입하여 미생물 오염을 막고, 배수관 말단의 수돗물까지 안전성을 유지한다. 소독은 수인성 전염병을 막기 위한 필수 공정이다.

염소는 저렴하고 잔류성이 좋아 오랫동안 기본 소독제로 쓰였다. 그러나 염소는 원수 속 부식질 같은 자연유기물과 반응하여 트리할로메탄(THM)과 할로아세트산(HAA) 같은 소독부산물을 만든다. 브롬화 이온이 있는 원수에 오존을 쓰면 브롬산염이 생성되는 문제도 있다. 이처럼 소독부산물이 문제가 되면서 염소 단독 사용을 줄이려는 대체 소독 방식이 검토되었다.

브롬산염은 국제암연구소(IARC)에서 발암 가능 물질로 분류되었다. 미국과 유럽연합은 음용수 중 브롬산염을 10μg/L 이하로 제한한다. 이 기준 때문에 오존을 적용하기 전에 원수의 브롬화 이온 농도를 먼저 살펴야 한다.