자외선 살균

UV 주요작용

자외선은 태양광선 중에 9%가 있으며 인공적으로는 방전 램프에 의해서 만들 수 있는데, 그 원리는 방전시 수은원자의 최외각 전자가 여기되었다가 기저상태로 복귀하면서 방사하는 전자기파가 각각의 에너지 준위에 따라 1849A 2537A, 2967A, 3650A 등의 자외선으로 나타난다. 이때 방사되는 각 파장의 에너지와 에너지 준위에 따른 역할이 다르며, 파장에 따른 명칭 및 용도는 다음과 같다.

자외선 살균 효과

자외선 살균 효과는 자외선의 파장에 따라 전혀 달라지며 250~260nm 파장의 UV가 가장 효과적이다 250nm~260nm 파장에서의 살균효과는 피조사 되는 적산UV량(방사강도*조사시간)에 정비례하는 관계가 있다. 더구나 자외선 살균효과는 수십 수백종의 균종과 아직 알려지지 않은 새로운 바이러스에 대해서도 비슷하다. 특히 새로 생기는 변종에 대한 살균효과도 기존의 알려진 바이러스와 비슷하다는 것은 약품에 의한 살균보다 매우 큰 장점이다.

오존의 살균 특성

오존은 산화력이 강력하기 때문에 바이러스를 포함하는 광범위한 미생물균에 대하여 살균 불활성화 작용이 있으며 보수 관리도 비교적 용이하고 살균작용외에 탈취, 탈색 정화작용도 겸하는 등 다양한 이점을 가지고 있습니다.

오존에 의한 살균은 세포벽의 파괴로 이루어지며, 염소방법보다 3.125배의 산화속도를 갖고 있으며(미생물의 불활성화),0.04ppm수준의 농도에서 4분 처리시 박테리아, 바이러스 곰팡이 및 균류를 살균시킬 수 있다고 보도된 바 있습니다.

, 자외선 조사에 의한 살균 방식 원리

자외선 램프는 유리관 대신 자외선을 효율적으로 투과시키는 석영관을 사용하여 램프의 양끝에 텅스텐 필라멘트가 있고 필라멘트 외부에 산화바륨, 산화칼슘, 산화 스트론듐 등 열전자를 방사하기 쉬운 물질을 도포하여 열전자 방출을 원활히 하는 구조로 설계

많은 물질은 자외선에 대하여 불투명하지만 그 정도는 물질의 종류나, 자외선의 파장에 따라 여러가지 값을 가진다. 보통의 유리는 매우 파장이 긴 자외선만을 통과시키지만(크라운유리에서는 350nm) 수정이나 형석, 암염등은 대략 190nm 까지의 비교적 단파장의 자외선을 잘 통과시키므로 이들 물질이 자외선 분광기 등에 이용되기도 한다. 액체속에서는 물이 자외선에 대한 투명도가 높아서 185nm까지의 자외선을 통과 시키며 250nm의 자외선은 파장이 길므로 비교적 투과도가 좋다. 한편 사람의 피부에 대해서도 긴 파장의 자외선일수록 투과력이 강하여, 390nm 보다 파장이 긴 자외선은 진피까지 도달하지만 300nm 이하인 단파장의 자외선은 표피내에서 차단된다.

자외선은 화학작용, 생리작용이 크며 사진건판을 강하게 감광시킨다. 표백작용이 강하므로 안료 염료등은 햇빛에 포함되어 있는 자외선에 의해 색이 바랜다. 또 피부가 햇볕에 그을리게 되는 것도 자외선의 화학작용에 의한것으로서, 파장 325nm~290nm의 범위에 있는 자외선은 이작용을 뚜렷하게 나타낸다. 더욱이 자외선에는 살균작용이 있으며, 특히 250nm 부근의 파장을 가진 것은 큰 살균력을 가지고 있어서 1c 100μW 의 강도를 가진 자외선을 1분간 쪼이면 대장균, 디프테리아균, 이질균 등은 99%가 죽는다.

. 광산화법(자외선+오존)의 원리와 살균효과

오존은 THM 생성억제, 맛, 응집침전 개선효과 및 생물학적 활성도 증대효과 등의 잇점과

강한산화력을 갖고 있으나, 실제 오존은 대다수 유기물과의 반응이 느리거나

(맛,냄새,유발물질인geosmin, MIB와 THM과 같은 포화탄화수소,농약등) 어떤 유기물과는

전혀 반응을 하지 않는 등 유기물과의 반응이 매우 선택적인 것이 결점으로 지적되면서

새로운 공정을 개발하게 되었는데, 이것이 바로 고급산화법 즉 AOP(Advanced Oxidation process)이다.

AOP란 인위적으로 오존의 분해를 유발시키거나 광분해 등과 같은 방법으로 반응성이 높은

중간 생성물인 OH라디칼을 생성시켜 유기물질을 산화분해시키는 보다 진보된 기술을 말한다.

그 종류로는 크게 High pH/O3, H2O2/O3, UV/O3, H2O2/UV의 4가지로 분류되며

이들 AOP공정의 공통점은 직접 주입한 산화제로부터 처리 효과를 기대하기 보다는

중간 물질로 생성된 OH라디칼에 의존한 방법이며, 최종 목표는 OH라디칼의 생성농도를

극대화하는 것이다.

AOP공정은 기존의 산화제인 염소, 이산화염소, 과망간산칼륨 보다 훨씬 강한산화력을 가지고

있을 뿐만 아니라 오존만 단독으로 사용했을 경우 보다 경제적, 효율적으로 효과가 배가되는

장점을 가지고 있다.

자외선과 오존을 병행하여 이용한 고급산화법(UV/O3 AOP)을 광산화법이라고 하는데,

이 광산화법은 오존이 자외선 에너지에 의해 광분해되는 초기반응 단계에서 과산화수소가 중간 물질로

생성되고 여러 경로를 거쳐 OH radical 생성하게 된다.

이 OH radical이 자외선과 오존의 살균력을 100배이상 증대시키는 것이다.

이렇게 광산화법은 오존의 광분해로 과산화수소를 직접 생산하며 오존 외에 자외선에 의해서도

유기물질을 직접 제거할 수 있다.

즉, 광산화법에 의한 유기물질의 제거반응은 오존과 직접적으로 반응하여 제거되는 경로,

OH라디칼에 의해 제거되는 경로, 자외선에 의해 광분해되는 경로로 구분되어 오존을

단독으로 사용했을 경우보다 월등한(10-104배 이상) 상승작용효과(synergy effect)를 얻을 수 있다.

특히 광산화과정에서 생성되는 OH라디칼은 불소(F) 다음으로 높은 산화환원 전위를 가지고있어

높은 산화력을 갖고 있으므로 자외선과 오존에 의한 광산화법은 높은 살균효과는 물론

각종 유기물, 유해물질의 분해, 악취제거 및 각종 수처리공정 등에도 매우 효과적으로 적용될 수 있는

공정이다.

자외선을 이용한 광산화법은 살균 분야에 가장 먼저 응용되었는데

1940년대 미국의 GE사에서 실용장치를 개발하였으나 실용화되지는 못하였고

1970년대에 들어서야 일본의 "도레이"사가 이의 실용화에 성공한 것으로 알려져있다.

이후 일본의 교토대학, 미쓰비시 전기, 공업시험장, 미국의 환경보전국, 켈리포니아 수도국 등에서

광산화법을 응용하였고 1986년 암스테르담회의, 1989년 베를린회의를 거쳐 AOP방식을

국제적으로 인정하기에 이르렀다.

최근에는 일본의 SEN LIGHT사가 공기 중 살균장치인 "UV바이오클린"을 개발하여

AOP방식의 대중화를 이루었는데 실제 오존의 특성상 공기중 효과가 매우 뛰어나

다용도로 널리 활용되고 있다.

국내에도 일부 제품이 수입된 적이 있으나 가격이 고가여서 대중화되지 못하였고

최근에는 PURIZONE이 이를 국산화하여 저가로 공급하고 있다.