[소독능]

소독능

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○기출문제

• 염소소독시 소독력에 미치는 영향인자 및 결합염소
• 소독능 평가
• 염소소독에 영향을 미치는 인자
• 불활성화비
• 소독능 및 불활성비 계산방법

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여과지 운영시에는 통합여과수의 탁도를 4시간 간격으로 측정하여야 하며 탁도 측정값이 1 NTU를 넘지 않도록 운영하여야 하도록 규정하고 있다. 또한 소독시설을 운영할 때는 불활성화비가 1 이상 달성되도록 하여야 한다.

정수처리기준의 목적은 현재 우리나라에서는 “병원성 미생물로부터 안전한 수돗물의 생산“이다.

다시 말해 병원성 미생물로부터의 안전성이 확보되는데 필요한 정수시설 운영기준이 바로 정수처리기준이라고 보면 된다.

 

○개요

소독능이란 병원성 미생물의 위험을 제거하기 위해 필요한 소독의 정도를 의미하며 소독제의 농도와 소독제와 미생물의 접촉시간을 곱하여 나타낸다.

 

○계산법

소독능(CT) = C*T

 

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○불활성화비

(1) 계산된 불활성화비가 1이상이면 기준 준수

(2) 불활성화비의 계산은 취수지점으로부터 정수지 유출지점까지를 원칙으로 한다.

(3) 불활성화비가 기준에 못미칠시 시설개선 및 주민공지 등 적절한 조치필요

 

○정수처리 기준

구분	침전,여과(탁도)	소독(CT)
바이러스	2log	4log
지아르디아 포낭	2.5log	3log
크립토스포리디움	2log	-

​○ CT요구값

1)정수처리 기준표에서 측정된 pH와 온도에서의 CT요구값 산정

2)일반적으로 측정된 값보다 높은 pH와 낮은 온도적용

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○ CT계산값

C값 : 정수지 유출부, 잔류소독제 농도 측정지점에서 측정한 값 중 최소값

T값

1)1일 사용유량이 최대, 최소소독제 주입시간에 측정

2)이론적 방법 : 수리학적 체류시간 * 환산계수T10/T(0.1~1.0)

*장폭비 50이상, 도류벽이 일정하지 않은경우 추적자 실험 이용

3)추적

자 실험 : 추적자 물질의 10%가 유출되는 시간을 측정

*물질 : CaF2, NaF, LiCi

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○ CT값 영향인자

C : 온도, pH, 유기물질, 미생물, 염소형태, NH4

T : 수위, 단락류, 밀도류, Dead space, 장폭비

 

○ CT 향상방안

C값

1)정수지 청소

2)전염소, 중간염소 투입 : DBPs 생성 주의

3)소독제 농도 증가 : 소독능이 강한 O3, ClO2, F등 사용

4)온도증가 : 25도씨 이상에서 After growth 주의

5)pH 7이하로 유지 : (소독력 : 유리잔류염소 > 결합잔류염소)

6)여과효율증대

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T값

1)염소주입시설 개선 : 디퓨저 사용

2)T10/T값 0.7이상으로 향상

3)도류벽 설치 : 접촉시간 증대

4)정수지 수위 증대 : HRT 증대

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병원성 미생물

 

구분	바이러스	지아르디아	크립토스포리디움
정의	바이러스란 기본적인 유전정보(핵산)와 이를 둘러싼 단백질(캡시드)로 구성된 비세포적인 구성체로서 보통 생물과 무생물의 중간형태로 간주된다.	수인성 질병을 일으키는 병원성 원생동물의 일종이다. 여기서 원생동물(Prot ozoa)이란 세균보다 큰 단세포생물로써, 원시적인 동물형태의 미생물을 말한다.	크립토스포리디움 또한 병원성 원생동물의 일종으로, 증식을 위해서는 숙주가 반드시 필요한 절대기생체이다.
특징	위장염, 호흡기질환, 마비, 설사, 간염 등	복통을 동반한 설사병 헛배부름, 경련, 팽창, 피로, 식욕감퇴, 메스꺼움, 체중감소, 구토	복통 유발 설사 (염소 내성)
감염경로	바이러스는 숙주에 매우 특이적으로 감염하므로, 사람에게 질병을 일으키는 병원성바이러스는 원칙적으로 사람에게만 제한적으로 기생하고, 식물바이러스는 식물에만, 콜리파아지와 같은 박테리오파아지는 세균에만 감염한다.	지아디아의 숙주는 양서류, 조류, 포유류 등 40여종에 이를 정도로 매우 넓다. 따라서 사람과 각종 가축, 애완동물, 야생동물 등의 분변에 포낭이 섞여 배출될 수 있는 것이다. 이는 하수․분뇨처리 장 뿐만 아니라 축산폐수처리장도 주요한 오염원이 될 수 있다는 것을 의미한다.	감염경로는 사람간, 사람 - 동물(특히 가축)간 접촉이 주된 경로이며, 드물게 오염된 음식이나 물 섭취가 원인이 되지만 상수계통이 원인인 경우에는 폭발적인 양상을 띈다.
분석방법	세포배양법	면역형광항체법	면역형광항체법

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○바이러스

바이러스란 기본적인 유전정보(핵산)와 이를 둘러싼 단백질(캡시드)로 구성된 비세포적인 구성체로서 보통 생물과 무생물의 중간형태로 간주된다. 보통 크기가 수십에서 수백 ㎚(1 nm = 1×10-6㎜)로 매우 작아 일반현미경으로는 관찰이 불가능하며 수십만배 확대가 가능한 전자현미경으로만 직접 관찰할 수 있다.

바이러스는 숙주(host)에 감염하여야 생물체로서의 자기증식을 할 수 있는 절대기생체이다.

다 시 말해 바이러스는 대장균과 같은 세균과는 달리 자연환경이나 관망에서 증식하지 않는다.

따라서 바이러스는 환경 중에서는 무생물적 입자와 같은 거동을 보인다.

바이러스는 숙주에 매우 특이적으로 감염하므로, 사람에게 질병을 일으키는 병원성바이러스는 원칙적으로 사람에게만 제한적으로 기생하고, 식물바이러스는 식물에만, 콜리파아지와 같은 박테리오파아지는 세균에만 감염한다.

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분석방법 : 세포배양법

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○지아르디아 포낭

수인성 질병을 일으키는 병원성 원생동물의 일종이다.

여기서 원생동물(Prot ozoa)이란 세균보다 큰 단세포생물로써, 원시적인 동물형태의 미생물을 말한다. 원생동물 중 기생생활을 하는 종류를 기생성 원생동물( 또는 기생성 원충) 이라 하며, 지아디아는 대표적인 기생성 원충의 하나이다. 사람에 감염을 일으키는 종류는 Giardialamblia(Giardia duodenalis, Giardia intestinalis라고도 불리움) 로, 우리나라에서는 람블편모충이라 불러왔다.

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복통을 동반한 설사병을 유발하는데, 헛배부름, 경련, 팽창, 피로, 식욕감퇴, 메스꺼움, 체중감소, 구토 등의 증상이 나타날 수 있다. 건강한 사람은 1～2주 이내에 자연 치유되지만, 면역기능이 저하되거나 약한 영유아, 면역결핍환자에겐 탈수로 이어질 수 있다. 감염경로는 사람간, 사람-동물(특히 가축, 애완동물)간 접촉이 주된 경로이며, 드물게 오염된 음식이나 물 섭취가 원인이 되지만 상수계통이 원인인 경우에는 폭발적인 양상을 띤다.

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지아디아의 숙주는 양서류, 조류, 포유류 등 40여종에 이를 정도로 매우 넓다. 따라서 사람과 각종 가축, 애완동물, 야생동물 등의 분변에 포낭이 섞여 배출될 수 있는 것이다.

이는 하수․분뇨처리 장 뿐만 아니라 축산폐수처리장도 주요한 오염원이 될 수 있다는 것을 의미한다.

인적이 없는 깊은 산속에서도 야생동물로 인해 지아디아 포낭이 발견된다.

가축에서 배출된 지아디아가 사람을 감염시킬 수 있다.

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분석방법 : 면역형광항체법

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○크립토스포리디움 난포낭

크립토스포리디움 또한 병원성 원생동물의 일종으로, 증식을 위해서는 숙주가 반드시 필요한 절대기생체이다.

현재 20여종이 알려져 있지만, 주로 Cryptosporidium hominis, Cryptosporidium parvum이 사람에게 감염성이 있으며, 이 중 Cryptosporidium parvum은 감염된 소에도 다량 배출되는 것으로 알려져 있다.

최근에는 말, 돼지 등의 가축, 개, 고양이, 쥐 등에서도 사람 감염성이 있는 난포낭의 배출이 발견되기도 하였다.

크립토스포리디움은 체내의 장관계통에서는 같은 형태로 기생, 증식하다가 분변에 섞여 체외로 배출되는데 이때는 포낭형태를 띄며, 유성생식을 거치므로 특별히 난포낭(Oocyst)이라 불린다

크립토스포리디움의 난포낭(Oocyst)은 직경 4～6 ㎛ 크기의 공 모양으로, 배출된 난포낭은 환경중에서 증식하지 않으며, 매우 두꺼운 벽으로 둘러싸여 있기 때문에 환경에서 수개월까지 생존하며 서서히 사멸된다.

우리가 환경에서 볼 수 있는 형태는 난포낭 뿐이다.

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복통을 동반한 설사병을 유발하는데, 건강한 사람은 1～2주 이내에 자연 치유되지만, 면역기능이 저하되거나 약한 영유아, 면역결핍환자에겐 탈수로 이어져 치명적일 수 있다. 감염경로는 사람간, 사람 - 동물(특히 가축)간 접촉이 주된 경로이며, 드물게 오염된 음식이나 물 섭취가 원인이 되지만 상수계통이 원인인 경우에는 폭발적인 양상을 띈다.

난포낭의 감염력은 특히 매우 강해 미국의 수질사고 시 수돗물중의 난포낭 농도를 추정해보면 한 개 내지 몇 개의 난포낭인데도 감염이 발생한 것으로 밝혀졌다.

미국에서 있었던 자원자실험에 의하면, 난포낭을 섭취한 사람의 절반이 감염되는 개수(ID50)는 132개로 측정되었다.

크립토스포리디움의 경우, 세계 각지에서 발생한 수인성 집단질병으로 가장 큰 사례로는 ’93년 미국 밀워키에서 크립토스포리디움에 오염된 수돗물이 공급되어 40만 명이 감염되고 50여명이 사망한 경우이다.

우리나라에서는 ’12년 5월 23일 한 노후아파트 저수조에 정화조 오수가 유입되어 크립토스포리디움에 오염된 결과 주민 228명이 설사를 호소한 사례가 있었다.

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염소에 대해서는 극도로 강한 내성을 가져 염소소독공정은 아무 효과가 없다.

크립토스포리디움은 염소 소독에 의한 일부 제거조차도 불가능하므로, 오존, UV 등의 대체소독제를 사용하지 않는 한, 여과까지의 과정에서 총제거율을 달성해야 한다.

난포낭은 수중 탁질 중 미세입자로 분류되며 수중에서 음전하를 띄는 콜로이드형태로 존재하므로, 응집․침전 및 여과 공정이 최적 운영될 경우 99.7～99.9 %(2.5～3.0로그) 정도 제거될 수 있다.

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오존은 염소보다 강력한 산화제이기 때문에, 원수의 크립토스포리디움 오염정도가 높아 99 % 를 초과하는 제거율이 필요한 경우에는 염소소독에 대한 대체소독제로 권장된다.

하지만 오존의 경우 에는 수온에 따라 소독효율의 차이가 크므로, 주의해야 한다. 예를 들어 20 ℃에서는 3.9 mg･min/L 로도 90 % 불활성화가 가능하지만, 수온이 1 ℃일때는 이보다 6배 강한 23 mg･mi n/L이 필요하다.

크립토스포리디움 난포낭은 3~9 mJ/㎠ 로도 99.9 %가 불활성화될 정도로 자외선 소독에는 매우 약한 것으로 보고되었으며, 미국에서는 12 mJ/㎠을 확보한 경우 난포낭이 99.9 % 가 불활성화된 것으로 인정하고 있다.

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분석방법 : 면역형광체법, 보통 지아르디아와 동시검출

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크립토스 포리디움에 의한 집단 질병 사례

 

Log 불활성화율과 % 불활성화율은 다음 식에 따라 계산된다.

% 불활성화율 = 100 - (100/10log 불활성화율)

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여기서 수질목표를 “바이러스 등 병원성 미생물 불검출”로 설정하지 않은 이유는, 불행하게도 이들 처리내성 미생물로부터의 안전성 확보가 그리 쉽지 않기 때문이다. 우선, 바이러스 등의 병원성 미생물은 살모넬라와 같은 병원균에 비해 아주 작은 양으로도 체내에서 감염을 일으킨다

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그렇다고 해서 이들 미생물을 불활성화시키기 위해 염소 투입량을 무한정 높일 수는 없다. 과도한 소독은 맛･냄새 문제나 소독부산물 문제 등 또 다른 수질문제를 발생시킬 수 있으며 경제적인 부담도 고려되어야 한다.

따라서 정수처리기준에서는 이들 처리내성 미생물의 100 % 제거가 과학적으로 불가능하므로, 기술적으로

그리고 경제적으로 허용 가능한 위해정도 즉 건강위해도(He a l t h risk)에 기초해 각 미생물의 제거목표를 설정 하였다.

구체적으로 “정수처리를 통해 바이러스 99.99 %(4로그) 이상, 지아디아 포낭 99.9 %(3로그) 이상 및 크립토스포리디움 난포낭 99 %(2로그) 이상 제거”목표는 10-4의 위해도에 기초하고 있다

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정수처리기준에서는 정수공정에서의 미생물 제거율을 극대화하기 위해 각 공정별로 미생물의 제거정도

를 직접 측정할 필요가 있다. 제거효율은 보통 퍼센트 제거율로 표현되지만, 미생물은 지수적으로 증식․감

소하므로 미생물 제거효율은 로그제거율로 나타내는 것이 효과적일 경우도 있다. 처리내성 미생물의 관리

를 위해서는 먼저 로그제거율을 정확히 이해할 필요가 있다.

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밀워키사건은 1920년 이래 미국에서 가장 큰 수인성 집단발병사건으로 1993년 3월에서 4월 사이에 발생했다.

미국 위스콘신 주에 위치한 밀워키시민 160만 명이 크립토스포리디움이 함유된 수돗물에 노출되어 이중 40만 명(25.1 %)이 발병하였고 면역력이 결핍된 에이즈환자 50여 명이 사망하였다.

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사건은 갑자기 설사환자의 응급실 방문이 급증하고 시 전역에서 설사약이 고갈되면서 집단발병으로 인식되기 시작했다.

원인조사결과, 설사환자의 분변에서 크립토스포리디움이 검출되고 사고 당시 만들어졌던 얼음에서 크립토스포리디움이 검출되면서 수돗물속의 크립토스포리디움이 원인으로 밝혀졌다.

당시 밀워키 시는 미시간 호를 상수원으로 하고 응집침전 및 여과, 소독의 표준정수처리를 실시하고 있었다.

사고 직전 집중호우와 해빙으로 원수 탁도가 상승하고 하천유랑이 증가한 반면 응집 및 여과효율은 향상되지 않은 결과, 정수 탁도가 0.25 NTU 에서 1.71 NTU로까지 증가하고 크립토스포리디움도 적절히 제거되지 않았던 것으로 추정되었다.

특히 30년간 사용해온 응집제 알럼을 PAC로 변경하는 과정에서 응집제 주입율이 원수 수질변화에 따라 적절하지 못했으며, 역세척수를 그대로 재순환시킨 결과, 여과공정에서 농축된 크립토스포리디움 오시스트가 원수 농도를 증가시켜 완전제거를 어렵게 만들었던 것으로 확인되었다.

오염원으로는 취수장 상류에 위치한 도살장과 하수처리장, 소의 방목장 등이 주목되었다.

사고 직후 정수장은 일시 폐쇄되었다.

이러한 정수처리상 문제에도 불구하고 당시 정수는 모든 수질기준을 만족했으며 특히 병원미생물 지표인 대장균군 검사에서 조차 음성결과를 보였다. 이를 계기로 미국에서는 현재의 먹는 물 수질기준이 충분하며 특히 대장균군 검사로서 모든 수인성 사고의 예방이 가능한가에 대한 논란이 일어나는 계기가 되었다.

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출처 : 정수처리기준