물 미생물학의 이해

미생물학(microbiology)의 발전은 우리가 마시는 물공급 시스템에서 어떤 미생물이 살고 있으며, 어떻게 자연적으로 번성하는지, 그리고 건물 내 물탱크 및 배관과 각 가정의 수도꼭지에서 깨끗하고 안전한 물을 유지할 수 있는지를 연구하고 이해할 수 있는 새로운 방법을 제공하고 있다.

수돗물, 생수(먹는샘물) 등 완벽하게 안전한 물이라도 물을 담는 컵 등 용기에는 수백만 개의 비병원성 미생물을 함유하고 있다. 또한 수원지, 저수조, 물탱크 및 수도관 등 전체 물공급 시스템에는 여러 종류의 박테리아, 조류, 무척추동물, 바이러스 등이 서식하고 있지만 대부분 수질기준 내에서는 사람에게 안전하다. 그러나 장관 출혈이나 설사, 복통, 발열 증상을 유발하는 대장균(Escherichia coli), 지아디아(Giardia), 크립토스포리디움(Cryptosporidium)과 같은 병원성미생물은 위험하다.

K-water·전국 지자체 등 수돗물 공급기관은 상수원에서부터 가정집 수도꼭지까지 물을 보호할 의무가 있다. 그러나 일부 상업용 건물 관리자는 물 분배 시스템 내의 물 안전 및 위생과 수원지점(지하수 등 시추공을 통한 공급)에서 최종 공급 지점(수도꼭지, 샤워기 등)까지 물 시스템의 소독을 담당한다.

미생물 및 유기오염물질은 시각(육안), 후각(냄새), 미각(맛)을 통해 항상 감지될 수는 없다. 따라서 물의 소독 및 정화방법을 포함한 좋은 물위생 및 물소독 기술은 사람의 건강을 보호하고 일반적인 박테리아, 바이러스 및 오염물질을 제거하는 데 필수적이다.

먹는물 수질기준

사람은 매일 2〜3L의 물을 평생 마시고 있어 먹는물에 유해물질이 미량으로 함유되어 있더라도 건강에 미치는 영향은 매우 크다. 그래서 대부분의 국가에서는 하천수, 호소수 등의 표류수를 취수 및 정수처리한 후 먹는물로 공급하고 있다.

그러나 표류수는 많은 유해물질들에 의해 오염될 수 있다. 세계보건기구(WHO) 보고서에 따르면 물에는 약 2천여 종의 물질로부터 오염될 수 있고, 약 750여 종은 실제로 검출되었다고 한다. 이에 따라 WHO를 비롯해 각 나라에서는 먹는물 중에 오염될 가능성이 높은 유해물질에 대하여 일생동안 섭취하여도 유해하지 않은 농도인 최대허용량을 ‘먹는물 수질기준(Water quality standards for drinking water)’으로 정해, 이 기준에 적합하도록 정수처리 한 후 공급(수돗물)하거나 페트병 등 용기에 담아 밀봉한 후 판매(먹는샘물, 먹는염지하수, 먹는해양심층수 등)토록 하고 있다.

먹는물의 수질기준도 시대에 따라 변하여 과거에는 주로 지표미생물, 지질성분, 중금속 등이었으나 현재는 농약, 유기화학물질, 소독부산물, 방사능물질 등 미량이지만 독성이 높은 물질로 변하고 있으며 그 농도도 ㎎/L 수준에서 ㎍/L 수준으로 강화되고 있다.

환경부의 「먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙」에 따른 종류별 먹는물 수질기준(2019년 7월 기준) 항목은 △수돗물 61개 △샘물(원수) 48개 △먹는샘물(제품수) 52개 △염지하수(원수) 48개 △먹는염지하수(제품수) 55개 △먹는해양심층수(제품수) 54개 △먹는물공동시설 48개 △음용지하수 48개 등이다. 

특히, 먹는물 수질기준은 △미생물 △건강상 유해영향 무기물질 △건강상 유해영향 유기물질 △소독제 및 소독부산물질 △심미적 영향물질 △방사능 등으로 구분하여 관리를 하고 있다. 

수돗물의 경우 61개 검사항목 중 미생물은 일반세균, 총대장균군, 대장균, 분원성대장균군 등 4개 항목이다. 또 건강상 유해영향 무기물질은 13개 항목으로 납(Pb), 불소(F), 비소(As), 셀레늄(Se), 수은(Hg), 시안(CN), 크롬(Cr), 암모니아성질소(NH3-N), 질산성질소(NO3-H), 카드뮴(Cd), 보론(붕소, B), 브론산염 등이다. 

건강상 유해영향 유기물질은 페놀, 다이아지논, 파라티온, 페니트로티온, 카바닐, 1.1.1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 1.1-디클로로에틸렌, 사염화탄소, 1.2-디브로모-3-클로로프로판, 1.4-다이옥산 등 17개 항목이다.

이와함께 소독제 및 소독부산물질은 11개 항목으로 유리잔류염소, 총트리할로메탄, 클로로포름, 브로모디클로로메탄, 디브로모클로로메탄, 클로랄하이드레이트, 디브로모아세토니트릴, 디클로로아세토니트릴, 트리클로로아세토니트릴, 할로아세틱에시드, 포름알데히드 등이다.

심미적 영향물질은 16개 항목으로 경도, 과망간산칼륨(KMnO4) 소비량, 냄새(소독 외의 냄새), 맛(소독 외의 맛), 동(구리), 색도, 세제(음이온계면활성제), 수소이온농도(pH), 아연(Zn), 염소이온, 증발잔류물, 철(Fe), 망간(Nn), 탁도, 황산이온, 알루미늄(Al) 등이 이에 속한다. 

물 속의 미생물 문제 

박테리아(세균)는 지구환경 어디에서나 살고 있는 매우 작고 가장 많이 번성한 생명체이다. 땅, 물, 공기와 같은 외부환경 뿐만 아니라 사람의 장이나 위 등 다른 생물체의 안에서 기생하여 발효나 부패를 일으키고 병원체가 되기도 하는 아주 작은 단세포 생물이다. 박테리아 및 곰팡이는 물에서 자연적으로 발견되는 죽은 유기체와 미생물의 노폐물과 몸(死體)을 분해하는 분해자이며, 그 성분을 재사용할 수 있게 한다. 인간에게 도움이 되는 박테리아가 있지만 해로움을 주는 박테리아도 많다.

병원성 미생물(바이러스 및 원생동물)은 인간에게 병을 유발하는 미생물로 바이러스, 세균, 진균, 원생동물, 리케차 및 클라미디아로 분류되며, 대장균, 장염비브리오균, 황색포도상구균, 살모넬라균, 콜레라, 쉬겔라 등의 균이 있다. 특히, 크립토스포리디움, 지아디아 등과 같은 원생동물은 소독, 살균 등 고도정수처리를 통해 제거될 수 있다.

■ 일반세균(Total Colony Counts)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 100CFU/mL

·정의 : ‘일반세균’이란 용어는 특정한 세균 종류가 아니고 흔히 부영양성 배지에서 단기간에 자라날 수 있는 호기성 종속영양세균 종류를 지칭한다. 일반세균은 일반적으로 물과 음식물 등의 오염에 따라 증가하므로 이의 안전성 평가에 활용할 수 있다. 이에 따라 일반세균의 개체수는 세계보건기구를 포함하여 모든 나라와 행정당국에서 다양한 환경, 상수 원수를 포함한 각종 용수원, 수돗물을 포함한 각종 음용수, 식품 등 공중보건 및 환경위생과 관련된 중요한 관리 또는 규제 기준의 하나로 이용하고 있다.

·오염물질 배출원 : 환경에 일반적으로 존재하며 하수, 폐수, 축산업, 수산업 등에서 배출된다.

·잠재적인 건강 영향 : 소독되지 않은 환경에서는 상시 존재가 가능하며, 먹는물에서는 총대장균군보다 상대적으로 많이 분포하며 유기영양분이 많을수록 높은 농도로 검출된다. 일반세균 자체는 인체 내에서 직접 병을 일으키는 경우는 거의 없으나 지나치게 많으면 배탈과 설사를 일으킨다.

■ 총대장균군(Total coliforms) 

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 불검출/100mL

·정의 : 그람음성 무아포성의 간균으로서 락토스를 분해하여 기체 또는 산(酸)을 발생하는 모든 호기성 또는 통성 혐기성균 혹은 갈락토스 분해효소(β-galactosidase)의 활성을 가진 세균으로 환경 중 가장 많은 수가 검출되므로 먹는물 및 처리수에서 중요한 지표세균으로 사용된다.

·오염물질 배출원 : 사람이나 동물의 분변에서 유래하는 것이 대부분이나 영양이 풍부한 물, 토양, 부패한 식물 등에 존재하는 종류도 포함된다.

·잠재적인 건강 영향 : 소독되지 않은 환경에서는 상시 존재가 가능하며, 대부분 비병원성이나 병원성대장균 등 일부는 장관출혈 등 병원성을 나타날 수 있다.

■ 분원성대장균군(Fecal coliforms) 

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 불검출/100mL

·정의 : 온혈동물의 배설물에서 발견되는 그람음성, 무아포성의 간균으로서 44.5℃에서 락토스를 분해하여 기체 또는 산을 발생하는 모든 호기성 또는 통성 혐기성균을 말한다.

·오염물질 배출원 : 사람이나 다른 포유동물, 조류의 분변에 많은 수가 항상 존재하고 분변으로 오염된 물이나 토양에서 주로 발견된다. 대장균 이외의 내열성 대장균군은 산업폐수 혹은 부패한 식물찌꺼기나 유기물이 풍부한 토양의 물에서 발생된다.

·잠재적인 건강 영향 : 소독되지 않은 환경에 상시 존재가 가능하며, 대부분 비병원성이나 병원성대장균 등 일부는 장관출혈 등 병원성을 나타낼 수 있다.

■ 대장균(Escherichia coli) 

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 불검출/100mL

·정의 : 총대장균군에 속하면서 베타-글루쿠론산 분해효소(β-glucuronidase)의 활성을 가진 세균을 말한다. 총대장균군, 분원성대장균군보다 분변 오염에 대한 특이성이 높아 가장 신뢰할 수 있는 분변 오염의 지표로, 물 속에 대장균이 존재한다는 것은 잠재적으로 위험한 오염을 나타내는 것이므로 즉각적인 주의가 요구된다.

·오염물질 배출원 : 사람, 사육동물, 조류, 양생동물 등의 분변으로부터 발생할 수 있으며 하수, 처리유출수, 자연수와 최근 분변에 오염된 토양 등에서 다양하게 발견되고 있다.

·잠재적인 건강 영향 : 소독되지 않은 환경에 상시 존재가 가능하며, 대부분 비병원성이나 병원성대장균 등 일부는 장관출혈 등 병원성을 나타날 수 있다.

물 속의 흔한 오염물질

수돗물 중의 오염물질에는 유기물질, 무기물질, 유해물질 등 세 가지로 볼 수 있다. 오염경로는 △상수원수에 유입된 오염물질이 정수처리 과정에서 걸러지지 않은 경우 △정수처리 과정에서 생성된 경우 △배·급수관이 녹슬거나 파손되어 오염물질이 생성되거나 유입된 경우 등으로 생각할 수 있다. 물에서 발견될 수 있는 일반적인 오염물질은 다음과 같지만 이에 국한되지는 않는다.

■ 납(Lead ; Pb)

·WHO 수질기준 : 0.01㎎/L

·한국 수질기준 : 0.01㎎/L

·오염물질 배출원 : 자연수에서는 석회암지대에서 미세하게 함유하고 있으며, 납을 사용하는 공장, 광산 및 제련소의 배출수에서 발생된다. 

·잠재적인 건강 영향 : 어린이는 성인보다 위험하다. 지능 감소, 청력 손상, 어린이 성장 감소, 뇌, 신장, 골수에 손상을 입힐 가능성이 있다. 신경계와 적혈구도 영향을 받을 수 있다.

■ 불소(Fluorine ; F)

·WHO 수질기준 : 1.5㎎/L

·한국 수질기준 : 1.5㎎/L

·오염물질 배출원 : 자연상태의 토양 및 암석(화강암 지대), 알루미늄 생산과정, 우라늄 정련의 융제, 유리가공, 전자공업 등에서 환경 중으로 배출된다.

·잠재적인 건강 영향 : 저농도(0.5〜2㎎/L)에서는 충치가 감소하나 고농도 시 반상치를 유발할 수 있다. 또한 먹는물 0.9〜1.3㎎/L 존재 시 경미한 ‘치아불소침착증’ 가능성이 있으며, 위통, 호흡곤란, 두통, 마비, 경련 등이 발생되기도 한다. 

■ 비소(Arsenic ; As)

·WHO 수질기준 : 0.01㎎/L

·한국 수질기준 : 0.01㎎/L

·오염물질 배출원 : 자연수(지하수·지표수)에 미량으로 함유하며, 광산폐수 및 공장폐수(반도체, 염료, 제화), 농약(살충제) 등에서 유입된다. 다량 함유한 온천수의 유입 등이 오염원이다.

·잠재적인 건강 영향 : 심각한 피부 문제와 암(피부, 방광, 신장, 전립선)을 유발할 수 있다. 또한 심혈관계와 신경계에 잠재적으로 해롭다. 특히, 5가 비소(As5+)와 유기비소는 대부분이 신장을 통해 배설되며, 1일 2L의 물을 섭취할 경우 비소의 1일 평균 섭취량은 10㎍을 넘지 못한다.

■ 암모니아성 질소(NH3-N)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 0.5㎎/L

·오염물질 배출원 : 축산폐수, 분뇨처리장 배출수의 혼입, 부식토, 논·밭에서의 질소비료 사용으로 유입된다.

·잠재적인 건강 영향 : 수인성 질병 발생 우려(대장균군과 동반)

■ 질산성 질소(NO3-N)

·WHO 수질기준 : 50㎎/L(질산성질소 총량을 의미)

·한국 한국기준 : 10㎎/L(질소 함량만 의미)

·오염물질 배출원 : 무기비료 사용, 부패한 동식물, 생활하수, 공장폐수 등에 의해 유입되며, 수중의 질산염 농도 증가는 대개 질소비료의 사용과 연관이 깊다.

·잠재적인 건강 영향 : 농도가 10㎎/L 이상이면 유아기(특히, 생후 3개월 이하)에서 청색증을 유발할 수 있으며, 질산성질소는 생체 내에서 환원균에 의해 아질산염으로 환원되어 혈액중의 헤모글로빈과 반응하여 산소운반기능이 없는 혈색소인 메트헤모글로빈(Methemoglobin)을 생성한다. WHO에서는 고농도 질산성질소(22㎎/L 이상)를 함유하는 수돗물은 유아식에 사용을 금지하고 있다.

■ 알루미늄(Aluminum ; Al)

·WHO 수질기준 : 0.1〜0.2㎎/L

·한국 수질기준 : 0.2㎎/L

·오염물질 배출원 : 자연수 및 지질(토양, 암석)에 다소 함유하고 있으며, 수처리 과정에서의 응집제(황산알루미늄, 폴리염화알루미늄)에서 용출된다.

·잠재적인 건강 영향 : 알츠하이머 질병(노인성치매)을 유발시키며, 신장투석에 사용하는 물에 함유하면 투석받는 환자에게 신경질환, 근육통, 언어장애, 경련 등이 발생할 수 있다.

■ 카드뮴(Cadmium ; Cd)

·WHO 수질기준 : 0.003㎎/L

·한국 수질기준 : 0.005㎎/L

·오염물질 배출원 : 화산활동, 광업, 제련, 비료 제조, 도금, 관련 산업에서 나오는 폐수를 통해 배출된다. 아연 도금 파이프의 부식, 천연 침전물의 침식, 금속 정제소에서의 배출, 폐 배터리 등에서도 발생된다.

·잠재적인 건강 영향 : 급성, 만성 노출로 인해 폐와 신장에 유해한 영향을 줄 수 있으며, 남성 생식기관에 축적되어 생식기에 영향을 줄 수 있다. 일본에서 골연화증, 신장관 장애, ‘이타이이타이병’을 유발한 사례가 있으며, 산화카드뮴은 유력한 발암성 물질로 전립선암과 신장암을 일으킬 수 있다.

■ 크롬(Chromium ; Cr, Cr3+, Cr6+)

·WHO 수질기준 : 0.05㎎/L

·한국 수질기준 : 0.05㎎/L

·오염물질 배출원 : 자연적으로 발생하며 피혁, 나염, 화장품, 정련, 1차 금속산업 등의 공장폐수나 돌의 분쇄 및 폐광 특정 화학 공정에서 생산된다.

·잠재적인 건강 영향 : 메스꺼움, 위장 장애, 위궤양, 피부 궤양, 알레르기 반응, 신장 및 간 손상, 생식 문제 및 폐암 또는 비강암을 일으킬 수 있다. 특히, 금속크롬은 무해, 3가 크롬(Cr3+)은 생체 필수원소(단백질합성)이나 6가 크롬(Cr6+)은 반응성이 강하고 독성이 있다.

소독제 및 소독부산물

‘소독부산물(Disinfection by-products)’이란 먹는물의 정수처리에 사용되는 소독제와 물 속의 유기화합물이 반응하여 생성되는 물질을 말한다. 소독물질인 염소(Cl), 이산화염소(ClO2), 오존(O3) 등과 같은 것이 주입되면 수중의 유기·무기물질들과 함께 반응하여 산화되는데, 이러한 물질들이 산화되면서 트리할로멘탄(THMs), 알데히드(aldehyde), 케톤(ketone)과 같은 생성물을 생산하게 된다. 이러한 것들을 소독부산물이라고 한다. 수돗물에서 검출되는 소독부산물은 대부분 클로로포름(Chloroform)이다.

소독제 대부분은 반응성이 강하여 반응 부산물은 일반적으로 생성된다. 이와 같이 미생물을 살균하기 위해 실시한 조치가 다른 오염을 불러일으키는 경우도 있다. 수돗물에서 소독은 염소가 가격이 싸고, 잔류성이 크므로 많이 사용되기에 ‘염소 소독부산물’이라고 불리기도 한다.

소독부산물은 유기물질의 양이 많거나 염소투입량이 많고, 염소 소독제와 접촉시간이 길수록 많이 생성되며, 알칼리도, pH, 온도가 높을수록 소독부산물이 많이 생성된다. 소독부산물의 전구물질은 보통 지하수보다는 지표수에 많이 포함되어 있다. 주요 상수원으로 이용되는 낙동강, 한강 등의 하류 수질이 악화되었을 때 상수처리 시 많은 양의 소독제가 투입되게 되고, 그에 따라 부산물도 많이 생성되게 된다.

국내의 경우 대체로 먹는물 수질기준에 만족하는 수준으로 공급되지만 항상 조심을 해야 하며, 대책으로는 깨끗한 상수원 확보 및 원수의 전처리 방법을 개선하여 염소 주입방법을 변경하는 것 등이 있다. 소독 이후 활성탄 처리 등을 통해 소독부산물을 흡착으로 제거하기도 한다.

■ 잔류염소(Residual chlorine)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 4.0㎎/L

·특징 및 일반성상 : 물을 염소로 소독했을 때 하이포아염소산(HClO)과 하이포아염소산 이온의 형태로 존재하는 염소로, 살균력이 강하지만 대부분 배수관망에서 빠르게 소멸된다. 수도관 파손으로 인한 미생물 오염을 예방하거나 소독할 수 있고, 사용 중에 오염되는 미생물도 소독할 수 있다.

·잠재적인 건강 영향 : 수중 잔류염소가 기준치 이상 존재 시 소독 냄새를 유발하며, 과량으로 존재할 때에는 염소냄새가 강하고, 금속 등을 부식 휴믹산(Humic Acid)과 반응하여 총트리할로메탄(THMs)을 생성한다.

■ 총트리할로메탄(THMs)

·WHO 수질기준 : 각 권장 값에 대한 농도비율의 합이 1㎎/L 이하 

·한국 수질기준 : 0.1㎎/L

·특징 및 일반성상 : 탄소원자에 할로겐이 치환된 화합물로 음용수 중에는 브로모포름, 브로모디클로로메탄, 디브로모클로로메탄, 클로로포름이 중요하며, 클로로포름이 가장 흔하게 나타난다. 물 속의 염소와 자연 상태의 휴믹산이 반응하여 나타나는 화합물로 생성은 염소, 휴믹산, 온도 등에 따라 영향을 받으며, 대부분의 트리할로메탄은 휘발되어 공기 중으로 날아간다.

·잠재적인 건강 영향 : THMs은 발암성을 고려해 정해진 최초의 수질항목으로 브로모디클로로메탄과 디브로모클로로메탄의 유해성은 가열시 유독성 가스가 발생하고 변이원성이 있다. 브로모포름은 클로로포름보다 독성이 강하고, 국소점막 자극, 간 장애를 일으킨다.

■ 클로로포름(Chloroform)

·WHO 수질기준 : 0.3㎎/L

·한국 수질기준 : 0.08㎎/L

·특징 및 일반성상 : 정수과정에서 원수 중의 유기물질과 소독제의 유리염소가 반응하여 생성되는데, 무색 투명한 액체로 용매와 시약으로 사용된다.

·잠재적인 건강 영향 : 중추신경계의 기능을 저하시키거나 마취하는 성질을 가지며, 현기증, 두통, 메스꺼움, 중추신경계 저하, 괴사, 심장 부정맥을 유발한다. 만성적으로 간, 신장에 손상을 준다. 

■ 포름알데히드(Formaldehyde)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 0.5㎎/L

·특징 및 일반성상 : 자극적인 냄새를 갖는 무색 기체로 물에 잘 녹아 흔히 40% 수용액을 만들어 사용하며, 이를 포르말린이라 한다. 음용수에서는 주로 오존에 의해 자연유기물질이 산화되어 발생한다.

·잠재적인 건강 영향 : 실내공기 흡입, 흡연, 음식섭취, 화장품에 의한 노출이 대부분이고, 먹는물 또는 샤워에 의한 노출은 극미량이다. 경구 노출 시 심한 복통, 외인성 구토 등을 유발시키며 흡입 시 기침, 호흡기의 과민성과 자극을 준다.

심미적 영향물질

‘심미적 영향물질’이란 건강에는 해를 끼치지 않으나 주로 물의 맛이나 냄새, 색도, 탁도 등에 영향을 주는 물질을 말한다. 수돗물 수질기준에는 16개 항목, 먹는샘물(제품수) 14개, 먹는염지하수(제품수)와 먹는해양심층수(제품수)는 각각 16개, 먹는물 공동시설 14개, 음용지하수 15개 항목이 적용을 받는다.

■ 경도(Hardness)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 300㎎/L

·특징 및 일반성상 : 물에 존재하는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 함량을 탄산칼슘(CaCO3)의 농도로 나타낸 값으로, 경도 함량에 따라 통상적으로 0〜60㎎/L이면 연수, 60〜120㎎/L이면 중연수, 120〜180㎎/L은 경수, 180㎎/L 이상이면 고경수로 구분한다. 경수는 거품을 내는데 비누가 훨씬 많이 소비되며, 이러한 원인은 용존금속 이온에 의해 발생하는데 칼슘과 마그네슘 양이온이 가장 대표적이다.

·잠재적인 건강 영향 : 인체의 건강에는 크게 해를 주지 않으나 물맛에 관계하고 경도가 높으면 비누의 소비량을 증가시키고 경도가 높은 물을 장기간 음용시 요도결석을 유발한다. 특히, 경도가 200㎎/L 이상이면 배수관에 스케일(Scale)을 형성하고 비누 소비를 크게 증대시키며 스컴(Scum)을 형성하며, 경도가 100㎎/L 미만이면 배관을 부식시켜 카드뮴, 구리, 납, 아연 등 특정 중금속이 먹는물에 잔류하게 된다.

■ 냄새(Odor)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 무취(無臭)

·특징 및 일반성상 : 먹는 물에서의 냄새는 미생물에 의해 발생하는데 수처리 과정에서 문제점이 생기거나 저장시설이나 배관으로부터 침출된 물질에 의해 생길 수도 있다. 정수처리 공정 중 여과사 내 미생물이 과다 성장하며 급수관 내 물이 적게 흐르는 부분 또는 원수나 최종수의 저수지 내에 정체된다.

·잠재적인 건강 영향 : 불쾌감을 초래하며, 특이한 냄새는 잠재적 유해물질의 존재를 암시한다. 장티푸스, 콜레라, 이질 등 수인성 질병을 발생시킬 수 있다.

■ 맛(Taste)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 무미(無味)

·특징 및 일반성상 : 맛의 원인은 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 아연(Zn) 등의 유입 등 다양하며 물에서 맛을 내는 성분들은 대개 무기성분인데 유기성분 농도보다 매우 높으며 철(Fe), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)도 맛을 낼 수 있다. 해수의 혼입, 응집용 약품의 과다주입, 철분의 용존, 금속관의 아연 용출 및 미생물(방선균, 녹조류)의 번식으로 이상한 맛을 낼 수 있다.

·잠재적인 건강 영향 : 특이한 맛은 수원의 수질변화, 수처리 공정의 결함, 급수 간에서의 화학적 부식과 미생물들의 생장 등이 일어남을 알리는 신호이다. 

■ 색도(Color)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 5도

·특징 및 일반성상 : 물이 색을 띠는 것은 색소물질이 광선의 특정파장을 흡수하므로써 나타나는 실제 색도와 부유입자에 의한 빛의 산란으로 나타나는 색도가 있으며, 이 두 종류의 색도를 합하여 외관상의 색도라 한다.

·잠재적인 건강 영향 : 시각적으로의 불쾌감을 초래하며 휴민질은 인체에 무해하나 유리염소와 반응하여 트리할로메탄(THMs) 등을 발생시킨다. 색도가 높은 물은 가정용수로서 사용이 곤란하다.

■ 탁도(Turbidity)

·WHO 수질기준 : 기준 없음

·한국 수질기준 : 0.5NTU

·특징 및 일반성상 : 탁도는 물의 흐린 정도를 정량적으로 나타낸 지표로서 빛의 통과에 대한 저항도이며, 여러가지 부유물질에 의해 발생하며 그 크기범위는 콜로이드 분산에서 굵은 분산질까지 다양하다. 호수와 같이 비교적 정체된 상태에 있는 물의 탁도는 대부분 콜로이드 분산과 같은 극히 미세한 분산질에 의하여 생겨나며, 하천수와 같이 흐르는 상태의 물 속에서는 대부분 굵은 분산질에 의하여 생겨난다.

·잠재적인 건강 영향 : 인체에 직접적인 해는 없으나 심미적 불쾌감을 주어 불안감을 초래하며, 농도가 높을 경우 물맛이 좋지 않고 설사를 일으킬 수 있다.

먹는물 소독 및 처리 방법

수돗물 생산 과정(표준정수처리)을 보면, 상수원(댐·강) → 취수장·취수탑 → 착수정·침사지 → 혼화지·약품탱크 → 응집지 → 침전지 → 여과지 → 소독시설 → 정수지 → 배수지 → 송수관 → 각 가정 공급 순이다.

또 고도정수처리 공정은 상수원(댐·강) → 취수장 → 전오존 접촉지(고도정수처리시설) → 착수정(약품투입) → 혼화지 → 응집·침전지 → 여과지 → 후오존 접촉지(고도정수처리시설) → 입상활성탄 흡착지(고도정수처리시설) → 정수지 → 배수지 → 송수관 → 각 가정 공급 순이다.

특히, 상수원에서 여과 단계를 모두 거친 물은 깨끗한 상태이지만 이 물을 우리가 바로 마실 수는 없다. 여과지에서 깨끗하게 걸러진 물이라도 그 속에는 세균이나 미생물이 남아 있을 수 있다. 그래서 여과지를 거친 물에 세균 등 미생물을 살균하기 위해 아주 소량의 염소(Cl), 자외선(UV), 오존(O3), 이산화염소(ClO2), 차아염소산나트륨(NaClO) 등으로 소독하게 되며 농도는 엄격한 기준치로 관리되고 있다. 소독약품의 장단점은 다음과 같다.

■ 염소(Cl) 소독

염소처리는 물에서 발견되는 미생물 오염물질의 소독 및 제어를 위해 염소 또는 염소 형태를 물에 첨가하는 과정을 말한다. 염소소독은 강력한 산화력으로 살균하여 전염성질환을 예방하는 데 효과가 있다. 정수장에서는 가스 형태의 염소가스를 물에 첨가하여 안전하게 마실 수 있게 하고 있다.

주로 음료수 살균을 위해 염소를 사용하는데, 염소가스로서 물에 흡입되거나 또는 농후염소수로서 주입한다. 일반적으로 염소는 살균을 완전하게 하기 위하여 잔류염소를 0.1〜0.3㎎/L 정도 유지한다. 이를 위한 염소의 투입량은 0.3〜1.0㎎/L 정도이다. 

공급은 염소 공급장치로부터 물의 유량에 대응하여 정확하게 일정량의 염소가 공급되도록 되어 있다. 염소처리는 음료수 살균 외에 공업폐수 처리에서는 시안화합물의 제거, 하수처리에서는 살균, 공업용수 처리에서는 암모니아의 제거 등에도 사용된다. 

하지만 수처리 대상 수원이 유기물로 심하게 오염된 경우에는 염소처리는 문제점을 일으킬 수 있다. 잔류염소와 유기물이 결합하여 클로로포름(Chloroform)과 같은 트리할로메탄(THMs)이 생성되게 되는데 이는 발암성물질이다. 

염소처리의 다른 문제점은 염소의 휘발성에 기인한 잔류염소의 사라짐이다. 이는 염소처리 농도를 산정할 때 고려해야 될 사항이다. 또한 염소는 냄새가 강하고 물맛을 바꾸는 점에서 우려가 될 수 있으며, 따라서 다양한 대체 소독방법들이 강구되고 있다. 특히, 염소는 독가스이므로 취급에 주의해야 한다.

■ 자외선(UV) 살균

자외선(UV)을 이용한 소독은 간단하고 저렴하여 인기있는 물소독 방법이다. UV(ultraviolet) 시스템은 물이나 물 시스템에서 자연적으로 발견되는 미생물을 죽이기 위해 적절한 파장의 빛에 물을 노출시킨다. UV는 물에 존재할 수 있는 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 원생동물 및 낭종을 죽이는 효율적인 방법이다. 약품, 가열 등에 의한 살균, 소독과 비교 시 오염이 적고 환경호르몬이 발생하지 않는다.

특히 자외선에 의한 살균은 염소와 같은 화학제를 쓰지 않아도 되고, 물 속에 아무 것도 넣지 않고 처리하기 때문에 차후에 또 다른 부산물을 제거할 필요가 없다. 더욱이 물의 물리적, 화학적 성질을 변화시키지 않으므로 pH나 색깔, 냄새, 온도, 맛 등이 원래대로 유지될 수 있어 시설하우스용 양액, 농업용 재순환용 용수, 회집의 활어용 수조, 정수기의 식수 살균에 많이 이용되고 있다.

그러나 가스, 중금속, 미립자를 제거하는 데 사용할 수 없고 박테리아가 더 큰 파편 뒤에 숨을 수 있기 때문에 한계가 있다. 이것이 UV가 종종 다른 물소독 방법과 함께 사용되는 이유이다.

■ 오존(O3) 처리

오존(O3)은 산소가 고압 전류에 노출될 때 생성된다. 오존이 산소로 변환될 때 분리된 산소 원자가 다른 물질과 결합하여 산화시키는 성질을 이용하여 세균 따위의 미생물을 죽이므로 바이러스, 박테리아 및 미생물을 파괴하고 물에서 철, 유황 및 망간을 제거하는 데 사용할 수 있다. 

오존 소독의 장점은 염소보다 6배 이상의 강한 살균력으로 세균의 세포막에 존재하는 효소를 산화시켜 세포막을 파괴하고 DNA를 손상시키며, 중금속, 유해 유기물질, 잔류농약 등을 분해한다. 또한 염소에 비해 유해한 반응 잔류물인 트리할로메탄(THMs)을 남기지 않아 2차 처리가 필요 없는 등 모든 박테리아와 바이러스에 살균 효과가 좋으며, 염소 살균 시에는 일부 물 속 바이러스가 염소에 대해 내성을 가진다.

그러나, 산소공급설비(산소저장탱크, 기화기), 오존발생설비, 오존접촉설비(디퓨저 또는 인젝터), 냉각설비, 배오존파괴설비 등 복잡한 설비가 필요하며, 오존이 대기 중으로 다량 방출 시 인체에 해를 끼칠 우려가 있다. 이와함께 유지관리가 어려워 전문적인 유지관리 인원이 필요하고 소독의 잔류효과(지속시간)가 없어지며 수온이 높아지면 오존소비량이 많아진다. 

■ 이산화염소(ClO2) 처리

이산화염소(ClO2)는 강력한 산화력은 생활환경에 존재하는 세균, 바이러스뿐만 아니라 악취 원인물질까지 분해한다. 이산화염소는 세균, 바이러스 등의 세포막을 산화시키고 바이오매스(Biomass) 침투력이 높아 살균 효능이 강력해 표백제로 사용되어 왔으나 안전성 및 기체상태로 제조하는 것이 용이하지 않아 널리 사용되지 못했다. 

그러나 최근에 제조방법 및 사용상의 문제점을 해결하여 유독성 무기물 제거, 중금속 제거, 살균 및 소독, 의류표백, 악취제거 등 다양한 용도로 사용되고 있다.

이산화염소는 강한 산화제로 물에 잘 녹고, 휘발성이 강하며 열에 의해 폭발적으로 분해하며 강력한 산화와 표백작용을 가지고 있다. 이 때문에 고농도 농축이 어려워 약 8〜10% 농도로 희석시켜 사용한다. 기체는 자외선에 의해 쉽게 분해되는 광학적 분해작용이 있으나 물에서는 가수분해되지 않는다. 

특히 악취의 원인 물질인 암모니아, 유화수소, 메틸메르캅탄(CH3SH), 페놀 등을 산화시키거나 구조를 파괴하여 악취를 효과적으로 제거한다. 또한 염소계의 화합물로 살균하는 경우 유기물질과 반응하여 트리할로메탄과 같은 발암물질을 생성하나 이산화염소는 이와 같은 발암물질을 전혀 생성하지 않는다. 

따라서 제조방법과 사용성의 문제점을 해결하여 중금속 제거, 악취, 유독성 무기물 제거 등 다양한 용도로 쓰이고 있는데, 생물막 박멸, 멤브레인 시스템 및 여과, 물 분배 시스템, 냉각탑, 병원, 호텔, 원예, 양조장, 유제품 및 유해화학물질 제한이 있는 현장에 적합하다.

■ 차아염소산나트륨(NaClO) 처리

차아염소산나트륨(NaClO)은 차아염소산염의 하나로, 수산화나트륨 용액에 염소가스를 흡수시켜 얻어진다. 시판되는 것은 유효 염소 4〜12%의 수용액으로 외관은 담황색, 투명한 강알칼리성 액체이고, 쉽게 분해되며, 산소를 방출한다. 

이 산화력에 의해 표백제, 소독제, 산화제 등으로 이용되고 있다. 특히, 소독제로는 염소에 비해 고가이지만, 취급과 설비가 간단하고 누설이 없는 등 안전성이 있기 때문에 액체 염소에 비해 많이 사용되고 있다.

특히, 차아염소산나트륨 소독설비는 소금물을 전기 분해해 생산된 차염용액으로 수돗물을 살균·소독하는 방식으로, 「화학물질관리법」에 따라 엄격하게 규제 관리하는 염소가스 대신에 상대적으로 취급이 용이해 깨끗한 수돗물을 보다 안전하게 생산·공급할 수 있는 시설이다. 

또 기존 액화염소 소독방식보다 냄새와 상수도관 부식 정도도 적어 깨끗한 수돗물을 안전하게 가정집까지 공급할 수 있어 전국 정수장에서 많이 사용하고 있는 추세다. 그러나, 저장 중 수용액이 분해되어 염소가스가 생기기 때문에 장기간 보관 시 살균제로서 효력이 떨어질 수 있으며, 부식성이 강하기 때문에 금속용기와는 접하지 않도록 해야 한다.

[『워터저널』 2022년 8월호에 게재]