자외선 살균이란 단파장 자외선(UV-C)이 미생물에 조사되어 자외선을 흡수하면 인접한 DNA끼리 광반응으로 중합되어 기능 손상이 생겨 미생물의 복제가 이루어지지 못하는 불활성화를 의미한다.

자외선 살균에 의한 민감성은 원생동물>박테리아>바이러스 순으로 보고되어 왔다. Adenovirus와 같은 자외선에 강한 바이러스를 불활성화 시키기 위해서는 높은 수준의 자외선 조사가 필요하므로 자외선 살균의 경우 바이러스보다는 박테리아나 원생동물에 보다 효과적이다. 일반적으로 원생동물이 염소나 오존과 같은 화학약품에 대한 내성을 가지는 것으로 보고되었다.

자외선 살균의 경우 크립토스포리디움(Cryptosporidium parvum)이나 지아디아(Giardia)와 같은 원생동물은 바이러스나 박테리아에 비해 오히려 쉽게 자외선에 의해 불활성화 되는 것으로 보고되어 하수 및 정수의 처리에서 그 사용이 증가하고 있으며, 잔류성이 없고 소독 부산물을 발생시키지 않아 염소에 내성을 가지고 있는 병원성 미생물을 제어하는데도 자외선 조사가 효과적인 것으로 보고되었다.

• 자외선 살균장치 구조 일반적인 자외선살균장치 구조는 살균작용이 진행되는 살균부, 자외선램프, 자외선램프를 수중에서 보호하는 석영관, 석영관을 고정하는 석영관 고정부, 물이 유입 및 배출되는 유입구 및 유출구로 구성된다.
  
  
  
  일체형 자외선살균장치 구조도 및 외형도 자외선램프에서 조사되는 자외선에 의해 살균작용이 진행되는 살균부는 원통형 파이프 형태로 측면부에 입구 및 출구가 설치되고, 살균부 한쪽 끝단부에 자외선램프가 삽입된 석영관을 고정하는 석영관 고정부가 설치되는 구조로 자외선살균장치가 개발된지 100여년 동안 형태나 구조적인 큰 변화없이 초기 형태를 현재까지 사용하고 있다.
  
  

자외선살균장치는 처리용량에 따라 미생물 살균에 필요한 충분한 자외선이 조사될 수 있도록 살균부에 한 개 이상의 자외선램프를 설치하고, 입구 및 출구가 설치되는 구조적인 특성이 있다. 단파장 자외선의 수중 투과력이 작은 특성 대용량 살균장치일수록 살균력 저하가 크고, 살균장치 내부의 자외선 조사 사각영역이 존재하여 1회 처리로 100% 살균처리가 어려운 문제점이 있다. 때문에 살균장치를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 수밖에 없어 설치 및 유지비용이 증가되는 고비용의 살균기술로 알려져 있었다.

• 살균부에 입구 및 출구가 설치되는 일체형 살균장치 구조로 살균력 감소 자외선살균장치는 용량 증대에 따라 살균부 측면부에 설치되는 입출구 배관크기 또한 증가되기 때문에 상대적으로 유효 살균부 길이가 감소되어 물이 살균부에서 체류하는 시간, 즉 자외선 조사량이 소용량 살균장치에 비해 적어 대용량 일수록 살균력 감소가 크다.
  또한 대용량 살균장치는 살균부 직경 또한 소용량의 살균장치에 비해 크고, 입출구 배관이 설치된 살균부 양 끝단 물의 흐름과 반대지역에는 물 흐름이 원활하지 않는 흐름 사각영역 또한 증가되어 살균력이 감소된다(아래 그림 참조).
  살균장치 용량증대에 따른 살균부 감소에 따른 살균력 감소
  결과적으로 대용량 살균장치는 소용량의 살균장치에 비해 입출구 배관 크기가 증가된 만큼 자외선램프가 살균 참여하는 길이가 짧아지고, 살균부 양 끝단부의 유체 흐름이 정체되어 자외선램프 전체가 살균작용에 참여할 수 없게 된다. 때문에 미생물 살균에 필요한 자외선량이 줄어들어 살균력이 감소되는 구조적인 특징이 있다.
  
  상기와 같은 살균장치의 대용량화에 따른 살균력 감소 문제를 해결하기 위해 살균력 감소가 적은 중소형 살균장치를 필요 용량만큼 병렬로 연결하여 사용하면 살균력 감소를 최소화 할 수는 있지만, 다수의 살균장치를 제작함에 따른 비용증가, 배관 및 밸브, 연결부품 등의 자재 소요량과 설치장소 등의 증가는 물론 유지관리가 어려운 문제점이 있다. 하지만 현실적인 대안이 없어 현재까지 사용하고 있다.
  
  
  살균장치 대용량화에 따른 살균력 감소로 인한 병렬연결 살균장치
• 자외선 조사 사각영역 존재로 100% 살균처리 불가 살균선이라 불리는 단파장 자외선(254nm)은 수중에서 투과력이 매우 작아 램프를 중심으로 동심원 방향으로 강도에 비례하여 일정거리 만큼만 투과되는 특성이 있다. 살균장치 내부에는 구조적으로 램프와 램프 사이, 램프와 살균부 하우징 내면에 자외선이 도달하지 못하는 자외선 조사 사각영역이 존재하게 된다.
  
  이러한 자외선 조사 사각영역을 통과하는 수중의 미생물은 자외선 조사영역을 통과한 것에 비해 살균에 필요한 자외선량(강도 및 빈도)이 상대적으로 부족하여 생존 상태로 살균장치를 통과하게 됨으로 100% 살균처리가 어렵다.
  
  자외선 조사 사각영역으로 인한 문제점을 최소화하기 위해 고출력 자외선램프 사용이나 램프 사용량을 증가시켜 해결할 수 있으나, 결국 각 자외선램프에서 조사되는 자외선을 중첩시키는 방법은 자외선에 대한 사용효율을 떨어뜨려 에너지 소모는 물론 설치비용과 유지관리 비용을 중가 시킨다.
  
  
  자외선 조사 사각영역으로 인한 살균력 감소와 해결방안
• 자외선 살균기술의 100% 살균처리 중요성 자외선살균장치는 수중의 미생물 살균처리를 목적으로 하는 장치로서 식품, 음료, 의약품 등과 같이 장기간 보관 또는 유통과정을 거치는 경우 100% 살균처리가 되지 않는다면, 미생물이 스스로 증식하고 부패되어 전량 폐기해야 하기 때문에 100% 살균처리 할 수 없는 살균장치는 살균장치로서 기능을 상실하게 된다. 이런 이유에서 자외선살균장치의 경우 100% 살균처리가 아닌 살균율의 높고 낮음을 비교하여 살균장치의 우수성을 논의하는 것이 의미가 없다.
  
  
  100% 살균처리를 위한 직렬 연결 자외선살균장치

첫째로 기존 자외선살균장치 살균부에 설치된 입구와 출구를 분리하고, 살균부 양 끝에 입구 및 출구를 설치하여 입출구 배관 크기에 따라 살균부 크기에 영향이 없는 입출구 분리형 살균장치 구조로 용량 증대에 따른 살균력 감소 문제를 해결하였다.

둘째로 하나의 살균부에 다수개 램프가 설치된 구조로 발생하는 자외선 조사 사각영역 문제는 자외선램프 마다 자외선 조사거리에 상응한 직경을 갖는 개별 살균부 구조로 바꿔
살균력 감소문제를 해결하였다.

용량 증대 및 자외선 조사 사각영역에 따른 살균력 감소가 없어 한번 통과로 100% 살균처리가 가능한 신개념 자외선살균장치를 세계 최초로 개발하여 미국, 중국, 일본, 영국 특허
취득 및 2014년 성능인증 및 우수조달물품으로 인증 받았다.

입출구 위치 및 살균부 구조에 따른 자외선램프 2개의 살균장치 구조

• 자외선 조사 및 흐름사각영역이 없는 신개념 자외선살균장치 아래의 그림은 2개의 램프를 사용하는 자외선살균장치에 대한 단면 구조와 살균부에 존재하는 자외선조사 사각영역을 상징적으로 나타낸 것으로, 자외선램프를 중심으로 자외선의 투과거리를 연결한 동심원은 자외선 조사지역으로, 동심원 밖은 자외선 사각영역으로 개략적으로 표시하였다.
  
  기존 살균장치 단면도 S&P환경 살균장치 단면도 자외선 조사 사각영역 및 자외선 조사영역을 갖는 살균장치단면도
  상기 자외선 조사지역을 나타내는 동심원 크기를 증가시켜 살균부 내부에 동심원 중첩으로 자외선 조사 사각영역을 줄이는 현실적인 방법은 기존의 일체형 구조 살균장치에서는
  고출력 자외선램프를 사용하여 조사강도를 증가시키는 것과, 램프 수를 증가시키는 방법으로 가능하였으나, 분리형 개별 살균부 구조 살균장치는 램프 출력과 램프 수의 증가 없이도 가능함을 알 수 있다.
  
  
• 자외선살균장치 구조에 따른 살균력 비교 아래의 그림에는 동일한 램프 2개를 사용하는 살균부에 입출구가 설치된 기존 살균장치와, 입출구를 살균부에서 분리하고 자외선램프마다 개별적인 살균부를 갖는 분리형 개별
  살균부 구조의 S&P환경의 살균장치를 도시하였다.
  
  기존 일체형 구조 살균장치는 자외선램프보다 살균부 길이가 작을 수밖에 없는 구조이고, 분리형 개별 살균부 구조 살균장치는 램프길이와 살균부의 길이가 같고, 램프마다 개별적인 살균부를 갖는 구조임을 확인할 수 있다.
  
  
  자외선조사 사각영역 유무에 따른 2개 램프 자외선살균장치
  기존 일체형 살균장치와 살균력의 차이를 확인하기 위해 다량의 세균이 함유된 하수처리장 방류수를 시험 대상 원수로 같은 조건에서 살균력을 비교하였다.
  실험의 균일성 확보를 위해 살균장치별 동일 출력램프(39W), 유량계 설치 및 동일 유량을 유지하여 실험하였으며, 각 살균장치의 100% 살균력 달성 유무를 확인하기 위한 저유량
  영역에서의 살균력 비교실험과 살균 사각영역이 없는 살균장치와의 변별력을 확인하기 위해 고유량에서 실험 진행한 후 각 조건별 동시 시료 채취하여 광주광역시보건환경연구원과 당사 부설연구소에서 분석하였으며, 당사에서는 실험의 신뢰도 확보를 위해 5개 시료를 배양하여 최고 및 최저치를 제외한 3개를 평균하여 분석하였다.
  살균사각영역의 존재에 따른 살균력 비교 시험 장치

자외선 조사 사각영역에 따른 고유량 영역에서 살균장치 살균율 비교

기존 일체형 구조의 살균장치는 살균장치 유량이 많은 경우 유량에 따른 살균율 변화폭이 크고 개별 살균부 구조의 살균장치는 작게 나타남을 확인 할 수 있으며, 아래의 표에는
자외선 조사 사각영역으로 인한 살균장치의 100% 살균처리 달성 가능 여부를 확인하기 위해 동일 조건에서 저유량으로 하수방류수를 흘리면서 살균력을 비교한 것으로 살균사각영역이 없는 살균장치의 경우 50ℓ/min이하에서는 100% 살균력 달성이 가능하지만 살균사각영역이 있는 살균장치는 저유량 영역에서도 100% 살균처리를 할 수 없었다.

저유량 영역에서 살균장치 100% 살균력 달성 비교