자외선의 살균효과
살균효과에 영향을 주는 요인
자외선 살균장치의 종류
자외선에 의한 액체의 살균
  • 자외선의 살균효과
  • 자외선의 살균작용

옛부터 좀이 슬지 않도록 햇볕에 내다쬐이고 바람에 쐬이는 일 등에서 자외선에 살균작용이 있다는 것을 알 수 있다. 자외선 殺菌機構에 대해서는 아직 완전히 밝혀져 있지 않지만, 현재의 생각으로서는 조사(照射)에 의해 세포안의 핵산(DNA)이 변하여 신진대사에 장해를 초래하여 증식능력을 잃어 감소하는 특징이 있다.

※ 자외선살균에는 다음과 같은 특징이 있다.
모든 균종에 대해 유효하다.
약물이나 가열 등에 의한 살균방법과 달리 피조사물에는 거의 변화를 주지 않는다.
사용방법이 간단하고 경제적이다.
공기나 물의 살균에 가장 적당하다. 공기, 물 이외의 대부분의 물질은 조사받은 표면에 한해 살균된다.
살균효과는 조사중에 한하며 남아있지 않는다.
자외선은 눈 및 피부에 대해 유해하기 때문에 안전상의 주의를 필요로 한다.

  • 자외선의 살균효과

자외선의 살균효과는 자외선의 파장 및 조사량(방사강도×조사시간)에 관계된다. 이것은 균종에 따라서 거의 동일하며, 파장 250∼260nm 부근이 가장 높다. 살균효과의 파장특성과 거의 일치하는 점에서 자외선의 조사에 의해 자외선은 핵산류에 흡수되어 변화하고, 신진대사에 장해를 초래하여 증식능력를 잃어 감소한다고 생각되어지고 있다. 균의 생존율은 자외선의 조사량(방사강도×조사시간)에 대해서 대부분 지수관계적으로 감소하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

S/ P0 = e Et/Q 여기서
– S : 세균생존율(자외선조사 후의 세균수)
– P0 : 자외선조사 전의 세균수 : 자외선 방사강도(μω/㎠)
– t : 조사시간(min) : 생존율 S와 1 / e (36.8%)로 하는데에 필요한 자외선 조사량(μω.min/㎠)

이 식에서 균종, 발육단계, 환경조건이 같은 경우는 자외선조사량과 생존율과는 그림 3의 관계가 성립한다. 그러나 Q의 값은 동일균종이라도 그 환경에 따라 다르며, 예를 들면 비교적 건조한 상온공기 중의 대장균에 대한 Q의 값은 약 5μωmin /㎠이며, 습한 공기 중에는 그 2배 정도, 배지상에서는 3∼5배, 수중에서는 약 8배의 값이 된다고 말해지고 있다.

  • 광재활(광활성)

자외선의 조사를 받은 불활성화한 세균이 조사 후, 곧바로 강렬한 빛(파장 350∼500㎚)을 충분히 받아 배양된 경우에 상당수 번식해 가는 예가 1948년에 발견되어 광재활(Photore activation) 등의 이름으로 문제가 되었다. 소생능력은 자외선조사 후 곧바로 어두운 곳에 냉장한 경우는 몇일간 유지되지만, 매우 다량의 자외선을 조사한 경우는 어떻게 해도 전혀 소생되지 않는다. 광재활을 일으키는 주된 요인은 앞서 설명한 바와 같이 자외선조사에 의해 세포의 핵산 분자구조 중에 생긴 티민대(다이마)를 잘라떼어낸 DAN의 손상을 수복하는 산소의 움직임을 재촉하기 때문이라는 설이 있다. 자외선조사 후 곧바로 매우 밝은 곳에 방치될 위험이 있는 경우는 이 광재활을 고려하여 예를 들면 소요량의 2배 정도를 조사하게 한다. 이러한 현상은 빛 뿐만 아니라, 영양소의 첨가나 배양온도 등에서도 불 수 있다. 자외선의 조사에 의해 세포내에 일어난 생합성경로의 빠진데를 메꾸기 위한 필수 영양소를 배지에 첨가하면 회복률이 개선된다. (필루빈 산, TAC사이클의 대사산물의 첨가 등으로 대장균의 경우, 1000배나 생균수가 증가했다는 예도 있다). 게다가 배양온도가 높을수록 회복율이 크다는 현상도 인정되고 있다.

  • 각종 균을 죽이는데 필요한 자외선조사량

각종 세균을 살균하는데 필요한 자외선 조사량은 실험자나 균주, 균의 발아단계, 환경, 조작조건 등에 따라 조금씩 다른 수치가 보고되어 있다. 적리균, 티브스균, 콜레라균 등의 그램음성균은 대장균과 같은 정도, 화농균, 결핵균, 녹농균, 고초균 등의 그램음성균은 대장균의 1.5∼5배, 효모균은 2∼6배, 곰팡이는 3∼50배의 조사량이 필요하다. 종래에는 자외선조사량의 단위는 μωmin /㎠ 로 나타낼 수 있는 것이 대부분이었지만, 최근에는 여러 가지 형태로 나타낸다.

  • 살균효과에 영향을 주는 요인

물을 자외선으로 살균할 경우, 살균효과는 균의 종류, 수온, 물의 투과률, 램프의 자외선출력의 열화(劣化), 램프표면의 더러움, 처리유량 등에 좌우된다.

  • 균의 종류

대상으로 하는 균에 따라 처리유량은 다르다. 대장균을 대상으로 한 경우의 처리유량을 1로 했을 때, 일반세균의 경우는 1/2∼1/4 정도가 된다. 또한 곰팡이류에 대해서는 살균효과가 적기 때문에 가능한 한 여과 등의 다른 처리방법을 병용한다

  • 수온

살균램프는 수온의 영향을 받아서 살균선(파장 253.7㎚)출력의 저하를 일으킨다. 이 관계는 살균램프 및 살균장치의 구조에 따라 꽤 다르다

  • 물의 투과율

물은 살균선을 잘 투과하지만, 용존하는 성분에 따라 흡수 정도가 크게 다르다. 특히 철분이나 불용해 미립자가 존재하면 살균선의 투과율이 나빠진다. 투과율이 나쁜 액체를 살균할 경우는 액을 엷은 층으로 하여 흘러보내면서 조사하도록 한다

  • 램프의 살균선출력의 열화

살균램프의 살균출력은 점등시간에 따라 서서히 감소하며 살균효과도 낮아진다. 살균램프에는 수명이 표기되어 있다. 살균램프의 수명이란 점등 중에 살균출력의 감소를 고려한 값이다. 점등하지 않을 때까지의 시간은 이것 보다도 훨씬 길지만, 출력이 크게 감소한 상태로 사용하면 所期의 살균효과를 얻을 수 없으므로 새램프로 교환하는 것이 좋다

  • 램프표면의 더러움

물에 접한 유리관 혹은 석영관의 표면에 더러움이 부착되면(때가 끼면) 그 부분에 살균선이 흡수되어 살균효과가 저하되므로 정기적인 청소나 점검을 하도록 한다. 철분이 있는 우물물이나 흙탕물을 흘러보낼 때는 특히 주의할 필요가 있다

  • 처리유량

처리유량은 정격 이하로 사용하기로 한다. 이것을 넘으면 살균효과는 서서히 나빠진다. 필요에 따라 유량변이나 유량계로 관리한다.

  • 자외선 살균장치의 종류
  • 유량살균장치(流量殺菌裝置)

자외선에 의한 물의 살균은 조사방법에 따라 물위점등(외조식) 수중점등(내조식) 및 자외선투과 유리관 또는 석영관 속의 유수를 그 바깥쪽에서 조사하는 등의 방식이 있다. 수상점등(水上點燈)은 설치비가 싸고 보수가 쉬우며, 또 불순물이 있는 물을 살균하는데도 적당하며, 수중점등(水中點燈)의 경우는 설비를 소형화할 수 있으며 배관도중에 간단히 실시할 수 있으므로 최근의 유수살균장치(流水殺菌裝置)는 수중점등 방식이 많다. 이밖에 단파장 자외선살균램프를 이용하여 오존과 자외선을 같이 살균하는 장치도 있다.

자외선유수살균장치를 사용하는데 있어서 다음과 같은 점에 주의한다.

  • 램프는 점등 후, 살균출력이 최고에 가깝게 되기까지 수십초에서 수십분까지 걸리므로 점등 후 수분간 경과하고 나서 通水(물을 흘러보낸다)하게 한다.
  • 살균효과는 조사중에 한하며 잔재하지 않는다. 따라서 2차오염의 위험을 적게 한다. 가능한 한 사용하기 직전에 살균하도록 한다. 또 발브, 유량계 등은 가능한 한 살균장치 바로 앞에 설치한다.
  • 자외선살균은 빛으로 하는 것으로, 조사를 받은 부분의 살균에 제한한다. 따라서 물탱크 안의 물, 우물물, 활성탄이나 이온교환기에서 먼지나 균의 덩어리가 유출될 우려가 있는 경우는 살균장치 바로 앞에 필터를 설치함에 따라 살균효과를 높일 수 있다.
  • 시스템 중에 발브 등이 많을 때나, 물이 체류하는 빈도가 높을 때는 균이 오염될 위험이 있으므로 순환식으로 한다. 단 충분한 살균능력이 있는 장치를 이용하던지, 필터 등을 組合하지 않으면 자외선에 강한 발포균이나 곰팡이류 등이 증가하므로 주의할 필요가 있다.
  • 철분이 다량 함유되어 있는 우물물이나, 각종 水溶液은 자외선의 투과율이 낮기 때문에 예상한 것만큼 살균이 잘 안될 수도 있다. 이럴 경우는 미리 물의 자외선투과율을 측정하여 투과율에 적합한 살균장치를 사용할 필요가 있다.
  • 시스템전체의 살균을 고려하여 약액의 주입이나 뜨거운 물 혹은 증기살균 등을 하게 되면, 2차감염이 있을 경우에는 처리할 수 있다.
  • 침적형살균등(浸迹型殺菌燈)

저수탱크에 살균등을 달아서 세균의 증식 및 2차감염을 방지할 수 있다. 침적형살균등(저수탱크용 자외선살균등) 1개당 살균선조사의 유효범위는 수질 및 체류시간에 따라 다르다. 純水中의 雜菌의 증식을 방지할 경우의 살균선의 강도(방사강도)를 50μω /㎠로 하면 이때의 살균등과 탱크의 크기는 표 5와 같다.

침적형살균등을 부착할 경우는 다음과 같은 점에 주의한다.

  • 수질은 연수, 순수나 초순수 등과 같이 투과율이 높은 물에 한한다.
  • 물의 屈折率의 관계로 램프의 축상 45˚의 범위는 조사되지 않기 때문에 탱크의 깊이는 램프의 길이보다 조금 길게 한다.
  • 탱크의 재질은 스텐레스 또는 테프론으로 한다. 폴리에틸렌이나 FRP 등의수지는 자외선에 劣化되여 물을 오염시킨다.
  • 자외선에 의한 액체의 살균

액체는 살균선의 흡수가 매우 크다. 이러한 액체를 자외선으로 살균하려면 액을 엷게 하여 흘러보내며 조사하도록 한다. 이 방법은 많은 양을 처리하는데 적합하지 않으므로 커피나 쥬스 등은 원료수의 살균을 하는 것이 효율적이며 경제적이다. 액체의 성분 중에 매우 산화되기 쉬운 물질이나 불안정한 물질이 있을 때는 조사에 의해 다소 변질될 우려가 있으므로 충분히 예비실험을 하여 適否 및 가장 좋은 조사조건을 확인할 필요가 있다. 우유는 자외선조사에 의해 지방분이 산화하여 냄새가 나며, 風味를 상하기 쉽게하므로 부적당하다. 쥬스도 비타민이 자외선에 의해 파괴되므로 부적당하다. 액체살균의 특수한 예를 아래에 나타낸다.

  • 液糖의 殺菌

자외선살균에서는 가열로 잘 안 죽는 내열성균도 비교적 간단히 죽일 수 있다. 액당을 수중점등식의 살균장치로 살균할 경우는 투과율이 10∼30%정도가 되도록 액을 엷게 하여(0.5∼2cm)자외선을 조사하기로 한다. 일반 자외선살균장치에서는 액의 두께가 3cm 이상이기 때문에 자외선조사가 약한 부분이 많아져 살균율은 꽤 나빠진다. 방법은 수경재배용 수용액의 살균에도 이용되고 있다.

  • 클로레라액의 살균

투과율이 좋은 액체 속에 빛을 침투하지 않는 입자가 존재할 경우는 액을 탱크에 넣어 휘저으면서 자외선을 조사하도록 한다. 예를 들면 클로레라의 원액 1000ℓ를 탱크에 넣고 40w침적형살균등을 4개 부착하여 휘저으면서 자외선을 조사했을 때 30분 후에는 당초 106 개 있던 대장균이 20∼30개가 되었다.

  • 팩한 액체의 살균

미네랄워터나 생리식염수와 같이 자외선의 투과율이 좋은 액체는 폴리에틸렌 등의 자외선을 투과할 용기에 충전한 후에 살균램프의 터널을 통과시킴에 따라 살균할 수 있다. 이 경우는 다음과 같은 점에 주의할 필요가 있다. 자외선살균은 빛으로 하는 것이므로 그림자가 진 부분은 살균할 수 없다. 따 라서 물 속이나 용기에 먼지가 끼어있는 경우는 살균할 수 없어 살균 不良이된다. 곰팡이에 대해서는 살균효과가 적기 때문에 미리 제거한다. 물의 경우는 0.5 μ이하의 필터 등으로 처리하면 좋다.

  • 램프의 살균선출력의 열화

살균램프의 살균출력은 점등시간에 따라 서서히 감소하며 살균효과도 낮아진다. 살균램프에는 수명이 표기되어 있다. 살균램프의 수명이란 점등 중에 살균출력의 감소를 고려한 값이다. 점등하지 않을 때까지의 시간은 이것 보다도 훨씬 길지만, 출력이 크게 감소한 상태로 사용하면 所期의 살균효과를 얻을 수 없으므로 새램프로 교환하는 것이 좋다

  • 살균선의 흡수가 매우 큰 액체의 살균

이 장치는 경사진 회전원통의 축의 위치에 살균램프를 부착하여 원심력과 액체의 점성을 이용하여 액을 원통의 내면에 똑같은 두께의 필름상에 흘러보내며 살균을 하는 것으로, 혈청이나 왁친(틴)의 제조면에서 살균비루스의 불활성화에 이용되고 있다

자외선에 의한 눈의 장해는 紫外線 眼炎이라 불린다. 이것은 자외선을 과도하게 쬐여 눈의 표층이 상해서 자외선의 조사를 받고 나서 4∼5시간 후에 눈이 충혈되기 시작해 반나절 후에는 눈이 지쳐 심한 안통이 일어나 눈을 떠서 물체를 볼 수 없게 된다. 그러나 이것은 일시적인 증상이며 1∼2일 정도면 치료된다. 피부에 대해서는 자외선조사 후 6∼8시간정도 지나면 피부가 빨개지며(홍반이 시작되며), 조사량이 클때는 피부가 거칠거칠해지며 통증을 느끼게 되며, 심할 경우는 乳腫을 동반한다. 따라서 살균램프를 청소하거나 교환할 때는 전원을 끄고 하도록 한다. 만약 그렇게 할 수 없을 때는 짧은 시간이라도 반드시 안경을 쓰던지, 유리 또는 자외선불투과용 플라스틱를 통해서 보도록 한다. 미국에서는 허용살균강도로 하루에 0.2μω /㎠×8시간이 규정되어있다.

  • 맺는말

자외선 살균은 다른 처리방법에 비해 경비와 시간이 걸리지 않고 매우 짧은 시간에 살균할 수 있는 등 많은 이점이 있으며, 의료, 화장품, 전자공업, 식품의 원료수나 철도차량·선박·가정 등의 음료수 등 널리 응용되고 있다. 그러나 액상식품의 분야에서는 그 대부분이 자외선의 흡수가 크기 때문에 자외선에 의해 액이 변질될 우려가 있으며, 탁도가 높은 액상에서는 찌꺼기부분이 살균이 잘 안될 염려가 있는 등, 이 분야에서 자외선살균을 이용하는데 한계가 있다고 생각된다. 이것을 충분히 인식하여 자외선살균을 응용하여 주길 바란다