먹는 물 소독을 위한 개발도상국용 휴대용 염소발생장치에서 염소 생성, 에너지 요구 및 염소계 소독부산물 생성 특성

Abstract

전세계적으로, 특히, 개발도상국 국가들에서는 아직도 수많은 사람들이 안전하지 않은 먹는 물 문제로 고통 받고 있으며 그로 인해 사망하는 인구가 매년 150만 명을 넘는다. 콜레라, 장티푸스, 이질 등과 같은 수인성 질병이 주로 문제가 되며, 이 경우 먹는 물 소독이 철저하지 않은데 기인한다. 본 연구에서는 이런 문제 해결에 도움을 주고자 마을단위 또는 가정 단위에서 간편하게 사용할 수 있는 전기화학적 염소 발생 원리를 기반으로 개발된 휴대용 염소발생장치를 이용하여 장치에서의 염소생성, 에너지 요구 및 염소계 소독부산물 생성 특성에 대해 알아보았다. 염소 발생 반응과정에서 생성될 수 있는 염소계 소독부산물(Chlorite(ClO2-), Chlorate(ClO3-), Perchlorate(ClO4-))에 대해 조사하였고, 안정적인 관리 운영은 물론 휴대용 배터리, 태양광 패널 등에 적용하고자 염소 생산에 요구되는 전기에너지와 전류 효율을 염(소금, NaCl)농도, pH, 전압에 따라 살펴보았다. 주요 결과로, 500 L 물탱크의 물을 소독하는데 필요로 하는 염소량(300 mg 가정)은 10 g 정도의 소금으로 8분 작동 시 생성되며, 이때 염소 1 g을 생성하는 데 5.5 Wh의 전기에너지가 소모되었고, 염 농도가 증가할수록 전류 효율이 높아져 20 g/L 이상의 조건에서 85% 의 효율을 보였다. 이러한 조건에서 염소계 소독부산물의 경우 chlorite는 측정되지 않았고, chlorate는 먹는 물 기준 40분의 1, perchlorate는 5분의 1 수준이었다 (먹는 물에서의 염소계 소독부산물 chlorite와 chlorate 농도는 700 μg/L, perchlorate는 15 μg/L 이하로 제한된다). 따라서 본 연구에서 개발된 휴대용 염소발생장치는 마을 또는 가정단위의 작은 물탱크 소독에 필요로 하는 염소생산량 생산에 적절하게 사용될 수 있으며, 이때 소모되는 에너지는 180 W 출력 태양패널(약 1.0 m2)을 2분 충전함으로써 얻을 수 있는 양으로, 본 장치를 통해 에너지 효율적으로 물을 소독할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 이 경우 생성되는 염소계 소독부산물은 우려할 수준이 아니었다.