Solar water disinfection
1. 개요
2. 상세
개발도상국이나 개발도상국마저도 되지 못한 최빈국에서는 상하수도 시설의 미비로 식수를 구하는 것이 어렵다. 이를 해결하기 위해 최소한의 자원으로 인도적차원에서 라이프 스트로우를 보급하거나 어떻게든 자본을 끌어와 마을 단위의 급수 시설을 설치해 주는 경우는 있지만 그것조차도 어려운 곳은 많다. 이런 문제를 해결하기 위해 태양광을 이용한 물의 소독과 식수 이용에 대한 연구가 이루어졌으며, 이를 최소한의 자원과 교육으로 수행할 수 있도록 정리한 방식이 SODIS 이다.
- 1984년 American University in Beirut에서 Aftim Acra교수에 의해 태양광을 이용한 물의 소독에 관한 원리에 대한 연구.
- 1990년대 EAWAG/SANDEC에서 연구와 실험을 기반으로 SODIS 방법을 구상함.
- 2001년부터 개발도상국 등에 실제로 SODIS 방법을 적용하기 시작함.
여기서 주의해야 할 점은 SODIS가 물 끓이기나 염소처리를 포함한 여러가지 HWTS[1] 방법중의 하나로 인정받고는 있지만 다른 방식과 비교할 때 항상 우위에 있는것은 아니며, 기술 적용 대상이 처한 환경에 따라 적합한 방식이 다르단 것에 주의해야 한다. 요컨대 이 기술도 만능이 아니라는 소리.
3. 방법
주의사항만 조심하면 방법은 놀라울 정도로 간단하다. 단 우리나라같이 수도시설이 최고수준인 나라에서 멀쩡한 물로 아래 과정을 거친 물을 음용하지 말것!! SODIS는 어디까지나 기초적인 상수시설조차 없어서 수인성 전염병에 고통받는 사람들을 위해 만들어진 적정기술임을 잊지 말자.- 페트병 준비: 색없이 투명하고 2L 용량 미만의 깨끗한[2] 페트병을 준비한다.
- 물 담기: 정수가 필요한 물을 페트병에 가득 담는다.[3] 단, 물은 너무 탁하지 않아야 하며, 탁도가 높은경우 거르거나 전처리가 필요하다.
- 태양광 노출: 페트병을 그림자가 없고 태양빛이 잘드는 곳에 가로로 눕혀 하루종일 (해 뜰때부터 시작하는 것이 유리함, 최소 6시간 이상) 태양광에 노출시킨다. 단, 6시간 기준은 날이 종일 화창한 경우이고 날이 흐릴경우에는 이틀이상 태양광에 노출시킨다. 만약 비가 온다면 태양광 소독은 의미없으니 시행하지 말고 빗물을 받는 것이 좋다.
- 음용: 태양광에 소독한 물은 재오염되기 전 가급적 빠르게 소비하는 것을 권장한다.
4. 원리
SODIS에서 물을 살균소독하는 원리는 대부분 자외선 조사에 따른 결과이다. 물론 주파수에 따라 작용하는 방식이 조금씩 상이하다.- UV-B: 직접적으로 병원체의 DNA등을 파괴할 수 있으나 대부분 페트병에서 흡수되기 때문에 물의 가장 상층부에나 조금 작용하거나 거의 작용하지 않는 수준이다.
- UV-A: SODIS의 효과의 대부분은 UV-A에서 나오는데, 직접적인 조사로는 DNA 파괴가 어렵지만 용존 산소와 반응하여 만들어진 ROS(흔히 활성산소라고 부름)가 병원체에 파괴적인 효과를 일으킨다.
- 낮은파장의 가시광선: 약간의 효과가 있다.
- 열: 빛의 조사에 따라 물 온도가 올라가면 흔히 저온 살균으로 알려지는 과정이 일어난다.
5. 요인 및 주의사항
- 일조량과 노출시간: 강할수록 소독 효과가 강하며, 다른 모든 요인에 앞선 가장 기본적인 요인이다. 해가 쨍쨍한 날에도 하루, 최소한 6시간은 노출시키는 것이 기본이며 흐린 날에는 최소 이틀을 노출시켜야 한다. 비가 올 때는 SODIS의 효과가 전혀 없으니 상대적으로 깨끗한 빗물을 사용하거나 비축해둔 SODIS 처리 식수가 있다면 먼저 소비할 것을 권고하고 있다.
- 페트병의 자세와 위치: 페트병을 세울경우 조사 면적이 줄어들 수 있으며 페트병을 눕히는 것이 효과적이다. 다만 자세보다 중요한 것은 그림자가 지지 않는 곳에 물병을 두는 것이다. 그림자를 피하기 위해 지붕에다 두는 것이 효과적인 방법으로 소개된다.
- 페트병의 크기: 페트병은 작을수록 좋다. 보통 페트병의 직경이 10cm 이상 되는 경우 (눕히기 때문에 높이보다 직경이 더 중요하다.) 태양광이 페트병 아래까지 충분히 조사되지 않았다. 일반적인 기준은 2L를 한계로 본다.
- 페트병의 소재
- 페트병의 색깔: 색이 없는 것이 좋다. 왜냐하면 색 자체가 내부 내용물의 변질을 막기 위한 경우가 많아 자외선의 조사가 많아 어려워지기 때문이다.
- 물의 탁한 정도
- 재오염: 명확하지 않다. 문헌에 따라, 병원체에 따라 재오염의 정도나 여부가 다르게 나온다. 따라서 SODIS가 완료된 식수는 가급적 빠르게 (몇 시간~길면 하루나 이틀)소비할 것을 권고한다.
- PET(분리수거 1번)을 쓰는것이 좋다.[4] 다른 재질도 효과에 큰 차이는 없을 수 있지만 연구가 주로 PET를 통해 이루어졌기 때문에 효과를 예측할 수 있기 때문이다. 일반적으로 유해물질 문제는 PET보다는 PC 등 다른 플라스틱에서나 중요한 것이다. 물론 PET에서도 가소제 등의 첨가물에 노출될 수 있으나 SODIS를 사용해야하는 환경에서는 그 해악이 수인성 질병의 노출에 비해 굉장히 적은 것으로 판단된다.
- PVC는 적합하지 않다.
- PC(분리수거 7번)는 BPA나 다른 발암물질이 함유되어 태양광에 노출시 식수에 용출될 수 있다.
- 유리병은 자외선을 다 막는 타입과 아닌 타입으로 구분할 수 있으며, 후자의 경우 소독효과에도 문제가 없고 가소제 용출등의 문제에서 비교적 자유로우나 사실은 사용을 크게 권장하지 않는다. 왜냐하면 PET가 연구가 잘 되어있기도 하고, 자외선을 막는 유리를 구분할 방법이 마땅치 않은데다, 열이나 충격으로 깨질 수 있고 무거우며 상대적으로 비싸기 때문이다.
- 물이 탁할수록 햇빛이 물의 밑바닥까지 닿지 않고 윗층에서 산란 및 흡수되어버리기 때문에 가급적 투명해야 한다.
- 물이 탁한 경우 잠시 방치하여 원인물질을 가라앉히거나 돌과 모래, 숯을 이용한 간단한 필터로 거르는 등의 조치를 취한 후 SODIS를 적용하는 것이 좋다.
- 간단한 시험방법이 있는데, 물병 뚜껑을 연 상태에서 주둥이에 눈을 가져다 댔을 때 물병 아래에 있는 신문지의 헤드라인이 안 보일 정도로 탁하면 그 물은 SODIS를 적용할 수 없는 것이다.
6. 효과
6.1. 병원체에 미치는 영향
6.2. 신체에 미치는 영향
- 설사: 연구는 주로 비교적 표준화하기 쉬운 설사 증상에 한정되었다. 메타분석에 따르면 설사의 발생율을 약 44%가량 감소시켰다.
- 콜레라: 한 연구에서는 콜레라 발생이 80% 가량 감소하였다.
- 한계점
- 연구의 한계점은 대부분 설사 증상에 한정된 연구였다는 점, 설사로 인해 큰 타격을 입는 5세 미만의 아동을 중심으로 한 연구라는 점, 식수보다는 다른 경로를 통한 감염에는 효과가 없었다는 점, 연구마다 편차가 굉장히 심하다는 점, 지역마다 문제를 일으키는 병원체가 다르다는 점, 지역에 따라 순응도가 굉장히 낮은 곳이 많았다는 점 등이 있다.
- 정리하자면 설사등의 수인성 질병이 감소하는 것으로 보이긴 하나 현실적인 이유로 통계적으로 일관적인 결과가 나오는 것은 아니며, 증상이 아닌 질병 단위에서의 연구는 거의 없다.
7. 장점과 단점
7.1. 장점
- 세균의 박멸에 굉장히 효과적이다.
- 비용이 거의 들지 않는다.
- PET 병은 웬만큼 낙후된 지역에서도 식수 정화에 필요한 만큼 구하는 것이 그렇게 어렵지 않다.
- 전기시설이 불필요하다.
- 이해하고 실제로 수행하는 것이 굉장히 쉽다.
- 보관과정이 정수과정과 동일해 이론적으로는 재오염의 가능성이 적다.
7.2. 단점 및 한계
- 바이러스와 원충에 대해서는 다소 효과가 떨어진다.
- 정수에 오랜 시간이 걸린다.
- 일조량이 부족할 경우 정수가 어렵거나 불가능할 수 있다.
- 중금속이나 화학적으로 오염된 물은 태양광 소독으로 정화할 수 없다. [5]
- 재오염에 대한 연구가 충분하지 않다.
상술한 장단점은 SODIS를 수행하려는 사람이 처한 환경이나 인프라에 따라 그 경중이 달라진다. 개발도상국이나 이에도 도달하지 못한 빈곤하고 아무런 인프라도 없는 환경에 처한 사람에게는 수인성 질병에 시달릴 가능성을 획기적으로 줄여주는 적정기술이지만, 상수시설이 멀쩡히 있는 나라(특히 상수시설로 세계에서 손꼽히는 우리나라)에서는 그냥 수돗물이 말할 필요도 없이 더 낫다. 마트에서 생수를 사먹으면 되는데 멀쩡한 물을 개봉하고 지붕에다 올려서 오염될 가능성을 늘릴 필요는 전혀 없다. 다시 한 번 말하지만 일반적인 상황에서 SODIS를 거친 물은 절대 마시지 말 것!!! 다만 재해상황이나 이로 인한 장기간의 단수에서 다른 식수 정화수단이 없을 때 생존주의적 관점에서 알아두는 것은 나쁘지 않을 것으로 보인다.
8. 관련문서
9. 참조문헌 및 외부링크
위키백과CDC
http://www.sodis.ch
[1] Household Water Treatment and Safe Storage[2] 깨끗하지 않은 경우 세척한[3] 이전에는 산소포화도를 높이기 위해 물을 3/4만 채우고 흔들어서 추가적인 산소화 후 물 1/4를 마저 채우는 과정이 더 있었으나, 2016년 개정된 매뉴얼에서는 기존 용존산소량만으로도 충분한 것으로 밝혀져 해당 과정은 권고에서 삭제됨.[4] 영어 원문에서는 plastic bottle중에서 PET 소재를 쓰라고 되어있다. 우리나라에서는 페트병이라는 용어를 플라스틱병 대신 쓰기 때문에 페트 소재로 된 페트병을 쓰라는 미묘한 번역이 되었다.[5] 다행히 대부분의 경우 물의 정화를 필요로 하는 때는 화학오염을 상정하기보다는, 상수도나 정화시설등 인프라의 미비로 인한 생물학적 오염을 제거하기 위한 것이니 실용적으로는 큰 문제가 없다.