소독제! 액화염소, 차아염소산나트륨 그리고 유효염소

깨끗한 물을 유지하기 위해 가장 중요한 요소 중 하나는 바로 소독입니다.

우리가 매일 사용하는 수돗물은 미생물과 병원균으로부터 안전하게 만들어지기 위해 다양한 소독 과정을 거치는데, 이 과정에서 가장 널리 사용되는 물질이 바로 액화염소와 차아염소산나트륨입니다.

그렇다면 이 두 소독제가 어떤 차이점을 가지고 있을까요? 

또, 소독력을 나타내는 척도인 유효염소란 무엇일까요?

이번 포스팅에서는 액화염소와 차아염소산나트륨의 특징과 차이점, 그리고 이들이 물 소독에 어떻게 활용되는지를 알아보고, 유효염소라는 개념이 어떤 것인지 알아보도록 하겠습니다.

1. 소독제의 종류

가. 액화염소

• 염소가스를 액화하여 용기에 충전시킨 것
• 공기보다 무겁고 자극성 냄새를 가진 가스로서 독성이 강하므로 취급시 충분한 주의가 필요
• 액화염소 중 유효염소 성분은 거의 100%이므로 다른 소독제에 비하여 저장용량은 적어도 되며 품질도 안정되어 있음

나. 차아염소산나트륨

• 유효염소농도가 5~12% 정도의 담황색 액체로 알칼리성이 강함
• 농도가 높을수록 불안정하며 저장 중에 유효염소가 감소
• 액화염소에 비하면 안전성과 취급성이 좋음
• 다만, 용액으로부터 분리되는 기포(산소)가 배관내에 누적되어 물의 흐름을 저해할 가능성이 있음
• 차아염소산나트륨의 자가생성장치에 의한 생산품은 유효염소농도가 1%(10,000ppm) 이하의 묽은 용액이므로 시판되는 차아염소산나트륨에(5~12%, 50,000~120,000ppm) 비하여 기포에 의한 장애는 적지만 장치설비비가 고가

다. 차아염소산칼륨

• 분말, 과립, 정제가 있으며 유효염소 농도는 60% 이상으로 보전성이 좋음

2. 유효염소

• 유효염소(Available Chlorine)는 살균력을 나타내는 지표로 물속에서 염소(Chlorine) 화합물이 얼마나 효과적으로 세균을 죽일 수 있는지를 나타냅니다.
• 유효염소는 소독제의 농도를 평가하거나 물의 소독 능력을 확인하는 데 사용됩니다.

유효염소의 형태

• 자유염소(Free Chlorine)  : 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCL-)의 형태로 존재하며 주로 살균력을 제공합니다.
• 결합염소(Combined Chlorine) : 클로라민(Chloramine)같은 화합물로 존재하며, 살균력이 자유염소보다 약하지만 더 안정적입니다.

3. 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCl^-)의 생성

염소나 차아염소산나트륨이 수중에 주입된 후에는 차아염소산과 차아염소산이온이 생성됩니다.

가. 염소의 경우

Cl₂ + H₂O ↔ HOCL + H⁺ + Cl^-

HOCl ↔ OCl^- + H⁺

나. 차아염소산나트륨의 경우

NaOCl + H₂O  ↔ HOCl + Na⁺ + OH^-

HOCl ↔  OCL^- + H⁺

• 차아염소산(HOCl)과 차아염소산이온(OCl-)은 같은 유효염소이지만, 살균력에 차이가 있으며 차아염소산(HOCL)이 살균력이 강합니다
• 차아염소산과 차아염소산이온의 존재비는 pH가 낮을수록 차아염소산의 존재비율이 높아지므로 소독효과는 커집니다.

 4. 차아염소산나트륨과 액화염소의 유효염소 비교

• 차아염소산이온(OCl^-)이 산화제로서 환원될 경우 2개의 전자가 필요합니다.

• 차아염소산나트륨(NaOCl)과 액화염소(Cl₂)는 각각 OCl^-를 생성하고 차아염소산이온은 2개의 전자를 받아 산화반응을 일으키므로 각각의 분자량(g/mol)의 비로 유효염소의 비를 계산할 수 있습니다.

NaOCl 분자량 : 74.44g / mol

Cl2 분자량 : 70.91g / mol

분자량 비 : 70.91 / 74.44 = 95%

2024.12.29 - [환경 이야기/재료과학] - 원소별 표준원자량

원소별 표준원자량

• 따라서 차아염소산나트륨 1g은 0.95g의 염소와 동일한 소독 효과를 가진다는 의미입니다.
• 즉 차아염소산나트륨의 유효염소는 95%의 의미는 염소가스(Cl₂)와 비교했을 때이 의미입니다.