염소 소독은 정수처리 공정에 필수적인 공정이다. 정수처리장의 침전과 여과 공정에서 원수 중 병원성 미생물의 불활성화 및 수돗물 공급과정에서 수돗물의 2차 오염을 예방하기 위해 반드시 염소 소독을 실시해야 한다. 우리나라 「수도법」은 수돗물의 잔류염소 농도가 0.1㎎/L가 되도록 법으로 규정하고 있다. 

과거에는 대부분 액화염소를 사용했지만 2015년에 「화학물질관리법」이 전면 개정되면서 연간 사용량 450㎥, 저장 용량 10㎦ 이상의 액화염소를 사고 대비 물질로 분류해 취급 관련 규제가 강화됐다. 

또 최근에는 우리나라도 지진 등 자연재해 발생 빈도가 증가함에 따라 지진 등의 재해가 발생했을 때 액화염소가 누출될 우려가 있기 때문에 소독 설비의 안전 측면에서 무엇을 사용해야 되는지에 대한 관심이 늘어났고, 이와 관련해 최근 대규모 수도사업인 인천 풍납취수장, 부평정수장 및 수도권 광역상수도 약 100만㎥에 규모의 정수장에서 현장제조염소나 시판 차아염소산 나트륨(NaClO)을 구매해서 사용하는 사례들이 증가하고 있다. 

정수처리 공정에서 선택할 수 있는 소독 공정의 대표적인 방법은 액화염소를 주입하는 것이고 그 다음은 현장제조염소를 주입하는 것이다. 현장제조염소는 소금을 전기 분해해 유효염소 0.8% 또는 유효염소 12%의 차아염소산나트륨(이하 ‘차염’)을 생산하는 방법으로 무격막식 또는 격막식으로 현장에서 제조하는 방식과 공장에 만들어진 차염을 구매해서 사용하는 방법이 있다. 또 과거에 소규모 수도시설에서는 소위 클로르칼키라고 하는 차아염소산칼슘을 사용했지만 현재는 차아염소산칼슘을 사용하기에는 제한적이다. 

소독설비, 액화염소 대체로 차염 증가 추세

환경부 『상수도 통계』에 기재된 소독 방법에는 △차아염소산나트륨 △차아염소산칼슘 △액화염소 △현장제조염소 △시판 차아염소산나트륨 등으로 표기되어 있어 수도사업자마다 소독방법을 기재하는 명칭이 상이하다. 액화염소, 현장제조염소, 시판 차염 세 가지로 명확히 구분 가능한 정수장은 총 165개소이며, 이 중 액화염소를 사용하는 정수장은 140개소, 현장제조염소를 사용하는 정수장은 23개소, 시판 차염을 사용하는 정수장은 2개소이다.

국내 지자체의 2021년 기준 대체소독설비 도입 현황은 서울의 6개 정수장은 액화염소 설비를 유지할 예정이며 대구, 인천, 울산, 광주의 11개 정수장은 현장제조염소 또는 시판 차염대체 소독설비 도입을 검토 중이다. 인천시는 2017년 2종 시판 차염을 이용한 염소소독시설 공사를 완료했고, 울산시는 현장제조염소 운영실적(1개소)을 보유 중이며, 나머지 정수장도 현장제조염소로 변경을 추진 중이다. 

광역상수도의 경우 많은 정수장에서 유효염소 0.4% 또는 0.8%의 현장 제조염소를 사용하다가 최근에는 12%를 많이 사용하고 있으며, 하이브리드 방식이라고 해서 현장제조 염소와 시판 차염을 같이 사용할 수 있는 설비가 광역상수도에 도입되었다. 

2020년 기준 생활용수 사용 광역정수장 총 38개소 중 25개소 정수장에서 액화염소 설비를 사용하고 있으며, 6개소는 현장제조염소 설비, 3개소는 시판 차염 설비를 소독공정에 활용하고 있다. 아울러 액화염소 설비를 사용하는 25개 정수장 중 5개소는 현장제조염소를, 12개소는 시판 차염을, 10개소는 하이브리드 방식을 도입할 예정이다.

성남 수지정수장의 경우, 일일 시설 용량이 91만6천㎥인데 여기에 현장제조 염소와 12% 차염 주입설비가 갖춰져서 안정적으로 운영되고 있다. 인천의 한 정수장은 액화염소에서 시판차염으로 시설을 바꿨는데 액화염소를 다 없애지 않고 일부 존치해 운영하면서 시판 차염을 사용하고 있다. 

일반적으로 수도권은 액화 염소 주입 설비가 있어 pH 제어를 하는데 이 정수장의 경우 별도의 제어 설비 없이 원수의 pH가 높으면 전염소 처리를 산성인 액화 염소를 사용해 pH를 낮추고 있다. 

또 다른 수도권의 정수장은 유효염소 12%의 현장제조 염소를 현장에서 발생시켜 사용하고 있으며, 생산 온도에 따라 보관 기간을 달리하는 등 자체 가이드라인을 보유하고 있다. 수지정수장은 12%의 현장제조 염소와 시판 차염을 상황에 따라 알맞게 사용하는 하이브리드 타입으로 운영하고 있다. 

1종 시판 차염, 수요 환경 조성 필요

과거 일부 지자체에서 액화염소 누출사고가 발생해 문제된 적이 있다. 환경부 『상수도 통계』에 따르면 서울시의 경우 2004년 발생사고 215건 중 취·정수장에서 50건의 사고가 발생했으며, 이 중 8건은 소독설비 관련 사고로 나타났다. 또한 일본 상수도 사고 사례집의 사고 사례 402건 중 소독설비 관련 사례는 11건으로 나타났다.

현장제조 염소는 현장에서 제조하지만, 공장에서 생산되는 시판 차염의 경우 입고되면 바로 품질검사를 해야 한다. 품질검사를 면제받을 수 있는 조건은 한국물기술인증원의 위생안전 인증을 취득했을 경우 별도의 품질검사 없이 수도사업장에서 바로 사용할 수 있다. 

시판 차염의 경우 현재까지 5개 업체에서 위생안전 인증을 취득했다. 차염은 1종과 2종이 있는데, 우리나라는 인증을 받은 5개 업체는 모두 2종 차염이다. 국내에는 2종 차염 생산업체만 있으며, 브로메이트(bromate)에 대한 성능 기준을 만족하지 못해 1종 차염 생산업체는 전무하다. 

일본의 경우, 차염의 품질기준을 특급, 1급, 2급, 3급 등 4종류로 규정하고 있으며, 일본 동경도 수도국은 비용은 비싸지만 불순물이 가장 적은 특급 차염을 납품받아 소독공정에 사용 중이다. 특히, 일본의 특급 품질은 우리나라 1종 차염 품질 규격에 준한다. 향후에는 고품질의 수돗물을 안전하게 생산하기 위해 우리나라도 1종 시판 차염 제조가 필요하며, 이를 위해 수요 환경을 조성하는 것이 중요하다.

현장제조염소 원료인 소금의 정확한 품질기준 마련 필요

소독제 소독설비 관리 및 운영상의 문제점은 액화염소의 경우, 엄격한 법적 규제가 적용 중이며, 취급 시 누출되면 심각한 피해가 발생할 가능성이 높아 안전성의 문제가 있다는 것이다. 현장제조염소의 경우에는 정수장에 하나의 설비가 있는 것이기 때문에 설비의 복잡성으로 인해서 유지관리가 다소 어려울 수 있으며, 현장제조염소를 만드는 원료는 소금인데 소금에 대한 정확한 품질기준이 없어 브로메이트 같은 소독부산물이 만들어질 우려가 있다.

시판 차염의 경우, 현장제조염소와 같이 알칼리성이기 때문에 전염소 처리를 했을 때 pH가 상승해 응집 효율이 떨어질 수 있으며, 시판 차염은 저장·운송방법에 따라 품질이 저하될 수 있고, 차염 주입과정에서 사고가 발생할 수 있다.

외국의 경우, 차염 관련 품질규격 사례가 있다. 미국은 차염을 주입하면 그 안에 있는 오염물질이 먹는물로 나올 수 있기 때문에 차염이 유발할 수 있는 클로레이트(chlorate)와 브로메이트를 먹는물 수질기준의 3분의 1을 넘지 못하도록 SPAC(Single Product Allowable Concentration)라는 기준을 설정해 운영하고 있다. 브로메이트의 경우 0.0033㎎/L 이하로 하도록 규제하고 있다.

염소 소독제를 선정할 때 고려할 수 있는 것이 액화염소, 현장제조염소, 시판 차염으로, 장단점을 잘 비교해 선정해야 한다. 최근의 경향은 액화염소는 전반적으로 줄어들고 있다. 국내에서는 현장제조염소와 시판 차염이 50% 이상을 차지하고 있으며, 향후 더 늘어날 것으로 전망된다. 일본의 경우 액화염소 사용율은 1% 정도로, 20년 전 50%에서 획기적으로 줄였다. 

시판 차염, 소독부산물 방지 위해 보관 가이드라인 필요

현장제조형 차염의 경우, 시판 차염과 마찬가지로 보관 기간에 따라 소독물의 농도가 변화될 수 있다. 특히, 유효염소의 분해속도가 증가해 유효염소 농도가 급격히 저하되면서 소독부산물로 클로레이트가 생성될 수 있다. 이를 방지하기 위해 서늘한 온도에서 짧은 시간 동안만 보관하는 것이 바람직하다.

일본의 특급 품질 차염은 브로메이트를 10㎎/㎏ 이하로 규정하고 있다. 반면, 우리나라의 수처리제 기준과 규격 및 표지기준은 유효염소 12% 이상의 1종 차염은 브로메이트 12㎎/㎏, 클로레이트 2천㎎/㎏ 이하로 규정하고 있으며, 2종 차염은 브로메이트 100㎎/㎏, 클로레이트 1만㎎/㎏ 이하로 규정하고 있다.

시판형 차아염소산 나트륨(차염) 관련 연구를 통해 도출된 개선방안은 고품질의 수돗물을 생산하기 위해 1종 차염 사용 수도사업자를 확대하고, 생산시설을 운용해야 되며 품질기준은 현행을 유지하는 것이다. 또한 보관 기간이 길어질수록 염소 농도가 낮아지고 클로레이트가 생성되는데 이를 방지하기 위해 일정한 온도 이하로 보관하고 사용 일수를 제한할 필요가 있다. 예를 들어 보관 온도를 20℃ 이하, 보관 기간을 30일 이내로 하는 등의 가이드라인이 필요하다. 

염소소독제의 안전성 및 수질에 미치는 영향을 액화염소, 차염 등 염소소독제별로 소독력, 소독부산물 발생 정도, 맛·냄새에서 큰 차이는 없는 것으로 파악된다. 하지만 시판 차염과 현장제조염소는 알칼리성으로 처리수의 pH 및 알칼리도의 상승을 유발하고 보관 과정에서 차염의 분해로 인해 클로레이트 농도가 지속적으로 증가함에 따라 제조과정서 생성된 브로메이트도 건강상에 위해를 줄 수 있다. 2종 차염의 최대 주입한 농도는 브로메이트 33㎎/L 클로레이트 30㎎/L이다. 

소규모 수도시설, 클로레이트 모니터링 필요

차염 보관과 사용과 관련해 환경부 고시에는 품질기준과 보관 및 사용 기준을 고시하고 있다. 환경부 고시에 따르면 차염은 서늘한 곳에 보관하고 가급적 제조 후 3개월 이내에 사용해야 된다고 나와 있다. 하지만 이것만으로는 충분하지 않아 온도 기준 및 사용일에 대한 기준이 필요하다. 차염 저장 및 보관시설은 직사광선을 피하고 용액의 온도는 20℃ 이하로 관리해야 하며 입고 후 30일 이내에 사용해야 한다고 개정이 필요하다.

현장제조염소는 원료인 소금의 품질이 가장 중요하다. 현재 환경부 고시 제2017-190호에서 원료가 되는 소금에 대해 식품의약품안전처 고시 ‘식품의 기준 및 규격’ 상 적합한 것을 사용토록 규정하고 있다. 하지만 여기에 명시된 소금의 규격에는 브롬이온에 관한 기준이 없다. 미국의 경우, 소금 1㎏당 브롬이온 59㎎/㎏ 이하로 관리하도록 규정하고 있다. 이와 같이 국내 현장제조염소 발생용 소금 규격에 브롬이온에 대한 규정을 추가해야 한다.

현장제조염소 생산을 위한 소금의 품질 기준은 반드시 필요하며, 그 위해성 평가 기준 항목에 대한 보완이나 시판 차염 원료 소금에 대한 인증이 필요하다. 또 차염의 소독부산물로 생성되는 클로레이트는 먹는물 감시 항목이지만 정수장 시설 용량 5만㎥/일 이상의 정수장에만 적용하고 있어 정수장 시설 용량 5만㎥ 미만 소규모 수도시설이라고 하더라도 시판 차염이나 현장제조 차염을 사용하는 정수장에 대한 클로레이트 모니터링이 필요하고, 앞서 『상수도 통계』에 기재된 정수 소독 방법도 표준화가 필요하다.

[『워터저널』 2023년 1월호에 게재]