KR20100007637A - 친환경 지속형 브롬염화히단토인 소독제 개발 - Google Patents

친환경 지속형 브롬염화히단토인 소독제 개발 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA)을 함유하는 소독제에 관한 것으로, 구체적으로 20 내지 80 중량부의 BCDMH 및 20 내지 80 중량부의 TICA를 일정한 비율로 배합함으로써 유효 염소 함량이 낮으면서 타정시 제품성이 유지될 수 있는 최적의 배합비율을 갖는 소독제에 관한 것이다.
브롬염화히단토인, 삼염화이소시아눌산, 소독제, 친환경, 지속형

Description

친환경 지속형 브롬염화히단토인 소독제 개발{Development of environment-friendly sustainable disinfectant comprising bromo chloro-dimethylhydantoin}
본 발명은 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA)을 함유하는 소독제에 관한 것이다.
소독이란 각종 질병을 유발시킬 수 있는 미생물을 사멸하는 수단으로서, 다양한 종류의 박테리아, 바이러스, 세균, 원생동물 및 기생충 등에 의한 수인성 전염병으로부터 인간 및 가축을 보호하는데 그 목적이 있다. 일반적으로 소독제의 효능은 소독제를 사용할 때의 조건(예; 소독제의 종류 및 농도, 소독제와 미생물의 접촉시간, 온도, pH)과 미생물의 상태(세포벽과 세포막의 조성, 균의 성장상태, 점액분비 여부, 콜로니와 생물막의 형성, 초기 미생물농도)에 따라 소독력의 차이가 나타난다고 보고되어 있다. 비록 소독제의 농도가 높을수록 미생물에 대한 소독효과는 높을 수 있으나, 소독제의 과다사용으로 인하여 사람이나 가축에게 피해를 줄 수 있고, 또한 소독에 의한 2차 부산물의 생성 가능성도 크기 때문에, 적절한 소독제의 선택과 사용은 보건위생 및 환경적인 측면에서도 매우 중요하다고 사료된다.
삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA), 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 칼슘하이포클로라이트(calcium hypochlorite, CH)로 대표되는 고형(solid) 염소계 소독제는 물에 용해되었을 때 매우 효과적인 살균력을 가질 뿐만 아니라 값이 저렴하고 운반과 보관이 용이하다는 이점 때문에 현재 우리나라 하수처리장에서 미생물을 살균하기 위해 가장 광범위하게 사용되는 소독제들이다. 비록 이들 소독제의 다양한 물리-화학적 특성은 잘 알려져 있으나(표 1 참조), 동일한 조건하에서의 이들 소독제 상호간의 미생물 사멸특성 비교연구는 미비한 실정이다. 이에 본 발명자들은 이전의 연구에서 상기 세 가지 소독제 TICA, BCDMH 및 CH의 소독력을 비교한 결과, 소독제의 염소함량에 따라 모든 미생물에 대한 소독력이 단순히 비례하는 것이 아니라, 소독제의 화학적 특성과 미생물의 종류에 따라서 특정미생물에 대한 사멸특성이 매우 다른 것을 확인하였다(오세현 외, Kor . J. Microbiol. Biotechnol . 35(4):334-338, 2007). 특히 BCDMH의 경우, 자체적인 염소함량(57%)은 상대적으로 낮음에도 70%의 CH보다 대장균에 대한 소독력이 매우 우수함을 확인할 수 있었으며, 심지어 90%의 TICA와 비교하여도 낮은 농도에서는 거의 유사한 소독력을 나타냄을 확인할 수 있었다.
이에, 본 발명자들은 상기 비교 결과를 바탕으로, 염소함량이 낮음에도 소독력이 우수하고, 특히 염기 조건에서도 소독력이 높은 차아브롬산(HOBr)을 생성하는 BCDMH와 사멸률 및 소독 지속력이 우수한 TICA를 일정한 비율로 배합함으로써 유효 염소 함량이 낮으면서 타정시 제품성이 유지될 수 있는 최적의 배합비율을 갖는 소독제를 제조하고, 상기 소독제가 하수처리장 소독에 유용하게 이용될 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 20 내지 80 중량부의 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA)을 함유하는 소독제를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 20 내지 80 중량부의 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 20 내지 80 중량부의 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA)을 함유하는 소독제를 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 20 내지 80 중량부의 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 20 내지 80 중량부의 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA)을 함유하는 소독제를 제공한다.
본 발명자들은 이전의 연구에서 표 1에 기재된 특성을 갖는 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA), 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 칼슘하이포클로라이트(calcium hypochlorite, CH) 소독제의 소독력을 비교한 결과, 소독제의 염소함량에 따라 모든 미생물에 대한 소 독력이 단순히 비례하는 것이 아니라, 소독제의 화학적 특성과 미생물의 종류에 따라서 특정미생물에 대한 사멸특성이 매우 다른 것을 확인하였다(오세현 외, Kor . J. Microbiol . Biotechnol . 35(4):334-338, 2007). 특히 BCDMH의 경우, 자체적인 염소함량(57%)은 상대적으로 낮음에도 70%의 CH보다 대장균에 대한 소독력이 매우 우수함을 확인할 수 있었으며, 심지어 90%의 TICA와 비교하여도 낮은 농도에서는 거의 유사한 소독력을 나타냄을 확인할 수 있었다.
CH, TICA 및 BCDMH의 특성
CH TICA BCDMH
유효 염소 함량 75% 90% 57%
분자식 Ca(OCl)2 C3Cl3N3O3 C5H6BrClN2O2
안정성 장기간 보관 시 수분함량 증가 장기간 보관에도 안정 장기간 보관에도 안정
수용성(at 25℃) 고(21 g/100 ㎖) 저 (0.2 g/100 ㎖) 저 (0.25 g/100 ㎖)
녹는점 (℃) 100℃에서 분해 249-251 158 ℃ - 165
pH (at 16ppm) pH 7.9 pH 5.0 pH 5.5
이에, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 염소함량이 낮음에도 소독력이 우수하고, 특히 염기 조건에서도 소독력이 높은 차아브롬산(HOBr)을 생성하는 BCDMH와 사멸률 및 소독 지속력이 우수한 TICA를 70:30의 비율로 배합하여 소독제를 제조하고, 물에 용해시켜 물리적 안정성을 BCDMH 및 TICA와 비교한 결과, 6일이 지나도 모두 그 형태를 우수하게 유지함이 확인하였다(도 1 참조). 또한, 하수처리장 두 곳에 처리하여 방류수의 BOD, COD, SS 및 대장균 수를 현저히 감소하는 것과(표 3 및 표 4 참조), TICA 및 BCDMH와 유사한 소독력을 갖는 것을 확인하였다(표 5 참조). 아울러, 소독 전후의 세포독성(cellular toxicity)을 확인한 결과, 원수의 1/2 및 1/20 희석 시료에서 세포 독성이 나타났으나, 소독 후의 방류수에서는 원수에 비해 거의 세포독성이 나타나지 않았다(도 2 및 도 3 참조). 이에, 본 발명의 소독제는 염소함량이 낮음에도 소독력이 우수하고, 특히 염기 조건에서도 소독력이 높은 차아브롬산(HOBr)을 생성하는 BCDMH와 사멸률 및 소독 지속력이 우수한 TICA를 일정한 비율로 배합함으로써 유효 염소 함량이 낮으면서 타정시 제품성이 유지될 수 있는 하수처리장 소독제로 이용될 수 있다.
상기 소독제는 바람직하게는 80 내지 60 중량부의 BCDMH 및 20 내지 40 중량부의 TICA를 함유하고, 더욱 바람직하게는 70 중량부의 BCDMH 및 30 중량부의 TICA를 함유할 수 있다. 또한, 상기 소독제는 추가로 조형제를 포함할 수 있고, 상기 조형제에는 붕산(boric acid) 등이 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 소독제를 하수에 투여하는 단계를 포함하는 하수 처리방법을 제공한다.
본 발명의 구체적인 실시예에서 상기 소독제를 하수처리장 두 곳에 처리하여 방류수의 BOD, COD, SS 및 대장균 수를 현저히 감소하는 것과(표 3 및 표 4 참조), TICA 및 BCDMH와 유사한 소독력을 갖는 것을 확인하였다(표 5 참조). 또한, 소독 전후의 세포독성(cellular toxicity)을 확인한 결과, 원수의 1/2 및 1/20 희석 시료에서 세포 독성이 나타났으나, 소독 후의 방류수에서는 원수에 비해 거의 세포독성이 나타나지 않았다(도 2 및 도 3 참조). 이에, 본 발명의 소독제는 하수처리장에 소독제로 이용될 수 있다.
상기 소독제는 잔류염소 농도가 0.3 내지 0.5 ppm으로 유지되도록 공급될 수 있고, 바람직하게는 0.4 ppm으로 유지되도록 공급될 수 있다. 또한, 상기 소독제의 하수에서 체류시간은 5 내지 10분인 것이 바람직하다.
본 발명의 소독제는 BCDMH 및 TICA를 일정한 비율로 배합함으로써 유효 염소 함량이 낮으면서 타정시 제품성이 유지될 수 있는 최적의 배합비율을 갖음으로써, 하수처리장 소독에 유용하게 이용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1 - 5> 고형 소독제 제조
표 1에서 나타난 바와 같은 유효염소함량 90%의 TICA(Neochlor 90, Shikoku Chemical Co., Japan) 및 유효염소함량 57%의 BCDMH(Lonza Chemical Co., USA)를 고유의 소독특성을 고려하여 다양한 배합비율의 신규 소독제 5종(SWE-X001 - 005; 표 2의 실시예 1 내지 5)을 200 g의 고형 소독제 형태로 제조하였다.
그 결과, TICA에 비하여 상대적으로 원료 입자의 크기가 크고 거친 BCDMH의 함량이 높을수록(X001에서 X005의 순으로) 시타정기의 펀치 움직임에 따른 마찰음이 심하게 발생하였으며, 이로 인한 펀치 및 다이의 마모가 관찰되었다. 또한 같은 압력으로 제품을 생산하여도 BCDMH의 함량이 높을수록 경도가 낮아 쉽게 부서짐이 확인되었다. 따라서 이러한 브롬염화히단토인계 소독제 생산의 문제점을 극복하기 위한 적절한 조형제 선별이 절실하다고 사료되었으며, 3-10%의 붕산(boric acid)을 첨가함으로써 생산된 제품의 경도 유지가 수월하도록 하였다.
아울러, 상기 실시예 1 내지 5 중에서 유효염소함량이 가장 낮으면서도 타정시 제품성이 유지될 수 있는 최적의 배합비율을 갖는 SWE-X002를 선별하였다.
고형 소독제 타정
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
SWE-X001 SWE-X002 SWE-X003 SWE-X004 SWE-X005
BCDHM : TICA 90 : 10 70 : 30 50 : 50 30 : 70 10 : 90
경도 30 이하 40 - 50 50 - 60 60- 70 70 이상
유효염소함량 60.3 66.9 73.5 80.1 86.7
타정 시 문제점 심한 마찰음 발생 약한 마찰음 발생 약한 마찰음 발생 간헐적 마찰음 발생 양호
기타 심각한 펀치 및 다이 마모 발생 경미한 펀치 및 다이 마모 발생 경미한 펀치 및 다이 마모 발생 특이사항 없음 특이사항 없음
< 실험예 1> 용해도 측정
실시예 2의 소독제(DB+TICA), BCDMH(Danto Brom) 및 TICA를 물에 용해시켜 물리적 안정성을 비교한 결과, 도 1에서 나타난 바와 같이 6일이 지나도 모두 그 형태를 우수하게 유지함이 확인되었다.
< 실험예 2> 하수처리장에서의 소독력 검증
상기에서 선정된 실시예 2의 소독제를 2곳의 하수처리장(광주 지월리 하수처리장, 광주 오포 하수처리장)에 적용하여 소독 전후의 수질분석 및 대장균 수를 측정하였다. 당시 상기 하수처리장들은 TICA를 이용하여 방류수에서의 대장균 수를 기준치 이하로 효과적으로 유지하고 있었다.
구체적으로, 실시예 2의 소독제, TICA 및 BCDMH를 각 하수처리장별로 소독조에 투입하였고, 투입량 산정은 세 가지 소독제가 방류수 물량대비 0.4 ppm의 잔류염소 농도 유지하도록 적정량을 투입하였다. 해당 소독제를 각 염소 소독조에 투입 후 약 5~10분간의 체류시간이 지난 최종 방류구에서 시료를 채수하여, BOD(Biochemical oxygen demand; 생물학적 산소요구량), COD(chemical oxygen demand; 화학적 산소요구량), SS(Suspended Solids; 부유물질량) 및 대장균 수를 측정하였다.
그 결과, 표 3 및 4에서 나타난 바와 같이 실시예 2의 소독제를 처리한 결과, 하수처리장 두 곳에서 유입원수에 비해 방류수의 BOD, COD, SS 및 대장균 수가 현저히 감소하는 것을 확인하였다. 특히 표 5에서 나타난 바와 같이 실시예 2의 소독제, TICA 및 BCDMH는 유사한 소독력을 확인하였다.
처리장 A 광주(지월리) 하수처리장 (처리용량 25만 톤/일)
유입원수 방류수
항목 BOD COD SS 대장균 수 BOD COD SS 대장균 수
월 평균 180.5 73.9 116.4 30,000 18.8 10.9 8.1 807
월별 최대 193.3 81.9 126.9 - 22 11.6 8.6 -
월별 최소 168.8 61.6 103.7 - 14 9.9 7.6 -
처리장 B 오포 하수처리장 방류수 (처리용량 7천 톤/일)
유입원수 방류수
항목 BOD COD SS 대장균 수 BOD COD SS 대장균 수
월 평균 170.5 83.1 123.4 40,000 4 7.5 4.1 30
월별 최대 202.2 87.3 141.7 - 4.8 8.1 4.7 -
월별 최소 152.1 79.3 108.6 - 3.1 6.9 3.4 -
하수처리장 (A, B) A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5
성분 원수 방류수 방류수 방류수 방류수 원수 방류수 방류수 방류수 방류수
소독제 - - TICA 실시예 2 BCDMH - - TICA 실시예 2 BCDMH
대장균 수 TNTC TNTC ND ND ND TNTC TNTC ND ND ND
ND: 시료 1 ㎖에서는 대장균 콜로니가 검출되지 않음.
TNTC(Too Numerous To Count): 시료 1 ㎖에서는 대장균 콜로니가 500 cfu/㎖ 이상으로 셀 수 없이 많음.
< 실험예 3> 하수처리장에서의 독성 검사
실시예 2의 소독제를 2곳의 하수처리장(광주 지월리 하수처리장, 광주 오포 하수처리장)에 적용하여 소독 전후의 세포독성(cellular toxicity) 검사를 수행하였다. 당시 상기 하수처리장들은 TICA를 이용하여 방류수에서의 대장균 수를 기준치 이하로 효과적으로 유지하고 있었다.
구체적으로, 실시예 2의 소독제, TICA 및 BCDMH를 각 하수처리장별로 소독조에 투입하였고, 투입량 산정은 세 가지 소독제가 방류수 물량대비 0.4 ppm의 잔류염소 농도 유지하도록 적정량을 투입하였다. 해당 소독제를 각 염소 소독조에 투입 후 약 5~10분간의 체류시간이 지난 최종 방류구에서 시료를 채수하여, 고려대학교 미생물 독성검사 연구실에 의뢰하여 독성검사를 수행하였다. 이때, 상기 채수한 시료를 1/2, 1/20, 1/200 및 1/2000의 농도로 희석하여 이용하였다. 이때, 대조군은 방류수를 전혀 포함하지 않은 증류수이었다.
그 결과, 도 2 및 도 3에서 나타난 바와 같이 원수의 1/2 및 1/20 희석 시료에서 세포 독성이 나타남을 알 수 확인하였다. 또한, 소독제를 첨가하지 않은 경우, 원수에서 유래하여 방류수로 희석되는 과정에서 일부 원수에 존재하던 독성물질이 방류수에도 존재함이 관찰되었다(광주 지월리 하수처리장 방류수 1/20 희석 시료). 그러나 소독 후 방류수에서는 원수에 비해 거의 세포독성이 나타나지 않았다.
도 1은 실시예 2의 소독제 DB+TICA (7:3) = SWE-X002, Danto Brom(BCDMH) 및 TICA의 용해도 비교 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 광주 지월리 하수처리장에서 측정된 실시예 2의 소독제, BCDMH 및 TICA의 세포독성 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 광주 오포 하수처리장에서 측정된 실시예 2의 소독제, BCDMH 및 TICA의 세포독성 결과를 나타낸 도이다.

Claims (9)

  1. 20 내지 80 중량부의 브롬염화히단토인(bromo chloro-dimethylhydantoin, BCDMH) 및 20 내지 80 중량부의 삼염화이소시아눌산(trichloroisocyanuric acid, TICA)을 함유하는 소독제.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소독제는 80 내지 60 중량부의 BCDMH 및 20 내지 40 중량부의 TICA를 함유하는 것을 특징으로 하는 소독제.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 소독제는 70 중량부의 BCDMH 및 30 중량부의 TICA를 함유하는 것을 특징으로 하는 소독제.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 소독제는 조형제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소독제.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 조형제는 붕산(boric acid)인 것을 특징으로 하는 소 독제.
  6. 제 1항의 소독제를 하수에 투여하는 단계를 포함하는 하수 처리방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 소독제는 잔류염소 농도가 0.3 내지 0.5 ppm으로 유지되도록 공급되는 것을 특징으로 하는 하수 처리방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 소독제는 잔류염소 농도가 0.4 ppm으로 유지되도록 공급되는 것을 특징으로 하는 하수 처리방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 소독제의 하수에서 체류시간은 5 내지 10분인 것을 특징으로 하는 하수 처리방법.
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