UV를 이용한 금속가공유 살균

UV로 세균을 죽일 수 있다는 사실은 전혀 새로운 것이 아닙니다. UV는 어떤 원리로 살균을 하는 것일까요? 물과 음식의 살균, 실험실과 병원의 살균 등 다양한 분야에서 오랫동안 UV 살균 기술을 이용해 왔습니다.

UV

자외선(UV, ultra-violet)은 가시광선보다 파장이 짧아 눈에 보이지 않는 빛으로, 파장의 길이에 따라 A, B, C 세 영역으로 나뉘어집니다. ■ UV-A와 UV-B는 오존층을 통과하여 지상에 닿게 됩니다. 우리가 일광욕을 할 때 쐬는 UV가 바로 UV-A와 UV-B입니다. UV-A와 UV-B도 지나치게 많은 양을 쐬게 되면 인체에 해로울 수 있습니다. 심한 경우 피부암에 걸릴 수도 있습니다. ■ UV-C는 오존층을 통과할 수 없습니다. UV-C는 인간뿐 아니라 모든 생명체에게 위험합니다. UV-A와 UV-B보다 짧은 파장(180-290 nm)의 UV-C는 훨씬 더 강력한 에너지를 갖고 있는데, UV-C는 세포의 DNA와 반응하여 세포가 더 이상 증식될 수 없도록 합니다. UV-C는 일부 물질을 통과하기도 하지만, 다른 물질과 충돌하여 광화학 반응을 일으키기도 합니다. 광화학 반응은 특정 물질이 빛으로 하전(charged) 또는 여기(exited)된 상태에서 일어나게 되는데, 빛으로부터 에너지를 얻어 불안정한 상태에 놓인 물질은 에너지를 제거하고 안정된 상태로 되돌아가기 위해 주위의 물질을 분해시키거나 스스로 분해됩니다.

UV의 DNA 파괴

DNA는 deoxyribonucleic acid(디옥시리보핵산)의 약자로, 각각의 세포들은 생물을 형성할 수 있는 유전 정보를 이 DNA를 통해 간직하고 있습니다. DNA는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)의 4종의 염기를 지니고 있으며, 그 배열 순서에 유전 정보가 들어 있어 그 정보에 해당하는 단백질을 만듭니다. 이중 나선 구조의 DNA는 항상 T-A와 C-G가 짝을 이루어 존재하게 되는데, 세균에 UV를 조사하면 4종의 염기 중 티민(T)의 분자구조가 집중적으로 파괴됩니다. 티민(T)이 UV에 의해 여기(하전)되면, DNA 짝인 아데닌(A)과의 결합이 끊어지고 스스로 결합하여 이량체(dimer)를 형성하게 됩니다. 이렇게 티민(T)이 중합되면 더 이상 DNA 복제가 이루어질 수 없게 되어 생명체로서의 기능이 정지됩니다.

UV를 이용한 금속가공유 살균

UV 기술의 핵심 중 하나는 적절한 파장의 빛을 만들어 낼 수 있는 램프입니다. 시중에는 각각의 사용 목적에 맞게 최적화된 수천 종의 UV 램프가 나와 있습니다. 램프 외에도 펌프와 호스, 램프 보호관을 비롯한 여러 구성 요소들에 따라 시스템이 차별화됩니다. 금속가공유를 효과적으로 살균하려면, UV 램프를 따라 흘러가는 금속가공유가 적절히 UV-C를 조사 받을 수 있어야 하며, 세균들이 시스템의 사각지대에 남아 있지 않고 모두 UV에 노출되어야 합니다. UV를 살균에 이용하는 것이 언뜻 쉬워 보이지만, 금속가공유에 UV 살균 기술을 적용하는 것은 매우 어렵습니다. 오랫동안 많은 곳에서 금속가공유 UV 살균 시스템을 개발하려고 노력했지만 상업적으로 성공한 사례는 거의 없습니다. 금속가공유는 투명한 경우가 드물고, 대부분 불투명한 우윳빛을 띄기 때문에, UV가 수 mm도 통과하기 어렵습니다. 주로 예전에 생산되었던 금속가공유를 비롯해 일부 금속가공유 중에는 스스로 또는 특정 기계가공 공정에 의해 UV 램프 보호관 표면에 불순물을 형성하기도 하는데, 이렇게 되면 UV 살균 효과가 현저히 떨어지게 됩니다. UV 살균 시스템 공급업체는 금속가공유 순환 시스템을 정확히 분석하고, 사용자의 금속가공유와 현재 운전 중인 금속가공 공정에 UV 살균 시스템을 적용하는 것이 적절한지 명확하게 답하고 처리 결과를 보증할 수 있어야 합니다.

이 포스트는 Wallenius Water의 금속가공유 응용 전문가(application specialist)이자 스웨덴 공정 유체 센터의 작업 환경과 건강 그룹 멤버인 Caroline Sterneryd가 Wallenius Water 블로그에 올린 "How does UV-technology work?"를 번역한 것입니다.

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