환경자료실

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(1) 세계적으로 합성세제의 개발은 '40년대부터 시작되었으며 '60년대에 연성화, '70년대에 무인화(無燐化)에 이르렀다. 우리 나라는 1966년 합성세제를 처음 시판한 이후 급속한 경제 성장을 바탕으로 국민의 생활 수준의 향상과 함께 합성세제의 사용량도 급격히 증가하였다. 그러나, 합성세제 사용량의 증가는 수 처리 공정에 문제를 야기하며, 미 처리된 합성세제 성분이 수계에 유입되어 잔류하게 됨으로써 수계의 자정작용을 방해한다. 또한, 과거 합성세제의 보조제로서 첨가되었던 인산염은 부영양화 현상의 유발인자로서 환경문제를 야기시킨 바 있다.

(2) 합성세제로 인한 환경오염문제를 저감시키기 위하여 생물분해가 어려운 경성세제(ABS: Alkyl Benzene Sulfonate)에서 생물분해가 비교적 용이한 연성세제(LAS : Linear Alkyl Benzene Sulfonate)로 대체 사용하고 있으나 세탁기의 보급과 생활의 편익성으로 인하여 합성세제 사용량은 급속히 증가되고 있는 실정이다 (이병인 등,1991).

나. 합성세제의 특성

(1) 합성세제(Synthetic Detergents)란 물체표면에 붙어 있는 오물을 화학적 물리적 충격을 이용하여 청결하게 하는 화학물질로서 물과 물체의 표면사이의 경계면에 작용하여 오물이 표면에서 떨어지게 하는 역할을 하는 계면활성제(Surface Active Agent, Surfactant)와 세제의 활성을 높여주는 인산염, 탄산소다 및 보조제(Builder)로 구성 되어있다.

(2) 우리나라에서 만들어지는 합성세제의 대부분은 15∼30%의 계면 활성제와 세제의 성능을 향상시키기 위한 70∼85%의 보조제로 이루어지며 세탁용 세제는 주로 과립상 또는 분말상으로 주방용과 세발용은 액상으로 존재한다. 또한 합성세제에 대한 독성에 대한 조사는 경구독성과 피부점막등의 손상에 의한 독성으로 구분될 수 있다. 경구 독성으로는 시험동물을 이용하여 급성독성에 관한 합성세제 종류별 자료는 표 4.32.1과 같다.

다. 오염부하량

(1) 일반가정, 학교 및 상점으로부터의 발생 부하량은 국민 1인당 매일 5g정도의 계면활성제와 약 2g정도의 비누가 배출하게 된다. 현재 사용되고 있는 계면활성제와 10년전의 계면활성제의 성분을 비교해 보면 비누의 경우에는 큰 변화가 없으나 합성세제는 무인화, 농축화등 큰 변화가 있었다. 현재 사용되고 있는 비누와 합성세제와의 오염 원단위는 표 4.32.2와 같다.

(2) 분말비누 시판품의 1kg당 유기오염물질의 부하량은 BOD 132g, 합성세제(농축형) 95g, 분말비누 750g이고 COD는 각각 48g, 94g 및 146g등 이다. 이들 세제를 사용하여 매일 1회 세탁을 한다고 가정하면 1회 표준 사용량을 합성세제는 40g 농축합성 세제는 25g 비누는 50g (계면활성물질 함유물 70% 이상의 경우)로 하면 각각 1회 세탁시 BOD 부하량 5.3g, 2.4g 및 37.5g이 된다. 따라서 비누의 사용이 증가하면 환경에서 BOD에 대한 유기오염물 부하량은 비누가 농축 합성세제의 15.8배로 비누의 사용이 증가하면 환경에 대한 유기오염물의 부하량도 증가함을 알 수 있다(표 4.32.3).

표 4.32.1. 합성세제의 급성독성
 

(출처 : 北原, 1979)

표 4.32.2. 합성세제의 부하 원단위
 

(출처: 松重一夫등, 1990)

표 4.32.3. 세제별 유기 오염물질 부하량
 

(출처: 松重一夫등, 1990)

라. 처리방법별 현황

(1) 생물학적 처리에 대한 합성세제 및 비누의 영향

  가정 및 공장등으로부터 배출되는 계면활성제는 먼저 배수로 내에서 부유입자 및 저서생물과 부착 미생물에 흡착 및 흡수되어 서서히 분해된다. 따라서 단시간 내에 소량만 배출되는 계면활성제는 배수로를 수십 미터 유하하면 많은량이 수중에서 제거되나, 장시간 또는 다량으로 배출될때 환경용량을 초과하게 되고 분해되지 않고 하천, 호소 및 해역으로 유출하며 수생 생물에 악영향을 미친다.

  하천에서는 배수로와 마찬가지로 부유입자와 저서생물 및 부착미생물과 수중의 미생물에 의하여 흡착, 흡수되어 분해되지만, 일부는 미생물 이외의 수생생물에도 축척된다. 비누에 대해서는 금속비누로의 변화와 강우에 의한 박리 유출에 주의해야 한다. 합성세제 및 비누가 각각 100% 사용된 경우의 자연환경에 배출되는 과정은 표 4.32.4에 비누 및 합성세제가 오수 저류조 및 오수관거를 거치는 과정에서 침착되고 유출되는 양을 나타내었다.

표 4.32.4. 비누및 합성세제의 가정에서 배출되는 오수관거 출구까지의 물질수지 (단위 : g)
 

  합성세제 및 비누사용에 따른 배출수가 활성 슬러지법, 생물막법등의 생물처리에 미치는 영향에 대하여 처리 수질, 슬러지 발생량, 슬러지의 성상 및 생물상을 비교 검토하면 표준 활성 슬러지법에서 유입수 MBAS농도는 10㎎/l 정도가 일반적 이었으며 합성세제(LAS)를 첨가하여도 BOD, COD, SS 및 MBAS의 제거는 양호하였으며 처리 결과에 큰 영향을 미치지 않았다. 비누의 경우 LAS보다도 10% 정도 제거률이 저하하는 경향을 보였지만 큰 차이는 없었다.

  합성세제에 의한 BOD는 비누의 ⅓이기 때문에 슬러지 생성량의 변화는 거의 없으나, 비누에 의한 BOD유발은 높아서 슬러지 생성량은 합성세제의 경우 보다 40% 정도 증가한다.

  또한 비누의 경우 암모니아성 질소의 처리능력에 저해 영향을 주며, LAS첨가는 슬러지의 성상에 큰 영향을 미치지는 않지만, 비누의 첨가는 슬러지의 팽화현상을 일으켜 Bulking이 일어난다(표 4.32.5 참조).

(2) 처리방법별 MBAS의 제거 실태

(가) 생물학적 처리

  우리나라의 경우 하수처리장에서의 합성세제 제거 관계는 아직 정례화되어 있지 않아 자료 축적이 많지 않으나 일본의 경우에는 표 4.32.6에서와 같이 긴 연구기간 자료를 축적해 왔으며, 1974년의 MBAS 제거율 85%가 1981년도에는 94%로 향상하여 일반유기물의 지표인 BOD 제거율과 거의 동일한 정도를 나타내고 있다. 따라서 합성세제는 가정 잡배수 및 분뇨와 같은 정도로 분해 제거됨을 알 수 있다.

  또한 하수처리를 통한 LAS제거는 표 4.32.7과 같으며 활성 슬러지 시설이 과부하되지 않고 효율적으로 가동될때 LAS의 제거율은 95∼99%이었으며 MBAS는 95%이상이 제거되었다. 그러나 생물학적 여과공정(살수여상 또는 삼투여과)은 부하율, 체류시간, 온도와 같은 인자에 영향을 받아 제거효율의 변동이 매우 심한 편이었다.

  Full-scale 생물학적 여과장치의 처리효율은 영국의 경우 67∼85%의 MBAS 제거율을 나타냈고 미국내 일부 처리장치에서는 73∼87%의 제거효율을 나타내었다. 반면에 더 큰 규모의 Pilot생물학적 여과장치에서는 96%의 MBAS 제거가 관찰되었다 (Painter와 King, 1979b). 혐기성 소화 동안 더욱 분해될 것으로 추정된다.

표 4.32.5. 비누와 합성세제가 생물학적 처리에 미치는 영향
 

(출처:日本 環境處, 1992)

(나) 물리화학적 처리

① 염소처리(소독)

  염소 소독시 Chloroform등의 염소화합물이 형성된다. glucose와 LAS에 여러 농도의 염소를 처리, 20 ℃에서 24시간 동안 정치시켰을때 글루코스는 Chloroform을 생성하지 않았지만 LAS는 염소농도가 3 ㎎/L 이상일때 Chloroform을 생성하였다.

② 광분해

  C₁₂-LAS의 광분해 실험에서 1분 이내에 C₁₂-LAS 모두 중간 생성물로 전환되었으며 20분내에 1 mole의 LAS당 7 mole의 CO₂가 생성되었다. LAS 초기농도는 60∼182 ㎎/L였고 사용된 방사선의 범위는 2000∼4500Å사이였다.

③ 흡착

  LAS의 흡착자료는 생분해성의 해석을 위해 중요하며 특히 부유물질이 고농도로 존재할때 환경에 존재하는 LAS의 분해속도를 예측하는데 중요한 자료가 된다. Sweeney와 Foote(1964)는 아주 적은 양(2∼3%)만이 흡착 제거된다는 사실을 발견했으며, 특히 Sweeney(1996)는 ³⁵S로 표기된 LAS를 사용하여 단지 1.4% LAS가 슬러지 구성 부분속에 남아 흡착에 의한 제거량은 아주 적다.

마. 문제점

o 1994년 우리나라의 하수처리 인구는 전 인구의 42%이며 합병정화조에 의한 처리인구는 10%정도로서 총 생활 잡배수 처리 인구는 52%로 추정된다. 따라서 가정에서 사용하는 비누의 약 5∼3%는 처리되지 않고 수 환경 중에 배출된다고 할 수 있다. 이처럼 우리나라의 경우 아직 하수처리가 제대로 이루지지 않고 있으며 대부분의 하천은 물길이 짧아 세제가 충분히 분해되기 위한 시간이 되지 않고 여름철 장마기를 제외하고 수계의 유지 용수량이 풍부하지 못하여 세제로 인한 수질오염 문제가 야기되고 있다.

표 4.32.6. 일본 10개 도시 하수처리장의 MBAS 및 BOD 제거효율
 

표 4.32.7. 하수처리시 LAS의 제거
 

바. 대 책

- 합성세제 적정 사용량의 홍보

- 저인 무독성 합성세제의 개발

참고문헌

1. 김승환, 박창호, 안종일 (1983), 국산 합성세제의 생분해에 관한 연구, 국립공업시험원 연구보 고, 33, 제 2집

2. 대한화장품공업협회 (1991) ,샴푸와 비누에 의한 수질오염과 안정성에 관한 연구

3. 도갑수 및 전인자 (1985), 합성세제 함유 폐수처리에 관한 연구, 한국페기물학회지, 2(1)

4. 아·태환경-경영연구원 (1994), 합성세제의 환경영향 및 안전성 평가를 위한 조사연구, 155∼227

5. 이병인, 홍성철, 이영준 (1991), 합성세제로 인한 수질오염에 관한 고찰, 밀양전문대학논문집, 25, 183∼193

6. Sweeny, W .A. and Foote, J. K., A rapid accurate test for surfactant aerobic biodegrad-

ability, J. Wat. Pollut. Contr. Fed., 36(1), 14∼371964

7. Sweeny, W. A., Note on straight-chain ABS removal by adsorption during activated sludge

treatment, J.Wat. Poll. Fed., 38(1), 14∼37, 1964

8. Sekiguchi, R.I., Miura, K., Yagi, R. and Oba, K., Individual removals of anionic

surfactants in municipal sewage treatment plants. Yakagaku, 24(5), 311∼313, 1975b

작성자 : 수질공학과 환경연구사 이영준(공학석사)