1801년 독일의 화학자 J.W.리터가 자외선이 가지는 사진 감광작용[感光作用]에서 처음 발견하였다. 자외선은 파장이 약 397∼10nm인 전자기파의 총칭으로서 극단적으로 파장이 짧은 자외선은 X선과 거의 구별되지 않는다. 적외선을 열선이라고 하는데 대응하여 자외선은 화학작용이 강하므로 화학선이라 고도한다. 또 파장의 길이에 따라 근자외선(파장 290nm이상), 수정범위(水晶範圍)의 자외선(수정을 투과하는 290∼190nm), 슈만선(190∼120nm), 라이만선(120∼60nm), 밀리컨선(60nm이하)등으로 세분하거나, 190nm이하의 파장을 가지는 자외선을 원자외선(遠紫外線)이라고도 한다.

자외선 복사의 종류
태양은 광범위한 스텍트럼을 가진 파장으로 에너지를 방출한다.
가시광선의 파란색이나 보라색 광선보다 더 짧은 파장을 가진 자외선 복사는 살갗을 태우고 건강에 해로운 영향을 준다. 성층권에 존재하는 오존층은 대부분의 해로운 자외선이 지구상의 생명체에 도달하는 것을 막아준다. 그러나 성층권의 오존층이 얇아지면 지표에 도달하는 자외선 복사량이 증가한다. 과학자들은 UVC, UVB, UVA 세 가지 종류로 UV 복사를 분류했다.

성층권 오존층은 이러한 종류의 UV를 모두 흡수하는 것이 아니라 일부분을 흡수한다. UVA (320-400 nm) - 오존층에 흡수되지 않는다. UVB(280-320 nm) - 대부분은오존층에 흡수되지만, 일부는 지표면에 도달한다. UVC (100-280 nm) - 오존층에 완전히 흡수된다. UVA와 특히 UVB는 피부표면을 침투하여 건강에 나쁜 영향을 일으킬 수 있다. 자외선 복사강도는 많은 요인들에 의해 좌우된다.

1)자외선 살균원리 - 상세
미생물 DNA에 Thymine Dimer 형성하여 DNA복제, 단백질합성을 방해하므로 성장/분열 저해한다.
자외선 살균효과는 자외선의 파장에 따라 전혀 달라지며 250~260nm 파장의 UV가 가장 효과적이다. 250nm~260nm파장에서의 살균효과는 피 조사되는 적산UV량(방사강도×조사시간)에 정비례하는 관계가 있다. 더구나 자외선 살균효과는 수십 수백종의 균종과 아직 알려지지 않은 새로운 바이러스에 대해서도 비슷하다. 특히 새로 생기는 변종균에 대한 살균효과도 기존의 알려진 바이러스와 비슷하다는 것은 약품에 의한 살균보다 매우 큰 장점이다.

2) 살균에 필요한 자외선파장

자외선에 살균작용이 있다는 것은 바람을 쏘이거나 일광소독 등과 같이 오래전부터 경험적으로 알려져 왔다. 자외선 살균 살균효과의 원인에 대해서는 아직 완전히 알려있지 않으나, 일반적으로 조사(照射)에 의한 세포내의 핵산(DNA)이 변화되어 신진대사의 장해가 오고 그 결과 증식능력을 잃어 사멸한다는 것으로 생각되어지고 있다. 자외선 살균에는 다음과 같은 특징이 있다.

① 모든 세균에 유효하다.
② 피조사물(被照射物)에 거의 변화를 주지 않는다.
③ 조사받은 균에 내성을 주지 않음
④ 사용방법이 간단하다.
⑤ 사람이 방에 있는 그대로 살균을 할 수 있다.
⑥ 살균효과는 조사중에 한하며, 잔존하지 않는다. 공기, 물의 살균에 가장적당하다.
⑦ 자외선은 눈 또는 피부에 대해 유해하기 때문에 안전상 다소의 주의를 필요로 한다.
자외선의 살균효과는 자외선의 波長 또는 照射量(조사량 조사시간)과 관계가 있다.
자외선 Spectrum
자외선은 자체 에너지에 의해 각종유기물들의 결합 고리를 끊어버림으로써 화학반응을 일으킨다.
각각의 유기물이 지닌 분해수율(Quantum Yield)과 흡광계수(Molar Extiction Coefficient)에 따라 차이는 있으나 유기물을 이산화탄소로 분해시키기도 하고 일부는 분해독성이 강한 Ph osgen으로 전환시키는 작용을 한다. 자외선의 광화학작용을 이용하여 염산, 메칠렌청의 산화, 유화아연의 환원, 형광, 인쇄잉크경화, 시사프린터등에 사용되고 구루병 방지, 곰팡이 검출, 광전 작용, 보석류 감정 등에 다양하게 이용한다. 특히184.9nm 파장의 자외선은 대기 중에서 NO2와 Olefin계 탄화수소와 광화학적 반응을 일으켜 오존을 발생시켜 성층권에서의 오존층을 생성시키거나 인공적으로 오존을 만드는데 이용된다.

자외선의 독성과 효과
1) 생물학적 독성
성층권의 오존은 자외선과 반응하면서 소멸 생성되는 과정을 반복하면서 일정농도를 유지하며 유해한 자외선을 차단하여 주는데, 인간이 인공적으로 만든 물질이 그 균형을 깨는 것이다. 자외선이 320∼380nm 파장의 자외선은 상피층(두께 0.05mm), 즉 각화층과 말피기층(Mal -pighian Layer)에서 흡수되고 ?나머지는 진피층에서 흡수된다. 강한 홍반작용을 나타내는 자외선 파장은 260nm와 290nm이고 320nm 이상의 파장에서는 홍반작용이 거의 없다. 자외선이 흡수되면 2∼5시간후에 히스타민 호성물질이 모세혈관을 확장시킨다. 자외선조사량 이 너무 많을 때에는 모세혈관의 투과성이 증대되고 조직의 부종이 생기며 수포현상과 박피현상 이 생긴다. 자외선에 의하여 표피와 진피의 두께가 증가하는 일종의 순화현상을 일으키는데 자외선량이 많을수록 현저하다 280∼320nm 파장의 자외선에 의하여 피부암이 발생하는 수가 있다. 240∼310nm 파장의 자외선은 눈의 각막상피에 흡수되며, 수정체 전면에 까지 도달하는 에너지 량은 매우적다. 3.5Ev(3600)의 광전자 에너지는 수정체를 흥분 시키거나 방수(Aqueous Humor) 또는 유리체액(Vitreous Humor)에 형광을 발하게 하여 시력이 흐려지고 눈의 피로를 초래하게 한다. 이와 같은 안구내에서의 형광발생현상은 일시적인 것으로 아무런 장애를 남기는 일 없이 회복한다. 320nm이하 (주로 280)의 파장을 가진 자외선에 의해서 체내 지방의 일종인 7-Dehydro Cholesterol 또는 이와 비슷한 Steroid 물질이 광화학적 반응을 일으켜 진피층에서 비타민 D를 형성한다. ?자외선이 부족한 지역에서는 비타민D 결핍증으로 구루병 환자가 발생한다.

2) 살균효과
UV-C가 살균자외선으로 특징되어지는 것은 세포내에 존재하는 DNA가 UV-C를 잘 흡수하기 때문이며, 그 중에서도 253.7nm(2537)의 파장이 DNA에 가장 잘 흡수되기 때문에 자외선 살균 램프는 253.7nm의 파장을 가장 효과적으로 방사할 수 있도록 설계되어 있다. 그러나 바다나 산과같이 공기가 맑은 곳에서는 UV-C 파장을 거의 감지할 수 없는 것은 UV-C파장이 너무 짧아 투과력이 약하기 때문이고, 지구 대기권에 존재하는 오존층이 철저하게 이를 막아주기 때문이다.

자외선에 의한 살균은 DNA에 대한 광산화 효과이며, 전문적인 용어로서 비활성화(Inactivation) 라는 표현을 사용하고있다. 구체적으로 설명하면 DNA 내부에 있는효소(Enzyme)가 빛을 받으면 손상된 DNA를 복구하여 미생물이 활성화되는데 이것을 광 회복효과(Recovery)라 한다. 이러한 이유로 인해 자외선 사용을 꺼리는 사람들이 있는데, 이것은 미생물별 자외선 조사량(광회복 효과)을 알고 나면 아무런 문제가 되지 않으며 그보다 어떻게 자외선조사량을 항상 동일한 조건 으로 유지시킬 수 있는가를 고민하는 것이 더 의미가 있다. 자외선으로 소독을하던 산화를 시키던 일정한 수준의 에너지가 연속적으로 피조사체에 조사되어야 하는데 이때 결정적으로 조사 량에 영향을 주는것이 있다면 그것은 투과력과 온도이다. 자외선은 파장이 매우 짧기 때문에 투과력에 제한을 받는다. 또한 물질에 따라서는 선택적으로 투과하기 때문에 어떤 재료를 사용 하느냐에 따라 성공과 실패를 가늠할 수 있다. 실제로 깨끗한 물보다 공기가 투과력이 낮을수 있는데 그것은 먼지와 습기에 의한 자외선의 흡수와 산란 때문이다. 또한 주변온도가 너무 높거나 낮으면 조사량이 떨어지는데 표준램프를 사용한다면 설계시 꼭 고려하여야한다

3) 유기물 제거효과
유기물의 광분해 제거속도는 유기물이 UV에너지를 흡수하는 흡수성 및 분해 수율등이 주변수로 작용한다. 따라서 UV를 흡수하는 흡수성, 즉 몰흡광계수가 크고 광분해 수율이 클수록 분해가 효과적이다. 각 화합물들의 254nm에서의 몰흡광계수를 보면 PCE가 181 M-1cm-1로 가장 컸으며, 반면 TCE는8M-1cm-1에 지나지 않아 이 파장의 빛을 잘 흡수하지 않음을 알 수있다. Benzene, Toluene의 경우 몰흡광계수가 상당히 큼에도 불구하고 제거속도는 PCE에 비하여 상당히 느린 것을 알수있는데,그 이유는 몰흡광계수는 크지만 분해수율이 작거나, 혹은 광산화에 의해 생성되는 부산물이254nm 파장의 빛을 흡수하는 Quantum Shielding작용 때문으로 해석된다.

대부분의 상ㆍ하수도에는 염소를 사용하여 소독을 하고있다. 그러나 염소를 사용할 경우는 미량이나마 발암물질인 THM(Trihalometane)이 생성되고, 하류생태에 나쁜 영향을 미치는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 없애기 위하여 세계 각국에서는 자외선을 이용하여 살균을 하기시작하고 있고, 자외선살균은 장치가 간단하고, 부산물이 없을 뿐 아니라, 잔류하지 않아 생태계에 미치는 영향이 전혀없고, 과다 사용하여도 전혀 문제가 없는 장점이있다.

다만, 자외선은 투과율이 중요한 변수이므로, 유입수의 부유물(SS)이 30㎎/ℓ 이하가 되도록 여과 등의 장치가 선결되어 자외선투과율이 60%이상이 되도록 하여야한다.

1) 모든 세균을 살균한다.
2) 미네랄 성분등은 그대로 유지되고 PH변화가 전혀 없다.
3) 조사(照射)받은 균에 내성을 주지 않는다.
4) 사용방법이 간단하고 경제적이다.