본 연구는 정수처리용 소독설비에 적용 가능한 고출력 펄스형 UV 소독 소독장치를 이용한 지표 미생물의 소독능 평가와 UV 조사 후 미생물의 광회복에 대한 연구이다. 소독장치로는 (주)그린엔텍 사에서 설계 제조한 고출력 펄스형 UV 시스템의 lab scale test unit를 이용하였다. 사용한 power supply는 220V, 25A의 전기에너지를 특수 capacitor에 저장 축적하였다가 순간적으로 megawatt 수준의 ...
본 연구는 정수처리용 소독설비에 적용 가능한 고출력 펄스형 UV 소독 소독장치를 이용한 지표 미생물의 소독능 평가와 UV 조사 후 미생물의 광회복에 대한 연구이다. 소독장치로는 (주)그린엔텍 사에서 설계 제조한 고출력 펄스형 UV 시스템의 lab scale test unit를 이용하였다. 사용한 power supply는 220V, 25A의 전기에너지를 특수 capacitor에 저장 축적하였다가 순간적으로 megawatt 수준의 펄스 에너지를 고압의 제논가스가 충전된 자외선램프에 방출 전달할 수 있다. flash xenon lamp의 펄스 주기는 250 μsec, 순간출력 3.36 MW, 5 cm 거리에서의 광에너지양은 1,500 mW/cm2의 사양을 가지고 있다. 본 UV 소독장치의 탁도 변화에 대한 소독능 변화를 보기 위하여 거리와 시간 별로 소독실험을 실시하였고 대상 미생물로는 대장균을 사용하였다. 조사 시간이 3초일 경우 20 cm와 30 cm 거리에서의 대장균 제거율은 탁도와는 상관없이 99.99% (4-log) 이상을 기록하였으며, 40 cm 거리에서는 탁도가 높아짐에 따라 대장균의 제거율이 감소되었다. 조사 시간 5초를 이용한 실험에서는 사용한 거리와 탁도에 상관없이 모든 조건에서 99.99% (4-log) 이상의 제거율이 나타났다. 탁도 20 NTU, 조사거리 40 cm과 같은 악조건에서도 조사 시간 5초로 4-log 이상의 대장균을 소독능을 얻는데 충분하였다. 수중에 휴믹산이 존재할 때, 조사거리가 멀어질수록 그리고 휴믹산의 농도가 높아질수록 소독능이 저하되었다. 휴믹산이 자외선 소독능을 저하시키는 원인을 분석해 본 결과, 수중의 휴믹산의 존재가 소독 대상 미생물의 생장을 촉진하는 기능과 휴믹산 자체가 가지고 있는 색도가 복합적으로 자외선 소독능을 저하시키는 것을 알 수 있었다. UV 조사가 종료된 후 10시간동안 형광등 노출과 암소에 보관한 시료 모두 광회복 현상 및 암회복 현상은 나타나지 않았으며 오히려 조사 후 8시간까지 개체수가 추가적으로 더 감소하였다. 휴믹산 존재 시 제거율은 감소하였으나, 휴믹산의 농도에 상관없이 대장균의 광회복과 암회복은 일어나지 않았고 앞의 대장균의 광회복 실험과 유사하게 자외선 조사 후에도 대장균의 개체수가 계속 감소하였다. 이는 본 장치의 고에너지가 축적된 펄스 UV 충격이 광회복을 일으키지 않을 만큼 유전자 복제시스템에 충분한 손상을 주었고, DNA에 손상을 입은 대장균들이 generation이 지나면서 추가적으로 불활성화 결과가 나타나기 때문이라고 보여 진다. 본 연구의 수행결과 본 고출력 펄스형 UV 소독장치는 넓은 UV-C 영역의 고출력 집적에너지 조사함으로써 기존의 중저압 램프 및 단파장, 다파장 UV 장치보다 월등하게 높은 소독능을 나타내었으며 화학적 소독의 소독부산물 생성문제를 극소화하고 UV 소독 후 처리 대상미생물의 확실하게 불활성화시키는 장점을 가지고 있다. 따라서 기존의 중저압 소독시스템을 대체하고 소독시설의 소형화를 도모할 수 있는 새로운 대안적 소독시스템이라고 판단된다.
본 연구는 정수처리용 소독설비에 적용 가능한 고출력 펄스형 UV 소독 소독장치를 이용한 지표 미생물의 소독능 평가와 UV 조사 후 미생물의 광회복에 대한 연구이다. 소독장치로는 (주)그린엔텍 사에서 설계 제조한 고출력 펄스형 UV 시스템의 lab scale test unit를 이용하였다. 사용한 power supply는 220V, 25A의 전기에너지를 특수 capacitor에 저장 축적하였다가 순간적으로 megawatt 수준의 펄스 에너지를 고압의 제논가스가 충전된 자외선램프에 방출 전달할 수 있다. flash xenon lamp의 펄스 주기는 250 μsec, 순간출력 3.36 MW, 5 cm 거리에서의 광에너지양은 1,500 mW/cm2의 사양을 가지고 있다. 본 UV 소독장치의 탁도 변화에 대한 소독능 변화를 보기 위하여 거리와 시간 별로 소독실험을 실시하였고 대상 미생물로는 대장균을 사용하였다. 조사 시간이 3초일 경우 20 cm와 30 cm 거리에서의 대장균 제거율은 탁도와는 상관없이 99.99% (4-log) 이상을 기록하였으며, 40 cm 거리에서는 탁도가 높아짐에 따라 대장균의 제거율이 감소되었다. 조사 시간 5초를 이용한 실험에서는 사용한 거리와 탁도에 상관없이 모든 조건에서 99.99% (4-log) 이상의 제거율이 나타났다. 탁도 20 NTU, 조사거리 40 cm과 같은 악조건에서도 조사 시간 5초로 4-log 이상의 대장균을 소독능을 얻는데 충분하였다. 수중에 휴믹산이 존재할 때, 조사거리가 멀어질수록 그리고 휴믹산의 농도가 높아질수록 소독능이 저하되었다. 휴믹산이 자외선 소독능을 저하시키는 원인을 분석해 본 결과, 수중의 휴믹산의 존재가 소독 대상 미생물의 생장을 촉진하는 기능과 휴믹산 자체가 가지고 있는 색도가 복합적으로 자외선 소독능을 저하시키는 것을 알 수 있었다. UV 조사가 종료된 후 10시간동안 형광등 노출과 암소에 보관한 시료 모두 광회복 현상 및 암회복 현상은 나타나지 않았으며 오히려 조사 후 8시간까지 개체수가 추가적으로 더 감소하였다. 휴믹산 존재 시 제거율은 감소하였으나, 휴믹산의 농도에 상관없이 대장균의 광회복과 암회복은 일어나지 않았고 앞의 대장균의 광회복 실험과 유사하게 자외선 조사 후에도 대장균의 개체수가 계속 감소하였다. 이는 본 장치의 고에너지가 축적된 펄스 UV 충격이 광회복을 일으키지 않을 만큼 유전자 복제시스템에 충분한 손상을 주었고, DNA에 손상을 입은 대장균들이 generation이 지나면서 추가적으로 불활성화 결과가 나타나기 때문이라고 보여 진다. 본 연구의 수행결과 본 고출력 펄스형 UV 소독장치는 넓은 UV-C 영역의 고출력 집적에너지 조사함으로써 기존의 중저압 램프 및 단파장, 다파장 UV 장치보다 월등하게 높은 소독능을 나타내었으며 화학적 소독의 소독부산물 생성문제를 극소화하고 UV 소독 후 처리 대상미생물의 확실하게 불활성화시키는 장점을 가지고 있다. 따라서 기존의 중저압 소독시스템을 대체하고 소독시설의 소형화를 도모할 수 있는 새로운 대안적 소독시스템이라고 판단된다.
Abstract Conventional UV disinfection system usually employ low- or medium-pressure mercury lamps and their disinfection efficiency is strongly limited by insufficient power imparted through water of high turbidity and color. An alternative source of intense UV radiation is the pulsed UV lamp, or fl...
Abstract Conventional UV disinfection system usually employ low- or medium-pressure mercury lamps and their disinfection efficiency is strongly limited by insufficient power imparted through water of high turbidity and color. An alternative source of intense UV radiation is the pulsed UV lamp, or flash UV lamp, containing a higher pressure of xenon or krypton gas. This study involves the use of a flash xenon lamp (diameter 10 mm, arc length 20 cm, radiation power of megawatt level at source, pulse cycle 250 ㎲) for the inactivation of major waterborne microorganisms. Investigation included the change of disinfection performance depending upon distance-time variations, turbidity, color, and the existence of humic substances under the condition of 3~8 sec radiation time and 20~40 cm distance. Removal of E. coli at radiation time 3 sec and 20, 30 cm distance was 99.99% (4-log) irrespective of turbidity. When turbidity increased, the inactivation of E. coli was decreased after UV irradiation at radiation time 3 sec and 40 cm distance. However, 4-log was inactivated successfully by 5 sec irradiation. Also, the results of color value was shown similar pattern to turbidity results. When humic acids existed, the removal rate was decreased after UV irradiation. The influence of humic acids against disinfection performance was analyzed. The color value of humic acids and their contribution to growth stimulation influenced the loss of inactivation rate in a combined manner. After UV irradiation with pulsed UV lamp used in this study, the photoreactivation phenomenon was not observed for 10 hours, unlike the results with conventional continuous UV irradiation using low or medium pressure mercury lamps. Moreover, the number of survived E. coli after UV irradiation was kept decreasing further as time passed. This results implied that the strong impact of pulsed UV energy damaged the DNA system of the bacteria irreversibly and that the mutation led to further cell killing as generation number increased. The pulsed UV disinfection system used in this study proved to have a high disinfection efficiency and no significant photoreactivation. Therefore, this system is expected to replace conventional continuous UV irradiation technology using mercury lamps in the near future because of the advantages in miniaturizing the scale of disinfection unit and ensuring high performance of pathogens inactivation.
Abstract Conventional UV disinfection system usually employ low- or medium-pressure mercury lamps and their disinfection efficiency is strongly limited by insufficient power imparted through water of high turbidity and color. An alternative source of intense UV radiation is the pulsed UV lamp, or flash UV lamp, containing a higher pressure of xenon or krypton gas. This study involves the use of a flash xenon lamp (diameter 10 mm, arc length 20 cm, radiation power of megawatt level at source, pulse cycle 250 ㎲) for the inactivation of major waterborne microorganisms. Investigation included the change of disinfection performance depending upon distance-time variations, turbidity, color, and the existence of humic substances under the condition of 3~8 sec radiation time and 20~40 cm distance. Removal of E. coli at radiation time 3 sec and 20, 30 cm distance was 99.99% (4-log) irrespective of turbidity. When turbidity increased, the inactivation of E. coli was decreased after UV irradiation at radiation time 3 sec and 40 cm distance. However, 4-log was inactivated successfully by 5 sec irradiation. Also, the results of color value was shown similar pattern to turbidity results. When humic acids existed, the removal rate was decreased after UV irradiation. The influence of humic acids against disinfection performance was analyzed. The color value of humic acids and their contribution to growth stimulation influenced the loss of inactivation rate in a combined manner. After UV irradiation with pulsed UV lamp used in this study, the photoreactivation phenomenon was not observed for 10 hours, unlike the results with conventional continuous UV irradiation using low or medium pressure mercury lamps. Moreover, the number of survived E. coli after UV irradiation was kept decreasing further as time passed. This results implied that the strong impact of pulsed UV energy damaged the DNA system of the bacteria irreversibly and that the mutation led to further cell killing as generation number increased. The pulsed UV disinfection system used in this study proved to have a high disinfection efficiency and no significant photoreactivation. Therefore, this system is expected to replace conventional continuous UV irradiation technology using mercury lamps in the near future because of the advantages in miniaturizing the scale of disinfection unit and ensuring high performance of pathogens inactivation.
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