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문제 정의
- 대해 파악하였다. 또한 염소 투입으로 인한 수질의 영향과 관재와의 관계에 대해서도 검토하였다. 이를 위해 현재;급수관으로 이용되고 있는 탄소강관, 동관, 아연도강관, 스테인레스 스틸관을 이용하였으며 잔류염소의 농도가 평균 0.
- 본 연구에서는 관내 부유 및 부착 미생물의 농도를 제어하기 위한 방법으로서 염소를 투입하는 방법을 검토하고 염소의 농도에 따른 미생물의 감소와 부식과의 관계에 대해 파악하였다. 또한 염소 투입으로 인한 수질의 영향과 관재와의 관계에 대해서도 검토하였다.
- 본 연구에서는 급수관에서 유리염소에 의한 관재별 부식거동 및 미생물의 재성장에 대한 영향을 고찰하기 위해 수행되었으며 온도에 대한 영향을 배제하기 위해 시료를 20℃의 온도로 조정한 후 실험에 이용하였다. 서울시에 위치한 K 대학교내 수도수를 사용 전 약 2~3분간 배출시킨 후 시료수로 이용하였다.
- 본 연구에서는 탄소강관, 아연도강관, 동관, 스테인레스 스틸관, PVC 관을 통해 급수관내 유리 염소에 의한 급수관망에서의 부식 거동과 미생물의 성장제어에 대해 파악하였다. 연구로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 준비된 배지에 도말하였다. 20℃ 인큐베이터에서 도말한 배지를 배양하였으며 7일 후 30~300개 범위의 배지를 선택하여 콜로니를 계수하였으며 CFU(Colony Forming Unit)/ml로 표기하였다.10)
- 이같은 과정을 통해 준비된 시료를 R2A 배지에 접종하여 HPC(CFU/cm2)를 분석하였다. ATP(Adenosine triphosphate)는 ATP 측정기(AMSA light-Ⅲ)를 이용하여 분석하였다.
- Fig. 1에서 탄소강관, 동관, 아연도강관, 스테인레스스틸관, PVC에서 염소의 농도에 따른 관내 유출수에서 미생물의 증식을 제시하였다. 시간경과에 따라 미생물의 농도는 증가하였으나 100일 이후에는 그 이전 접촉 시간에 비해 증식율이 비교적 감소하였다.
- 두께와 직경은 Table 2와 같다. 각 관종들을 30 cm 길이로 절단하여 그 내부에 수도수를 가득 채운 후 고무마개를 이용하여 각 관종의 양 입구를 막고 이후 파라필름으로 그 외부를 봉하여 부식현상의 대기에 의한 영향을 최소화하였다. 본 연구에서는 온도를 20℃로 일정하게 유지할 수 있는 인큐베이터를 이용하여 온도를 조정하였으며 관내의 시수는 3.
- 부착 미생물을 분석하기 위해서는 동일한 재료의 시편을 이용하였으며 그 특성을 Table 2에서 제시하였다. 각 관종을 스테인레스 스틸 재질의 절단기로 1 cm의 크기로 잘라 표면을 연마한 후 초음파 세척기를 이용하여 외부를 세척하였다. 이와 같이 준비된 시편을 슬리브에 넣은 후 시수로 채워 고무마개를 이용하여 물이 새지 않도록 고정시킨 후 각 실험조건에 맞는 항온장치에서 위치시켰으며 3.
- 시편의 초기 무게와 표면적을 측정한 후 일정 노출시간이 경과 후 슬리브에서 시편을 분리시켰다. 멸균된 면봉을 이용하여 부식생성물을 제거하였고, 초음파 세척기에서 20℃, 30분의 조건에서 세척하여 이물질에 대한 영향을 제거하였다. 이를 3차 증류수로 3회 세척한 후에 건조하여 무게를 측정하였다.
- 5일 경과 후 시수를 교체해 주었다. 반응시간에 도달하면 시료를 채취하여 중금속의 농도와 pH, 알칼리도, TOS, DO, 알칼리도, 잔류염소 등의 수질항목을 분석하였다. 시료중의 Cu, Pb, Zn, Fe 등의 중금속은 ICP(Inductively Coupled Plasma Spectroscophy, Labtam 8440)를 이용하여 측정하였다.
- 각 관종들을 30 cm 길이로 절단하여 그 내부에 수도수를 가득 채운 후 고무마개를 이용하여 각 관종의 양 입구를 막고 이후 파라필름으로 그 외부를 봉하여 부식현상의 대기에 의한 영향을 최소화하였다. 본 연구에서는 온도를 20℃로 일정하게 유지할 수 있는 인큐베이터를 이용하여 온도를 조정하였으며 관내의 시수는 3.5일을 체류시킨 후 교체하였다. 부착 미생물을 분석하기 위해서는 동일한 재료의 시편을 이용하였으며 그 특성을 Table 2에서 제시하였다.
- 부착 미생물의 분석을 위해 노출시간에 도달한 시편을 꺼내어 그 내부를 멸균된 면봉(Fisher Scientific)을 사용하여 미생물막을 제거하였다. 멸균 증류수 5 ml를 시험관에 담아 면봉과 증류수와 접촉하게 한 후 볼텍스 믹서(KMC-1300)를 이용하여 혼합시켰으며 이와 같은 동작을 한번 더 실시하였다.
- 멸균 증류수 5 ml를 시험관에 담아 면봉과 증류수와 접촉하게 한 후 볼텍스 믹서(KMC-1300)를 이용하여 혼합시켰으며 이와 같은 동작을 한번 더 실시하였다. 이같은 과정을 통해 준비된 시료를 R2A 배지에 접종하여 HPC(CFU/cm2)를 분석하였다. ATP(Adenosine triphosphate)는 ATP 측정기(AMSA light-Ⅲ)를 이용하여 분석하였다.
- 또한 염소 투입으로 인한 수질의 영향과 관재와의 관계에 대해서도 검토하였다. 이를 위해 현재;급수관으로 이용되고 있는 탄소강관, 동관, 아연도강관, 스테인레스 스틸관을 이용하였으며 잔류염소의 농도가 평균 0.2~0.5 mg/l의 범위의 수도수 및 수도수에 염소를 추가로 1, 3 mg/l 투입한 경우에서 미생물막의 성장 및 유출수의 미생물학적 수질변화에 대해 고찰하였다.
- 종속영양세균은 R2A 배지를 이용하여 분석하였으며 121℃, 15분 동안 멸균하여 미리 제조된 배지에 자동피펫을 이용하여 시료를 접종하였고 유리 도말봉을 사용하여 준비된 배지에 도말하였다. 20℃ 인큐베이터에서 도말한 배지를 배양하였으며 7일 후 30~300개 범위의 배지를 선택하여 콜로니를 계수하였으며 CFU(Colony Forming Unit)/ml로 표기하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 현재 급수관으로 이용되고 있는 탄소강관, 동관, 아연도강관, 스테인레스 스틸관을 이용하였으며 두께와 직경은 Table 2와 같다. 각 관종들을 30 cm 길이로 절단하여 그 내부에 수도수를 가득 채운 후 고무마개를 이용하여 각 관종의 양 입구를 막고 이후 파라필름으로 그 외부를 봉하여 부식현상의 대기에 의한 영향을 최소화하였다.
- 이용하였다. 서울시에 위치한 K 대학교내 수도수를 사용 전 약 2~3분간 배출시킨 후 시료수로 이용하였다. 연구에 이용된 수도수의 특성을 Table 1에서 제시하였다.
- 반응시간에 도달하면 시료를 채취하여 중금속의 농도와 pH, 알칼리도, TOS, DO, 알칼리도, 잔류염소 등의 수질항목을 분석하였다. 시료중의 Cu, Pb, Zn, Fe 등의 중금속은 ICP(Inductively Coupled Plasma Spectroscophy, Labtam 8440)를 이용하여 측정하였다.
이론/모형
- 부식 속도는 시편을 이용한 무게 감량법으로 측정하였다. 시편의 초기 무게와 표면적을 측정한 후 일정 노출시간이 경과 후 슬리브에서 시편을 분리시켰다.
성능/효과
- 2) 이러한 생물막의 형성에 영향을 미치는 요소는 세균의 종류, 잔류소독제의 농도, 수온, 관의 재질, 전단력 등이 있다.3-5)
- 결과와 유사하게 나타났다. 동관과 PVC관에서 염소를 추가로 투입한 경우 Amt 감소하였으며 주입염소의 농도가 증가할수록 ATP가 감소하였다. 아연도강관의 경우 일반세균의 결과와는 상이하게 염소 농도에 따라 ATP가 감소하는 현상을 보였다.
- 따라서, 일반세균에 의한 부착 미생물을 평가한 결과, 대부분의 관종에서 염소의 주입으로 인해 부착 미생물은 감소되었으나 관종에 따라서는 염소의 추가주입에도 불구하고 이와 관계없이 부착미생물이 성장이 양호하게 이루어지는 것이 발견되었으며 이는 염소에 의한 관내 부착미생물의 제어가 절대적이지 않았으며 관내 미생물의 재성장 제어에 대한 대안의 도입이 요구된다. 또한 본 연구결과, 대부분의 관종에서 이미 생성된 부착미생물에 대해 염소의 투입시 크게 감소되지 않았으며 이같은 결과는 이미 관망내에 형성되어있는 부착미생물학적인 제어를 위해 염소의 투입만으로는 곤란함을 나타낸다.
- 또한 본 연구결과, 대부분의 관종에서 이미 생성된 부착미생물에 대해 염소의 투입시 크게 감소되지 않았으며 이같은 결과는 이미 관망내에 형성되어있는 부착미생물학적인 제어를 위해 염소의 투입만으로는 곤란함을 나타낸다. 부착세균들은 부유세균보다 염소에 대해 약 150~3,000배의 저항력을 가진 것으로 보고되고 있다.
- 270일 이후에는 염소농도를 증가시킨 조건에서 바이오 필름 형성이 감소되는 현상을 보였으나 그 차는 크지 않았다. 본 실험에서 탄소강관의 바이오필름 형성은 염소의 주입과 관련없이 반응기간 동안 안정된 성장을 보였으며 이는 Fig. 5에서와 같이 탄소강관의 표면 침적물에 의해 염소 소모량이 증가하는 것에 그 이유가 있는 것으로 생각되며 침적된 무기물 및 유기물에 의해 세균이 용이하게 부착성장한 것으로 생각되며 복잡한 층상구조가 관찰되었다.
- 관내 염소의 농도의 증가에 따라 구리의 배출농도는 감소하였다. 본 실험에서는 접촉시간 190일 이전에 Cu의 농도가 높게 증가했지만 바이오필름의 형성은 양호하게 이루어졌으며 기존의 보고와 달리 미생물의 수는 감소하지 않았다. 동관의 부식은 잔류 염소의 농도에 영향을 받지 않으며 잔류염소가 동관의 부식에 영향을 미치는 것은 pH 변화에 민감하게 반응한 결과라는 보고도 있다.
- 수도수와 염소 1 mg/l의 경우에는 120일 이후에는 steady state 상태에 도달하였다. 본 연구에도 PVC 관종 중에 일반세균 농도가 비교적 높게 검출되었다. 이같은 결과는 플라스틱관종에서 용출되는 인에 의해 미생물 재증식이 이루어진다고 보고되고 있다.
- 스테인레스 스틸 및 PVC관종에 수도수를 이용할 경우 타관종에 비해 유출수중에 높은 일반세균의 수를 나타냈다. 그러나 염소의 농도의 증가에 따라 미생물의 제어가 용이하게 이루어졌다.
- 특히 스테인레스 스틸관과 PVC에서의 부유 및 부착미생물이 타관종에 비해 높았으나 부유미생물에 대해 염소농도 증가에 따라 제어가 용이하게 이루어졌다. 아연도강관 및 스테인레스 스틸관에서 바이오필름의 형성은 주입된 염소의 농도와 관련없이 안정적으로 형성되었다.
- 5에서 아연도강관의 표면에서 관 표면에 매끄럽지 않은 면과 침전물이 발견되었으며 탄소강관에서처럼 관표면의 조도는 바이오필름의 부착성장 및 관내 수질의 위생학적인 면과 관련되는 것으로 보여진다. 아연도강관 및 스테인레스강관에서의 바이오필름은 초기 90일 이내에 형성되었고 이후 운전시간에서 염소농도와 관계없이 안정된 형성율을 보였다. 스테인레스강관, PVC관에서 바이오필름의 형성율은 타 관종에 비해 높았다.
- 연구에 이용된 수도수의 특성을 Table 1에서 제시하였다. 연구기간 중 수도수 중의 잔류염소는 실험기간 중 0.2~0.5 mg/l 범위에서 검출되었으며 탁도는 0.5 NTU 이하로 낮게 검출되었다.
- 탄소강관 및 아연도강관에서 높은 초기 탁도가 검출되었으며 탁도는 운전기간의 경과에 따라 점차 감소하였다. 탁도와 용출 중금속의 농도는 상관관계를 나타냈다.
- 탁도와 용출 중금속의 농도는 상관관계를 나타냈다. 탄소강관 및 아연도강관에서 중금속의 용출 후 관재 표면에 매끄럽지 않은 강관의 표면사이로 층상구조의 잔류물 및 부착미생물이 관찰되었다. 아연도강관은 염소의 주입농도에 따라 부식도가 증가하였으며 그 외 타관종에서는 염소농도 증가에 따른 부식속도의 증가는 관찰되지 않았다.
- 7에서 수도수와 염소 1, 3mg/E을 주입하였을 때 관종별 부식도를 제시하였다. 탄소강관, 아연도강관순으로 부식도가 높았으며 동관과 스테인레스 스틸관에서는 부식도가 매우 낮아 무게 감량법으로 거의 검출되지 않았다. 아연도강관에서는 염소 1, 3 mg/l 추가 주입시 부식도는 수도수의 1.
후속연구
- 이같은 결과는 ATP를 이용해 측정한 미생물의 활동도는 유리염소에 의해 저해받았지만 명확한 상관관계를 발견되지 않았고 관재질은 미생물막의 성장률에 영향을 미친다는 Hallam 등의 연구결과와 유사하였다.5) 본 연구에서는 ATP는 일반세균의 결과와 상당한 유사한 경향을 도출해 냈으며 관내 부착미생물의 거동을 평가하기에 유용한 지표로 이용될 수 있으리라 판단된다.
- 2mg/l 이상으로 유지하였음에도 불구하고 때때로 미생물의 농도가 허용치 이상 증가하는 현상이 발견되고 있다.6) 따라서 관말에서의 미생물학적인 안전성을 위해 투입하는 가장 보편적으로 이용되는 잔류염소의 주입법의 효용 및 관내부식에 미치는 영향에 대한 연구가 요구된다. 또한, 염소처리로 인해 부식성 증가에 대한 검토가 요구되는 실정이다.
- 탄소강관을 제외한 모든 관종에서 염소의 추가 투입에 의해 ATP는 감소하는 경향을 보여 염소의 주입방법에 따라 부착미생물의 활동도 제어에 있어 유효하였다. 따라서 관종에 따라 배급수관망의 미생물막제어를 위해 재염소투입의 유효성이 상이하며 투입시 이에 대한 고려가 이루어져 할 것으로 생각된다. 이같은 결과는 ATP를 이용해 측정한 미생물의 활동도는 유리염소에 의해 저해받았지만 명확한 상관관계를 발견되지 않았고 관재질은 미생물막의 성장률에 영향을 미친다는 Hallam 등의 연구결과와 유사하였다.
- 최근에 위생학적인 면을 고려하여 급수관종을 스테인레스 강관 등으로 교환하고 있으며 최근에 플라스틱관의 이용도 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 부식문제 및 수명 등 뿐 아니라 관내 미생물의 재성장 및 부착 미생물의 생성 등의 문제에 관한 검토가 이루어져야 할 것으로 생각된다. 스테인레스강관의 표면에서는 여러 균열된 틈이 관찰되었고 그 사이로 미생물의 성장이 발견되었다.
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