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문제 정의
- 19) 본 연구에서는 UV 및 UV/H2O2 처리에 대한 실 하수 2차 처리수중의 Qß 파지의 불활성화율을 검토하였다.
- 본 연구에서 바이러스에 대한 지표 미생물로서 DNA 바이러스인 T4 및 lambda 박테리오파지의 이용가능성을 불활성화 효과 측면에서 E.coli 및 Qß 파지와 비교, 검토하였다.
- 본 연구에서는UV 및 UV/H2O2에 대한 Qß 파지의 내성을, 유효한 분변오염의 지표 미생물로서 제안되고 있는 E. coli의 내성과 비교함으로써, 병원성 바이러스의 관리에 있어서의 E.coli 규제의 유효성을 고찰하였다.
가설 설정
- Qß 파지가 모든 병원성 바이러스의 UV 또는 UV/H2O2에 대한 내성을 대표한다고 할 수 없을 것이다.
제안 방법
- coli K12를 첨가한다음, 시료를 중층하였다. 37℃에서 20~24시간 배양한 후 형성된 plaque수를 계수하여 30~300의 범위에 들어가는 plaque수에 희석배율을 곱하여 PFU (Plaque Forming Unit)/mL를 단위로 하는 파지농도를 구하였다.
- 640 mW/cm2이다. 각 불활성화 실험은 15분 동안 진행되었으며, UV 램프의 안정화를 위해 각 실험전 5분 이상 UV 램프를 켜놓은 상태로 유지한 다음, UV 램프를 반응조에 장착시키는 방식으로 불활성화 실험을 수행하였다. 또한, E.
- 또한, E.coli 및 Qß 파지의 불활성화 실험시에는 UV 처리 뿐만 아니라 UV/H2O2 처리에 대한 내성을 확인하기 위하여, 시험수에 H2O2를 첨가하여 시험수중의 초기 H2O2 농도가 각각 2, 4, 6 mg/L가 되도록 하였다.
- 또한, Qß 파지의 내성을, 유효한 분변오염의 지표 미생물로서 제안되고 있는 E.coli의 내성과 비교함으로써, 병원성 미생물에 의한 감염 리스크의 관리를 위한 E.coli의 이용에 대한 유효성을 검토하였다.
- 또한, 병원성 바이러스에 대한 대체 지표 미생물로서 Qß 파지, T4 및 lambda 파지의 실제 하수 2차 처리수중에서의 UV 내성을 비교, 검토하였다.
- 마지막으로, 바이러스에 대한 지표 미생물로서 DNA 바이러스인 T4 및 lambda 등의 박테리오파지의 UV 내성을 E.coli 및 Qß 파지와 비교, 검토하여, 수처리 측면에서 지표 미생물로의 이용가능성을 고찰하였다.
- coli의 초기농도는 각각 106 PFU/mL과109 CFU/mL로 조정하였다. 모든 실험은 1.7 L의 유효용량을 갖는 실험실 규모의 원통형 회분식 반응조를 이용하여 진행되었다(Fig. 1).
- 본 실험을 위한 시험수로는 6.2에서 6.5의 pH와 2 NTU 이하의 탁도를 갖는 하수 2차 처리수를 이용하였으며, SS 성분에 의한 소독효과의 저하를 억제하기 위해, 하수 2차 처리수를 간이 사여과장치로 여과한 후, 실험에 이용하였다. 이 하수 2차 처리수의 용존유기탄소(DOC) 농도와 UV254는 각각 4~5 mg/L와 0.
- 본 연구에서는 바이러스에 대한 지표 미생물로서 이용성이 높은 것으로 알려져 있는 Qß 파지(RNA 바이러스)의 UV 및 UV/H2O2 소독에 대한 내성을 실제 하수 2차 처리수를 이용하여 검토하였다.
- 분변에 의한 오염을 보다 정확하게 예측할 수 있는 지표 미생물로서 제안되고 있는 E.coli의 UV 및 UV/H2O2에 의한 불활성화를 검토하였다. Fig.
- 인산염 완충액내에 존재하는 각 미생물을 미리 준비한 일정량의 하수 2차 처리수에 첨가함으로써 불활성화 실험을 개시하였다. 시험수중의 각 파지 및 E.coli의 초기농도는 각각 106 PFU/mL과109 CFU/mL로 조정하였다. 모든 실험은 1.
- 처리는 의약품과 같은 미량오염물질의 높은 제거능 때문에 최근 그 적용이 주목을 받고 있으며, 미량물질의 제거와 동시에 소독효과도 달성할 수 있는 공정으로 여겨지고 있다. 여기서는 하수 2차 처리수를 대상으로 한 소독효과에 대해 UV 단독처리시와 비교, 검토를 행하였다. Fig.
- 070/cm였다. 인산염 완충액내에 존재하는 각 미생물을 미리 준비한 일정량의 하수 2차 처리수에 첨가함으로써 불활성화 실험을 개시하였다. 시험수중의 각 파지 및 E.
대상 데이터
- 12) 이와 같은 FRNA 파지의 대표적인 바이러스로서 본 연구에서는 Qß 파지를 선정하였다.
- 본 연구에서는 지표 세균으로서의 E.coli와, Qß, T4 및 lambda 등 세 종류의 박테리오파지 등 총 네 종류의 미생물을 선정하였다.
- 매 실험시의 시험수의 온도는 냉각수 순환장치를 이용하여 반응조 외부에 냉각수를 흘려보냄으로써 20℃로 유지하였다. 실험에 이용된 UV 램프(Iwasaki Electric Co., Ltd, Japan)는 254 nm 파장을 방출하는 저압 수은램프이며, 제조사에 의해 제공된 UV 조사강도는 0.640 mW/cm2이다. 각 불활성화 실험은 15분 동안 진행되었으며, UV 램프의 안정화를 위해 각 실험전 5분 이상 UV 램프를 켜놓은 상태로 유지한 다음, UV 램프를 반응조에 장착시키는 방식으로 불활성화 실험을 수행하였다.
이론/모형
- E.coli는 평판배양법에 의해 측정하였으며, 측정용 배지로는 특정효소기질 한천배지 「닛스이」 (Nissui Pharmaceutical Co., Ltd, Japan)를 사용하였다. 평판배양법은 시료와 혼합한 배지를 petri dish상에서 배양하는 방법으로, 37℃에서 20±2시간 동안 배양한 후 형성된 colony수를 계수하여 CFU (Colony Forming Unit) /mL로써 농도를 계산하였다.
- 45 µm 공극의 멤브레인 필터(Advantec)로 여과하여 고농도의 파지 원액을 준비하였다. 각 파지의 농도측정에는 중층 한천배지법을 이용하였다.14,15) 먼저, 준비한 고농도의 파지 원액을 9 mL씩 멸균처리한 시험관에 분주하여, 이를 희석액으로 이용하였다.
- 박테리오파지의 배양 및 분석은 대장균 파지측정법13) 및 上條14)의 방법을 참고하였다. 먼저, 초순수 1 L당 LB Broth Lenox 20 g을 용해시켜, 고압증기 멸균처리한 것을 배양액으로 이용하였다.
성능/효과
- 24) OH 라디칼에 대한 이러한 파지들의 내성에 있어서의 차이는 아직까지 명확하게 해명되어 있지는 않으나, 유사한 구조를 갖는 Qß 파지와 MS2 파지의 경우, OH 라디칼에 대한 내성 역시 유사할 것으로 예상된다.
- 8) 그러나, 불활성화 측면에서 T4 및 lambda 등 DNA 파지와 비교하였을 경우, Qß 파지가 UV에 대해 더 낮은 내성을 보이는 것으로 본 검토에서는 나타났다.
- 24) OH 라디칼에 대한 이러한 파지들의 내성에 있어서의 차이는 아직까지 명확하게 해명되어 있지는 않으나, 유사한 구조를 갖는 Qß 파지와 MS2 파지의 경우, OH 라디칼에 대한 내성 역시 유사할 것으로 예상된다. 결과적으로, 바이러스의 불활성화까지 고려할 경우, 지표 미생물로서 E.coli에만 의존하는 것은 충분한 소독효과를 얻을 수 없다는 것을 알 수 있다.
- Qß 파지가 모든 병원성 바이러스의 UV 또는 UV/H2O2에 대한 내성을 대표한다고 할 수 없을 것이다. 그러나, 이 연구결과로부터 지표 미생물로써 E.coli의 불활성화 효과에만 의존하는 것은, 소독공정에 따라서는 병원성 바이러스에 대한 충분한 소독효과를 얻지 못할 가능성도 있음을 알 수 있었다. 이는 역시 물의 안전성 평가시, 세균류 뿐만 아니라 병원성 바이러스의 존재 및 불활성화 등을 고려하여 적절한 지표 미생물이 선정되어야 할 필요가 있다는 것을 의미하기도 한다.
- coli의 불활성화에 큰 역할을 한 것으로 보고한 바 있다. 본 실험에서는 OH 라디칼 생성을 목적으로 한 H2O2의 첨가에 의해 154 mJ/cm2의 UV 조사량에서 6~7 log의 불활성화가 얻어져, H2O2 첨가가 E.coli 소독에의 필요 UV 조사량의 감소를 가져올 수 있음을 알 수 있다.
- 불활성화 측면에서는, 지표 바이러스로써 Qß 파지의 이용은 낮은 UV 조사량의 도입에 의해 결과적으로 불충분한 소독효과를 초래할 수도 있을 것으로 판단되었다.
- 전체적으로 UV 조사량의 증가에 따라 불활성화 속도가 감소, 즉 낮은 UV 조사량에서는 E.coli의 불활성화 속도가 증가하다가 높은 조사량에서는 감소하는 경향을 보였다. 이는 UV 조사량에 대한 의존성 때문이라고 판단되며, 실제로 동일한 조사량에 대해서도 다양한 log 불활성화율이 얻어지는 경우가 있다.
- 한편, UV와 H2O2를 병용한 경우, 2 mg/L, 4 mg/L의 저농도 조건에서는 UV 단독처리와 비교시 다소 저하된 불활성화를 보이는 등 OH 라디칼이 Qß 파지의 불활성화에는 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 현재, 일본의 하수도 유지관리지침16)에서는 하수 2차 처리수중 대장균군의 1 log, 2 log, 3 log를 위해 각각 150~200 mJ/ cm2, 200~300 mJ/cm2, 300~500 mJ/cm2의 UV 조사량의 도입이 권장되고 있다. 다른 수질특성 때문에 UV 조사량의 절대적인 비교는 다소 무리가 있지만, 상기의 결과를 비교하면 E.coli의 불활성화에는 대장균군의 경우보다 훨씬 낮은 UV 조사량이 요구될 것으로 추정할 수 있다.
- 현재 이용되고 있는 지표 미생물중 하나인 분변오염의 지표 미생물(대장균군)이 수중 병원성 바이러스의 존재량과 크게 상관성이 없는 것으로 알려져,5,6) 바이러스의 감염 리스크를 정확히 평가하는 것은 불가능하다. 따라서, 감염 리스크가 있는 바이러스, 세균 및 원생동물들의 각각에 대한 적절한 지표 미생물을 선택하여 이용하는 방안에 대한 검토도 필요하다. 이상적인 지표 미생물로서 갖추어야 할 필요조건은 병원성 미생물과 같이 보편적으로 존재할 것, 존재량이 병원성 미생물과 거의 유사하거나 그 이상일 것, 비감염성 또는 감염성이 낮을 것, 그리고 환경조건이나 수처리에 대한 내성이 병원성 미생물과 동일한 정도 또는 그보다 높을 것 등이 있다.
- 따라서, 현 단계에서는 Qß 파지 또는 E.coli와 같은 지표 미생물에 의한 수중의 병원성 미생물의 관리가 이루어져야 할 것이다.
- 또한, 현재 하수처리수에 있어서의 규제항목이 대장균군이기는 하나, 보다 정확도가 높은 지표 미생물로서 E.coli가 적용될 경우 및 바이러스에 대한 지표로서 Qß 파지를 적용한다고 하였을 경우, UV 또는 UV/H2O2에 의한 이들의 불활성화 효과에 대해서는 본 검토결과로부터 어느 정도 예상가능할 것이다.
- 본 연구에서의 결과로부터도 역시 OH 라디칼에 의한 Qß 파지의 불활성화 개선이라고 예상되나, 향후, UV/H2O2 공정 동안 OH 라디칼의 생성과 Qß 파지의 불활성화와의 관계에 대해 추가적인 검토가 필요할 것이다.
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