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친환경 항균성 구리의 수질 내 생물학적 오염원 제거 가능성 연구
The Studies on the Removal of Harmful Microorganisms in Water by Using Antimicrobial Copper 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.9, 2018년, pp.384 - 390  

지근호 (부경대학교 기초과학연구소)

초록
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기후변화와 도시화에 따른 오염으로 인하여 대기 및 토양이 오염되었고, 이들 오염물질이 점오염원비점오염원을 통하여 수질 내로 흘러 들어가면서 수질오염이 심각한 수준에 이르렀다. 이러한 수질 내 생물학적 오염원 제거를 위하여 간편하면서도 효율이 높은 수질 정화용 필터의 개발이 요구되는 실정이며, 이를 위하여 항균력을 가지고 있는 구리를 이용하여 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 수질오염의 기준으로 사용되는 대장균 외 주요 병원성 균 4종 (Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa)을 사용하였으며, 스트립 형태의 구리선 0.5g, 1g, 2g을 이용하여 직경 2cm의 구 형태로 제작하였다. 항균력 확인을 위하여 각 병원성 균을 접종한 후 구리공을 장착한 다음, 99% 이상의 항균력을 가지는 조건을 조사하였다. 연구 결과 0.5g의 구리선으로 만든 구리 공을 최소 20분간 반응시켰을 때 5종의 병원성균에 대해서 99% 이상의 생장 억제능이 나타나는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 세포 실험 등의 추가 실험이 진행된다면 수질 정화용 필터로 사용되기에 충분할 것으로 판단되며, 이를 통해 공장 및 도시 폐수 뿐만 아니라 축산 및 양식 산업 분야에 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Air and soil are being contaminated by the environmental pollution as a result of climate change and urbanization, resulting in water pollution reaching serious levels. In this studies, we investigated the use of antimicrobial copper for the removal of biological pollutants from water system. Specif...

주제어

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문제 정의

  • 수질오염 기준의 경우 총 대장균군에 대한 항목만 지정되어 있으나, 국립환경과학원에서 병원성 미생물에 의한 오염도를 수질 기준으로 추가하여야 한다는 연구가 보고가 있었다 [12]. 따라서 본 연구에서는 대장균 외에 질병을 유발할 수 있는 주요 병원균에 대한 성장 억제능을 포함하여 연구를 진행하였다. 일정량의 구리양에 대한항균력 측정과 최소 구리양에 대한 최소 반응 시간 설정의 총 2단계로 연구를 진행하였다.
  • 본 연구는 수질 내 생물학적 오염원 제거를 위한 기초연구로써 항균력을 지닌 스트립 형태의 구리선을 구 형태로 제조하여 미생물 배양액에 첨가하여 생물학적 오염원 제거 유무를 확인하였으며, 일정량의 구리에 대한 최적 항균 시간을 측정하였다. 99% 이상의 항균력을 나타낸 최소의 구리양과 반응 시간을 알아냄으로써 시장 경쟁력을 갖춘 수질용 필터 개발 연구에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
  • 본 연구는 스트립 형태의 구리선을 이용하여 수질 정화용 필터로서의 개발 가능성에 대한 실험을 진행한 것으로, 수질 환경기준에 지표로 사용되는 대장균 외 4종의 병원성 미생물을 대상으로 항균력을 측정하였다. 수질오염 기준의 경우 총 대장균군에 대한 항목만 지정되어 있으나, 국립환경과학원에서 병원성 미생물에 의한 오염도를 수질 기준으로 추가하여야 한다는 연구가 보고가 있었다 [12].
  • 사회적 문제로 인식되고 있는 환경오염 중 생물학적 수질 오염원 제거 가능성 연구를 진행하였다. 이를 위하여 구리 선을 구 형태로 제작하였으며, 5종의 병원성 균을 대상으로 성장 억제능을 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
환경 규제 및 환경 회복에 관한 움직임이 전 세계적으로 가속화되는 이유는? 그뿐만 아니라 항생제 오남용으로 인해 해마다 증가하는 항생제 내성 미생물이 하천과 연안에 그대로 노출되어 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 수질 환경의 오염이 진행되면서 부영양화, 생태계 파괴 등 다양한 환경 변화가 발생하고 있으며 [2], 이를 해결하기 위하여 환경 규제 및 환경 회복에 관한 움직임이 전 세계적으로 가속화되고 있다 [3].
대기와 토양오염이 더 심각해진 이유는? 산업의 발달에 따른 대기와 토양오염은 점오염원과 비점오염원을 통해 최종적으로 수질오염이 발생하게 된다. 또한, 축산업 및 양식업의 대규모화로 인한 분뇨배출량의 급증으로 인해 더욱 심각해졌다. 그뿐만 아니라 항생제 오남용으로 인해 해마다 증가하는 항생제 내성 미생물이 하천과 연안에 그대로 노출되어 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
수질 정화기술에는 어떤 것이 있는가? 현재 각종 산업 분야에서 수질오염이 더욱 심각해지는 것을 방지하기 위하여 다양한 수질 정화기술이 이용되고 있다. 이러한 수질 정화기술에는 유기물의 완전산화와 수분의 완전증발이 가능하고, 반응 후에도 오니가발생하지 않는 고온호기발효법 [4], 직류전원을 통전시켜 산화-환원반응으로 오염물질을 분해하는 전기 분해법[5], 오존이 갖는 강력한 산화력을 이용하여 유기물을 산화 분해하는 오존처리법 [6], 고도산화기술 등이 이용되고 있다. 하지만 제어기술 확보 및 유지의 어려움, 추가 장비 설치 및 유지보수비용 발생 그리고 높은 부식성과 독성을 가지는 문제점과 부작용이 발생하고 있다.
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참고문헌 (19)

  1. S. Naidoo, A. O. Olaniran. "Treated Wastewater Effluent as a Source of Microbial Pollution of Surface Water Resources" International Journal of Environmental Research and Public Health, Vol.11, No.1 pp.249-270, 2013. DOI: https://dx.doi.org/10.3390/ijerph110100249 

  2. S. J. Park, B. J. Kim, J. M. Rhee, "Antibacterial Activity of Activated Carbon Fibers Containing Copper Metal", Polymer, Vol.27, No.3 pp.235-241, 2003. 

  3. W. J. Kim, H. W. Do, W. S. Kim, W. Y. Chun, "An Experimental Study on Water-Purification Properties and the Development of Green Building Materials in Moss Bricks Using Effective Micro-Organisms", Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol.28, No.5 pp.103-110, 2012. 

  4. K. H. Jeon, S. Hamanaka, K. Nakano, N. Chiba, O. Nishimura, "The temperature dependency of swine waste decomposition rate in Thermophilic Oxic Process", Proceedings of Korean Society of Water Quality, pp.F49-F52, 2003. 

  5. G. S. Kil, S. K. Choi, D. W. Park, S. W. Kim, S. G. Cheon, "Analysis of disinfection performance of UV LEDs for a phytoplankton", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol.33, No.6 pp.959-964, 2009. DOI: https://dx.doi.org/10.5916/jkosme.2009.33.6.959 

  6. W. J. Kowalski, W. P. Bahnfleth, T. S. Whittam, "Bactericidal Effects of High Airborne Ozone Concentrations on Escherichia coli and Staphylococcus aureus", Ozone: Science & Engineering, Vol.20, No.3 pp.205-221, 2008. DOI: https://dx.doi.org/10.1080/01919519808547272 

  7. M. C. Shin, "Eco-friendly material technology", Ceramist, Vol.9, No.2 pp.12-17, 2006. 

  8. B. J. Kim, "Evaluation of water purification ability using vegetation and filter media for purification of the hydrosphere", Graduate School of KyungHee university, 2015. Available From: http://www.riss.kr/link?idT13745351. 

  9. R. Murugan, C. G. Ram, "Energy efficient drinking water purification system using $TiO_{2}$ solar reactor with traditional methods", Materials Today: Proceedings, Vol.5, No.1 pp.415-421, 2018. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.100 

  10. S. S. Lal, S. T. Mhaske, "AgBr and AgCl nanoparticle doped TEMPO-oxidized microfiber cellulose as a starting material for antimicrobial filter", Carbohydrate Polymers, Vol.191, pp.266-279, 2018. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.03.011 

  11. G. Grass, C. Rensing, M. Solioz, "Metallic Copper as an Antimicrobial Surface", Applied and Environmental Microbiology, Vol.77, No.5 pp.1541-1547, 2011. DOI: https://dx.doi.org/10.1128/AEM.02766-10 

  12. S. J. Park, S. H. An, "A Study on Improvement of Water Quality Standards of Microorganisms (General Bacteria) in Water to Eat", NATIONAL INSTITUTE OF ENVIRONMENTAL RESEARCH, 2010. Available From: http://devkiss.kstudy.com/public/public3-article.asp?key60030582 

  13. K. H. Yoo, "Fan coil unit with copper coating Antibacterial technology", Air cleaning technology, Vol.17, No.2 pp.46-47, 2004. 

  14. D. W. Kim, D. H. Je, K. Ji, "The Removal of Indoor Suspended Microorganisms of Eco-friendly Antimicrobial Copper Net Filter", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.19, No.4 pp.311-316, 2018. DOI: https://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2018.19.4.311 

  15. F. Heidarpour, W. W. A. K. Ghani, F. R. B. Ahmadun, S. Sobri, M. Zaragar, M. R. Mozafari, "Nano silver-coated polypropylene water filter: II. Evaluation of antimicrobial efficiency", Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol.5, No.3 pp.797-804, 2010. 

  16. J. Heo, S. Y. Nam, J. H. Kang, J. H. Song, B. H. Kang, S. Han, "Antibacterial Characteristics of Silver Nano-Particles Attached to Activated Carbon Filter", Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol.21, No.10 pp.583-589, 2009. 

  17. N. H. Hong, Y. J. Jung, J. W. Park, "Ecotoxicity Assessment of Silver Nanomaterials with Different Physicochemical Characteristics in Diverse Aquatic Organisms", Korean Journal of Environmental Biology, Vol.34, No.3 pp.183-192, 2016. DOI: https://dx.doi.org/10.11626/KJEB.2016.34.3.183 

  18. V. P. Sudha, S. Ganesan, G. P. Pazhani, T. Ramamurthy, G. B. Nair, P. Venkatasubramanian, "Storing Drinking-water in Copper pots Kills Contaminating Diarrhoeagenic Bacteria", Journal of Health, Population, and Nutrition, Vol.30, No.1, pp.17-21. 2012. DOI: https://dx.doi.org/10.3329/jhpn.v30i1.11271 

  19. R. Pettersson, F. Rasmussen, A. Oskarsson, "Copper in drinking water: not a strong risk factor for diarrhoea among young children. A population-based study from Sweden", Acta Paediatrica, Vol.92, No.4 pp.473-480, 2003. DOI: https://dx.doi.org/10.1111/j.1651-2227.2003.tb00581.x 

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