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생명과학회지 = Journal of life science v.16 no.3 = no.76, 2006년, pp.534 - 539   피인용횟수: 1

크립토스포리디움의 활성/감염성 판별법을 이용한 오존 및 자외선 소독능 평가
Evaluation of Cryptosporidiurn Disinfection by Ozone and Ultraviolet Irradiation Using Viability and Infectivity Assays

박상정    (국립환경과학원   ); 조민    (서울대학교 화학생물공학부   ); 윤제용    (서울대학교 화학생물공학부   ); 전용성    (인천시 상수도사업본부 수질연구소   ); 임연택    (국립환경과학원   ); 진익렬    (경북대학교 생명공학부 미생물학과   ); 정현미    (국립환경과학원  );
  • 초록

    크립토스포리디움은 염소내성이 매우 강해 일반적인 표준정수처리공정의 소독으로는 제거가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 오존 및 UV를 이용한 단위소독공정에서 DAPI/PI 및 in vitro excystation을 이용하여 크립토스포리디움 불활성화를 평가하였으며, 또한 오존을 이용한 고도산화처리 파일럿에서는 세포배양법을 이용하여 크립토스포리디움 불활성화를 평가하였다. 오존 소독연구는 50 mL 용량의 piston type batch reactor에서 용존오존을 자동적으로 측정해주는 flow injection analysis (FIA) 시스템을 이용하여 실험한 결과, 1 log 제거에 필요한 CT값은 $25^{\circ}C$ 에서 DAPI/PI 및 in vitro excystation에 의해 각각 약 1.8, 2.2 $mg/L{\cdot}min$ 으로 나타났으며, 2 log 제거에 필요한 CT값은 각각 약 3.2, 3.8 $mg/L{\cdot}min$ 으로 나타났다. 또한 $5^{\circ}C$ 에서 크립토스포리디움 1 log 제거에 필요한 CT값은 DAPI/PI 방법에 의해 약 9.1 $mg/L{\cdot}min$ 으로 나타났으며, 2 log제거에 필요한 CT값은 14.8 $mg/L{\cdot}min$ 로 나타나, 같은 소독효과를 나타내기 위해서 저온에서는 상온에서보다 요존 요구량이 약 $4{\sim}5$ 배 정도 증가하여야 함을 확인하였다. 40 L규모의 오존 반응조를 이용한 파일럿 실험에서는 정수처리공정상 모래여과를 거친 물에 살아있는 크립토스포리디움을 접종한 것을 시료로 하여 연속적으로 흐르게 한 다음, 오존량을 변화시키고 체류시간은 5분으로 고정하여 불활성화를 평가하였다. 실험결과, 8 $mg/L{\cdot}min$ 의 CT값에서 DAPI/PI 및 excystation과 같은 생사판별법을 이용하였을 경우에는 약 0.2 log정도의 불활성화를 나타내었으며, 세포감염시험법을 이용하였을 경우에는 약 1.2 log정도의 불활성화를 나타냈다. 오존에 의한 크립토스포리디움의 소독능 평가에 단위공정 및 파일럿 실험 모두 2가지 생사판별법(DAPI/PI와 excystation) 사이에는 큰 차이를 나타내지 않았으나, 생사판별법과 세포감염시험법 사이에는 현저한 차이를 나타내었는데, 이는 세포감염시험법으로 측정하는 sporozoite 및 merozoite로의 분화과정이 생사판별법이 근거한 세포벽의 구조와 기능 유지 보다 더 오존 소독에 더 민감함을 알 수 있었다. 파일럿 실험에서의 CT값이 piston batch reactor에서의 CT값 보다 낮게 나타난 것은 파일럿 실험에서 수작업으로 인한 용존 오존 측정이 정밀하지 못하여 IOD가 농도에 반영되지 않았고, 반응조 규모(50 mL vs 40 L) 및 형태(회분식 vs 연속식)의 차이에 기인하는 것으로 여겨진다. 한편, UV를 이용한 단위공정에서는 크립토스포리디움 1, 2 log 제거에 필요한 IT값은 $25^{\circ}C$ 에서 각각 DAPI/PI 방법에 의해 약 25, 50 $mWs/cm^2$ 로 나타났으며, $5^{\circ}C$ 에서의 크립토스포리디움 1, 2 log제거에 필요한 IT값은 약 40, 80 $mWs/cm^2$ 로 나타났다. 온도 $20^{\circ}C$ 감소 시 약 60% 정도의 IT값이 더 필요한데, 이것은 저온에서는 약한 자외선을 발산하는 저압저출력 UV 램프의 특성 때문인 것으로 사료되었다.


    In the ozone disinfection unit process of a piston type batch reactor with continuous ozone analysis using a flow injection analysis (FIA) system, the CT values for 1 log inactivation of Cryptosporidium parvum by viability assays of DAPI/PI and excystation were $1.8{\sim}2.2\;mg/L{\cdot}min$ at $25^{\circ}C$ and $9.1mg/L{\cdot}min$ at $5^{\circ}C$ , respectively. At the low temperature, ozone requirement rises $4{\sim}5$ times higher in order to achieve the same level of disinfection at room temperature. In a 40 L scale pilot plant with continuous flow and constant 5 minutes retention time, disinfection effects were evaluated using excystation, DAPI/PI, and cell infection method at the same time. About 0.2 log inactivation of Cryptosporidium by DAPI/PI and excystation assay, and 1.2 log inactivation by cell infectivity assay were estimated, respectively, at the CT value of about $8mg/L{\cdot}min$ . The difference between DAPI/PI and excystation assay was not significant in evaluating CT values of Cryptosporidium by ozone in both experiment of the piston and the pilot reactors. However, there was significant difference between viability assay based on the intact cell wall structure and function and infectivity assay based on the developing oocysts to sporozoites and merozoites in the pilot study. The stage of development should be more sensitive to ozone oxidation than cell wall intactness of oocysts. The difference of CT values estimated by viability assay between two studies may partly come from underestimation of the residual ozone concentration due to the manual monitoring in the pilot study, or the difference of the reactor scale (50 mL vs 40 L) and types (batch vs continuous). Adequate If value to disinfect 1 and 2 log scale of Cryptosporidium in UV irradiation process was 25 $mWs/cm^2$ and 50 $mWs/cm^2$ , respectively, at $25^{\circ}C$ by DAPI/PI. At $5^{\circ}C$ , 40 $mWs/cm^2$ was required for disinfecting 1 log Cryptosporidium, and 80 $mWs/cm^2$ for disinfecting 2 log Cryptosporidium. It was thought that about 60% increase of If value requirement to compensate for the $20^{\circ}C$ decrease in temperature was due to the low voltage low output lamp letting weaker UV rays occur at lower temperatures.


  • 주제어

    Cryptosporidium .   disinfection .   ozone .   UV .   DAPI/PI .   in vitro excystation .   cell infection.  

  • 참고문헌 (11)

    1. Campbell, A. T., L. J. Robertson and H. V. Smith. 1992. Viability of Cryptosporidium parvum outcasts: Correlation of in vitro excystation with inclusion or exclusion of fluorogenic vital dyes. Appl. Environ. Microbiol. 58, 3488-3493 
    2. Clesceri, L. S., A. E. Greenberg and A. D. Eaton. 1998. Standard methods for the examination of water and wastewater. pp. 4-137-4-139, 20th eds., APHA, AWWA, WEF 
    3. Korich, D. G., J. R. Mead, M. S. Madore, N. A. Sinclair and C. R. Sterling. 1990. Effects of ozone, chlorine dioxide, chlorine, and monochloramine on Cryptosporidium parvum oocyst viability. Appl. Environ. Microbiol. 56, 1423-1428 
    4. Min, C., H. S. Kim, S. H. Cho and J. Yoon. 2003. Investigation of ozone reaction in river waters causing instantaneous ozone demand. Ozone Science & Engineering 25, 251-259 
    5. Slifko, T. R., D. E. Friedman, J. B. Rose, S. J. Upton and W. Jakubowski. 1996. Unique cultural methods used to detect viable Cryptosporidium parvum oocysts in environmental samples. Water Sci. Technol. 35, 363-368 
    6. Slifko, T. R., D. Friedman, J. B. Rose and W. Jakubowski. 1997. An in vitro method for detecting infectious Cryptosporidium oocysts with cell culture. Appl. Environ. Microbiol. 63, 3669-3675 
    7. Slifco, T. R., D. E. Huffman and J. B. Rose. 1999. A mostprobable- number assay for enumeration of infectious Cryptosporidium parvum oocysts. Appl. Environ. Microbiol. 65, 3936-3941 
    8. Woodmansee, D. B. 1987. Studies of in vitro excystation of Cryptosporidium parvum from calves. Journal of Protozoology 34, 398-402 
    9. Mackenzie, W., M. Neil, N. Hoxie, M. Proctor, M. Gradus, K. Blair, D. Peterson, J. Kazmierczak, D. Adiss, K. Fox, J. Rose and J. Davis. 1994. A massive outbreak in Milwaukee of Cryptosporidium infection transmitted through the public water supply. N. Engl. J. Med. 331, 161 
    10. Michael, B. J., J. A. Lynne, D. B. Dwight, J. W. Mark and C. G. William. 1997. Assessment of a dye permeability assay for determination of inactivation rates of Cryptosporidium parvum outcasts. Appl. Environ. Microbiol. 63, 3844-3850 
    11. Bukhari, Z., M. M. Marshall, D. G. Korich, C. R. Fricker, H. V. Smith, J. Rosen and J. L. Clancy. 2000. Comparison of Cryptosporidium parvum viability and infectivity assays following ozone treatment of oocysts. Appl. Environ. Microbiol. 66, 2972-2980 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Park, Sang-Jung ; Chung, Young-Hee ; Chung, Hyen-Mi 2007. "The Effects of Temperature, Coagulants, and Pre-chlorination on the Removal of Cryptosporidium and Giardia by Coagulation Process" 上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, 21(5): 531~538     

 저자의 다른 논문

  • 박상정 (11)

    1. 2006 "고도폐수처리장에서 원생동물을 이용한 수질예측" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (4): 389~396    
    2. 2006 "원수 탁도와 pH 변화가 혼화응집침전 과정에서 원생동물과 탁질 제거에 미치는 영향" 上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater 20 (1): 71~78    
    3. 2007 "응집침전공정에서 수온, 응집제 종류, 전염소 주입에 따른 크립토스포리 디움과 지아디아 제거 효율 변화에 관한 연구" 上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater 21 (5): 531~538    
    4. 2008 "Nested PCR-RFLP 및 DNA Sequencing을 이용한 환경시료에서의 크립토스포리디움 동정" 水質保全 = Journal of Korean Society on Water Quality 24 (6): 817~822    
    5. 2012 "북한강 상류수계인 조양강의 DAIpo와 TDI를 이용한 생물학적 수질평가" 한국하천호수학회지= Korean journal of limnology 45 (3): 289~301    
    6. 2013 "우리나라 먹는물의 크립토스포리디움에 의한 건강위해도 평가 연구" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences 39 (1): 32~42    
    7. 2014 "남한강수계의 하천차수별 어류군집 분포 특성" 생태와 환경 = Korean journal of ecology and environment 47 (special): 100~115    
    8. 2016 "인천지역 대기 환경 중 배양성 세균의 특성" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences 42 (2): 126~132    
    9. 2016 "유입하수 첨가 배지를 이용한 세균 신분류군의 분리" Microbiology and biotechnology letters = 한국미생물·생명공학회지 44 (2): 180~184    
    10. 2017 "2016년 한국 경기도의 3월 황사기간 동안 부유세균 군집과 다양성에 대한 메타지노믹 분석" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences 43 (6): 491~498    
  • 조민 (4)

  • 윤제용 (33)

  • Jin, Ingnyol (36)

  • 정현미 (36)

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