ray 에 의한 병원성 미생물의 불활성화

Applied Ch떠lIsttγ，

Vo1.13, No. 1, April 2뼈， lOO-1l2

uv-c. VUV. Ozone 및

Gamma

ray 에 의한 병원성 미생물의 불활성화

의옹므1. 검해연 · 김태훈 · 이연주 · 유승호 한국원자력연구원 방사션공엽 · 환경연구부

In

activation of pathogenic microorganisms by

UV -C , ^VUV ,

^Ozone

and

Gamma radiation

만앤L초혼，1-11한Yeon Kim, II용Hun “m, 뼈아Joo l효 때 seun앙10 Yu'

Radiation Research Division for Industry ^& Environment

Kor，εa Atomic Energy Research Institute

Abstract

Batch kinetic experiments were conducted to evaluate the disinfection efficiencies of the microorganisms by UV-C, VUV, ozone and gamma radiation. The disinfection efficiency of S. choleraesuis after UV -C irradiation was 99.06% at 5 min exposure.

The disinfection efficiency of E. coli K12 after VUV irradiation was 98.88% at 3 min. The ozone disinfection efficiency was 57.81% at 1 min for S. aureus. The effect of the electron beam irradiation was 99.70% at 2kGy for B. subtili능 spores. The results of SEM and TEM indicatecl that gamma radiation showecl more complete c1estruction of the wall of the microorganisms thnn other AOPs.

1.

서 론

살균과정은 수인성 질병을 막기 위하여 수년간 수행되어 왔고， 병원성 미생물들의 살균은 환경적

인 안전성을 위한 중요한 파제이다 1.

21

특히， 전통적인 수 처리 방법에 의해서 살균되지 않은 의 외의 수인성질병의 출현이 심각한 문제로 대두되고 있다‘j) 하수처리장 방류수 수질기준 중 대장

균군을 규제하지 않았으나 국민의 보건향상 및 생태계보호 차원에서 방류수 수질기준에 대장균군 이 신셜， 2003 년부터 시행함에 따라 상수원 유입을 근원척으로 차단하기로 하였다. 살균방법은 염소소독， 자외선소독， 오존살균둥에 국한되어 있으며， 염소소독의 경우는 소독부산물인 트리할로 메탄의 위해성과 수생생물에 대한 영향으로 반드시 탈염소설비퉁의 대책을 강구해야 하며， 자외선 소독의 경우는 대규모 처리장에 설치 시 램프의 주기적인 교체가 필요하고 처리수내 탁도나 색도

퉁이 존재할 경우 소독효융이 떨어지는 문제정이 있다41

따라서

2차 오염물의 발생이 없고， 유량

변동에 쉽게 대처할 수 있는 효율적인 살균공정의 개발이 절실한 실정이다. 전자선 살균처리기술 온 하수 슬러지 내 포함되어 있는 박테리아， 바이러스， 기생충 둥올 효과적으로 사멸시키기 위해 척용되었다5) 유(j)퉁은 하수처리장 유출수의 경우 0.5kGy의 낮은 선량에서 미생물의 재중식 억제 를 위한 완전한 사멸이 이루어졌다고 보고 하였다. 본 연구에서는 미생물에 강력한 살균효율을 지 닌 오존， 자외선 CUV-C ， VUV), 고이온화 에너지롤 이용하여 대장균， 살모넬라， 황색 포도상 구균，

바실러스에 대한 살균공정 효율올 평가하고 각 미생물올 살균처리 후 공정별 살균 특성을 연구하 고자 하였다.

109

110 이오미 · 김해연 • 김태훈 • 이연주 • 유숭호

2. 실 험

2-

1. 사용균주

Salmonella choleraesuis(ATCC 13076), E. Coli K12(ATCC 23716), Stflph

.v

lococcus aureus(ATCC 27664), Bacdlus sub끼'is(A TCC 6633) 는 한국미생물 보존센터로부터 분양받아서 사용 했고， Nutrient broth(Difco, Detroit, USA) 에 37 't에서 19-24 시간 진탕 배양 하였다.

2-2.

상균 방법

본 연구에 사용된 오폰 실험장치는 오촌발생기 (Lav2b ， Ozona Ltd) 유리로 제작한 직경 llcm, 높이 15cm의 원통형 오폰 접촉초로 구성하였으며， 오폰발생올 위한 주입가스로 순산소(순도 99.9%)를 사용하였다. UV-

c.

^{vuv에 의한 살균} 효율올 측정하기 위하여 채칠은 자외선 투과울 이 좋은 석영관올 이용하여 반용용액의 용량올 최소 1 L로 제작하였으며 UV (:.;1- _스시--01-γ1 우|히 여 주파장이 25tI.X nm 인 UV-CU'hilips TL'V (퍼TS. f)W)‘ l잉Snl11고.)깐lnrn 안 VU\’(UV \:ature, Gll'l^‘5VII, 6W) 환 반응기 가운데 설지하0.1 죠사하였.:ïl ， 반응~ 71내의 시갚 혼합을 우|하이 교만시촬 설지하고 조사시간을 !갚l! 1 히여 상온에서 삼 it 효율플 얄아보았다 감마선 조사는 고춘위 60CO source (MDS Nordion, Camlda)를 이용하여 상옹 (20 't)에서 수행하였으며， 이 때 60CO source 의 방사능은 397949 Ci 이었다. 살균처리에 이용한 흡수선량은 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.7, lkGy로 선정하였다.

2-3. 살균효율 확인방법

실험균주의 개체수 분석방법은 plate count method 를 사용하였고， 사용한 배지는 Nutrient agar롤 사용하

였다. 각각의 조사 실험 전

0.1 M

phosphate-buffer를 이용하여 약

10⁷

-1O~

CFU/ml 정도로 회석하여 사용하였으며， 처리수를 nutrient agar plate 에 도말한 다음 37 't의 incubator에 24시간동안 배양하였다. 형성된 colony롤 계수하였고， 처리 전 실험균주의 개체수를 확인하여 실험전의 개체수와 실험 후의 개체수를 비교하여 장치에 의한 불활성화를 평가하였다

2-4. Transmission Electron Microscope and Scanning Electron Microscope

각각의 살균 처리 전 후의 미생물 변화를 투파전자현미경 (TEM) 과 주사전자현미겪 (SEM)올 이용 하여 관찰 비교 하였다.

3 .

결과 및 토론 3.1 쌀균 효융

UV-C와 VUV를 다양한 조사시간에 따른 E-Coli K12 개체수롤 확인 결과， 초기 개체수는 1.07

X 10⁹

’ 1.62 X 10\l

CFU/ml 이었으나 3 분 동안 처리한 시료에서는 각각

5.03 x 10“, 2.70 x 10⁷

CFU/ml 이 였고 불활성화율은

99.53, 98.88%

이었다. Ozone 의 초기

E-Coli K12

개체수는

4.87 x 1O~ CFU/rnl 이였고

3분 후의 개체수는

6.67 X 10⁵ CFU/ml

이었다. 감마선 흡수선량에

따른 실험 결파는

초기

E-Coli

K12 는 1.

06 X 10¹¹ CFU/ml

이었고， 2kGy에서

E-Coli

K12 는

1.06 X 10⁶ CFU/ml 로

살균 효융이 99.92%로 확인 되 었다(Fig.

1 A). UV

-C 와 V

LJ

V 의 조사시

간에 따른 S. choJeraesuis 개체수를 확인 결과， 각각 l 분 동안 처리한 시료에서는 불활성화율은

66.35%(5.58 X 10^ri CFL'/ml), 48.81%(7.87 x 10^M

CFU/m I)이고，

5

분 이후부터 볼활성화율이

99.06%, 99.08

이었다. Ozone은 5 분에서 불활성화율이

99.83%0.98 x 10

‘’

CFL'/ml)

이었다.

감마선 홉수선량에 따른 실험 결과는 초기 S. choleraesuis가 2.31 x 1 O~I C FL'/ml 이었고， O.lkGy에서 S. choJeraesui농는 4.60 X lO^ri

CFU/ml 로 불활성화율이 80. 09% 이었고

，

0

.7

kGy 에서

웅용화학， 제 13 권 제 l 호， 2α꺼

uv-c

, VlN, Ozone 빚 Garruna ray에 의한 병원성 미생물의 붕활성화 111

99 .4 7%이 었다(Fig. 1 8).

S. aureus롤 각각의 처리 후 결과는 Fig. 1 C 와 같다. UV-C 는 1 분 통안 조사한 결파 불활성화

율이

63.58% 이었고， VUV 는 47.15% 이었다.

Ozone 은 l 분 동안 조사한 결파

57.81 %의 불활성화 율을 보였으나， 감마선은 0.5kGy에서 99% 이상의 불활성화융올 보이는 것올 확인하였다. 그리고 감마선은 조사선량이 중가함에 따라 미생물 개체수 감소가 크며， 2kGy 에서는 초기 미생물이 1.35 X 10⁷

CFU/mL에서 2.63

x 10

‘’ CFU/mL까시 감소하는 것으로 확인하였다.

Fig 1

0에서 보는바와 같이， UV -C 와

vcv 를

다양한 조사시칸에 따른

B.

subtilis

spores

개체수를 확인 결과，

초기

B.

subtili능 spor

es

는

2.4 x 10

‘ ’

^{CFC/ml 이}

^었으나

^30초

통안 처 리 한 시

료에서 는

각각

1.17

X 10⁵

’ 1.20

x

10" CFl]/ml 이였고 불활성화융은 99% 이상이었다. Ozone의 초기 B. subt시1S spores 의 개체수는 2.61 x 10

“

CFLJ/ ml 이고 90분 살균 후의 개체수는 2.44 x 10’ CFL’Iml 이

었고， 최대 살균효율은

120분

조사시간에서

96

.0

2%로 이때

B.

subti/is spores

는

1.04 x 10';

CFU/ml 이었다. 감마선 흡수선량에 따른 실험 결과는 초기 B.

subtilis

spores 의 개체수는 2.45

X 10⁶ CFU/ml

이었고

，

2kGy에서

B.

subtiiJ능 spores 는

1.4 X 10¹

CFU/ml 로 살균 효율이

99.70%로 확인 되 었다.

했”냐 …“ 헬

i

n

”

un n

””

nu u·

‘

nnuu

”””””

U t

-“

뮤

nnu”4 많 n꺼”””끼

“

‘매매내川비… 』”니”nUμ

’ -----lf·「Fjj|Il--“

‘

‘내

川川미 ……

뮤”””U”…

•

’111111l」·매내이미니니니nuu”

낀 MM 백 · ~ 써W 떼 ·펙썩폐 ‘@ 폐끊펴 ι

A

-g

! :· li--

B

E--나쉰‘

』 }찌

•

M

@

‘“끽‘…… - … @@@·

i@m

‘핸…… - 피，‘‘ 빨

”

:싸빠” ai 테 M 빠 니”

내川川비-” 깨川川버-‘ 떤 -熾 ?

”

剛빠삐 d 엎

1

꽤삐뻐 펀 펠‘…뻐

C

I --- -- i:

·

@

…

.jj.

”

생 엎 M빼빼

l

.

. μμ ”

” 께떼빠

“ - -- ‘디에서 .

a

-·--ma까--‘‘‘”” --”--“i

h 매매매 •

?

때삐뻐“ 앞떼삐뻐뻐

…

W 川버” .g 쩨빼빼 생 · 찌 ιh 빼픽 !\繼­

--‘…·써

-…:

써*“ **메”매매삐

--

Fig. 1. The disinfection efficiency of microorganisms by UV-C, VCV, ozone and Gamma ray(A) E.

Co/i

K12 (8)

S. cho/eraesuis

(C) S.

aureus

(D)B.

subtilis.

3.2 미생물 변화 판찰

살균 처리 전과 후의 미생물 변화를 관찰하였고， 그 결과는

Fig. 2에서 보는 바와 같았다. 살균

처리 하기전의 대조군 보다는 미생물의 표면이 터지고， 부서지고 파괴된 현상을 관찰 할 수 있었 다. 감마선올 조사한 시료에서 세포벽 파괴 현상이 많음올 확인하였다. 이는 살균 공정에 따라 미 생물의 세포벽에 영향을 주어 세포가

손상되어 대사활통 퉁 세포의 고유 기능에 손상올 일으켜 사멸되는 것으로 판단되었다.

Applied Chemistry, Vo^l. 13, No. 1, 2009

- ]

-

r

··‘

112 이오미·김해연·김태훈·이연주·유숭호

- I -

Oaone UV.C vuv

Cammara)'

’

^kGv 5m1n 5mln ^5mln conUol

禮훌홉

GIUIlJDa ray Ozone UV.C vuv

con.-ol lkGv 5m1n ^5mln Smln

Fig. 2. Scanning electron microscope ancl Transmission electron microscope of

S.

choJeraesuis. E.

CoJi

K12,S.

aureus

ancl B. subtμ'is

spore.

[1 1 TPl1 [II 1 SEM

4 .

궐 론

최근 오존의 적용이 중가하고 있으나 실험결과와 같이 반웅시간이 길어 유지비용이 중가 할 것 으로 판단되고， 감마선 및 자외선올 이용한 살균 처리 기술은 화학약품올 처리하지 않고 미생물올 거의 완전 사멸시키는 것으로 확인 되었다. 이에 다른 바이러스나 박테리아의 경우눈 오히려 쉽게 감마선에 의해 불활성화 될 것으로 판단되며， 정수처리장의 기존설비시설은 미생물 층식이라는 2

차오염이 심각하므로 미생물 재중식올 억제할 수 있는 살균처리공정으로 판단되었고， 살균공정 처 리 후 추가적으로 미생물 재종식 실험이 필요할 것으로 사료되었다.

감시의글

본 연구는 과학기술부 원자력연구개발사엽의 연구비 지원으로 수행되었으며， 이에 깜사드립니다.

참고문헌

1) Chick , H. 1908. An investig<ltion of the l<lwS of c1isinfection , J. Hygiene , 8 , 92-158.

2) Yoon ,T.H. , Lee, Y.J., Rhee , O.J., Lee , E.K. , Kim , H. , Lee , D.C. <lncl l\:mn , S.H , 2002.

Heterotrophic bacteri<l in terms of free chlorine resiclu<lls in W<lter c1istribution systems.

Korean Journal of Environmental He<llth (in Kore<ln), 28(3), 9-18.

3) 1. OYANE, !\II. FURLJTA, C.E.STAVRACHE , K , HASHIBA, S. Nll'KAI , \1. !\lAKAl\:ISHI , 1.

KIMATA, AND Y. MAEDA, 2005. In<lctiv<ltion of Cryptosporiclium p<lrvum iJ y l'ltr<lsonic Irradiation. Envrion. Sci. Technol., 39, 7294-7298.

4) Yuri Kim , Bumsoo H<ln, Jinkyu Kim , Ho K<lng. Disinfection of Total Coliforms in Sewage Effluent using Electron Beam., Journal of Kore<ln Society on Water QU<llity, Vol.

20, No. 4, 376-381(2004).

5) S. F<lrooQ , C.N. Krurucz , T.D. W<lite <lnd W.J,Cooper , Disinfection of W<lsteW<lter

High-energy electron vs g<lm<l iIT<lcli<ltion., W<lt. Res. 27(7), 1177-1184(199

6) Dae Hyun Yoo , Sang Wook P<lrk , Young Do Jung, Jong B<le Kim , Myun Joo Lee , Joon Wun Kang, Disinfection Study of B<lcteria in Sew<lge by ){-r<lY ancl Ozone / )(-ray Irracliation. , J. of KSE E. Vol.21 , No .4, 635-641(999)

웅용화학， 제 13 권 제 1 호， 2α꺼