Applied Chemistry,

Vol. 12, No.2, November 2008, 369 킨2

오존 및 감마선을 이용한 Bacillus subtiUs spores 살균효율 및 재증식

깊화옆 · 이오미 · 김진명 · 김태훈 · 이면주 · 유승호.

한국원자력 연구원 방사선공업 • 환경연구부

Disinfection and Regrowth on Bacillus subtiUs spores by Ozone and Gammaray

Hae-Yeon Kim . O-Mi Lee· Jin-Myoung Kim· Tae-Hun Kim· Myun-Joo Lee· Seungho Yu·

Radiation Research Division for Industry & Environment,Korea Atomic Energy Research Institute

Abstract

Pathogenic bacteria such as Cryptosporidium pan씨m has become an increasing concern due to publichealth. Cryptosporidium paroum ωas currently considered the microbial water contaminants of the mostresistant to disinfection by chemical disinfectants. In contrast, disinfection methods using ozone andgamma ray were considered effective due to a high disinfection for Pathogenic bacteria without formationof undesired halogenated by-products. This study was performed to investigate the disinfection onBacillus subtilis spores by ozone and gamma ray. As the results of the experiment, Bacillus subtilisspores almost were not detected at the condition of 120 min exposure by ozone and gamma dose of2kGy. Besides. regrowth potenti혀 of Bacillus subtilis spores after Ozone and gamma ray were monitoredduring 4 days. Regrowth of Bacillus subtilis spores after ozone 120min ap야ared after 3days, and themaximum regrowth of bacillus subtilis spore was 30%. However, disinfection efficiency on Bacillussubtilis spore after gamma ray dose of lkGy approached 98% and regrowth was hardly obseπed for 4days. Therefore, it can was suggested that disinfection by gamma ray proved to be the most effectivedisinfection method since gamma ray prevent regrowth in disinfected drink water.

1. 서 론

산업의 발달과 생활수준의 향상 동으로 공공수역에 배출되는 오염물질이 증가하면서， 국지적

으로 상수원의 수질 오염이 심화되어 왔다. 이에 최근 들어 음용수에 인체에 기생하는 병원성 원

생동물 둥이 빈번하게 검출됨에 따라 바이러스나 원생동물인 Cηptosporidium paroum 및 G띠rd，띠

lαnblia cy쐐 의한 사고가 발생되는 상황이므로J) 정수 공정에서 효융적인 처리가 필수적이나 일

반적인 정수처리 방법인 염소 살균은 원생동물을 안정적으로 제거하는데 한계가 있고， 자외선 살

균은 음용수의 장기 보관시 잔류성이 없어 살균 효능이 감소하며 처리된 미생물이 후에 가시광선

을 받아 재활성화를 일으키는 단점이 있다. 현재 하수 처리의 경우 염소대체공정으로 자외선，

ozone 등 다양한 살균공정을 적용하였으나 정수처리의 살균공정으로는 적용하기 힘든 상황이다.

따라서 본 연구에서는 배양과 분석이 용이하고 ozone 및 염소 살균과 같은 소독제에 대한 내성이

큰 Bacillus subtJJis spore를 이용하여 1) ozone과 gamma ray에 대한 살균 효율 실험하였으며，

2) 살균 처리 후 재증식 가능성을 비교하였으며， 3) 향후 염소 소독 대체 소독 공정에 대한 연구

를 목적으로 ozone 및 gamma ray를 이용한 정수 공정의 살균 특성올 평가하였다.

2. 실 험

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살균처리공정의 평가 미생물은 독일의 DVGW에서 자외선에 대한 민감도가 다른 대장균 및

B. subtilis spore를 권장하며2) 미국 EPA에서는 역시 지표 박테리아로 B. subtilis spore를 사용

할 것올 제시하였기에3) B. subtilis spore(ATCC 6636)를 이용하였다. B. subtiJis spore의 배양

및 정량은 미국 EPA에서 제시한 방법을 따랐으며 생성된 포자의 개수를 파악하기 위해 영양평판

배지로 평판배양법을 이용하여 측정하였다. 살균 효융 평가를 위하여 오존 발생량이 1.63

mg/min를 유입하여 노출 시간별로 시료를 채취하여 분석하였고. gamma ray 흡수선량을 0. 1,

0.2 , 0.3. 0 .4. 0.5. 0.7. I , 2kGy로 선정하여 비교 실험을 하였다. 미생물 공정 처리 후 spore 표

면 및 내부를 확인하기 위하여 투과전자현미경(TEM)과 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 촬영을

하였다.

3. 결과및토론

3.1 Ozone. gamma ray 살균 효융

Ozone에 의 한 B. sub띠l능 spore의 살균효율을 알아보기 위해 초기 spore 농도를 약 2 x

106 CFU/뼈가 되도록 phosphate saline beffer에 희석하고 교반기를 이용하여 반웅용액올 혼합

하였고. ozone 발생량이 1.63 mg/min인 상태에서 노출시간에 따른 B. subtiJis spores의 살균효

율올 실험하였다. Gamma ray는 고준위 60CO source를 이용하여 상온(20 "C)에서 다양한 흡수선

량에 따라 분석하였고 실험결과는 Table 1과 Table 2에서 보는바와 같다. Ozone에 의한 살균은

노출시간 5분까지는 B. subtili능 spore의 살균효융이 낮았으나 차츰 불활성화가 이루어지기 시작

하여 90분 이후부터 살균효융이 90% 이상이며 120분에서 96% 살균효율 보였다. Gamma ray올

조사한 경우 0.5kGy까지는 70% 이하의 낮은 살균효율올 보였으나 lkGy 조사시에는 98% 살균

효율올 보였다. 염소소독에 내성이 강한 원생동물의 살균 처리 방법으로 gamma ray의 대체 가능

성올 확인할 수 있었다.

Table 1. Effect of various exposure times of ozone on Bacillus subtJlis spores disinfection

efficiency

ParameterExposure time (min)

5 10 15 30 60 90 120

Disinfection27.8 64.3 82.7 77.6 87.8 90.7 96.0

efficiency(%)

Table 2. Effect of doses of gamma rayon Bacillus subti!J능 spores disinfection efficiency

ParameterGamma ray dose (kGy)

0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 l 2

Disinfection39.0 54.2 64.0 74.0 83.3 98.8 99 .4

efficiency(%)

3.2 Ozone 및 gamma ray 처리 후 재증식

각각의 ozone과 gamma ray 처리 후 4일 동안 재증식 실험올 한 결과는 Fig. 1 에 나타내었

다. Ozone올 이용하여 120분 동안 살균 후 4일 동안 재증식을 실험한 결과， 차츰 살균 효율이

웅용화학， 제 12 권 제 2 호， 2008

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감소하면서 4일 후 살균효율은 96%에서 72.4%로 감소하였고， 반면에 gamma ray 1kGy를 조사

한 뒤 4일 후 살균효율은 94.8%로 재증식이 거의 일어나지 않는 것을 확인 할 수 있었다.

120E‘06

l00E+06

800E 에5

E:; 600E에5

‘L。

400E+05

200E ‘<JS

OooE<oo

“ F용~ r'"

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l.----""vI--

eTime (days)

I二=:JOzone disin용ction eft lI:::lIIII gamre ray disin옹ction eff

120

100

(*)

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c。;uEta-

。

%

m∞

@

20

Fig. 1. Comparison disinfection of microbial regrowth after ozone(at exposure time 120

min) and gamma ray(at dose 1kGy) as a disinfection process.

........ Ozα1e Cell ....←-GaπTT'B ray Cell

3.3 Ozone 및 gamma ray 처 리 후에 Bacillus subtilis spore 표연 분석

Khadre4) 등은 TEM올 이용하여 ozone처리에 따른 B subti1J능 spore의 변화를 확인 할 수

있다고 보고하였다. Ozone과 gamma ray 처리 후의 SEM , TEM 결과를 Fig. 2에 나타내었다.

Fig. 2에서 확인할 수 있듯이 spore가 ozone과 gamma ray에 의해 포자 표면과 외벽층이 가장

큰 손상을 입였으며， 내부에도 부분적으로 파괴된다는 것을 알 수 있다.

Fig. 2. Scanning electron micrographs & Transmission electron micrographs of Bac끼us

subtJ1is spore :(A) unexposed spore(contro l) ;(B) after ozone 70 min;(C) after gamma ray

1kGy;(D) unexposed spore (contro l) ;(E) after ozone 70 min;(F) after gamma ray lkGy.

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4. 결 론

염소 내성 원생동물을 효과적으로 살균하기 위하여 B subtiJis spore를 이용하여 ozone와

gamma ray를 이용하여 살균효율를 살펴 본 결과， ozone은 120분에서 96%의 살균효율올 보였

으나 재증식 되는 것으로 확인되었다. 재증식은 수인성질병의 원인이 되고 수돗물의 탁도， 맛， 냄

새를 유발하는 원인이 되므로 염소소독에 내성올 가진 원생동물을 살균처리하기에 부적설하며 미

생물학적인 안전성을 보장하기위해서는 잔류성이 있는 이차 살균제의 병용이 필요할 것으로 판단

된다. 하지만 고이온화 에너지인 gamma ray를 이용하여 B subtJJis spore를 살균 처리한 결과，

거의 완전 사멸이 이루어졌으며 재증식이 억제되는 것으로 확인하였다. 이에 염소소독의 대처 살

균공정으로 gamma ray 이용이 가능 할 것으로 사료된다.

감사의글

본 연구는 과학기술부 원자력연구개발사엽의 연구비 지원으로 수행되었으며， 이에 감사드립니다

참고문헌

1) 김혜선， 윤제용， 영철민， 국내 상수원수 및 하수에서 Cryptosporidium과 GJ김rdJ김 포낭 검출，

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응용화학， 제 12 권 제 2 호， 2008