Inactivation of MS2 bacteriophage by bromine (HOBr/OBr-) in seawater disinfection
저자
발행사항
Seoul : Graduate School, Yonsei University, 2017
학위논문사항
학위논문(석사)-- Graduate School, Yonsei University : Department of Environmental Engineering 2017. 2
발행연도
2017
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
해수 소독공정에서 브로민에 의한 MS2 파지 소독 평가
형태사항
vii, 64장 : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: Joon-Wun Kang
소장기관
선박평형수 처리, 해양 양식업, 수족관, 해수담수화 플랜트 등 다양한 해양 산업의 증가에 따라 해수 소독에 대한 필요성도 증대되고 있다. 소독에 사용되는 여러 공정 중 염소, 오존, 전기분해 공정은 음용수뿐만 아니라 해수와 폐수 소독에도 사용되어왔다. 그러나 해수는 많은 양의 이온을 포함하고 있어 담수와 다른 소독 메커니즘을 갖는데, 특히 그 중에서도 브롬 이온의 영향이 크다. 브롬 이온과 소독제의 반응을 통해 해수 소독의 주 소독제는 클로린이나 오존이 아닌, 브로민(HOBr/ OBr−)으로 바뀌기 때문이다. 그러나 브로민이 해수 소독에서 중요한 소독제임에도 불구하고, 브로민을 이용한 소독 공정에 대한 연구는 부족한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 세 가지 미생물 (대장균, MS2 파지, B. subtilis 포자), 특히 MS2 파지를 통하여 브로민의 소독능을 평가하였다. 브로민의 소독능을 비교를 위해 염소 소독 공정을 비교 공정으로 사용하였으며, 모든 실험은 20°에서 진행되었다. 배경수로는 5 mM 인산 완충용액과 인공해수(ASW)가 사용되었다.
pH 8 인산완충용액 조건에서, MS2 파지와 대장균은 3 log 제거 시 각각 2.5와0.8 mg·min/L as Br2의 Ct값이 요구되었다. B. subtilis 포자의 경우, 브로민에 대해 강한 내성을 가지고 있어서 1000 mg·min/L as Br2 이상의 Ct에서도 1 log 보다 적게 제거되었다. 세 미생물은 모두 tailing-off 구간을 갖고 있었으며, 이로 인해 Hom-Haas 모델이 최적 모델로 적용되었다. 모델에 사용된 Hom 시간 지수(m)는 0.375였다.
염소와 브로민 소독능을 같은 조건에서 비교하기 위해 mM단위의 Ct 값이 사용되었다. 3 log 제거 전까지, 브로민에 의한 불활성화 속도가 염소에 의한 불활성화 속도보다 빨랐다. 1 log 이상 제거 조건에서, 각 종의 소독 능력은 다음과 같은 순서를 따른다. HOCl > HOBr > OCl– > OBr–. HOCl의 소독능을 기준으로 보면, HOBr은 2배, OCl– 는 4배, OBr–는 110배 더 큰 Ct 값이 요구된다.
해수 염소 공정에서의 MS2 파지 소독 결과를 담수에서의 염소, 브로민 소독 결과와 비교해보았다. 해수 염소 공정에서는 염소와 브로민이 동시에 존재한다. 이러한 서로 다른 소독제의 공존으로 인해 해수 염소 MS2 파지 소독에서 시너지 효과가 일어났다
Seawater disinfection is needed in various marine industries, including ballast water treatment, marine aquaculture, aquarium, desalination plant and so on. Chlorination, ozonation, and electrolysis have been used for seawater disinfection as well as drinking water and wastewater disinfection. Since seawater contains a high volume of ions, especially bromide ion, Br−, the mechanism of seawater disinfection is significantly different to that of freshwater. In seawater disinfection, the main disinfectant is also bromine (HOBr/OBr–), but not chlorine (HOCl/OCl–), because of the rapid reaction of HOCl with Br–. Even though the main disinfectant in saltwater is bromine (HOBr/OBr–), there is a lack of research on bromine disinfection.
In this study, three microorganisms (E. coli, MS2 phage, and B. subtilis spore) were used to evaluate bromine disinfection, especially MS2 phage. To compare disinfection ability inactivation by chlorine was also conducted. The experiment was undertaken at 20 °C. for the background water, 5 mM phosphate buffer in pH 7.0, 7.7, 8.0 and artificial seawater was used.
At pH 8 phosphate buffer condition, 2.5 mg·min/L as Br2 ¬of Ct is required to reduce the 3 log of MS2 phage. And for the E. coli, only about 0.8 mg·min/L as Br2 of Ct is required. But, in the case of B. subtilis spore, there was resistance to bromine disinfection even though at high Ct dose, more than 1000 mg·min/L as Br2, it didn’t reduce below 1 log. Three microorganism all have tailing phase. Hom-Haas model was recommended as an optimum model of MS2 phage inactivation by bromine. The m value was 0.375.
To compare the disinfection ability, mM unit are used. Until 3 log reduction, bromine is faster than chlorine inactivation. And above 1 log reduction, disinfection ability of each species is followed this order, HOCl > HOBr > OCl– > OBr–. When HOCl is used as a reference, it differs by about 2 times from HOBr, about 4 times from OCl–, and about 110 times from OBr– in above 1 log reduction data.
MS2 phage inactivation by seawater chlorination is compared to freshwater chlorination and bromination. Seawater chlorination data shows chlorine and bromine has synergic effect.
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