실험실별 전문인력 고급화로 상수도전문화 지속 추진
서울시상수도연구소는 1호 이옥재, 2호 이수원, 3호 이목영 박사에 이어(본지177호 관련기사 게재), 제4호 윤태호(34세) 박사를 배출함으로서 연구인력 전문화를 한 차원 높게 끌어올렸다.
제4호 박사의 주인공은 바이러스 연구를 담당하는 윤태호 박사로 윤 박사는 국내 환경 바이러스 연구가 본격적으로 시작된 지난 '98년부터 바이러스 분석을 담당하여 수돗물의 안전성 확보를 위한 연구의 주역이다.
윤 박사는 '94년 전남대 화학공학과를 졸업한 뒤, '99년 건국대학교 대학원에서 소독제와 미생물의 관계를 주제로 한 ‘수돗물 배급수계통의 유리잔류염소 농도에 따른 종속영양세균의 거동에 관한 연구’논문으로 석사학위를 취득한 바 있으며, '03년에는 국내 바이러스 검사기관 지정 등 수돗물에서 바이러스 연구에 기여한 공로로 서울시장 표창을 수상한 바도 있다.환경 바이러스에 대한 분석은 고가의 비용과 고도의 숙련된 분석기술을 필요로 하여 국내에서는 상수도연구소를 포함 4개 기관만이 정부의 바이러스 분포실태조사에 참여할 수 있는 ‘바이러스 분석기관’으로 지정되어 있다. 윤 박사는 '95년 서울시 상수도연구소에 첫 발령 이후 줄곧 수돗물 미생물 연구에 주력, '03년 서울시 상수도연구소가 바이러스 분석 전문기관으로 지정 받는데 주도적인 역할을 담당했다.
윤 박사가 수행한 분원성 바이러스 소독효과 연구는 이러한 고도의 축적된 기술을 바탕으로 다양한 바이러스에 염소소독을 사용해 바이러스 제거경향을 파악한 것으로 실제 정수장에서 생산된 여과수(정수를 만들기 위한 전단계)를 대상으로 수행하는 등 국내 현실을 반영함으로써 향후 국내 정수처리 소독공정에 대한 적용이 더욱 기대되고 있다.
금번 윤 박사의 논문은 현행 정수처리시스템에서 바이러스의 제거능 확인과 함께 깨끗하고 안전한 수돗물에서 보다 맛있는 수돗물의 생산과 공급을 위한 적정한 정수처리기법 토대 마련에 크게 기여할 것으로 기대되어 그 의미가 더욱 크다. 또한 이 논문의 발표로 소독제에 따른 환경 바이러스의 제거방안 연구가 더욱 활발히 진행되는 계기가 될 것으로 전망된다.
앞으로도 서울시상수도연구소에서는 상수도 분야별 박사를 현재(부장급 2명 포함) 총 6명에서 2010년에는 15명으로 확보하여 연구소 실험실 책임자인 실장을 박사급 인력으로 편성하는 한편, 실장급은 평연구관으로 조정, 실험에 전념할 수 있는 체제로 전환해 상수도연구소의 실험실별 전문인력의 고급화를 지속적으로 추진할 예정이다.
분원성 바이러스 염소소독 거동모델 불충분
다양한 실험조건결과 토대로 정교쪾통계적인 정확한 모델 사용해야
본 연구는 분원성 바이러스를 대표하는 폴리오 3형(polio 3) 과 콕사키 B2형(Coxsackie B2) 바이러스와 더불어 분원성 바이러스의 유사한 특성을 나타내는 MS2 콜리파지를 대상으로 하는 염소 소독에 의한 바이러스 비활성화 실험이었다.
이러한 실험은 염소 소모량이 없는 완충용액(Buffered Demand Free water)과 정수처리공정의 여과수를 대상으로 온도 및 pH 조건을 변화시키면서 수행하였으며, 또한 수환경 바이러스는 대부분 단일 입자로 존재하지 않는다는 점에 착안하여 응집된 바이러스와 단일입자로 분리된 바이러스를 대상으로 각각 실험했다.
특히 각각의 실험에서 도출된 결과는 네 종류의 비활성화 거동 모델을 적용하여 비선형 회귀분석을 통해 소독능(농도(mg/L) 접촉시간(min))을 결정하였다.
이러한 실험의 목적은 분원성 바이러스와 콜리파지의 비활성화에 가장 적합한 거동모델을 도출하는 것이며, 염소소독 시 다양한 수질조건 하에서 나타나는 바이러스 비활성화 형태를 알아내고자 하는 것이었다.
더욱이, 본 연구는 최적 거동모델에서 도출된 바이러스의 소독능을 현재 여과수 소독공정에서 적용되는 바이러스의 소독능과 비교하고자 하는 것이었다.
이러한 목적을 바탕으로 얻어진 결론은 다음과 같다.
모든 실험조건에 있어서 염소 소독에 의한 바이러스 비활성화 거동모델은 비선형 회귀분석을 이용하여 분석한 결과 다중 결정계수값(R2)이 96.83%에서 99.99% 범위내인 PL(Power Law)과 HPL(Hom-Power Law) 거동모델이 가장 적합한 것으로 나타났다.
도출된 모델의 접촉시간에 따른 비활성화 형태는 거의 대부분 꼬리모양을 나타냈으며, 때때로 꼬리모양과 어깨모양의 복합적인 형태이거나 어깨모양의 형태를 나타내기도 하였다.
한편 Hom 거동모델의 정확도는 R2 값이 최소 92.20 %로써 HPL 과 PL 거동모델 보다 낮거나 거의 유사하게 나타났다. 그러나 Chick-Watson (CW) 거동모델은 R2값이 최소 69.04%로써 실험에서 얻어진 결과 값보다 1 log 이상 차이가 발생하여 바이러스 비활성화 거동 모델로써는 적합하지 않는 것으로 나타났다.
바이러스 비활성화에 대한 온도의 효과를 살펴보면, pH8.5에서 0.5 보다 25 의 온도가 효과가 3.8∼15.2배 범위 내로써 매우 큰 것으로 나타났다.
이러한 결과는 바이러스 비활성화를 위한 소독공정은 국내 수온을 감안할 때 여름철보다는 겨울철에 더 높은 소독능이 요구되어지는 것을 나타내고 있다.
분원성 바이러스와 유사한 특성을 나타내는 MS2 콜리파지는 BDF 상태에서 단일입자로 존재하는 조건에서는 polio 3형 바이러스보다 염소소독에 강한 내성을 나타내었으나, 여과수 상태에서 응집입자로 존재하는 조건에서는 polio 3형 바이러스보다 3.8∼14.8배 염소소독에 민감하게 비활성화 되는 것으로 나타났다.
이러한 경향은 이온강도가 다른 조건일 경우 분원성 바이러스의 비활성화 거동과 일치하지 않는 경향을 나타내고 있는 것으로써, 실제 여과수에 대한 소독공정에서는 분원성 바이러스가 유기물질과의 결합이나 바이러스 그 자체가 응집입자로 존재한다는 사실을 감안하면 분원성 바이러스의 염소소독 거동모델로써 불충분하다는 것을 본 연구는 나타내고 있다.
Polio 3 바이러스의 염소소독에 의한 비활성화는 pH 8.5 와 0.5 조건인 경우 BDF 보다는 여과수에서, 단일입자보다는 응집입자에서 보다 강한 내성을 나타냈으며, pH 8.5 와 25 조건인 경우 BDF 상에서는 단일입자와 응집입자가 비슷한 비활성화 거동을 나타냈으나, 여과수상의 응집입자의 경우는 BDF 상에서보다 강한 내성을 나타내었다.
위와 같은 결과는 분원성 바이러스의 소독능을 정립하기 위한 실험은 단일입자로 존재하는 바이러스를 대상으로 하는 것보다는 응집입자로 존재하는 바이러스를 대상으로 실행해야 한다는 것을 제시하고 있다.
한편, 분원성 바이러스인 CB2 와 polio 3의 비활성화 정도를 비교해보면, CB2 바이러스가 온도조건에 상관없이 polio 3보다 강한 내성 또는 비슷한 비활성화 거동을 나타냈다.
그러나 비록 선행 연구들과 pH, 온도, 바이러스 응집형태, 실험수 조건의 차이가 존재한다 할지라도 본 연구에서 도출된 분원성 바이러스에 대한 소독능 값은 기존 Hepatitis A 바이러스 염소소독 비활성화 연구를 바탕으로 도출된 현재 소독공정에 적용되어지는 소독능보다는 높은 수준으로 나타났다.
본 연구는 실제 소독공정에 의한 분원성 바이러스의 비활성화율을 평가하기 위해 K 정수 4개 공장 정수지에 대한 '02년의 매월 수질 측정 자료를 이용했다.
그 결과, 정수지 소독공정은 정수처리에 관한 기준에서 제시한 2 log 바이러스 비활성율을 충분히 달성하였으며, 더욱이 원수 수질 악화시 필요로 하는 3 log와 4 log 분원성 바이러스 비활성화를 만족하였다.
한편, 정수처리에 관한 기준은 모든 실험조건에서 만족하였으나, 본 실험 조건 중 여과수에 대한 응집입자 polio 3 소독은 BDF와 단일입자 바이러스 조건보다도 강한 내성을 나타냈고, 수온이 높은 여름철보다는 겨울철에 염소소독을 강화해야 하는 것으로 나타나 앞서 실험한 바이러스 비활성화에 대한 온도효과를 입증하였다.
위의 결과들을 통해 앞으로 고려해야할 점은 염소소독에 의한 분원성 바이러스 비활성화 연구는 보다 더 정확한 소독능 기준설정을 위해서 원수 수질특성, 소독조건, 바이러스 응집형태, 수인성 바이러스의 종류 등 다양한 실험조건을 통해 얻어진 결과를 토대로 정교하고 통계적으로 정확한 비활성화 거동 모델을 사용하여 수행되어야 한다는 것이다.
주요 공적
●1998년 12월∼2000년 6월-"바이러스 분포실태조사 및 제어방안 연구"
학술용역 참여(서울특별시 상수도연구소, 연세대학교, 강원대학교)
●1999년 9월∼2000년 12월-상수도연구소 바이러스 실험실 출범 주역
(바이러스 분석환경 조성 및 자체 바이러스 분석 수행)
●2001년 1월∼현재-환경 바이러스를 서울시 자체감시항목으로 지정하여
국내 최초로 체계적인 바이러스 감시체계 수립
●2003년 4월∼현재-‘정수처리에관한기준(환경부고시)’에 따라 바이러스
분석기관 지정에 주도적 참여
논문요약
염소 소독에 의한 분원성 바이러스 및 콜리 파지의 비활성화에 관한 연구
(Inactivation of Enteric Viruses and Coliphage by Chlorine Disinfection)
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