Evaluation of Cryptosporidiurn Disinfection by Ozone and Ultraviolet Irradiation Using Viability and Infectivity Assays

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.

크립토스포리디움의 활성/감염성 판별법을 이용한 오존 및 자외선 소독능 평가

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.