웨스트버지니아 대학교(West Virginia University, WVU)의 한 연구팀은 수도관 내부에 존재하는 미생물에 대해 연구 중이다.

에밀리 가너(Emily Garner) WVU 토목 환경 공학부의 조교수는 미국 국립과학재단(National Science Foundation, NSF)으로부터 보조금을 지원받아 생물막(biofilms)에 대한 연구에 착수했다.

'미생물의 도시'로 알려진 생물막은 곰팡이, 조류, 박테리아 및 기타 단세포 유기체의 군집으로,  서로 한 데 엉켜 수도관 내부 표면에 달라 붙는 특징이 있다.

가너 교수는 "수도 시스템에서 생물막은 수질 화학, 염소 등의 소독 잔여물과 물이 배관을 흐를 때 가해지는 힘 등에 의해 성장하게 된다"라고 설명했다.

가너 교수는 이어 "그러나 생물막에 대한 과거 연구는 수도 시스템의 다양한 흐름 조건을 고려하지 않았다"라며, "수도 시스템은 수백 마일에 달하고 대부분 매립된 형태이기 때문에 수용가에 도착했을 때 염소 소독제가 이미 부패했을 수도 있다"라고 덧붙여 설명했다.

가너 교수는 본 연구를 통해 이러한 복잡한 인프라 전체에서 수질을 유지하기 위한 전략을 개발하고, 수도 시스템 관리자에게 권장 사항을 제공할 예정이라고 밝혔다.

또한, 가너 교수는 “모든 수도관 내부에 생물막이 형성되는 것은 정상적이고 예상되는 일이다"라면서 "사람에게 무해한 유기체가 풍부한 생물막은 경쟁을 통해 유해한 병원균의 성장을 줄이는 데도 효과적일 수 있다”라고 말했다.

그러나 생물막은 수돗물의 수질을 저하시킬 수 있다. 생물막이 만들어 내는 보호 환경은 살모넬라균이나 대장균과 같은 유해한 미생물을 포함하며, 이로 인해 수돗물의 맛, 냄새, 색에 영향을 미치는 입자나 화합물을 방출할 수 있다. 또한 '소독 부산물'이라고 불리는 새로운 화합물의 형성을 유발할 수 있다.

가너 교수는 정수장에서 물속에 염소와 같은 소량의 소독제를 첨가해 미생물의 성장을 제어한다고 말했다.

이어 가너 교수는 "낮은 수준의 소독제 사용은 사람에게 해롭지 않지만 생물막과 같은 미생물의 성장을 방지한다"라며, "정수장에서 수용가로 공급된 수돗물은 수 마일의 송수 구간을 거쳤더라도 고품질과 안전성을 유지하는 것이 중요하다"라고 말했다.

잠재적인 안전 위험을 최소화하는 방법을 평가하기 위해 가너 교수는 웨스트 버지니아 전역의 물 시스템에서 채취한 현장 샘플링과 실험실 실험을 함께 병행해  연구할 예정이다.

마마두 디아요(Mamadou Diallo) NSF 엔지니어링 이사회의 프로그램 책임자는 "이 프로젝트는 수도 시스템의 관리를 안내하는 기본 지식의 창출을 통해 사회에 도움이 될 것"이라며, "목표는 수용가에서 수돗물의 수질과 안전성을 개선하는 것"이라고 밝혔다.

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To make drinking water safer, researcher investigates microbial communities living in pipes

Developing strategies for maintaining water quality throughout complex infrastructures

An engineer at West Virginia University is working to solve the unknowns about microorganisms growing inside pipes that bring drinking water to homes and businesses.

Supported by a U.S. National Science Foundation grant, researcher Emily Garner has launched a study to learn more about biofilms. Known as "cities of microbes," biofilms are conglomerations of fungi, algae, bacteria and other single-celled organisms that cling to each other and to surfaces like the insides of water pipes, where they become coated in protective slime.

"Many things influence how biofilms grow in drinking water distribution systems: water chemistry, the presence of disinfectants like chlorine, and the forces exerted as water flows through pipes," said Garner.

"The goal is improving the quality and safety of drinking water at the points of consumption."

"But past research about biofilms doesn’t account for the complexities of varied flow conditions in different parts of a water distribution system. These systems can consist of hundreds of miles of buried pipes, so ensuring the chlorine disinfectant hasn’t decayed by the time it reaches all parts of the system can be a challenge."

Garner will develop strategies for maintaining water quality throughout these complex infrastructures and offer recommendations to managers of drinking water distribution systems.

Garner said that “it’s normal and expected for biofilms to form on the inside of all drinking water pipes. Biofilms rich in organisms that are harmless to humans may even be effective at reducing the growth of harmful pathogens through competition.”

But biofilms can be also detrimental to drinking water quality. The protective environment they create can harbor dangerous microorganisms like salmonella or E. coli, and they can release particles or compounds that affect the taste, odor and color of tap water. They can also facilitate formation of harmful compounds called “disinfection byproducts.”

Garner said that water utilities control the growth of microorganisms by adding small amounts of a disinfectant like chlorine into the water.

"At low enough levels, these disinfectants are not harmful to humans but prevent growth of microorganisms like those in biofilms," she said. "This is important for making sure the water that arrives at your home is high-quality and safe, even though it has made a long journey of many miles from the treatment plant."

To evaluate ways to minimize potential safety hazards, Garner will combine lab experiments with field sampling from water systems throughout West Virginia, where water quality can vary dramatically between communities.

"This project will benefit society through the generation of fundamental knowledge to guide the management of drinking water distribution systems," says Mamadou Diallo, a program director in NSF’s Directorate for Engineering. "The goal is improving the quality and safety of drinking water at the points of consumption."

[출처 = NSF(https://new.nsf.gov/news/make-drinking-water-safer-researcher-investigates) / 2023년 8월 10일]

[번역 = 배민지 차장]