Inactivation of Edwardsiella tarda and Vibrio harveyi in seawater by chlorination

Abstract

Edwardsiella tarda (E. tarda) and Vibrio harveyi (V. harveyi) are known as representative fish pathogenic bacteria that cause serious mortality among fish. Chlorination, which has been widely applied in the conventional disinfection process, can be employed to effectively control these bacteria. This study demonstrated the microbial inactivation kinetics of E. tarda and V. harveyi by free chlorine in seawater and deionized water. Experiments were performed by varying the initial concentration of free chlorine, the concentration of natural organic matter (NOM), temperature, and pH in order to quantify the disinfection efficacy of free chlorine. Both microorganisms showed similar inactivation tendencies, and disinfection efficacy decreased as NOM concentration increased or temperature decreased. In seawater, Ct (Concentration-time product) values of free chlorine for achieving 1 log inactivation of E. tarda and V. harveyi at pH 7.1 were 0.0489 and 0.0551 mg∙min/L, respectively. However, both Ct values increased nearly 3.5 times at pH 8.2 (0.1822 and 0.1984 mg∙min/L, respectively). The difference in Ct values was due to the speciation of free chlorine which in turn, was affected by pH as well as the presence of bromide and ammonium in seawater.

에드워드시엘라 타르다와 비브리오 하베이는 어류 대량폐사를 유발하는 대표적인 어류 병원성 박테리아로 알려져 있으며, 해당 미생물에 의한 피해를 줄이기 위해서는 양식 체계에 적절한 소독 기술을 적용할 필요가 있다. 기존의 소독 공정에 널리 적용되고 있는 염소 처리는 이러한 어류 병원성 박테리아를 효과적으로 제어 가능한 방법이다. 그러나 해수에서 염소의 무분별한 사용은 유해한 소독 부산물을 생성할 수 있으며 이는 소독 부산물의 독성에 의한 어류 폐사 등의 문제로 이어져 양식 체계에 경제적 손실을 유발한다. 이에 따라 병원성 미생물에 대한 소독제의 소독능을 정량적으로 평가하여 소독제의 사용 농도 및 시간을 최적화하는 연구가 우선되어야 한다. 이전의 어류 병원성 미생물 제어에 관한 연구는 염소를 활용한 에드워드시엘라 타르다와 비브리오 하베이의 불활성화 가능성을 보여주었지만, 실제 소독공정이 적용되어야 할 해수 상에서 염소의 소독능에 대한 정량적 평가는 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 해수에서 염소에 의한 에드워드시엘라 타르다와 비브리오 하베이의 소독능을 정량적으로 평가하였다. 염소의 살균 효과를 정량 평가하기 위해 증류수와 해수에서 염소의 농도, 자연 유기물질의 농도, 온도, pH 조건을 변화시켜 실험을 진행하였다. 실험 결과, 두 미생물은 유사한 불활성화 경향을 보였으며, 유기물 농도가 증가하거나 온도가 감소함에 따라 소독능이 감소하였다. pH 7.1 조건의 해수에서 에드워드시엘라 타르다와 비브리오 하베이의 90% 불활성화를 달성하기 위한 염소의 Ct (농도-시간의 곱)값은 각각 0.0489 및 0.0551 mg min/L으로 나타났다. 그러나 pH 8.2 조건의 해수에서 Ct값은 각각 0.1822 및 0.1984 mg min/L으로, pH 71 조건보다 약 3.5배 높은 값을 나타내었다. 이러한 Ct값의 차이는 pH 및 해수에 존재하는 브롬 이온과 암모늄의 영향으로 인한 염소 종 변화 때문임을 확인하였다.