KR101024036B1 - 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템은 PH를 조절하면서 질산화 박테리아를 배양하는 박테리아 배양조와, 산소 전극이 설치되고 상기 박테리아 배양조에 의하여 배양된 질산화 박테리아를 포함하는 배양액을 공급받아 공급된 질산화 박테리아를 사용하여 반응하면서 상기 산소 전극을 사용하여 산소 농도를 측정하는 측정 셀로 작용하는 반응조와, 증류수를 저장하는 증류수 탱크와, 컴퓨터의 제어에 의하여 용존 산소 농도 측정 주기와 현미경 촬영 주기에 따라 제1 내지 제3 밸브를 온오프하는 각각 제1 밸브 제어 신호와 제2 밸브 제어 신호 및 제3 밸브 제어 신호를 출력하며 반응조에 설치된 산소 전극으로부터 용존 산소 농도 측정값을 받아들여 컴퓨터로 전송하고 상기 배양조에 설치된 PH 센서로부터 PH 데이터를 받아들여 컴퓨터로 전송하는 제어부와, 제1 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 배양조로부터 상기 반응조로 배양된 질산화 박테리아 배양액을 공급 또는 차단하도록 단속하는 제1 밸브와, 제2 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 반응조로부터 현미경으로 반응액을 공급 또는 차단하도록 단속하는 제2 밸브와, 제3 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 배양조로부터 상기 현미경으로 배양액을 배출 또는 차단하도록 단속하는 제3 밸브와, 제4 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 증류수 탱크에 접속되어 상기 반응조 및 상기 현미경으로 증류수를 배출 또는 차단하도록 단속하는 제4 밸브와, 컴퓨터에 접속되어 상기 반응조로부터 상기 제2 밸브를 통하여 반응액을 공급받고 상기 제3 밸브를 통하여 배양액을 공급받아 각각 상기 반응액 및 배양액내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 교번적으로 촬영하고 촬영이 완료되면 상기 제4 밸브를 통하여 증류수를 공급받아 세척하며 촬영된 영상을 상기 컴퓨터로 전송하는 현미경, 및 상기 제어부에 접속되어 상기 제어부를 제어하고 상기 현미경에 접속되어 상기 현미경으로부터 영상을 전송받으며 상기 산소 전극에 접속되어 상기 산소 전극으로부터 산소 측정값을 수신받아 산소 소모량과 질산화 박테리아의 움직임을 기초로 독성 물질이 유입되었는지를 판단하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 따른 시스템에 의하면 독립 영양 세균인 질산화 박테리아가 성장이 느리고 독성 물질에 의하여 쉽게 사멸된다는 특징을 이용하고 자동으로 현미경 영상을 분석할 수 있게 하여 샘플 수 내에 독성 물질이 존재하는지를 보다 정확하고 객관적으로 모니터링할 수 있다.
본원 발명에 따른 시스템에 의하면 독립 영양 세균인 질산화 박테리아가 성장이 느리고 독성 물질에 의하여 쉽게 사멸된다는 특징을 이용하고 자동으로 현미경 영상을 분석할 수 있게 하여 샘플 수 내에 독성 물질이 존재하는지를 보다 정확하고 객관적으로 모니터링할 수 있다.
Description
본 발명은 생태 독성 감지 시스템에 관한 것으로 특히 질산화 박테리아를 이용하여 산소 농도만으로 독성 감지할 때의 불완전한 독성 감지 성능을 보완한 생태 독성 감지 시스템에 관한 것이다.
미국이나 독일과 같은 선진 외국들에서는 산업 발달에 따라 급증하는 화학물질의 독성을 효과적으로 관리하기 위하여 1970년대부터 각종 박테리아를 포함한 생물체를 이용하여 하.폐수를 관리하여 왔다.
우리나라도 사용하는 화학 물질이 4 만여 종에 이루고 매년 400여 종이 증가하고 있어 하천이나 저류조 및 각종 처리 시설에 유입되는 독성 물질에 대한 관리가 시급한 실정이다. 특히, 이러한 시설들에서 독성을 실시간으로 감시할 수 있는 체계에 대한 요구가 존재한다.
종래의 오.폐수 오염 측정 관리 시스템은 산소 소모량을 측정하여 오염의 정도를 판단하고 있다. 하지만 이러한 종래의 오.폐수 오염 측정 관리 시스템은 여러가지 요인에 의하여 산소 소모량이 변화할 뿐만 아니라 산소 소모량의 변화량이 적어 실질적으로 생태 독성 여부를 판단하기가 용이하지 않다는 문제점이 있다.
한편, 고등 유기체를 사용하여 독성을 감지하는 시도가 있었다. 유기체의 육종 또는 배양은 측정의 결과와 그 신뢰도에 영향을 미친다. 물고기와 물벼룩의 일종인 다피니아(daphnia)와 같은 보다 고등 유기체들은 소음, 빛, 그리고 진동에 민감하여 예컨대 날카로운 소음에 의하여 자극을 받고 해로운 화학 물질에 접촉하여도 행동상에는 눈에 띄는 변화가 없다.
또한, 긴 시간동안 동일한 유기체를 사용하면 독성 영향이 아닌 것에 의하여 데이터가 변화하는 효과가 발생할 수 있다. 그러나 물고기나 다피니아와 같은 고등 유기체들은 빈번하게 교체하기가 어렵고 수작업에 의존하게 될 뿐만 아니라 연속적으로 안정된 상태하에서만 배양될 수 있다. 따라서 이러한 고등 유기체들을 이용하여 독성 경보를 하고자 하는 시도들은 실제 현장에 적용하기가 매우 까다롭다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 독립 영양 세균인 질산화 박테리아가 성장이 느리고 독성 물질에 의하여 쉽게 사멸된다는 특징을 이용하고 산소 소모량과 함께 자동으로 현미경 영상을 분석할 수 있게 하여 샘플수 내에 독성 물질이 존재하는지를 보다 정확하고 객관적으로 모니터링할 수 있는 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템은
PH를 조절하면서 질산화 박테리아를 배양하는 박테리아 배양조;
산소 전극이 설치되고 상기 박테리아 배양조에 의하여 배양된 질산화 박테리아를 포함하는 배양액을 공급받아 공급된 질산화 박테리아를 사용하여 반응하면서 상기 산소 전극을 사용하여 산소 농도를 측정하는 측정 셀로 작용하는 반응조;
증류수를 저장하는 증류수 탱크;
컴퓨터의 제어에 의하여 용존 산소 농도 측정 주기와 현미경 촬영 주기에 따라 제1 내지 제3 밸브를 온오프하는 각각 제1 밸브 제어 신호와 제2 밸브 제어 신호 및 제3 밸브 제어 신호를 출력하며 반응조에 설치된 산소 전극으로부터 용존 산소 농도 측정값을 받아들여 컴퓨터로 전송하고 상기 배양조에 설치된 PH 센서로부터 PH 데이터를 받아들여 컴퓨터로 전송하는 제어부;
제1 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 배양조로부터 상기 반응조로 배양된 질산화 박테리아 배양액을 공급 또는 차단하도록 단속하는 제1 밸브;
제2 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 반응조로부터 현미경으로 반응액을 공급 또는 차단하도록 단속하는 제2 밸브;
제3 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 배양조로부터 상기 현미경으로 배양액을 배출 또는 차단하도록 단속하는 제3 밸브;
제4 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 증류수 탱크에 접속되어 상기 반응조 및 상기 현미경으로 증류수를 배출 또는 차단하도록 단속하는 제4 밸브;
상기 컴퓨터에 접속되어 상기 반응조로부터 상기 제2 밸브를 통하여 반응액을 공급받고 상기 제3 밸브를 통하여 배양액을 공급받아 각각 상기 반응액 및 배양액내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 교번적으로 촬영하고 촬영이 완료되면상기 제4 밸브를 통하여 증류수를 공급받아 세척하며 촬영된 영상을 상기 컴퓨터로 전송하는 현미경; 및
상기 제어부에 접속되어 상기 제어부를 제어하고 상기 현미경에 접속되어 상기 현미경으로부터 영상을 전송받으며 상기 산소 전극에 접속되어 상기 산소 전극으로부터 산소 측정값을 수신받아 산소 소모량과 질산화 박테리아의 움직임을 기초로 독성 물질이 유입되었는지를 판단하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컴퓨터는 상기 반응액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻어진 움직임 벡터와 상기 배양액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻어진 움직임 벡터의 차이를 기초로 박테리아의 사멸 여부를 결정하는 것이 바람직하다.
본원 발명에 따른 시스템에 의하면 독립 영양 세균인 질산화 박테리아가 성장이 느리고 독성 물질에 의하여 쉽게 사멸된다는 특징을 이용하고 배양된 질산화 박테리아와 샘플 수내의 질산화 박테리아의 촬영 영상을 교번적으로 컴퓨터로 전송하여 현미경 영상을 분석할 수 있게 하여 샘플 수 내에 독성 물질이 존재하는지를 보다 정확하고 객관적으로 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템의 구조를 나타낸 블록도,
도 2는 도 1의 시스템을 응용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템의 구조를 나타낸 블록도, 및
도 3은 컴퓨터에 의하여 도 2의 시스템을 제어하는 수순을 나타낸 흐름도.
도 2는 도 1의 시스템을 응용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템의 구조를 나타낸 블록도, 및
도 3은 컴퓨터에 의하여 도 2의 시스템을 제어하는 수순을 나타낸 흐름도.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 미생물 유기체들은 생태 독성 감지에 이용한다. 미생물 유기체들은 순수한 물과 화학물의 세계에 살며 소음에 영향을 받지 않고 빛에 대한 날카로운 반응도 없다. 박테리아 유기체 그룹은 물에서 가장 높은 신진 대사 세기를 보이기 때문에 본 발명에 따른 시스템에서 사용될 수 있는 질산화 박테리라로는 니트로소모나스(nitrosomonas) 또는 니트로박터(nitrobacter)와 같은 고감도 박테리아가 바람직하다. 모든 수질 시스템에서 대부분의 신진대사는 그들에 의하여 만들어지고 자연수의 자정 작용과 같은 현상은 유기체 그룹과 가장 관련이 있으므로 가장 적합한 생물학적 시험 유기체를 선택하여 평가하여야 한다.
본원 발명에 따른 시스템은 독립 영양 세균인 질산화 박테리아가 성장이 느리고 독성 물질에 의하여 쉽게 사멸된다는 특징을 이용한다. 도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템의 구조를 블록도로써 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템(1)은 PH를 조절하면서 질산화 박테리아를 배양하는 박테리아 배양조(10)와, 산소 전극(110)이 설치되고 상기 박테리아 배양조(10)에 의하여 배양된 질산화 박테리아를 포함하는 배양액을 공급받아 공급된 질산화 박테리아를 사용하여 반응하면서 상기 산소 전극(110)을 사용하여 산소 농도를 측정하는 측정 셀로 작용하는 반응조(11)를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템(1)은 증류수를 저장하는 증류수 탱크(12)와,
컴퓨터(16)의 제어에 의하여 용존 산소 농도 측정 주기와 현미경 촬영 주기에 따라 제1 내지 제4 밸브(141, 142, 143, 144)를 온오프하는 각각 제1 밸브 제어 신호(vvctrl_1)와 제2 밸브 제어 신호(vvctrl_2)와 제3 밸브 제어 신호(vvctrl_3) 및 제4 밸브 제어 신호(vvctrl_4)를 출력하며 반응조(11)에 설치된 산소 전극으로부터 용존 산소 농도 측정값을 받아들여 컴퓨터로 전송하고 상기 배양조(10)에 설치된 PH 센서(100)로부터 PH 데이터를 받아들여 컴퓨터로 전송하는 제어부(14)를 구비한다.
제어부(14)에는 제1 내지 제4 밸브(141, 142, 143, 144)가 접속된다. 제1 밸브(141)는 제1 밸브 제어 신호(vvctrl_1)에 응답하여 상기 배양조(10)로부터 상기 반응조(11)로 배양된 질산화 박테리아 배양액을 공급 또는 차단하도록 단속하고, 제2 밸브(142)는 제2 밸브 제어 신호(vvctrl_2)에 응답하여 상기 반응조(11)로부터 현미경(15)으로 반응액을 공급 또는 차단하도록 단속한다. 제3 밸브(143)는 제3 밸브 제어 신호(vvctrl_3)에 응답하여 상기 배양조(10)로부터 상기 현미경(15)으로 배양액을 배출 또는 차단하도록 단속한다. 제4 밸브(144)는 제4 밸브 제어 신호(vvctrl_4)에 응답하여 상기 증류수 탱크(12)에 접속되어 상기 반응조(11) 및 상기 현미경(15)으로 증류수를 배출 또는 차단하도록 단속한다.
배양조에서는 질산화 박테리아의 배양이 이루어진다. 하지만 육안으로는 탁도만을 구분할 수 있을 뿐이고 박테리아의 활성 상태를 판단할 수 없다. 이를 위하여 본 발명에서는 현미경을 사용하여 활성 상태를 촬영한다. 현미경(15)은 컴퓨터(16)에 접속되어 상기 반응조(11)로부터 상기 제2 밸브(142)를 통하여 반응액을 공급받고 상기 제3 밸브(143)를 통하여 배양액을 공급받아 각각 상기 반응액 및 배양액내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 비교 촬영하고 촬영이 완료되면 상기 제4 밸브(144)를 통하여 증류수를 공급받아 세척하면서 촬영된 영상을 상기 컴퓨터(16)로 전송한다.
컴퓨터(16)는 상기 제어부(14)에 예컨대 RS-232C와 같은 인터페이스를 사용하여 접속되어 상기 제어부(14)를 제어하고 상기 현미경(15)에 접속되어 상기 현미경(15)으로부터 영상을 전송받으며 상기 산소 전극(110)에 접속되어 상기 산소 전극(110)으로부터 산소 측정값을 수신받아 산소 소모량과 질산화 박테리아의 움직임을 기초로 독성 물질이 유입되었는지를 판단한다. 샘플수에 독극물이 없을 경우에는 박테리아가 왕성한 산소 호흡을 하여 산소 소모량이 큰데 반하여 독극 물질이 유입되고 있을 경우에는 측정 셀의 박테리아가 사멸하여 산소 소모량이 거의 없게 된다. 컴퓨터(16)는 박테리아의 움직임을 촬영한 영상으로부터 사멸 또는 힘을 잃었는지를 객관적으로 파악할 수 있게 된다.
예컨대 상기 컴퓨터(16)의 영상 분석부(160)는 상기 반응액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 제1 움직임 벡터를 얻는다. 또한, 상기 배양액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 제2 움직임 벡터를 얻는다.
움직임 벡터를 검출하는 방법으로는 크게 화소 순환 알고리즘(PRA)과 블록 매칭 알고리즘(BMA)을 사용할 수 있다. 화소 순환 알고리즘(PRA)은 프레임 내 모든 화소에 대하여 움직임을 추정하는 방식으로 움직임 추정이 완료된 화소의 움직임 벡터를 인접 화소의 움직임 추정을 위해 사용하게 된다. 블록 매칭 알고리즘(BMA)은 움직임을 추정할 프레임을 임의의 작은 블록으로 나누고, 각 블록내의 모든 화소는 동일한 움직임을 갖는다고 가정하여 블록 당 한 개의 움직임 벡터를 부여하는 방식으로 정확한 움직임 검출이 가능하지만 부호화와 복호기에 상당한 부하가 요구된다.
예컨대 박테리아가 사멸하지 않은 상태라면 반응액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻은 제1 움직임 벡터들의 절대값 평균과 배양액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻은 제2 움직임 벡터들의 절대값 평균은 큰 차이를 보이지 않는다. 하지만, 박테리아가 사멸한 상태에서는 제1 움직임 벡터는 거의 발생되지 않으므로 제2 움직임 벡터와 큰 차이를 보이게 된다. 따라서, 움직임 벡터의 차이를 기초로 박테리아의 사멸 여부를 결정할 수 있다.
즉, 상기와 같은 본 발명에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템은 독립 영양 세균인 질산화 박테리아가 성장이 느리고 독성 물질에 의하여 쉽게 사멸된다는 특징을 이용하고 산소 소모량과 함께 자동으로 현미경 영상을 분석할 수 있게 하여 샘플수 내에 독성 물질이 존재하는지를 보다 정확하고 객관적으로 모니터링할 수 있다.
도 2에는 도 1의 시스템을 응용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템의 구조를 나타낸 블록도로써 나타내었다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템은 pH 센서(200)와 도우징 유니트(202)가 접속되며 PH를 조절하면서 질산화 박테리아를 배양하는 박테리아 배양조(20)와, 산소 전극(210)이 설치되고 상기 박테리아 배양조(20)에 의하여 배양된 질산화 박테리아를 포함하는 배양액을 공급받아 공급된 질산화 박테리아를 사용하여 반응하면서 상기 산소 전극(210)을 사용하여 산소 농도를 측정하는 측정 셀(21)를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템(2)은 도 2의 시스템은 반응조를 별도로 두지 않고 배양조로부터 배양액을 공급받아 측정셀에서 용존 산소 농도를 측정하는 실시예로,
증류수를 저장하는 증류수 탱크(22)와,
컴퓨터(26)의 제어에 의하여 용존 산소 농도 측정 주기와 현미경 촬영 주기에 따라 밸브들은 온오프하는 밸브 제어 신호를 를 출력하며 측정셀(21)에 설치된 산소 전극(210)으로부터 용존 산소 농도 측정값을 받아들여 컴퓨터(26)로 전송하고 상기 배양조(20)에 설치된 PH 센서(200)로부터 PH 데이터를 받아들여 컴퓨터(26)로 전송하는 제어부(24)를 구비한다.
제어부(24)에는 밸브들이 접속된다. 제5 밸브(241)는 배양조(20)로부터 상기 측정셀(21)로 배양된 질산화 박테리아 배양액을 공급 또는 차단하도록 단속하고, 제6 밸브(242)는 상기 반응조(21)로부터 현미경(25)으로 반응액을 공급 또는 차단하도록 단속한다. 제7 밸브(243)는 상기 배양조(20)로부터 상기 현미경(25)으로 배양액을 배출 또는 차단하도록 단속한다. 제8 밸브(244)는 상기 증류수 탱크(22)에 접속되어 상기 반응조(21) 및 상기 현미경(25)으로 증류수를 배출 또는 차단하도록 단속한다.
배양조에서는 질산화 박테리아의 배양이 이루어진다. 하지만 육안으로는 탁도만을 구분할 수 있을 뿐이고 박테리아의 활성 상태를 판단할 수 없다. 이를 위하여 본 발명에서는 현미경을 사용하여 활성 상태를 촬영한다. 현미경(25)은 컴퓨터(26)에 접속되어 상기 측정셀(21)로부터 상기 제6 밸브(242)를 통하여 반응액을 공급받고 상기 제7 밸브(243)를 통하여 배양액을 공급받아 각각 상기 반응액 및 배양액내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 비교 촬영하고 촬영이 완료되면 상기 제8 밸브(244)를 통하여 증류수를 공급받아 세척하면서 촬영된 영상을 상기 컴퓨터(26)로 전송한다.
도 3에는 컴퓨터에 의하여 도 2의 시스템을 제어하는 수순을 흐름도로써 나타내었다. 도 3을 참조하여 컴퓨터에 의하여 도 2의 시스템을 제어하는 수순을 설명한다.
측정 준비가 완료되면 측정을 시작하는데 이때 자동 교정을 할 것인지를 선택(S300)하여 자동 교정할 수 있다. 예컨대 1일에 1 회 내지 4 회 범위내에서 선택(S302)하여 측정 전에 독성도를 영점 교정하기 위하여 증류수를 투입하고 증류수가 투입된 상태에서 산소 전극에 의하여 측정된 용존 산소 농도 수치를 독성도 "0"으로 설정하여 영점 교정(S304)한다.
이제 예를 들어 80초 동안 측정 셀에 유입수를 투입(S306)하고 20초 동안 유입수를 희석하기 위하여 소정의 비율로 증류수를 투입(S308)한다.
이제, 측정 시료를 안정화하기 위하여 일정 시간 예를 들어 300 초 동안 대기(S310)하고 5초 동안 질화 박테리아를 투입(S312)하여 산소 전극을 통해 산소 소모량을 측정(S320)한다. 샘플 수에 독성이 없을 경우에는 박테리아가 산소 호흡을 하여 산소 소모량이 최대가 되면 독성 농도는 "0"에 가까운 수치를 나타내며 독성이 있는 물질이 유입된 경우에는 측정 셀의 박테리아가 사멸하여 산소 소모량이 극소가 되어 "100"에 가까운 수치를 얻게 될 것이다. 또한, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 과정에 따라 박테리아의 사멸 여부를 확인(S330)한다.
위 단계의 측정이 끝나면 측정셀을 세척(S340)하여 매회 새로운 박테리아를 투입하여 측정하도록 한다.
1 : 생태 독성 감지 시스템
10 : 박테리아 배양조(10)와
11: 반응조
110 : 산소 전극
12: 증류수 탱크
14 : 제어부
141, 142, 143, 144 : 제1 내지 제4 밸브
vvctrl_1 : 제1 밸브 제어 신호
vvctrl_2 : 제2 밸브 제어 신호
vvctrl_3 : 제3 밸브 제어 신호
vvctrl_4 : 제4 밸브 제어 신호
15 : 현미경
16 : 컴퓨터
10 : 박테리아 배양조(10)와
11: 반응조
110 : 산소 전극
12: 증류수 탱크
14 : 제어부
141, 142, 143, 144 : 제1 내지 제4 밸브
vvctrl_1 : 제1 밸브 제어 신호
vvctrl_2 : 제2 밸브 제어 신호
vvctrl_3 : 제3 밸브 제어 신호
vvctrl_4 : 제4 밸브 제어 신호
15 : 현미경
16 : 컴퓨터
Claims (3)
- PH를 조절하면서 질산화 박테리아를 배양하는 박테리아 배양조;
산소 전극이 설치되고 상기 박테리아 배양조에 의하여 배양된 질산화 박테리아를 포함하는 배양액을 공급받아 공급된 질산화 박테리아를 사용하여 반응하면서 상기 산소 전극을 사용하여 산소 농도를 측정하는 측정 셀로 작용하는 반응조;
증류수를 저장하는 증류수 탱크;
컴퓨터의 제어에 의하여 용존 산소 농도 측정 주기와 현미경 촬영 주기에 따라 제1 내지 제3 밸브를 온오프하는 각각 제1 밸브 제어 신호와 제2 밸브 제어 신호 및 제3 밸브 제어 신호를 출력하며 반응조에 설치된 산소 전극으로부터 용존 산소 농도 측정값을 받아들여 컴퓨터로 전송하고 상기 배양조에 설치된 PH 센서로부터 PH 데이터를 받아들여 컴퓨터로 전송하는 제어부;
제1 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 배양조로부터 상기 반응조로 배양된 질산화 박테리아 배양액을 공급 또는 차단하도록 단속하는 제1 밸브;
제2 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 반응조로부터 현미경으로 반응액을 공급 또는 차단하도록 단속하는 제2 밸브;
제3 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 배양조로부터 상기 현미경으로 배양액을 배출 또는 차단하도록 단속하는 제3 밸브;
제4 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 증류수 탱크에 접속되어 상기 반응조 및 상기 현미경으로 증류수를 배출 또는 차단하도록 단속하는 제4 밸브;
상기 컴퓨터에 접속되어 상기 반응조로부터 상기 제2 밸브를 통하여 반응액을 공급받고 상기 제3 밸브를 통하여 배양액을 공급받아 각각 상기 반응액 및 배양액내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 교번적으로 촬영하고 촬영이 완료되면 상기 제4 밸브를 통하여 증류수를 공급받아 세척하며 촬영된 영상을 상기 컴퓨터로 전송하는 현미경; 및
상기 제어부에 접속되어 상기 제어부를 제어하고 상기 현미경에 접속되어 상기 현미경으로부터 영상을 전송받으며 상기 산소 전극에 접속되어 상기 산소 전극으로부터 산소 측정값을 수신받아 산소 소모량과 질산화 박테리아의 움직임을 기초로 독성 물질이 유입되었는지를 판단하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는,
상기 반응액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻어진 움직임 벡터와 상기 배양액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻어진 움직임 벡터의 차이를 기초로 박테리아의 사멸 여부를 결정하는 영상 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템. - 제2항에 있어서, 상기 영상 분석부는, 반응액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻은 제1 움직임 벡터들의 절대값 평균과 배양액 내에서의 질산화 박테리아의 활동 상태를 촬영한 영상들 사이에서 얻은 제2 움직임 벡터들의 절대값 평균을 사용하여 박테리아의 사멸 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템.
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| KR1020110009101A KR101024036B1 (ko) | 2011-01-28 | 2011-01-28 | 질산화 박테리아를 이용한 생태 독성 감지 시스템 |
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| WO2023018089A1 (ko) * | 2021-08-12 | 2023-02-16 | 동문이엔티 주식회사 | 온라인 연속 생물독성 측정장치 |
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Citations (2)
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| JPH1137969A (ja) | 1997-07-24 | 1999-02-12 | Toshiba Corp | 異常水質検出装置 |
Cited By (3)
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| KR20230024837A (ko) * | 2021-08-12 | 2023-02-21 | 동문이엔티(주) | 온라인 연속 생물독성 측정장치 |
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