[논문]농지-임야에서 발생하는 지표미생물 유출 특성

김건하

doi:10.12652/ksce.2008.28.1b.153

농지-임야에서 발생하는 지표미생물 유출 특성
Discharge Characteristics of Indicator Microorganisms from Agricultural-Forestry Watersheds 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, B. 수공학, 해안 및 항만공학, 환경 및 생태공학, v.28 no.1B, 2008년, pp.153 - 160

김건하 (한남대학교 공과대학 토목환경공학과)

초록
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농지-임야유역의 비점원으로부터 발생하는 미생물학적 오염물질 부하량을 추정하기 위하여, 농지와 임야가 혼합된 3개 시험유역에서 동일한 2개 강우사상에 대한 지표미생물 유출 특성을 조사하였으며, 지표미생물항목은 대장균군(total coliform: TC), 분원성 대장균(Fecal coliform: FC), 대장균 (Escherichia coli: EC), 분원성 연쇄상구균(Fecal streptococcus: FS)이었다. 농지-임야 유역의 강우시 유량변화에 따라 토사유실로 인하여 부유물질 농도가 상당히 증가하였다. 지표미생물 농도는 유량변화와 상당히 밀접한 관계를 보였다. 대부분 오염되지 않은 임야로 구성되어 있는 첫번째 유역의 강우유출수 TC EMC(Event Mean Concentration)는 $5.3{\times}10^3CFU/100ml$이었으며, FC EMC는$1.4{\times}10^3CFU/100ml$, EC EMC는 $1.1{\times}10^3CFU/100ml$, FS EMC는 $3.9{\times}10^2CFU/100ml$이었다. 임야유역과 농지유역이 혼합되어 있는 제 2 유역의 지표미생물에 대한 EMC는 TC EMC가 $1.7{\times}10^5CFU/100ml$, FC EMC가 $8.5{\times}10^4CFU/100ml$, EC EMC가 $8.9{\times}10^4CFU/100ml$, FS EMC가 $3.4{\times}10^4CFU/100ml$로 나타났다. 농지와 임야가 혼재되어 있으나, 유역면적이 큰 제 3 시험유역의 지표미생물에 대한 EMC는 TC EMC가 $1.9{\times}10^5CFU/100ml$, FC EMC가 $9.6{\times}10^4CFU/100ml$, EC EMC가 $7.0{\times}10^4CFU/100ml$, FS EMC가 $5.1{\times}10^4CFU/100ml$로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

To estimate microbial contaminant loading discharged from diffuse sources, rainfall runoff of six rainfall events were monitored at three study watersheds of forestry and agricultural land use. Monitored indicator microorganism constituents were total coliform (TC), fecal coliform (FC), Escherichia coli (EC), and fecal streptococcus (FS). Soil loss during elevated flow rate caused higher suspended solid concentrations. Indicator microorganism concentrations were closely related with flow rate. TC event mean concentration (EMC) from unpolluted forestry was $5.3{\times}10^3CFU/100ml$, FC EMC was $1.4{\times}10^3CFU/100ml$, EC EMC was $1.1{\times}10^3CFU/100ml$, and FS EMC was $2.9{\times}10^2CFU/100ml$. From a watershed with agricultural-forestry land use, TC EMC was $1.7{\times}10^5CFU/100ml$, FC EMC was $8.5{\times}10^4CFU/100ml$, EC EMC was $8.9{\times}10^4CFU/100ml$, and FS EMC was $3.4{\times}10^4CFU/100ml$. Mixed land use of agricultural-forestry with bigger area, TC EMC was $1.9{\times}10^5CFU/100ml$, FC EMC was $9.6{\times}10^4CFU/100ml$, EC EMC was $7.0{\times}10^4CFU/100ml$, and FS EMC was $5.1{\times}10^4CFU/100ml$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

지표미생물은 지표수의 수질을 결정하는 중요한 기준이지만, 그 농지 및 임야에서 발생하는 강우유출수 수질 모니터링 자료가 많지 않다. 따라서 본 연구의 목적은 지표수 수질에 많은 영향을 미치는 농지 및 임야에서 발생하는 강우유출수 지표미생물 농도 및 유출부하를 모니터링하여 지표수 수질관리에 필요한 자료를 공급하는 것이다.
농지와 임야에서 발생하는 강우유출수는 지표수의 수질을 결정하는 배경농도로서 수질관리에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 농지와 임야가 혼합된 3개 시험유역에서 동일한 2개 강우사상에 대한 지표미생물 유출 특성을 조사하였다. 대장균군(total coliform:TC), 분원성 대장균(Fecal coliform: FC), 대장균(Escherichia coli: EC), 분원성 연쇄상구균 (Fecal streptococcus:FS)을 측정하였다.

제안 방법

Probe형 유속계(Global Water® FP-101 of Plano Molding Company, USA.)를 이용하여 수위-유량 관계곡선을 작성하였다.
농지-임야 유역에서 발생할 수 있는 오염원으로 발생하는 축산발생 오염원으로, 돼지, 소, 비둘기, 닭의 분뇨를 측정하였다. 채취한 분뇨 1g을 1L의 증류수로 100배 희석한 후 여러 차례 사전실험을 통하여 결정한 최적 희석배수로 추가 희석하여 지표미생물 농도를 측정하였다.
본 연구에서는 농지와 임야가 혼합된 3개 시험유역에서 동일한 2개 강우사상에 대한 지표미생물 유출 특성을 조사하였다. 대장균군(total coliform:TC), 분원성 대장균(Fecal coliform: FC), 대장균(Escherichia coli: EC), 분원성 연쇄상구균 (Fecal streptococcus:FS)을 측정하였다.
채취한 분뇨 1g을 1L의 증류수로 100배 희석한 후 여러 차례 사전실험을 통하여 결정한 최적 희석배수로 추가 희석하여 지표미생물 농도를 측정하였다. 또한 분뇨의 함수율과 고형물 농도, 화학적 산소요구량 농도를 측정하였다. 축산으로부터 고형물 발생량은 문헌자료(Oshiro and Fujioka, 1995; Choi, 1991)를 참고하였다.
본 연구에서 선정한 3개 시험유역에서 2회 동일한 강우사상에 대한 강우유출수를 측정하였다. Table 2는 본 연구에서 측정한 강우사상을 요약한 것이다.
시료 채취자와 각 항목에 대한 분석자는 채취 및 분석의 일관성을 유지하기 위하여 연구 시작부터 최종 분석까지 동일 분석자가 분석하도록 하였다. 분석된 3개의 결과 중 중간 수치의 결과로부터 10% 이상의 오차범위가 나타나는 시료가 발생할 경우 반복시험을 실시하여 정밀도를 관리 하였다.
수질 모니터링 항목은 SS(Suspended Solid), COD(Chemical Oxygen Demand), TC, FC, EC, FS로 하였다. 비강우시 농도를 각 모니터링 지점에서 3회 측정하였다. 비점원에서 발생하는 미생물학적 오염을 측정하기 위하여 시험유역에서 동일한 강우사상에 대하여 강우유출수 모니터링을 2회 실시하였다.
비강우시 농도를 각 모니터링 지점에서 3회 측정하였다. 비점원에서 발생하는 미생물학적 오염을 측정하기 위하여 시험유역에서 동일한 강우사상에 대하여 강우유출수 모니터링을 2회 실시하였다.
수질 모니터링 항목은 SS(Suspended Solid), COD(Chemical Oxygen Demand), TC, FC, EC, FS로 하였다. 비강우시 농도를 각 모니터링 지점에서 3회 측정하였다.
채취된 시료는 즉시 실험하였다. 시료 채취자와 각 항목에 대한 분석자는 채취 및 분석의 일관성을 유지하기 위하여 연구 시작부터 최종 분석까지 동일 분석자가 분석하도록 하였다. 분석된 3개의 결과 중 중간 수치의 결과로부터 10% 이상의 오차범위가 나타나는 시료가 발생할 경우 반복시험을 실시하여 정밀도를 관리 하였다.
시료는 시료의 성상, 유량, 유속 등 시간에 따른 변화를 고려하여 현장수의 성질을 대표할 수 있도록 인력 채취하였으며, 수질 또는 유량의 변화가 심하다고 판단될 때에는 오염상태를 잘 알 수 있도록 채취횟수를 늘렸다.
지표미생물의 농도는 TC, EC와 더불어 분변성대장균 Fecal Coliform: FC), 연쇄상구균(Fecal Streptococci: FS)의 농도를 막여과법을 사용하여 측정하였다. 총대장균(Total coliform: TC)은 Standard Methods(APHA et al.
채취된 시료는 즉시 실험하였다. 시료 채취자와 각 항목에 대한 분석자는 채취 및 분석의 일관성을 유지하기 위하여 연구 시작부터 최종 분석까지 동일 분석자가 분석하도록 하였다.
농지-임야 유역에서 발생할 수 있는 오염원으로 발생하는 축산발생 오염원으로, 돼지, 소, 비둘기, 닭의 분뇨를 측정하였다. 채취한 분뇨 1g을 1L의 증류수로 100배 희석한 후 여러 차례 사전실험을 통하여 결정한 최적 희석배수로 추가 희석하여 지표미생물 농도를 측정하였다. 또한 분뇨의 함수율과 고형물 농도, 화학적 산소요구량 농도를 측정하였다.

대상 데이터

농지와 임야 유역 강우유출수의 지표미생물 농도 및 부하량 측정을 위하여 농지-임야 혼합유역 3곳을 시범유역으로 설정하였다. Fig.
수중미생물은 한 지점의 수역에서 수평적, 수직적으로 종류와 농도가 다르고 수질변화가 크므로 채취장소는 가능한 한 여러 곳을 선정하였다. 시료채취점은 항상 흐르고 있는 20-30 cm 수심을 선택하였다.
37 km²이며, 임야에서 발생한 강우유출수가 농지를 거쳐 북동쪽으로 유출되는 양상을 보이고 있다. 시료채취지점 1은 화산천 상류에 있으며, 시료채취지점 2는 성전천 하류에 있고, 시료채취 지점 3은 진잠천의 성전천 합류 전에 위치하고 있다.
2%로 구성되어 있다. 시료채취지점은 성전천 하류에 위치하며 진잠천과 합류된다. Fig.

이론/모형

, 1998)의 9222B에 의하여 M-Endo medium을 이용하여 35℃에서 24시간 배양하여 분석하였다. 분원성 대장균(Fecal coliform: FC)은 Standard Methods의 9222D에 의하여 M-FC medium을 이용하여 44.5℃에서 24시간 동안 배양하여 분석하였다. E.
coli(EC)는 Standard Methods의 9230C에 의하여 Nutrient agar-MUG을 이용하여 35℃에서 24시간 동안 배양하여 분석하였다. 연쇄상구균(Fecal streptococci: FS)은 Standard Methods의 mE method(9230C)를 이용하였으며 35℃에서 48시간 동안 배양하였다.
지표미생물의 농도는 TC, EC와 더불어 분변성대장균 Fecal Coliform: FC), 연쇄상구균(Fecal Streptococci: FS)의 농도를 막여과법을 사용하여 측정하였다. 총대장균(Total coliform: TC)은 Standard Methods(APHA et al., 1998)의 9222B에 의하여 M-Endo medium을 이용하여 35℃에서 24시간 배양하여 분석하였다. 분원성 대장균(Fecal coliform: FC)은 Standard Methods의 9222D에 의하여 M-FC medium을 이용하여 44.
또한 분뇨의 함수율과 고형물 농도, 화학적 산소요구량 농도를 측정하였다. 축산으로부터 고형물 발생량은 문헌자료(Oshiro and Fujioka, 1995; Choi, 1991)를 참고하였다.

성능/효과

온혈동물에서 발생하는 지표미생물 비율을 나타내는 FC/ TC의 비는 강우시 증가하여 야생동물 분뇨 등이 강우시 지표미생물 농도증가의 주요원인임을 알 수 있었으며, FC/FS 비율을 이용한 분변오염원 추적이 신빙성이 떨어짐을 알 수 있었다. 이 논문에서 제시한 모니터링 자료는 매우 한정되어있으므로 지표미생물의 비점원 발생양상을 파악하기 위하여 추가적인 장기모니터링이 필요하다.
임야유역 강우유출 수에서 발생하는 지표미생물 농도에 대한 문헌은 찾을 수없으나 본 조사연구에서는 TC 농도가 1.6×102-8.9×103 CFU/100 ml로 상당히 높음을 알 수 있다.
제 2 유역의 지표미생물에 대한 EMC는 TC EMC가 1.7×105 CFU/100 ml, FC EMC가 8.5×104 CFU/100 ml, EC EMC가 8.9×104 CFU/100 ml, FS EMC가 3.4×104 CFU/100 ml로 나타났다.

후속연구

온혈동물에서 발생하는 지표미생물 비율을 나타내는 FC/ TC의 비는 강우시 증가하여 야생동물 분뇨 등이 강우시 지표미생물 농도증가의 주요원인임을 알 수 있었으며, FC/FS 비율을 이용한 분변오염원 추적이 신빙성이 떨어짐을 알 수 있었다. 이 논문에서 제시한 모니터링 자료는 매우 한정되어있으므로 지표미생물의 비점원 발생양상을 파악하기 위하여 추가적인 장기모니터링이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수체내 병원성 미생물을 검출하기 위한 대표적인 지표미생물은 무엇인가?	수체내 병원성 미생물은 분리와 검출이 매우 까다롭기 때문에 시료의 채취와 분석이 비교적 용이한 미생물을 모니터링하며, 이러한 미생물을 병원균 지표미생물(Pathogen Indicator Microorganism)이라 한다. 대표적인 지표미생물로서 대장균군, 분원성대장균군, 대장균, 분원성 연쇄상구균 등이 있다(Baudisova, 1997). 대장균군(total coliform: TC)은 인간 또는 동물로부터 배출되는 대장균과 유사한 성질을 가지고 있으며 지표수나 지하수 중에 널리 분포되어 있는 세균을 총칭한다.
	대장균군이란 무엇인가?	대표적인 지표미생물로서 대장균군, 분원성대장균군, 대장균, 분원성 연쇄상구균 등이 있다(Baudisova, 1997). 대장균군(total coliform: TC)은 인간 또는 동물로부터 배출되는 대장균과 유사한 성질을 가지고 있으며 지표수나 지하수 중에 널리 분포되어 있는 세균을 총칭한다. 일반적으로 대장균군은 병원균보다도 외부 스트레스에 강한 세균으로, 방류수의 소독할 때나 정화기능의 효율 판정에 사용한다.
	FC/TC의 비가 강우 시 증가하는 이유는 무엇인가?	48-0.95로 증가하는데, 이는 유역내 동물, 분뇨 등이 강우유출수 지표미생물 농도 증가의 주요 원인이다. 또한 FC/FS의 비율은 지표미생물 발생원을 추적하는 용도로 사용될 수 있음이 제시된 바 있는데 FC/FS의 비가 4 이상인 경우에는 인간으로부터 발생한 것이며 0.

참고문헌 (15)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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