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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 건기 및 강우 발생 계급에 따른 도화천 및 발포마을 유역에서 발생하는 오염물질이 나로도 패류생산 해역에 미치는 영향을 평가하였으며 또한 강우 발생 시간경과에 따른 해수 및 굴에서의 위생학적 변화를 비교하여 해역의 위생학적 안전성을 평가하였다.
제안 방법
- 1일 부하 분변계대장균 수를 지정해역의 세균학적 수질기준인 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 해수의 양(Dilution water required)을 산출하였다. 그리고 지정해역의 세균학적 수질기준인 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 해수의 양을 조사해역의 평균수심(Average depth)으로 나누어 주어 오염원 방출수에 영향을 받을 것으로 추정되는 폐쇄해역(Area required) 범위를 구하였다.
- 강우 발생 정도에 따라 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역의 위생학적 성상 변화에 미치는 영향을 알아보기 전에 건기시 이들 오염원에서 방출되는 오염물질이 나로도 해역의 수질에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를 Table 2에 나타내었다.
- 강우 발생 정도에 따라 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수에 함유되어 있는 오염물질이 나로도 해역에 미치는 영향범위와 강우 발생 시간경과에 따른 나로도 해역의 해수 중의 위생학적 성상 변화를 조사하였으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다.
- 그리고 지정해역의 세균학적 수질기준인 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 해수의 양을 조사해역의 평균수심(Average depth)으로 나누어 주어 오염원 방출수에 영향을 받을 것으로 추정되는 폐쇄해역(Area required) 범위를 구하였다. 그리고 본 조사에 사용된 평균수심은 국립해양조사원의 자료를 근거로 오염원 최종방출 지점로부터 나로도 지정해역 경계선까지의 수심을 합산한 후 평균내어 산출하였다.
- 1일 부하 분변계대장균 수를 지정해역의 세균학적 수질기준인 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 해수의 양(Dilution water required)을 산출하였다. 그리고 지정해역의 세균학적 수질기준인 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 해수의 양을 조사해역의 평균수심(Average depth)으로 나누어 주어 오염원 방출수에 영향을 받을 것으로 추정되는 폐쇄해역(Area required) 범위를 구하였다. 그리고 본 조사에 사용된 평균수심은 국립해양조사원의 자료를 근거로 오염원 최종방출 지점로부터 나로도 지정해역 경계선까지의 수심을 합산한 후 평균내어 산출하였다.
- 우기조사는 나로도 해역의 세균학적 수질에 영향을 미칠 수 있다고 판단되는 최소 강우량을 고려하여 1일 강우량이 33.0 mm인 2010년 3월 16일과 16.0 mm인 2010년 10월 24일을 각각 조사일로 선정하였으며, 16.0 mm 및 33.0 mm 우기조사 시료는 강우 발생 시간경과에 따른 나로도 패류생산해역의 위생학적 안전성을 평가하기 위하여 16.0 mm 및 33.0 mm 강우 종료 직후 즉시 그리고 강우 종료 시점으로부터 24시간 경과 후에 각각 시료를 채취하여 조사를 실시하였다(Table 1).
- 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향범위는 미국 Food and Drug Administration(FDA)에서 제시하고 있는“Evaluation of pollution source(Advanced Growing Area Training-evaluation of pollution sources, 2006)”에 준하여 다음과 같은 식을 사용하여 계산하였다. 즉 각각의 오염원 방출수에 함유되어 있는 분변계대장균수(Concentration of fecal coliform)에 유량(Flow)을 곱하여 나로도 해역으로 유입되는 1일 부하 분변계대장균 수(Determine loading)를 계산하였다.
- 해수 및 하천수의 시료채취는 각 조사지점에서 표층용 채수기를 이용하여 멸균된 250 mL 시료병에 채취하였으며, 굴은 수하연의 상층, 중층, 하층의 각 1개 부착기를 채취하여 멸균된 황동솔로 부착물 등을 제거한 후 물기를 제거하고 멸균된 스텐레스 스틸 용기에 담았다. 채취한 모든 시료는 10℃이하로 유지하여 실험실로 운반하고 미생물시험을 실시하였다.
- 해수 및 하천수의 시료채취는 각 조사지점에서 표층용 채수기를 이용하여 멸균된 250 mL 시료병에 채취하였으며, 굴은 수하연의 상층, 중층, 하층의 각 1개 부착기를 채취하여 멸균된 황동솔로 부착물 등을 제거한 후 물기를 제거하고 멸균된 스텐레스 스틸 용기에 담았다. 채취한 모든 시료는 10℃이하로 유지하여 실험실로 운반하고 미생물시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 건기조사는 오염원의 배출수량과 오염도를 최소화하고, 해역에 미치는 영향이 거의 없는 시기를 고려하여 나로도 해역에 조사전 일주일전부터 강우가 발생하지 않은 시기로 2009년 6월 8일에 실시하였다.
- 분변계대장균 시험은 Recommended Procedures for the Sea Water and Shellfish(APHA, 1970)에 준하여 최확수(MPN, most probable number)법으로 실시하였으며, 각 희석 단계별로 5개 시험관을 사용하고 그 결과는 100 mL 또는 100g 당 MPN으로 나타내었다. 분변계대장균 추정시험 배지로는 Lauryl Tryptose Broth(Difco, USA)를, 확정시험 배지로는 EC Medium(Merck, Germany)를 사용하였다.
- (1992)의 한천 중첩법(agar overlay method)을 사용하였다. 실험에 사용한 MSB 숙주세포로는 Escherichia coli HS(pFamp)R(ATCC 700891)을 사용하였으며 멸균한 2.5 mL soft agar에 E. coli HS(pFamp)R 배양액을 0.2 mL 접종하고, 2.5 mL 시료를 첨가한 후 bottom agar에 중첩시키고, 35℃에서 24 시간 배양 후 형성된 plaque 수를 측정하고, MSB에 대한 결과 표기는 100 mL 또는 100 g 당 PFU(plaque-forming unit)으로 나타내었다.
- 전라남도 고흥군 도화면 발포마을 소재 오염원(No. 100, 104 및 107)과 지방하천인 도화천(No. 108) 방출수가 건기 및 강우 발생 계급에 따른 나로도 해역의 세균학적 수질에 미치는 영향 범위를 파악하기 위하여 나로도 해역의 조류 특성과 조석 등을 고려하여 육상오염원의 최종방출지점으로부터 약 0.1-0.7 km의 간격으로 총 10개소(N-1-N-10)의 해수 조사지점을 선정하였으며 굴(Crassostrea gigas)은 발포마을 지선으로부터 1.28 km 떨어진 곳에 1개소(N-6)을 선정하였다(Fig. 1).
- 하천수 및 해수 중의 염분은 수질분석기(YSI 556 multiprobe system; Yellow Springs, YSI Life Science, OH, USA)를 사용하여 현장에서 측정하였으며 그리고 본 조사에 사용된 1일 강우량 및 조석은 기상청 고흥관측소 및 국립해양조사원의 자료를 근거로 사용하였다.
이론/모형
- 하천수 및 해수 중에 함유되어 있는 Male-specific bacteriophage(MSB) 검출시험은 DeBartolomeis 와 Cabelli(1991)법 그리고 굴 중에 함유되어 있는 MSB는 Burkhardt W 3rd et al.(1992)의 한천 중첩법(agar overlay method)을 사용하였다. 실험에 사용한 MSB 숙주세포로는 Escherichia coli HS(pFamp)R(ATCC 700891)을 사용하였으며 멸균한 2.
- 16 mm및 33 mm의 강우 발생에 따른 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향범위를 미국 FDA에서 제시하고 있는 “Evaluation of pollution source(Advanced Growing Area Training - evaluation of pollution sources, 2006)”의 지침에 준하여 산출하였으며 그 결과를 Fig. 2 및 Table 4에 나타내었다.
- 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향범위는 미국 Food and Drug Administration(FDA)에서 제시하고 있는“Evaluation of pollution source(Advanced Growing Area Training-evaluation of pollution sources, 2006)”에 준하여 다음과 같은 식을 사용하여 계산하였다.
- 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수의 유량 측정은 유속계(Marsh-McBirney portable flowmeter, Flo-Mate Model 2000, Maryland, USA)을 이용하여 유속을 측정한 후 유속면적법(Velocity-Area Method)을 이용하여 유량을 산출하였다.
- 분변계대장균 시험은 Recommended Procedures for the Sea Water and Shellfish(APHA, 1970)에 준하여 최확수(MPN, most probable number)법으로 실시하였으며, 각 희석 단계별로 5개 시험관을 사용하고 그 결과는 100 mL 또는 100g 당 MPN으로 나타내었다. 분변계대장균 추정시험 배지로는 Lauryl Tryptose Broth(Difco, USA)를, 확정시험 배지로는 EC Medium(Merck, Germany)를 사용하였다.
성능/효과
- 16 mm 강우 종료 직후 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수 중의 분변계대장균 수와 MSB의 범위는 각각 110-70,000 MPN/100 mL 및 <10-9,130 PFU/100 mL이었으며, 이들 오염원과 인접한 주변해역(Adjacent area)에 위치한 해수 조사 지점(N-1-N-5 및 N-8)에서의 분변계대장균 수와 MSB의 범위는 각각 <1.8-330 MPN/100 mL및 <10-10 PFU/100 mL으로 발포마을 지선으로부터 0.1 km 떨어진 곳에 위치한 N-1 지점에서 분변계대장균 수가 330 MPN/100 mL으로 미국의 패류생산허가해역 기준의 한 조건으로 사용되는 분변계대장균 기하평균 14 MPN/100 mL을 초과하였으며, MSB도 N-1 지점에서만 10 PFU/100 mL으로 검출되었으나, 나로도 지정해역(Designated area) 경계선 및 내부에 위치한 해수 조사지점(N-6, N-7, N-9 및 N-10)에서의 분변계대장균 수의 범위는<1.8-2.0 MPN/100 mL으로 양호한 수질상태를 나타내고 있었으며 MSB도 검출되지 않았다.
- 16 mm 강우 종료 직후, 발포마을 소재 오염원 방출수가 해역으로 유입되는 일일 부하 분변계대장균 수의 범위는 2.3×108-8.8×1010 MPN/day으로 해수 중의 분변계대장균 수를 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 물의 양으로 산출하여 나로도 해역에 미치는 영향범위를 계산해 볼 때 20-386 m까지 영향을 미치는 것으로 계산되었다.
- 16 및 33 mm 강우 종료 직후 N-6 지점에서 채취한 굴에서의 분변계대장균 수가 각각 78 및 110 MPN/100 g으로 나타났으나, 강우가 종료된 시점으로 부터 24시간 경과 후 채취한 굴에서의 분변계대장균수가 각각<18 및 20 MPN/100 g으로 오염정도가 크게 감소하였으며 MSB도 검출되지 않았다.
- 33 mm 강우 발생으로 인하여 육상오염원의 방출수량이 16 mm 강우 발생때보다 크게 증가하였음에도 불구하고, 33 mm 강우 종료 직후의 염분 농도가 16 mm 강우 종료 직후의 염분의 농도보다 높은 이유는 16 mm 강우 종료 직후 시료 채취시 조석은 최저조이였으나 33 mm 강우 종료 직후 시료 채취시 조석은 최고조로 33 mm 강우 종료 직후 해수의 양이 16 mm 강우 종료 직후보다 크게 증가하였기 때문에 16 mm 강우 종료 직후의 염분의 농도보다 높게 나타난 것으로 추정되었다.
- 33 mm 강우 종료 직후 발포마을 소재 오염원(No. 104 및 107) 방출수 중의 분변계대장균 수의 범위는 1,700-4,900 MPN/100 mL이었으나 발포마을 지선으로부터 0.1 km 떨어진 곳에 위치한 N-1 지점에서의 분변계대장균 수는 11 MPN/100 mL으로 33 mm 강우 종료 직후 이들 오염원으로부터 나로도 해역으로 유입되는 1일 부하 분변계대장균 수가 16 mm 강우 종료 직후보다 증가하였음에도 불구하고, 16 mm 강우 종료 직후 N-1 지점에서 확인된 330 MPN/100 mL 보다 오히려 낮게 나타났다.
- 33 mm 강우가 종료된 시점으로부터 24시간 경과 후에는 N-4 지점에서의 분변계대장균 수가 6.8 MPN/100 mL으로 미국의 패류생산허가해역 기준에 부합하는 것으로 확인되었다.
- 강우 발생 후 나로도 해역으로 유입되는 육상오염원 방출수(No. 100, 104, 107 및 108)가 해수 중의 염분 변화에 미치는 영향을 알아본 결과, 건기조사시 10개 조사지점(N-1-N-10)에서의 염분의 범위는 32.83-33.25 psu, 16 mm 강우 종료 직후와 강우가 종료된 시점으로부터 24시간 경과 후의 염분의 범위는 각각 28.46-31.83 및 31.59-31.77 psu이었으며, 33 mm 강우 종료 직후와 강우가 종료된 시점으로부터 24시간 경과 후의 염분의 범위는 각각 32.41-33.12 및 29.21-33.19 psu으로 확인되었다.
- 건기조사시 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수 중의 분변계대장균 수의 범위는 33-3,300 MPN/100 mL이었으며, 이들 오염원에서 배출되는 방출수가 해역의 세균학적 수질에 미치는 영향을 알아보기 위하여 설정한 해수지점에서의 분변계 대장균 수의 범위는 <1.8-2.0 MPN/100 mL로 나타나 강우가 발생하지 않는 건기시에는 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역의 세균학적 수질에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 확인되었다.
- 따라서 최고조의 영향으로 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수에 함유되어 있는 오염물질이 해역 내부로 확산되지 못했기 때문에 육상오염원이 해역에 미치는 계산된 영향범위와 실제 해수 중의 분변계대장균 수가 다르게 나타난 것으로 추정되었다.
- 또한, 16 mm 강우 종료 직후 도화천 방출수가 해역에 미치는 영향평가에서도 도화천 방출수가 해역에 미치는 영향범위가 187 m으로 계산되었는데 이는 도화천 최종방출구로부터 0.35 km 떨어진 곳에 위치한 N-4 지점에서의 분변계대장균 수가 <1.8 MPN/100 mL으로 확인되어 해역에 미치는 계산된 영향범위와 일치하는 것으로 나타났다.
- 상기의 내용을 종합해보면, 33 mm 강우 종료 직후 시료 채취가 최고조시로 발포마을 소재 오염원에서 방출되는 오염물질은 해역 내부로 확산되지 못하고, 발포마을 지선과 인접한 연안해역에서 머물러 있었기 때문에 16 mm 강우 종료 직후보다 해수지점에서의 분변계대장균의 오염정도가 낮게 나타난 것으로 추정되었다.
- 이러한 결과 차이는 미국 FDA에서 제시하고 있는 지침에 적용하는 평균수심은 최저조시 평균수심으로 33 mm 강우 종료 직후 나로도 해역의 조석은 최고조시로 1일 부하 분변계대장균 수를 지정해역의 세균학적 수질기준인 14 MPN/100 mL 이하로 희석시킬 수 있는 해수의 양에서 차이가 있었다.
- 이러한 결과는 16 mm 강우 종료 직후, 발포마을 지선으로부터 각각0.1 및 0.62 km 떨어진 곳에 위치한 N-1 및 N-2 지점에서 해수 중의 분변계대장균 수가 각각 330 및 2.0 MPN/100 mL으로 확인되어 16 mm 강우 발생에 따른 발포마을 소재 오염원 방출수가 해역에 영향을 미치는 계산된 영향범위와 실제 해수 중에서의 확인된 분변계대장균 수와 거의 일치하는 것으로 확인되었다.
- 이러한 결과는 16 mm 강우 종료 직후에는 발포마을 지선과 인접한 연안해역에 머물러 있었던 오염물질이 조류와 조석의 영향으로 인하여 해역 내부로 확산되면서 N-2 지점에서 분변 계대장균의 오염정도가 증가한 것으로 추정되었다.
- 이상의 결과, 16 mm 강우 발생에 따른 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수는 오염원과 인접한 연안 해역에만 부분적으로 영향을 미치고, 나로도 지정해역까지는 오염물질이 도달하지 못하는 것으로 확인되었다.
- 지금까지의 연구결과를 요약해보면, 33 mm 강우 발생으로 인하여 발포마을 소재 오염원 및 도화천에서 해역으로 유입되는 오염물질은 오염원과 인접한 연안해역에만 부분적으로 영향을 미치고, 나로도 지정해역까지는 도달하지 못하는 것으로 확인되었으며, 또한 33 mm 강우가 종료된 시점으로부터 24시간 경과 후에는 지정해역뿐만 아니라 오염원과 인접한 연안해역에 위치한 해수지점에서도 미국의 패류생산허가해역 기준에 부합하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 외해와 연결되어있는 나로도 해역의 특성 때문에 조류의 소통이 원활하여 해역으로 유입된 분변성 오염물질이 빠르게 희석되었기 때문인 것으로 사료된다.
- 지금까지의 연구결과를 종합해보면, 건기시 발포마을 소재오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 확인이 되었으나, 강우 발생시 이들 오염원에서 방출되는 오염물질들은 나로도 지정해역까지는 영향을 미치지는 못하였지만, 오염원과 인접한 연안해역에는 부분적으로 영향을 미치고 있는 것을 확인되었다.
- 한편, 16 mm 강우가 종료된 시점으로부터 24시간 경과 후 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수 중의 분변계대장균 수의 범위는 110-11,000 MPN/100 mL으로 발포마을 지선에서 각각0.1 및 0.62 km 떨어진 곳에 위치한 N-1 및 N-2 지점에서 분변계대장균수가 각각 49 및 22 MPN/100 mL으로 기준치를 초과하여 검출되었으나 나로도 지정해역 경계선 및 내부에 위치한 해수 조사지점에서의 분변계대장균 수의 범위는 <1.8-2.0 MPN/100 mL으로 미국의 패류생산허가해역 기준에 부합하는 것으로 나타내었다.
- 한편, 16 mm 강우가 종료된 시점으로부터 24시간 경과 후 발포마을 소재 오염원의 방출수에 대한 분변계대장균의 오염정도가 16 mm 강우 종료 직후 보다 감소하였음에도 불구하고 발포마을 지선에서 0.62 km 떨어진 곳에 위치한 N-2 지점에서의 확인된 분변계대장균의 오염정도 보다 증가한 것으로 나타났다.
- 한편, 33 mm 강우 종료 직후 도화천 방출수 중의 분변계대장균 수는 7,900 MPN/100 mL이었으며, 도화천 최종방출구로부터 0.35 km 떨어진 곳에 위치한 N-4 지점에서의 분변계대장균 수가 17 MPN/100 mL으로 미국의 패류생산허가해역 기준을 초과하여 검출되었으며, 33 mm 강우 종료 직후 시료 채취가 최고조시에 이루어졌음에도 이러한 결과가 나타난 이유는 시료 채취전날에 도화천에서 해역 내부로 확산되어 있던 오염물질을 영향인 것으로 추정되었다.
- 한편, 연안해역의 세균학적 수질은 해역으로 유입되는 오염원의 유량, 오염도, 해역의 크기, 조석 등 여러 요인들에 의해 영향을 받으며, 강우량과 조석에 따라 오염원이 해역에 미치는 영향범위가 크게 달라지는 것으로 나타났다. 그러나 강우량과 조석의 조건을 동시에 맞추어 오염원이 해역에 미치는 영향범위 평가 연구를 실시하기에는 어려움이 있다.
후속연구
- 따라서 강우량과 조석 변화에 따른 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향범위에 대해서는 로다민(Rhodamine)과 같은 색소를 이용한 수리학적 조사(Hydrographic Dye study) 가 추가적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
- 따라서 효율적인 나로도 패류생산해역의 관리방안을 마련하기 위해서는 좀더 다양한 강우 발생 계급별과 함께 조석 변화에 따른 육상오염원이 해역에 미치는 영향에 대한 체계적인 연구가 필요 할 것으로 판단되며, 본 연구결과가 효율적인 나로도 패류생산해역의 관리방안 마련에 필요한 기초자료로써 활용이 될 것으로 사료된다.
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