선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 상수원으로 이용되고 있는 회야호의 조류의 분포와 계절 변동을 파악하고, 특히 여름철에 대량으로 번식하며 조류독소를 생성 및 분비하는 남조류의 종류 및 우점도와 호소의 물리, 화학적 요인과의 관계를 살펴보았다. 또한 회야호의 용존 및 조체를 포함한 남조류 독성물질의 농도 분포를 조사하고, 수질환경과의 관련정도를 연구하였다.
- 연구기간 동안 6차례의 분석결과로 계산한 남조류종과의 상관관계(Table 12)에서는 MC-LR과 Anatoxin-a의 경우는 Microcystis보다는 Anabaena와 유의한 상관관계를 보인다. 하지만 Microcystis에 비해 개체수가 월등히 적은 Anabaena와 Cyanotoxins 농도사이에 유의성이 있다고 보기는 어려우므로 Cyanotoxin의 농도가 증가하는 시기와 감소하는 시기로 나누어 유의성을 검토해 보았다. 증가시기에는 유의미한 상관관계를 발견할 수 없었지만 감소하는 시기에서는 유의미한 상관관계를 발견할 수 있었다.
제안 방법
- 주요 측정항목은 pH, 수온, 전기전도도, T-N, T-P, Chl-a, 조류종 및 개체수 등이며, 취수탑 표층수에 대해 2009년 1월부터 2012년 9월까지 매주 분석한 데이터를 월별 평균을 내어 이용하였다. pH와 수온은 pH meter (Horiba D-52, 일본)을 이용하여 현장 측정하였고, 전기전도도는 수질분석기(WHW 720, 한국)로 측정하였다. T-N, T-P, Chl-a 분석은 수질오염공정시험기준에 따라 실험을 행하였고 UV/Visible Spectrophotometer (Varian Cary 300, 호주)을 이용하여 분석하였다.
- 동결건조가 끝난 시료는 무게를 측정하여 건조량을 계산하고, 5 V/V% 아세트산을 첨가하여 초음파 분쇄기로 조류세포를 파쇄한 후, 원심분리(1,600 × g, 10분, BeckMan Coulter, Allegra X-15 Centrifuge, Germany)하여 추출된 상등액을 여액과 같이 C18 Catridge와 고상추출장치를 통한 정제 및 질소농축기를 이용하여 농축하여 LC-MS/MS에서 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 상수원으로 이용되고 있는 회야호의 조류의 분포와 계절 변동을 파악하고, 특히 여름철에 대량으로 번식하며 조류독소를 생성 및 분비하는 남조류의 종류 및 우점도와 호소의 물리, 화학적 요인과의 관계를 살펴보았다. 또한 회야호의 용존 및 조체를 포함한 남조류 독성물질의 농도 분포를 조사하고, 수질환경과의 관련정도를 연구하였다.
- 본 연구에서는 남조류가 처음 우점하여 발생한 2012년 7월 30일부터 남조류의 개체수가 급격히 줄어들고 규조류가 우점한 10월 15일까지 1~3주 간격으로 6회에 걸쳐 site1, site2, site3과 정수장으로 취수되는 원수와 처리된 정수를 채수하여 실험하였다. 이 시기 동안 DO는 8.
-
4. 기기분석
분석장비로 고속액체크로마토그래프는 Waters사의 ACOUITY Ultra Performance Liquid Chromatography와 질량분석장치는 Waters사의 Quatro Premeier XE (Triple-quadrupole mass spectrometer)를 사용하여 조류독소물질을 분석하였다
. 대상물질 피크를 분리하기 위하여 사용한 칼럼은 Waters사의 BEH C18 (10. - 시료는 채수 후 유리섬유필터인 GF/C (0.45 µm)를 이용하여 4 L를 여과 후, 수중에 용해되어있는 조류독소물질의 검출을 위해 미국 Waters사의 Sep-Pak Catridge C18 (500 mg)를 장착한 고상추출장치인 미국 Caliper LifeScience사의 AutoTrace SPE Workstation을 사용하여 정제, 농축하고 질소농축기 RapidVap (Labconco, USA)로 용매를 증발시켜 농축한 후, 메탄올로 용해하여 LC-MS/MS에서 분석하였다.
- 이 연구에서는 물속에 용존되어 있는 Cyanotoxins의 농도와 조체의 Cyanotoxins의 농도를 분석한 다음, 시료 단위 부피당 농도로 환산한 뒤 그 둘을 합하여 총 Cyanotoxins의 농도를 구하였다. 먼저 수체내 용존된 Cyanotoxins의 분포특징을 살펴보면 Fig.
- 조류 조체 내에 포함된 조류독소물질의 분석을 위해 10 L의 시료를 망(seive, 공극 60 µm)으로 여과하여 걸러진 스컴을 동결건조병에 담아 -20℃에 냉동 후, 진공동결건조기(일신 본듸로, 한국)를 이용하여 동결건조시킨다.
- 조류독성 물질의 분석을 위해서 회야댐 하류의 통천마을 표층수, 방수로 표층수, 취수탑 표층수와 회야 정수장의 유입 원수 및 정수를 채수하여 고속액체크로마토그래프와 질량분석장치(LC-MS/MS)를 이용하여 분석하였다. 분석항목은 남조류 독소(Cyanotoxins) 중 Microcystin-LR, MicrocystinRR, Microcystin-YR, Microcystin-LA, Anatoxin-a이다.
- 주요 측정항목은 pH, 수온, 전기전도도, T-N, T-P, Chl-a, 조류종 및 개체수 등이며, 취수탑 표층수에 대해 2009년 1월부터 2012년 9월까지 매주 분석한 데이터를 월별 평균을 내어 이용하였다. pH와 수온은 pH meter (Horiba D-52, 일본)을 이용하여 현장 측정하였고, 전기전도도는 수질분석기(WHW 720, 한국)로 측정하였다.
대상 데이터
- 검량곡선 작성용 표준용액은 분석 감도를 고려하여 0.1~100µg/L의 6단계 표준용액을 조제하여 사용하였다.
- 조류분석의 경우 수질오염공정시험기준에 따라 시료를 Lugol용액으로 고정하고 원심분리 후 적당한 농도로 농축한 후에 위상차현미경(Axiovert 135, Zeiss, 독일)을 이용하여 동정, 계수하였다. 그리고 평균기온, 월강수량 및 일조시간은 기상청의 방재기상정보 포탈서비스 시스템(http:// metsky.kma.go.kr/)에서 제공되는 데이터를 이용하였다.
- 대상물질 피크를 분리하기 위하여 사용한 칼럼은 Waters사의 BEH C18 (10.0 cm, 2.1 mm I.d., 1.7 µm)를 사용하였으며 이동상은 0.1%의 개미산을 포함한 아세토나이트릴과정제수를 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 시료는 회야댐 지점별 시료 및 원수를 사용하였으며, 정수는 회야 정수장 정수를 사용하였다.
- 조류독성 물질의 분석을 위해서 회야댐 하류의 통천마을 표층수, 방수로 표층수, 취수탑 표층수와 회야 정수장의 유입 원수 및 정수를 채수하여 고속액체크로마토그래프와 질량분석장치(LC-MS/MS)를 이용하여 분석하였다. 분석항목은 남조류 독소(Cyanotoxins) 중 Microcystin-LR, MicrocystinRR, Microcystin-YR, Microcystin-LA, Anatoxin-a이다.
- 전처리 및 기기분석 시에 사용한 메탄올 및 아세토나이트릴 등은 미국 Merck사의 LC-MS급을 사용하였으며, 증류수는 미국 Millipore사의 Milli-Q을 통과한 3차 증류수를 사용하였다.
- 표준물질 Microcystin-LR, Microcystin-RR, Microcystin-YR, Microcystin-LA, Anatoxin-a (ENZO Life Sceince, Alexis-Bio- chemicals, Germany)는 구입하여 사용하였다. 이들 표준물질의 화학구조 및 분자량에 대한 정보는 Table 1에 요약하였다.
이론/모형
- pH와 수온은 pH meter (Horiba D-52, 일본)을 이용하여 현장 측정하였고, 전기전도도는 수질분석기(WHW 720, 한국)로 측정하였다. T-N, T-P, Chl-a 분석은 수질오염공정시험기준에 따라 실험을 행하였고 UV/Visible Spectrophotometer (Varian Cary 300, 호주)을 이용하여 분석하였다. 조류분석의 경우 수질오염공정시험기준에 따라 시료를 Lugol용액으로 고정하고 원심분리 후 적당한 농도로 농축한 후에 위상차현미경(Axiovert 135, Zeiss, 독일)을 이용하여 동정, 계수하였다.
- 1%의 개미산을 포함한 아세토나이트릴과정제수를 사용하였다. 질량분석장치 이온화 방식은 ESI (Electro Spray Ionization) Positive Mode를 이용하여 분석하였으며, 자세한 LC-MS/MS 분석조건은 아래 Table 2와 같다. 확정된 분석 조건을 이용한 조류독소물질 5종의 Mass Chromatogram을 확인한 결과 검출피크는 Anatoxin-a는 0.
- 1~100µg/L의 6단계 표준용액을 조제하여 사용하였다. 표준용액의 정량은 표준액 농도와 면적비에 따라 외부표준법에 의해 정량하였다.
성능/효과
- 13) 회야정수 처리장은 중오존시설과 활성탄여과시설의 고도처리시설을 갖추고 있으므로 독성조류의 처리가 가능할 것으로 보인다. 그렇지만 기상이변이 잦은 만큼 언제든 남조류 대발생과 고농도의 독성발생의 가능성이 존재하므로 수심별 조류 독성의 거동과 정수 처리과정에서의 공정별 처리효율에 대한 연구가 필요하다.
- 4) 또 캐나다에서는 Aphanizomenon flos-aquae의 대발생이 일어난 저수지에서 4만 마리이상의 물새가 죽었으며, 이후 1981년 미국 Nevada 호수에서 피부질환 및 눈병발생, 1989년 영국 Staffordshire에서 Microcystis aeruginosa에 의한 폐렴 및 두통 발생 등 많은 나라에서 남조류 대발생이 직, 간접적으로 야생동물이나 가축, 심지어 사람에게까지 심각한 피해를 주고 있다.4) 이에 따라 관련 국가나 정부의 조류발생 관리에 관한 노력들이 활발하게 이루어지고 있으며 특히 호주 New South Wales 주에서는 조류관리방안(Algal management Strategy) 을 마련하였다.
- 그러나 일반적으로 남조류인 Microsystis는 15℃ 이상에서 생육이 가능하지만 25℃ 이상에서 최대 성장률이 보이며, 남조류는 20℃ 이상에서 대발생한다고 조사되어 있다.7) 회야호에서도 역시 수온이 20℃ 이상일 때 남조류 개체수가 늘어남을 발견할 수 있다. 또한 pH 역시 남조류가 급격히 늘어나는 시기에는 9.
- 남조류 독소 시험결과에서는 MC-LR, MC-RR이 검출되었고, MC-LR의 최대농도는 424 ng/L, MC-RR의 최대농도는 117 ng/L로 먹는물 기준에도못 미치는 적은 농도였다. MC-RR의 농도가 가장 높게 나왔던 국내수계에서 이루어진 다른 연구들에서와 달리 회야호에서는 MC-LR이 가장 높은 검출량을 보였다. 이는 기후나 환경요인에 따라 종조성이나 독소량이 크게 변화하는 남조류의 특성상 계속적인 모니터링으로 확인할 필요성이 있다.
- 그 중 Microcystis 의 개체수가 최소 41%에서 최대 94%를 차지하였고, Anabaena와 Oscillatoria의 순으로 존재하였다. Microcystis의 수가 크게 늘었다가 줄어들 때 Anabaena의 개체수가 늘어나는 경향성을 보이는데, 이것은 질소를 고정하는 이형세포를 가진 Anabaena가 Microcystis의 대번성 이후 질소영양염이 부족한 환경에서 성장이 유리함과 관련있어 보인다. 이 시기의 수온과 남조류 개체수의 유의성 검정결과, 남조류 개체수는 수온과 양의 상관관계임을 다시 확인할 수 있었다(Fig.
- Table 11에서 볼 수 있는 것과 같이 연구기간 동안 회야호에서 발생한 남조류는 Microcystis, Anabaena, Oscillatoria였고, 세 종류 모두 남조류 독소(Cyanotoxins)를 생성하는 조류종이다. 그 중 Microcystis 의 개체수가 최소 41%에서 최대 94%를 차지하였고, Anabaena와 Oscillatoria의 순으로 존재하였다. Microcystis의 수가 크게 늘었다가 줄어들 때 Anabaena의 개체수가 늘어나는 경향성을 보이는데, 이것은 질소를 고정하는 이형세포를 가진 Anabaena가 Microcystis의 대번성 이후 질소영양염이 부족한 환경에서 성장이 유리함과 관련있어 보인다.
- 3의 변동범위를 나타내었고 조사 지점별 차이는 적었다. 그리고 T-N 농도는 site1에서 평균 1.590 mg/L, site2에서는 평균 1.463 mg/L, site3에서는 평균 1.967 mg/L로 측정되었으며, T-P 농도는 site1에서 평균 0.048 mg/L, site2에서 평균 0.050 mg/L, site3에서 평균 0.074mg/L로 측정되어 일반적인 부영양화단계의 조건(0.20 mg/L for T-N, 0.020 mg/L for T-P)을 초과함을 확인할 수 있었다 (Table 10).
- 2012년 남조류가 발생한 기간 동안 이루어진 6차례의 조사에서 회야호에서 발생한 남조류종은 Microcystis, Anabaena, Oscillatoria였고, 그 중 Microcystis의 개체수가 최소 41%에서 최대 94%를 차지하였다. 남조류 독소 시험결과에서는 MC-LR, MC-RR이 검출되었고, MC-LR의 최대농도는 424 ng/L, MC-RR의 최대농도는 117 ng/L로 먹는물 기준에도못 미치는 적은 농도였다. MC-RR의 농도가 가장 높게 나왔던 국내수계에서 이루어진 다른 연구들에서와 달리 회야호에서는 MC-LR이 가장 높은 검출량을 보였다.
- Table 12와 달리 MC-LR, MC-RR, MC-YR 등의 농도가 Microcystis 의 현존량과 높은 양의 상관관계를 가지는 것을 알 수 있다. 따라서 Microcystins의 농도가 증가하는 시기에는 그 농도가 Microcystis의 현존량 이외의 다른 환경요인의 영향을 받을 수 있으나 농도가 감소하는 시기에는 Microcystis의 현존량이 Microcystins의 농도에 가장 직접적인 영향을 미치는 요인임을 알 수 있었다. 최7)의 연구에서도 같은 결과를 찾아볼 수 있었다.
- 회야호에 대한 이번 연구에서는 Microcystin-LR (MC-LR)와 Microcystin-RR (MC-RR)이 주로 검출되었으며 MC-LR 의 농도는 최대 424 ng/L, MC-RR은 최대 117 ng/L로 검출되었다. 먹는물 기준에는 못 미치는 농도로 검출되기는 했으나 Microcystins중 가장 독성이 강하다고 알려진 MC-LR의 농도가 높았다. MC-RR만 검출되었던 소양호8)나, MC-RR의 농도가 가장 높았던 낙동강 하류 수계에 대한 연구7)와는 다른 회야호만의 특징으로 보여진다.
- 0 이상으로 나타나 남조류의 대발생이 pH 상승을 유도한다고 생각된다. 반면, 회야호의 4년 동안의 T-N의 평균 농도의 범위는 1.101~2.926 mg/L, T-P의 평균 농도의 변화는 0.015~0.064 mg/L로 이미 부영양화단계이므로, 남조류 개체수는 영양염류보다는 수온과 pH에서 상대적으로 높은 양의 상관관계를 보였다.
- 연구기간 동안 6차례의 분석결과로 계산한 남조류종과의 상관관계(Table 12)에서는 MC-LR과 Anatoxin-a의 경우는 Microcystis보다는 Anabaena와 유의한 상관관계를 보인다. 하지만 Microcystis에 비해 개체수가 월등히 적은 Anabaena와 Cyanotoxins 농도사이에 유의성이 있다고 보기는 어려우므로 Cyanotoxin의 농도가 증가하는 시기와 감소하는 시기로 나누어 유의성을 검토해 보았다.
- 용존된 Cyanotoxins의 농도는 발생초기에 높았고, 조체속 Cyanotoxins의 농도는 남조류의 개체수가 감소하는 시기에 최대가 되었다가 낮아지는 경향성을 보였다. 그러므로 남조류 발생에 따른 조류 경보가 발령된다면 남조류 개체수가 줄어드는 시기 이후에 오히려 조류독소에 대한 모니터링을 강화해야 할 것으로 판단된다.
- Microcystis의 수가 크게 늘었다가 줄어들 때 Anabaena의 개체수가 늘어나는 경향성을 보이는데, 이것은 질소를 고정하는 이형세포를 가진 Anabaena가 Microcystis의 대번성 이후 질소영양염이 부족한 환경에서 성장이 유리함과 관련있어 보인다. 이 시기의 수온과 남조류 개체수의 유의성 검정결과, 남조류 개체수는 수온과 양의 상관관계임을 다시 확인할 수 있었다(Fig. 4).
- 이번 조사에서 정수장으로 유입되는 원수에서는 Anatoxina는 검출되지 않았고 총 Microcystins의 농도가 최대 0.182µg/L가 검출되었다.
- 취수탑에서 취수되어 정수장으로 유입되는 원수에서의 Cyanotoxins을 조사한 결과 최고 농도는 MC-LR이 128 ng/L, MC-RR이 58 ng/L, MC-YR이 10 ng/L로 먹는물 기준 1,000 ng/L에도 크게 못미치는 수준이었다. 이것은 2012년에는 많은 강우와 늦더위가 사라진 기후덕분에 남조류가 급번성하지 않았고 발생기간이 짧았기 때문으로 보여진다.
- 질량분석장치 이온화 방식은 ESI (Electro Spray Ionization) Positive Mode를 이용하여 분석하였으며, 자세한 LC-MS/MS 분석조건은 아래 Table 2와 같다. 확정된 분석 조건을 이용한 조류독소물질 5종의 Mass Chromatogram을 확인한 결과 검출피크는 Anatoxin-a는 0.8분대, Microcystin-RR은 2.38분대, Microcystin-YR, LR은 각각 3.52, 3.72분대, LA는 4.55분대로 모두 5분 이내에 검출되었다. MRM parameter에 대해서 Table 3에 나타내었다.
- 회야호에 대한 이번 연구에서는 Microcystin-LR (MC-LR)와 Microcystin-RR (MC-RR)이 주로 검출되었으며 MC-LR 의 농도는 최대 424 ng/L, MC-RR은 최대 117 ng/L로 검출되었다. 먹는물 기준에는 못 미치는 농도로 검출되기는 했으나 Microcystins중 가장 독성이 강하다고 알려진 MC-LR의 농도가 높았다.
후속연구
- 용존된 Cyanotoxins의 농도는 발생초기에 높았고, 조체속 Cyanotoxins의 농도는 남조류의 개체수가 감소하는 시기에 최대가 되었다가 낮아지는 경향성을 보였다. 그러므로 남조류 발생에 따른 조류 경보가 발령된다면 남조류 개체수가 줄어드는 시기 이후에 오히려 조류독소에 대한 모니터링을 강화해야 할 것으로 판단된다.
- 그리고 회야댐의 취수구는 26 M와 20 M 두 지점에 있어 남조류 발생시 조류유입과 냄새물질 유입을 최소화하기 위해 취수구를 변경하는데 취수구 위치 변경으로 인한 차이도 있다. 그러므로 향후 게속적인 모니터링도 필요하지만, 수심별, 시간대별 조류 농도의 변화와 냄새물질 및 조류독성물질의 분포로 조사하여 그 관계를 규명하여 정수장 취수구 운영에 활용한다면 정수공정처리 이전에 독성물질이나 냄새물질의 유입을 최소화할 수 있어 더 원활한 공정운영이 가능할 것이다.
- 13) 회야정수 처리장은 중오존시설과 활성탄여과시설의 고도처리시설을 갖추고 있으므로 독성조류의 처리가 가능할 것으로 보인다. 그렇지만 기상이변이 잦은 만큼 언제든 남조류 대발생과 고농도의 독성발생의 가능성이 존재하므로 수심별 조류 독성의 거동과 정수 처리과정에서의 공정별 처리효율에 대한 연구가 필요하다.
- 따라서 부영양화단계인 회야호에서의 남조류 번식에는 대류식 폭기기의 가동으로 여름철 성층화된 심수층의 차가운 물을 순환시킴으로써 표층의 수온을 낮추어 주면 남조류 발생 저감에 도움이 될 것이다.
- MC-RR의 농도가 가장 높게 나왔던 국내수계에서 이루어진 다른 연구들에서와 달리 회야호에서는 MC-LR이 가장 높은 검출량을 보였다. 이는 기후나 환경요인에 따라 종조성이나 독소량이 크게 변화하는 남조류의 특성상 계속적인 모니터링으로 확인할 필요성이 있다.
- Table 14에서와 같이 이 연구에서는 Cyanotoxins 농도는 수온, pH 및 T-P와 강한 양의 상관관계를 보였다. 하지만 전체적으로 Cyanotoxins의 농도가 낮고, 조사연구가 이루어진 2012년은 예년에 비해 남조류 발생기간이 짧았기 때문에 계속적인 모니터링과 추가 연구가 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.