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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 가축 매몰지의 침출수를 대상으로 매몰시간의 경과에 따른 침출수의 물리 · 화학적 특성 변화와 유해 미생물의 분포 특성을 파악하는 것이다.
- 이를 통하여 가축 매몰에 따라 발생되는 침출수내 유해 미생물의 종류와 특성에 대한 기초 정보를 제공하는 것과 동시에 환경위해성평가에 기초적 자료로 활용됨으로써 가축 매몰지 사후관리기법 정립에 도움이 되고자 한다.
제안 방법
- 본 연구에 사용된 미생물 배양에 이용된 배지(medium)들은 DIFCO Co.(USA)에서 구입하여 사용하였으며, 배양 후 형성된 집락(colony)은 크기, 모양과 색 등의 형태학적 특성에 따라 분류, 무작위로 다수의 콜로니를 선택하였으며, 3회의 계대 배양을 통해 미생물을 순수 분리하였다.
- 200 µL를 분주하고, vortex mixing하여 균질화 하는 과정을 총 3회 반복하였다.
- PCR은 95℃ 5분간의 denaturation 단계, 56oC의 Annealing 단계와72℃의 extension 단계를 각 45초씩 총 38회 시행 후, post-extension을 72oC 10분간 시행하여 4oC에 보관하고, 5 L의 PCR 산물을 ethidium bromide가첨가된 1.8% agarose에서 전기 영동하여 확인하였다.
- 구제역으로 인하여 조성된 매몰지의 매몰경과에 따른 침출수의 물리화학생물학적 특성 변화를 조사하였다. 매몰초기에 비하여 매몰중기의 침출수의 물리적 특성 변화는 수소이온농도는 감소하였으며, 산화환원전위와 용존산소는 증가하였다.
- 대상 매몰지에 대하여 매몰경과에 따른 침출수의 화학·생물학적 특성 변화를 파악하기 위하여 총유기탄소를 포함한 10개 항목에 대하여 정량분석을 실시하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다.
- 매몰시기 경과에 따른 침출수의 물리 · 화학적 특성변화 및 유해 미생물 분포 특성 변화를 파악하기 위하여 매몰 초기(매몰 종료후 약 5개월 경과)인 2011년 6월과 매몰 중기(매몰 종료후 약 20개월 경과)인 2012년 9월에 동일 매몰지에 대하여 침출수를 채취하였으며, 이 중 한 지역(CL-4)에 대하여 2012년 6월부터 9월까지 총 5회에 걸쳐 시간에 따른 침출수 특성 변화를 집중적으로 조사 하였다.
- 100℃의 heat block에서 5분 동안 배양과 4℃의 냉장고에서 5분 동안의 배양을 거친 시료를 13,000 rpm, 10분 동안 원심분리하였다. 상등액에 대한 농도는 nanodrop(Nanodrop ND-1000)를 이용하여 측정하였다. PCR은 95℃ 5분간의 denaturation 단계, 56oC의 Annealing 단계와72℃의 extension 단계를 각 45초씩 총 38회 시행 후, post-extension을 72oC 10분간 시행하여 4oC에 보관하고, 5 L의 PCR 산물을 ethidium bromide가첨가된 1.
- 그리고 침출수 시료는 화학분석을 위해 4℃ 이하로 냉장보관 하였다. 양이온 주성분 원소인 Na+, Ca2+에 대한화학분석은 유도결합플라즈마(ICP, ULTIMA2, Horiba)를 이용하였고, PO4-P, SO42-, Cl-, NO3-N과 같은 음이온 분석은 이온크로마토그래피(IC, IC861, Metrohm)를 이용하였다. 그리고 총유기탄소(TOC, total organic carbon) 함량은 총유기탄소 분석기(TOC, TOC-5000A, Shimadzu)를 이용하였으며, 총대장균군 (total coliforms)은 환경정책기본법 제 10조의 환경기준에 의거하여 최적확수 시험법으로 측정하였다.
- 8% agarose에서 전기 영동하여 확인하였다. 염기서열분석 및 동정을 위하여 PCR 산물은 Geneall kit를 이용하였으며 (Table 2), 정렬된 염기서열은 Basic Local Alignment Search Tool (BLAST)와 GenBank database를 이용하여 비교분석 하였다.
- 채취된 침출수는 현장에서 0.45 µm 기공 크기의 필터를 이용하여 부유물질을 제거한 후, 수소이온농도(pH, TOA HM-14P), 산화환원전위(Eh, TOA HM-12P), 전기전도도(EC, TOA CM-14P), 용존산소(DO, YSI 95), 그리고 총고용물질(TDS, HACH COS50)을 측정하였다.
- 총 16개의 침출수 시료에서 1 mL를 취하여 생리식염수 용액 9 mL과 혼합하여 1분간 vortex하였으며, 균질화한 후 10-1 ∼ 10-7으로 십진 희석하였다.
- 으로 십진 희석하였다. 희석액은 5 종류 (Blood agar plate, Macconkey agar plate, Salmonella-Shigella agar, Choco agar 및 thiosulfate citrate bile salts sucrose agar)의 호기성 선택배지를 이용하여 5~8%의 CO2 조건에서 24시간 동안 호기성배양을 실시하였으며, 2 종류(Phenylethanol agar 및 Brucella agar)의 혐기성 선택배지를 이용하여 48시간동안 혐기성 배양을 실시하였다. 본 연구에 사용된 미생물 배양에 이용된 배지(medium)들은 DIFCO Co.
대상 데이터
- 매몰시기 경과에 따른 침출수의 물리 · 화학적 특성변화 및 유해 미생물 분포 특성 변화를 파악하기 위하여 매몰 초기(매몰 종료후 약 5개월 경과)인 2011년 6월과 매몰 중기(매몰 종료후 약 20개월 경과)인 2012년 9월에 동일 매몰지에 대하여 침출수를 채취하였으며, 이 중 한 지역(CL-4)에 대하여 2012년 6월부터 9월까지 총 5회에 걸쳐 시간에 따른 침출수 특성 변화를 집중적으로 조사 하였다. 대상 매몰지내 설치되어있는 관측공에서 지하수 채수에 사용되는 베일러(bailer)를 이용하여 침출수를 채취하였다. 채취된 침출수는 현장에서 0.
- 연구대상 가축 매몰지는 2011년 1월에 구제역으로 인하여 폐사된 가축을 대상으로 2010년 11월 환경부가 고지한 “가축 매몰지 환경관리지침”을 기반으로 조성되었다. 대상 매몰지는 전국 3개도 지역 내 총 4개 매몰지이며, 구체적인 현황은 Table 1에 나타내었다.
- 연구대상 가축 매몰지는 2011년 1월에 구제역으로 인하여 폐사된 가축을 대상으로 2010년 11월 환경부가 고지한 “가축 매몰지 환경관리지침”을 기반으로 조성되었다.
이론/모형
- 양이온 주성분 원소인 Na+, Ca2+에 대한화학분석은 유도결합플라즈마(ICP, ULTIMA2, Horiba)를 이용하였고, PO4-P, SO42-, Cl-, NO3-N과 같은 음이온 분석은 이온크로마토그래피(IC, IC861, Metrohm)를 이용하였다. 그리고 총유기탄소(TOC, total organic carbon) 함량은 총유기탄소 분석기(TOC, TOC-5000A, Shimadzu)를 이용하였으며, 총대장균군 (total coliforms)은 환경정책기본법 제 10조의 환경기준에 의거하여 최적확수 시험법으로 측정하였다.
성능/효과
- 매몰지 조성시 사용된 생석회에 의한 pH 증가보다 유기산 생성균의 활성화 등에 의한 유기산 생성이 우월하게 나타난 것으로 판단되어 진다. Eh는 증가하여 환원환경에서 산화환경으로 변화되었으며, DO 또한 증가하여 혐기환경에서 호기환경으로 변화되었다. 이는 가축사체로 유래된 미생물의 활성화가 감소되어 미생물에 의한 산소 소비량의 감소와 일부의 매몰지내 외부 공기 유입 등으로 판단되어 진다(Choi et al.
- 화학적 특성 변화는 총대장균군을 제외한 모든 분석항목에서 함량이 증가하였으며, 특히 중탄산이온은 미생물 분해과정을 진행에 의하여 가장 많이 증가하였다. 매몰시간에 경과에 따라 침출수내 분포하는 미생물에 대하여 분자생물학적 분석한 결과, 매몰초기와 중기에 Lysinibacillus sphaericus이 동시에 동정되었으며, 매몰초기에는 Bacillus pumilus, Pseudoclavibacter helvolus, Pseudochrobactrum saccharolyticum, Corynebacterium callunae이 동정되었으며, 매몰중기에는 이와 다르게 Bacillus cereus, Bacillus circulans, Corynebacterium glutamicum로이 동정되었다. 이중 설사 유발균으로 널리 알려진 B.
- 동일한 매몰지에서 매몰시간 경과에 따라 미생물의 분포특성이 다르게 나타났다. 매몰초기 침출수에서 동정된 미생물은 Lysini-bacillus sphaericus, Bacillus pumilus, Pseudoclavibacter helvolus, Pseudochrobactrum saccharolyticum, Coryne-bacterium callunae 로 나타났으며, 매몰중기에는 이와 다르게 Bacillus cereus, Lysinibacillus sphaericus, Bacillus circulans, Corynebacterium glutamicum로 나타났다. 부패가 진행되고 있는 침출수에서는 구제역 바이러스(foot and mouth virus)을 포함한 수인성 원생동물문(Waterborne protozoa) 등이 검출되고 있다.
- 대상 매몰지에 대하여 매몰경과에 따른 침출수의 물리적 특성 변화를 Table 3에 나타내었다. 매몰초기(매몰경과 5개월)와 매몰중기(매몰경과 20개월)의 침출수에 대하여 물리적 특성을 비교 해본 결과, pH는 매몰초기에 5.57~7.40의 약산성에서 중성범위를 나타냈지만 매몰중기에는 4.19~4.95의 산성범위로 감소하였다.
- 매몰초기에 비하여 매몰중기에서 총대장균군을 제외한 모든 분석항목에서 함량이 증가하였다. 총대장균군의 경우, CL-1에서 매몰초기에 14,136,000 MPN/100 mL에서 약 1/1,767배 감소하여 8,000 MPN/100 mL로 나타났다.
- 구제역으로 인하여 조성된 매몰지의 매몰경과에 따른 침출수의 물리화학생물학적 특성 변화를 조사하였다. 매몰초기에 비하여 매몰중기의 침출수의 물리적 특성 변화는 수소이온농도는 감소하였으며, 산화환원전위와 용존산소는 증가하였다. 화학적 특성 변화는 총대장균군을 제외한 모든 분석항목에서 함량이 증가하였으며, 특히 중탄산이온은 미생물 분해과정을 진행에 의하여 가장 많이 증가하였다.
- 가축 살처분 매몰지에서 일어나는 분해과정은 쓰레기 매립지와 비슷한 특성을 가지고 있으나 반응속도는 차이가 있으며, 분해과정은 총 5단계로 호기성미생물에 의하여 사체내 유기물이 분해되기 시작하는 초기 1단계, 사체분해에 의하여 COD함량, 유기산 증가 등의 산성 단계 (2~3단계)와 메탄 생성 단계 (4단계)를 거쳐 최종적으로 안정화 단계인 5단계로 진행되어 진다(MAF BioSecurity Authority, 2005). 본 연구의 대상 매몰지는 pH 감소와 용존이온 증가 등에 따른 산성단계로 판단되며, 매몰중기에 침출수내 급격한 중탄산 이온 함량증가는 미생물에 의한 분해과정에서 생성된 CO2 함량 증가에 따른 것이다. 총유기탄소, 총질소 및 인산염인의 증가 또한 사체 분해과정에 의한 침출수내 용존 함량 증가로 사료된다.
- 이로 인하여 Table 2에서 매몰시간 경과에 따라 침출수의 Eh와 DO의 증가 원인을 검증해준다. 분석항목 중 매몰시간 경과에 따라 가장 많이 증가 항목은 중탄산 이온이며, CL-1의 경우 매몰초기에 비하여 매몰중기에 약 1,100배 정도 증가하였다.
- 매몰초기에 비하여 매몰중기의 침출수의 물리적 특성 변화는 수소이온농도는 감소하였으며, 산화환원전위와 용존산소는 증가하였다. 화학적 특성 변화는 총대장균군을 제외한 모든 분석항목에서 함량이 증가하였으며, 특히 중탄산이온은 미생물 분해과정을 진행에 의하여 가장 많이 증가하였다. 매몰시간에 경과에 따라 침출수내 분포하는 미생물에 대하여 분자생물학적 분석한 결과, 매몰초기와 중기에 Lysinibacillus sphaericus이 동시에 동정되었으며, 매몰초기에는 Bacillus pumilus, Pseudoclavibacter helvolus, Pseudochrobactrum saccharolyticum, Corynebacterium callunae이 동정되었으며, 매몰중기에는 이와 다르게 Bacillus cereus, Bacillus circulans, Corynebacterium glutamicum로이 동정되었다.
후속연구
- cereus가 4지점의 매몰지 침출수 중 2지점에서 검출되었으며, 이 균은 환경저항성이 강하여 향후 매몰지 주변 지표수 또는 지하수 등의 수계에 영향을 미칠수 있을 것이다. 본 연구를 통해, 매몰 시간 경과에 따라 가축 매몰지의 침출수 특성 변화를 파악함으로써 가축매몰지 침출수에 의하여 주변 수계 오염 복원 또는 침출수 처리 시 중요한 자료로 활용 될 수 있을 것이라 판단되어 진다.
- 매몰시간에 경과에 따라 침출수내 분포하는 미생물에 대하여 분자생물학적 분석한 결과, 매몰초기와 중기에 Lysinibacillus sphaericus이 동시에 동정되었으며, 매몰초기에는 Bacillus pumilus, Pseudoclavibacter helvolus, Pseudochrobactrum saccharolyticum, Corynebacterium callunae이 동정되었으며, 매몰중기에는 이와 다르게 Bacillus cereus, Bacillus circulans, Corynebacterium glutamicum로이 동정되었다. 이중 설사 유발균으로 널리 알려진 B.cereus가 4지점의 매몰지 침출수 중 2지점에서 검출되었으며, 이 균은 환경저항성이 강하여 향후 매몰지 주변 지표수 또는 지하수 등의 수계에 영향을 미칠수 있을 것이다. 본 연구를 통해, 매몰 시간 경과에 따라 가축 매몰지의 침출수 특성 변화를 파악함으로써 가축매몰지 침출수에 의하여 주변 수계 오염 복원 또는 침출수 처리 시 중요한 자료로 활용 될 수 있을 것이라 판단되어 진다.
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