This paper aims to evaluate the results of toxicity testing with Daphnia magna and Vibrio fischeri on wastewater samples which might be influenced by ion imbalance. The effluents from factories were found to be more toxic with high salinity levels than those from public wastewater treatment plant (W...
This paper aims to evaluate the results of toxicity testing with Daphnia magna and Vibrio fischeri on wastewater samples which might be influenced by ion imbalance. The effluents from factories were found to be more toxic with high salinity levels than those from public wastewater treatment plant (WTP) and sewage treatment plant (SWP). Clion composition was highest in the effluent, in terms of percentage, which was followed by $Na^+$, $SO_4^{2-}$ and $Ca^{2+}$. $K^+$ and $Mg^{2+}$ ion was relatively low. The sensitivity of D. magna test results was higher than V. fischeri. Among samples which were proved by V. fischeri testing to be nontoxic, the composition ratio of each ion whether toxic samples or nontoxic samples which were decided by D. magna toxicity testing, were compared. $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ ion composition ratio showed high level in nontoxic samples whereas $SO_4^{2-}$ and $Cl^-$ ion composition ratio was high in toxic samples. Accordingly, $SO_4^{2-}$ and $Cl^-$ ion seemed to be considered the ions causing toxicity in effluent. Toxicity from some categories of industries (Mining of non-metallic minerals, Manufacture of basic organic petrochemicals, Manufacture of other basic organic chemicals, Manufacture of other chemical products etc.) seemed to be influenced by salinity. The Ion concentration in influent and effluent were similar. Concentration of $Na^+$, $Cl^-$, $K^+$, $Ca^{2+}$ ions were high in influent, however $Mg^{2+}$ and $SO_4^{2-}$ ions were high in effluent.
This paper aims to evaluate the results of toxicity testing with Daphnia magna and Vibrio fischeri on wastewater samples which might be influenced by ion imbalance. The effluents from factories were found to be more toxic with high salinity levels than those from public wastewater treatment plant (WTP) and sewage treatment plant (SWP). Clion composition was highest in the effluent, in terms of percentage, which was followed by $Na^+$, $SO_4^{2-}$ and $Ca^{2+}$. $K^+$ and $Mg^{2+}$ ion was relatively low. The sensitivity of D. magna test results was higher than V. fischeri. Among samples which were proved by V. fischeri testing to be nontoxic, the composition ratio of each ion whether toxic samples or nontoxic samples which were decided by D. magna toxicity testing, were compared. $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ ion composition ratio showed high level in nontoxic samples whereas $SO_4^{2-}$ and $Cl^-$ ion composition ratio was high in toxic samples. Accordingly, $SO_4^{2-}$ and $Cl^-$ ion seemed to be considered the ions causing toxicity in effluent. Toxicity from some categories of industries (Mining of non-metallic minerals, Manufacture of basic organic petrochemicals, Manufacture of other basic organic chemicals, Manufacture of other chemical products etc.) seemed to be influenced by salinity. The Ion concentration in influent and effluent were similar. Concentration of $Na^+$, $Cl^-$, $K^+$, $Ca^{2+}$ ions were high in influent, however $Mg^{2+}$ and $SO_4^{2-}$ ions were high in effluent.
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문제 정의
환경부에서는 이러한 염 성분에 대한 관리대책의 일환으로 폐수배출수의 생태독성원인이 유해물질이 아닌 단순 염(鹽) 성분이고 이 배출수가 해양으로 직접 방류되며 이것이 해양생태계에 영향이 없다고 증명할 수 있는 경우 행정처분을 제외시키는 예외 규정을 두고 있다(ME, 2017). 본 연구는 실제 조사된 배출수 등의 독성시험자료를 바탕으로 염을 함유한 폐수배출수가 야기할 수 있는 이온불균형이 물벼룩을 시험생물로 시험하는 생태독성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수행되었다.
본 연구는 폐수의 독성시험자료를 바탕으로 폐수배출수의 이온농도 및 이온 불균형이 물벼룩을 시험생물로 시험하는 생태독성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 총 199건의 폐수 시료를 대상으로 수행되었다. 폐수처리수를 개별사 업장과 폐·하수처리장개별사업장으로 구분하였을 때 평균적인 생태독성수준과 염분농도는 개별사업장이 높았다.
제안 방법
발광박테리아를 이용한 독성시험방법은 KS ISO 시험방법(KATS, 2009a)에 따라 V. fischeri를 이용하여 원폐수 및 단계별로 염화나트륨 용액(20 g/L)을 이용하여 희석된 시료(50 %, 33.3 %, 25 %, 16.7 %, 12.5 % ...)를 발광박테리아 현탁액과 혼합시켜 일정시간 경과 후 발광저해율을 측정하고 시료의 발광저해 효과는 EC50값을 산출하여 TU값으로 평가하였다. 일반적으로 발광박테리아 현탁액과 시료를 같은 양으로 혼합하므로 초기 희석농도는 50 %가 된다.
개별 사업장 배출수와 공공하수처리시설 및 폐수종말처리시설의 유입수 및 방류수 포함 총 199건의 시료(배출수 및 방류수 147건, 유입수 52건)를 대상으로 물벼룩 및 발광박테리아 2종의 시험생물을 이용하여 생태독성수준을 평가하였다. 물벼룩(D.
배출수의 염분, 전기전도도, pH, 용존산소는 다항목분석기(YSI model 556, YSI, USA)를 이용하여 측정하였고 경도는 경도계(HI 93735, HANNA Instruments, USA), 잔류염소는 잔류염소측정기(HI 93734, HANNA Instruments, USA), 암모니아는 암모니아 측정기(HI 93715, HANNA Instruments, USA)를 이용하였다. 음이온 물질(Cl-, SO42-)분석은 수질오염공정시험기준(ME, 2014b)에 따라 분석하였으며, 양이온 물질(Ca2+, K+, Mg2+, Na+)은 KS ISO 시험방법(KATS, 2009b)에 따라 Ion Chromatography(Professional IC 850, Metrohm, SWISS)를 이용 분석하였다.
대상 데이터
magna)을 이용한 급성독성시험은 수질오염공정시험기준(ME, 2014a)에 따라 시료를 단계별로 배양액을 이용하여 5개 농도군으로 희석한 후 각 농도군 별로 물벼룩을 넣고 24시간 후 죽었거나 유영저해를 나타내는 개체수를 확인하여 통계 프로그램(Probit or Trimmed Spearman-Karber)을 이용, EC50 값을 산출하고 TU값으로 평가하였다. 시험에 사용한 물벼룩은 국립환경과학원에서 계대배양하고 있는 물벼룩을 이용하였다. 발광박테리아를 이용한 독성시험방법은 KS ISO 시험방법(KATS, 2009a)에 따라 V.
데이터처리
물벼룩(D. magna)을 이용한 급성독성시험은 수질오염공정시험기준(ME, 2014a)에 따라 시료를 단계별로 배양액을 이용하여 5개 농도군으로 희석한 후 각 농도군 별로 물벼룩을 넣고 24시간 후 죽었거나 유영저해를 나타내는 개체수를 확인하여 통계 프로그램(Probit or Trimmed Spearman-Karber)을 이용, EC50 값을 산출하고 TU값으로 평가하였다. 시험에 사용한 물벼룩은 국립환경과학원에서 계대배양하고 있는 물벼룩을 이용하였다.
이론/모형
시험에 사용한 물벼룩은 국립환경과학원에서 계대배양하고 있는 물벼룩을 이용하였다. 발광박테리아를 이용한 독성시험방법은 KS ISO 시험방법(KATS, 2009a)에 따라 V. fischeri를 이용하여 원폐수 및 단계별로 염화나트륨 용액(20 g/L)을 이용하여 희석된 시료(50 %, 33.
배출수의 염분, 전기전도도, pH, 용존산소는 다항목분석기(YSI model 556, YSI, USA)를 이용하여 측정하였고 경도는 경도계(HI 93735, HANNA Instruments, USA), 잔류염소는 잔류염소측정기(HI 93734, HANNA Instruments, USA), 암모니아는 암모니아 측정기(HI 93715, HANNA Instruments, USA)를 이용하였다. 음이온 물질(Cl-, SO42-)분석은 수질오염공정시험기준(ME, 2014b)에 따라 분석하였으며, 양이온 물질(Ca2+, K+, Mg2+, Na+)은 KS ISO 시험방법(KATS, 2009b)에 따라 Ion Chromatography(Professional IC 850, Metrohm, SWISS)를 이용 분석하였다.
성능/효과
magna 생태 독성값 변동계수(CV)를 도시한 것이다. 대부분 100% 이상을 보였으며 특히 36)합성수지 및 기타 플라스틱물질 제조시설과 80)도금시설 업종은 CV값이 200 % 이상으로 나타나 같은 업종이라도 각 개별사업장간 독성값은 큰 차이를 보였다. 가장 낮은 값을 나타낸 3)비금속광물광업시설 업종은 구성원 모두 해사를 세척하여 골재를 생산하는 해사세척시설로 유사한 폐수처리과정을 거치기 때문으로 생각된다.
5는 폐수종말처리시설(12개소) 및 공공하수처리시설(4개소)의 유입수 및 방류수의 주요이온농도와 각 이온별로 유입수와 방류수의 상관정도를 도시한 것이다. 모두 r2값이 0.70 (Mg2+) ~ 0.99 (Na+ )정도 수준으로 폐수 처리 전후 이온농도는 큰 차이가 없었으며, 추세선의 기울기로 판단할 때 Na+, Cl-, K+, Ca2+이온은 기울기가 1보다 작아 유입수가 방류수보다 높은 이온농도를 보였고, Mg2+, SO42- 이온은 추세선의 기울기가 1보다 크게 나타나 유입수보다 방류수의 이온농도가 더 높은 경향을 보였다(Fig. 5).
즉, Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 이온들은 독성을 나타내지 않았던 시료 그룹이 더 높은 이온 구성비를 차지하고 있었으 며, SO42- 및 Cl- 이온은 독성을 보였던 시료에서 더 높은 경향을 보였다. 이 결과로만 볼 때 배출수내 염분 등 이온 성분에서 주로 SO42- 및 Cl- 이온이 독성을 높이는 데 관여하는 것으로 사료되었다.
조사된 배출수 및 방류수 시료에서 개별사업장 배출수(126개 사업장)가 물벼룩 독성기준 평균 TU 3.9로서 폐·하수처리장 방류수(21개 사업장)의 평균 TU 0 ~ 0.3 보다 높 은 수준을 보였고 개별사업장 간 독성도 큰 폭의 차이를 보였다. 염분농도도 개별사업장이 평균 5.
폐수배출시설 업종 중 3)비금속광물광업시설, 27)석유화학계 기초화합물 제조시설, 30)기타 기초유기화합물제조시설, 48)기타 분류되지 아니한 화학제품제조시설은 염분농도, V. fischeri시험결과 및 D. magna시험결과를 종합적으로 판단할 때 염분농도가 독성을 야기한 원인으로 판단되었다.
본 연구는 폐수의 독성시험자료를 바탕으로 폐수배출수의 이온농도 및 이온 불균형이 물벼룩을 시험생물로 시험하는 생태독성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 총 199건의 폐수 시료를 대상으로 수행되었다. 폐수처리수를 개별사 업장과 폐·하수처리장개별사업장으로 구분하였을 때 평균적인 생태독성수준과 염분농도는 개별사업장이 높았다. 주요이온농도 구성비는 Cl-이온이 가장 많은 비율을 차지하였고, 계속해서 Na+, SO42-, Ca2+ 순이었으며 K+ 및 Mg2+는 상대적으로 가장 낮았다.
폐하수처리시설 유입수와 방류수간 이온농도차이는 크지 않았으며 Na+, Cl-, K+, Ca2+이온은 유입수의 이온농도가, Mg2+, SO42- 이온은 방류수의 이온농도가 더 높은 경향을 보였다.
후속연구
수생생물에 필수 이온은 무기이온인 Ca2+, Mg2+, Na+ 등으로 알려져 있는데 이들의 양이 수생생물이 견딜 수 있는 범위를 초과하거나 부족한 경우 수질환경기준을 준수하더라도 생태독성결과에 독성을 야기하므로 뚜렷한 독성물질이나 유해물질이 배출되지 않는 폐수 처리수에 대해서는 이를 보다 적절하게 관리할 수 있는 제도적 수단이 필요하다. 특히 해양으로 배출되고 생태독성 원인물질이 ‘염’으로 생각되는 경우 이에 대한 합리적인 독성평가방법이 요구된다.
수생생물의 경우 외부와 내부의 이온균형을 맞추기 위해 에너지를 소모하는데 환경 변화에 따른 이온불균형이 나타나면 이것은 성장이나 생식시기에 만성적인 독성으로 작용하게 되므로 폐수처리수의 생태독성을 평가하는 경우 이러한 이온성 물질들의 불균형에 의한 영향도 고려되어야 하며, 이러한 불균형을 해소시키기 위한 폐수처리공정 개선 등의 연구가 필요할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시료의 이온 불균형이 모든 상황에서 독성물질로 간주되어야 하는지 논란이 있는 이유는?
특히 폐수 배출에 의해 야기될 수 있는 이온 불균형 문제는 생태독성 시험 시 독성을 일으킬 수 있다(SETAC, 2004). 이온 불균형 문제가 높은 수준의 이온 농도뿐만 아니라 배출수내 이온 농도가 충분하지 않은 경우(응축수의 배출 등)도 포함될 수 있으므로 배출수의 이온 불균형과 연관된 독성은 배출수의 이온농도 및 몰농도 비율을 초과하거나 시험 생물종의 생리학적 인내수준을 맞추지 못하는 경우 나타난다. 이런 현상 때문에 시료의 이온 불균형이 모든 상황에서 독성물질로 간주되어야 하는지는 논란이 되고 있다 (SETAC, 2004; William et al.
생태독성을 야기하는 원인물질과 각 물질들이 차지하는 비율은 어떻게 되는가?
생태독성을 야기하는 원인물질과 각 물질들이 차지하는 비율은 염(31.4 %), 유기화합물(25.7 %), 중금속(22.8 %), 산화제(14.3 %) 및 암모니아(5.7 %) 등으로 알려져 있는데 염성분에 의한 경우가 상대적으로 높은 비율을 차지한다(ME, 2008). 일반적으로 물속에 존재하는 이온들이 일정 농도를 초과하거나 낮은 경우 또는 이온들의 구성 비율이 큰 차이를 보이는 경우 수생 생물에 악영향을 미칠 수 있다.
물속에 존재하는 이온들이 수생 생물에 악영향을 미치는 경우는 어떤 경우인가?
7 %) 등으로 알려져 있는데 염성분에 의한 경우가 상대적으로 높은 비율을 차지한다(ME, 2008). 일반적으로 물속에 존재하는 이온들이 일정 농도를 초과하거나 낮은 경우 또는 이온들의 구성 비율이 큰 차이를 보이는 경우 수생 생물에 악영향을 미칠 수 있다. 특히 폐수 배출에 의해 야기될 수 있는 이온 불균형 문제는 생태독성 시험 시 독성을 일으킬 수 있다(SETAC, 2004).
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