초록 ▼

5. 연구결과
1. 노로바이러스 등 병원성미생물 오염실태 조사
◎ 금년도(2013) 조사에서는 조사시기(12-4월)를 고려하여 총 100개소(강원도 8개소, 경기도 17개소, 부산광역시 및 울산광역시 6개소, 경상남도 및 경상북도 19개소, 충청남도 및 충청북도 21개소, 대전광역시 4개소, 전라남도 및 전라북도 17개소, 제주특별자치도 8개소)를 선정하여 1회 조사를 실시하였다. 100개소의 지하수 중 소규모 수도시설은 총 14개소, 일반 지하수 시설은 총 86개소로 선정되었다. 또한 분원성 오염가능성이 높은 관정, 또

5. 연구결과
1. 노로바이러스 등 병원성미생물 오염실태 조사
◎ 금년도(2013) 조사에서는 조사시기(12-4월)를 고려하여 총 100개소(강원도 8개소, 경기도 17개소, 부산광역시 및 울산광역시 6개소, 경상남도 및 경상북도 19개소, 충청남도 및 충청북도 21개소, 대전광역시 4개소, 전라남도 및 전라북도 17개소, 제주특별자치도 8개소)를 선정하여 1회 조사를 실시하였다. 100개소의 지하수 중 소규모 수도시설은 총 14개소, 일반 지하수 시설은 총 86개소로 선정되었다. 또한 분원성 오염가능성이 높은 관정, 또는 오염이 일어났던 관정의 주변 관정을 선정하여 노로바이러스와 분원성 지표세균, 주변오염원 및 관정제원 조사를 수행하였다.
◎ 조사 대상 지하수 관정의 세균지표들의 검출빈도는 일반세균의 경우 100 CFU/ml이 초과된 지점이 4개소(4.0%), 총대장균이 검출된 지점이 17개소(17.0%), 대장균이 검출된 지점은 5개소(5.0%)로 조사되었다. 또한 노로바이러스 양성을 보인 관정은 총 6개소(6.0%)로 조사되었다. 지역별 오염도는 총대장균군과 대장균의 경우 부산 및 울산광역시, 경상남도 및 경상북도, 전라남도 및 전라북도, 제주도 순으로 높았다. 이는 이전까지 조사되었던 지역 내 지하수의 분원성 오염이 가장 높게 나타난 지역과 비슷한 결과이다. 따라서 지하수 중 미생물 관리 대책에 있어 지역적 특성을 반영할 필요가 있는 것으로 판단된다.
◎ 이화학적 자료들과 총대장균군 간의 상관성을 파악하기 위해 Wilcoxon test를 수행하였다<표 21>. 사용된 분석방법에서 신뢰한계가 Ρ≤0.05인 변수들을 확인하였다. 총 대장균군의 검출/불검출을 기준으로 나눈 시료를 토대로 통계적 유의성을 검증한 결과 두 군집간의 통계적 유의성을 갖는 변수들은 온도 및 탁도로 판단되었다. 탁도의 경우 총대장균군 검출과 불검출 시료에서 각각 0.98 NTU, 0.21 NTU의 평균값을 보였다. 이는 총대장균군 검출 해당 지하수계가 지표 오염 물질 유입에 취약한 환경(토양필터링의 작용이 미흡한 환경)임을 지시한다. 따라서 2012년에 수행한 ‘지하수 중노로바이러스 등 병원생미생물 조사연구’에서 수행한 오염 실태조사 결과와 마찬가지로 총대장균군에 대한 지하수 오염을 판단하고 관리할 때 지하수계의 탁도 수치가 유용한 인자임을 재확인하였다.
◎ 검출지점에 대한 노로바이러스 동정 결과 모두 GII.17으로 조사되었다. 인구가 밀집된 수도권이나 경상도에서 높은 노로바이러스 검출률을 보인 이전까지의 연구결과에 달리 상대적으로 인구밀도가 낮은 지역에서만 검출되었다. 이러한 결과는 관정 주변에 존재하는 특정한 오염원의 존재로 인한 것으로 판단된다. 지하수의 노로바이러스 오염은 다양한 경로를 통해 이루어질 수 있고 그 원인을 파악하기 어렵다는 특징을 보인다. 1회 조사 후 검출된 지점을 폐쇄하는 기존의 관리방안보다는 노로바이러스가 검출된 지역에 대해 장기간 심층조사를 수행하여 노로바이러스 오염의 재발방지를 위한 대책마련 연구가 필요할 것으로 판단된다.
◎ 금년도에 수행한 노로바이러스 오염 실태 조사의 주요 목적의 하나는 이전까지 부족했던 겨울철 시료에 대한 자료를 보완하는 것이었다. 2007년부터 확보된 겨울 이외 시기의 시료수가 약 1,200 개 정도이고, 금년 과제에서 분석한 겨울철 시료는 100 개가 분석되었다. 과거의 연구와 비교해 볼 때 바이러스가 상대적으로 겨울철에 더 높은 양성율을 보이는 반변에 세균 및 박테리오파지는 여름철에 더 높은 양성율을 보였다<표 22>. 또한, 노로바이러스의 검출은 계절성(seasonality)과 연관성이 있음이 보고되어졌다(Ayukekbong et al, 2013). 따라서 시료수의 비대칭성은 노로바이러스 오염과 계절적 특성의 관계를 판단하는데 제한요소로 작용할 수밖에 없다. 이와 같은 비대칭성을 보완하고 노로바이러스의 계절적 영향을 판단하기 위해서는 다년간 월별 또는 분기별로 시료를 동일하게 분배하여 조사하는 전략으로 지하수 중 노로바이러스의 모니터링이 수행되어야 할 것이다.

2. 지하수 병원성미생물 오염원 관리 대책 마련 기초 연구
가. 지하수 병원성미생물 오염관리 기법 개발
◎ 불포화대에서의 바이러스의 거동에 영향을 주는 인자로는 다양한 변수들이 존재한다. 즉, 점토광물과 수산화물, 유기물, 바이러스 등전점 및 크기, pH 및 이온 등 수용액의 특성 등의 여러 인자들에 따라 바이러스가 흡착 및 불활성을 거치며 복잡한 거동을 하게 된다(Park et al., 2012). 본 실험에서는 100 L의 오염원을 주입하여 두 지역(안성과 구리)에서 대장균파지 MS2와 뮤린노로바이러스의 거동을 살펴보았다.
◎ 선택류의 존재와 토양 중 용액의 확산 등 이동특성을 시각화하기 위해 500 g의 식용 청색 1호를 100 L의 물에 혼합하여 주입하였고, 주입 후 2 일 후에 토양을 굴삭하여 단면을 확인하였다. 두 지역 모두 40 cm 심도까지 침투 용액이 균등하게 도달하며 그 이하의 심도에서도 토양의 구조에 따라 불규칙하게 이동 가능함을 확인하였다. 또한, 토양 입자가 큰 구리지역이 입자 크기가 작은 안성지역의 토양에 비해 수평적인 확산 범위가 넓음을 확인하였다. 안성지역 조사시점 토양은 실트가 다량 협재되어 있는 전형적인 모래질 실트 토양을, 이에 반해, 구리지역 조사지점 토양은 전형적인 모래질 토양을 보였다. 토양 입자의 분포 특성을 나타내는 척도인 균등계수의 값을 비교해보면 안성지역 조사지점 토양의 균등계수는 평균 6.2, 이에 반해, 구리지역 조사지점 토양의 균등계수는 평균 12.1로 구리지역 조사지점 토양의 균등계수가 안성지역 조사지점 토양보다 평균 약 두 배 정도 높음을 확인하였다. 즉, 구리 지역 조사지점 토양의 입자 분포가 안성지역 조사지점 토양에 비해 상대적으로 고르지 못함을 지시하고 있다. 아울러, 토양 매질체 내 오염물질 이동에 있어서 중요한 척도인 투수계수(단위 시간당 흙의 단위 단면적을 흐르는 수량, 즉 흙 속을 흐르는 물의 통과 용이성을 나타내는 척도)의 값을 비교해 보면, 안성지역 조사지점 토양의 투수계수는 평균 0.025 cm/sec를, 구리지역 조사지점 토양의 투수계수는 평균 0.057 cm/sec 를 나타내었다. 즉, 구리지역 조사지점의 토양이 안성지역 조사지점 토양에 비해 상대적으로 오염물질의 이동이 물리적으로 용이할 수 있음을 지시하고 있다. 이러한 결과는 토양의 특성에 따라 용액이 이동하는 양상이 상당히 달라질 수 있으며, 따라서 토양에 따른 미생물의 거동 차이가 발생할 수가 있음을 보여준다. 한편, 불포화대의 거동 양상에서 중요한 인자로 알려진 선택류의 존재가 40 cm 이하의 심도 단면에서 확인되었으며, 이러한 선택류는 깊은 심도로의 병원성 미생물의 빠른 이동에 중요한 영향을 미치고 있다는 것을 알 수 있다.
◎ 안성지역에서 주입용액 100 L가 모두 토양에 투입되기까지 총 10시간이 걸렸으며, 3일 동안 지표기준 12 cm, 25 cm, 38 cm, 60 cm 심도의 토양수를 채수하였다. 뮤린노로바이러스는 심도 12 cm에서만 검출되었으며, 12 cm 심도에서 뮤린노로바이러스는 18 시간 이후에 qPCR과 플라크 측정법 결과 약 –0.04 Log PFU/h의 속도로 감염성이 감소되었다. 한편 qPCR 결과 12 cm 이하의 심도에서는 뮤린노로바이러스(6 X 10⁹ PFU 주입)가 검출되지 않았는데, 이는 대장균파지 MS2(2 X 10¹³ PFU 주입)에 비해 3000배 낮은 농도로 주입하여 심토까지 도달하기 이전에 표토에서 모두 제거되었기 때문으로 판단된다. 안성 지역에서 대장균파지 MS2는 채수 가능한 심도(12 cm, 25 cm, 60 cm)에서 모두 검출되었다. MS2의 플라크 측정 결과, 12 cm 심도에서 뮤린노로바이러스와 마찬가지로 18 시간 이후에 –0.04 Log PFU/h의 속도로 감염성이 감소하는 것으로 보인다. 이러한 결과는 바이러스가 토양 내 환경에서 시간이 지남에 따라 불활성화 됨을 지시한다. 한편 대장균파지 MS2가 검출된 12, 25, 60 cm 심도에서는 깊은 심도일수록 감염성 바이러스 입자가 낮은 빈도로 검출되었는데, 1 cm 깊어질수록 도달하는 바이러스의 양이 -0.09 Log PFU/cm의 속도로 감소함을 확인하였다. 또한, 12 cm 심도에서 염소이온의 농도는 주입용액과 큰 차이가 없었으나, 바이러스의 양은 주입용액 농도의 약 1/1000으로 감소하여 바이러스의 상당량이 토양에 흡착된 것을 알 수 있다. 따라서 토양층을 지나갈 때 바이러스는 시간에 따라 불활성화되어 감염성을 잃으며, 동시에 토양에도 흡착되어 깊은 심도에 도달하는 바이러스의 양은 뚜렷이 감소함을 지시한다.
◎ 안성 지역에서의 토양수 채취의 시료수가 적어 추가적인 분석을 위해 10 m 떨어진 지역의 지하수를 18일 동안 모니터링을 실시하였다. Nested-PCR 결과, 주입 후 1~5일 까지는 지속적으로 대장균파지 MS2의 핵산이 검출되며, 최대 2주까지 MS2 핵산이 검출되는 것을 확인하였다. 이처럼 빠른 시간 내의 검출 결과로 보아 오염원 주입후, 선택류에 의해 불포화대를 지나 포화대에 다다른 것으로 판단된다. 이는 불포화대에서 포화대까지 도달하는 시간, 그리고 포화대를 통해 10 m를 이동하는 시간이 불과 몇 시간 이내로 빠르게 이동할 수 있음을 의미한다. Nested-PCR 이후에 대장균 파지 MS2의 감염성을 확인하기 위해 플라크 측정법을 수행한 결과 감염성 입자가 3일 이후로 급속히 감소하며 최대 9일까지 감염성 입자가 검출되었다. 토양의 상태에 따라 바이러스 잔존율이 달라지며, 호주에서는 지하수 함양지역에서 14 m 떨어진 9 m 깊이의 지하수공(bore)에서 바이러스가 검출되었다고 보고된 바 있다(Park et al., 2012). 따라서 불포화대를 지나 지하수에 유입된 바이러스는 1주일 이상 감염성을 유지하며 잔존할 수 있고, 10 m 이상 떨어진 거리까지 바이러스가 도달함을 알 수 있다. 포화대로 유입된 바이러스의 최대 잔존 기간 및 이동 거리는 추후 다심도 관측정을 활용한 실험을 통해 추가 확인이 필요하다고 판단된다.
◎ 구리지역에서는 주입용액 100 L가 모두 토양에 투입되기까지 총 17시간이 걸렸으며 3일 동안 지표기준 12 cm, 25 cm, 71 cm, 91 cm 심도의 토양수를 채수하였다. 뮤린노로바이러스는 플라크 측정법과 qPCR에서 모두 검출되지 않았다. 이는 입자가 큰 구리 지역 토양에서의 수평적인 확산 및 낮은 농도로 인하여 뮤린노로바이러스가 대부분 토양에서 제거되었기 때문으로 판단된다. 대장균파지 MS2 플라크 측정법 결과, 12 cm 심도의 2개 시료를 제외한 모든 시료에서 검출되지 않았다. 반면에 qPCR에서는 대부분의 시료에서 검출되었다. 12 cm 심도에서는 대장균파지 MS2는 약 –0.06 log PFU/h의 속도로 감염성이 감소하였다. 36 cm, 71 cm, 91 cm 심도에서는 플라크 측정법에서 대장균파지 MS2가 검출되지 않았으나, qPCR에서는 플라크 측정법에 비해 상대적으로 높은 검출률을 보인다. 즉, 91 cm 심도까지 바이러스가 검출되나 25cm 심도 이하에서는 바이러스 대부분이 감염성을 잃는 것으로 판단된다. 하지만 91cm 심도에서 주입 후 32.5 시간에 플라크 측정법에서 1 PFU/ml이 검출되었는데, 이는 심토에서도 특정 조건이 조성되는 경우에 감염성 바이러스가 깊은 곳까지 도달할 가능성이 있음을 지시한다.
◎ 대장균파지 MS2와 뮤린노로바이러스는 크기, 모양, 핵산 면에서 비슷한 특징을 보이나, 등전점(isoelectric point)에서의 차이가 있다. 이전의 보고에 의하면, 등전점은 수용액상에서 바이러스 표면전하를 결정하므로 토양 흡착에 미치는 영향이 크다. 등전점이 낮을수록 바이러스 입자 표면의 음전하가 증가하므로, 환경 내에서 음전하를 띄는 토양 입자와 반발력이 커져 토양 입자에 잘 부착되지 않는다. 대장균파지 MS2가 뮤린노로바이러스에 비해 음전하를 더 띄므로 토양에 부착이 잘되지 않을 것으로 예상된다. 실제로 본 실험에서도 토양수에서 대장균파지 MS2가 뮤린노로바이러스에 비해 검출률이 높은 것을 확인하였다. 또한, 두 지역에서 심토까지 뮤린노로바이러스가 도달하지 않은 것을 보아 대장균파지 MS2에 비해 토양에 더 쉽게 흡착되는 것으로 판단된다. 따라서 바이러스의 특성이 토양 내의 거동에 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다. 여러 병원성 바이러스의 토양 환경 내에서의 흡착에 대한 추가 정밀 연구가 필요하다.
◎ 대장균파지 MS2의 qPCR 결과, 구리 지역의 가장 심부인 91 cm 심도에서 안성 지역의 가장 심부인 60 cm 심도보다 더 높은 바이러스 농도가 확인되었다. 또한, 안성의 경우에는 심도가 깊어질수록 바이러스가 저감되는 경향이 뚜렷하나, 구리의 토양에서는 각 심도에서 비슷한 농도로 검출되었다. 따라서 투수율이 좋은 토양일수록 바이러스가 더 깊은 심도까지 일정 농도를 유지하면서 도달할 수 있는 것으로 판단된다. 즉, 투수율이 불포화대로 유입된 오염원의 거동 예측에 있어 주요인자가 되어야 함을 확인하였다.
◎ 본 실험에서는 흡착, 불활성화, 선택류에 의한 영향의 존재를 파악할 수 있었다. 따라서 오염원으로부터 추출정까지 이동하는 동안 흡착이나 불활성화를 통해 감염을 일으킬 수 있는 농도 이하로 자연저감이 이루어질 수 있는 이동시간을 확보하여야 한다. 향후 여러 토양과 바이러스에 따른 거동 특성에 대한 정밀 현장 연구가 추가된다면 불포화대 토양에서의 바이러스 거동에 대한 이해를 높일 수 있을 것이다. 이러한 데이터베이스의 축적을 통하여 각 지하수와 오염원으로부터의 수질보호에 필요한 거리 설정 및 오염취약성을 합리적으로 평가할 수 있을 것이며, 이는 결국 지하수 오염을 효과적으로 관리하기 위한 과학적 시스템 구축에 기여할 것이다.
나. 관정보호구역의 해외 사례 연구
◎ 관정보호지역은 농업, 교통 등의 인간 활동으로부터 지하수 수질을 보호하는데 사용된다. 점 오염원의 경우 유출 지점, 물질의 종류와 양 등을 법적인 규제를 통하여 생각보다 간단하게 막거나 예방할 수 있지만, 비 점오염원으로부터 관정을 보호해야하는 경우에는 오염원에 대한 동정이 쉽지 않고 그에 대한 영향도 통제하기 어렵기 때문에 점 오염원에 대한 규제보다 더 많은 문제점을 가지고 있다. 이러한 비 점오염원의 효율적인 규제를 위해서는 특정 보호구역 내에서 지하수원에 심각한 영향을 끼칠 수 있는 활동을 금지하거나 제한하는 방법이 가장 보편적이다. 보호구역의 개념은 많은 나라에서 받아들여지고 있으며, 먹는 물 위주로 보호구역 설정과 관리를 위한 지침이 발달해오고 있다(e.g. Adams and Foster, 1992; NRA, 1992; US EPA, 1993). 보호구역 설정은 일반적으로 관정으로부터의 거리를 기준으로 하며, 장기간의 보호를 위하여 보호구역 내의 행동을 제한할 수 있다.
◎ 관정보호지역 설정의 궁극적인 목표는 취수용 지하수로 도달할 수 있는 잠재적 오염원을 줄이기 위하여 오염의 가능성이 있는 행동에 규제를 가하는 것이다. 현재 관정보호지역 설정을 위한 구성 요소로는 거리, 수위강하, 오염물질의 이동시간, 동화 용량, 흐름장의 경계가 있다. 이러한 구성요소를 이용한 관정보호구역 설정의 접근 방법으로는 임의의 고정 반경, 계산된 고정 반경, 단순화된 다중 모형, 수리지질학적인 도형화, 흐름과 이동의 모델링이 있다.
◎ 우리나라의 지하수법 제2조에는‘지하수 보전구역’을 정의해 놓았으며, 이는 지하수의 수량이나 수질을 보전하기 위하여 필요한 구역이라고 명시하였다. 현재까지의 우리나라 지하수 보전구역 지정 실적은 무안과 합덕의 2개 지구로 확인되었다.
◎ 우리나라 지하수법에는 지하수보전구역의 설정 기준, 지하수보전구역 내의 행위 제한이 존재하며, 10년 단위의 지하수관리 기본계획으로 기본적인 행정적 형태를 갖추고 있다. 그러나 우리나라 지하수 보전구역 설정 기준은 해외의 관정 보호지역 설정기준과 비교하여 취약한 점이 존재하는데, 첫 째로 단계별 보호구역이 설정되어있지 않아 효율적, 과학적인 보호기반이 마련되어있지 않다는 것이다. 둘째로는 현재까지 이러한 구역 설정의 실제 사례가 미비하다는 것이다. 지하수법 제12조에 따르면, 시·도지사가 지하수보전구역을 지정·관리토록 되어 있으나, 각 지방자치단체의 지하수 전담 조직과 예산의 부족으로 인하여 대상지역에 대한 지하수 부존 및 산출특성, 개발 가능량, 오염원 및 수질 등에 대한 정밀 조사가 충분하지 못하기 때문에 지하수 보전지역 추진 실정은 매우 미미한 실정이다. 이러한 취약점을 보완하기 위해서는 해외의 선진 관정 보호지역 설정 사례를 참고하여 우리나라의 지질학적 특성에 맞는 단계적 보호구역 행정적 설정 기준을 관련 전문가의 참여로 마련해야할 것이다. 또한 생활용수로 쓰이는 약 80만공의 우리나라 지하수 관정에 대해 우선적으로 보호지역을 설정하기 위해서는 관련 예산, 인력확보와 지방자치단체장의 관심과 노력이 필요하다.
다. 노로바이러스의 지하수 오염 평가지표 시스템의 보완
◎ 금년도 연구에서는 전년도에서 제안되었던 지하수 중 노로바이러스 오염 예측 평가 지표 시스템에 대하여 평가지표 인자의 검증을 수행하고 추가로 여러 평가지표 시스템을 제안하고 비교하여 최적의 평가지표 시스템을 구성하기 위한 방안을 제시하고자 하였다. 전년도에 제안된 평가지표 시스템에 관한 자문회의에서 제안된 여러 의견 중 가장 중요한 의견으로 파악된 것은 기존 의사결정나무 분석을 회귀분석으로 대체하여 모형을 구성하는 것에 대한 제안이었다. 하지만 현재 대장균파지와 수화학 인자 조사 시기 등 수집된 자료의 한계로 인하여 주요 평가지표 인자로 파악되는 대장균파지와 산화환원전위와 같은 인자들이 모두 포함된 회귀모형을 구성할 수 없었다. 대안적인 방법으로 평가지표 자문회의에서 제안된 일부 자료들만으로 제 3안과 4안에서 제안된 회귀모형을 제작하였으나, 모형의 검증에서 좋은 결과를 나타내지는 못하였다.
◎ 제안된 평가지표 시스템들의 검증은 모형의 구성에 사용된 자료들을 활용한 내부검증과 새로운 자료들을 활용한 외부검증의 두 단계로 수행되었다. 모형 자체의 특성을 나타내는 내부검증에서는 제 1안의 평가지표 시스템이 가장 높은 노로바이러스 오염 예측력을 보였다. 다만 제 1안의 분석에는 결측치가 존재하는 여러 변수들이 포함되었고, 제 3, 4안의 분석에는 결측치가 없는 자료들을 활용하여 분석하였다는 점이 고려되어야 할 것이다. 또한 금년 과제에서 새롭게 수집된 총 95개 시료(4월에 수집된 5개 시료는 제외)를 활용하여 외부검증을 수행하였으며, 이 결과에서도 제1안의 평가지표 시스템이 실제 노로바이러스가 검출된 시료에서 가장 높은 예측확률을 나타내었다. 다만 이번 분석에 사용된 자료들이 겨울철에 수집되어 모형을 구성하는데 사용된 시료들의 수집 시기 (4-12월)와는 차이가 존재하는 한계가 있기에 4-12월에만 사용 가능하며 1-3월에는 사용이 적합하지 못하다. 본 연구진의 판단은 연중 사용될 수 있는 모형이 개발된 이후에 행정적 사용을 권고한다. 따라서 향후 그동안 수집이 제한되었던 겨울철 지하수 조사가 더 많이 요구되며 국가기관에서 수행되는 다양한 지하수 모니터링 작업에 대한 결과를 통합할 수 있는 관리시스템의 구축이 필요하다고 판단된다. 관리시스템을 통해 체계적이고 다양한 자료가 축적된 이후 본 과제를 통해 제안된 지하수 중 노로바이러스 오염 예측 모형을 재구성하여 활용∙평가하는 작업이 지속되어야 할 것이다.
◎ 이번 평가지표 시스템의 보완작업에서 제 1안의 평가지표 시스템이 가장 높은 예측력을 나타낸 이유로는 비록 불완전한 요인을 내포하고 있지만 미생물학적 인자들과 수화학적 인자들이 모두 포함된 모형이기 때문으로 생각된다. 여러 후보 인자들이 지난 과제에서 제안된 바 있다. 이 인자들 중 현재까지 확인된 중요 인자로 판단되는 미생물학적 인자 (총대장균군, 대장균, 대장균파지; 이상 3 종)와 수화학 인자 (수온, 탁도, 전기전도도, 산화환원전위, HCO₃, Cl, SiO₂; 이상 7 종), 관정제원인자 (설치년도, 심도; 이상 2 종), 사회학적 인자 (인구밀도; 이상 1 종)가 각 모니터링 사업마다 모두 조사되어 모든 항목에서 균질한 자료들이 수집, 누적되는 것이 중요하다고 판단된다. 또한 조사 대상 지점에 특별한 오염 우려 시설이 인접한 경우 등과 같이 특이적 조건의 확인도 병행하고 이를 평가지표 시스템의 가중치 부여 항목으로 사용하는 것도 유용할 것이다. 이러한 자료가 충분히 축적되어야 만이 향후 지하수 중 노로바이러스 오염 예측을 더 정확히 수행할 수 있는 평가지표 시스템을 구성할 수 있을 것이다. 제작된 평가지표 시스템을 통해 행정기관은 아직 상수도가 보급되지 않은 지역에서 상수원으로 사용 중인 지하수에 대해 저렴한 분석비용으로 노로바이러스 오염 가능성을 확인할 수 있을 것이다. 이를 통해 오염 가능성이 높은 지하수에 대한 선별적 노로바이러스 분석을 통해 지하수 관리 비용을 낮추고 지하수 관리 방안의 한 축을 마련할 수 있을 것으로 판단된다.
라. 분원성 오염의 현장(in-situ) 처리기술의 해외 사례 분석 및 평가
투수성 반응벽체(PRBs)란 오염운(contaminant plume)이 흐르는 통로를 가로질러 오염물질이 존재하는 지하대수층에 연직방향으로 매설되는 반응성 매질체로서, 지하수 오염대의 수리학적 흐름을 이용해 반응매질과 오염물질의 화학적 반응을 유도하여 오염을 제거하는 방법이다. 이 기법은 오염된 지하수의 흐름을 유지한 채로 원위치에서 오염물질을 정화할 수 있으므로, 별도의 후처리 및 정화과정에서의 부가적인 에너지 혹은 동력이 필요 없는 경제적 오염물질 처리 기법이다.
◎ 분원성 오염 지하수의 정화에 있어서 투수성 반응벽체의 적용 가능성이 높을 것으로 판단되는데, 실제로 Basic oxygen furnace(BOF) slag를 이용한 분원성 오염 저감 연구 사례(Jesse Stimson et al., 2010)가 성공적인 사례로 판단된다. 즉, BOFs PRB를 활용한 오염 저감 결과, pH, Eh, 알칼리도 값의 안정화와 함께, 총대장균군과 대장균의 저감을 보였다.
◎ 병원성 미생물 오염 저감에 있어 반응물질 매질체에 대한 실내 실험(배치, 칼럼 실험) 결과들이 보고되고 있는데, 다양한 반응물질 매질체 실내 실험 연구 결과들을 통해 수처리 과정에서 바이러스 및 병원성 미생물 제거에 있어 효율적인 매질체(iron coated sand, goethite coated sand, Ni/Al LDH-coated sand, Mg/Al LDH-coated sand, Mg-Fe LDH-coated sand 등)의 가능성을 볼 수 있다. 이처럼, 분원성 오염 물질 저감에 있어 투수성 반응벽체(PRBs) 적용 저감 방법의 가능성이 크다고 할 수 있다.
◎ 반응벽체 기법에 사용되는 반응물질에 대한 충분한 기초실험과 지반 환경에 적합한 물질 여부가 충분히 잘 고려되어진다면 즉, 반응물질 선정 조건인 반응성 및 내구성, 상용성과 가격, 수리학적 특성, 환경적 무해성 등이 충분히 잘 고려되어진다면, 원위치(in-situ) 분원성 오염 지하수 정화에 있어서 투수성 반응벽체(PRBs)의 적용 기법은 경제적이고 효율적이며 성공적인 기법이 될 가능성이 클 것으로 판단된다. 아울러, 투수성 반응벽체의 설치 위치와 규모는 해당 지점 지하수계에 발달한 오염운의 위치와 규모에 따라 판단되어질 수 있다. 즉, 투수성 반응벽체의 설치 위치는 오염운 발달 지점을 기점으로 지하수 유동 방향 하류 구배 쪽에 설치되어지며, 설치 투수성 반응벽체의 규모는 오염운의 수평적· 수직적 확산 및 이동 체적에 따라 결정되어야 한다. 국내에서도 분원성 병원성 미생물의 현장 처리를 위한 체계적인 PRB 기술 개발 연구가 요구된다.
(출처 : 요약문 12p)

Abstract ▼

In the 1st subject of this study, the survey of pathogenic microorganisms and human noroviruses (hNoV) in groundwater was conducted at 100 sites during last winter. As a result, the following detection rates were identified in 100 untreated groundwater samples: total coliforms (17.0%), E. coli (5.0%

In the 1st subject of this study, the survey of pathogenic microorganisms and human noroviruses (hNoV) in groundwater was conducted at 100 sites during last winter. As a result, the following detection rates were identified in 100 untreated groundwater samples: total coliforms (17.0%), E. coli (5.0%), and hNoV (6.0%). Genetic materials of the hNoV were all identified in the area where their population density had not been so high for decades. Since the densely populated metropolitan area have shown relatively higher hNoV detection rate, the observation could be related to the presence of specific contaminants sources that could not be explained based on generalized contexts. Therefore, certain sites or locations where hNoV contamination source could be existing with respect to the residential characteristics should be carefully identified and managed for a long time, instead of the immediate closure of the contaminated wells based on a short-term survey.

In the 2nd subject, we have analyzed the transport dynamics of pathogenic microorganisms in the unsaturated zone, which was validated by the predicting model of hNoV contamination in groundwater that was proposed last year. In addition, case studies for operating the scheme of ‘wellhead protection area (WHPA)’ and in-situ pollution treatment technologies in foreign countries were compiled to propose the applicability in Korea to prevent and treat the pathogenic microbial contamination in groundwater.

In the virus transport experiment in unsaturated zone, the permeability coefficient according to soil types was identified as an critical factor controlling the underground transport of virus particles. Virus particles can transport about 10 m within 2 weeks through the unsaturated zone. Further researches are needed to obtain the transport rates of virus in various soil types, in order to estimate the vulnerability of groundwater regarding virus contamination and to determine the proper WHPA scheme in Korea. The results of the validation of three predicting models of hNoV contamination showed that microbiological factors (total coliforms, E. Coli, coliphages), hydrogeochemical factors (temperature, turbidity, conductivity, oxidation-reduction potential, HCO3, Cl, SiO2), well factor (year of installation, depth), and sociological factors (population density) should be considered to predic the hNoV contamination in groundwater. Therefore, collection of the sufficient database containing these factors is essential in upcoming surveys to establish the efficient and reliable hNoV predicting algorithm in near future. Cases of the WHPA scheme also suggest that it is needed to setup an executive guideline of WHPA by considering the socioeconomic aspects of the surrounding residence. In addition, cases of the use of permeable reactive barrier to reduce pathogenic microbial contamination by inducing chemical reactions between the contaminant and the reaction media show that PRB technology can be quite useful to block an influx of apparent contaminants to groundwater sources promptly and effectively.
(출처 : Abstract 9p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 5
• 표목차 ... 6
• 그림목차 ... 8
• Abstract ... 9
• 요약문 ... 11
• I. 서론 ... 23
• 1. 지하수와 수인성바이러스 ... 23
• 2. 지하수 미생물 ... 27
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 ... 30
• 1. 연구내용 ... 30
• 2. 연구방법 ... 31
• Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ... 51
• 1. 노로바이러스 등 병원성미생물 오염실태 조사 (제1세부과제) ... 51
• 가. 지하수에서의 바이러스 및 지표세균의 오염 실태조사 결과 ... 51
• 나. 지하수에서의 바이러스, 지표 세균 및 수화학 이온종 분석 ... 60
• 다. 노로바이러스 등 병원성미생물 오염실태조사 고찰 및 향후 연구 방향 제언 ... 64
• 2. 지하수 병원성미생물 오염원 관리 대책 마련 기초 연구 (제 2 세부과제) ... 67
• 가. 지하수 병원성미생물 오염관리 기법 개발 ... 67
• 나. 관정보호구역의 해외 사례 연구 ... 83
• 다. 노로바이러스의 지하수 오염 평가지표 시스템의 보완 ... 103
• 라. 분원성 오염의 현장(in-situ) 처리기술의 해외 사례 분석 및 평가 ... 116
• Ⅳ. 참고문헌 ... 121
• 끝페이지 ... 128