이번에 서울시상수도연구소의 미생물실험실장인 이목영 박사가 서울시 여성 연구직 공무원으로서는 국내최초로 ‘상수도계통 원생동물 분석 및 제어’ 연구분야에서 박사학위를 취득하여 화제가 되고 있다.
크립토스포리디움과 지아디아는 설사 증세를 일으키는 병원성 원생동물의 일종으로 강한 소독내성과 환경 저항성 등으로 세계 각지에서 수인성 집단 발병의 원인이 돼왔다.
원생동물은 세균보다는 큰 원시적인 동물형태의 미생물을 일컫는다. ‘93년 미국 위스콘신주 밀워키에서는 시민 160만명이 이 원생동물이 함유된 수돗물에 노출돼 40만명이 집단발병하고, 면역력이 결핍된 에이즈환자 50여명이 숨졌다.
상수도계통에 대한 원생동물 연구는 미국 밀워키시 수돗물 원생동물 오염사고가 발생하면서부터 선진국을 중심으로 분석기법과 제어방법 연구가 활발하게 진행돼 왔었다.
그러나 원생동물 분석은 고가의 비용과 고도의 숙련된 분석기술이 필요해 그동안 국내에서는 체계적인 실태연구가 제대로 이뤄지지 못했었다.
이 박사는 1995년 서울시 상수도연구소에 초임 발령이후 줄곧 수돗물 미생물 연구에 주력해 왔으며, 상수도계통의 원생동물 관리의 중요성을 인식하고, 국내에서는 처음으로 1997년부터 원생동물 분석기법과 제어방안 연구에 몰두해 왔다.
금번 이 박사의 논문은 한강 상수원에 대한 원생동물 분포실태를 처음으로 체계적으로 밝혀냈고, 원생동물을 효과적으로 제거하는 정수처리기법을 마련해냈다는 점과 앞으로 우리나라 수돗물이 미생물로부터 안전하게 생산되게 하는데 크게 기여할 것으로 기대된다는 점에서 그 의미가 크다고 할 수 있다.
또한 이 논문 발표를 계기로 국내 원생동물 검출기법 및 제어방안 연구가 더욱 활발히 진행되는 계기가 될 것으로도 전망된다.
한편 이 박사는 1994년 서울대 미생물학과를 졸업한 뒤, 1999년 서울대 보건대학원에서 “캡슐필터와 멤브레인 필터를 이용한 물 속의 크립토스포리디움 검출효율 평가”논문으로 석사학위를 취득한바 있고, 2001년에는 국내 수돗물에서의 원생동물 검출기법 정립에 기여한 공로를 인정받아 제10회 다산기술상(장려상 : 한국경제신문사 주관)을 수상한 바도 있다.
이 박사는 “앞으로 이들 병원성 원생동물을 효과적으로 제거할 수 있는 신기술연구 개발에 계속 주력해 나갈 것”이라는 포부를 덧붙였다.
1호 박사 수돗물 바이러스 | 이옥재 박사
국내 지자체중 최초로
바이러스 공식분석기관 지정
서울시상수도연구소 1호 박사인 수돗물 바이러스 박사 이옥재 박사는 67년 1월 8일생으로 서울시 상수도연구소 수질관리과 바이러스실험실장으로 근무하고 있다. ‘01년 단국대학교 대학원 미생물과에서 ‘상수도 계통에서 미생물의 분포와 제어효율’이라는 논문으로 박사학위를 받았다.
지난 ‘92년 단국대학교 단국대학교 미생물학과 졸업하고 이학사를 취득한 이 박사는 ‘94년 7월 ‘대청호와 소양호에서 질화작용에 관한 연구’ 논제로 단국대학교 일반대학교 미생물학과 이학석사를 취득했으며, ‘01년 8월 ‘상수도계통에서 미생물의 분포와 제어효율’이라는 논제로 단국대학교 일반대학원 미생물학과 이학박사과정을 졸업했다.
‘92년 단국대학교 미생물학과 조교를 거쳐 ‘94년 서울시 수도기술연구소 미생물실험실 및 바이러스 실험실 및 지난 2000년부터 서울시 상수도연구소 바이러스 실험실에 근무하고 있다.
주요연구경력으로는 실험조건에 따른 수돗물의 일반세균 비교검사(‘95)를 비롯, 수돗물 2차오염방지기술(환경부 G-7 연구사업, ‘96∼’98), 수돗물 바이러스 실태조사 및 제어방안 연구(‘99 ∼ 2000), 유전자분석법 적용연구(2001∼2002), 바이러스 실태조사 연구(2001∼), 정수처리공정별 바이러스 분포 및 제어능 평가(2002∼2003), 바이러스 소독효과 연구(2002 ∼ 2003) 등이 있다. 바이러스를 서울시 자체감시항목으로 선정하고, 국내 지자체 중 최초로 원수에 대한 정기적인 감시체계를 수립하여 바이러스를 모니터링하고 있으며, 현재 ‘정수처리에관한기준’에 따라 서울시 원수 6점에 대한 의무감시를 수행하고 있다.
바이러스 관련 경력은 바이러스 공동조사 전문소위원회 위원 위촉(서울시 상수도본부, ‘2001)된 것을 비롯, 바이러스 평가위원회 위원 위촉(국립환경연구원, 2002), 바이러스 분석기관 지정(2003. 4. 24, 지정번호 2호)되어 바이러스 분석책임자로서 국내 지자체 중 최초로 국립환경연구원으로부터 바이러스를 공식적으로 분석할 수 있는 분석기관으로 지정됐다.
그동안 학술발표 및 논문은 대청호에서의 질화작용에 관하여(한국육수학회, ‘94)를 비롯, 소양호에서 질화작용과 이에 영향을 미치는 환경요인에 관하여(한국육수학회, ‘94), 대청호에서의 질화작용(한국육수학회지 28:1, ‘95) 등 12차례에 이른다. ‘01년 국무총리 모범공무원상을 수상했고, 올해 상수도본부장에게 이달의 상수도인 상을 받았다.
상수도연구소 근무실적으로는 미생물생태학 전공(이학박사)한 미생물 분야 전문인력으로서, 2000년 하반기부터 고도의 전문성을 요하는 바이러스 자체감시체계를 구축하여 2001년부터 서울시 원수 및 수돗물에 대하여 자체감시를 실시하였고, 2002년부터는 바이러스를 서울시 자체 감시항목으로 확대 선정하여 원수 6점에 대해 분기 1회 정기적 감시체계를 구축한 바 있다.
특히, 검출 바이러스에 대한 혈청학적 중화반응 동정을 통해 국내 원수 중에 분포하는 바이러스종을 파악하는 등 향후 전문적 바이러스 연구수행을 위한 기틀을 마련했다.
『정수처리에관한기준(2002.7제정)』및 『바이러스검사기관지정등에관한규정(2002.9제정)』에 의거, 전문성을 보유한 바이러스 분석책임자로서 2003년도에 국립환경연구원으로부터 국내 지자체 중 최초로 바이러스 공인 검사기관으로 지정 주도적 역할을 담당해왔다.
소독조건별 바이러스 제어능을 연구함으로서, 대표적 바이러스를 선정하여 소독공정에 대한 적용할 수 있는 연구를 수행 중에 있으며, 대장균파아지 등 바이러스에 대한 지표미생물 개발을 위한 배양 조건 및 실험수행 조건을 설정하는 등 바이러스 연구의 전문성을 높여가고 있다.
최근 국내외 연구동향에서 나타난 유전자분석법에 대한 실험조건을 설정하고, 바이러스 양성시료에 대한 유전자분석법을 적용한 동정방법 적용 및 바이러스 및 세포의 정도관리를 위한 기법의 적용으로 바이러스 위양성의 판별 등 신기술을 적용하여 진보된 분석능력을 확보해 가고 있다.
2호 박사 수돗물 소독부산물 | 이수원 박사
수질조사 분석으로 서울시민
삶의 질 높인 장본인
서울시상수도연구소 2호 박사인 수돗물 소독부산물 박사 이수원 박사는 ‘63년 6월 23일생으로 서울시상수도연구소 수질분석과 지방공업연구사로 근무하고 있다. 올해 2월 성신여자대학교 대학원 화학과에서 ‘상수도계통중 염소소독부산물 분포에 관한 연구’로 박사학위를 받았다.
이 박사는 ‘94년 서울시 상수도연구소에 입문하여 서울시 수돗물 수질조사 분석에 전념함으로써 서울시 수돗물 수질검사항목을 선진국 및 세계보건기구(WHO)수준인 121개 항목으로 확대하여 서울시민의 삶의 질을 높이는데 기여한 장본인이다.
성신여대 화학과에서 취득한 『상수도계통중 염소소독부산물 분포에 관한 연구』 논문은 분석 전문가로서 염소소독부산물에 대하여 고난도의 분석법을 정립하였으며, 원수, 공정수 및 배급수계통에서 분포 실태조사를 통하여 온도, pH, 체류시간, TOC, TOX 등 각 수질인자와 소독부산물 THMs 생성식을 완성시킨 소독부산물의 연구분야의 완결판이라 할 수 있다.
현재, 이수원박사는 상수원으로부터 취수장 원수, 정수 및 수도꼭지수에서의 미량유해물질 분석을 위하여 분석팀을 이끄는 등 수돗물의 수질분석의 선두주자로 활약하고 있다.
3호 박사 수돗물 원생동물 | 이목영 박사
국내최초 ‘상수도계통 원생동물…’
연구분야서 학위취득
서울시상수도연구소 3호 박사인 수돗물 원생동물 박사 이목영 박사는 ‘62년 8월 25일생으로 서울시상수도연구소 수질관리과 미생물실험실장으로 근무하고 있다. 올해 8월 서울시립대학원 환경공학과에서 ‘상수도의 크립토스포리디움, 지아디아 및 지표세균의 분포실태와 제어방안 연구’논문으로 박사학위를 취득했다.
‘99년 8월 서울대학교 및 서울대 보건대학원 미생물학과 졸업하고 올해 8월 서울시립대학원 환경공학과를 졸업하면서 공학박사를 취득했다.
‘95년 8월, 현 상수도연구소 신규임용되었으며, 98년 11월 상수도계통의 원생동물(크립토스포리디움 및 지아디아) 분석기술 실용화 및 검사착수(미국환경청, USEPA)이 개발한 1623방법 응용)가 국내에서는 최초로 시도했다. ‘99년 서울 수돗물 원생동물 행동지침 수립·적용(1단계 : Attention level, 2단계 : Action) 했고, 2000년부터 현재까지 전국 각지자체 연구소 또는 국공립 연구기관에 원생동물 검출기법을 전수중이다. ‘01부터 환경부 먹는물 수질자문위원, ‘02부터 국가표준 ‘정수처리 기술 기준시행을 위한 원생동물 분석방법 연구’용역사업에 주도적으로 참여하고 있다.
< 이목영 박사학위논문 요약본 >
상수도의 크립토스포리디움,
지아디아 및 지표세균의
분포실태와 제어방안 연구
섭취시 설사, 복통 등을 유발시키는 크립토스포리디움(Cryptosporidium parvum)과 지아디아(Giardia lamblia)는 수인성 병원체로 알려진 가장 대표적인 기생성 원생동물이다.
크립토스포리디움증(Cryptosporidiosis)의 주된 증상은 설사, 메스거움, 구토, 발열, 두통, 식욕 상실 등이다. 증상은 보통 2일에서 10일까지 지속되는데, 정상적인 免疫體系를 가진 정상인의 경우, 면역력에 의해 자연치유된다. 그러나 AIDS환자와 같은 심각한 면역결핍환자나 면역억제치료를 받고 있는 환자 등은, 효과적인 치료제가 개발되어 있지 않아 지속적인 설사로 체중감소, 심한 탈수에 이르러 치명적일 수 있다. 지아디아증(Giardiosis)도 주된 증상은 설사, 구토 등으로 치명적이진 않지만 성장기 어린이의 정상적인 성장을 저해할 수도 있다고 알려져 있다.
이들 원생동물이 상수도분야에서 결코 쉽게 지나칠 수 없는 과제가 된 이유는 이들의 체외 배출형태인 (오)시스트가 매우 두꺼운 벽으로 둘러싸여 있어 강한 소독내성을 갖기 때문이다. 전통적인 병원균인 살모넬라, 시겔라 등은 원수 오염도에 상관없이 약간의 염소 투입만으로도 쉽게 안전한 수준으로 사멸시킬 있는 반면, 크립토스포리디움은 현재의 염소 소독수준으로는 50%도 제거가 어려울 정도로 염소 내성이 강하다. 지아디아 또한 크립토스포리디움에 비해서는 염소내성이 약하지만, 0.5℃(pH 7.5)일 때 99.9%를 제거하려면 246분간 접촉시켜야 할 정도로 내성이 강하기 때문에 염소와의 접촉시간을 최대한 늘리고 매일의 소독능을 측정해 불활성화율을 점검해야만 안전한 수준의 처리수를 확보할 수 있다.
이 때문에 크립토스포리디움과 지아디아는 염소소독이 일반화되어 있는 최근에도 빈번하게 수인성 집단발병의 원인이 되어왔다.
1971년부터 1994년 사이 미국에서 발생한 수인성 집단질병을 보면, 전체 발생건수 중 20%가 두 원생동물로 인한 것이었는데, 특히 환자수로는 78%를, 입원환자수로는 80%를 차지했고 총사망자 89명 중 70명이 크립토스포리디움증 집단발병때 발생하였다. 캐나다에서는 1993년과 1996년 사이 4건, 영국에서는 1986년부터 1995년 사이 21건의 집단적인 수인성 크립토스포리디움증이 보고되었으며, 일본에서도 1990년대 2건이 발생하여, 원생동물은 지난 수십년동안 가장 주요한 수인성 병원체라 할 수 있다.
그렇다면 우리나라 수돗물은 이들 원생동물로부터 자유로운가? 아직까지 우리나라에서 집단질병이 보고된 사례는 없었지만, 현재의 정수처리로 충분히 방어되고 있는가? 우리의 상수원관리나 정수처리가 근본적으로 바뀌어야 하는 것은 아닌가? 본 논문은 이러한 우려에서 출발하였다.
본 논문의 목적은 향후 우리나라 상수도분야의 원생동물 제거전략을 수립하는데 기초가 될 수 있도록, 첫째 세계적으로 개발단계에 있는 원생동물 분석방법을 보완, 정립하여 신뢰도 높은 분석결과를 얻어낼 수 있도록 준비하고, 둘째로 수계 환경의 원생동물 오염수준을 체계적으로 결정하고 그 거동특성을 밝히며, 셋째로 우리나라 정수장의 94%가 택하고 있는 표준정수처리방식에 의한 원생동물 제거정도 및 특성을 규명하는 것이었다.
먼저 먹는물의 안전성과 관련하여 상수원수, 처리수 등의 원생동물 오염수준을 파악하기 위해서는 우선 이들을 물로부터 분리, 검출할 수 있는 정확하고 신뢰도 높은 분석방법이 전제되어야 한다. 지금까지 상수도 원생동물연구가 활발하지 못했던 주된 이유는 이러한 분석방법이 갖추어져 있지 않은데 있었다. 최근 미국 등에서 집중적인 연구를 통해 면역자기분리기법(Immunomagnetic separation)이나 면역형광항체법(Immunofluorescence assay)을 원생동물 검출에 적용하기 시작했지만, 아직도 분석해야 할 시료 특성에 따라 검출효율과 분석정밀도가 큰 차이를 가져 분석결과의 신뢰도가 높지 않았다.
따라서 본 연구는 원생동물 분석의 첫단계로써 신뢰도를 저하시키는 주된 원인이 되고 있던 시료 여과농축단계에 다양한 물환경시료 특성에 따른 최적 방법을 선정, 적용하였다. 또한 환경시료 분석시 검출효율 측정을 위한 현장시료 접종시험을 병행하는 철저한 정도관리를 통해 정확도를 향상시켰다.
이러한 방법에 기초해, 본 연구는 우리나라의 대표적 상수원인 한강을 대상으로 선정해 주요취수지점과 지천, 그리고 유역의 하수처리장 등에 대해 1999년 3월부터 3년간 크립토스포리디움과 지아디아의 분포와 거동특성을 평가하였다.
연구 결과, 팔당댐 하류 취수장 6곳에서 채취된 시료 152점 중 27%에서 확정된 크립토스포리디움 오시스트가 발견되었다. 그러나 다행스럽게도 평균농도는 0.42 oocysts/10L이고 최대검출농도도 4 oocysts/10L로 비교적 낮았다.
이는 미 동부 14개주 상수원 66개 지점에서 0.7~4,840 oocysts/10L의 범위로, 또 독일 6개 정수장 원수에서 최대 108/10L로 검출된 것과 비교하면 대체로 낮은 수준이라 할 수 있다.
아울러 오염원, 계절, 강우량, 하천 유량 등 원생동물 오염도에 영향을 미칠 수 있는 요인들과의 통계학적 분석을 통해 겨울철 원생동물 관리가 보다 강화되어야 하며, 겨울 이외의 계절에도 집중 강우 초기에 오염도가 급증할 수 있음을 밝혔다.
또한 축산폐수 및 하수 처리장이 주된 원생동물 오염원이 되고 있지만, 구체적으로는 하수처리장으로부터 취수장까지의 거리 및 유하상황이 하천에의 영향정도를 결정하고 있음도 제시하였다.
한강 상수원의 경우, 분원성 연쇄상구균 등의 지표세균 5종과 총질소, 질산성 질소 등이 지아디아 오염도와 높은 상관성을 가지므로, 높은 분석비용, 긴 분석시간, 많은 전문인력 소요로 인해 쉽게 수행되기 어려운 원생동물 분석을 대신해 상수원의 원생동물 오염을 손쉽고 신속하게 알려주는 지표로 활용될 수 있도록 하였다.
한편 본 연구는 한강 상수원을 사용하는 8개 표준정수처리 정수장을 선정하여 실플랜트에서 원생동물 제거수준을 직접 측정하였다.
크립토스포리디움과 지아디아의 인체 최소감염량이 모두 10개 내외로 매우 작고 원수 자체에 함유된 원생동물 농도도 매우 낮기 때문에, 실플랜트에서의 제거율을 측정하는 것은 최대 1000L까지도 분석해야 하는 쉽지 않은 작업이었다.
그러나 전통적인 정수처리방식에 의거할 때, 크립토스포리디움과 지아디아 제어는 물리적 제거공정에서의 제거효율에 크게 의존할 수 밖에 없는데, 각각 4~5㎛인 공모양(그림1)과 8~12㎛의 럭비공 모양(그림 2)인 이들의 (오)시스트는 플록으로 형성되지 않을 경우 여과지를 통과할 수 있으므로 응집효율이나 여과수행정도에 따라 제거율이 크게 달라질 수 있다. 또한 우리나라 정수장은 대부분 미국 등과는 달리 단층여과방식을 취하는 등 차이가 있기 때문에 우리 정수장에서의 실제 제거율을 파악할 필요가 있었다.
연구결과, 지아디아는 겨울철에도 응집·침전공정에서 평균 1.1로그(92.06%)가, 여과까지에서 평균 2.9로그(99.87%) (범위 >2.2∼>3.1로그)가 제거되었으며, 겨울철 입자제거율이 가장 낮아 최악의 처리조건으로 가정되므로 년평균제거율은 3로그(99.9%)를 상회할 것으로 예상되었다. 이는 단층여과지를 사용하는 표준정수처리 정수장도 최적운영될 경우, 이층여과지와 유사한 수준의 제거율이 달성됨을 보여주는 것이다.
또한 연구당시 처리수 탁도가 모두 0.3 NTU 미만이었던 점을 고려할 때, 우리나라 정수처리기준에 따라 탁도기준이 0.3NTU 이하로 강화되고 개별여과지 관리가 의무화될 경우(2004년 7월 1일 이후), 지아디아 로그제거율 인정수준을 현재의 2.5로그에서 0.5로그 이상 상향조정해야 할 필요성도 제기하였다.
크립토스포리디움은 원수 수준이 매우 낮고 처리수 농도가 검출한계 미만이었기 때문에, 응집·침전공정에서 평균 1.4로그(96.01%)의 양호한 제거에도 불구하고 물리적 제거공정에서 2.0로그(99%)를 초과한다는 사실만을 확인할 수 있었다. 현재 미국에서 법적으로 목표하고 있는 크립토스포리디움 최소제거율이 2로그 (99%)임을 감안할 때, 연구대상이 되었던 서울시 정수장은 표준정수처리 공정의 최적화를 통해 이 수준을 무난히 달성하고 있는 것으로 나타났다.
이상의 연구는 한강 상수원을 사용하는 정수장에서 현 오염수준과 제거현황을 체계적으로 이해한 바탕 위에, 원생동물로부터 “안전한” 먹는물을 확보하는데 필요한 현실적이고 경제적인 제어전략을 수립하는 기초가 될 수 있을 것이다. 아울러 실정에 맞는 제어전략과 대책방안을 도출하는 하나의 모델로서 다른 수계에도 적용될 수 있으며, 특히 우리나라 『정수처리에관한기준』에 의거하여 실시 예정에 있는 원생동물 전국실태조사를 앞두고 조사방식과 평가 및 그 적용에 있어 하나의 모델로 활용될 수 있다고 판단된다.
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