최종보고서 생태독성평가시험종다변화방안연구 2013. 12 ( 주 ) 네오엔비즈
제출문 환경부장관귀하 본문서를 " 생태독성평가시험종다변화방안연구 용역사업의최종보 고서로제출합니다. 2013 년 12 월 수행연구기관명 : ( 주 ) 네오엔비즈부설환경안전연구소 연구책임자 : 이규태 참여연구원 : 이정석, 김종현, 이경진, 이수연, 김영라, 이정훈, 김남현, 김성우 자문위원착수보고회 : 성균관대학교손대희박사, 안정성평가연구소이성규박사, 고려대학교정진호교수, 에코프리즘전숙례박사, 마린에코텍한영석박사전문가회의 : 성균관대학교손대희박사, 안정성평가연구소이성규박사, 에코프리즘전숙례박사, 마린에코텍한영석박사중간보고회 : 성균관대학교손대희박사, 한국환경공단김문원팀장, 에코프리즘전숙례박사최종보고회 : 성균관대학교손대희박사, 한국환경공단김문원팀장, 에코프리즘전숙례박사, 마린에코텍한영석박사
제목차례 1. 서론 1 1.1. 연구목적 1 1.2. 연구의배경및필요성 1 1.3. 세부연구내용 7 2. 생태독성평가다변화를위한박테리아, 조류, 어류등적정시험종선정 8 2.1. 국외시험생물종운영현황및연구사례조사 9 2.1.1. 국외시험생물종운영현황 11 2.1.2. 국외시험생물종연구사례조사 20 2.2. 국내시험생물종운영현황및연구사례조사 23 2.2.1. 국내시험생물종운영현황 24 2.2.2. 국내시험생물종연구사례조사 27 2.3. 업종별배출실태조사를통한적정민감시험종선정 32 2.3.1. 실태조사업종및사업장선정 32 2.3.2. 조사사업장시료채취 36 2.3.3. 생태독성배출실태조사 38 2.3.3.1. 생태독성평가방법 38 2.3.3.2. 시험종별배출실태조사결과 45 2.3.3.3. 배출실태조사결과종합 53 2.4. 시험생물종별유해물질평가 57 2.5. 전문가설문조사 65 2.6. 시험생물종별원가산출 70 2.7. 생태독성평가시험종다변화방안마련을위한종합평가 75 3. 국내 외시험종민감도비교를통한시험종국내화방안제시 79 4. 고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법제시 86 5. 생태독성제도운영을위한중장기정책방안및로드맵제안 95 5.1. 행정체계및제도정비 96 5.1.1. 시험종확대에행정체계및설비등구축 96 5.1.2. 시험종확대에따른제도정비 97
5.2. 교육 홍보및인프라구축 97 5.2.1. 교육및인적인프라구축 98 5.2.2. 홍보 98 5.3. 조사연구및기술지원사업 99 5.3.1. 시험법, 시험종다변화 99 5.3.2. 업종확대및기준강화 100
표차례 표 1. 생태독성에기술적접근방법 9 표 2. 국가별적용시험생물종 11 표 3. 독일시험생물종및표준시험방법 13 표 4. 독일수질관리법 (Wastewater Ordinance) 에서제시하는 5개업종기준 15 표 5. 급성 만성독성기준 17 표 6. 미국시험생물종및표준시험방법 18 표 7. OSPAR( 북동대서양보호위원회 ) 생태독성시험종적용사례 19 표 8. 화학물질별생물종간민감도조사결과 22 표 9. 종별, 업종별, 지역별생태독성배출허용기준 24 표 10. 해양배출폐기물생태독성판정 25 표 11. 발광박테리아를이용한해양배출물질염수추출액의급성독성시험조건 25 표 12. 저서성단각류를이용한해양배출물질염수추출액의급성독성시험조건 26 표 13. 국내연구현황 27 표 14. 수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구독성출현율 29 표 15. 생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 (IV) 독성발현율 (%) 30 표 16. 47개업종발광박테리아스크리닝결과및물벼룩독성예측확률 32 표 17. 35개업종별물벼룩평균독성값 33 표 18. 독성원인그룹별발현비율 33 표 19. 발광박테리아, 물벼룩독성결과를이용한업종선정 34 표 20. 조사대상업종및사업장선정 34 표 21. 3개업종, 8개조사대상사업장 35 표 22. 업체별폐수기초조사항목 37 표 23. 발광박테리아를이용한급성독성시험조건 39 표 24. 미세조류성장저해생태독성시험조건 41 표 25. 어류알발생생태독성시험조건 43 표 26. 업종별민감도비교평가결과 56 표 27. 생물종별민감도비교평가결과 57 표 28. 화학물질별민감도순위 64 표 29. 전문가설문내용 66 표 30. 항목별배점결과 69 표 31. 발광박테리아분석비용원가산출 71 표 32. 미세조류분석비용원가산출 72
표 33. 어류 ( 난 ) 분석비용원가산출 73 표 34. 시험생물종별원가산정에따른순위 ( 단위 : 천원 ) 74 표 35. 시험종별조사순위 78 표 36. 고유생물종을이용한국외생태독성연구사례 80 표 37. 국내고유시험생물종을이용한생태독성평가기존연구자료 81 표 38. 국내시험생물종에대한시험생물적정성평가예시 82 표 39. 환경독성평가를위한국내고유생물종개발 ( 환경부, 2006년 ) 84 표 40. 지표생물을이용한환경오염물질의생태영향평가현장적용기법개발에관한연구 ( 환경부, 2009년 ) 85 표 41. 82개업종염배출현황 ( 환경부, 2007 ~ 2012년 ) 87 표 42. 현행국내염독성인증수행과정 88 표 43. 국내염독성제도시행염독성판정사례 89 표 44. NPDES 염소이온농도기준 90 표 45. 국내에서이용되는해양생물시험종 92
그림차례 그림 1. 생태독성제도도입및정착을위한로드맵 5 그림 2. 생태독성평가다변화를위한시험종선정과정 8 그림 3. 국가별 ( 미국, 캐나다, 독일, 벨기에, 아일랜드, 포르투칼, 네덜란드, 스웨덴, 영국 ) 사용시험생물비율 10 그림 4. 독일의생물종운영현황 12 그림 5. 미국NPDES System과 NPDES에서제시하는 WET 가이드라인 16 그림 6. 수계를기반한미시건주에급 만성농도기준 17 그림 7. OSPAR Commission, 3개업종별시험종간민감도 20 그림 8. 그리스테살로키만업종별조사결과 21 그림 9. 발광박테리아생태독성시험과정. 40 그림 10. 미세조류성장률저해생태독성시험과정 42 그림 11. 어류알발생생태독성시험과정. 44 그림 12. 물벼룩생태독성배출실태조사결과 45 그림 13. 사업장별물벼룩실태조사결과 46 그림 14. 미세조류배출실태조사결과 47 그림 15 사업장별미세조류실태조사결과 48 그림 16. 발광박테리아생태독성실태조사결과 49 그림 17 사업장별발광박테리아실태조사결과 50 그림 18. 어류 ( 난 ) 생태독성배출실태조사결과 51 그림 19 사업장별어류 ( 난 ) 실태조사결과 52 그림 20. 안료및염료제조시설생물종별민감도비교평가 53 그림 21. 반도체및기타전자제품생물종별민감도비교평가 54 그림 22. 제1차철강산업민감도비교평가 55 그림 23. 유해물질평가용시약 57 그림 24. 미세조류 R. subcapitata( 좌 ) 와 C. vulgaris( 우 ) 58 그림 25. 발광박테리아유해물질민감도평가결과 58 그림 26. 물벼룩유해물질민감도평가결과 59 그림 27 미세조류 (R. subcapitata) 유해물질민감도평가결과 59 그림 28 미세조류 (C. vulgaris) 유해물질민감도평가결과 60 그림 29. 구리이온에대한종별민감도결과 61 그림 30. 시안이온에대한종별민감도결과 62 그림 31. 차아염소산나트륨에대한종별민감도결과 63
그림 32. 농약 ( 제초제 ) 에대한종별민감도결과 63 그림 33. 전문가설문조사항목예시 66 그림 34. 항목별가중치집계결과 67 그림 35. 항목별배점결과 68 그림 36. 발광박테리아독성측정장비 70 그림 37. 미세조류형광량측정장비 72 그림 38. 어류배양시스템장비 73 그림 39. 생태독성평가시험종다변화방안마련결과요약 76 그림 40. 이상적인독성시험생물선택을위한기준 79 그림 41. 해양환경공정시험기준에수록된 83 그림 42. 국내산저서성단각류독성시험관련연구데이터예시 83 그림 43. 국내산저서성단각류독성시험법개발을위한관련연구 (2005, 2008 년 ) 84 그림 44. 35개업종사업장생태독성발현사업장의독성원인물질분포도 86 그림 45. USEPA 방류수역염분포함여부에따른생물시험종선택로직 91 그림 46. 해양시험생물종발광박테리아, 단각류, 미세조류, 양두모치 91 그림 47. 방류수역의염분포함여부에따른생태독성평가방법 ( 안 ) 93 그림 48. 다양한해양생태독성시험종. 94 그림 49. 생태독성배출관리제도시행및정착을위한 5개년종합계획 95 그림 50. 행정체계및제도정비로드맵 96 그림 51. 교육 홍보및인프라구축로드맵 98 그림 52. 조사연구및기술지원사업 99
요약문 1. 서론 우리나라는 년부터물벼룩단일종을시험종으로운용하는생태독성통합관리제도를시행하면서수계로유출되는산업폐수급성독성을관리할수있는체계를갖게되었다 물벼룩한종만으로수생태계보호를위한제도를갖추기는어렵지만제도도입초기우리나가가가진경제적 사회적 문화적수준과역량 시민사회의요구등전반적인여건을고려할때물벼룩단일종으로구성된생태독성통합관리제도를우선시행하고단계적으로확대개편하는것이적절하다는전문가의견과정책적판단에의한결정이었다 제도시행 년이지난현재생태독성통합관리제도운영으로인해개별사업장과공공하폐수처리시설에서폐수처리에대한관심과노력이높아져방류수생태독성초과율이초기 에서 이하로낮아지는등산업폐수독성이낮아지고수생태에위해요소가점차줄어드는효과를거두고있는것으로나타나제도도입이수계환경보호에효과적이라는긍정적인평가를받고있다 하지만 우리나라생태독성통합관리제도에는아직미비한사항이많아다양한제도개선과보완이필요한상황인데 예를들면 선진국의경우 년대부터수계보호를위한생태독성통합관리제도를운영해오면서유해물질에대한생물종의반응민감도차이 산업업종별폐수에대한종민감도의차이등으로 종의시험생물을조합하여배출수독성평가에이용하고있고 급성독성뿐아니라만성독성까지도관리하며최근에는내분비계장애물질 의약품 항생제에의한수생태영향을파악하여관리되지않던신규물질에의한수생태영향까지줄이려는노력이이어지고있다 수많은오염물질노출로부터다양한생물군을보호하려는장치가고려되는방향으로생태독성통합관리제도가확대될수록수계환경보호효과는커지게된다 환경부는보다안전한수계보호를위한방안을구상하면서 생태독성배출관리제도시행및정착을위한 개년종합계획 을기획하였다 생태독성배출관리제도의단계적확대시행을목표로한이종합계획에는물벼룩단 - i -
일종생태독성관리제도에서박테리아 물벼룩 조류 어류등의여러생물분류군을포함하여시험생물종다원화하는방안을모색하여제도에반영할것등을제시하고있다 이러한생태독성통합관리제도확대개편정책필요성에따라본연구용역이발주되었으며본연구용역의목적은수질환경기준및평가기법의선진화를위한생태독성통합관리제도평가시험종확대방안마련 생태독성제도운영을위한중장기정책방안및로드맵구축에있다 2. 생태독성평가다변화를위한박테리아, 조류, 어류등적정시험종선정 본연구에서는국외시험생물종에대한운영현황과연구사례를조사하고, 국내생태독성기준적용 35개업종과시험생물종에연구사례를조사하여국내생태독성시험종다변화제도확대적용타당성을검토하는데활용핟였다. 박테리아, 조류, 어류 ( 난 ) 등시험생물별로시험원가산정을통해시험종다변화운영에따른초기구축및분석에소요되는비용을비교평가하고, 전문가델파이조사를통해생태독성운영에따른적정생물종에대한의견을수렴하였다. 한편으로국내자료조사를통하여물벼룩독성이높은업종, 발광박테리아독성이높은업종, 어류독성이높은업종 3개업종을선택한후, 업종별로 8개사업장유입수방류수를채수하여발광박테리아, 물벼룩, 미세조류, 어류 4종의독성배출실태를직접파악함으로써국내업종에적용할시험종의장단점을직접비교평가하는데이용하였다. 이러한여러가지직 간접적자료취합을통해국내생태독성평가시험종을추가할경우우선적용가능한생물종을순위화하는작업도병행하였다. 미국, 캐나다, 독일, 벨기에, 아일랜드, 포르투갈, 네덜란드, 스웨덴, 영국등우리나라보다앞서생태독성평가를배출수관리에적용해온국가들에서이용되는시험생물은주로박테리아, 미세조류, 물벼룩, 어류, 네종류이며일부국가에서는개구리밥, 해조류와같은생물을이용하기도한다. 급성독성평가의경우생태독성시험종으로서물벼룩을가장많은국가에서사용하며, 다음으로박테리아, 어류, 조류의순으로사용된다. 만성독성평가의경우조류를가장많은국가에서사용하고있으며물벼룩, 어류, 박테리아의 - ii -
순으로사용한다. 국가별적용시험생물종 구분미국캐나다 영국독일네덜랜드 스웨 덴 벨기 에 아일 랜드 포르 투칼 물벼 룩 급성 만성 박테 리아 급성 만성 조류만성 어류 급성 만성 기타 급성 만성 국외연구사례로 2005년 OSPAR에서실시한도금, 화학업종에대한조류, 발광박테리아, 물벼룩, 어류 ( 난 ) 에대한생태독성평가사례를분석한결과, 시험생물의민감도는발광박테리아가가장높았고, 조류, 물벼룩, 어류 ( 난 ) 순으로민감도가떨어지는것으로나타났다. 국내연구사례로 2002년부터환경부연구용역으로수행된 수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구 를분석한결과, 독성출현비율은발광박테리아가가장높았고, 조류, 물벼룩, 어류등의순서로출현율이감소하여국외의사례와마찬가지의생물민감도순서를보였다 ( 아래표참조 ). - iii -
수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구독성출현율 업체명 독성출현시료 독성출현율 어류물벼룩조류박테리아 차 차 차 차 차 차 차 차 다른국내사례로서 2011년국립환경과학원에서수행한 생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 (IV) 연구 에서가장많은시료에서독성이발현된시험종은발광박테리아 (60%) 였으며그다음조류 (32%), 물벼룩 (23%), 어류 (9%) 순으로나타났다 ( 아래표참조 ). 국내및국외에서다양한시험종을이용한배출수생태독성평가연구사례 를종합해보면 산업배출수의독성도를가장민감하게검출할수있는시험 종은모든경우발광박테리아였고 가장둔감한시험종은어류인것으로나 타났다 생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 독성발현율 구분 어류 물벼룩 조류 박테리아 시험생물종 평균 독성발현 비율 독성발현율 생물종민감도 둔감 민감어류 물벼룩 조류 박테리아 - iv -
한편, 2012년에수행된 생태독성미적용업종실태조사및적용업종확대방안연구 에서발광박테리아와물벼룩을비교실험한연구에서, 발광박테리아독성시험을물벼룩독성예측을위한스크리닝시험법방안의타당성을평가해본결과, 발광박테리아와물벼룩독성이함께나타날확률은 79.4~89% 로매우높게나타나물벼룩에게독성이있는시료는다른생물에게도독성이있을확률이높았다. 10-20% 는물벼룩독성이있지만발광박테리아는독성이없는경우이거나물벼룩독성이없지만발광박테리아는독성이있는경우라서물벼룩한종만으로는다양한수계생물을보호하고생태독성통합관리하는데한계가있음을보여주었다 ( 아래표참조 ). 개업종발광박테리아스크리닝결과및물벼룩독성예측확률 구분 시료수 발광박테리아스크리닝결과 유입수 개 방류수 개 구분 사업장수 염분 물벼룩독성 예측확률 유입수 방류유입수방류수수 발광박테리아 미고려 발광박테리아 염분 발광박테리아 미고려 발광박테리아 염분 본연구에서시험생물종간의민감도비교평가를위해 개업종 개사업장배출수에대한생태독성시험을실시하였다 안료및염료제조시설에서독성이높게측정된생물종은조류 어류로나타났고 반도체및기타전자제품제조시설에서는물벼룩 조류 박테리아의독성이높게나타났으며 제 차철강산업업종에서는물벼룩 조류 어류 난 가높은독성을지닌생물 - v -
종으로조사되어업종별독성영향은생물종별로상이할수있음을보여주었다 본연구의민감도결과는조류 물벼룩 어류 박테리아로평가되었는데조사시료의수가 개에불과하여업종별시험종민감도경향을이야기하기위해서는향후보다많은실태조사결과를바탕으로한결과비교가필요할것으로사료된다 아래표참조 업종별시험생물민감도비교평가결과 업종 조사 사업장 사업장별독성이가장높은생물종 안료및염료제조시설 2 개조류, 어류 ( 난 ) 반도체및기타전자제품 제조시설 3 개물벼룩, 조류, 발광박테리아 제 1 차철강산업제조시설 3 개물벼룩, 조류, 어류 ( 난 ) 생물종별민감도비교평가결과 구분 (%) 박테리아 어류 물벼룩 조류 시험생물종 Vibrio Oryzias Daphnia R. fischeri latipes magna subcapitata 평균 TU 0.03±0.1 0.3±0.5 1.3±3.2 2.9±3.9 TU <1 8 6 6 3 독성발현 1 TU<2 0 2 1 2 분포 2 TU<4 0 0 0 1 4 TU<16 0 0 1 2 16 TU 0 0 0 0 독성발현율 (%) 0 25 25 62.5 생물종민감도 둔감 <-----------------------------> 민감 박테리아 < 물벼룩, 어류 < 조류 유해물질에대한민감도비교평가를실시한결과 구리이온에가장민 - vi -
감한독성반응을보인생물은물벼룩이었으며 시안이온은미세조류와물벼룩 농약 제초제 과차아염소산나트륨에서는발광박테리아가가장민감하게반응하였다 배출실태조사결과와마찬가지로각각의화학물질별시험종이지니는독성민감도는다르며 단일종에대한생태독성기준으로여러가지복합적인유해화학물질에대한생태독성을판단하고관리하는데는한계가있음을보여준다 화학물질별민감도순위 화학물질구리이온시안이온농약 ( 제초제 ) 차아염소산나트륨 민감도발광박테리아 < 미세조류 < 물벼룩발광박테리아 < 물벼룩 = 미세조류미세조류 < 물벼룩 < 발광박테리아물벼룩 < 미세조류 < 발광박테리아둔감 <-------------------> 민감 생태독성평가시험종다변화를위해물벼룩이외추가적으로생각할수있는시험종으로어떤생물이적합한가를조사한전문가설문조사를분석한결과 박테리아 점 미세조류 점 어류 점으로전문가들은생태독성시험종다변화에따른우선고려대상시험종순위를박테리아 미세조류 어류순이라고판단하고있음을알수있었다 아래표참조 시험종간비교를위해실시한전문가설문의항목별배점결과 문항 배점박테리아미세조류어류 시험생물종의사용빈도 254 225 143 시험생물종민감도 273 228 178 배양및시험편리성 291 224 160 배양및시험공간 299 235 129 소요인력및시간 247 186 115 시험종적합성 230 219 150 국내도입필요성 253 219 142 독성시험간편차 219 192 198 총합계 2066 1728 1215 - vii -
시험법적용에따른초기구축비용과 회분석단가를분석한결과 초기구축비용이가장높은시험종은어류로약 억 만원이었으며 그다음으로미세조류약 만원 발광박테리아 만원으로산정되었다 회분석원가는어류 난 시험법이약 원으로가장높았으며 그다음으로미세조류 원 발광박테리아 원으로산정되어발광박테리아시험법의분석단가가가장저렴한것으로평가되었다 아래그림참조 시험생물종별원가산정에따른순위 ( 단위 : 원 ) 항목 초기구축비용 1회분석비용 발광박테리아 4,500,000원 160,000원 미세조류 4,600,000원 730,000원 어류 1억 3,000만원 1,027,000원 초기구축비용순위 발광박테리아 > 미세조류 > 어류 1 회분석비용순위발광박테리아 > 미세조류 > 어류 저비용 <----------------> 고비용 특정화학물질에대한독성반응민감도가생물마다다르게나타날수있어물벼룩급성시험법하나만으로는수계에다양한생물종보호를이루기엔어려움이따를것으로판단되며 보다안전하고지속가능한수생태계의보호를위해선물벼룩단일시험종외에발광박테리아 조류 어류 난 등의추가시험생물종의단계적인도입이필요하다 본연구용역을통하여조사된우선적용가능한시험생물종은국내 외민감도 적용사례 비용 전문가의견등을다양한직간접적자료를검토한결과 여러항목에서발광박테리아가우선순위를보였으며 그다음미세조류 어류 난 순으로분석되었다 생태독성평가시험종다변화방안을마련하기위한본연구결과 동일한업종사업장이라도생물종별민감도는다르게나타나며본연구용역에서수행된생태독성실태조사자료가충분치않은상태여서해당업종에적합한생물종을선정하기엔무리가있으므로향후실시될실태조사에서충분한연구자료를산출하고이를바탕으로시험종다변화정책마련이필요할것으로판단된다 - viii -
시험종별조사순위 발광박테리아 미세조류 어류 ( 난 ) 비고 국외운영현황 3 1 2 사용빈도 국외연구사례 3 2 1 민감도순위 국내연구사례-1 3 2 1 독성발현율 국내연구사례-2 3 2 1 독성발현율 배출실태조사 1 3 2 독성발현율 초기구축비용 3 2 1 비용순위 분석원가 3 2 1 비용순위 전문가설문조사 3 2 1 배점합계 합계 22 16 10 3. 국내 외시험종민감도비교를통해시험종국내화방안제시 이상적인독성시험생물선택을위한기준 - ix -
생태독성시험종국내화에후보군이되는고유생물종은특정지역에서오랜시간동안서식해온생물종을뜻하며해당지역에서쉽게입수할수있고지역의특성을가장잘나타낼수있는생물이라할수있다 이와같은이유로생태독성시험종으로자국내고유생물종을이용하려는시험종국내화연구는미국을비롯하여기타선진국을중심으로활발하게진행되고있다 국내의경우 아직까지시험종으로도입가능한국내종은많지않은실정이나 향후장기적인계획을통해시험종국내화연구를체계적으로진행할필요성이있다 본연구에서는국내외연구사례를검토하여시험종으로도입가능한국내시험종목록을파악하고 이들의도입을위해필요한제반연구항목을제시하였다 4. 고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법제시 방류수역의염분포함여부에따른생태독성평가방법 ( 안 ) - x -
염을포함한배출수의생태독성을평가하는경우염과유해성분들이각각또는복합적으로물벼룩에독성영향을미칠수있다 현재환경부에서는염이외의물질에의한독성이없는배출수의경우비록물벼룩독성기준을초과하더라도방류를제한적으로허용하는제도를마련하여시행하고있다 본연구에서는염을포함하는배출수를보다효율적으로관리하기위한평가절차를상기그림과같이작성하였다 먼저평가대상배출수가물벼룩생태독성기준을초과할경우시료내염분의 초과여부를우선적으로확인한다 만일염분이 를초과할경우에는배출수방류수역의염분포함여부를추가로확인하게된다 이때방류수역이염분을포함한경우에는국내에서이용되고있는해양생물시험종을이용하여해당배출수에대한생태독성시험을실시하게된다 국내에서이용중인해양생물시험종은여러종류가있으며본연구에서정리한 개분류군의생물중에서시험자가 종류를선택하여모니터링을실시토록하며모니터링횟수는총 회를실시토록한다 총 회의모니터링실시결과 개해양생물시험종에서모두독성이나타나지않을경우해당배출수는비록담수시험종인물벼룩에게는독성이나타나지만방류수역의해양생물에게는독성이나타나지않는것으로판단하여 년간물벼룩생태독성적용을유예하여방류를허용할수있다 상기평가절차에서제시한모니터링횟수 총 회 및적용유예기간 적용유예기간 년 은현재운용중인염독성인증제도를참고하여설정하였다 현행배출수관리제도상에서도고농도염배출업종의관리방안및방류수역의염분포함여부에따른해양생물시험종의필요성이확인되었으며이에따른시험종다변화연구가필요한실정이다 현재국내에서연구목적으로사용중인해양생물시험종은다양한시험종이있으나공정시험법에포함된해양생물시험종은해양환경공정시험법에수록된저서성단각류와발광박테리아 종으로환경제도운용을위해서는추가생물종의공정시험법수록및제도상시험종다변화논의가필요하다 5. 생태독성제도운영을위한중장기정책방안및로드맵제안 행정체계및제도정비 - xi -
ᐅ 공공기관확대시험종운영 관리체계정비 (2013~16) ᐅ 확대시험종시험설비구축 (2015~16) ᐅ 확대시험종시험방법표준화 (2014~) ᐅ 민간시험기관지정및관리 (2015~16) ᐅ 생물감시장치사업장적용방안마련 (2013~17) ᐅ 다변화된생태독성정도관리계획수립 (2015) ᐅ 시험법다원화 ( 국내종, Cell assay) 도입방안중장기검토 (2016~) ᐅ 염독성관리제도정비 (2016~) ᐅ 노출시간확대 만성독성평가방안마련 (2016~) 교육 홍보및인프라구축 ᐅ 다변화된생태독성시험법정례교육 (2013~) ᐅ 생태독성자격증신설 (2015~16) ᐅ 생태독성제도확대적용및진행사항에대한지속적정보제공 (2013~) ᐅ 다변화된시험종홍보물제작및배포 (2015~) 조사연구및기술지원사업 ᐅ 다변화된시험종에대한 82개업종별배출실태조사 (2013~20) ᐅ 만성독성영향및 Cell assay에관한연구 (2016~19) ᐅ 미적용 47개업종확대 (2014~15) ᐅ 다변화시험종공공처리시설 ( 하 폐수종말처리시설 ) 실태조사 (2016~18) ᐅ 24시간에서 48시간노출시간확대 (2013~20) - xii -
과업명 생태독성평가시험종다변화방안연구 1. 서론 1.1. 연구목적 본연구용역의목적은수질환경기준및평가기법의선진화를위하여생 태독성통합관리제도평가시험종을물벼룩단일종에서박테리아, 조류, 어류등으로다변화하기위한방안을마련함에있다. 1.2. 연구의배경및필요성 2006년환경부는물환경관리 10개년계획을발표하면서국가물환경정책의목표와기본방향이기존이화학적수질관리중심에서유해화학물질로부터안전하고생태적으로건강한물환경조성으로패러다임을전환하게되었고, 이에따라생태성, 위해성을고려한종합적수질관리제도의도입이요구되었다. 생태성과위해성을중시하는환경정책의일환으로산업폐수생태독성배출관리제도 2007년 12월수생태법시행규칙이개정됨에따라 2011 년부터사업장규모별, 업종별폐수배출시설 35개업종에대해단계적으로시행되어적용되었다. - 국내폐수배출시설은 82 개업종으로분류 - 82 개업종중독성이높은 35 개업종에대해생태독성제도우선적용 생태독성관리제도미적용 47 개업종에순차적인적용을위해 2012 년생태 독성미적용업종실태조사및적용업종확대방안연구용역수행하였으며, 47 개미적용업종의생태독성 TU > 2 초과율은 16.3% 로 35 개적용업종생 - 1 -
태독성초과율 10.9% 와유사하여미적용업종에대해서도적용하는것이타 당하다는연구결과가도출되었다. 국내생태독성관리제도도입을위한연구는 2002년부터현재까지환경부연구용역사업으로생태독성전문연구기관등에서수행되어왔으며, 2002 년통합독성관리제도도입방안에대한연구를시작으로정책적분야와실무적분야가함께연구진행되었다. - 정책적분야 : 통합독성관리제도시범연구, 국내제도구축방안연구등 - 실무적분야 : 폐수종말처리시설, 개별페수처리시설에대한독성원인물 질탐색및저감방안에대한연구등 상세국내생태독성관련연구진행현황은다음과같다. 연구용역수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구수질유해물질의통합독성관리제도도입을위한시범연구수질유해물질의통합관리제도도입기반구축을위한연구생태독성배출허용기준 안 초과시설독성원인확인및저감방안도출연구 수행기관안전성평가연구소 안전성평가연구소 안전성평가연구소 네오엔비즈 생태독성및업종별산업폐수배출허용기준도입등규제영향분석연구 네오엔비즈 배출시설별폐수생태독성실태조사 네오엔비즈 산업폐수생태독성원인물질탐색및저감방안에관한연구 네오엔비즈 폐수종말처리시설생태독성배출실태파악및독성원인탐색 네오엔비즈 산업폐수생태독성원인물질탐색및저감방안에관한연구 네오엔비즈 - 2 -
산업폐수생태독성원인물질탐색및저감방안에관한연구 네오엔비즈 생태독성미적용업종실태조사및적용업종확대방안 네오엔비즈 생태독성관리제도조기정착을위한과학적기반구축연구 국립환경과학원 생태독성관리제도조기정착을위한과학적기반구축연구 국립환경과학원 생태독성관리제도조기정착을위한과학적기반구축연구 국립환경과학원 외국의배출수통합독성평가 (whole effluent toxicity test) 에대한기본원칙과적용대상은국가별로다른데, 독일, 북유럽등의국가에서는산업폐수가배출되는폐수배출구 (point of entry) 를대상으로 BAT에기반한업종별기준을적용하고있는반면, 미국, 캐나다등의국가에서는산업폐수가배출되어혼합되는수계의위해성을기반으로폐수배출혼합수계 (point of contact) 를적용대상으로하여배출량, 수계용량에따른수계보호기준적용을실시하고있다. 미국과독일에수계보호를위한방안은다음과같다. 미국에경우이화학적기준으로 Section 304(a)(1) of the Clean Water Act 에서 126 종이상의유해물질을관리하고있으며, 독성학적기준으로척추, 무척추, 식물등을근거로 20 여종에대한급 만성평가방법론을가지고있 - 3 -
다. 또한생태학적측면에서수계영향을평가하기위해생태군집평가등의조사를수행하고있다. 유럽또한 Water Frame Directive라는제도를통해수질유해물질 120여개를관리하고있다. 독일의경우이화학적기준으로 Waste Water Ordinance-AbwV에서업종별유해물질을관리하고있고, 독성학적기준으로 57개업종중 23개업종에서 Toxicity to fish egg에의한독성결과를근거로부과금을부과하며, 5개업종에대해서는별도의생물종에의한독성시험실시한다. 생태학적측면에서축적성, 지속성, 유전독성, 환경호르몬등에영향을평가하고있다. 외국생태독성통합관리제도의경우업종별종민감도의차이등으로 70년부터대부분시험생물종을 2~3종이상의시험종조합 (battery test) 으로운영하고있는반면, 우리나라의생태독성통합관리제도는 11년부터시행되어도입초기에있으며, 생태독성통합관리제도의평가시험종은현재물벼룩단일종으로구성되어있다. 외국의많은연구를통해오염물질에따른생물의민감도는매우다를수있음이알려져있는데, 물벼룩에치명적인물질 ( 예를들면, 구리등 ), 박테리아에게치명적인물질 ( 예를들면, 염소소독제등 ), 조류에게치명적인물질 ( 예를들면, 제초제 ) 등매우다양한독성범위를갖는물질들이수없이많이수계로유출되기때문에한가지의시험종으로수계를보호하기에는무리가따른다. 따라서, 우리나라도수생태보호를위한안전망을보다넓게확보하기위해서는수생태계내에먹이단계를대표하는박테리아 ( 분해자 ), 조류 ( 생산자 ), 물벼룩 (1차소비자 ), 어류 (2차소비자 ) 로구성되는 battery를순차적으로확보하는일등이필요하다. 이에환경부는보다안전한수계보호를위한방안으로 2008년생태독성배출관리제도시행및정착을위한 5개년종합계획을통해생태독성배출관리본격시행을위한제도정비로드맵을마련하고생태독성관리행정체계및설비등구축, 생태독성배출관리본격시행을위한제도정비, 생태독성배출저감을위한기술지침서마련, 생태독성배출시설기술지원사업추진, 생태독성배출현황조사확대, 교육 홍보및관련산업육성등의중장기적제도확대등생태독성배출관리제도의정착및확대시행을위한제도정비로드맵을마련하였다. - 4 -
그림 생태독성제도도입및정착을위한로드맵 생태독성통합관리제도확대시행필요성 - 생태독성미적용업종확대시행 ( 연구용역완료, 2012) - 생태독성시험종다변화 ( 본연구용역, 2013) - 생태독성시험종국내화 ( 중장기로드맵, 2008) - 생태독성급성관리에서만성관리 ( 중장기로드맵, 2008) - 물벼룩노출시간 24시간에서 48시간연장 ( 전문가회의 ) - 생태독성배출수관리에서공공수역관리연계 ( 전문가회의 ) 생태독성배출관리제도시행및정착을위한 5 개년종합계획 ( 08) 추진내용 생태독성관리행정체계및설비등구축 세부내용공공기관생태독성 운영관리체계정비 생태독성시험설비구축 공정시험법제정완료 실험과정동영상제작 배포 독성시험법의신뢰성향상을위한연구사업추진및개선방향모색 시험전문기관을지정하고감독할수있는법적근거마련 - 5 -
생태독성배출관리본격시행을위한제도정비 생태독성배출저감을위한기술지침서마련 생태독성배출시설기술지원사업추진 생태독성배출현황조사확대 교육 홍보및관련산업육성 시험전문기관지정고시 생태독성시험기관정도관리 생태독성배출기준적용방안개선 염독성고시 생태독성기준미적용업종적용방안연구 만성독성기준도입가능성연구 미정 하 폐수종말처리장으로유입사업장기준적용방 안마련 미정 시험생물종다원화방안연구 공공수역에대한생태독성관리강화 생태독성관리기본지침서마련 업종별생태독성원인확인및저감을위한기술 지침서 폐수종말처리시설생태독성원인확인및저감을 위한기술지침서마련 생태독성기술지침서작성을위한연구사업추진 생태독성배출사업장기술지원실시 폐수종말처리시설기술진단실시 생태독성기술지원팀운영 폐수종말처리시설생태독성배출현황조사및원 인물질탐색 하수종말처리시설생태독성배출현황조사및원 인물질탐색 개별사업장생태독성배출현황조사및원인물질 탐색 생태독성시험방법정례교육실시 전문인력양성 대학 원 내생태독성교육과정개설추진 생태독성민간시험 연구기관육성 생태독성민간컨설팅업체육성 본연구용역은생태독성배출관리제도시행및정착을위한여러가지제도중시험종다변화의타당성검토를위해발주되었으며, 이와더불어시험종국내화방안, 고농도염배출업종에대한적정생태독성방법검토, 생태독성제도운영을위한중장기정책안및로드맵제안도본연구용역에서함께검토하고자하였다. - 6 -
1.3. 세부연구내용 본연구용역에서는생태독성평가다변화를위한박테리아, 조류, 어류등적정시험종선정을위해 1) 국외생태독성시험생물종운영현황분석, 2) 업종별배출실태조사를통한적정민감시험종선정, 3) 생태독성시험종의장단점비교평가, 4) 업종별다변화된생태독성적용우선순위검토, 5) 시험생물종에대한평가방안마련에대해조사하였다. 국내외시험종민감도비교를통한시험종국내화방안마련을위해 1) 국내외시험종의민감도비교분석, 2) 우선순위시험종을활용한업종별생태독성평가방법론제시를실시하였다. 고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법제시를위해 1) 방류수내고농도염배출고려대상업종선정, 2) 고농도염배출업종에대한대체시험종및다변화가능성평가를검토하였다. 생태독성제도운영을위한중장기정책안및로드맵작성을위해 1) 평가시험종다변화도입에따른중장기운영방안제안, 2) 생태독성인프라구축에필요한사항을제시하였다. 국외생태독성시험생물종운영현황분석 생태독성평가다변화를 위한박테리아 조류 어류 등적정시험종선정 업종별배출실태조사를통한적정민감시험종선정 생태독성시험종의장단점비교평가 업종별다변화된생태독성적용우선순위검토 시험생물종에대한평가방안마련 국내 외시험종민감도비교를통해시험종국내화방안제시고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법제시생태독성운영을위한중장기정책안및로드맵제안 국내 외시험종민감도비교분석 우선순위시험종을활용업종별생태독성평가방법론제시 방류수내고농도염배출고려대상업종선정 고농도염배출업종에대한대체시험종및다변화가능성평가 평가시험종다변화도입에따른중장기운영방안제안 생태독성인프라구축 - 7 -
2. 생태독성평가다변화를위한박테리아, 조류, 어류등적정시험종선정 본연구용역에서생태독성평가다변화를위한적정시험종선정을위해국외시험생물종에대한운영현황과연구사례를조사하고, 국내생태독성기준적용 35개업종과시험생물종에연구사례를조사하는한편, 국내 3개업종 8개사업장의업종별배출실태조사를통해시험종장단점을비교평가하였다. 또한박테리아, 조류, 어류 ( 난 ) 시험법에대해시험생물종별원가산정, 시험종다변화운영에따른초기구축비용과원가를분석하고, 전문가델파이조사를통해생태독성운영에따른적정생물종에대한의견을수렴하였다. 본연구에서는상기과정에서모아진자료를종합적으로분석하고합리적결론을유도함으로써우리나라생태독성평가시험종다변화시우선적용가능한생물종은무엇이고우선순위는어떠한가에대한논리를제공하고자하였다. 그림 생태독성평가다변화를위한시험종선정과정 - 8 -
2.1. 국외시험생물종운영현황및연구사례조사 국외생태독성통합관리제도운영현황을조사한결과, 유해물질독성스크리닝, 화학물질기준설정보완, 수생태계보호, 오염원관리, 배출규제, 배출수독성저감평가수행의무부과, 공정개선조치, 자발적공정관리, 개인간법적소송시중재등다양한법적제도적보완장치로활용되고있는것으로확인할수있었다. 산업폐수로부터수계를보호하는방안으로생태독성평가 (Whole Effluent Toxicity Test) 를활용하는법적제도적적용은크게두가지로나뉘는데, 독일, 북유럽국가등에서적용하는배출수를기반으로하는 Point of Entry는독성저감에대한산업폐수처리기술에따라업종별로차등기준을적용하며, 미국, 캐나다등에서는처리기술보다는지역수계위해성에기반하여배출량, 수계의용량에따른기준적용을하고있는것으로파악되었다 ( 표 1). 독일과기타일부유럽국가 ( 독일, 프랑스 ) 에서는산업폐수생태독성수치에따라부과금산정등에사용하고있으나대부분의국가에서는생태독성자료를규제차원이아닌모니터링등수계보호를위한보완책으로사용하는경우가많았으며미국등은산업폐수허가제도에도이용하는등폭넓은제도활용을하고있는것으로나타났다. 한편, 영국의경우 DTA (direct toxicity assessment) 라하여정부, 산업계, 연구계가공동으로공정개선등에목적을두고배출시설업체독성저감을위한유인책 (Trigger) 로도사용하고있는것으로파악된다. 표 생태독성에기술적접근방법 목적적용목적사용목적자료사용목적불이행시조치목적 접근방법스크리닝 법적규제 화학물질기준설정보완수생태계보호 오염원관리 두가지병행위반시규제 자발적공정관리 개인간법적소송시중재법적조치 독성저감평가수행의무부과 공정개선조치등 미국, 캐나다, 독일, 벨기에, 아일랜드, 포르투갈, 네덜란드, 스웨덴, 영국에 서국가별사용되는생태독성시험종은크게박테리아, 조류, 물벼룩, 어류 4-9 -
가지로분류되며그외국가에따라개구리밥등과같은종을적용하기도한다. 급성독성평가의경우물벼룩을가장많은국가에서사용하며이어박테리아, 어류, 조류의순으로많이사용된다. 만성독성평가의경우조류와물벼룩을가장많은국가에서사용하고있으며다음으로어류, 박테리아의순으로사용하고있다. 그림 국가별 미국 캐나다 독일 벨기에 아일랜드 포르투칼 네덜란드 스 웨덴 영국 사용시험생물비율 미국, 캐나다, 독일, 벨기에, 아일랜드, 포르투칼, 네덜란드, 스웨덴, 영국에서사용되고있는적용시험생물종및급성과만성평가를요약하면표 2와같다. 대부분의국가에서박테리아, 물벼룩, 조류, 어류등을조합하여시험에이용하고있으며급성과만성시험을함께활용하는것으로파악된다. - 10 -
표 국가별적용시험생물종 구분미국캐나다영국독일 네덜 랜드 스웨덴벨기에아일랜드 포르 투칼 물벼룩 박테 리아 급성 만성 급성 만성 조류만성 어류 기타 급성 만성 급성 만성 2.1.1. 국외시험생물종운영현황 독일의생물종운영현황독일에서제시하는생태독성시험생물종은어류 ( 난 ), 물벼룩, 박테리아, 조류총 4종이며, 폐수부담금법에서부과금을요구하는독성근거는어류를이용한독성평가이다 ( 그림 4). 재정당시어류치어를이용한시험을사용하였으나민감도가떨어진다는점, 어류를이용한시험법이동물윤리에심각한반대에부딪힌다는점비용상의이유등을감안하여 2004년 Toxicity to Fish eggs라는시험법으로변경되어어류대신어류 ( 난 ) 을이용하여생태독성평가를실시하고있다. - 11 -
그림 독일의생물종운영현황 시험생물종및표준시험법은다음표 3과같다. 급성시험법으로박테리아와물벼룩을이용하며시험법은국제표준시험법 ISO (International Organization for Standardization) 을준용하고있다. 만성시험법으로는조류, 물벼룩, 어류 ( 난 ), 개구리밥을채택하였으며 ISO, OECD, Bequalum 등의시험법을따르고있는것다. 육상과해양에서사용할수있는시험종을따로두고있는데, 예를들면, 조류의경우 Desmodesmus subcapitata는담수시험종이고 Skeletonema costatum과 Phaeodactylum tricornutum은해수시험종이다. Crassostrea gigas도해수시험종으로활용한다. - 12 -
표 독일시험생물종및표준시험방법 박테리아 급성 물벼룩 조류 물벼룩 만성 어류 기타 독일의분류체계에서총 57개업종중 23개업종에대해서 Toxicity to Fish eggs에의한독성결과를근거로부과금을부과하며, 이외 5개업종에대해서는별도의생물종에의한독성시험을요구한다. 독일수질관리법 (Wastewater Ordinance) 에서제시하는 5개업종은 Appendix 22 화학산업 (chemical industry), Appendix 27 폐수처리시설 (Treatment of waste means-), Appendix 31 수처리 (Water treatment, cooling-), Appendix 51 육상폐기물저장시설 (Storage of waste above ground), Appendix 57 세모공정시설 (wool scouring plants) 이며기준은다음표 4와같다. 독일수질관리법에서 5개업종은특별히어류 ( 알 ) 이외에다른생물종에대한생태독성시험을요구하고있는데시험종에따라차등적인기준만족을요구하고있다. 화학산업업종에대해서는어류알가이드라인은 T egg = 2, - 13 -
물벼룩가이드라인은 T D = 8, 조류가이드라인은 T A = 16, 박테리아가이드라인은 T L = 32를적용하고있다. 이것은화학산업업종의폐수가어류, 물벼룩, 조류, 박테리아에미치는독성영향이다르다는점과화학산업폐수에대한수처리기술이기술적으로감당할수있는수준을고려하여설정된것으로, 평균적으로볼때, 독일화학산업폐수의독성은박테리아 > 조류 > 물벼룩 > 어류의순으로파악된다. 폐수처리시설업종에대해서는어류알가이드라인은 T egg = 2, 물벼룩가이드라인은 T D = 8, 박테리아가이드라인은 T L = 4를적용하고있다. 수처리냉각수사용업종에대한생태독성가이드라인은박테리아만적용되며 T L = 12를적용한다. 육상폐기물저장시설업종에대한생태독성시험은어류알, 물벼룩, 박테리아를요구하며각각의가이드라인값은 2, 4, 4이다. 세모공정시설업종은어류알독성 2, 물벼룩독성 8 두가지를적용한다. 독일에서특별관리되고있는 5개업종에대해어류알시험법은 4개업종에서적용되고물벼룩시험법은 4개업종에서적용되며, 조류시험법은 1개업종, 박테리아시험법은 4개업종에적용되고있다. 활용도측면에서어류알, 물벼룩, 박테리아는비교적많은업종에적용되고있는반면조류시험법이적용되는업종은상대적으로적은것으로평가된다. 시험종수로보면화학산업업종에대해 4개시험종을적용하고, 폐수처리시설업종과육상폐기물저장시설업종에대해 3개시험종, 세모공정시설에대해 2개시험종, 수처리냉각수업종에대해 1개시험종을적용한다. 화학산업업종폐수에대해가장많은시험종가이드라인을제시하고있는것은그만큼화학산업업종폐수가업체특성에따라사용하는물질이다양하며생물에미치는독성영향이생물군마다차이가커한두개의시험종기준으로는화학산업폐수로부터수계보호가충분치않기때문이라볼수있다. 수처리냉각수사용업종중발전소냉각수에대해서는박테리아가이드라인 T L = 12를적용하고있는데, 이는발전소가대부분해안가에위치하고냉각수로바닷물을많이사용하며배출장소도해양이기때문에해양성박테리아독성테스트가가장적합하기때문이다. 우리나라에서도생태독성시험종다변화고려시독일의업종별생태독성시험종및시험기준차등적용제도를잘살펴보고참고하는것이유용할것으로판단된다. - 14 -
표 독일수질관리법 에서제시하는 개업종기준 기준시험종가이드라인 화학산업 폐수처리시설 수처리 육상폐기물저장시설 세모공정시설 - 15 -
미국의생물종운영현황 1972년연방수질오염방지법이사회적요구에의해 1977년개정되어 Clean Water Act법이되었으며, 이법은미국수계에배출되는오염물질에대한규제의근간이되고있다. 미환경청은이법을산업폐수관리프로그램을실행하는근거의모체로삼고있다. Clean Water Act 법에의거미국수계로유입되는배출수를관리하기위해배출수관리프로그램 (NPDES : National Pollutant Discharge and Elimination System) 을운영하고있으며산업폐수, 하수등을직접배출하기위해선 NPDES 허가를얻어야한다 ( 그림 5). NPDES에서는수서생물보호목적의급 만성 WET(Whole Effluent Toxicity) 테스트를 3종이상의척추, 무척추, 식물에대하여수행하고있다. 그림 미국 과 에서제시하는 가이드라인 WET에서정하는최대급성농도기준 (a criterion maximum concentration : CMC) 는세가지시험종의급성독성값중가장민감한시험종의독성값이 0.3 TUa를초과하지않아야하며 ( 예를들어 1가지어류와 2가지무척추동물, 2 가지어류와 1가지무척추동물의평가결과 ), 만성농도기준 (a criterion continuous concentration : CCC) 는세가지시험종의만성독성값중가장민감한값이 1.0 TUc를초과하지않아야한다 ( 표 5). - 16 -
표 급성 만성독성기준 에서정하는급 만성독성농도기준 척추 무척추 식물 급성독성 세가지시험종중가장민감한급성독성값 만성독성 세가지시험종중가장민감한만성독성값 EPA에서 NPDES 프로그램을직접실행할권한이있으며각주에권한을위힘하며주정부 WET 기준을설정하여운영중에있다. 미시건주에서는 Michigan's Natural Resources and Environmental Protection Act, R1057(1), R1057(6) 과기타관련법에따라 NPDES에서제시하는 WET 테스트를수행하며, 수계에배출수가희석되는농도에따라급만성기준을설정하고관리하도록하고있다. 그림 6에서폐수가배출되어지는지역에서는급성농도기준을설정하여 1.0 TUa로관리하고희석되어지는지역에서는만성농도기준을설정하여 1.0 TUc로관리하고있다 ( 그림 6). 그림 수계를기반한미시건주에급 만성농도기준 - 17 -
WET에서정하는생태독성시험방법은크게세가지로나뉘며, 담수와해수에대한방류수와수계의급성독성평가를다룬 EPA-821-R-02-012과, 수계의담수에대한만성독성평가를다룬 EPA-821-R-02-013과, 해수와기수역에대한만성독성평가를다룬 EPA-821-R-02-01에대한표준시험법을정하여해당수계에적합한시험생물종을제시하고있다 ( 표 6). 표 미국시험생물종및표준시험방법 물벼룩 급성 어류 물벼룩 어류 조류 만성 갑각류 어류 성게 - 18 -
OSPAR( 북동대서양보호위원회 ) 벨기에, 아일랜드, 포르투칼, 독일, 네덜란드, 스웨덴, 영국에서는북동대서양보호위원회를구축, 각국에서지정하는생태독성시험생물종에대한기준과해당시험생물종에대한시험법을제시하고있다. 다음표 7는 OSPAR 국가별시험생물종과시험법에대한사례이며, 담수와해수별시험생물종을구분하고있으며국가별가장많이사용되고있는시험생물종은담수와해수모두에서발광박테리아의사용이가장높은것으로나타났다. 표 북동대서양보호위원회 생태독성시험종적용사례 * OSPAR Practical Guidance Document on Whole Effluent Assessment - 19 -
2.1.2. 국외시험생물종연구사례조사 그림 7은지난 2005년 OSPAR에서실시한도금, 화학, 제지업종에대한조류, 박테리아, 물벼룩, 어류 ( 난 ) 에대한분석결과이다. LID (lowest ineffective dilution) 값을기준으로최저희석배율에대한결과값을나타내었다. 도금업종에대한생태독성시험결과는도금업종폐수의독성이박테리아 > 조류 > 어류알 > 물벼룩순으로강함을보여주며, 화학업종에대한생태독성시험결과는박테리아 > 어류알 > 조류 > 물벼룩순임을보여준다. 제지업종에서는모두독성이나타나지않았다. OSPAR 연구사례를통해업종폐수별로생물에대한독성민감도가다름을알수있고시험종을여러개조합으로운영할시에는업종폐수의생태독성민감도를감안할필요가있다. 그림 개업종별시험종간민감도 그림 8은 2008년그리스테살로키만에서원새동물, 박테리아, 물벼룩에대한식품, 증류, 도금, 염색, 제지, 화학업종에대한비교평가를실시한결과로, 식품, 증류, 도금에서원생동물, 박테리아, 물벼룩순으로독성이발현되었고, 염색업종에서박테리아, 원생동물, 물벼룩, 제지업종에서원생동물, 물벼룩, 박테리아, 화학업종에서물벼룩, 박테리아, 원생동물순으로독성이발현되었다. - 20 -
그림 그리스테살로키만업종별조사결과 화학물질별생물종간민감도에대한최근 3년간조사결과는다음표 8 과같으며, Cadmium 이온에서는물벼룩 (3.5~631.9 ug/l), 조류 (9.4~199 ug/l), 어류 (16 ug/l), 박테리아 (14,500 ug/l) 로조사되었으며, Copper 이온에서물벼룩 (22~92 ug/l), 조류 (26.9~506.8 ug/l), 어류 (900~9,700 ug/l), 박테리아 (300 ug/l) 로독성이조사되었고, Phenol 이온에서물벼룩 (19,600~33,900 ug/l), 조류 (46,420~129,000 ug/l), 어류 (8,500 ug/l), 박테리아 (25,900 ug/l) 로독성이조사되었다. 염소에대한민감도는조류에서보다박테리아에서훨신크게나타났다. 이결과는 Cadmium 이온, Copper 이온, Phenol 이온, 염소등개별화학물질에대한생물종간민감도는매우다를수있음을보여준다. - 21 -
표 화학물질별생물종간민감도조사결과 화학물질 물벼룩 조류 어류 박테리아 - 22 -
2.2. 국내시험생물종운영현황및연구사례조사 국내생태독성제도는 2007년 12월수생태법시행규칙이개정됨에따라 2011년부터사업장규모별, 업종별폐수배출시설 35개업종에대해단계적으로시행되어적용되었다. 국내폐수배출시설은 82개업종으로분류되어지며생태독성이적용되는업종은 82개업종중독성이높은 35개업종에대해생태독성제도우선적용되어현재시행중에있다. 생태독성평가에이용되어지는표준시험법은수질오염공정시험기준제 49항물벼룩을이용한급성독성평가방법이다. 국내생태독성배출허용기준적용도입 - 시험생물종 : 물벼룩 (Daphnia magna) 24시간급성독성 ( 유영저해 ) - 적용대상 : 유해화학물질다종 / 다량사용 35개업종 ( 전체 82개업종 ) 사업장, 폐수종말처리시설 134개, 35개업종폐수유입을받는공공하수처리시설 77개 - 사업장규모별로단계적적용 : 종별, 업종별, 지역별생태독성배출허용기준 ( 표 9) - 23 -
표 종별 업종별 지역별생태독성배출허용기준 종별지역기준 이하 적용시기 종 종사업장 청정 부터 가 나 특례 부터 청정 부터 종 종 종사업장 청정 부터 가 나 특례 부터 업종별지역종별기준적용시기 섬유염색및가공시설 기타분류되지아니한화학제품제조시설 도금시설 가 나 특례 종 종 종 종 종 부터 부터 부터 부터 기초무기화합물제조시설 합성염료유연제및기타착 색제제조시설 가 나 특례 종 종 종 종 종 부터 부터 부터 부터 지역구분청정지역가지역나지역특례지역 생태독성 이하 이하 이하 이하 2.2.1. 국내시험생물종운영현황 국내생태독성시험은환경부에서정하는산업폐수에대한생태독성을평가하는물벼룩을이용한급성독성평가시험기준과해양수산부에서정하는해양배출폐기물의배출적합성을판정하는저서성단각류및발광박테리아를이용한해양배출폐기물생태독성시험기준이활용되고있다. 해양배출폐기물은해양환경에해로운결과를미치거나미칠우려가있는물질로서 해양환경관리법 제2조제4항에따라해양에배출되는경우그상태로는쓸수없고 해양관리법시행규칙 별표 6에서규정하는해양배출대상폐기물에관련된기준의적합여부를판정을받아야해양투기가가능하다. 적 - 24 -
합여부를판정하는항목에는일반적인이화학적기준 ( 제 1기준, 제 2기준 ) 을통과하여야하지만시행규칙별표 8에서정한정밀평가 ( 해양생태독성평가 ) 를통하여 독성없음 으로판정되면해양으로배출할수있다. 독성없음 의판정은시험대상시료의상대평균생존율을다음의식으로계산하고, 그값이 30% 이하일경우에는 독성없음 으로판정한다 ( 표10). 표 해양배출폐기물생태독성판정 시험종 발광박테리아 저서성단각류 판정방법 상대발광저해율 대조구의평균발광량 시료의평균발광량 대조구의평균발광량 상대평균생존율 대조구의평균생존율 시료의평균생존율 다음표 11과 12는해양배출폐기물을평가하는생태독성평가시험조건이다 ( 해양환경공정시험기준제 21항발광박테리아를이용한해양배출폐기물생태독성시험기준, 제 22항저서성단각류를이용한해양배출폐기물생태독성시험기준 ). 표 발광박테리아를이용한해양배출물질염수추출액의급성독성시험조건 항목시험생물노출농도노출기간시험온도시험용기시료검정구간발광박테리아주입량시료당반복수시험방법염분측정기기최종측정치시험적합도 조건발광미생물 대조구 희석수 분 원액및 시료 원액테스트 테스트 반복지수식시험방법 시험기간중시험용액을교환하지않는시험 염분보정이필요한시료 등노출 분후발광저해율 표준독성물질 아연표준독성값적합여부 - 25 -
표 저서성단각류를이용한해양배출물질염수추출액의급성독성시험조건 항목시험방법시험생물시험기간시험온도시험염분광조건시험용기시험용액희석용액시험용액의교환시험구별개체수시험농도별반복수시험생물의크기먹이공급폭기여부수질측정최종측정치시험적합도기준 조건비교환정수식저서성단각류 외 일 시간 빛차단 강화유리비이커 의유리섬유여과지로여과한해수없음 표준체기준 공급하지않음용존산소포화도가 이하일경우에만폭기실험시작과종료시에측정생존율대조구의생존율이 이상 - 26 -
2.2.2. 국내시험생물종연구사례조사 환경부생태독성제도도입및운영에따라국내에서도여러가지생태독성관련연구가수행되었으며그중생물종간비교에따른연구는지난 2002년부터 3년간수행되어진수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구에서물벼룩, 조류, 박테리아, 어류에대한업종별독성을비교평가한연구와 2011년생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 (IV) 에서물벼룩, 조류, 박테리아, 어류에대한업종별독성을비교평가한연구가있었다. 이밖에도산업폐수생태독성평가에따른독성원인물질탐색및저감방안연구, 생태독성미적용업종실태조사및적용업종확대방안연구에서발광박테리아와물벼룩을비교실험한연구가있었다 ( 표 13). 표 국내연구현황 연구기관연구내용연도 하폐수의통합독성배출기준설정에관한기초연구 환경부수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구 환경부수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구 환경부 유럽 개국 의산업폐수통합독성관리제도조사보고서 환경부 수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구 환경부 수질유해물질통합관리제도도입기반구축을위한연구 환경부 배출시설별폐수생태독성실태조사 환경부 산업폐수생태독성평가에따른독성원인물질탐색및저감방안연구 환경부 산업폐수관리체계개선방안연구 환경부 산업폐수생태독성평가에따른독성원인물질탐색및저감방안연구 환경부 생태독성배출관리제도시행및정착을위한 개년종합계획 환경부 산업폐수생태독성평가에따른독성원인물질탐색및저감방안연구 환경부 지표생물의분자지표를이용한생태독성모니터링시스템에관한연구 환경부 생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 - 27 -
표 14는 2002년부터수행된수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구에서산업폐수의독성출현율을조사한자료이다. 1차시료의조사결과, 어류의경우는 54개의업체중 6개배출업체에서독성이초과된것으로조사되어독성초과율 11% 를보였고, 물벼룩의경우는 19개배출업체에서독성이조사되어 35% 가독성을초과한것으로나타났으며, 조류의경우는대상업체의절반정도인 25개배출업체에서독성이조사되어독성출현율 46% 를보였다. 박테리아의경우는조사대상업체중 5개배출업체를제외한 49 개배출업체가독성을초과하여독성출현율 91% 를기록하였다. 4가지생태독성시험종모두에서독성반응이나타난곳은 54개배출업체중에서 5개업체로 9% 를차지한다. 박테리아독성시험종을제외한 3가지시험종에서독성반응을나타낸업체는 6개업체이다. 환경오염에대한감수성이민감한생물종일수록생태독성출현율이높게나올것으로추측할수있는데이조사의결과로볼때, 우리나라산업폐수독성에민감하게반응하는생물은박테리아 > 조류 > 물벼룩 > 어류의순일것으로예측할수있다. 2차시료의조사결과, 어류의경우는 54개의배출업체중 10개업체에서독성이조사되어 19% 를차지하였다. 물벼룩의경우는 18개배출업체에서독성이조사되어 33% 를차지하였으며, 조류의경우는 19개배출업체에서독성이조사되어 35% 를차지하였다. 박테리아의경우는조사대상업체중 3 개배출업체를제외한 51개업체로 94% 를차지하였다. 조사된생태독성결과를살펴보면 1차조사의결과와같이박테리아 > 조류 > 물벼룩 > 어류순서로독성출현율이높았다. 4가지생태독성시험종모두에서독성반응이나타난곳은 54개업체중에서 8개업체 (15%) 로 1차조사결과보다 3개배출업체가늘어났다. 1, 2차생태독성시험종의독성출현율결과로부터예측할수있는사실은 4가지시험종중에서어류는생태독성감수성이다른 3가지생물종보다둔하고박테리아는다른 3가지생물종보다상대적으로훨씬예민하다는결론을내릴수있다. - 28 -
표 수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구독성출현율 어류물벼룩조류박테리아 차 차 차 차 차 차 차 차 업체명 독성출현시료 독성출현율 다른연구조사결과로 2011년국립환경과학원에서수행한생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 (IV) 연구의결과를참고하면, 가장높은독성이발현된시험종은 60% 의독성발현율을나타낸박테리아였으며그다음조류 (32%), 물벼룩 (23%), 어류 (9%) 순으로나타나 2002년수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구결과와유사한경향을보였다 ( 표 15). 어류는생물종중평균독성값, 독성발현율이생물종중가장낮아배출허용기준및방류수수질기준규제를통한수질개선및수생태계보호라는목적달성을위해선타생물종에비해우선순위가낮다고평가되었다. 조류는물벼룩과독성발현율이가장근사한결과를보였으나독성평균값이연구시험생물종중가장높게나타나폐수배출시설, 폐수종말 공공하수처리시설등대부분의시설에서독성이나타날가능성이높고, 시설간독성값편차가클수있음에배출허용기준및방류수수질기준설정시시설별기준산정이신중히고려되어야할것으로판단되었다. 또한조류의경우유 - 29 -
기물과빛을이용하여광합성을하기때문에색도가높아빛투과가잘안되거나유기물이많아영양염을많이함유하는시료는인위적인방해요인에의해독성을과대평가하거나과소평가할수있어색도가높거나영양염함유가높은배출수및방류수독성을적절히평가할수있는방법에대해추가적인연구가필요할것으로판단된다. 박테리아는물벼룩독성평균값과유사한결과를보였으나, 독성발현율이전체시료의 60% 로가장높게나타나다른생물군이감지하지못하는독성을감지하는능력이상대적으로뛰어날수있다고판단된다. 또한, 시료채수후현장에서분석이가능하고재현성이뛰어나며, 30분이내로신속하게시험결과를산출할수있다는장점등도고려할만한사항이라판단된다. 표 생태독성통합관리제도조기정착을위한과학적기반구축 독성발현율 구분 어류물벼룩조류박테리아 시험생물종 평균 독성발현 비율 독성발현율 생물종민감도 둔감 민감 어류 물벼룩 조류 박테리아 한편, 생태독성미적용업종실태조사및적용업종확대방안연구 ( 환경부, 2013) 의일환으로조사된발광박테리아와물벼룩을비교실험한연구에서 ( 표 - 30 -
16), 유입수 30분발광박테리아생태독성 TU 1 이하인사업장은전체 188개중 60개로 32% 를차지하였고, TU 1보다크고 TU 2보다작은사업장은 34개로 18%, TU 2를초과한사업장은 94개로 50% 를차지하는것으로분석되었다. 방류수 30분발광박테리아생태독성 TU 1을초과한사업장은전체 196 개시료중 44개로 23% 를차지하여방류수물벼룩생태독성 TU>1인비율 26.5% 와매우유사하였다. 발광박테리아독성값과염분자료로부터물벼룩생태독성 TU>1을예측할확률은 79.4-89.0% 정도로매우높아대부분의시료는물벼룩독성이있을때발광박테리아도독성이있을가능성이높지만 20% 는물벼룩독성과발광박테리아독성이전혀무관할수있음도보여주었다. 이것은특히독성이아주높은시료라면시험종에관계없이모두독성이나타나고, 독성이아주낮은시료는시험종에관계없이모두독성이없다고측정되어어느시험종을사용하든독성이있는시료와없는시료판별이가능하지만, 독성이약간있는시료 ( 예를들면 1<TU<2 정도 ) 에대해서는시험종에따라독성검출이가능하기도하고불가능하기도한데한종으로만판단하면다른종에영향을줄수있는폐수를안전하다고판단하는오류가생길수있다는점을암시해주고있다. 독성이나타나기도하고안나타나기도하는 20% 시료를보다안전하게관리하기위한것이시험종다변화정책의포인트라할수있다. 상기국내연구사례를통해우리나라산업폐수의생태독성은발광박테리아, 조류, 물벼룩, 어류순으로민감하게나타나며발광박테리아가산업폐수의독성을감지해내는데탁월한능력이있으므로물벼룩단일종으로생태독성통합관리하는현제도보다물벼룩과발광박테리아등여러종으로시험종을다변화하는것이산업폐수배출로부터수계를보다안전하게관리할수있는방향임을확인할수있었다. - 31 -
표 개업종발광박테리아스크리닝결과및물벼룩독성예측확률 구분 시료수 발광박테리아스크리닝결과 유입수 개 방류수 개 구분 사업장수 염분 물벼룩독성 예측확률 유입수 방류유입수방류수수 발광박테리아 미고려 발광박테리아 염분 발광박테리아 미고려 발광박테리아 염분 2.3. 업종별배출실태조사를통한적정민감시험종선정 2.3.1. 실태조사업종및사업장선정 배출실태조사업종및사업장의선정은지난 2007년부터 2009까지수행된환경부산업폐수업종별독성원인물질탐색및저감방안에관한연구결과에서 35개업종에물벼룩평균독성값에따른업종별순위를정하여상위업종에대한조사를하는 1안 ( 표 17) 과 35개업종에대한독성원인물질탐색결과및원인물질그룹별비율을통해업종별가장높은비율로발현되는염류, 중금속, 산화제등에대한독성이발현된업종을조사하는 2안 ( 표 18), 발광박테리아와물벼룩독성발현사례를이용한 3안 ( 표 19) 과지난 2002년부터 2005까지수행된환경부수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구결과에서조사된업종에따른시험생물종별평균독성값을고려한 4안 ( 표 20) 에대하여국립환경과학원과학계전문가와함께회의를통하여본 - 32 -
연구에서수행할조사업종및사업장을선정하였다. 표 개업종별물벼룩평균독성값 순번 폐수배출시설명 시간 살충제및기타농약제조시설 합성고무제조시설 동압연 압출및연신제품제조시설 기초무기화합물제조시설 비료및질소화합물제조시설 반도체및기타전자부품제조시설 비철금속제련 정련및합금제조시설 비금속광물광업시설 병원시설 가죽 모피가공및제품제조시설 도금시설 알루미늄압연 압출및연신제품제조시설 기타분류안된화학제품제조시설 석유화학계기초화합물제조시설 폐수처리업의폐수저장시설및폐기물처리업의폐수발생시설 접착제및젤라틴제조시설 계면활성제 치약 비누및기타세제제조시설 제 차철강산업시설 표 독성원인그룹별발현비율 독성원인 물질그룹 독성원인물질탐색결과 비율 염류 염소이온 염소이온 황산염이온 황산염이온 중금속 구리이온 아연이온 산화제 니트로하이포아염산염 차아염소산나트륨 트라이클로로아이소사이아누리산 유기화합물 페놀류 중금속 염류 크롬이온 황산염이온 구리이온 염소이온 암모니아 암모니아이온 - 33 -
표 발광박테리아 물벼룩독성결과를이용한업종선정 발광박테발광박테발광박테발광박테 차년도조사사업장기준 리아리아리아리아조사 사업장물벼룩물벼룩물벼룩물벼룩 제사 방적및직조시설 기타섬유제품제조가공시설 석유정제시설 폐수처리업의폐수처리시설 화학섬유제조시설 도료 잉크및유사제품제조시설 의약품 의료용화합물및생약제재제조시설 접착제및젤라틴제조시설 소주 탁주 청주 과실주제조시설 펄프 종이및종이제품제조시설 달리분류되지않은비철금속압연및압출시설 합성고무제조시설 알루미늄압연및압출시설 비료제조시설 구리압연및압출시설 살균 살충제및농업용화학제품제조시설 표 조사대상업종및사업장선정 업종 업종별평균독성값 물벼룩어류조류박테리아 합성염료유연제및기타착색제제조시설 섬유염색및가공시설 반도체및기타전자부품제조시설 제 차철강산업시설 * 수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구 (III), 환경부 수차례전문가회의를통해결정된조사안은각업종별시험생물종에독 성발현율을고려하여각시험종에대해독성이가장높았던업종을하나씩 선택하는것으로, 본연구에서는전문가의견을고려하여어류에서높은생 - 34 -
태독성이발현된섬유염색및가공시설, 조류에서높은생태독성이발현된반도체및기타전자제품제조시설, 발광박테리아에서높은독성이발현된제 1차철강산업시설, 그리고물벼룩, 조류, 발광박테리아, 어류 ( 난 ) 에모두독성이발현된합성염료유연제및기타착색제제조시설을조사대상업종으로선정하였다 ( 표 21). 표 개업종 개조사대상사업장 업종 소재지 선행연구결과어류물벼룩조류박테리아 합성염료유연제및기타착색제제조시설 부산 합성염료유연제및기타착색제제조시설 경기시흥 반도체및기타전자부품제조시설 인천서구 반도체및기타전자부품제조시설 인천서구 반도체및기타전자부품제조시설 인천서구 제 차철강산업 경북포항 제 차철강산업 울산울주군 제 차철강산업 전남광양 * 수질유해물질통합독성관리제도도입방안연구 (III) 업종내업체선정을위해지난 2002년부터 2005까지환경부에서수행된수질유해물질의통합독성관리제도도입방안연구에서조사되어진사업장독성자료를검토하였다. 선정된사업장을조사방문하였으나섬유염색및가공시설은사업장폐쇄로인해조사가불가능하였고, 함성염료유연제및기타착색제제조시설에서도 1개사업장이사업장폐쇄로조사가어려워실제조사는총 3개업종 8개사업장에대해연구진행되었다. - 35 -
2.3.2. 조사사업장시료채취 선정된사업장의방류수시료를채취하였으며시료채취시방류수에대한온도 ( o C), ph, 시료색깔, 용존산소 (mg/l), 방류수량 (m 3 / 일 ), 전기전도도 (us/cm), 염분 ( ) 을현장에서측정하였다. 또한해당업체로부터폐수배출시설설치허가증, 제조시설, 제조원료및첨가물, 폐수처리공법, 방류량등에대한기초정보를수집하여원료혹은첨가물의종류및생태독성을유발할수있는물질을조사하였다 ( 표 22). - 36 -
표 업체별폐수기초조사항목 종별 ph 온도 폐수배출량 오염물질배출항목 폐수처리방법 사용원료 ph,cod,ss,n-h,pb,cr,cr6+,cu,zn, 2 7.98 18.9 1,834 T-N,BOD, 페놀류,CN,Fe,Cd,Hg, 유기인,As,Mn,F,PCB,T-P, 트리클로로에틸렌,ABS, 벤젠, 디클로로메탄,Se,CC14,1,1-디클로 물리, 화학, 생물학적 처리 3 3 DCB, HCl, NaNO2, 황산, NaOH, AAMX, 초산, AAOT, CaCl2, 요소, Benzoguanamine, Pb(NO3)2등 로에틸렌, 클로로포름,Ni,Ba,1,4- 다 이옥산,DEHP, 염화비닐 p-base, HCl, NaCl, 물리, 화학, 염화싸이오닐, NaNO2, 4 7.09 18.8 37 ph, BOD, COD, SS, n-h( 광 ), T-N, T-P, 생태독성, Cu, Zn, CN 생물학및 위탁처리 H-acid,NaOH, MPDS, Na2CO3, Surfynol, H2SO4, KI, 공정용수, 세척수, 수입염료, NaCN, ZnCN2, CuCN2 등 4 4.54 20.0 87 ph, COD, SS, n-h( 광 ), Cu, T-N, T-P, 생태독성 물리, 화학및위탁처리 인쇄회로기판, H2SO4, 소프트엣칭액, 부식방지액, 현상액, HCl, NaClO3, 박리액, 탈지액, 프리딥액, 옥사이드액 4 9.60 20.0 209 ph, COD, SS, N-H( 광 ), Cu 4 6.69 20.0 73 ph, COD, SS, n-h( 광 ), Cu, T-N, T-P, TU 1 6.93 19.0 4,738 ph,cod,ss,fe,cu,zn,pb,t-p,t-n, AS,Hg,CN, 유기인,Cr6+,Cd, 테트라클로로에틸렌 Phenol, PCB, 셀레늄, 벤젠, 사염화탄소, 디클로로메탄, 클로로포름,1,4- 다이옥산, DEHP, 염화비닐, 브로모포름 물리, 화학적처리 물리, 화학및위탁처리 물리, 화학적처리 인쇄회로기판, NaOH, HCl, H2SO4, NaCO3, COPPER CLEANER PCB( 동 ) 원판, 탄산나트륨, 황산, 박리제, 염산, 산화제, 과산화수소, 티오요소, 규산화나트륨 - - 37 -
2.3.3. 생태독성배출실태조사 본연구에이용한생태독성시험법은국내에수질오염공정시험기준이있 는경우국내시험법을이용하였고국내시험법이마련되어있지않은경우 는외국의 ISO, OECD 등국제적으로통용되는표준시험법을이용하였다. 2.3.3.1. 생태독성평가방법 발광박테리아 배출수에서발광박테리아급성독성스크리닝테스트의시험방법은국내해양환경공정시험기준 제 21 항발광박테리아를이용한해양배출폐기물생태독성시험기준 에서제공하는표준시험법에준하여실시한다. 시험생물로는전세계적으로분포하는대표적해양성발광박테리아인 Vibrio fischeri를이용하며, 이종은호흡작용의일환으로에너지대사활동과정에서푸른색의빛 (Bioluminescence) 을발생시키는데이발광량은외부의독성영향에의해감소하는특징이있어발광량이감소하는정도로써유해물질의존재여부와강도를판단할수있다. 시험생물인 Vibrio fischeri는일반적으로필요할때마다사용할수있도록동결건조상태로제조된판매제품을사용하고있으며. 발광박테리아제품은실험직전에활성화용액에주입하면박테리아가활성을띠게되며, 일정한조건이형성되면발광이일어나는특성이있다. 30분간노출실험후발광도측정기기 (N-Tox 200, Micro-Tox 등 ) 을이용하여발광량을자동측정하게된다. 시료의 ph가 6 이하이거나 8.5 이상이면 ph 조절이필요하며, 염분이 20psu 이하이거나 40psu 이상인경우에도염분보정이필요하다. 해양환경공정시험기준에서제시하는정도관리방법으로표준독성물질 zinc sulfate heptahydrate을이용하고정도관리기준은아래와같다. - Zinc sulfate heptahydrate : 1 ~ 10 mg/l [ 아연농도기준 ] - 30 분후자연발광변화율이 0.6 ~ 1.8 사이 - 38 -
발광박테리아독성시험조건은표 23 에요약하였다. 그림 9 는발광박테 리아를이용한독성스크리닝실험의 3 단계에해당되는시료처리, 발광도측 정, 발광저해도산출과정을보여준다. 표 발광박테리아를이용한급성독성시험조건 구분 내용 시험생물 발광미생물 노출농도 대조구 희석수 노출기간 분 시험온도 시험용기 시료검정구간 원액및 시료 발광박테리아주입량 원액테스트 테스트 시료당반복수 시험방법 염분 반복 지수식시험방법 시험기간중시험용액을교환하지않는시험 염분보정이필요한시료 측정기기 등 최종측정치 노출 분후발광저해율 시험적합도 표준독성물질 아연표준독성값적합여부 - 39 -
분석시료준비 발광박테리아준비 분석용 로시료셋팅 발광도측정기기준비 발광도측정기기 를이용하여 발광도측정 분석프로그램을이용한결과분석 그림 발광박테리아생태독성시험과정 - 40 -
미세조류 미세조류성장저해생태독성시험시험은 OECD 201 에서제시한미세조류성장저해생태독성시험프로토콜 Freshwater Alga and Cyanobacteria, Growth Inhibition Test 기준에따라분석을실시한다. Stock 상태로유지관리하고있는미세조류를실험 3~4일전에신규접종하여시험용으로준비하고본시험당일에 Stock의 Cell 상태와농도를확인후시험에사용한다. 시험에사용될시료를희석을통해준비하고각시료에영양배지를주입한후미세조류를접종하게된다. 미세조류접종까지완료된시료는플루메터를통해형광량을측정기록하며해당형광량은 Cell count를통해확인된농도와비교하여검량선을작성형광량을통한각시료의 Cells/mL 추정에사용된다. 노출시험장소는 Shaking Incubator를이용하여배양을실시하게되며 OECD 201 기준에따라 72시간배양후최종결과를산출하게된다. 노출종료후플루메터를이용하여시료의형광량을측정한후성장률을환산하여결과를보고한다. 세부시험조건은표 24와같고시험과정사진은그림 10에나타내었다. 표 미세조류성장저해생태독성시험조건 시험조건항목시험생물시료희석비율노출기간조명실험장소실험용기초기셀수관찰시료량반복수시험중시료교환 시험조건담수미세조류 대조구 희석수 시간명 암 형광량 없음 - 41 -
분석시료준비 미세조류준비 미세조류접종 미세조류 시간노출배양 노출후시료형광량측정 시료고정후셀카운트 그림 미세조류성장률저해생태독성시험과정 - 42 -
어류 ( 난 ) 발생 어류알발생생태독성시험은 OECD 212 에서제시한어류알발생생태독성시험프로토콜 Fish, Short-term Toxicity Test on Embryo and Sac-fry Stages 기준에따라분석을실시한다. 시험기준에서담수시험생물로 Oncorhynchus mykiss, Brachydanio rerio, Cyprinus carpio, Oryzias latipes, Pimephales promelas를추천하고있으며국내연구에서는 Oryzias latipes를사용한사례가다수있다. 사육실에서채란한수정란을한농도당 30개사용하며 ( 수정란 10개 /1반복X3반복) 수정란은노출용기에 10개씩 3반복으로노출시킨다. 시험기간은수정란에서시작하여수정란이부화되는시점까지이며 Oryzias latipes 기준으로약 9일간의기간이필요하다. 노출시험장소는 24 Incubator를이용하여배양을실시하게되며일정한실험농도유지를위하여 3일마다새로운시험용수로교체한다. 노출기간중매일관찰하여썩은알을제거해야하며, 부화된개체, 비정상어등을기록하게된다 ( 표 25, 그림 11). 표 어류알발생생태독성시험조건 시험조건항목시험생물종노출시간시험온도시험용기당생물수시험농도당반복수시험사용생물종말점광주기시료희석비율시료부피시험용기크기용존산소시험적합도판정 시험조건 담수어류 기준약 일 수정란 개 반복 어류의초기단계 수정란단계 부화율 명 암 대조구 희석수 이상 대조구에서최소 이상부화 - 43 -
시험생물 시험생물 수정란산란유도 수정란채란 시료노출시험 부화된치어 그림 어류알발생생태독성시험과정 - 44 -
2.3.3.2. 시험종별배출실태조사결과 물벼룩생태독성배출실태조사결과 3개업종, 8개사업장에대한물벼룩생태독성분석결과는그림 12와같으며가장높은생태독성값이나타난사업장은반도체및기타제품제소시설-3에서 TU 9.2로가장높게나타났으며, 그다음으로안료및염료제조시설-1에서 TU 1.1로나타났고, 제1차철강산업-8 사업장에서 0.4로나타났으며그외 5개사업장에서독성이나타나지않았다 ( 그림 12). 그림 12. 물벼룩생태독성배출실태조사결과 선행연구결과에서가장높은독성이나타난사업장은안료및염료제조시설-1에서 TU 17로나타났으며, 반도체및기타제품제조시설-5 사업장에서 TU 7.7, 반도체및기타제품제조시설-4 사업장에서 TU 4.4, 안료및염료제조시설-2 사업장에서 TU 4.2, 제1차철강산업-7 사업장에서 TU 1.2로나타났으며그외 2개사업장에선 TU 1로나타났다. 본연구결과, 반도체및기타제품제조시설-3에서물벼룩생태독성 TU 9.2로가장높게측정되었고, 안료및염료제조시설-1에서물벼룩생태독성 TU 1.1로측정되었으며그외시료에서는 TU<1를보였다. 선행연구에비하여 3개업종의물벼룩독성값은대부분감소하였으며, 사업장별생태독성값또한선행연구결과와상이하게 - 45 -
( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ) 나타났다. 8 개조사사업장별생태독성분석결과는다음그림 13 과같다. 생존율 % 120 100 80 60 40 20 0 안료및염료제조시설 - 1 24 시간 48시간 대조군 6.25 12.5 25 50 100 생존율 % 102 100 98 96 94 92 90 88 86 84 안료및염료제조시설 - 2 24 시간 48시간 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 1 반도체및기타제품제조시설 - 2 120 120 생존율 % 100 80 60 40 24시간 48시간 생존율 % 100 80 60 40 24시간 48시간 20 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 제 1 차철강산업 - 1 제 1 차철강산업 - 2 생존율 % 102 100 98 96 94 92 90 88 86 84 24시간 48시간 대조군 6.25 12.5 25 50 100 생존율 % 120 100 80 60 40 20 0 24시간 48시간 대조군 6.25 12.5 25 50 100 생존율 % 120 100 80 60 40 20 제 1 차철강산업 - 3 24 시간 48 시간 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 그림 13. 사업장별물벼룩실태조사결과 - 46 -
( ) 미세조류생태독성배출실태조사결과 3개업종, 8개사업장에대한미세조류생태독성분석결과는그림 14와같으며가장높은생태독성값이나타난사업장은반도체및기타제품제조시설-4에서 TU 11.3으로가장높게나타났으며, 그다음으로반도체및기타제품제소시설-3에서 TU 5.1, 제1차철강산업-7 사업장에서 4.4 등으로나타났다. 한편, 안료및염료제조시설-2에서 TU 1.3, 반도체및기타제품제조시설-5에서 TU 1.1로나타났으며그외 2개사업장에서독성이나타나지않았다. 70 67 60 생태독 성 50 40 45 40 40 선행연구 본연구 값 30 T U 20 10 0 17 11.3 5.1 0 1.3 7.7 1.1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 4.4 1 0 안료및염료제조시설 1,2 반도체및기타제품제조시설 3,4,5 제 1 차철강산업 6,7,8 그림 14. 미세조류배출실태조사결과 선행연구결과에서가장높은독성이나타난사업장은반도체및기타제품제소시설-3에서 TU 67로나타났으며, 안료, 염료제조시설-2 사업장에서 TU 45, 반도체및기타제품제조시설-4,5 사업장에서 TU 40, 안료, 염료제조시설-1 사업장에서 TU 17, 제1차철강산업-7 사업장에서 TU 7.7로나타났으며그외 2개사업장에선 TU 1.1로나타났다. 본연구결과, 선행연구에비하여 3개업종 8개사업장의독성값은감소하였으며, 사업장별독성값순위또한선행연구결과와상의하게나타났다. 선행연구에서조사된정도만큼의미세조류생태독성이발현되지는않았으나 TU>1 이상의미세조류독성을보 - 47 -
( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) 이는사업장이여전히높은비율로존재한다고판단된다. 8 개조사사업장별 생태독성분석결과는다음그림 15 와같다. 안료및염료제조시설 - 1 안료및염료제조시설 - 2 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저 해 100 80 60 율 % 40 20 성장저해율 (%) 율 % 40 20 성장저해율 (%) 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 3 반도체및기타제품제조시설 - 4 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 율 % 40 20 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 5 제 1 차철강산업 - 6 120 120 성장저 해 율 % 100 80 60 40 20 성장저해율 (%) 성장저 해 율 % 100 80 60 40 20 성장저해율 (%) 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 제 1 차철강산업 - 7 제 1 차철강산업 - 8 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 율 % 40 20 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 그림 15 사업장별미세조류실태조사결과 - 48 -
( ) 발광박테리아생태독성배출실태조사결과 3개업종, 8개사업장에대한발광박테리아생태독성분석결과는그림 16과같으며가장높은생태독성값이나타난사업장은반도체및기타제품제조시설-5에서 TU 0.3으로나타났으며그외 7개사업장에선 TU 0로나타났다. 선행연구결과에서가장높은독성이나타난사업장은제 1차철강산업-8 사업장에서 TU 20, 안료및염료제조시설-2에서 TU 6.7, 반도체및기타제품제소시설-5, 3 사업장에서 TU 2.3, TU 2.2로나타났으며, 제1차철강산업-6, 7 사업장에서 TU 2, 1.9로나타났으며그외안료및염료제조시설-1 사업장에선 TU 1로나타났다. 20 20 18 16 생태독 14 12 성 10 값 T U 8 6 6.7 선행연구 본연구 4 2 0 1 2.2 2 2.3 2 1.9 0 0 0 0 0.3 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 안료및염료제조시설 1,2 반도체및기타제품제조시설 3,4,5 제 1 차철강산업 6,7,8 그림 16. 발광박테리아생태독성실태조사결과 본연구결과, 선행연구에비하여 3개업종, 8개사업장의생태독성값은모두감소하였으며, 독성이발현된사업장은반도체및기타제품제조시설 -5 사업장한곳에서 TU 0.3으로나타나기존연구결과와다른결과가나타났다. 8개조사사업장별생태독성분석결과는다음그림 17과같다. - 49 -
( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) 안료및염료제조시설 - 1 30min 안료및염료제조시설 - 2 30min 120 120 상 100 대발 80 광 60 저 상 100 대발 80 광 60 저 해 율 % 40 20 해 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 3 반도체및기타제품제조시설 - 4 120 105 상 100 대발 80 광 60 저 30min 상 100 대발 95 광 90 저 30min 해 율 % 40 20 해 율 % 85 80 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 75 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 5 제 1 차철강산업 - 6 120 120 상 100 대발 80 광 60 저 30min 상 100 대발 80 광 60 저 30min 해 율 % 40 20 해 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 제 1 차철강산업 - 7 제 1 차철강산업 - 8 105 120 상 100 대발 95 광 90 저 30min 상 100 대발 80 광 60 저 30min 해 율 % 85 80 해 율 % 40 20 75 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 그림 17 사업장별발광박테리아실태조사결과 - 50 -
어류 ( 난 ) 생태독성배출실태조사결과 어류 난 에대한생태독성평가결과 선행연구와비교하여물벼룩 미세조류 발광박테리아와동일하게독성이감소하였으며 안료및염료제조시설 사업장에서 로가장높은생태독성값이나타났으며 그다음제 차철강산업 사업장에서 이나타났다 이외 개사업장에선모두 으로생태독성이발현되지않았다 그림 그림 18. 어류 ( 난 ) 생태독성배출실태조사결과 선행연구결과에서가장높은독성이나타난사업장은안료및염료제조시설 사업장에서 이었으며반도체및기타제품제조시설 사업장에서 안료및염료제조시설 반도체및기타제품제조시설 에서각각 로나타났다 본연구의 8개조사사업장별생태독성분석결과는다음그림 19와같다. - 51 -
( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) 안료및염료제조시설 - 1 안료및염료제조시설 - 2 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저 해 100 80 60 율 % 40 20 성장저해율 (%) 율 % 40 20 성장저해율 (%) 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 3 반도체및기타제품제조시설 - 4 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 율 % 40 20 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 반도체및기타제품제조시설 - 5 제 1 차철강산업 - 6 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 율 % 40 20 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 제 1 차철강산업 - 7 제 1 차철강산업 - 8 120 120 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 성장저 해 100 80 60 성장저해율 (%) 율 % 40 20 율 % 40 20 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 0 대조군 6.25 12.5 25 50 100 그림 19 사업장별어류 ( 난 ) 실태조사결과 - 52 -
배출실태조사결과종합 업종별민감도비교평가 본연구용역을통하여조사된 3개업종의 8개사업장에대하여업종별시험종간민감도를비교하였으며, 특정업종에대한일부시험종민감도가유사하게나타났는지를확인하였다. 안료및염료제조시설 사업장의경우생태독성은어류 난 에서가장높은생태독성이나타났으며 물벼룩 박테리아 조류순으로나타났다 안료및염료제조시설 사업장의경우조류에서가장높은생태독성이나타났으며 물벼룩 박테리아 어류 난 에서는독성이나타나지않았다 그림 1.6 1.4 1.4 1.3 생 1.2 태독 1 성 0.8 값 0.6 T U 0.4 ( ) 1.1 어류물벼룩조류박테리아 0.2 0 0 0 0 0 0 안료및염료 1 안료및염료 2 그림 20. 안료및염료제조시설생물종별민감도비교평가 - 53 -
반도체및기타전자제품업종에반도체및기타전자제품 사업장에서물벼룩에서 로가장높은독성이나타났고그다음으로조류에서 로나타났으며어류 난 과발광박테리아에서는독성이나타나지않았다 반도체및기타전자제품 번사업장에서는조류에서 으로가장높은값이나타났으며물벼룩 어류 박테리아에서는독성이나타나지않았다 반도체및기타전자제품 사업장은조류에서 로가장높은값이나타났으며박테리아에서 이나타났다 그림 12 10 생 태독성값 ( T U ) 8 6 4 2 0 11.3 9.2 어류 5.1 물벼룩 조류 박테리아 1.1 0 0 0 0 0 0 0 0.3 반도체및 반도체및 반도체및 기타전자제품3 기타전자제품 4 기타전자제품 5 그림 21. 반도체및기타전자제품생물종별민감도비교평가 제 차철강산업업종의제 차철강산업 사업장은어류 난 에서 로나타났으며 물벼룩 조류 박테리아에서는독성이나타나지않았다 제 차철강산업 사업장은조류에서 로나타났으며 물벼룩 어류 난 박테리아의독성은나타나지않았다 제 차철강산업 사업장은물벼룩 로나타났으며 어류 난 조류 박테리아에서의독성은나타나지않았다 그림 - 54 -
5 4.5 생 4 태 3.5 독 3 성 2.5 값 2 ( T U ) 1.5 1 0.5 0 4.4 어류물벼룩조류 0.8 박테리아 0.4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 제1차철강산업 6 제1차철강산업 7 제1차철강산업 8 그림 22. 제 1 차철강산업민감도비교평가 개업종 개사업장에대한시험생물종별민감도비교평가결과안료및염료제조시설은총 개사업장을조사하였으며사업장별독성이가장높은생물종은어류 조류로나타났고 반도체및기타전자제품제조시설은 개사업장에서물벼룩 조류 조류의독성이높게나타났다 또한제 차철강산업업종에서조사된 개사업장은각각물벼룩 조류 어류 난 가높은독성을지닌생물종으로조사되었다 표 본연구용역을통하여조사된 개업종에서동일한업종의해당사업장이라도각각의생물종에대한민감도가다르게조사되었으며 단일종에대한독성으로해당업종에대한생태독성을대표하기엔어려움이있다고사료되어진다 또한 시료개수가충분치않으므로각업종에서어떤생물이독성영향을상대적으로많이받는지는향후더많은실태조사를통해밝혀져야할것으로사료된다 - 55 -
표 26. 업종별민감도비교평가결과 업종 조사 사업장 사업장별독성이가장높은생물종 안료및염료제조시설 1번 어류 ( 난 ) 안료및염료제조시설 2번 조류 반도체및기타전자제품제조시설 3번 물벼룩 반도체및기타전자제품제조시설 4번 조류 반도체및기타전자제품제조시설 5번 조류 제1차철강산업제조시설 6번 어류 제1차철강산업제조시설 7번 조류 제1차철강산업제조시설 8번 물벼룩 생물종별민감도비교평가 본연구용역을통하여조사된 개사업장에서박테리아에대한평균생태독성 는 이며 이상의독성발현율은 를보였다 어류 난 에대한평균생태독성 는 였으며 인사업장은 개사업장 인사업장은 개사업장으로조사되었고 독성발현율은 로나타났다 물벼룩에대한평균생태독성 는 이고독성발현율은 이며 개사업장에서 개사업장에서 나머지 개사업장에서 로조사되었다 조류의평균생태독성은 로나타났으며독성발현율은 로시험생물종중가장높았으며 인사업장은 개사업장 인사업장은 개 인사업장은 개사업장 인사업장은 개사업장으로조사되었다 배출실태조사를통하여실시된생물종별민감도비교평가결과가장민감한시험종순으로조류 물벼룩 어류 박테리아로평가되었다 표 - 56 -
표 27. 생물종별민감도비교평가결과 구분 (%) 박테리아 어류 물벼룩 조류 시험생물종 Vibrio Oryzias Daphnia R. fischeri latipes magna subcapitata 평균 TU 0.03±0.1 0.3±0.5 1.3±3.2 2.9±3.9 TU <1 8 6 6 3 독성발현 1 TU<2 0 2 1 2 분포 2 TU<4 0 0 0 1 4 TU<16 0 0 1 2 16 TU 0 0 0 0 독성발현율 (%) 0 25 25 62.5 생물종민감도 둔감 <-----------------------------> 민감 박테리아 < 물벼룩, 어류 < 조류 2.4. 시험생물종별유해물질평가 본연구에서는배출실태조사를통하여사업장방류수에서의현장시료에대한평가를수행하였으며, 이와함께특정오염물질에대한물벼룩, 미세조류, 발광박테리아가지니는민감도를비교평가하기위하여구리이온, 시안이온, 농약, 잔류염소에대한평가를실시하였다 ( 그림 23). 그림 23. 유해물질평가용시약 - 57 -
또한같은시험종이지만각생물이지니는민감도차이를평가하고자 실태조사에서사용된미세조류 외 를추가로분석하여비교평가하였다 그림 그림 24. 미세조류 R. subcapitata( 좌 ) 와 C. vulgaris( 우 ) 시험종별유해물질대한종별민감도결과 유해물질에대한발광박테리아, 물벼룩, 미세조류의생태독성민감도결과 는다음그림 25-28 과같다. 120 발광박테리아 - 구리이온 120 발광박테리아 - 시안이온 100 100 Response (%) 80 60 40 Response (%) 80 60 40 20 20 0 0 5 10 15 20 25 30 0 0 5 10 15 20 25 30 Concentration (mg/l) Concentration (mg/l) 발광박테리아 - 농약 ( 제초제 ) 180 160 Response (%) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Concentration (mg/l) 발광박테리아 - 차아염소산나트륨 120 100 Response (%) 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 Concentration (mg/l) 그림 25. 발광박테리아유해물질민감도평가결과 - 58 -
( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) S u r v i v a l % 120 100 80 60 40 20 구리이온 S u r v i v a l % 120 100 80 60 40 20 차아염소산나트륨 0 CTRL 0.0 0.1 0.2 0.3 0.6 Concentration(mg/L) 0 Control 0.3 0.6 1.3 2.5 5.0 Concentration(mg/L) S u r v i v a l % 120 100 80 60 40 20 농약 ( 제초제 ) S u r v i v a l % 120 100 80 60 40 20 시안이온 0 Control 187.5 375.0 750.0 1500.0 3000.0 Concentration(mg/L) 0 Control 0.1 0.3 0.5 1.0 2.0 Concentration(mg/L) 그림 26. 물벼룩유해물질민감도평가결과 미세조류 R - 구리 미세조류 R - 시안 120 120 상대성 장 율 100 80 60 40 상대성 장 율 100 80 60 40 % 20 % 20 0 Control 0.03125 0.0625 0.125 0.25 0.5 1 Concentration(mg/L) 0 Control 0.3125 0.625 1.25 2.5 5 10 Concentration(mg/L) 미세조류 R - 농약 미세조류 R - 차아염소산나트륨 120 120 상대성 장 율 100 80 60 40 상대성 장 율 100 80 60 40 % 20 % 20 0 Control 625 1250 2500 5000 10000 20000 Concentration(mg/L) 0 Control 0.078 0.156 0.3125 0.625 1.25 2.5 Concentration(mg/L) 그림 27 미세조류 (R. subcapitata) 유해물질민감도평가결과 - 59 -
( ( ) ) ( ( ) ) 미세조류 C - 구리 미세조류 C - 시안 120 120 상대성 장 율 100 80 60 40 상대성 장 율 100 80 60 40 % 20 % 20 0 Control 0.125 0.25 0.5 1 Concentration(mg/L) 0 Control 0.3125 0.625 1.25 2.5 5 Concentration(mg/L) 미세조류 c - 농약 미세조류 c - 차아염소산나트륨 120 120 상대성 장 율 100 80 60 40 상대성 장 율 100 80 60 40 % 20 % 20 0 Control 1250 2500 5000 10000 20000 Concentration(mg/L) 0 Control 0.156 0.3125 0.625 1.25 2.5 Concentration(mg/L) 그림 28 미세조류 (C. vulgaris) 유해물질민감도평가결과 - 60 -
구리이온에대한종별민감도 구리이온에대한생태독성평가를위해사용된시약은 사의황산구리 제품을사용하여물벼룩 박테리아 미세조류 에대한민감도를비교분석하였다 구리이온에대해가장민감하게반응한시험생물순서는물벼룩 미세조류 미세조류 발광박테리아순으로나타났으며 각생물이지니는반수영향농도 는물벼룩에서 미세조류 에서 미세조류 에서 발광박테리아에서 로조사되었다 그림 구리이온 E C 5 0 ( % ) 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 7.9 0.7 0.1 0.5 발광박테리아물벼룩미세조류 R 미세조류 C 그림 29. 구리이온에대한종별민감도결과 * 미세조류 R = R. subcapitata, 미세조류 C = C. vulgaris 시안이온에대한종별민감도 시안이온에대한생태독성평가를위해사용된시약은삼전화학에서생산 된시안화칼륨 제품을사용하여물벼룩 박테리아 미세조류 에대한민감도를비교분석하였다 - 61 -
시안이온에대해가장민감하게반응한시험생물순서는물벼룩 미세조류 미세조류 발광박테리아순으로나타났으며 각생물이지니는반수영향농도 는물벼룩에서 미세조류 에서 미세조류 에서 발광박테리아에서 로조사되었다 그림 시안이온 E C 5 0 ( % ) 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 12.5 2.4 0.6 0.6 발광박테리아물벼룩미세조류 R 미세조류 C 그림 30. 시안이온에대한종별민감도결과 차아염소산나트륨에대한종별민감도 차아염소산나트륨에대한생태독성평가를위해 사에서제조된차아염소산나트륨 제품을사용하여물벼룩 박테리아 미세조류 에대한민감도를비교분석하였다 차아염소산나트륨에대해가장민감하게반응한시험생물순서는박테리아 미세조류 미세조류 물벼룩순으로나타났으며 각생물이지니는반수영향농도 는박테리아에서 미세조류 에서 미세조류 에서 물벼룩 - 62 -
에서 로조사되었다 그림 차아염소산나트륨 1.0 0.9 E C 5 0 ( % ) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.3 0.2 0.0 발광박테리아물벼룩미세조류 R 미세조류 C 그림 31. 차아염소산나트륨에대한종별민감도결과 농약 ( 제초제 ) 에대한종별민감도 농약 제초제 에대한생태독성평가를위해사용된시약은 영일케미컬에서제조된엠시피피 제품을사용하여물벼룩 박테리아 미세조류 에대한민감도를비교분석하였다 농약 제초제 에대해가장민감하게반응한시험생물순서는박테리아 물벼룩 미세조류 미세조류 순으로나타났으며 각생물이지니는반수영향농도 는박테리아에서 물벼룩에서 미세조류 에서 미세조류 에서 로조사되었다 그림 - 63 -
농약 ( 제초제 ) 10000.0 8888.4 E C 5 0 ( % ) 8000.0 6000.0 4000.0 2000.0 628.5 652.9 2146.4 0.0 발광박테리아물벼룩미세조류 R 미세조류 C 그림 32. 농약 ( 제초제 ) 에대한종별민감도결과 화학물질별종별민감도결과 구리이온 시안이온 농약 제초제 차아염소산나트륨에대한물벼룩 박테리아 미세조류에대한민감도를평가한결과구리이온에서가장민감한생물은물벼룩이었으며 시안이온은미세조류 물벼룩 농약 제초제 에서발광박테리아 차아염소산나트륨에서발광박테리아가가장민감하게반응하였다 이는배출실태조사결과와마찬가지로각각의화학물질별시험종이지니는민감도가다르며 단일종에대한생태독성기준으로여러가지복합적인유해화학물질에대한생태독성을판단하기는어려움이있음을보여주고있다 표 표 28. 화학물질별민감도순위 화학물질구리이온시안이온농약 ( 제초제 ) 차아염소산나트륨 민감도발광박테리아 < 미세조류 < 물벼룩발광박테리아 < 물벼룩 = 미세조류미세조류 < 물벼룩 < 발광박테리아물벼룩 < 미세조류 < 발광박테리아 둔감 <-------------------> 민감 - 64 -
전문가설문조사 국내 외문헌조사와배출실태조사 화학물질평가등을통해도출된생태독성평가시험종연구결과와함께시험종다변화제도도입과관련된각기관의생태독성전문가의견을수렴하여본연구시험종선정의기초자료로활용하고자전문가설문조사를수행하였다 기법을통한설문조사는다음과같은기준으로진행하였으며전문 가설문문항은 가지분류에 문항으로이루어져있으며각분류및문항 은다음표 와같다 전문가선정 : 각기소속, 집단위치, 연구또는발표업적등의기준을통하여선정함 설문조사 시험종선택및결정을위한각영역별항목으로범주화함 점척도로측정하여평균에따라우선순위선정 최종결과 설문항목에대한가중치및정책적판단을고려한결과도출 전문가설문조사는 을통한의견수렴형식으로진행되었으며 을통하여설문에대한의견을수렴하였다 그림 - 65 -
표 29. 전문가설문내용 분류시험생물종의사용빈도시험생물종민감도시험생물종배양관리및독성시험편리성시험생물종국내적합성시험생물종분석편차시험생물다변화를위한각카테고리가점 문항시험종중에서국내외환경평가나연구에많이사용된다고판단되는정도에따라서 1~5점을배점하여주시기바랍니다. 국내에서배출되는산업폐수의독성을보다민감하게감지할수있는생물종이라고판단되는시험종에보다높은배점을해주시기바랍니다. 시험생물종의배양관리및독성시험의편리성여부는어떻게알고계십니까? 시험생물종의배양관리및독성시험사용공간의크기는어느정도라고생각하십니까? 시험생물종의배양관리및독성시험에소요되는인력및시간의소요는어느정도라고생각하십니까? 국내산업폐수분석에사용되는것이보다바람직할것으로생각되는시험종에높은배점을해주시기바랍니다. 국내생태독성분석및연구여건상우선적으로도입가능한생물종은무엇이라생각하싶니까? 시험자간또는시험기관간의편차에대해예상되는선택을해주시기바랍니다. 생태독성시험종선정에있어서설문에응하셨던각카테고리별가중치를선정하여주십시기바랍니다. 그림 33. 전문가설문조사항목예시 - 66 -
전문가설문조사결과 각기관별생태독성전문가를통해수렴된 가지문항별결과는다음과같으며 각문항에대한가중치를부여하는항목별가중치중가장높은배점을차지한의견은시험편리성 점 로가장높았으며 그다음으로시험간편차 시험적합성 범용성 민감도순으로집계되었다 그림 항목별가중치 편차 71 적합성 68 편리성 79 민감도 63 범용성 65 0 20 40 60 80 100 그림 34. 항목별가중치집계결과 시험생물종에대한배점을부과하여전문가의견을수렴한결과는다음표 과같으며시험생물종의사용빈도에대한문항에서가장높은배점받은것은박테리아로 점이었고 그다음으로미세조류 점 어류 점으로나타났다 배양및시험편리성문항에대한결과는발광박테리아가 점으로가장높았으며 미세조류 점 어류 점으로나타났다 시험생물종간민감도문항에서는발광박테리아가 점 미세조류 점 어류 점순으로나타났고 배양및시험공간문항에서는발광박테리아가 점 미세조류가 점 어류가 점으로나타났다 소요인력및시간문항에서는발광박테리아 점 미세조류 점 어류 점으로나타났으며 시험종적합성문항에서는박테리아 점 미세조류 점 어류 점으로나타났다 국내도입필요성에대한문항에서발광박테리아 점 미세조류 점 어류 점으로나타났고 독성시험간편차문항에서박테리아 점 - 67 -
어류 점 미세조류 점으로나타났다 그림 표 독성시험간편차 국내도입필요성 220 210 200 190 180 170 219 198 192 박테리아 미세조류 어류 300 200 100 0 253 219 박테리아미세조류어류 142 시험종적합성 소요인력및시간 250 200 150 100 50 0 230 219 박테리아미세조류어류 150 250 200 150 100 50 0 247 186 115 박테리아 미세조류 어류 배양및시험공간 시험생물종민감도 300 200 299 235 129 300 200 273 228 178 100 100 0 박테리아미세조류어류 0 박테리아미세조류어류 배양및시험편리성 시험생물종의사용빈도 300 200 291 224 160 300 200 254 225 143 100 100 0 박테리아미세조류어류 0 박테리아미세조류어류 그림 35. 항목별배점결과 - 68 -
표 30. 항목별배점결과 문항 배점박테리아미세조류어류 시험생물종의사용빈도 254 225 143 시험생물종민감도 273 228 178 배양및시험편리성 291 224 160 배양및시험공간 299 235 129 소요인력및시간 247 186 115 시험종적합성 230 219 150 국내도입필요성 253 219 142 독성시험간편차 219 192 198 총합계 2066 1728 1215 각항목별배점결과가장높은점수는박테리아로총 점이었고 미세조류는 점 어류는 점으로나타났다 본연구에서진행된전문가설문조사결과 생태독성시험종다변화에따른우선고려대상시험종순위는시험생물종의사용빈도 시험생물종의민감도 배양및시험편리성 배양및시험공간 소요인력및시간 시험종적합성 국내도입필요성 독성시험간편차등조사된모든항목에서박테리아생태독성시험법이가장높은배점을받아전문가들이바라보는시험종다변화의첫번째우선순위시험종은박테리아 다음으로미세조류 어류의순서인것으로판단해볼수있다 - 69 -
시험생물종별원가산출 시험종다변화를위하여고려해야할사항으로제도적용에있어각기관 대학 산업체 측정대행업체등에서추가시험종에대한실험실구축및분석비용으로얼마가필요한지를각시험생물종별로추정하였다 실험실구축비용이나분석비용은사회적 경제적수준과환경에대한비용지불인식등과맞물리고기업활동에영향을미칠수있기때문에제도도입타당성을검토하는데필요한기초자료가된다 발광박테리아원가산출 ( 안 ) 발광박테리아측정을위한초기실험실구축비용은약 만원으로예상되며이는측정장비 그림 가격과기초초자기구류를포함한금액으로산정되었다 발광박테리아독성측정기기는 등이시판되고있는데 기기는자동측정장치이며 는수동측정장치인데기기가격은 만원수준으로알려져있다 그림 36. 발광박테리아독성측정장비 표 은해당측정장비를토대로 회분석시예상되는분석원가를산정하였으며 원가산정은순수투입금액으로배양 시험 결과처리에관한난이도및정도관리에관한기술적인부분등이포함되어있지않는금액추정되었다 발광박테리아독성시험은상용제품을필요할때구매하여사용할수 - 70 -
있어실험생물유지관리비용이들지않으며시험이용이하기때문에 인이 시간정도의시간이면실험준비에서시험수행 정리까지모두완료될수있다 장비는연간 회실험 년간사용가능하다고할때 감가상각비약 만원이소요된다 시약으로는발광박테리아시약 희석시약 피펫팁등의소모품을포함하여 원이소요될수있어모든비용을합치면약 만원정도의분석비가소요될것으로추정된다 한번에 개이상의시료를분석하는경우 연간분석횟수가많아지는경우에는분석단가가더낮아질수있다 표 31. 발광박테리아분석비용원가산출 항목 금액 ( 원 ) 비고 인건비 30,000 1인 2시간 배양유지관리비 0 유지관리없음 장비 ( 감가상각비 ) 30,000 1회 3개시료기준 시약및소모품 100,000 1회 3개시료기준 합계 160,000 1회분석비용 미세조류원가산출 ( 안 ) 미세조류생태독성측정을위한초기실험실구축비용은약 만원으로예상되며이는미세조류배양기 배양용 시험용 형광량측정기 그림 배양용시스템등이포함된금액이며 표 는이측정장비를토대로 회분석시예상되는분석원가를산정하였으며 원가산정은순수투입금액으로배양 시험 결과처리에관한난이도및정도관리에관한기술적인부분등이포함되어있지않는금액으로미세조류 회분석비용 안 약 원정도가소요될것으로산출되었다 - 71 -
그림 37. 미세조류형광량측정장비 표 32. 미세조류분석비용원가산출 항목 금액 ( 원 ) 비고 인건비 300,000 2인 10시간 배양유지관리비 300,000 1인 10시간 장비 30,000 1회 3개시료기준 시약및소모품 100,000 1회 3개시료기준 합계 약 730,000 1회분석비용 - 72 -
어류원가산출 ( 안 ) 어류 난 생태독성측정을위한초기실험실구축비용은약 억 만원으로예상되며이는항온실 여과배양시스템 그림 배양기 시험용 등이포함된금액이며 표 은이측정장비를토대로 회분석시예상되는분석원가를산정하였으며 원가산정은순수투입금액으로배양 시험 결과처리에관한난이도및정도관리에관한기술적인부분등이포함되어있지않는금액으로미세조류 회분석비용 안 으로약 원으로산출되었다 그림 38. 어류배양시스템장비 표 33. 어류 ( 난 ) 분석비용원가산출 항목 금액 ( 원 ) 비고 인건비 600,000 2인 20시간 배양유지관리비 900,000 1인 60시간 장비 87,000 1회 3개시료기준 시약및소모품 100,000 합계 약 1,627,000 1회분석비용 - 73 -
시험생물종별원가산정에따른순위 상기과정을통하여산정된금액으로초기구축비용과 회분석원가를토대로비용에따른순위를선정한결과초기구축비용이가장높은시험종은어류로약 억 만원이었으며 그다음으로미세조류약 만원 발광박테리아 만원으로산정되었다 회분석원가는가장비용이높은시험종은어류 난 으로약 원으로산정되었으며 그다음으로미세조류 원 발광박테리아 원으로산정되었다 표 표 34. 시험생물종별원가산정에따른순위 ( 단위 : 천원 ) 항목 초기구축비용 1회분석비용 발광박테리아 약 45,000 160 미세조류 약 46,000 730 어류 130,000 1,027 초기구축비용순위 발광박테리아 < 미세조류 < 어류 1 회분석비용순위발광박테리아 < 미세조류 < 어류 저비용 <----------------> 고비용 - 74 -
생태독성평가시험종다변화방안마련을위한종합평가 본연구에서생태독성평가시험종다변화방안마련을위한조사는크게국외조사와국내조사두분류로진행되었다 첫째 국외적용사례및연구사례를조사를통해국내기존선행연구와배출실태조사를통하여우선적용가능시험종을조사하였다 그림 국가별가장많이사용되고있는시험종은물벼룩 박테리아 어류 조류순이었고 국가별적용사례조사로독일의경우어류 난 을기본으로하되 개업종을선정하여별도의시험생물종을규제하고있었으며 미국의경우급성 만성기준에따라식물 어류 무척추시험종에대한주별규제시험종을선정하고있었다 지난 년 에서진행된도금업종과화학업종에대한종별민감도에대한조사결과도금업종에서발광박테리아 조류 어류 난 물벼룩순으로민감도가나타났으며 화학업종에서박테리아 어류 난 조류 물벼룩순으로만감도가나타난것으로조사되었다 둘째 국내조사연구중 지난 년 년진행된환경부연구보고서및 년수행된국립환경과학원의연구결과독성발현율이박테리아 조류 물벼룩 어류로국내산업폐수에대한생태독성민감도는박테리아 조류 물벼룩 어류순서임을밝혀 국내및국외모두산업폐수생태독성에박테리아가가장민감하게반응하고있음을추론할수있었다 반면 실제본연구용역의 개업종 개업체에대한배출실태조사결과 업종별생물종민감도는다르게나타남을확인하였으며 개업종에대한독성발현율은전반적으로미세조류 물벼룩 어류 난 발광박테리아순서인것으로분석되었다 발광박테리아가가장민감하게산업폐수독성을검출했던기존연구와는달리본연구에서는발광박테리아의독성검출율이가장낮은것으로나타났는데 이는본연구에서수행된실태조사의수가너무작아실태를정확히반영하지못하고있을가능성이있을수있으며 다른한편으로는동일한업종이라도사업장에따라독성발현이같을수없는현실을일부반영한것일수도있다 따라서향후생태독성시험종의업종별독성발현율평가나업종에따른시험종별생태독성차등배출허용기준설정 - 75 -
등은상당히많은수의실태조사를통해대표성을확보하면서제도적으로정립되어야할것으로사료된다 셋째 산업폐수가아닌순수유해화학물질에대한시험종별민감도비교평가를통하여이를시험종확대방안의기초자료로삼고자하였다 본연구를통하여구리이온에대해서는물벼룩이민감하고 시안이온에서는미세조류가민감하며 차아염소산나트륨과농약 제초제 에대해서는발광박테리아가가장민감하게반응함을확인하였다 몇개의유해화학물질에대한평가임에도불구하고유해화학물질의종류에따라각시험종마다반응하는독성반응구간이매우다를수있음을확인하기에는충분하였으며 유해화학물질마다생물이죽고사는범위가다르다는사실은 만종이상의화학물질이사용되고폐수로배출되어나오는현실을감안할때한시험종만으로산업폐수생태독성안전성을확보하기는매우부족하기에시험종다변화등생태독성배출관리제도를확대시행하고자하는환경부의논리를지지하는결과라할수있다 또한 시험종다변화정책추진이산업계에미칠경제적비용을추정하기위해각시험종에대한시험실초기구축비용과 회분석원가산정하였다 초기시설구축비용과 회분석원가는발광박테리아가가장낮은것으로산정되어산업계의부담이가장적을것으로예상되었다 한편 국내 외연구사례조사 적용현황파악과배출실태조사와더불어각기관및학계전문가들에게 가지분류에따른 가지문항의델파이조사를실시한결과 전문가들이시험종다변화정책추진에가장중요하게고려하고있는요인은편리성이었으며 시험편리성 시험공간 민감도등조사된 가지문항모두에서박테리아시험법에가장높은점수를배점하여우선적용가능한시험종의순서는발광박테리아 미세조류 어류로집계평가되었다 표 - 76 -
그림 39. 생태독성평가시험종다변화방안마련결과요약 - 77 -
표 35. 시험종별조사순위 발광박테리아 미세조류 어류 ( 난 ) 비고 국외운영현황 3 1 2 사용빈도 국외연구사례 3 2 1 민감도순위 국내연구사례-1 3 2 1 독성발현율 국내연구사례-2 3 2 1 독성발현율 배출실태조사 1 3 2 독성발현율 초기구축비용 3 2 1 비용순위 분석원가 3 2 1 비용순위 전문가설문조사 3 2 1 배점합계 합계 22 16 10 본연구용역에서조사된사항을종합하여살펴보면 국외운영현황비교에서가장많은사용빈도를보이는시험종은발광박테리아어류 나 미세조류순서였고 국외연구사례에서밝혀진독성반응민감도순위는발광박테리아 미세조류 어류 난 의순서였으며 국내연구사례 환경부 에서조사된국내산업폐수의독성발현검출율은발광박테리아 미세조류 어류 난 이었고 국내연구사례 국립환경과학원 에서조사된국내산업폐수의독성발현검출율도발광박테리아 미세조류 어류 난 의순서였다 본연구에서수행된 개업종 개업체생태독성배출실태조사에서의독성발현검출율은미세조류 어류 난 발광박테리아순이었으며 시험법도입에따른초기구축비용의측면에서비용이저렴한순서는발광박테리아 미세조류 어류 난 이었고 회당분석원가가저렴한순서도발광박텔이아 미세조류 어류 난 이었다 마지막으로살펴본전문가설문조사에서시험종다변화정책추진시우선도입되어야할시험종으로서높은점수를받은순서는발광박테리아 미세조류 어류 난 이었다 조사된항목에대해배점을합산하여최종평가해볼때발광박테리아 점 미세조류 점 어류 난 점으로우선적용가능한시험생물종은발광박테리아가가장우선에있다고평가할수있다 - 78 -
국내 외시험종민감도비교를통한시험종국내화방안제시 생태독성시험종국내화에후보군이되는고유생물종은다음과같이정의할수있다 그림 이는특정지역에서오랜시간동안서식해온생물종을뜻하며해당지역에서쉽게입수할수있고지역의특성을가장잘나타낼수있는생물이라할수있다 그림 40. 이상적인독성시험생물선택을위한기준 이와같은이유로생태독성시험종의자국내고유생물종을이용한국내화 연구는미국을비롯하여기타선진국을중심으로활발하게연구가진행되고 있다 표 - 79 -
표 36. 고유생물종을이용한국외생태독성연구사례 국가수행기관내용생물군출처 미국미국 Louisiana State University CalifoniaEPA 수계원유오염영향평가해수및담수독성평가시험방법제시 어류, 굴, 새우류해수및담수생물종 Liuetal. 2006 Califonia EPA,2003 UC Davis 미국 UCDAVIS 가솔린첨가제평가 새우, 윤충류 Aquatic Toxicology Laboratory, 1998 미국캐나다덴마크포르투갈호주남아프리카 University of Northern Iowa Canadian Wildlife Service Technology and Social Studies Universidade deaveiro University of Sydney Rhodes University 잔류농약영향평가염소계유기용제영향평가폐수유입해안의영향평가저질독성평가저질독성평가산업폐수평가 수생곤충류양서류조개류단각류단각류수생무척추생물 Leopold Center,1993 McDaniel etal.2004 Ranketal. 2005 Castroetal. 2006 McCready etal.2005 http://www. scienceinafrica.co.za/ 서인도제도 The University of the West Indie 석유연료의독성평가 새우류 Mohammed, 2005 2,4,6-trichloro 중국 Nanjing University phenol 및 2,4-dichloro phenol 어류 Yinetal. 2003 독성평가 * 환경독성평가를위한국내고유생물종개발, 2006-80 -
우리나라에서도시험종의국내화가정착되면국내수환경생태계내에서식하는생물을이용하게되므로배출수의독성평가를통해보다직접적인수환경생태보전이가능하다 국외와비교할때국내의고유시험종에대한생태독성평가관련연구자료가적은편이나단편적이나마연구된기존사례들을종합해본다면표 과같다 표 37. 국내고유시험생물종을이용한생태독성평가기존연구자료 제목연구자연구기관년도 둥근성게의정자와수정란생물검정법에관한연구국내생물종을이용한생태독성평가기반연구 :(I) 어류국내생물종을이용한생태독성평가기반연구 :(II) 물벼룩류해양성발광박테리아를이용한해양환경독성평가시험법개발 : N-Tox test 국내산저서단각류를이용한퇴적물독성시험법개발에관한연구국내생물종을이용한생태독성평가기반연구 :(III) 녹조류환경독성평가를위한국내고유생물종개발국내산물벼룩 Daphnia sp. 를이용한연속적인수질모니터링장치개발고유생물종을이용한생태독성평가방법개발및표준화 (I) 고유생물종을이용한생태독성평가방법개발및표준화 (II) 고유생물종을이용한생태독성평가방법개발및표준화 (III) 이창훈 서울대학교 2000 남선화외 건국대학교 2007 안윤주외 건국대학교 2007 이규태외 네오엔비즈 2008 이정석외 네오엔비즈 2008 안윤주외 건국대학교 2008 류지성외국립환경과 학원 2006 윤성진외안전성평가 연구소 2008 류지성외국립환경과 학원 2007 류지성외국립환경과 학원 2008 류지성외국립환경과 학원 2009 국내생물종을이용한독성시험위한평가요소는크게이용성 민감성 채집및운송등에대한내성 환경요인에대한내성 노출경로 생태적 경제 - 81 -
적적절성 지리적인분포 표준화된방법 현장평가 생활사로볼수있으며 해당요소들을박테리아 미세조류 물벼룩 어류와같은 개시험생물에대 입해봤을때다음과같은결과를확인할수있다 표 표 38. 국내시험생물종에대한시험생물적정성평가예시 본연구보고서에 사용된 4종시험생물종발광 Vibrio 박테리아 fischeri 이용가능성민감도 채집, 운송 내성 환경 요인 내성 노출 경로 생태적지리적표준화경제적분포방법적절성 현장평가생활사 O O O O O O O O O O 조류 C.vulgaris O O - O O O O O - O 물벼룩 어류 Moina macrocopa Oryzias latipes O O O O O O O O - O O O - O O O O O - O 기적용중인시험생물종의경우이미오랜기간동안연구및독성테스트결과가축적되어있으며따라서많은국가에서사용중인생물의경우독성시험생물이갖추어야할조건을잘충족하고있는생물이라할수있다 국내고유시험생물종의발광박테리아와 발광박테리아의경우전세계바다에고루분포된시험생물 저서성단각류의독성시험법이공정시험법에수록된사례는그림 과같다 국내산저서성단각류를이용한생태독성시험법을개발하기위하여관련연구자료축적및실험을통한데이터수집이지속적으로이루어진후국내공정시험기준등재가가능하였다 그림 이시험법개발은 년부터 년까지 년간의장기연구를통해정립되었으며 실험생물배양에서부터수많은독성실험을통해표준시험법화되었다 해산식물인구멍갈파래에대한생태독성시험법도장기간에걸친연구를통해시험법화된좋은사례로향후국내종생태독성시험법개발에많은참조가될것으로기대된다 생태독성시험생물종의국내화를위해서는우선적으로사용가능한시험생물후보군을선정후해당생물들에관한적용가능여부시험및독성시험법개발을위한연구가장기적인계획하에진행되어야할것으로판단된다 기존독성시험 - 82 -
생물종국내화연구자료문헌조사결과대표적인환경부연구로다음과같은시 험생물종에대한민감도시험결과를확인할수있었다 표 그림 41. 해양환경공정시험기준에수록된 발광박테리아, 저서성단각류생태독성시험법 그림 42. 국내산저서성단각류독성시험관련연구데이터예시 - 83 -
그림 43. 국내산저서성단각류독성시험법개발을위한관련연구 (2005, 2008 년 ) 표 39. 환경독성평가를위한국내고유생물종개발 ( 환경부, 2006 년 ) 구분시험생물종측정치노출시간 CdCl 2 LC 50 (mg/l) PCP LC 50 (mg/l) 어류어류갑각류복족류 대륙송사리 (O. sinensis) 개량송사리 (O. latipes) 새뱅이 (Neocardina denticulata) 곳체다슬기 (Semisulcos piragottschei) 생존율 96시간 8.72 0.21 생존율 96시간 8.11 0.33 생존율 96시간 0.69 0.27 생존율 96시간 0.018 0.24-84 -
표 40. 지표생물을이용한환경오염물질의생태영향평가현장적용기법개 발에관한연구 ( 환경부, 2009 년 ) 구분시험생물종측정치노출시간 CdCl 2 LC 50 (mg/l) 육상식물상추 (Lactuca sativa) 발아율 48 시간 0.09 담수식물좀개구리밥 (Lemna paucicostata) 생장률 72 시간 0.38 해산식물구멍갈파래 (Ulvapertusa) 포자방출률 96 시간 0.22 갑각류물벼룩 (D. magna) 생존율 48 시간 0.09 생태독성시험생물종국내연구를위한후보생물군선택시현재까지연구되어있는자료를후보군선택에활용할수있으며분류군별로후보생물군을선정후장기적인연구계획에따라국내고유생물종의독성시험법개발에관한연구수행이필요하다 현재존재하는육상담수계생태독성시험은물벼룩수질환경공정시험기준이유일하나여기에등재된물벼룩시험종은국내종이아니어서적절하지않다는전문가지적이많이있었다 그러므로가장시급하게국내종화해야할생물종은물벼룩시험종이라판단된다 그러나시험종국내화시도는물벼룩한종에국한되기보다는수계에존재하는민감한여러생물들이국내시험법화에이용될수있으므로국내수계를보다건강하게지키기위해물벼룩시험종국내화이외에도다른민감생물에대한시험법화에지속적인연구투자가필요하다고판단된다 - 85 -
고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법제시 환경부에서 년실시한연구과제 산업폐수생태독성원인물질탐색및저감방안에관한연구 보고서에따르면총 개업종 개사업시설을조사한결과독성발현시설중독성원인물질의 가염류에의한독성으로나타났다 그림 산업폐수에서배출되는염이육상수계에독성원인이었던사례가절반에가까운상황이므로염분에의한독성발현수치 를넘는사업장의빈도가높은염배출업종에대한적정관리방안강구가필요하다하겠다 표 은염배출빈도가높은업종을정리한것이다 그림 44. 35개업종사업장생태독성발현사업장의독성원인물질분포도 ( 환경부 2007~2010년산업폐수생태독성원인물질탐색및저감방안에관한연구 I, II, III) - 86 -
표 41. 82 개업종염배출현황 ( 환경부, 2007 ~ 2012 년 ) 업종명 조사사업장 빈도수 (>5psu) 염배출비율 (%) 염분평균 생태독성 수산물판매장 5 4 80 10.8 미적용 비금속광물광업시설 4 3 75 12.0 적용 가죽모피가공및제품제조시설 5 3 60 7.6 적용 비감광성기록매체, 사진용화학제품및감광제료제조시설 4 2 50 4.6 미적용 가공염정제염제조시설 2 1 50 24.0 미적용 산업시설의폐가스분진세정응축시설 2 1 50 9.8 미적용 도금시설 5 2 40 4.8 적용 기타식품제조시설 5 2 40 3.8 미적용 비철금속, 제련, 정련및합금제조시설 3 1 33 3.8 적용 비료및질소화합물제조시설 3 1 33 6.0 적용 의약품제조시설 3 1 33 12.2 적용 동식물성유지제조시설 3 1 33 2.0 미적용 기타분류안된화학제품제조시설 4 1 25 3.5 적용 기타기초유기화합물제조시설 4 1 25 3.2 적용 산업용가스제조시설 4 1 25 8.9 미적용 금속주조시설 4 1 25 9.3 미적용 석유화학계기초화합물제조시설 5 1 20 7.1 적용 기타분류되지아니한화학제품 제조시설 계면활성제치약비누및기타세제제조시설 5 1 20 2.9 적용 5 1 20 1.5 적용 과실및채소가공저장처리시설 6 1 17 3.0 미적용 합성고무제조시설 2 0 0 2.5 적용 계면활성제, 치약, 비누및기타세제제조시설 3 0 0 0.2 적용 접착제및젤라틴제조시설 2 0 0 1.1 적용 - 87 -
산업활동에서다량으로사용되는물질중 의반응에의해염류물질이다량발생되고있으나염류물질은생물에축적되지않는물질로서생태에지속적으로영향을미치는독성물질이아님으로수질오염물질배출허용기준으로관리되지않는다 염류는생물에축적이나지속적인독성을나타내지는않으나이온밸런스문제를야기하여생태독성을발현시킬수있으며현행생태독성관리제도에서는물벼룩생태독성발현의원인이염에의한것임을과학적으로증명시생태독성항목에한하여 년간면제시켜주는제도를시행중에있다 국립환경과학원고시제 현행생태독성원인이염이라는증명을위한절차는표 와같은과정을통해진행되며 상기과정을통하여국내염독성인증제도운영사례로실제염에의한독성으로판정받은예는다음표 과같다 표 42. 현행국내염독성인증수행과정단계수행목표수행내용및범위 사업장현황조사 (1 단계 ) 사업장 폐수확인 (2 단계 ) 생물 독성평가 (3 단계 ) 정도관리 (4 단계 ) 독성원인 물질탐색 (5 단계 ) 인증접수 (6 단계 ) 염독성인증가능업체선정 폐수특성, 제조및 처리과정진단. 업체오염물질배출정황및독성유발정보분석 담수생물종 (2 종이상 ) 해양생물종 (2 종이상 ) 독성평가 화학분석, 생물시험 국제적으로공인되고있는 방법을선택 (TIE Phase I, II, III USEPA 등 ) 염독성인증을위한 종합보고서작성 - 폐수배출허가증을바탕으로업종확인 - 물벼룩 24 시간급성독성평가 - 대상사업장의최종방류수역확인 - 일반수질분석 - 업체별배출허용기준초과유무진단 - 폐수내이온물질정밀분석 - 업체별생산공정도, 폐수처리계통도 - 업체별방지시설종류 - 업체정보종합및오염물질배출진단 - 국내, 국제적으로인정될수있는생물종선택 ( 담수종, 해양종 ) - 담수종, 해양종독성평가 - 도출된시험결과에대한정도관리 - 독성원인물질탐색및확증 - 염이외의물질에대한독성평가 - 종합보고서작성 - 국립환경과학원염독성인증접수 - 염독성인증획득 - 88 -
표 43. 국내염독성제도시행염독성판정사례 업종 주요 생산품 주요원료물질 배출수내염분농도 - 5 회평균 ( ) 물벼룩생태독성값 - 5 회평균 (TU) 독성원인 물질 반도체및기타전자제품제조시설 Poly-Si MG-Si, HCl 40.5 11.7 염소이온, 칼슘이온 석유화학계기초화합물제조시설 폴리카보네이트 Bisphenol- A, NaOH, Chlorine 71.7 10.7 염소이온 제철소기타분류안된화학제품제조시설산화아연부산물, HCl 97.4 11.7 염소이온, 칼륨이온, 황산염이온, 현행염독성인증제도의절차를거치는것이배출수의독성원인이염에의한것이라는과학적인증명을통해서이루어지기때문에염배출업체에대한관리방안으로가장안전한방법이기는하나배출업소의현황파악및모니터링시험 독성원인물질탐색등의과정과인증위원회를거쳐야하기때문에오랜시간과많은비용이소요되는문제점이있다 이에따라고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법의정립이필요하며본연구에서는국내현황조사및국내 외사례분석을통하여고농도염배출업종에대한적정생태독성평가방법 안 을제안하고자한다 고농도염배출수염독성기준농도연구 미국의사례를조사한결과 염소이온은시설물부식을일으키고담수생 - 89 -
태계에독성영향을미치기때문에농도로서산업폐수배출허용기준을적용 하고있다 염류중염소이온에대한수서생물보호기준은 년에재정되었 고농도기준은급성 만성 로조사되었다 표 표 44. NPDES 염소이온농도기준기준 (mg/l) 기준항목급성기준만성기준염소이온농도 860 230 미국에서는수계염소이온농도기준을설정하여염독성을관리하며 체계에서해당시설이염소에의해독성이발현되면염소이온에대한독성을저감시켜배출해야배출허가를받을수있다 배출수농도규제는가장확실하고강력한산업폐수규제의하나로국내에도염소이온을포함한배출수의염분기준도입이필요하다 그러나배출수의염분농도를낮추기위한탈염시설은설비비와가동비용이높아점진적인논의와적정기준제시로산업계에서수용가능한시간과정책지원이필요할것으로보인다 우선적인염독성관리방안으로현재의제도하에서염배출업종관리에대한모니터링방법을활용할수있다 산업폐수염배출모니터링을통해수계로배출되는염류의종류와농도에대한자료를축적하고염배출이문제시되는업종 업체 수계에대한정보를분석해적정관리수준을설정하고관리방안을수립해야한다 염독성관리를위해 에서는배출허용기준설정관리노력이외에배출수와방류수역의염분포함여부에따라생물시험종을달리선택하여염독성을고려한합리적인생태독성관리가이루어지도록노력하고있다 그림 국내의생태독성배출관리제도는산업폐수배출구역이담수계인지해양인지에관계없이물벼룩으로시험하여생태독성을규제관리하기때문에불합리한사태가발생될소지를내포하고있다 의시험생물선택방법에따르면방류수역에염분이없는경우에는배출수의염분포함여부와관계없이담수시험종을이용하여시험토록규정하고있으며방류수역이염분을포함하고있는경우배출수를해양시험종을 - 90 -
통해생태독성평가를실시토록하고있다 그림 이때배출수가염분을포함하고있지않은경우에는해양생물종시험기준에준하도록염분보정을실시한후시험을실시하고있다 이것은배출구역의수생태계보존을위한합리적이고논리적인지시험법적용이라판단되며국내에도물벼룩단일시험법적용의원칙을깨고불완전한제도를보완하여보다합리적인수계보호가이루어지도록해야한다 본규정을국내에적용할경우국내에서이용가능한해양시험종을조사해보았으며 분류군에서시험가능한생물종은표 와같다 그림 45. USEPA 방류수역염분포함여부에따른생물시험종선택로직 그림 46. 해양시험생물종발광박테리아, 단각류, 미세조류, 양두모치 - 91 -
표 45. 국내에서이용되는해양생물시험종 시험종 생물명 국내시험법유무 미생물 발광박테리아 해양환경공정시험법 단각류 저서성단각류 해양환경공정시험법 어류 양두모치, 넙치등 - 식물 미세조류, 구멍갈파래등 - 본연구에서제안하고자하는간편염독성판정방안은 에서제시하는방류수역의염분포함여부에따른생태독성시험종선택로직에물벼룩생태독성 을일으키는염분 를추가적으로고려한것으로 배출수의물벼룩생태독성기준초과시시료내염분의 초과여부를우선적으로확인한후 를넘지않으면염이외의독성물질이존재한다고판단하여독성원인물질확인절차를거쳐독성저감개선명령을내리고 를초과할경우다시배출수방류수역의염분포함여부를확인하고방류수역이염분을포함한경우에는국내에서이용되고있는해양생물시험종을이용하여해당배출수에대한생태독성시험을실시하여염독성및기타오염물질독성에대한기여도를산출하여염독성인증여부를판정하는등배출수염분함유여부와방류수역염분함유여부에따라상황에맞는시험종으로염독성인증평가가수행되는방안이다 그림 배출수의방류수역의염분포함여부에따라국내에서이용가능한 분류의시험생물종을이용하여다음과같이생태독성평가방법 안 을제안하고자한다 그림 국내에서이용중인해양생물시험종은여러종류가있으며본연구에서정리한 분류군생물중에서시험자가 가지시험종을선택모니터링을실시토록하며모니터링횟수는총 회를실시토록한다 회모니터링실시결과 개해양생물시험종에서독성이나타나지않을경우해당배출수는담수시험종인물벼룩에게는독성이나타나지만배출수의염분포함방류수역에서는해양시험생물종에게는독성이나타나지않는것으로판 - 92 -
단하여 년간물벼룩생태독성적용을유예하여방류를허용토록하는것이본판정기본이다 본평가방법에서제시한모니터링횟수 총 회 및적용유예기간 적용유예기간 년 은현재운용중인염독성인증제도를참고하여설정하였다 그림 47. 방류수역의염분포함여부에따른생태독성평가방법 ( 안 ) 고농도염배출업종에대한대체시험종및다변화가능성평가 국내 외고농도염배출업종에대한평가사례를분석한결과국외에서는특정염류에대한배출허용기준설정관리는물론배출수방류수역의염분포함여부에따라육상생물시험종과해양생물시험종을이용한생태독성관리가동시에이루어지고있다 국내배출수관리제도상염류에대한배출허용기준은설정된항목이없으며방류수역구분에따른육상종 해양종등시험종다변화적용도제도화되어있지않다 특히 우리나라산업폐수생태독성원 - 93 -
인물질의절반이염류에의한것임에도불구하고고농도염배출업종의관리방안이마련되어있지않다 현재국내에서연구목적으로사용중인해양생물시험종은다양한시험종이있으나국내공정시험기준에등재된해양생물시험종은해양환경공정시험법에수록된저서성단각류와발광박테리아 종으로합리적인환경제도운용을위해서는다양한생물종의공정시험법수록및제도상시험종이용에대한논의가필요하다 그림 그림 48. 다양한해양생태독성시험종. - 94 -
생태독성제도운영을위한중장기정책방안및로드맵제안 환경부는지난 년부터 년까지의물환경종합계획을발표하면서그일환으로유해화학물질통합관리체계구축 생태독성배출관리제도도입 특정수질유해물질확대등을확립하였다 년에마련된생태독성관리제도시행및정착을위한 개년종합계획을수립하여행정체계및제도정비 조사연구및기술지원사업 교육 홍보및관련산업육성등에대한구체적추진계획도마련하였다 그림 그림 49. 생태독성배출관리제도시행 및정착을위한 5 개년종합계획 년생태독성배출허용기준이본격시행되면서 생태독성배출관리제도시행및정착을위한 개년종합계획이본격적인행정체계및제도정비 교육 홍보및인프라구축 조사연구및기술지원사업등에대한중장기계획이추진되었으나생태독성미적용 개업종확대시행 박테리아 물벼룩 조류 어류등시험종다원화 시간노출시간확대 생태독성시험종국내화 만성독성관리등에대한제도개선은아직이루어지지않았다 년생태독성미적용 개업종확대방안에대한조사연구를수행하여 - 95 -
타당성을확보하고자하였고 본연구용역을통하여생태독성평가시험종다변화방안에대한조사를실시하여생태독성배출관리제도시행및정착방안을모색하고있다 여기에서는생태독성제도운영을위한중장기정책방안및로드맵을작성을통해향후제도도입에대한연구기반과생태독성배출허용제도시행방안을제안하고자한다 행정체계및제도정비 시험종확대에따른제도시행을위해제도적 물적기반을완비하고 제도 개선사항등을검토하여실질적인생태독성시험종확대를이룰수있도록 제도를개편하는것이필요하다 그림 그림 50. 행정체계및제도정비로드맵 시험종확대에행정체계및설비등구축 ᐅ 시험종확대운영 관리체계정비 ( 13 ~ 16) : 환경부 국립환경과학원 유역 지방 환경청 지자체 보건환경연구원에서의제도운영 확대시험종정도관리 지도 점검등에대한기존배출시설관리위임범위에업무분담을통하여운영 관리체계를정비 - 96 -