KR20020023747A - 조류를 이용한 수질감시방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류, 특히 반달말(closterium ehrenbergii)을 이용하여 하천에서의 오염도를 감시할 수 있도록 한 조류를 이용한 수질감시방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조류를 이용한 수질감시방법은, 수계로부터 원수를 취수하는 원수 취수단계와, 취수된 원수에 반달말(closterium ehrenbergii)이 배양된 배양수를 첨가하는 배양수 첨가단계와, 배양수가 첨가된 원수와 배양수 간의 형광량 값을 비교 측정하는 형광량 비교 측정단계와, 비교된 형광량 값을 분석하여 수질의 오염여부를 정량화하여 데이터로 출력하는 오염도 분석 및 데이터 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 수질의 오염여부를 실시간으로 용이하게 측정 감시할 수 있고, 수질오염 수준의 정량분석이 가능하여 수질오염 수준의 수치화가 정밀하게 이루어질 수 있으며, 수질감시에 필요한 관련장비 및 인력소요도 획기적으로 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

조류를 이용한 수질감시방법{Water monitoring method using algae}

본 발명은 조류를 이용한 수질감시방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조류, 특히 반달말(closterium ehrenbergii)을 이용하여 하천에서의 오염도를 감시할 수 있도록 한 조류를 이용한 수질감시방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하천 등지에서의 유해물질 누출사고를 감시하기 위하여 어패류 등의 생물을 이용하는 방법을 바이오 모니터링(bio monitoring)이라 한다. 바이오 모니터링은 1970년대 말 독일에서 물고기와 물벼룩을 이용하여 호수, 하천 등 수계의 독성물질 혼입여부를 판별하는 방법을 도입한 이래, 네덜란드, 벨기에, 프랑스, 스위스, 오스트리아, 영국 등 세계 각국에서 바이오 모니터링 시스템을 연구하기 시작하였으며, 현재까지 수계의 독성물질 혼입여부 판별에 적합한 여러 가지 수중 생물이 다각도로 조사 연구됨으로써 이들의 이상행동 패턴이나 생물학적 특성 분석으로 수질오염 여부를 감시하는 여러 방법들이 제시되기에 이르렀다.

예컨대, 공지된 바이오 모니터링의 예로는 잉어, 붕어, 송사리 등의 어류를 이용한 수질감시방법이 대표적인 예로서 제시될 수 있다. 이는 어류의 행동특성, 즉 부유성, 회피성, 군집성, 확산성, 이동성 등을 분석하여 이들이 오염된 수계에서 이상행동 패턴을 보일 경우 이를 연속적으로 감시하고 그 결과를 분석함으로써 독성물질의 혼입여부를 판별하는 수질감시방법이다.

그러나, 이와 같은 기존의 바이오 모니터링은 어류의 움직임을 주의깊게 지속적으로 감시하여야 하므로 처리하여야 할 정보량이 많고, 수계의 오염상태를 판별하는 데 있어 측정 및 분석시간이 길게 소요되므로 독성물질의 유입 즉시 이를 판별해내기가 어려운 시간적 제한이 뒤따르게 되며, 어류를 수용시켜야 하는 수조, 이들의 행동을 감시하기 위한 영상장비, 행동패턴의 기준이 되는 정보와 감시대상이 되는 수계를 비교하여 분석하기 위한 분석장치 등 수질 감시를 위한 소요장비 및 이를 관리하는 관리인력 또한 다수 요구되므로 이를 상용화하는데 있어 경제적인 제약 또한 뒤따르게 된다.

특히, 기존의 바이오 모니터링은 어류의 이상행동 패턴을 감시하여 정밀하게 수치화하기가 곤란하므로 독성물질의 혼입여부를 정량적으로 분석 및 판단할 수 없는 것이 가장 큰 문제점으로 지적될 수 있다.

본 발명의 목적은, 수계에 유입되는 독성물질에 민감한 조류를 이용, 유입된 독성물질의 수준을 정량화하여 분석하고 이를 수치로 나타낼 수 있도록 함으로써, 수질의 오염여부를 실시간으로 감시할 수 있고 수질오염 수준의 정량분석이 가능할 뿐만 아니라 수질감시에 필요한 관련장비 및 인력소요를 획기적으로 절감시킬 수 있는 조류를 이용한 수질감시방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조류를 이용한 수질감시방법을 나타낸 순서도이다.

도 2는 원수와 배양수 간 조류의 형광량 비교 측정방법을 도식적으로 나타낸 모식도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 원수 2, 3: 배양수

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조류를 이용한 수질감시방법은, 수계로부터 원수를 취수하는 원수 취수단계와, 취수된 원수에 반달말(closterium ehrenbergii)이 배양된 배양수를 첨가하는 배양수 첨가단계와, 배양수가 첨가된 원수와 배양수 간의 형광량 값을 비교 측정하는 형광량 비교 측정단계와, 비교된 형광량 값을 분석하여 수질의 오염여부를 정량화하여 데이터로 출력하는 오염도 분석 및 데이터 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 형광량 비교 측정단계를 거친 원수와 배양수 간 조류의 행동패턴 등을 육안으로 비교 관찰하는 조류행태 비교 관찰단계가 더 포함될 수 있다.

상기 조류행태 비교 관찰단계 이후에는 원수와 배양수 간 조류의 행동패턴 등을 화상으로 출력하는 화상 출력단계가 더 포함될 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 조류를 이용한 수질감시방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 조류를 이용한 수질감시방법은 독성물질에 민감하게 반응하는 조류의 생물학적 특성을 이용하여 수질오염 수준을 정량적으로 판별하는 방법에 관한것으로서, 원수 취수단계(10), 배양수 첨가단계(20), 형광량 비교 측정단계(30), 및 오염도 분석 및 데이터 출력단계(40)를 포함한다.

원수 취수단계(10)는, 호수와 하천 등 수질감시의 대상이 될 수계로부터 원수를 취수하는 단계이다.

대체로, 수질감시의 대상이 되는 수계의 주변에는 정수장이 있기 마련이므로 본 발명에 있어서 원수 취수단계는 별도의 간이 파이프를 마련하여 수계의 원수가 정수처리시설로 유입되도록 하는 파이프에 이 간이 파이프를 연결함으로써 원수를 소정량 취수하는 방법으로 간단히 수행되어질 수 있다. 취수된 원수는 분석을 위해 측정셀에 도 2에서처럼 적하된다.

배양수 첨가단계(20)는, 원수의 독성물질 혼입여부를 판별하는 데 이용되는 조류를 원수에 첨가하는 단계로서, 원수 취수단계를 통해 취수된 원수에 조류가 배양된 배양수를 첨가하는 단계이다. 역시 도 2에서처럼 미리 적하되어 있는 원수(1) 위에 추가로 배양수(3)를 적하시킴으로써 완성될 수 있다.

형광량 비교 측정단계(30)는, 배양수가 첨가된 원수와 반달말이 배양된 배양수 간의 형광량 값을 비교 측정하여 수질오염의 수준을 판별하도록 하는 단계이다.

도 2는 원수와 배양수 간 조류의 형광량 비교 측정방법을 도식적으로 나타내고 있다. 즉 형광량 비교 측정단계를 수행하기 위한 하나의 방편으로 원수 취수단계를 통해 취수된 원수(1)에는 조류가 배양된 배양수(3)를 소정량 첨가시키는 한편, 그 옆에는 원수와 비교하게 될 비교 기준인 배양수(2)를 배치시켜 양자를 비교 측정할 수 있도록 하는 방법을 나타낸 것이다.

예컨대, 원수(1)는 원수 취수단계를 통하여 1ml가 마련되는 한편 그 옆에는 조류가 배양된 배양수(2)가 2ml 마련되고, 다시 취수된 원수(1) 1ml에는 조류가 배양된 배양수(3) 1ml가 첨가되면, 원수(1)의 환경에 놓인 조류의 형광량 값과 일반 환경에 놓인 조류의 형광량 값이 정확하게 비교 측정되어 정확한 수질오염 수준의 정보가 제공되어질 수 있다.

조류는, 통상 엽록체가 있어 광합성을 하는 생물로서 수계 내의 독성물질에 의한 환경 스트레스를 받게 되면 광합성량이 줄어들어 상기한 형광량에 변화를 보인다. 따라서 본 발명에 있어서는 수질오염 수준의 정량적 분석에 이와 같은 조류의 특성을 처음 이용하는 것이며, 특히 반달말(closterium ehrenbergii)은 그 중에서도 다른 광합성 조류에 비해 환경 스트레스에 대하여 민감하게 반응하고 세포의 크기도 커서 관찰하기에도 용이하다.

한편, 형광량 비교 측정단계에서는 상기와 같은 조류의 환경 스트레스에 대한 형광량 변화를 측정하는 데 있어 형광측정기(fluorimeter)가 이용될 수 있다.

광합성 생물이 빛을 받으면 전자가 에너지를 얻어 여기상태가 되며, 여기된 전자가 다시 안정된 바닥상태로 돌아오기 위해서는 에너지 방출이 필요하게 된다. 이러한 에너지의 방출은 열 및 형광의 방출, 광합성 등에 소요된다.

한편, 광합성 생물의 광화학 반응량은 일정량 방출되는 열을 제외하면 형광량에 의해 알아낼 수 있다. 즉 광화학 반응으로 많은 에너지가 소모되면 형광량은 적게 되고 형광으로 대부분이 방출되면 광화학으로 변환되는 전자에너지는 적게 되는 것이다. 형광측정기는 이와 같은 원리를 이용한 장치이므로 배양수가 첨가된 원수와 비교기준이 되는 배양수 간의 형광량 값을 이 형광측정기를 통해 측정하면 오염도를 효과적으로 분석할 수 있을 것이다.

데이터 출력단계(40)는, 비교 측정된 형광량 값을 분석하여 수질의 오염여부를 정량적으로 수치화하고 이를 가시적으로 출력하는 단계로서, 예컨대 상기 형광측정기로부터 측정된 값을 전달받은 후 원수로부터 측정된 수치가 비교기준이 되는 배양액으로부터 측정된 수치를 초과하였다면 일단 수질오염 상태를 경고하고 독성물질 혼입의 수준을 그래프 등을 이용하여 정량적으로 나타내 주는 것 등이 본 단계에 해당될 수 있다.

물론, 사용자의 입장에서는 데이터 출력단계로부터 얻어진 데이터를 저장함으로써 수질분석과 관련된 연구자료로도 유용하게 활용할 수 있을 것이다.

데이터 출력단계는 하드웨어와 소프트웨어로 구성된 컴퓨터를 통해 구현될 수 있으며, 특히 본 발명에 있어서는 조류의 형광량 측정에 비교적 짧은 시간이 소요되므로 데이터 출력단계가 실시간으로 수행되어질 수 있어 수질의 오염상태를 시시각각으로 판별할 수 있다.

데이터 출력단계 수행을 위한 관련 하드웨어와 소프트웨어의 구체적 구현방법은 당업자의 통상 능력에 해당되므로 이하 관련 설명을 생략한다.

한편, 본 발명은 조류의 생물학적 특성에 대한 보다 확실한 관찰을 위하여 조류행태 비교 관찰단계와 화상 출력단계를 더 포함할 수 있다.

조류행태 비교 관찰단계(50)는, 형광량 비교 측정단계를 거친 원수와 배양수 각각에 첨가된 조류의 행동패턴, 색깔, 세포의 형태 등을 육안으로 확인하는 단계로서,조류행태 비교 관찰단계에 있어서는 조류를 관찰하기에 용이하도록 현미경이나 내시경 등이 동원될 수 있다.

화상 출력단계(60)는, 조류행태 비교 관찰단계를 통해 얻게 되는 시각적인 영상정보를 화상으로 출력하는 단계로서, 예컨대 조류행태 비교 관찰단계가 수행되는 데 있어 내시경이 동원된다면 그 내시경을 통해 얻어진 정보를 모니터 상에 출력함으로써 사용자가 육안으로 관찰하기에 보다 편리하도록 하는 단계가 되는 것이다.

특히, 앞서 설명한 데이터 출력단계와 화상출력단계가 연계되어 하나의 출력장치로써 구현된다면, 사용자의 입장에서는 연구실과 같은 지정된 한 장소에서 데이터 출력단계를 통해 수질오염 수준의 정량적인 데이터와 화상 출력단계를 통한 화상 정보를 함께 얻을 수 있어 수계에 대한 수질오염의 수준을 입체적으로 감시할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면,

첫째, 수계의 오염여부 판별에 필요한 장기간의 물리 화학적 측정방법을 요하지 않으므로 수질의 오염여부를 실시간으로 측정 감시할 수 있는 효과가 있고,

둘째, 외부의 자극에 반응하는 조류의 형광량 측정으로 수질오염 수준의 정량분석이 가능하여 수질오염 수준의 수치화가 정밀하게 이루어질 수 있는 효과가 있으며, 셋째, 수질측정에 있어서 수계로부터 샘플을 채취하여 형광측정기를 통해 조류의 형광량을 측정하는 간단하고도 간편한 과정만을 요하므로, 수질측정을 위한 대규모의 장비나 이에 수반되는 다수의 시설을 요하지 않아 수질감시에 필요한 관련장비및 인력소요를 획기적으로 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 수계로부터 원수를 취수하는 원수 취수단계와, 취수된 원수에 반달말(closterium ehrenbergii)이 배양된 배양수를 첨가하는 배양수 첨가단계와, 배양수가 첨가된 원수와 배양수 간의 형광량 값을 비교 측정하는 형광량 비교 측정단계와, 비교된 형광량 값을 분석하여 수질의 오염여부를 정량화하여 데이터로 출력하는 오염도 분석 및 데이터 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류를 이용한 수질감시방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광량 비교 측정단계를 거친 원수와 배양수 간 조류의 행동패턴 등을 육안으로 비교 관찰하는 조류행태 비교 관찰단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 상기 조류를 이용한 수질감시방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 조류행태 비교 관찰단계 이후에는 원수와 배양수 간 조류의 행동패턴 등을 화상으로 출력하는 화상 출력단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 상기 조류를 이용한 수질감시방법.