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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.38 No.4 pp.678-690
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2020.38.4.678

Impacts of stream water quality and fish histopathology by effluents of wastewater treatment plant

Hye-Jin Kim, Kwang-Guk An1
Department of Bioscience and Biotechnology, Chungnam National University, Daejeon 34134, Republic of Korea
1Department of Biological Science, Chungnam National University, Daejeon 34134, Republic of Korea
*Corresponding author Kwang-Guk An Tel. 042-821-9690 E-mail. hgan@cnu.ac.kr
30/10/2020 16/12/2020 24/12/2020

Abstract


In this study, the histological changes of Zacco platypus exposed to discharge from a Wastewater Treatment Plant (WTP), which is a point source, for a long time (2 to 3 years) were compared to the same species at a reference site (Ref.). Overall, tissues displayed various lesions in samples obtained at the point where discharge water from the point source was mixed. In the skin tissue, mucus cells from the epithelial layer expanded to the multilayered epithelium, indicating the immune system was activated. Epithelial cell detachment and proliferation were most prominent in the gills, which may have adversely affected circulation and respiration. Our data suggest immune system collapse was due to stimulation by aquatic substances. Both the fish phase analysis and the water quality analysis demonstrated depreciated conditions at the point source as compared to the reference stream, supporting the histological health evaluation results. These data together suggest a histological approach can also be used to assess water quality, and to an even higher degree when combined with other existing methods. Given the presented evaluation, improvement in the water quality of water discharged from WTP’s is required.


wastewater treatment plant , biomarker , histological , water quality , fish fauna

하수종말처리장 배출수에 의한 하천 수질 특성 및 어류의 조직병리학적 영향

김 혜진, 안 광국1
충남대학교 생명과학과
1충남대학교 생 물과학과

초록

    Korea Environmental Industry and Technology Insitute(KEITI)
    2020002970007
    NTIS1485017188

    서 론

    하수종말처리장 (Wastwater treatment plant; WTP)은 생 활하수나 각종 오염물질이 수계로 직접 유입되지 않도록 정화·배출하는 시설이다. 해당 시설은 산업화로 인해 도 시에 밀집된 인구가 발생시키는 많은 양의 하수에 대해 하 천의 자정작용으로 처리할 수 없음을 인식한 결과로서 설 치되었다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고, 인구의 도시 집중현상이 심화되며 생활 및 공업용수로 사용된 물이 증 가함에 따라 배출수에 포함된 질소, 인 등 영양염류가 수계 에 유입되고 있다 (Lee et al. 2008;MOE 2009). 하수종말처 리장에서는 하천에 유입되는 배출수의 영향을 최소화하기 위하여 BOD (Biochemical Oxygen Demand, 생화학적 산소 요구량), COD (Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소요 구량), TSS (Total Suspended solid, 총부유물질), TN (Total Nitrogen, 총질소), TP (Total Phosphorous, 총인)와 같은 수 질 항목들에 대해 방류수 수질을 규제하는 노력을 기울이 고 있다. 그중 TP의 경우 조류 성장제한요인으로서 배출 량이 엄격히 규정되어 있고, BOD와 더불어 2011년~2015 년의 기간 동안 제2단계 수질오염총량관리 대상물질로 관 리되고 있다 (Park et al. 2011). 그러나, 국내 WTP에서 처리 된 배출수가 수계에 방류되었을 때 수계 혹은 수계에 서식 하는 생물들에 대해 어떤 영향을 미치는가에 대한 건강성 평가 및 독성평가 연구는 미진한 상황이다 (Ra et al. 2005). 해외에서는 이미 하수종말처리장과 같은 점오염원이 도시 를 관통하는 하천에 미치는 영향에 대한 연구를 지속적으 로 수행하고 있다 (US EPA 1991;Peter et al. 2000). 하수종 말처리장의 배출수가 유입된 하천에서는 살아있는 생물에 서 계속해서 그 영향이 지속되는 유기화학물질을 포함하 기도 하며 (Ternes 1998;Barber 2000, 2011a, 2011b;Kolpin 2002), 그 물질은 17β-estradiol 및 4-nonylphenol 등 어류의 생식에 영향을 줄 수 있는 환경호르몬과 같이 치명적인 물 질도 존재하기 때문이다 ( Jobling 1998; Vajda 2008, 2011;Barber 2012).

    하수종말처리장 배출수에서 유래되는 물질의 영향을 평가하는 방법은 여러 가지가 있지만 본 논문에서는 어류 를 바이오마커로 사용하여 하천의 건강성을 파악하는 것 에 초점을 맞추고 있다. 바이오마커는 오염물질에 노출된 생물의 상태변화와 생물학적 반응을 나타내며 (Chambers et al. 2002), 개체부터 군집에 이르기까지 다양한 단계의 스트레스 수준을 다룰 수 있다. 이를 어류에 반영한 선행 된 연구들로부터, 어류 (in situ)는 수질오염의 지표로서 좋 은 결과를 보여주고 있다 (Moiseenko et al. 2008). 수생태 계 내에 있어, 어류는 다른 생물종에 비해 더 많은 오염물 질에 민감하게 반응하기 때문에 수중 물질과 관련된 위 해성 평가는 병리학적인 평가로 판단이 가능하다 (Wrona and Cash 1996;Simon 2000;Whitfield and Elliott 2002;Moiseenko et al. 2008). 세포 또는 분자 수준의 변화가 발 생한 후, 개체수준에서 거시적으로 확인할 수 있는 중독 증상이 나타나기 때문이다 (Segner and Braunbeck 1990). 또한, 조직학적 변화는 생리적 혹은 생화학적 변동으로 인해 발생하므로 그 영향성에 대해 성장이나 번식과 같 은 상황 또한 예측이 가능하다 (McKim 1985;Meyers and Hendricks 1985). 따라서 특정 기관의 조직 변화는 낮은 단 계의 생물학적 조직 수준으로부터 내인성, 혹은 외인성 효 과로 이어진다는 것을 의미한다 (Hinton and Laurén 1990; Swee et al. 1996). Hinton (1992)에 따르면, 조직학은 특정 환경 노출에 의한 급성 또는 만성 부작용을 신속하게 식별 할 수 있다. 그리고 형태학적이나 생리학적, 생화학적 변화 를 정성적, 혹은 정량적으로 측정하여 독성 초기 증상이나 매커니즘을 찾는 데 좋은 증거가 될 수 있다 (Meyers and Hendricks 1985). 위와 같은 이유로, 본 연구에서는 바이오 마커의 한 종류로서 어류를 택하였으며, 대상어종은 피라 미 (Zacco platypus)이다. 해당 어종은 선행연구로서 수중 유해물질에 대한 바이오마커로 이용된 사례가 존재하며 우리나라 수계에 가장 넓은 분포 범위를 가지고 있는 까닭 으로 분석에 알맞은 종으로 사료되어 선정되었다 (Lee et al. 2008).

    따라서, 본 연구는 근육조직 (Vethaak 1994)과 아가미 (Mallatt 1985;Poleksic and Mitrovic-Tutundzic 1994), 2종류의 조 직학적 변화를 비교·분석하여 하수종말처리장 배출수를 포함하는 일부 수계에서 어류 조직병리학적 변화를 파악 하였다. WTP 배출수가 유입되는 수계에서 평가될 이 조직 들은 오염지표로 이용하기에 유용하다는 선행연구가 진행 된 바 있다 (Meyers and Hendricks 1985;Hinton and Laurén 1990). 또한, 수질 분석을 통해 하수종말처리장의 방류수의 수질과 각 시설의 방류수질 기준을 비교하였으며, 해당 수 질측정값을 어류 조직학적 평가와 함께 대조·분석하는 방 향으로 연구를 진행하였다.

    요약하여, 본 논문에서는 (1) 조직병리학적인 접근을 통 해 점오염원이 배출하는 방류수가 수생태계에 부정적인 영향을 미친다는 가설을 세우고, 점오염원이 있는 몇 지점 에서 방류수에 노출된 변화된 피라미 (Z. platypus)의 조직 상태를 파악하며, (2) 어류상 분석과 (3) 수질분석을 통해 WTP 배출수가 미치는 영향에 대한 근거를 제시하여, (4) WTP 배출수질 관리 방향성에 대해 제시하고자 한다.

    재료 및 방법

    1. 샘플 채취 방법

    본 연구에서 샘플링을 수행할 지점으로는 피라미 (Z. platypus)가 출현하며 국가지정 수질측정망이 있어 수질데 이터를 확보할 수 있는 조건을 충족하는 지점으로 선정하 였다. 해당 조건을 만족하는 지점은 다음과 같다 (Fig. 1); 대전하수종말처리장 (S1, 900,000 m3 day-1), 전주하수종 말처리장 (S2, 403,000 m3 day-1), 청주하수종말처리장 (S3, 280,000 m3 day-1), 익산하수종말처리장 (S4, 100,000 m3 day-1).

    점오염원이 있는 하천이 3~5차 하천인 것을 고려하여, 점오염원이 없거나 오염원의 영향을 덜 받는 참조하천 (Reference; Ref.)은 충남 청양군 칠갑산에서 발원하여 금 강 하류에 합류하는 비교적 큰 지류이며 4차 하천인 지천 으로 선정하였다. 지천은 주변이 산으로 둘러싸여 있으며, 멸종위기종이면서 천연기념물로 지정되어 있는 미호종개 (Cobitis choii) (Cha 2004;Hong 2004;ME 2005, 2012)가 출 현하는 지점으로 참조하천으로 비교할 만한 지점이라고 판단되어 선정하였다. 각 지점의 주소는 다음과 같다.

    • Reference: 충청남도 청양군 장평면 (36°18ʹ40ʺN, 126°51ʹ30ʺE)

    • S1: 대전시 유성구 원촌동 대전하수종말처리장 (36°23ʹ14″N, 127°24ʹ36ʺE)

    • S2: 충청북도 청주 흥덕구 전주하수종말처리장 (35°52ʹ38ʺN, 127°06ʹ02ʺE)

    • S3: 전라북도 덕진구 청주하수종말처리장 (36°40ʹ06ʺN, 127°23ʹ34ʺE)

    • S4: 전라북도 익산시 하나로 2길 16 익산하수종말처리장 (35°55ʹ42ʺN, 126°58ʹ47ʺE)

    점오염원이 있는 지점의 채집은 WTP 배출수구 하류방 향 100 m 이내에서 실시하였다 (Figs. 1, 2). 우리나라는 여 름철에 강우량이 집중되는 장마기간이 있어, 해당 기간에 는 어류가 늘어난 유량을 따라 크게 이동하는 경향이 있다. 따라서 수체가 안정되어 있는 몬순 (Monsoon) 기간 전인 2019년 6월 27~28일에 샘플링을 수행하였다.

    어류 채집은 Ohio EPA (1989)에 수록되어 있는 방법을 우리나라 실정에 맞게 정량적인 채집을 수행하는 방법으 로 수정하여 시행하였다 (An et al. 2001). 투망 (망목 5×5 mm)과 족대 (4×4 mm)를 이용하여 각 지점에서 각 10회, 30분간 채집을 진행하였다. 채집된 어류는 Nelson (1994), Kim and Park (2002)에 따라 동정하였다.

    각 지점과 방류수 수질분석을 위한 데이터는 2016년 1월 부터 2018년 12월까지 3개년 데이터를 사용하였다. 측정항 목은 BOD (Biochemical oxygen demand), COD (Chemical oxygen demand), SS (Suspended solid), TN (Total nitrogen), TP (Total phosphorus)이고, 하천 수질 분석의 경우는 Chl-a 와 전기전도도, 수온, pH 항목을 추가로 분석하였다.

    2. 표적종 및 실험 방법

    본 논문에서 사용한 바이오마커는 우리나라 수계에 서 가장 흔하고 쉽게 채집할 수 있는 어종인 피라미 (Z. platypus)이다. 생후 1년에 60~70 mm, 2년차에 80~110 mm 에 이르며, 3년생이 110 mm 이상 자란다 (Choi et al. 1994). 문헌에 따르면 피라미 (Z. platypus)는 우리나라 산과 계곡 을 제외한 모든 수역에서 나타났다 (Hur et al. 2009). 따라 서 채집이 용이하며 일정 크기 이상에서 연령을 쉽게 추정 할 수 있는 종으로 사료된다. 채집된 피라미 (Z. platypus)는 평균 몸길이 9.6 cm, 평균 체중 14.9 g으로 측정되었으며, 지 점별로 5개체씩을 이용하여 연구를 수행하였다. 해당 크기 는 점오염원에서 장기간 배출수의 영향을 받은 약 2~3년 생 개체로, 방류수에 노출된 기간을 알 수 있으므로 점오염 원이 있는 곳과 없는 수계의 변화를 대조하기 용이하다고 판단하였다.

    샘플링한 어류는 당일 조직을 채취하여 파라핀 포매 과 정 (Paraffin embedding method)을 통해 조직표본을 제작 하였다. 각 조직은 2.5%, 5%, 10% 포르말린 용액으로 1주 일 동안 저농도에서 고농도로 고정하였다. 첫 번째로 고정 용액을 교환할 때 조직으로부터 잔류물질을 제거하였다. 파라핀 포매법은 고정한 시료를 24시간 수세 후 탈수, 파 라핀 (Paraffin) 침윤을 수행하는 방법으로, 위와 같은 방법 으로 파라핀이 조직에 완전히 침윤되었을 때 마이크로톰 (HistoCore AUTOCUT, Leica, Germany)을 이용해 두께 약 4 μm로 절삭하여 슬라이드글라스에 부착하였다. 부착된 조 직절편은 탈파라핀화와 탈수 후 헤마톡실린-에오신 염색 (Hematoxylin-Eosin stain, 이하 H-E염색)으로 염색하였다. 그 후 커버글라스를 올리고 발삼용액 (Balsam solution) 등 을 이용하여 글라스를 고정하였다. 완성된 조직 샘플은 광 학현미경 (DP71, Olympus, Japan)을 이용하여 200~400배 율에서 관찰하였다.

    결 과

    1. 지점별 어류상 및 표적어종 상대풍부도

    참조하천의 경우, 22종 출현 및 450개체가 채집되어 전 지점에서 가장 많은 개체수와 어종이 확인되었다 (Fig. 3-top, Ref.). 해당 지점의 피라미 (Z. platypus) 상대풍부도 는 10개체로 2.2%에 달하였으며, 외래어종인 큰입배스 (Micropterus salmoides) 1종이 채집되었다. 그 외 천연기념 물이자 멸종위기종 1급에 속하는 미호종개 (Cobitis choii)가 확인되었다. 내성도 길드 분석 결과 민감종 (sensitive species; SS)이 0.2%, 중간종 (intermediate species; IS) 78.22%, 내성종 (tolerant species; TS)이 21.56%를 구성하는 것으 로 나타났다 (Fig. 3-bottom, Ref.). 외래종은 전체 개체수의 2.22%로 나타났다.

    S1은 7종 48개체가 채집되어 전 지점에서 가장 빈약한 어류상을 보였다 (Fig. 3-top, S1). 표적종인 피라미의 상대 풍부도는 총 7개체 등장으로 6.3%로 나타났다. 외래종은 큰입배스가 출현하였고, 전체 개체수 대비 6.25%를 차지하 였다. 민감종은 나타나지 않았고, 중간종은 2.08%, 내성종 이 97.92%로 높게 나타났다. 섭식길드는 충식종이 2.08%, 육식종은 6.25%로 나타났는데, 잡식종은 91.65%로 가장 높게 나타났다 (Fig. 3-bottom, S1).

    S2는 10종 83개체가 채집되었고 (Fig. 3-top, S2), 표적어 종인 피라미는 27개체가 채집되어 상대풍부도 17.5%로 나 타났다. 외래종은 큰입배스와 블루길 (Lepomis macrochirus) 이 출현하였으며, 전체 개체수 대비 18.07%로 나타났다. 민 감종은 나타나지 않았고 중간종과 내성종은 각각 40.96%, 59.04%를 차지했다. 섭식길드는 충식종 19.27%, 잡식종 77.11%, 육식종 3.61% 비율로 구성되었다 (Fig. 3-bottom, S2).

    S3은 총 15종 154개체가 채집되었다 (Fig. 3-top, S3). 피 라미는 해당 지점에서 7개체가 채집되어 8.4%의 상대풍부 도를 보였다. 민감종이 0.649%, 중간종 57.79%, 내성종은 41.56%로 나타났다. 섭식길드는 충식종 57.79%, 잡식종은 37.01%, 육식종은 1.95%로 구성되었다 (Fig. 3-bottom, S3).

    마지막으로 S4에서는 16종 111개체가 채집되었다 (Fig. 3-top, S4). 피라미는 해당 지점에서 7개채가 채집되어 전체 개체수 대비 상대풍부도 6.3%로 나타났다. 외래종으로는 떡붕어 (Carassius cuvieri)와 큰입배스가 출현하여 전체 개 체수 대비 30.63%를 나타냈으며, 민감종은 나타나지 않았 다. 중간종은 18.92%, 내성종은 81.08%로 대부분을 차지하 였다. 충식종은 10.81%, 잡식종은 57.66%, 육식종은 31.53% 로 구성되었다 (Fig. 3-bottom, S4).

    2. 하수종말처리장의 방류수 수질기준 및 수질 비교

    전반적으로 WTP이 있는 S1~S4 방류수의 평균 수질 항 목값은 참조하천의 수질 항목 값보다 낮았다. 2016년부터 2018년까지 3개년 수질평균값을 보았을 때, 참조하천의 수 질은 다음과 같았다: BOD 1.46 mg L-1, COD 3.71 mg L-1, SS 4.79 mg L-1, TN 2.06 mg L-1, TP 32.33 μg L-1.

    현재 3년 수질 자료와 배출수질 기준을 비교할 때, 모든 WTP은 기준치보다 더 좋은 수질의 배출수를 방류하였다. 그러나, 참조하천의 수질과 비교했을 때에는 COD 값은 2~4배 더 높았고, TN의 경우는 약 4~5배, TP는 약 5배까 지 더 높은 것으로 나타났다. SS 값은 일반적으로 참조하천 이 좀 더 높은 편이었으며, BOD 값은 비슷한 수준으로 나 타났다 (Fig. 4).

    각 항목별로 BOD와 COD는 S4에서 가장 높았고, 각각 5.44 mg L-1과 10.27 mg L-1을 기록했다. SS 항목은 S3에서 가장 높은 농도를 보였고, 가장 높은 TN 값은 15.63 mg L-1 으로 S4에서 측정되었다. TP 값은 S4에서 409.28 μg L-1로 다른 지점과 비교했을 때 가장 높은 값으로 나타났다 (Fig. 5).

    결론적으로 평균 WTP의 배출수 수질은 참조하천과 비 교했을 때 COD의 경우 약 3배 (10.27 mg L-1), TN의 경우 약 5배 (10.25 mg L-1), TP의 경우 약 3배 (101.14 μg L-1)가 참조하천보다 높은 것으로 확인되었다. 배출수가 유입되는 하천의 수질은 BOD (4.35 mg L-1) 3배, COD (9.45 mg L-1) 3배, SS (11.54 mg L-1)항목이 3배, TN의 경우에는 4배 (8.06 mg L-1) 그리고 TP는 6배 더 높은 수치 (198 μg L-1)를 나타 냈다 (Fig. 6).

    3. 어류 미세조직 병리학적 분석

    참조하천에서는 모든 개체가 정상적인 조직 모습을 보 였다. 근육조직에서 상피는 점액세포가 단층으로 구성되 어 있었으며, 그 아래로 비늘낭이 존재하였고, 그 아래로 진피층이 관찰되었다. 진피 아래에는 흑색소포가 존재하 고 있었다 (Fig. 7a). 아가미 상피는 단층편평상피로 이루어 져 있었으며, 혈관으로 적혈구가 1개 통과하는 모습이 관 찰되었고, 연골세포 또한 정상적인 형태를 갖추고 있었다 (Fig. 8a).

    참조하천의 조직사진에서는 표피층, 진피층 및 피하층 과 구분되는 모든 피부조직을 관찰할 수 있다 (Fig. 7a). 비 늘과 비늘낭이 관찰되었으며 그 하부에서 흑색소포가 있 는 것을 확인하였다. 그러나 S1~S4 지점의 피라미 근육조 직은 상피층의 점액세포가 다층으로 발달한 것을 볼 수 있 다 (Fig. 7b-e).

    적혈구, 상피세포, 주세포, 새판과 새엽은 참조하천에서 정상인 것을 확인하였다. 반면, S1~S4의 개체는 다양한 병 리학적 소견이 나타났다. 상피세포 증식 (Fig. 8b~e), 새판 의 융합 (Fig. 8b), 상피세포 박리 (Fig. 8c), 상피세포 증식 (Fig. 8e), 새판 분지형태가 나타났다 (Fig. 8d).

    고 찰

    물고기 조직에 영향을 미칠 수 있는 물질은 다양하며, 조 직병리학적 검사에서 오염에 의한 영향을 확인하는 데 사 용되는 근육조직과 아가미는 점액세포가 존재하며 잠재적 인 유해물질에 직접적, 지속적으로 노출되는 넓은 표면적 이다. Shephard (1994)에 따르면, 점액은 독성 물질이나 병 원체로부터 발생하여 질병에 저항하는 면역체계 중 한 가 지이다. 참조하천에서 채집된 피라미 (Z. platypus)를 제외 하고, S1~S4에서 채집된 개체들의 상피층은 모두 단층상 피에서 다층상피층으로 변하였으며, 이는 수중에 포함되어 있는 물질로부터 보호하기 위한 메커니즘인 것으로 사료 된다 (Shephard 1994).

    체액성 면역은 아가미에서도 나타나지만 참조하천 개 체의 아가미에서는 점액 혹은 점액세포가 과다하게 발달 된 것은 볼 수 없었다 (Fig. 8a). S1~S4의 피라미 개체에서 는 모든 아가미 상피세포 박리가 일어났으며, 이는 아가미 상피세포 손상으로 인한 삼투압 평형이 무너졌음을 의미 한다 (Fig. 8b~e) (Fernandes et al. 2008). 독성을 나타내는 다양한 물질들에 반응하여 어류에서 삼투장애를 나타내 는 여러 가지 선행연구가 존재하며 (Lewis and Lewis 1971;Wedemeyer and Yasutake 1974;Schreck and Lorz 1978;Sugatt 1980), 이 밖에도 다양한 화합물에 대한 아가미 상피 세포의 일반적인 독성반응으로서 여러 가지 병변이 일어 날 수 있다는 연구가 수행되었다 (Mitrovic et al. 1968;Skidmorc and Tovell 1972;Smith and Piper 1972;Brenniman et al. 1979). Bhattacharya (2008)에 따르면, WTP의 배출수에 노출된 어류에서 인접한 새판이 융합된 모습, 혹은 새판의 분지형태가 나타날 수 있다고 하였다. WTP가 존재하는 지 점에 서식하는 피라미는 참조하천에 비해 수중의 영양염 류 및 오염물질에 더 많이 노출되었으며 (Figs. 5, 6), 참조하 천의 수질에 비해 더 높은 오염도를 가지는 WTP 배출수는 피라미의 아가미에 부정적인 영향을 주는 것으로 추측된 다.

    어류상은 조사된 모든 지점 중 참조하천에서 종과 개체 수가 가장 많이 채집되었다. 내성종은 약 20%였으며, 멸종 위기종이 유일하게 채집된 지점으로 확인되었다. S1~S4 지점은 참조하천에 비해 전체 개체수가 감소하며, 내성종 의 비율이 높아 어류상이 불량하였다 (Fig. 3). 오염원에서 유래된 물질이 하천에 유입되어 수질이 악화된 경우, 수 서생물 및 어류에 생리생화학적 불균형으로 인한 부정적 인 영향을 미치며, 폐사로 이어지는 직·간접적인 원인으 로 알려져 있다 (Kim et al. 2013). 하천에서 일어나는 어류 폐사는 흔히 급격한 수온변화 (Durhan et al. 2006)나 용존 산소 고갈 (Matthews and Berg 1997), 암모니아 (Yang and Chun 1986; Foss et al. 2003), 중금속의 유입 (van Hoof and van San 1981) 혹은 염소 (Zeitoun 1977; Cohen 1977; Katz 1979), 식물성 플랑크톤의 독소 (Park et al. 2008) 등이 있으 나 도심하천에서는 생활하수 및 도시의 비점오염원으로부 터 발생한 물질의 유입이 주된 원인 중 하나로 꼽히고 있다 (Durhan et al. 2006;Lee et al. 2006). 또한, 상업지역 및 주거 지에서 발생한 비·점오염원 유입으로 인해 발생한 유기오 염물의 하상침전물 등은 어류 종 다양성을 제한하는 요인 으로 작용한다는 점에서 (Lee and Choi 2015) S1~S4에서 조사된 빈약한 어류상은 WTP의 배출수 및 그 영향을 받 은 수질과 연관이 있는 것으로 사료된다. 참조하천에 비해 WTP 배출수가 방류되는 지점의 하천은 높은 영양염류와 오염지표 항목에서 더 높은 값을 가지고 있는 반면, 적은 종 수와 개체수가 채집되었기 때문이다 (Figs. 4~6). 따라서 WTP 배출수는 타겟종인 피라미 개체단위의 건강성뿐만 아니라 수생태계 건강성 전체에도 부정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 추측된다.

    위와 같은 내용을 통하여, 수질과 어류 개체 및 어류군집 은 상관이 있는 것으로 보인다. 그러나 어류 폐사와 연결되 는 상태와 그 원인은 여전히 복합적이고 실험실 재현이 힘 든 요인들을 가지고 있어 직접적이고 명확한 원인을 밝혀 내기는 까다롭다 (Raleigh et al. 1978;Haslouer 1983;Lee et al. 2006). 따라서 본 연구만으로 조직병리학적 상태를 일으 키는 원인과 종 수 및 개체수 감소를 일으키는 원인 물질에 대한 첨예한 추측은 어렵다고 할 수 있다.

    그러나 본 논문은 하천에 배출되는 대표적인 점오염원 인 하수종말처리장에서 배출하는 처리수가 하천에 유입되 어 어떤 영향을 미치는지, 그리고 향후 수질 관리에 있어 중요한 정보 및 방향성을 전달할 것으로 사료된다. 현재 세 계적으로 손꼽힐 만큼 엄격한 WTP 배출수질기준을 준수 (Park et al. 2011)하고 있다 하더라도, 작금의 불량한 어류 상과 비정상적인 조직학적 결과로는 배출수의 수질개선이 필요한 상황이다. 현재 배출수질 규제 항목의 기준을 낮추 며, 어류에서 조직학적으로 부정적인 영향을 나타내는 것 으로 알려진 중금속, 항생제 및 호르몬 교란 물질에 대한 검출 유무를 확인할 필요가 있다. 또한, 어류에서도 측정 수 질 항목별 조직학적 반응에 대한 연구가 수행될 필요가 있 다. 수중의 물질과 어류 조직에 미치는 영향의 상관관계를 이해함으로써, 도시하천의 관리와 생물자원을 보존 및 관 리하는 데 유용한 방향을 제시할 수 있을 것으로 본다.

    적 요

    본 연구는 점오염원인 하수종말처리장으로부터 배출되 는 물의 수질을 분석하고 배출수의 영향을 받는 어류 중 지 점들에서 공통적으로 출현하는 어종인 피라미 (Z. platypus) 를 선택하여 조직학적 변화를 참조하천 지점의 수질과 어 류 조직을 비교·분석하였다. 2019년 6월 27~28일 하수종 말처리장 4곳 (대전, 전주, 청주, 익산)의 채집 결과, 참조하 천에서 22종 450개체로 가장 많은 종 수 및 개체수가 확인 되었다. 지점별로 5개체씩 2~3년생 피라미의 조직표본을 제작하여 아가미와 근육조직 (피부조직)을 관찰한 결과, 참 조하천을 제외한 나머지 지점의 조직은 병리적인 양상을 나타내었다. 수질분석 결과, 각 WTP에서는 배출수질 기준 을 준수 혹은 더 좋은 수질로 방류하고 있었다. 그러나 하 수종말처리수 배출수 및 방류수계 수질에서 오염도지표를 나타내는 항목인 BOD, COD, TP, TN, SS 값이 참조하천에 비해 높은 것으로 나타났다. 빈약한 어류상과 바이오마커 로 이용된 종의 조직병리학적 상태는 참조하천에 비해 낮 은 수질에서 기인한 것으로 추측되며, 따라서 원인이 되는 하수종말처리장 배출수 수질개선이 이루어져야 할 것으로 사료된다.

    사 사

    본 논문은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 생 활화학제품 안전관리 기술개발사업의 지원을 받아 연구되 었습니다 (2020002970007, NTIS1485017188).

    Figure

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    Sampling Sites (Wide map). ○: Reference site, ●: Sampling site, ☆: Wastewater treatment plant. Geographical area to which the sampling sites belong. The symbols ☆ and ● are nearly overlapping, with the actual distance within about 100 m.

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    Sampling Sites (Enlarged map for each sampling site). ○: Reference site, ●: Sampling site, ☆: Wastewater treatment plant. Geographical area to which the sampling sites belong. The symbols ☆ and ● are nearly overlapping, with the actual distance within about 100 m.

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    Comparison of fish fauna at point source sites and reference site. Sensitive species; SS, Intermediate species; IS, Tolerant species; TS, Insectivore; I, Omnivore; O, Carnivore; C. The number of individuals (top) according to the guild by site and relative abundance (bottom) are shown in graphs. The population graph shows the total number of individuals by site as the first bar graph to compare the number of individuals. The relative abundance graph compares the dominant items among the guilds of fish that appear.

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    Comparison of WTP wastewater quality with reference water quality. Biochemical oxygen demand; BOD, Chemical oxygen demand; COD, Suspended solid; SS, Sewage water; SW, Total Nitrogen; TN, Total Phosphorus; TP, Water treatment plant; WTP. The horizontal line represents the water quality standard.

    KJEB-38-4-678_F5.gif

    Comparison of point source water quality with reference water quality. Biochemical oxygen demand; BOD, Chemical oxygen demand; COD, Suspended solid; SS, Total nitrogen; TN, Total phosphorus; TP, Water treatment plant; WTP, Conductivity; cond., Water temperature; Temp., Chlorophyll -a; Chl -a.

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    Comparison of average water quality between reference sites, WTP (WTP discharge water quality), and WTP sites (water quality from the stream into which the discharge water from the WTP was introduced). Biochemical oxygen demand; BOD, Chemical oxygen demand; COD, Suspended solid; SS, Total nitrogen; TN, Total phosphorus; TP, Water treatment plant; WTP, Conductivity; cond., Water temperature; Temp., Chlorophyll -a; Chl -a. The average water quality of the discharged water from the WTP for 3 years (2016-2018) is compared by item (top), and the average water quality of the river that has received discharge for 3 years is compared by item (medium and low).

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    Microstructure in Zacco platypus skin tissue. (a) Ref., (b) S1, (c) S2, (d) S3, (e) S4. (Dl; Dermal layer, El; Epidermal layer, Hyp; Hypodermis, Mc; Mucous cell, Mp; Melanophore, Sc; Scale, Scp; Scale pocket, magnification a ×400, b,c,d, e ×200).

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    Microstructure in Zacco platypus gill. (a) Ref., (b) S1, (c) S2, (d) S3, (e) S4. (CL; Club shaped lamella, EH; Epithelium cell hyperplasia, EL; Epithelium cell lifting, Epc; Epithelium cell, ET; Epithelium cell hypertrophy, GF; Gill filament, GL; Gill Lamella, LF; Lamella fusion, Pc; Pillar cell, Rbc; Red blood cell. a,b,c,d ×400, e ×200).

    Table

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    Vol. 40 No. 4 (2022.12)

    Journal Abbreviation 'Korean J. Environ. Biol.'
    Frequency quarterly
    Doi Prefix 10.11626/KJEB.
    Year of Launching 1983
    Publisher Korean Society of Environmental Biology
    Indexed/Tracked/Covered By

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