수계 내 향정신성 의약품의 독성 평가 : Zebrafish 행동성 및 뇌파 분석

윤효직 ( Hyojik Yoon ),김정연 ( Jungyeon Kim ),신준녕 ( Junnyeong Shin ),김성표 ( Sungpyo Kim ) 한국물환경학회 2021 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2021 No.-

조류 기인 활성산소가 수계 내 항생제 내성균에 미치는 영향 연구

윤효직 ( Yoon Hyojik ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

여름철의 조류 대발생은 국내뿐만 아니라 해외에서도 지속해서 처리 및 관리의 대상이 되고 있다. 특히 조류 대발생이 자주 발생하는 호소수를 상수원으로 사용하는 지역에서는 여름철 안전한 물공급에 큰 노력을 기울이고 있다. 조류 관련 기술 연구개발은 조류제거 및 대응 기술에 집중적으로 연구되어 있어, 조류 대발생 시에 기인하는 미량유해물질(본 연구에서는 활성산소)과 수질 안정성 적용에 관한 융합 연구는 상대적으로 부족한 상황이다. 항생제 내성균은 항생제에 내성을 가지는 미생물을 지칭하는데, 국내 취수원에서도 상당히 높은 농도로 존재하는 것이 최근 보고되었다. 수계에서는 부유하는 형태의 항생제 내성균뿐만 아니라, 바이오필름 내에서도 항생제 내성 유전자가 존재할 수 있다(Fux et al., 2005). 따라서, 수계 내 바이오필름도 수질 안정성에 잠재적으로 중요한 모니터링 인자로 볼 수 있다. 활성산소(Reactive Oxygen Species)는 인체 내에서는 미생물의 여러 반응을 일으키고 이 중에는 항생제 내성의 증가도 증가하는 것으로 알려져 있다(Daniel et al., 2009). 본 연구에서는 조류 기인의 활성산소 발생량을 모니터링 하고, 이에 의한 바이오필름 형성과 항생제 내성의 증가를 모니터링 하였다. 조류에서 생성되는 활성산소를 측정하였다. 이 농도는 0.1~10μM범위로 확인 되었다. 본 연구에서는 항생제 내성균으로 E-coli DH5α (pB10)을 선정하였고 항생제 내성 유전자 전달을 받는 미생물로 Pseudomonas Aeruginosa를 선정하여 이들의 전달률을 산정하였다. 각 미생물을 배양 후 배양조에 활성산소(과산화수소), 조류 배양액, 자연수를 주입한 결과 과산화수소용액에서(100μM) 27%, 조류 배양액에서 30% 바이오필름 형성량이 증가하였다. 1mM 이상의 과산화수소 용액 노출 시에는 바이오필름의 형성량이 감소하였는데, 이는 미생물이 사멸에 따른 바이오필름 형성량의 감소이다(Christensen et al., 1990). 바이오필름 발생량이 대조군 대비 많이 증가하는 순은 조류 배양액, 과산화수소, 자연수로 나타났다. 이러한 결과를 통해 수계 내 발생하는 조류 기인 미량유해물질인 활성산소가 수질 안정성과 밀접한 연관이 있는 바이오필름 형성량을 증가시킬 가능성을 보여주었다.

환경 내 변화에 따른 활성산소종 발생 모니터링

윤효직 ( Hyojik Yoon ),김성표 ( Sungpyo Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2018 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2018 No.-

미세플라스틱 표면 부착 바이오필름에 의한 항생제 내성 유전자 전달 연구

윤효직 ( Yoon Hyojik ),김란희 ( Kim Lan Hee ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

지속적으로 증가하고 있는 막대한 양의 플라스틱 폐기물이 다양한 경로를 통해 수계로 유입되고 있으며, 특히 하수처리시설의 방류수에 미세플라스틱이 상당수 포함되어 배출된다. 일반적으로 하수처리시설 내 소독공정은 미생물의 활성도 및 생존 수를 낮추는 효과를 가지고 있어, 방류수가 자연수계로 유입돼도 안전하지만, 항생제 내성균과 같은 슈퍼박테리아들은 소독에 대한 내성이 일반 미생물보다 높아서 투입되는 소독제 양과 노출 시간을 증가시켜 적정한 관리를 요구하게 된다. 또한, 미세플라스틱 표면에 부착된 미생물 군집은 종이 다양하고, 병원균의 운반체가 될 수 있음이 밝혀졌으며, 유기 오염물질 및 항생제 내성 유전자와 같은 신종 오염물질도 미세플라스틱이 운반체의 역할을 할 수 있으며, 다수의 미세플라스틱이 존재하는 수계에서는 수생태계 유전자 교환을 증가시키는 것으로 확인되었다. 본 연구에서는 미세플라스틱을 항생제 내성균 배양액에 주입 후 24시간 배양 후, 미세플라스틱 표면에 부착된 바이오필름을 추출하여 Pseudomonas Aeruginosa 배양액에 옮긴 후 24~36시간 배양하였다. 배양 후 Tetracycline과 Gentamicin이 주입된 LB agar plate에서 배양하여 pB10 유전자의 전달을 확인하였다. 미세플라스틱 표면에서 성장 되는 E-coli (pB10)은 평균적으로 3.61*10⁴ CFU/㎠로 성장하였으며, 미세플라스틱 표면 바이오필름에 의한 유전자 전달률은 배양액을 통한 직접적 전달보다 높게 나타남에 따라, 유전자 전달의 근본적 메커니즘이 다른 것으로 사료 된다. 본 연구를 통해 수계 내 떠 있는 미세플라스틱의 환경적 위해성을 유전자 전달률을 통해 간접적 지표 적용 가능성에 대해 확인하였다.

슬러지 감량을 위한 열가수분해 공법 적용 시 유기질소의 거동

황문영 ( Hwang Moonyeong ),윤효직 ( Yoon Hyojik ),강형빈 ( Kang Hyungbin ),차명철 ( Cha Myungchul ),박인근 ( Park Ingeun ),정국 ( Jeong Guk ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

질소는 유기질소와 무기질소로 나뉠 수 있으며, 유기질소는 하수 처리 공정상에서 분해가 어려운 특징이 있다. 또한, 수계에 유출될 경우 암모니아로 전환 되어 부영양화를 촉진할 수 있기에 유기질소에 대한 관심은 꾸준히 진행되고 있다. 슬러지를 처리하는 여러 기술 중, 함수율이 75 ~ 85 %로 높은 조건의 슬러지는 처리효율 극대화 및 에너지 비용 절감이 가능한 열가수분해 기술을 사용할 수 있다. 열가수분해는 슬러지를 고온, 고압의 증기를 사용하여 하수슬러지에 존재하는 미생물의 세포벽을 파괴하여 저분자 액상물질로 분해하는 기술이다. 이에 본 연구에서는 슬러지 열가수분해 시, 유기질소가 최대한 감량 될 수 있도록 물리화학적, 생물학적 방법의 적용 가능성을 확인하고자 하였다. 공정별 샘플의 총인 (TP), 총질소 (TN), 암모니아 (NH₃), 질산염 (NO₃), 유기질소를 온도와 pH 조건을 달리해서 분석하여 유기질소의 감소 여부를 확인하였다. 슬러지를 열가수분해 했을 경우 액상반응물에서 유기질소의 농도는 슬러지 내 유기질소 농도 대비 약 85 % 감소하는 것으로 확인되었다. 이후 액상반응물의 온도를 90℃로 올렸을 경우 약 10여 %의 유기질소 감소가 관찰되었으나 pH의 영향은 크지 않았다. 보다 높은 유기질소의 차감을 위해 생물학적 처리방법을 사용하였다. Bacillus는 유기성 슬러지에 함유된 단백질을 분해하는 데 유용한 효소 분비력을 가지고 있으며, 증식이나 배양 조건이 비교적 빠르고 단순하다. 단백질을 빠른 시간 내에 아미노산 형태로 쉽게 변화시킬 수 있고, 열가수분해로 처리하기 때문에 높은 온도에서 생존이 가능한 Bacillus Licheniformis SF5-1을 생물학적 처리의 균주로 선택했다. 50℃ 탈리액과 액상반응물에 Bacillus Licheniformis SF5-1을 주입하여 유기질소의 암모니아 전환 여부를 확인하고 Bacillus Licheniformis SF5-1의 주입량, 반응 시간, 온도 등 최적의 조건을 찾고자 한다.

바이러스 마이닝을 위한 하수 기반 역학의 과제

김란희 ( Kim Lan Hee ),윤효직 ( Yoon Hyojik ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

2020년 현재 전 세계적으로 창궐한 신종코로나 바이러스(SARS-CoV-2)가 각국에 미친 경제적/문화적/사회적 파급효과는 유래를 찾아보기 어려울 지경이다. 특히 신종 코로나 바이러스는 무증상 감염자도 타인을 감염 시킬 수 있기 때문에 지역 감염을 막는 역학 조사를 실시하는데 매우 큰 어려움이 있다. 최근 해외에서는 하수기반 역학(Wastewater Based- Epidemiology)기법을 이용하여 신종코로나의 지역에서의 증가를 대비하려는 노력이 매우 급속하게 진행되고 있고 이에 대한 일부 성과도 얻고 있다. 본 발표에서는 시민들의 생활상 및 건강지표를 개인적 사생활에 대한 침범 없이 모니터링 할 수 있는 하수 역학에 대해 간단히 살펴보고, 신종코로나 바이러스를 모니터링을 적절하게 하기 위한 여러 과제에 대해 살펴 볼 예정이다. 주로 다룰 내용은 하수에서 측정하는 샘플링 방법, 전처리 방법 및 이를 제도화하기 위한 지자체간의 협력적 방안 등에 대해 발표하려고 한다.

정수처리공정 내 미규제 유해물질 제어를 위한 교육 프로그램 개발

황문영(Moonyeong Hwang),윤효직(Hyojik Yoon),강형빈(Hyungbin Kang),김성표(Sungpyo Kim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

하수기반 역학 바이오 모니터링을 통한 COVID-19 조기검출

김란희 ( Kim Lan Hee ),김상국 ( Kim Sangkook ),윤효직 ( Yoon Hyojik ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

Wastewater-based epidemiology (WBE) monitoring tool has been used to detect illicit drugs and environmental contaminants in wastewater samples collected from the influent of wastewater treatment plants (WWTPs). The WBE can provide spatial and temporal information about the community footprint in the living area. As the coronavirus (COVID-19) disease, which is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) become pandemic in 2019, many countries have employed the WBE monitoring tool enabling early-detection or monitoring of the infected cases (symptomatic and non-symptomatic) in the community without disturbance of individual privacy. However, various COVID-19 detection methods applied in studies made difficulties in method standardization. Besides, the extraction efficiency is depending on the virus properties and the water types. Therefore, evaluation of developed detection methods and data quality analysis should be required. We evaluated and optimized COVID-19 detection methods in the real wastewater influent and sludge samples. To detect COVID-19, four different extraction methods, absorption-elution ultrafiltration, ultracentrifugation, centrifugation/ultrafiltration, and PEG precipitation, have been compared. The viral RNA was extracted using a QIAamp^® viral RNA mini kit (Qiagen, USA), and the COVID-19 was detected using a GoTaq^® probe 1-step RT-qPCR (Promega, USA) with two COVID-19 nucleocapsid-specific primers, N1 and N2. The viral community in the samples was analyzed through a NGS-based metagenomic sequencing. This study would help to make a guideline of the COVID-19 detection standard method and to develop quality assurance (QA) and quality control (QC) protocol.

하수기반 역학 바이오 모니터링을 통한 COVID-19 조기검출

김란희 ( Kim Lan Hee ),김상국 ( Kim Sangkook ),윤효직 ( Yoon Hyojik ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

Wastewater-based epidemiology (WBE) monitoring tool has been used to detect illicit drugs and environmental contaminants in wastewater samples collected from the influent of wastewater treatment plants (WWTPs). The WBE can provide spatial and temporal information about the community footprint in the living area. As the coronavirus (COVID-19) disease, which is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) become pandemic in 2019, many countries have employed the WBE monitoring tool enabling early-detection or monitoring of the infected cases (symptomatic and non-symptomatic) in the community without disturbance of individual privacy. However, various COVID-19 detection methods applied in studies made difficulties in method standardization. Besides, the extraction efficiency is depending on the virus properties and the water types. Therefore, evaluation of developed detection methods and data quality analysis should be required. We evaluated and optimized COVID-19 detection methods in the real wastewater influent and sludge samples. To detect COVID-19, four different extraction methods, absorption-elution ultrafiltration, ultracentrifugation, centrifugation/ultrafiltration, and PEG precipitation, have been compared. The viral RNA was extracted using a QIAamp^® viral RNA mini kit (Qiagen, USA), and the COVID-19 was detected using a GoTaq^® probe 1-step RT-qPCR (Promega, USA) with two COVID-19 nucleocapsid-specific primers, N1 and N2. The viral community in the samples was analyzed through a NGS-based metagenomic sequencing. This study would help to make a guideline of the COVID-19 detection standard method and to develop quality assurance (QA) and quality control (QC) protocol.

하수기반 역학 바이오 모니터링을 통한 COVID-19 조기검출

김란희 ( Kim Lan Hee ),김상국 ( Kim Sangkook ),윤효직 ( Yoon Hyojik ),김성표 ( Kim Sungpyo ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

Wastewater-based epidemiology (WBE) monitoring tool has been used to detect illicit drugs and environmental contaminants in wastewater samples collected from the influent of wastewater treatment plants (WWTPs). The WBE can provide spatial and temporal information about the community footprint in the living area. As the coronavirus (COVID-19) disease, which is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) become pandemic in 2019, many countries have employed the WBE monitoring tool enabling early-detection or monitoring of the infected cases (symptomatic and non-symptomatic) in the community without disturbance of individual privacy. However, various COVID-19 detection methods applied in studies made difficulties in method standardization. Besides, the extraction efficiency is depending on the virus properties and the water types. Therefore, evaluation of developed detection methods and data quality analysis should be required. We evaluated and optimized COVID-19 detection methods in the real wastewater influent and sludge samples. To detect COVID-19, four different extraction methods, absorption-elution ultrafiltration, ultracentrifugation, centrifugation/ultrafiltration, and PEG precipitation, have been compared. The viral RNA was extracted using a QIAamp^® viral RNA mini kit (Qiagen, USA), and the COVID-19 was detected using a GoTaq^® probe 1-step RT-qPCR (Promega, USA) with two COVID-19 nucleocapsid-specific primers, N1 and N2. The viral community in the samples was analyzed through a NGS-based metagenomic sequencing. This study would help to make a guideline of the COVID-19 detection standard method and to develop quality assurance (QA) and quality control (QC) protocol.