반연속식 황산화미생물 반응조를 이용한 중금속 개별 및 복합독성평가

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 44; no. 7; pp. 225 - 234
• Main Authors: 김승규(Seunggyu Kim), 엄헌섭(Heonseop Eom), 강우창(Woochang Kang), 오상은(Sang-Eun Oh)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01.07.2022
• Subjects: 환경공학; 생태독성평가; 복합독성평가; Ecotoxicity assessment; 황산화미생물; Sulfur oxidizing bacteria; Prediction model; 예측모델; Heavy metals; 중금속; Mixture toxicity assessment
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2022.44.7.225

목적: 본 연구는 황산화미생물의 활성 변화를 기반으로 한 반연속식 반응조를 이용하여 중금속(Hg2+, Cr6+, Cd2+)의 개별독성평가를 수행하고 이를 바탕으로 복합독성평가 및 독성 예측 모델링을 통해 중금속의 독성 상호작용을 평가하는 것을 목적으로 한다. 방법: 황산화미생물이 도포된 황입자를 반응조에 분취 후 최적화된 조건으로 배양액과 중금속 함유 배양액을 한 시간 간격으로 자동 주입시켰다. 전기전도도 변화를 바탕으로 도출된 각 중금속의 개별 EC50 값을 기준으로 복합독성평가용 중금속 혼합 배양액을 제조하여 시험하였다. 복합독성평가의 결과를 기반으로 하여 복합독성 예측모델인 CA, IA 그리고 CI모델을 구현하여 실제 실험 값과 대조 후, MDR 지표를 통해서 모델과의 유사성을 검증하고 CI value로 상호작용의 종류(상승작용, 길항작용)를 평가하였다. 결과 및 토의: 개별독성평가 실험결과, 각 중금속의 개별 EC50은 강한 독성 순서로 Hg2+ 0.71 mg/L, Cr6+ 1.02 mg/L, Cd2+ 8.82 mg/L로 도출되었다. 개별 EC50를 바탕으로 복합독성평가 수행결과, Hg2+ + Cd2+의 조합에서 IA모델과 강한 유사관계를 보여 독성 상호작용이 발현되지 않았다고 판단하였지만 나머지 모든 조합에서는 CI모델과 유사관계를 보여 독성 상호작용의 존재를 판단할 수 있었다. CI value를 분석한 결과 상호작용이 존재하는 모든 조합에서 상승작용이 나타났고 이 결과를 바탕으로 Cr6+가 독성의 상호작용을 유발하는 인자로 판단할 수 있었다. 결론: 본 연구를 통해 황산화미생물의 실시간 독성 모니터링 시스템으로써의 기능과 non-essential metals에 대한 민감한 독성 탐지를 검증할 수 있었다. 또한 대부분의 중금속 조합에서 독성 상호작용 중 상승작용이 발생하여 본 연구에서 사용한 중금속 이외의 중금속류 또는 유기오염물질에 대해서 추가적인 연구를 수행한다면 더욱 체계적인 생태독성 모니터링 시스템을 구축할 수 있을 것이라고 기대된다. Objectives: In this research, individual toxicity evaluation of heavy metals (Hg2+, Cr6+, Cd2+) was performed using a semi-continuous type bioreactor based on changes in the activity of sulfur oxidizing bacteria(SOB), and the purpose is to evaluate the toxic interaction of heavy metals through mixture toxicity evaluation and prediction modeling based on individual toxicity evaluation. Methods: SOB were separated into a reactor, and then the culture medium and heavy metal influent were automatically injected at 1-hour intervals under the optimized conditions. Heavy metal mixture influent for composite toxicity evaluation was produced and tested based on the individual EC50 value of each heavy metal based on the change in electrical conductivity(EC). Based on the results of the mixture toxicity evaluation, the CA, IA, and CI models are implemented, and after comparison with the actual experimental values, similarity with the model was verified through the MDR index. And the type of interaction (synergism, antagonism) was evaluated by CI value. Results and Discussion: In case of individual toxicity evaluation experiments, the individual EC50 of each heavy metal was derived at Hg2+ 0.71 mg/L, Cr6+ 1.02 mg/L, and Cd2+ 8.82 mg/L in the order of strong toxicity. As a result of performing a combined toxicity evaluation based on individual EC50 values, it was judged that the combination of Hg2++Cd2+ showed a strong similarity with the IA model and no toxic interaction was developed, but all the remaining combinations were with the CI model. A similar relationship was shown and the existence of toxic interactions could be determined. As a result of analyzing the CI value, synergistic effects appeared in all combinations in which the interaction existed, and based on this result, it was possible to determine that Cr6+ is a factor that induces the toxic interaction. Conclusions: This study allowed a real-time toxicity monitoring system for SOB to verify sensitive toxicity detection for functional and non-essential metals. In addition, most heavy metal combinations generate synergistic effects during toxic interactions, and additional research on heavy metals and organic pollutants other than heavy metals used in this study will result in a more systematic ecotoxicity monitoring system. KCI Citation Count: 0