이산화염소수를 활용한 깔따구(파리목: 깔따구과) 유충 생물 검정 :Bioassay of Chironomid Larvae (Diptera: Chironomidae) Using Chlorine Dioxide Solution

이장호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이장호 (삼육대학교, 삼육대학교 일반대학원)

지도교수: 박명환, 김동건

발행연도: 2024

저작권: 삼육대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

이산화염소수를 활용한 깔따구(파리목: 깔따구과) 유충 불활성화 평가 최근 일부 지역 수돗물에서 깔따구류를 포함한 소형 생물이 출현하며 수돗물의 위생성과 안전성 문제가 대두되었다. 이에 따라 정수장에서의 소독 효율성이 논란이 되고 있다. 기존 정수장에서 사용되는 주요 소독제들은 소형 생물 방제를 위해 높은 농도와 장기간의 노출이 필요하며, 이는 염소계 화합물의 부산물 증가를 초래할 수 있다. 반면, 이산화염소수(ClO2)는 낮은 농도와 짧은 노출 시간에도 효과적이며, 부산 물 발생이 적은 특성이 있다. 본 연구에서는 깔따구류(Chironomids)에 대한 ClO2와 차아염소산나트륨(NaOCl)의 살충 효과를 비교 평가하였다. 연구 I에서는 왕숙천에서 채집한 야생군집, 실험실에서 누대사육한 도꾸나가조각깔따구(Glyptotendipes tokunagai)의 종령 유충(4령) 그리고 성동구 가람교에서 채집하여 계대사육한 안개무 늬날개깔따구(Chironomus kiiensis)의 종령 유충(4령)을 대상으로 ClO2와 NaOCl의 살충 효과를 비교하였다. ClO2 5종류와 NaOCl 1종류를 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 ppm의 농도로 처리하여 5개체씩 6반복으로 24시간 동안 실험을 수행하였으며, ClO2 제조방식, 온도, 종에 따른 차이를 비교하고, ClO2와 NaOCl의 감수성을 분석하였다. 분석은 Probit 분석을 수행하여 반수치사시간(LT50)과 반수치사농도(LC50)를 추정, 비 교하였다. 모든 ClO2 용액은 NaOCl보다 짧은 노출 시간과 낮은 농도에서 높은 치사 효과를 보였으며, 농도 증가에 따라 LT50이 감소하여 ClO2가 깔따구류 방제에 효과 적임을 확인하였다. ClO2 제조방식에 따른 차이는 없었으며, 온도가 높을수록 감수성 이 높은 경향을 보였으며, G. tokunagai가 C. kiiensis보다 높은 독성 감수성을 보였 다. 또한, 난괴 실험을 통해 G. tokunagai 난괴에 대한 ClO2의 부화 억제 효과를 평 가하였다. ClO2 농도별로 0.125, 0.25, 0.5, 1 ppm 처리 후 72시간 동안 부화율을 관찰 한 결과, 0.125 및 0.25 ppm에서는 부화율이 각각 97.3%, 93.9%로 높은 수준을 유지 했으나, 0.5 ppm에서 72.2%로 급감하였고 1 ppm에서는 부화가 완전히 억제되었다. 이를 통해 ClO2가 저농도에서도 난괴 단계에서부터 깔따구류 발생을 효과적으로 억 제할 수 있음을 확인하였다. 연구 II에서는 정수 처리 공정에서 ClO2의 농도 변화와 잔류 특성을 평가하였다. 초기 혼화지에서 10.0 ppm 기준으로 주입된 ClO2는 3시간 경 과 후, 침전지 말단에서 1.71 ± 0.06 mg/L로 관찰되었고, 여과지와 활성탄지를 거치 면서 최종 출수 시 농도가 0.07 ± 0.01 mg/L까지 감소하여 음용수 안전성을 보장할 수 있었다. ClO2주입을 중단한 후에도 2시간까지는 침전지 말단의 농도가 2.1 mg/L± 0.02 mg/L까지 상승하여 잔류 효과가 일정 시간 지속됨을 확인하였다.

주요어 : 이산화염소수, 깔따구, 소형 생물 방제, 정수 처리 공정, 수돗물 안정성

Recently, the presence of small organisms, including chironomids, in tap water in certain regions has raised concerns regarding the hygiene and safety of drinking water. This issue has led to scrutiny over the disinfection efficiency in water treatment facilities. Conventional disinfectants commonly used in water treatment plants require high concentrations and prolonged exposure times to control small organisms, which can lead to an increase in by-products from chlorine compounds. In contrast, chlorine dioxide (ClO2) is effective at lower concentrations and with shorter exposure times, producing fewer by-products. This study compares the insecticidal efficacy of ClO2 and sodium hypochlorite (NaOCl) on chironomids. In Study I, the effects of ClO2 and NaOCl were assessed on fourth-instar larvae from three groups: wild populations collected from the Wangsuk Stream, lab-reared Glyptotendipes tokunagai, and lab-reared Chironomus kiiensis collected near the Garam Bridge in Seongdong-gu. Five types of ClO2 and one type of NaOCl were applied at concentrations of 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, and 128 ppm in six replicates of five individuals per concentration for 24 hours. Sensitivities based on ClO2 manufacturing methods, temperature, and species were analyzed using probit analysis to estimate and compare the lethal time 50% (LT50) and lethal concentration 50% (LC50). All ClO2 solutions demonstrated higher lethality than NaOCl at lower concentrations and shorter exposure times, with LT50 decreasing as concentration increased, confirming the effectiveness of ClO2 in controlling chironomids. Differences between ClO2 types were negligible, but sensitivity increased with temperature, and G. tokunagai showed higher toxicity sensitivity than C. kiiensis. Additionally, ClO2''s ovicidal efficacy was evaluated through egg clutch inhibition tests on G. tokunagai. After 72 hours, hatching rates decreased significantly with increasing ClO2 concentrations, from 97.3% at 0.125 ppm to complete inhibition at 1 ppm, indicating that ClO2 can effectively control chironomid populations even at low concentrations during the egg stage. In Study II, the concentration changes and residual characteristics of ClO2 were assessed in the water treatment process. ClO2, initially dosed at 10.0 ppm in the rapid mixing basin, decreased to 1.71 ± 0.06 mg/L at the end of the sedimentation basin after 3 hours and further to 0.07 ± 0.01 mg/L at the final effluent, ensuring drinking water safety. Even after ClO2 dosing was halted, the concentration remained at 2.1 ± 0.02 mg/L for 2 hours at the end of the sedimentation basin, confirming the residual effect could persist over time.

Key words : chlorine dioxide, chironomids, small organism control, water treatment process, drinking water safety

#이산화염소수 #깔따구 #정수 처리 공정 #수돗물 안정성

감사의 글 i
표 목차 v
그림 목차 xi
국문초록 xiii
서론 1
연구 I. 깔따구 유충 제어를 위한 이산화염소수 및 차아염소산나트륨의 독성 평가 및 효과 비교 5
I. 재료 및 방법 6
A. 시험생물 및 사육환경6
B. 시험약제 및 농도확인 10
C. 급성독성시험 및 측정 방법12
D. 데이터 분석 14
Ⅱ. 결과 16
A. 야생 군집의 종동정 16
B. 용액의 제조 방법에 따른 독성 시험 17
가. 화학 합성 방식 이산화염소수에 대한 독성 비교 17
나. 가스 주입 방식 이산화염소수에 대한 독성 비교 20
다. 제조 방식별 이산화염소수에 대한 독성 비교 23
C. 이산화염소수와 차아염소산나트륨의 독성 비교26
가. 최종 치사 시간 26
나. 평균 치사 시간 28
다. 반수치사시간(Lethal time 50; LT50) 30
D. 깔따구과 2종(G. tokunagai, C. kiiensis)에 대한 이산화염소수와 차아염소산나트륨의 독성 비교 연구 32
가. 이산화염소수의 독성 비교 예비 실험32
나. 이산화염소수의 반수치사농도(Lethal concentration 50; LC50) 추정 실험36
다. 반수치사농도 분석 39
라. 차아염소산나트륨의 독성 비교 실험 43
E. 도꾸나가조각깔따구(Glyptotendipes tokunagai)를 활용한 온도 조건에 따른 이산화염소수의 독성 평가 45
가. 100% 치사율 도달 시간 비교 45
나. 평균 사망 시간 비교48
다. 반수치사시간 비교 50
F. 도꾸나가조각깔따구(Glyptotendipes tokunagai)를 활용한 농도 조건에 따른 부화율 평가 53
III. 고찰55
A. 이산화염소수 및 차아염소산나트륨의 독성 비교와 효율성 검증 55
B. 깔따구류 두 종 간 독성 감수성 차이56
C. 온도 조건에 따른 감수성 차이56
D. 저농도에서 깔따구류 난괴의 부화 저해 효과 57
연구 II. 실증화 시설을 활용한 정수 처리 공정에서의 이산화염소수 농도 거동 평가58
I. 재료 및 방법 59
A. 연구 시설 59
B. 이산화염소수의 주입62
C. 이산화염소수의 농도 측정 65
Ⅱ. 결과 66
A. 원수 수질 측정 결과66
B. 농도 측정 결과 67
가. 1차 실험 67
나. 2차 실험 69
다. 3차 실험 71
라. 4차 실험 73
마. 침전지 말단 종합75
바. 여과지 및 활성탄지 말단 종합77
Ⅲ. 고찰 79
A. 이산화염소수 농도의 시간에 따른 감소 및 공정별 농도 변화 ·· 79
B. 체류시간에 따른 농도 변화 특성 79
C. 정수 처리 공정에서의 적용성 평가 80
D. 연구의 한계와 향후 개선 방안81
결론82
참고문헌 84
Abstract 93

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