Empfehlung zum Einsatz von kontinuierlichen Biotestfahren fuer die
Gewaesserueberwachung
- Danwitz, 등
Laenderarbeitsgemeinschaft Wasser(LAWA), 1996
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1. 업무의 위탁
LAWA의 Biomonitoring 팀은 LAWA로부터 하천수 감시를 위한 연속적인 생물시험장치를 전국적으로 적용하기 위한 추천 업무를 위탁받았다. 근본은 연방/주 "Wirkungstests Rhein(라인강에서의 효과시험)" 프로젝트 그룹의 결과와 각 주에서 취합된 경험이다. 이와 함께 적용 가능성과 기준이 제시되어져야 했다.
다음의 연속적인 생물 시험장치는 작업 팀에 의해 시험방법과 박테리아를 포함하여 살아있는 수생생물에 대한 내용도 검토되어졌다. 유해물질의 검출을 위한 바이오센서에는 조직, 세포, 기관, 멤브레인 또는 생물분자가 사용되어져야 하며, 이것에 관한 보고서는 이 자료에 기술하지 않았다.
2. 연속적인 생물시험장치의 적용목표
생물시험장치는 물의 감시에 대한 여러 영역에서 수십년 전부터 사용되어 왔다. 여기서는 선택된 시험생물에 대한 생물학적 유해성 물질 또는 촉진제의 작용에 대해서만 취급하였다. 한 생물학적 작용 모니터링의 목표는 가능한한 많은 물질의 생태계에 대한 단일작용과 복합작용을 파악하는데 있었다. 단일물질의 분석을 통하여 그와 유사한 현존 물질의 여러 성질을 파악하는 것은 불가능하며, 유해물질의 서로 다른 작용의 특성은 여러 종류의 생물을 통한 많은 시험이 동시에 적용되어져야 한다.
생물시험장치에 있어서 실험실에서의 시험(정적인 시험)과 현장에서의 다이나믹 시험은 서로 다르며 여러 범위에서 적용된다.
독일에서의 수생생물을 이용한 정적인 생물시험은 물관리법(Wasserhaushaltgesetz, §§ 7a and 19g WHG), 폐하수 배출법(AbwAG), 화학물질법(ChemG) 및 식물보호법(PflSchG)에 따른 폐수의 방류 승인시에도 중요한 역할을 한다. 정적인 생물시험법의 사용시는 대개 폐수, 표류수와 같이 어떤 정해진 시험수의 작용 또는 정해진 시험생물에 대한 정해진 시간(24h 또는 48h)에서의 화학물질의 작용이 조사된다. 그리고 대개 이 급성독성 시험에서는 시험기간 동안에 시험수를 교환하지는 않는다.
이에 반하여 연속적인(dynamic) 생물시험장치에서는 시험생물이 연속적인 또는 반연속적인 시스템의 한 사이클에 수 분간 놓이게 되며 신선한 메디움(예를 들어 하천수)에 접촉하게 된다. 자동 감시기에서는 준치사 효과로서 물의 흐름의 변화상태에서 물질교환 생리적 파라메터 또는 물질정지 생리적 파라메터로부터 측정되어진다. Biomonitor는 복합적인 유해물질의 작용에 대한 감시시스템과 경보시스템으로서 주 기능이 특징지어진다. 방류수 감시(Immission, Emission)에서 연속적인 생물시험법의 적용은 물의 상시감시가 가능하다. Immission감시의 경우는 경보시스템으로 주로 적용되며 여기서는 물의 첨두부하(spike loading)와 같은 기본부하가 나타난다. 화학적 분석장치와 생물학적 감시장치의 조합은 불법으로 방류하거나 화학물질에 대하여 증명하는 일을 하게된다. Emission감시의 경우는, 규정된 정적인 생물 시험으로 연속적인 스크리닝으로서의 감시가 보완될 수 있다.
Emission감시를 위한 연속적인 생물 시험장치의 적용 가능성에 대한 토의는 작업팀이 계속하여야 할 과제이다.
3. 실질적인 연속 생물 시험장치와 그의 추천을 위한 연구결과
산도쯔(Sandoz) 화재사건이 배경이 되어 라인강 보호를 위한 국제 위원회(Internationale Kommission zum Schutze des Rheins, IKSR)가 라인강의 수질을 감시하는 라인강유역 국가 감시프로그램을 '라인강을 접한 국가의 제7회 환경장관 회의(1986년 12월 19일 Rotterdam)'에 위임하였다. 여기에는 또한 강화된 생물학적 시험장치의 적용도 고려되게 되었다. 독일 라인강 보호 위원회(Deutschen Rheinschutzkommission, DK)의 임무에 따라서 '측정방법 작업 위원회'로부터 '라인강 시험(Wirkungstests Rhein, WIR)' 연방/주 프로젝트 그룹이 조정되었으며 이는 '라인강의 감시를 위한 생물시험장치의 개발, 시험, 설치'를 목적으로 연구개발 초안이 1989년 11월에 제시되었다. 그리고 이 종합적인 연구로 마침내 여러 가지 생물(생산자, 1차소비자, 2차소비자, 분해자)을 이용한 시험장치가 개발되고 시험되었다. 1989년부터 1993년까지 8분야에 걸쳐 총 22 biomonitor가 시험되었으며 여기에는 주로 살균제, 살충제 또는 제초제 등의 물질이 가능한한 폭 넓게 시험되었다.
콘테이너 하우스인 Bimmen, Bad Honnef 등의 라인강과 마인강 하류에 있는 측정소들과 상수도 연방정부(Bundesanstalt fuer Gewaesserkunde, BfG)에서는 1990-1991년 동안에 Biomonitor의 실질적인 운영을 시험하였다. 실험실에서의 많은 화학물질에 대한 실험과 폐하수 및 물에 대한 실험이 실시되었다.
단일 Biomonitor에 대한 실험의 결과는 보고서에 자세히 서술되었다. 모든 실험에 대한 중요한 결과는 종합보고서(UBA-Berichte 1/95)에 함께 언급되어 있다.
종합연구는 유해물질의 첨두부하에 대한 디텍터로서의 Biomonitor는 근본적으로 적합하다고 지적하고 있다.
테스트된 수많은 시험장치로부터 수질의 감시를 위하여 먹이사슬의 각 단계에 맞는 특별히 정해진 시험장치가 선택되어졌다. 이를 위하여 평가표가 제시되었고 목적으로 하는 측정소에 따라 Biomonitor는 서로 비교되어 질 수 있다.
표 1. 연속적인 생물 시험장치를 위한 평가기준 및 비중
|
기 준 |
비 중 |
기 준 |
비 중 |
|
민감성(물) 시간 방해의 정도 적용성 운영의 용이성 관리 공간 요구 측정 범위 |
A A A A B B B B |
민감성(폐하수 실험) EDV-Aüstattung 활용성 민간성(실험실r) 물질의 적용 시험생물 Refraktärzeit 구입비 |
A A A B B B B C |
(A=매우 중요함 또는 근본적으로 요구됨. B=중요함. C=덜 중요함 )
측정 데이터의 과학적인 평가와 기기의 기술적인 신뢰성을 평가하기 위한 기준(criteria)은 운영 경험에 의하여 표 1과 같이 되었다.
평가 기준에 따라 '라인강 시험(WIR)' 프로젝트 그룹에 의해 라인강의 감시를 목적으로 하는 시험시스템의 설치와 운영을 위한 추천이 아래와 같이 제시되었다.
○ 적합한 측정소내에서는 먹이사슬의 단계가 서로 다른 생물을 이용한 Biomonitor의 조합이 설치되도록 하여야 한다. 여러 먹이사슬 단계의 생물을 이용한 생물 시험은 서로 보완할 수 있는 것이 아니다.
- 다른 시스템이 없는 한 Dynamic Daphniatest 또는 어떤 비교할 수 있는 시스템의 설치가 제안된다.
Dynamic Daphniatest는 라인강 시험(Wirkungstests Rhein, WIR) 프로젝트 그룹에 의하여 1989년부터 수질측정소 설치에 추천되었다. 한 프로젝트 그룹의 보고서 "Der Dynamische Daphnientest - Erfahrungen und praktische Hinweise(LUA-NRW, 1994)"에 물벼룩 경보장치의 측정원리와 조작방법에 대하여 언급되어 있으며 지금까지 얻어진 실제적인 경험도 보고되어 있다. 또한 테스트 시스템의 운영을 위한 실험방법과 현재 이용하고 있는 장치 및 시스템의 조건에 따른 공간요구와 예산요구도 포함하고 있다.
○ 형광-조류 측정장치(Algaetest)는 제안된 두 번째 시스템으로, 라인강 시험(Wirkungstests Rhein, WIR) 프로젝트 그룹이 추천한 것은 "DF-Algaetest"이다.
측정소의 운영을 위한 조류 측정장치로는 현재 "DF-Algaetest"와 "Biosens-Algaetoximeter"가 있다. 이들 시스템에 대하여는 아직 폭넓은 경험을 갖고 있지 않으나 장비의 유용성과 실험에서의 높은 민감성을 기준으로 "DF-Algaetest"가 추천되어졌다.
○ 물벼룩 경보장치(automatic Daphniatest) 및 조류 측정장치(automatic Algaetest)의 설치에 따라 한 박테리아 측정기(automatic Bakteriatest)가 함께 측정소의 장비로 이용된다. 발광박테리아 자동측정기의 개발이 아직 완료되지 않아 현재로서는 기다려야 한다.
현재까지는 박테리아를 이용한 측정기 "Toxiguard"가 측정소 장비로 제안되어질 만 하다. 폐하수 방류의 감시(물관리법 제 7조)시에는 이 시스템의 계속적인 개발을 대신하여 발광박테리아 측정기가 추천되어 진다. 실제운영에서의 경험부족으로 현재의 장비에 대한 결론적인 판단은 가능하지 않다.
○ 개인적인 의견 및 경제성을 고려한다면 감시장비의 일부분(조합)으로서 "Dreissena-Monitor" 또는 그와 비교할 만한 시스템이 추천되어진다.
"Dreissena-Monitor"는 높은 실용성 떄문에 많은 지역에 설치되어 있다. 여기에 콤비 장비로 추천되어지는 감시장비는 분해자인 박테리아, 광합성 생물인 1차 생산자, 수생동물인 1차 소비자, 2차 소비자를 이용한 장비가 있다. 그리고 Dynamic Daphnientest는 아직까지는 수생동물을 이용한 매우 유용한 장비이며 "Dreissena-Monitor"는 측정소에 투입되는 4번째 장비로 제안되어진다.
○ Fishtest의 설치는 현재 추천되어 있지 않다.
Fishtest의 필요성은 논쟁의 여지가 있다. 지금까지 설치된 물고기 조기경보장치(Stroemungsfischtests)는 민감도가 낮아 추천되지 않았다. 'WRC- Fishmonitor'는 'Koblenzer Verhaltensfischtest(코블렌쯔 생태 물고기 시험장치)'와 마찬가지로 유해물질에 대하여 상대적으로 더 민감하나, 구입비가 비싸며 적정 시험생물의 사육에 있어서는 문제가 있는 것으로 평가되어진다. Dynamic fishtest는 단지 생태 물고기 시험장치(Verhaeltensfischtest)가 문제가 되었다.
하천 유역 위원회에 의하여 종합연구의 결과가 보고되고 추천되어졌다.
라인강 정화를 위한 독일 위원회(Die Deutsche Kommission zur Reinhaltung des Rheins, DK)는 1993년 12월 8일의 99회 Mainz회의에서 연속적인 생물 시험장치의 설치를 위한 다음과 같은 의미있는 결의를 하였다.
① 측정소에의 설치를 위하여는 연속적인 물벼룩 장치(Daphnia test)와 형광-
조류장치(Flourence-Algentest, 특히 DF-Algentest)가 추천되어진다.
② 이어 적합한 발광박테리아 장치가 있는 측정소의 설치가 요구된다.
③ 장기적으로는 물고기 장치(Fishtest)가 다른 추천한 생물 감시장치를 대신
하여 설치되어져도 좋다.
④ 가능하다면 부가적으로 조개 장치(Dreissena-Monitor 또는 그와 비교될 수
있는 시스템)를 권한다.
아울러 '엘베강 보호 국제 위원회(Intenationalen Kommission zum Schutz der Elbe, IKSE)'의 "측정소 운영"작업 그룹도 '라인강 시험(WIR)' 프로젝트 그룹의 추천을 1994년 10월에 계속 수행하기로 하였다.
4. 여러 하천 유역에서의 연속적인 생물 시험장치 적용 경험
4.1 각 주의 경험
연속적인 생물 시험장치의 운영에 대한 앞서의 종합적인 경험에 근거하여 LAWA의 작업 팀에 의하여 각 주 담당 관청의 수질 감시시 그러한 문제를 검토하였다. 그 결과 Dynamic Daphniatest는 가장 많이 사용되는 연속적인 생물 시험장치였다. 물고기 조기경보장치가 두 번째로 많이 사용되고 있었으며 이어 Dreissena-Monitor와 연속적인 Algentest가 많이 사용되었다. Dreissena- Monitor와 연속적인 Algentest는 가장 활발히 그 이용이 확대되고 있다.
4.1.1 Dynamic Daphniatests
Dynamic Daphniatests는 현재의 각종 시스템 중에서 가장 폭 넓게 사용되고 있다.
노트라인베스트팔렌 주에서는 Dynamic Daphniatests를 설치한 지가 10년 이상이 되었으며 첫번째의 긍정적인 경험에 근거하여 라인강과 다른 하천 유역 측정소에 Elektron회사의 Dynamic Daphniatest를 설치하였다. 이로서 운영자는 여러 가지 긍적적이고 또 부정적인 경험을 얻을 수 있었다.
운영면에서 장치는 7일간 운영되어질 수 있으며 이후, 시험생물이 교환되어져야 한다. 시스템의 온도가 올라갈 때, 물벼룩은 활기를 잃을 수 있으며 많은 영양물질이 공급되는 여름철은 7일 이전에 증식된다. 이로서 임펄스 값이 증가하고 잘못된 경보가 발령될 수 있다. 때문에 시험수의 지속적인 공급은 항상 요구되어지는 것은 아니다.
부유물질의 함량이 높으면 시험챔버의 망을 막히게 하고 이로서 시험수가 넘치게 된다. 시험수가 넘치게 되면 신뢰할 수 있는 데이터가 아니다.
시험챔버에 물이 넘치지 않게 함에도 불구하고 측정결과에 오류가 있을 수 있다. 가온과 조명 등에 의한 시스템내 온도의 상승을 통하여도 고유의 임펄스값 변화가 나타나지 않게 된다. 폭기는 시험수의 흐름을 방해할 수 있다. 온도조절은 모든 조건하에서 20℃를 유지하도록 한 상태에서는 대개 하지 않는다. 이 문제를 해결하기 위하여 그리고 내부 기구를 세척하거나 필요시 교환하기 위해서는 현장에서 1주일에 총 3 - 4시간의 관리시간이 필요하다.
Daphnia magna는 적합한 시험생물로 알려져 있으며 어린 물벼룩이 시스템에 투입되는데 각각 측정소의 조건에 따라 관리되어야 한다(겨울엔 먹이가 부족하고 여름엔 새끼가 발생).
경보발령을 위한 임펄스값은 동적인(dynamic)해석의 결과이다. 이를 위하여 반드시 있어야 하는 프로그램은 단지 제작회사에 의해서만 제공된다. 그리고 왼쪽 챔버와 오른쪽 챔버에서 현저히 다른 임펄스값이 나타날 수 있다는 것이 장비의 사용에 있어 다소 어려운 점이다. 경보의 표시를 위하여는 일반적으로 받아들일 수 있는 알고리즘이 아직 부족하다.
표1. Dynamic Daphniatest 설치 현황
|
Biotest장치 |
설치시기 |
측정장소, 운영자 |
하천 |
|
Dynamic Daphniatest |
1990 |
Berlin-Mühlendammschleuse, Senatsverwaltung für stadtent- wicklung und Umweltschutz |
Spree 강 17 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1994 |
Bremen-Hemelingen, Senator Für Frauen, Gesundheit,Jugend, Soziales und Umweltschutz |
Weser 강 361.1 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1989 |
Bischofsheim, Hessische Landesanstalt für Umwelt |
Main 강 5 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1993 |
Dessau, Staatliches Amt für Umweltschutz Dessau/Wittenberg |
Mulde 강 7.6 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1995 |
Gorsdorf, staatliches Amt für Umweltschutz Dessau/Wittenberg |
Schwarze Elster 강 3.8 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1993 |
Schmilka, Staatliche Umwelt- betriebsgesellschaft Sachsen |
Elbe 강 4.1 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1993 |
Zehren Staatliche Umwelt- betriebsgesellschaft Sachsen |
Elbe 강 87.8 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1991 |
Magdeburg, Staatliches Amt für Umweltschutz Magdeburg |
Elbe(li)강 318.1 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1988 |
Bunthaus, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehörde Hamburg |
Elbe 강 609.8 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1988 -1996중반 |
Altenwerder, Amt für Umwelt untersuchungen der Umwelt- behörde Hamburg |
Elbe 강 621 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1988 |
Seemannshöft, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehörde Hamburg |
Elbe(li)강 628.8 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1988 |
Blankenese, Amt für Umwelt- untersuchungen der Umwelt- behörde Hamburg |
Elbe(re)강 634.3 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1995 |
Wandsbecker Chaussee, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehörde Hamburg |
Wandse강 |
|
Dynamic Daphniatest |
1996이전 |
Bille-Serrahn, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehörde Hamburg |
Bille강 |
|
Dynamic Daphniatest |
1990 |
lffezheim, Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg |
Rhein(re)강 333.8 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1988 |
Karlsruhe, Landesanstalt für Ymwelt Baden-Württemberg |
Rhein(re)강 359.2 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1995 |
Worms, Landesamt für Wasser-wirtschaft Rheinland-Pfalz |
Rhein 강 443.3 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1989 |
Mainz-Wiesbaden, Landesamt für Wasserwirtschaft Rheinland -pfalz |
Rhein 강 498.5 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1993 |
Koblenz, Bundesanstalt für Gewässerkunde |
Rhein(li) 강 590.4 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1985이전 |
Bad Honnef, Landesumweltamt Nordrhein-Wesfalen |
Rhein(re)강 640 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1989 |
Düsseldorf-Flehe, Landes- umweltamt Nordrhein-Westfalen |
Rhein(re)강 735 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1996이전 |
Düsseldorf-Rathausufer, Landesumweltamt Nordrhein- Westfalen |
Rhein(re)강 744.3 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1985이전 |
Kleve-Bimmen, Landesumwelt- amt Nordrhein-Westfalen |
Rhein(li)강 865 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1995이전 |
Hattingen, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen |
Ruhr(li)강 56 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1989 |
Fröndenberg, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen |
Ruhr(re)강 111.5 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1990 |
Opladen, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen |
Wupper(re)강 5.5 km |
|
Dynamic Daphniatest |
1996이전) |
Schwandorf, Bayerisches Staats ministerium für Landesentwick- lung und Umweltfragen |
Naab강 35.9 km |
현재로서는 Daphniatest는 오직 특별한 자격이 있는 사람의 관리하에 운전되어 질 수 있다. Daphniatest 사용시 부분적으로는 Dreissena-Monitor와 비교해 민감도가 다소 낮게 관찰된다. 이러한 문제점은 1995년 11월 15 - 16일 함부르크에서 개최된 Dynamic Daphniatest에 대한 두번 째 회의의 주제가 되었다.
4.1.2 Fishtests
연속적인 물고기 경보장치는 라인강주변 측정소에서 첫 번째 Biomonitor로 지난 수년간은 경보횟수가 격감하여 부하되는 오염물질의 종류가 평가되지 않았다.
4.1.2.1 물고기 조기경보장치 Aqua-Tox-Control (Kerren)
시스템의 온도조절은 유입되는 물의 양이 많아 일반적으로 조절이 불가능하다. 시험수의 흐름은 나가는 것이 보이지 않게 되어 있어 관찰되어지지 않으며, 감시징치의 민감도 조절은 문제가 있는 것으로 원상태로 되어되어 질 수 없다. 요구되는 운영시간 1주일은 운영상 어떤 오차의 유발 가능성이 적기 때문에 별 문제없으며, 손질은 현장에서 1주일에 약 2시간 정도 필요하다.
4.1.2.2 물고기 조기경보장치 Passavant
3개소에서 이 장비를 운영하고 있으나 라인강 지점은 1995년은 운영되지 않았는데 이유는 너무 종종 잘못된 경보(false alarm)가 울렸기 때문이다.
4.1.2.3 Koblenzer 물고기 조기경보장치
코블렌쯔 물고기장치(Koblenzer Verhaltenstischtes) BehavioQuantⓡ는 "라인강 시험(WIR)" 종합연구에서 계속 개발되었으며, 상수도 연방정부(BfG)가 세운 Koblenz 측정소(1993)부터 운영을 시작하였다. 현재는 별문제 없이 운영되고 있다.
4.1.3 조개시험장치(Shellfishtests)
4.1.3.1 Dreissena-Monitor
Dreissena-Monitor는 수질감시에 부가적으로 적용되었다. 운영경험에 의하면 온도조절은 필요한 것이 아니며 Monitor의 기능 유지를 위하여는 매우 적은 양의 물만이 필요하다. 대개 물의 흐름에 혼란(문제점)이 생기지 않는다. 한 마리 조개가 사용되고, 운영시간(1사이클)이 길다. 관리시간은 1주일에 2 ∼ 5시간이 소요되며 7일동안 운영되어진다. 단점으로는 경보발령 후 그 조개로는 측정을 다시 할 수 없고 다른 조개로 바꾸어야 한다는 것이다. 그리고 조개의 생존시간이 상대적으로 짧다(보통 1년미만). 조개의 실험실 사육은 가능하지 않으며 야외에서 채집하여 공급하여야 한다. 형편에 따라서는 이 공급도 어려울 수 있으며, 때로는 조개의 폐사율이 높다. Dynamic 한계값 설정과 경보의 표시를 위한 프로그램은 이 장비로 연구되었으며, 지난 수 년 동안에는 많은 경보가 기록되었다(Elbe강의 Schnika측정소). 살아있는 조개는 이 장치에 의해 감지가 자동적으로 되어지고 표시되어 진다.
표 2. Fishtest설치 현황
|
Biotest장치 |
설치시기 |
설치장소, 운영자 |
하천 |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1990 1) |
Berlin-Mühlendammschleuse, Senatsverwaltung für Stadt- entwicklung und Umweltschutz |
Spree강 17 Km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1979 |
Bremen-Hemelingen, Senator für Frauen, Gesundheit, Jugend Soziales und Umweltschutz |
Weser 강 361.1 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1993 2) |
Weil a.R., LfU Baden- Württemberg/Schweizerische Eidgenossenschaft |
Rhein강 171.3 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1990 |
Iffezheim, Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg |
Rhein(re)강 333.8 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1989 |
Karlsruhe, Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg |
Rhein(re)강 359.2 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1972 |
Bad Honnef, Landesumwelt- amt Nordrhein-Westfalen |
Rhein(re)강 640 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1989 |
Düsseldorf-Flehe, Landesum- Weltamt Nordrhein-Westfalen |
Rhein(re)강 735 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1972 |
Kleve-Bimmen, Landesumwelt-amt Nordrhein- Westfalen |
Rhein(li)강 865 km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1988 |
Wesel, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen |
Lippe(re)강 3.6 Km |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1991 4) |
Menden, Staatliches Umweltamt Hagen |
Honne강 |
|
Strömungsfischtest(Kerren) |
1994 |
Schalksmühle, Staatliches Umweltamt für Umwelt |
Volme강 |
|
Strömungsfischtest(Passavant) |
1989 5) |
Bischofsheim, Hessische Landesanstalt für Umwelt |
Main강 5 km |
|
Strömungsfischtest (Passavant/Eigenbau) |
1976 3) |
Mainz-Wiesbaden, Landesamt für Wasserwirtschaft Rheinland-pfalz |
Rhein강 498.5 km |
|
Strömungsfischtest(Passavant |
1976 3) |
Mainz-Wiesbaden, Landesamt für Wasserwirtschaft Rheinland-pfalz |
Rhein강 498.5 km |
|
Koblenzer Verhaltensfischtest |
1993 |
Koblenz, Bundesanstalt für Gewässerkunde |
Rhein강 590.4 km |
1) 1995년말부터는 더 이상 운영되지 않음
2) 관리인이 없어 반년간 시범운영뒤 폐쇄
3) Worm 측정소 관할로 더 이상 운영되지 않음
4) 1994년 폐쇄되었으며, 새 측정지점을 물색중
5) 1995년 폐쇄
4.1.3.2 Mossel-Monitor
Mossel-Monitor는 독일에서는 단지 코블렌쯔에서만 운영된다. 이 장비는 온도조절이 필요하지 않으며, 매우 적은 양의 물이 유입되어도 이 장비의 운영에는 영향을 미치지 않는다. 대개 물의 흐름에 문제를 일으키는 바는 없으며 조개의 후조정(after adjustment)이 필요하지 않다. 손질시간은 1주일에 30분정도이며, 조개를 새로 투입하는데 30분이 소요된다. 운영은 1주일 단위로 하며, 재료는 단단하고 부식이 되지 않는 것이다.
표 3. 조개를 이용한 수질감시장치 설치현황
|
Biotest장치 |
설치시기 |
측정장소, 운영자 |
하천 |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1994 |
Schmilka, Staatliche Umweltbetriebsgesellschaft Sachsen |
Elbe강 4.1 km |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1995부터 |
Domitzsch, Staatliche Umweltbetriebsgesellschaft Sachsen |
Elbe강 |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1995부터 |
Bad Düben, Staatliche Umweltbetriebsgesellschaft Sachsen |
Mulde강 |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1996부터 |
Görlitz, Staatliche Umweltbetriebsgesellschaft Sachsen |
Neiβe강 |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1992 |
Karlsruhe, Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württem- berg |
Rhein(re)강 359.2 km |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1995부터 |
Düsseldorf-Rathausufer, Landesumweltamt Nordrhein- Westfalen |
Rhein(re)강 744.3 km |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1995부터 |
Hattingen, Ruhrverband |
Ruhr(li)강 56 km |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1992 |
Fröndenberg, Ruhrverband |
Ruhr(re)강 111.5 km |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
1992 |
Bergheim, Erftverband |
Erft강 |
|
Dreissena-Monitor (Borcherding ＆ Volpers) |
19951) |
Schwandorf, Bayerisches Staats ministerium für Landesentwick- Lung und Umweltfragen |
Naab강 36.9 km |
|
Mossel-Monitor |
1993 |
Koblenz, Bundesanstalt für Gewässerkunde |
Rhein(li)강 590.4 km |
1) 아직 시험운영 단계임
조개의 실험실 사육은 가능하지 않으며, 야외에서 확보한다. 상황에 따라서는 이 개체확보가 어려울 수도 있다. 조개의 폐사율은 낮으며 상대적으로 작은 개체를 필요로 한다. Dynamic한계값의 설정과 경보의 표시를 위한 프로그램이 이 장비에 의해 수행되었다.
4.1.4 조류 조기경보장치(Algaetests)
연속적인 algaetestes를 위한 수체에서의 경험은 매우 적다. DF- Algaetests를 사용한 지금까지의 실험실규모 운영에서 특별한 문제는 나타나지 않았다. 7일간의 운영동안 적지 않은 Culture solution이 요구된다. 함부르크에서 운영되고 있는 LAR/bbe-Algentests로 야외에서 실시한 첫번째 경험에 의하면 큰 문제가 보이지 않았다. 이 시스템은 특히 손질관리가 용이하며 7일동안(1 사이클) 잘 운영되었다. 실험실에서의 조류배양은 문제가 없었다. 그러나 연속적인 운영에 대한 경험이 아직 없다.
표 4. Algaetests 설치운영의 예
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Biotest장치 |
설치시기 |
측정장소, 운영자 |
하천 |
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DF-Algentest(Uni Regensburg) |
19951) |
Bischofsheim, Hessische Landesanstalt für Umwelt |
Main강 5 km |
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DF-Algentest(Uni Regensburg) |
19952) |
Schwandorf, Bayerisches Staats ministerium für Landesentwick lung und Umweltfragen |
Naab강 36.9 km |
|
DF-Algentest(Uni Regensburg) |
1995부터 |
Karlsruhe, Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württem- berg |
Rhein(re)강 359.2 km |
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DF-Algentest(Uni Regensburg) |
1996부터 |
Worms, LfU Baden- Württemberg LfU Hessen, LfW Rheinland- Pfalz, |
Rhein(li)강 443 km |
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bbe-Algentoximeter |
1996부터 |
Blankenese, Amt für Umwelt- untersuchugen der Umwelt- behörde Hamburg |
Elbe(re)강 634.3 km |
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Alegentoximeter(LAR) |
1995 |
Seemannshöft, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehörde Hamburg |
Elbe(li)강 628.8 km |
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FluOx-Algentest |
1995부터1) |
Bad Honnef, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen |
Rhein(re)강 640 km |
|
bbe-Algentoximeter |
1995 |
Seemannshöft, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehörde Hamburg |
Elbe(li)강 628.8 km |
1) 아직 시험운영단계임
2) mobil station을 위해 제작됨
4.1.5 박테리아 조기경보장치(Bactriatests)
현재 "Toxiguard", "Toxalarm"이 수질감시를 위해 투입되어 있다. 발광박테리아를 사용한 장비는 현재로는 개발중이고 또 시험중이다.
4.1.5.1 Toxiguard, Toxalarm
박테리아에 의한 괴낭의 증가가 문제로 나타난다. 필수적인 살수세척을 통한 관리시간이 1주일에 약 3시간에 달한다. 1회 운영시간은 3∼7일이며 매일의 관리가 추천되어진다. 유입된 시험수로부터 박테리아 개체가 배양되며, 그의 생리학적인 특성을 고려해 보면 연간을 통하여 안정적이지는 않다. 동절기에는 Toxiguard 장치내에 생물막이 매우 천천이 성장한다. 특별한 운영 프로그램은 현재로 없으며, 다른 한편으로 경보는 쉽게 파악될 수 있다. 앞서의 경험에 의하면 "Toxalarm"이 더 관리가 용이하고 문제가 발생하지 않는다. 이 장치의 가장 큰 약점은 폐쇄가 가능한 매우 가느다란 관이며, 모든 시험수 또는 2% 구연산으로 박테리아가 부유하고 있는 관을 매일 살수세척(10분)하면 관에 성장한 박테리아를 충분히 감소시킬 수 있다.
4.2 네델란드(DBW/RIZA)에서의 경험
네델란드에서는 1970년대부터 수질감시를 위하여 연속적인 생물시험 장치가 설치되었다. 1980년대에는 Juhnke & Besch(1971)의 Fishtests를 대신하여 Spoor(1977)등과 Poels(1977)의 Fishtests system이 처음으로 설치되었다. 1988년에는 DBW/RIZA(담수업무관청/내륙수 관리 및 폐하수처리연구소) 공동으로 음용수 공급을 위한 생물시험 시스템을 시험하였다.
시험 시스템으로 물고기를 이용한 수질감시장치와 dynamic Daphniatests를 연구대상으로 결정하였다. 이 두 Biomonitor는 Rhein강과 Mass강의 Control Station에 설치된 것으로 물고기를 이용한 수질감시 장치는 아직 감시프로그램에 이용되고 있다. 라인강과 마스강 유역의 Lobith측정소에 장비가 투입되어 운영되는 동안 물고기를 이용한 수질감시장치는 적은 횟수의 잘못된 경보(false alarm)를 울렸으며 운영이 간단하였다. 그리고 1주일에 약 6시간이라는 적은 관리시간이 요구되었다. 단점으로는 민감도 조절이 계량화가 되지 않는 것이다. 1988년과 1989년에는 물고기를 이용한 수질감시장치에서 약 20회의 경보가 발령되었는데 그 중 몇몇 경우는 높은 농도의 여러 물질이 검출되었다. 1989년 2월의 경우, Lobith측정소에서 경보가 기록되었는데 그 때 Fluoranthen, Pyren, Trioxan이 높은 농도로 측정되었다. 매 생물 경보마다 화학적 분석이 실시될 필요는 없으며 분석이 행해지지 않아도 된다. 1990년에는 라인강에서 3회의 경보가, 마스강에서는 단 한번의 경보가 있었다.
표 5. 박테리아 감시장치(Bactriatests) 설치운영의 예
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Biotest장치 |
설치시기 |
측정장소, 운영자 |
하천 |
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Bakterientest'Toxalarm'(LAR) |
1990 3) |
Berlin-Mühlendammschleuse, Senatsverwaltung für Stadtent- wicklung und Umweltchutz |
Spree강 17 km |
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Bakerientest 'Toxiguard' |
1993 |
Koblenz, Bundesanstalt für Gewässerkunde |
Rhein(li)강 590.4 km |
|
Bakterientest'Toxalarm'(LAR) |
1988 |
Seemannshöft, Amt für Umweltuntersuchungen der Umweltbehorde Hamburg |
Elbe(li)강 628.8 km |
|
Bakterientest'Toxalarm'(LAR) |
1988 |
Blankenese, Amt für Umwelt- untersuchungen der Umwelt- behörde Hamburg |
Elbe(re)강 634.3 km |
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Leuchtbakterientest (Uni Regensburg) |
1996부터2) |
Schwandorf, Bayerisches Staats ministerium für Landesentwick- lung und Umweltfragen |
Naab강 36.9 km |
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BioLum-Leuchtbakterientest |
1995부터1) |
Bad Honnef, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen |
Rhein(re)강 640 km |
1) 아직 시험운영중
2) mobil sation을 위해 제작
3) 1995년말부터 운영되지 않음
수질이 개선된 결과로 물고기를 이용한 수질감시장치는 민감하지 않은 것으로 보인다. 1991년에는 마스강에서 2번의 경보가 있었으며 화학적 분석으로 2㎍/ℓ의 Tributylphosphate와 18㎍/ℓ의 Trichloro- methan이 검출되었다.
물고기를 이용한 수질감시장치와 함께 dynamic daphniatest는 손질관리가 쉬움으로 인하여 시험시스템으로 경험이 축적되고 있다. 부유물질이 많을 때 배수계통에 문제가 발생하며, 여과장치를 설치함으로써 부유물질이 제거되어 질 수 있다. 수온이 약 20℃일 때 시험기간 1주일 동안 새끼가 발생하며, 17±1℃일때 새끼의 발생이 억제될 수 있다. 온도의 하강은 기포의 발생을 가져오게 된다. 잘못된 경보(false alarm)를 억제하기 위하여 경보한계가 그에 맞게 변경되어지는데 양쪽 chamber의 dynamic 경보한계가 초과되거나 미달될 때 경보가 발령되기 때문에 이를 변경하여야 한다. Dynamic daphniatest의 손실관리는 네델란드에서의 경험에 의하면 1주일에 반나절이 소요된다.
5. 연속적인 생물시험장치의 한계와 가능성 - 설치를 위한 추천
5.1 연속적인 생물시험장치를 이용한 하천수감시의 한계와 가능성
수질을 감시하기 위하여 지금의 측정 프로그램에는 주로 물리/화학적 방법이 적용되고 있다. 분석된 물질의 농도로서 물 속에서의 그 물질의 상승작용, 길항작용을 불충분하게나마 평가할 수 있다. 이러한 것을 생물학적 시스템으로는 바로 파악할 수 있다. 연속적인 생물시험장치에 의하여 어떤 유해물질의 생물학적 작용을 밝힐 수 있으며 이는 화학적 분석으로는 불가능하거나 매우 수준 높은 분석방법이 요구된다. 시험생물의 생물시험 시스템내에서의 반응은 대개 유영성변화, 발광, 산소생산등과 같이 특수한 것이 아니다. 나타난 유해성 작용은 기초물질의 역추론이 불가능하다. 물 속의 어떤 유해물질의 농도별 사용에 관한 중요한 정보와 함께 화학적으로 분석할 수 없는 농도와 양이 기록되어 있어야 한다.
종종 경보의 원인 물질이 조사되어지지 않을 수 있으며, 숙련된 분석 기술에도 불구하고 물 속에 존재하는 다양한 여러 물질의 어떤 일부만 파악되어 진다. 그 밖에 시험생물에 유해한 농도의 분석방법의 정량한계가 있을 수 있거나 혼합시료의 채취 방법을 통하여 유해물질이 최대로 나타날 수 있다. 또한 물질 혼합으로 인한 복합작용도 한 농도만의 분석으로는 확인할 수 없다.
시험생물에 영향을 미치는 물질의 잘못된 확인은 현재의 감시시스템의 두가지 목표를 통하여도 완전하지 않다. 동일한 방법으로 Immission/Emisson 시료가 분석되어질 수 없기 때문에 원인제공자를 찾는 것은 어려운 일이다. 수질의 감시시, 물리-화학적 분석방법을 반드시 추가함에도 불구하고 LAWA의 Biomonitoring작업팀의 견해에 의하면 연속적인 생물시험장치는 돌발오염사고의 단기간의 작용에 대한 직접적인 정보를 얻는 유일한 방법이다.
·생물시험장치는 돌발오염의 영향을 연속적으로 파악할 수 있다.
·경보나 경보의 해제는 화학적으로 입증된 오염 영향의 평가에 직접 활용될 수 있다.
·연속적인 생물시험에서 유해작용의 확산은 수중생물권에 대한 잠재적 유해성을 의미한다. 계속적인 생물학적 감시는 수중생물권에 대한 작용을 파악하는데 도움이 되며, 시험생물은 오직 먹이사슬의 한 단계를 대표하는 것이다. 예로서 라인강의 여러 지점에는 인위적인 물질이 매출되고 있으며 물의 상태에 따라 경보가 즉시 발령되어 질 수 있다.
·작은 하천은 기본적으로 부하되는 오염물질이 적어 화학적 감시 프로그램에서 제외되어 있는데, 돌발오염 사고시 연속적인 생물시험장치는 더 발전적인 화학적 분석을 위한 '방아쇠'로서 설치될 수 있다.
·모든 수체의 연속적인 감시에 의해 불법으로 폐수를 방류하는 기업에 경고를 주게 된다.
5.2 결과와 추천
연속적인 생물학적 수질감시의 확대를 위하여는 종합연구 결과와 경험이 기본이 된다. 이러한 경험은 각 주에서 수행되었으며 LAWA의 Biomonitoring 연구팀에 의하여 수체에서의 테스트 시스템의 설치와 운영에 대한 추천이 다음과 같이 제시되었다.
·연속적인 생물시험 장치는 서로 대신할 수 있는 것이 아니며, 다른 영양단계의 생물을 이용한 조합된 장치를 각 측정소에 설치하도록 되어져야 한다. 생물학적 시험 시스템에 일반적으로 요구되는 것은 측정값의 신뢰성과 운영기술의 신뢰성이다.
·각 주정부는 하나의 연속적인 생물시험장치 운영으로 얻은 경험으로 확실한 장비 또는 시험방법을 제한하여 추천하였다. 현재의 여러 생물을 이용한 많은 시험방법은 아직 개발되고 시험되어져야 한다.
·당시의 지식 수준에 의하면 LAWA의 Biomontoring작업팀의 관점으로부터 생물시험장치의 설치를 위한 각 영양단계별 장비의 추천이 다음과 같이 제시되었다.
<분해자(박테리아)>
현재는 상품화된 것이 없으며 주 정부에 의하여 시험된 bacteriatests가 하천수 감시에 적당하다. 그러므로 현재로서는 발광박테리아를 이용한 감시장치가 기다려져야 한다.
<1차 소비자(물벼룩·조개)>
물벼룩의 유영성 관찰이 조심스럽게 진행되어야 한다. 유영성의 양적 증가는 아직 매우 큰 결점이다.
Dynamic daphniatests의 운영기술적 신뢰성에 대해서는 아직 중요한 개선이 선행되어야 한다.
Dreissena-Monitor, Mossel-Monitor등은 설치된 것에 대하여는 신뢰할 만하다. 문제는 시험생물의 확보에 있다. 두 장비 사이의 구조와 기술적 차이는 앞으로 설치코자하는 지점에서 새로이 평가되어야 한다. 어떤 확실히 우수한 점은 지금으로서는 언급되어질 수 없다.
<2차 소비자(물고기)>
예전에 설치된 물고기를 이용한 수질감시장치는 오늘 날의 요구를 더 이상 만족시키지 못한다. 앞서 언급한 많은 결과는 BehavioQuantⓡ을 이용한 코블렌쯔 물고기 장치가 개발되는 동안 얻어졌다.
이 장치를 최종적으로 평가하기 위해서는 다른 장소에서도 시험을 해 봐야 한다.
5.3. 연속적인 생물시험 장치의 운영시 조건
측정소에서 연속적인 생물시험 장치를 운영할 때 앞서의 경험에 근거하여 다음과 같은 요구에 주의하여야 한다.
·측정소내의 온도, 빛등이 시험생물에 영향을 미치지 않는지가 조사되어야 한다(영향을 미치지 않아야 함).
·현재 전송된 Biotest 데이터가 생물학적 예보시 개인에게 그리고 통제소에 전달되어야 한다.
·경보상황은 각 측정결과를 고려되어 시험생물에 대한 영향이 평가되어져야 한다. 그러나 수온, pH값, 전기전도도, 탁도등은 반드시 유해한 것이 아니다.
·경보 원인자에 대한 조사시는 1일 혼합 시료도, 경보당시의 시료도 모두 필요로 한다. 따라서 연속적인 생물시험장치와 함께 자동시료채취기를 운영하는 것이 추천되어진다. 1시간 간격의 혼합시료는 경보발령시 버려져서는 안된다.
·수질자동측정기와 데이터 수집기의 손질관리와 데이터 평가는 특별히 자격 있는 사람이 하여야 한다.
·장비가 전문가에 의하여 손질되어질 때는 장비가 꺼져야 하며, 경보상황의 평가는 전문가에 의해 행해져야 한다.
생물을 이용한 감시장치의 경보시 생태계에 대한 영향등급 판정과 산업체에 대한 평가시는 화학적 모니터링이 수행되어야 한다. 또한 새 측정소의 설치는 시험생물에 대한 영향과 그 반응에 작용하는 펙터가 전문적으로 평가되지 않고는 불가능하다.
표 6. 연속적인 생물시험장치의 평가를 위한 표
|
연번 |
시험장치 |
시험생물 |
측정원리 |
시험수의 조절 |
이용 |
현장손질 시간 |
연간 운영비 |
공간요구(mm) |
|
1 |
Dynamischer Daphnientest |
Daphnia Magna |
유영성 |
큰 부유물질의 분리 |
다이내믹 경보한계치의 계산 |
4 시간/주 |
1500 DM |
H 1000 B 600 T 650 |
|
2 |
Koblenzer Verhaltensfischtest |
Goldorfen (Leuciscus idus melanotus) |
비디오에 의한 행동분석 |
여과없슴 |
다이내믹 경보한계치의 계산 |
2 시간/주 |
900 DM (전력비) |
H 1800 B 1500 T 800 |
|
3 |
Mossel-Monitor |
Muscheln (Dreissena polymorpha) |
껍데기의 개폐 |
여과없슴 |
이전과 현재의 움직임 비교 : 다이내믹 한계값 |
1 시간/주 |
700 DM |
H 350 B 600 T 600 |
|
4 |
Dreissena- Monitor |
Muscheln (Dreissena polymorpha) |
껍데기의 개폐 |
여과없슴 |
이전과 현재의 움직임 비교 : 다이내믹 한계값 |
2-5 시간/주 |
200 DM |
H 700 B 1200 T 600 |
|
5 |
DF-Algentest |
여러 종류의 조류 |
유기물질 농도에 따른 지체된 형광값 |
여과없슴 |
시료와 통제수의 곡선 비교 |
5 시간/주 |
1,200 DM |
H 1000 B 900 T 900 |
|
6 |
FluOx-Algentest |
여러 종류의 조류 |
형광과 산소의 변화 |
테프론 필터로 여과 |
예전과 현재의 측정값 비교 |
3 시간/주 |
|
H 1600 B 500 T 600 |
|
7 |
Biosens- Algen Toximeter |
녹조류 (Chlamy- domonas rheinh.) |
자연적이고 변하는 Chl.-a형광 |
여과없슴 |
형광(ET값)의 차이 |
3 시간/주 |
6,900 DM |
H 2000 B 620 T 560 |
|
8 |
1-Hz-Fluoreszenz-Algentoximeter bbe |
여러 종류의 조류 |
변하는 Chl.-a형광 |
여과없슴 |
Hinkley -비교Detektor와 시료의 비교 |
1 시간/주 |
600 DM |
H 600 B 350 T 380 |
|
9 |
Regensburger Leuchtbakterien-test |
Photo- bacterium phospho- reum |
광밀도의 감소 |
여과없슴 |
시료와 통제수의 광밀도 비교 |
1 시간/주 |
45,000 DM
|
H 600 B 500 T 500 |
|
10 |
BioLum Leuchtbakterien-test |
photo- bacterium phospho- reum |
광밀도의 감소 |
여과없슴 |
시료와 통제수의 광밀도 비교 |
2 시간/주 |
70,000 DM |
H 700 B 500 T 550 |
(WIR의 종합연구 범주에서 고려된 표임. 기준: 1995년 10월)
5.4. 전망
앞서 기술된 개발과 시험에 대한 요구사항은 나중에 계속 언급되어야 한다. 그 후에 공개된 문제가 해결되고 연속적인 생물시험장치를 위한 구체적인 경험을 얻게 될 것이다.
상대적으로 사용자가 적은 경우는 서로 전문가교환이 이루어져야 한다.
예로서 기술적인 상세한 해결책은 모든 사용자에게 직접 도움이 될 수 있을 것이다.
연속적인 생물시험장치의 이동 측정소(mobil station)는 작은 하천에서 운용할 수 있음이 제안되었다.
|
부 록 |
연속적인 생물시험장치에 대한 개요
1. Dynamic daphniatest
D. magna는 지각류로서 분해자와 1차 생산자 중간의 소비자이며, 먹이사슬에서 물고기에게 먹힌다. 정적인 물벼룩 시험(Static daphniatest, DIN 38412 part 11, 30)에는 유해물질과 폐·하수의 평가에 24시간 후의 물벼룩 유영성을 관찰토록 되어 있다.
Dynamic daphniatest는 독일 노트라인 베스트팔렌 주의 물 폐기물 관리청(LWA)에서 개발하였으며 1982년부터 연속적인 수질감시를 위한 자동 Biomonitor로서 설치되어 있다.
KNIE에 의한 dynamic daphniatest는 시험기준을 유영성의 변화에 두고 있다. 물이 흐르는 시스템에서 물벼룩의 유영성은 빛에 의해 기록되어진다. 시험수의 수질에 변화가 있으면 그 유영상태가 완만하게 즉시 기록되어된다. 그 때 물벼룩은 보다 천천히 유영하거나 매우 활발해진다. ELEKTRON 회사의 장비에는 연동펌프가 부착된 2개의 시험챔버가 있으며, 광학센서에 의해 어떤 정해진 측정주기에서 상태의 변화가 전기적 신호값인 임펄스(impulse)로 기록된다. "10분 측정주기에 대한 임펄스 값"은 자동적으로 컴퓨터에 전달되고, 정해진 한계값을 초과하는 경우에 경보가 발령된다.
2. 코블렌쯔 물고기 감시장치 (Koblenzer Fishtest)
상표 BehavioQuant에 의한 코블렌쯔 물고기 감시장치는 수중 유해물질의 양에 따른 물고기의 행동변화에 의해 수질을 감시하는 장치이다. 각각 6마리씩의 Goldorph가 들어있는 2개의 시험 수조에서 발생되는 6개의 상태 파라메터가 측정값으로 제시된다. 각각의 물고기 죽음, 행동의 일정함, 평균 유영값, 평균 유영높이(위치), 단위 시간당 회전수가 파악되고 아울러 생태학적으로 중요한 기준으로서 무리로부터의 이탈상태가 측정되고 평가되어 진다.
적은 양의 시험수는 역류반응을 나타내지 않으며, 두 시험수조를 지나 흐른다. 비디오 카메라는 각 수조에 1대씩 있으며, 물고기는 수조 앞에 45도로 놓여진 거울 반대편에 놓여진다.
1사이클은 15분이며 매 사이클당 2분씩 연속적으로 관찰된다. 카메라는 2개가 1조이며, 총 16대의 카메라가 설치될 수 있다. 끊임없는 비디오 시그널은 디지털화되고 PC에서 시스템 고유의 소프트웨어로 평가된다. 현재의 측정값은 2시간 전의 측정값과 통계적으로 비교되어지고 경보발령 여부가 평가되어진다.
3. Mosselmonitor
Mosselmonitorⓡ에서는 얼룩말조개 Dreissena Polymorpha의 두 껍데기간 거리가 측정되어진다. 껍데기의 간격측정은 껍데기 위에 고정된 2개의 실패(spool)가 있는 전자석 감응장치를 사용하여 행해진다.
발생된 데이터는 설정된 기준에 따라 내장된 마이크로 컴퓨터로 평가되어 진다. 조개껍데기의 간격은 시간이 흐름에 따라 유해물질의 영향이 네가지 경보기준 "껍데기 닫힘", "껍데기움직임 증가", "껍데기의 열린간격 감소", "조개죽음"으로 각 8개의 조개에 독립적으로 적용된다. 그리고 미리 설정된 한계값을 초과하면 경보가 발령된다.
4. Dreissena Monitor
Dreissena-Monitor의 측정원리는 담수조개 Dreissena polymorpha의 껍데기 움직임에 있다. 측정원리는 yes-no 시그널이며, 이는 껍데기 위에 부착된 자석에 대한 영향을 통하여 reed-개폐기에 나타나게 된다.
시험수는 2개의 수조를 통하여 흐르며, 수조에는 조개를 42개까지 둘 수 있다. 5분 시간간격동안 껍데기가 열린 조개의 수(%값)와 껍데기의 움직임(빈도)이 컴퓨터에 계산되고 가능한 유해물질의 작용이 on-line으로 평가된다.
껍데기가 열린 조개의 수(%값)가 적어지든지 또는 껍데기의 움직임 빈도가 갑자기 증가하면 이는 유해물질의 영향에 의한 것이다.
〈 Algaetest 〉
제초제는 매우 종종 광합성 과정에 영향을 미치며, 광합성 활동을 최소화한다. 산소생산량의 측정과 형광시그널의 측정으로 물 속 독성물질이 측정되어 질 수 있다.
광합성에 악영향이 있을 때 자연적이고 변화하는 「지체된 형광」 역시 변한다. 광합성에 이용되지 않은 에너지는 자연적인 in-vivo chl.-a 형광으로 측정되어진다(685nm). 살아있는 조류는 제초제등에 의해 해를 입을 때 매우 적은 양의 형광만이 발생한다. 어두움에서 빛의 조사에 따라 식물의 특성은 빛을 반사하고, 이는 「지체된 형광(Delayed Fluorescence, DF)」으로 표현된다. 지체된 형광의 감소는 광합성 억제자(inhibiter)를 통해 변화되고 조류에 대한 독성물질이 있다는 간접 증거로 표현되어 질 수 있다.
5. DF-Algaetest
지체된 형광을 측정하기 위한 DF-Algaetest 장치는 2채널의 DF-형광메터로 구성되어 있다.
이 DF-형광메터는 유해물질이 함유된 시료와 통제수의 감소곡선을 직접 비교할 수 있다. 통제수로는 인위적인 시험수, 수돗물 또는 한번 사용된 하천수가 이용될 수 있다.
측정 시그널을 크게 나타내기 위하여 광배율기가 배치되어 있다. 일반적으로 시료수와 통제수의 지체된 형광값이 감소곡선을 그리며, 시료수와 통제수의 곡선 아래에 있는 형태(form)와 면적의 차이가 곧 현재의 독성물질의 양이다.
시험 생물의 배양은 bioreactor 안에서 화학적 통계원리에 의해 행해지며, 시험 생물로서 여러 종류의 녹조류, 남조류가 사용된다. 시험장치내의 통제장치는 두 채널의 광량을 체크하며 시간에 따른 측정결과를 통제한다. PC가 있으며 이것이 감소곡선의 면적 차이를 계산하고 측정값으로 제시한다.
그리고 그 측정값을 인쇄하고, 경보를 발령하고, 중앙 컴퓨터로 측정값을 전송한다.
6. Fluox-Algaetest
형광 시그널과 산소시그널을 복합적으로 표현하기 위하여 Fluox-Algaetest가 개발되었다. 이 장비는 물에 분산되어 있는 조류의 연속적인 광합성 활동을 측정하며, Puls-Amplitude-Modulations-Fluorometer의 사용으로 서로 다른 형광 시그널을 나타내게 된다.
추가적으로 산소 생산량이 나타난다.
변조(modulation)된 형광측정 빛으로 시간의 흐름에 따라 기본형광, 최대 형광량 및 급격한 상승곡선 그리고 형광의 완만한 감소, 산소 생산율의 완만한 감소가 측정된다.
그밖에 전자 전송고리, 멤브레인 span, 광시스템Ⅱ 에서의 광량 결정을 위한 연속적인 빛의 반짝임도 나타난다. 중요한 활성화 기준은 최대 형광의 크기이며, 최대 형광의 상태에서 기본 형광이 측정된다. 총 11항목이 측정되고 이로서 광합성에 영향을 미칠 수 있는 종류와 범위에 대해 역추론 가능해진다.
7. Biosens-Algaetoximeter
Biosens-Algaetoximeter로 임펄스 광자극을 통하여 현재의 형광이 측정된다. 이 시험장치는 형광 측정장치(형광메터), 조류 배양장치, MSR-컴퓨터로 구성되어 있다. 형광센서는 435nm에서의 광자극을 위하여 Xenon-Mochdruck- litzlampe를 갖고 있으며, 685nm에서의 형광 시그널 측정을 위하여 규소-광다이오드를 갖고 있다.
8초라는 짧은 시간내에 8개의 발광기가 빛을 깜박이며, 형광강도의 적용은 섬광 F8까지의 형광광도에 의한 평균값으로 고정된 범위에 있게 한다. 각 측정주기는 시료수의 형광강도, 조류배양, 시험 큐벳으로 구성되어 진다. 이 계산에 의해 적용 파라메터, ET값(효과있는 독성값)이 제공되어진다.
전체 측정의 진행과 데이터 전송은 컴퓨터로 통제되며, 시험조류는 혼탁액 방법에 의해 배양되어지고 이로서 시험을 위하여 동일한 생리학적 조건에 접근되어질 수 있다.
8. 1-Hz-Fluorescence-Toximeter
1-Hz-Fluorescence-Toximeter는 독성물질이 있는 물을 연속적으로 시험한다. 이는 자동적이고 시료수 중 조류에 의한 성장은 영향을 미치지 않는다. 배양된, 표준화된 조류는 시험수에 주입되고 살아있는 클로로필의 양과 그의 광합성이 1 Hz-Fluorometer로 측정된다.
제초제 같은 물질이 조류에 영향을 미칠 때 활성 클로로필의 농도와 그의 활동성이 변하게 되며, 경보가 발령된다. 민감도의 증가와 측정 신뢰도의 향상을 위하여 장치내에서 자동 형광 분석이 수행되어질 수 있으며, 수 초 내에 형광의 변화가 현저하게 나타난다. 1-Hz-Fluorescence-Toximeter는 아울러 물 속 조류의 농도를 정확히 측정하게 된다. 이 측정은 bbe 1 Hz-Fluorometer A42A03과 동일하다. 또한 높은 민감도는 녹조류, 남조류에 의한 측정시 시료 파라메터의 자동 보정, 챔버의 자동세척, 배수관의 자동세척, 살아있는 클로로필 측정을 위한 배양 조절, 조류량에 대한 유해물질량 비율의 증가를 위한 적은 양의 조류접종, 많은 양의 조류접종을 통해서도 가능하다.
모든 시료의 배출, 측정값의 제시, 경보의 표현은 컴퓨터에 의해 통제되어진다.
< Bacteriatest >
박테리아는 하수처리장에서 그리고 폐하수의 감시에 시험생물로서 큰 역할을 한다. 박테리아 시험에서의 많은 수의 박테리아는 호흡강도 측정에서 기본이다. 발광 박테리아 시험에서는 광밀도가 측정기준이 되며, 정적인(static) 발광 박테리아 시험은 DIN 38412 part 34에 따른다. 이 시험법은 시료와의 접촉시간 30분후 Photobacterium phosphoreum의 통제수에 대한 광밀도 감소가 시험의 기준으로 이용된다.
9. Regenburger Lightbacteriatest
「지체된 형광」의 기록을 위한 측정기술이 이 장비의 특징이다. 아울러 발광 박테리아의 luminescence 시그널이 나타난다. DF-Algaetest를 모방하여 Regensburg 대학교에서 발광 박테리아 측정기를 개발하였다.
시험의 기준은 P. phosphoreum의 luminescence의 방해(혼란)이다.
DF-Algaetest처럼 발광 박테리아 측정기는 2개의 측정채널(통제수, 시료)을 갖고 있으며, 측정주기는 시료가 유입됨으로써 시작된다. 측정시는 항상 시료수와 깨끗한 물의 통제수가 유입된다. 발광박테리아의 공급을 위하여 Peltier-냉각기가 내장되어 있다. 또한 소금물을 공급하는 장치를 갖고 있어 농축 소금물로서 30g/ℓ의 소금물을 주입한다. 이후 100㎕의 발광 박테리아 혼탁액을 시료와 혼합한다. 매 초마다 luminescence밀도가 측정되며 이 밀도는 15분 후에 결과로 나타난다. 두 개의 luminescence 큐벳이 있고, 측정 채널에서의 밀도의 완만한 감소가 보인다.
10. Biolum-Lightbacteriatest
독일 노트라인 베스트팔렌 주의 뒤셀도르프에 있는 물·폐기물 관리청(LWA)에서 자동 발광 박테리아 측정기인 Lumino 2000을 개발하였다. 시험 파라메터는 P. photobacterium의 luminescence 방해(혼란)이다.
시험수, 통제수, 3% NaCl용액이 혼합용기로 펌핑되고, 냉각된 발광박테리아 혼탁액이 측정기로 주입되어 1:20으로 혼합된다. 광밀도는 광계측기로 측정되고 2분의 초기 측정후 시료는 대기 위치에서 측정 위치로 이동된다.
컴퓨터에 의하여 초기의 광밀도와 최종 광밀도가 측정값으로 파악되고 발광 박테리아의 혼란(방해율, %)이 계산되어진다. 이어 시료가 공급되었던 큐벳이 제거장치에 의해 비워지고 세척되어진다. 모든 측정과정이 자동적으로 통제된다.