• 한국토양비료학회지
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• 제50권5호
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• pp.434-451
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• 2017

For this study, groundwater samples for 3 years from 2011 through 2013 were collected at 106 groundwater monitoring site in Korea. These groundwater samples were analyzed for 13 pesticides such as cabofuran, pentachlorobenzene, hexachlorobenzene, simazine, atrazine, lindane (gamma-HCH), alachlor, heptachlor, chlordane (total), endosulfan (1, 2), dieldrin, endrin, 4,4-DDT. The objectives of this study were to determine the detection frequency and their concentrations of 13 pesticides and evaluate the health risk level considering ingestion, inhalation, and skin contact using concentrations of 13 pesticides in groundwater samples. An analysis was used for the simultaneous determination for 13 pesticides using GC-MS. GC-MS was performed on HP-5ms, using helium ($1ml\;min^{-1}$) as carrier gas. The average recoveries of the pesticides were from 92.8% to 120.8%. The limits of detection (LODs) were between $0.004{\mu}g\;L^{-1}$ and $0.118{\mu}g\;L^{-1}$ and the limits of quantification (LOQs) were between $0.012{\mu}g\;L^{-1}$ and $0.354{\mu}g\;L^{-1}$. 106 groundwater wells were selected. 54 wells were from well to monitor background groundwater quality and 52 wells were from well to monitor groundwater quality in industrial or contamination source area. Eight pesticides including pentachlorobenzene, lindane (Gamma-HCH), heptachlor, chlordane (total), Endosulfan (1, 2), dieldrin, endrin, and 4,4-DDT were not detected in groundwater samples. The detection frequency for hexachlorobenzene, alachlor, carbofuran and simazine was 23.4%, 11.4%, 7.3%, and 1.0%, respectively. Atrazine was detected once in 2011. The average concentrations were $0.00423{\mu}g\;L^{-1}$ for carbofuran, $0.000243{\mu}g\;L^{-1}$ for alachlor, $0.00015{\mu}g\;L^{-1}$ for simazine, and $0.00001{\mu}g\;L^{-1}$ for hexachlorobenzene. The detection frequency of hexachlorobenzene was high, but the average concentration was low. In the contaminated groundwater, the detection frequency for hexachlorobenzene, alachlor, carbofuran, simazine and atrazine was 26.1%, 21.3%, 7.1%, 1.9% and 0.3%, respectively. In the uncontaminated groundwater, detection frequency for hexachlorobenzene, carbofuran and alachlor were 20.2%, 7.5%, and 1.9% respectively. Simazine and atrazine were not detected at uncontaminated groundwater wells. According to the purpose of groundwater use, atrazine was detected for agricultural groundwater use. Hexachlorobenzene showed high detection frequency at agricultural groundwater use area where the animal feeding area and golf course area were located. Alachlor showed more than 50% detection frequency at cropping area, pollution concern river area, and golf course area. Atrazine was detected in agricultural water use area. By land use, the maximum detection frequency of alachlor was found near an orchard. For human risk assessment, the cancer risk for the 5 pesticides was between $10^{-7}$ and $10^{-10}$, while the non-cancer risk (HQ value) was between $10^{-4}$ and $10^{-6}$. For conclusion, these monitoring study needs to continue because of the possibility of groundwater contamination based on various purpose of groundwater use.

• 한국식품과학회지
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• 제38권1호
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• pp.121-127
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• 2006

본 연구에서는 미생물 정량시험을 통해 광천 토굴새우젓의 미생물학적인 위해성을 평가하고 일반성분 및 영양성분 분석에 의한 영양적인 평가를 실시하였다. 광천 토굴새우젓의 총호기성균의 평균오염도는 3.48-5.42 $log_{10}CFU/g$이었으며 최고오염치는 추젓-1(5.42 $log_{10}CFU/g$)과 최소오염치는 추젓-2(3.48$log_{10}CFU/g$)에서 나타났다. 대장균군의 평균오염도는 2.22-2.95 $log_{10}CFU/g$의 분포이었으며 총균수와 같은 양상인 최대오염치와 최소오염치를 각각 추젓-1(2.95 $log_{10}CFU/g$)과 추젓-2(2.22 $log_{10}CFU/g$)에서 나타났다. 진균류는 추젓-1, 추젓-2 및 동백하젓에서는 검출되지 않았으며 오젓과 육젓에서 각각 1.99와 1.47 $log_{10}CFU/g$이었다. 식중독균인 S. aureus의 평균오염도는 0.58-2.51 $log_{10}CFU/g$이었으며 추젓-1(2.51 $log_{10}CFU/g$)에서 가장 높았고 추젓-2(0.58 $log_{10}CFU/g$)에서 가장 낮았다. 기타 식중독균인 B. cereus, L. monocytogenes, Vibrio spp.와 대장균은 검출되지 않았다. 일반성분 분석결과 열량과 수분 함량은 동백하젓이 가장 높았고 지방은 추젓-2와 동백하젓이 가장 높았다. 단백질, 아미노태 질소는 동백하젓이, 회분, 탄수화물은 육젓이 가장 높은 것으로 나타났다. 염도는 육젓과 오젓이 다른 종류의 새우젓보다 높았다. 다량무기질 함량은 모두 새우젓의 종류에 따라 유의적인 차이가 있었는데(p<0.05) 칼슘, 마그네슘, 칼륨의 함량은 모두 추젓-2에서 가장 높았다. 반면 나트륨은 추젓-2가 $297.97{\pm}1.13\;mg/100\;g$으로 가장 낮게 나타났고 육젓은 $908.12{\pm}9.20\;mg/100\;g$으로 가장 높게 나타났다. 미량 무기질 함량 중 철분은 동백하젓이, 구리와 망간 함량은 오젓이, 셀레늄 함량은 추젓-1이 유의적으로 높은 것으로 나타났다(p<0.05). 아미노산 분석결과 glutamic aicd의 함량이 가장 높게 분석되었고 지방산은 포화지방산 중 팔미트산, 불포화지방산 중 불포화도가 높은 eicosapentaenoic acid(EPA), docosahexaenoic acid(DHA)의 함량이 높게 나타났다. 결론적으로 광천토굴새우젓은 미생물학적으로 안전하며, 영양학적으로는 무기질 함량이 풍부하고 감칠맛을 내는 아미노산 성분이 함유되어 있으며 혈청지질 감소, 혈관 확장, 혈압강하, 두뇌성장발달에 관여하는 n-3계 지방산인 EPA, DHA의 함량이 높은 것으로 나타났다. 따라서 우리나라의 전통 식품이면서 지역특산물인 광천토굴새우젓은 그 이용가치가 높다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국식품위생안전성학회지
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• 제35권1호
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• pp.37-44
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• 2020

패류 중 소비량이 높은 굴에서의 고병원성 Vibrio균(V. vulnificus와 V. cholerae)의 식중독 발생 가능성을 분석하기 위하여 위해평가를 실시하였다. 남해권역, 서해권역, 수도권에서 유통되고 있는 굴 88개를 채취하여 V. vulnificus와 V. cholerae의 오염실태를 조사하고, 생굴에서의 V. vulnificus와 V. cholerae의 생장 경향을 관찰하였다. 2017년의 국민건강영양조사 데이터를 활용하여 생굴의 섭취자 비율 및 섭취량을 조사하였으며, 생굴 섭취로 인한 V. vulnificus와 V. cholerae의 식중독 발생 가능성을 분석하기 위해 @RISK를 통해 위해평가를 실시하였다. 88개의 생굴에서 V. vulnificus와 V. cholerae는 검출되지 않아 Beta distribution과 자연로그를 이용한 식을 통해 초기오염수준을 추정하였다. 그 결과 두 세균 모두 -3.6 Log CFU/g으로 생굴에 오염되어 있는 것으로 추정되었다. 생굴에 bioaccumulation된 V. vulnificus와 V. cholerae는 생장하지 않고 초기 접종 수준을 유지하는 것으로 확인되었다. 생굴을 섭취했다고 응답한 사람은 7,167명 중 25명이었으며, 따라서 섭취자 비율은 0.35%로 나타났다. 섭취량에 대한 최적확률분포는 exponential distribution으로 나타났으며 생굴의 평균 섭취량은 66.8 g으로 확인되었다. V. vulnificus와 V. cholerae의 용량-반응 모델은 Beta-Poisson model을 사용하였다. 이상의 데이터를 이용하여 위해평가 시뮬레이션을 개발하고 분석하였다. 초기오염수준으로 오염된 생굴을 바로 섭취함으로써 발생할 수 있는 식중독발생 가능성은 V. vulnificus의 경우 평균 9.08×10^-15, V. cholerae는 8.16×10^-13이며, 섭취자 비율이 식중독 발생 가능성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

• 환경영향평가
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• 제27권4호
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• pp.353-366
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• 2018

본 연구의 목적은 임진강 수질오염총량관리제도를 위한 단위유역의 2012년 1월부터 2016년 12월까지 유량과 수질자료를 통계분석기법에 이용하여 수질특성을 평가하는 것이다. 유량과 수질은 평균 8일 간격으로 측정하였으며 11개 항목을 상관분석, 주성분 분석, 요인분석, 군집분석에 사용하였다. 군집분석의 결과 공간변화에 따라 자연형 하천, 도시형 하천, 점오염원 영향이 큰 지점 등으로 3개의 그룹으로 분류되었으며, 오염원의 종류와 수질 유사성이 군집 분류에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 일원 분산분석과 사후검정을 이용하여 군집간의 평균사이에는 통계적으로 유의한 수준의 차이가 있는 것으로 나타났다. 상관분석에서 $COD_{Mn}$와 TOC의 상관계수가 0.951(p<0.01)로 상관성이 통계적으로 유의하게 높게 나타났다. 주성분 분석 결과 3개의 주성분으로 전체 수질특성의 72%를 설명할 수 있으며 요인분석에서 주요 요인은 EC, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TN, TP, TOC 항목으로 나타나 유기물과 영양염류 간접지표가 수질에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구에서 요인점수를 다중 선형회귀분석에 적용하여 회귀 방정식을 제시하고 임진강 유역 수질관리에 유기물 및 영양염류 간접지표 항목의 관리가 중요하다고 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권4호
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• pp.510-520
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• 2021

어류 양식장 퇴적물 중 유기물과 중금속의 오염상태를 파악하기 위하여 통영-거제 연안 어류 양식장 퇴적물 중 총유기탄소(TOC), 총질소(TN), 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn)을 조사하였다. 양식장 퇴적물 중 TOC와 TN의 평균농도는 각각 22.7 mg/g과 3.4 mg/g로 남해안의 반폐쇄적인 내만보다 높았다. 퇴적물 중 중금속의 평균농도는 비소(As) 10.5 mg/kg, 카드뮴(Cd) 0.37 mg/kg, 크롬(Cr) 82.9 mg/kg, 구리(Cu) 127 mg/kg, 철(Fe) 4.19 %, 수은(Hg) 0.041 mg/kg, 망간(Mn) 596 mg/kg, 납(Pb) 39.5 mg/kg, 아연(Zn) 175 mg/kg였으며, 이중 Cd, Cu의 농도는 인접한 남동해 연안의 패류양식해역보다 3배 이상 높았다. 퇴적물 기준을 이용한 오염평가 결과, 대부분의 어류 양식장에서 TOC와 중금속 중 Cu 농도가 기준을 초과하는 것으로 나타났다. 또한, 전체 중금속 농도를 고려한 오염부하량지수(PLI)와 생태계위해 도지수(ERI) 결과는 일부 어류 양식장 퇴적물이 저서생물에 극심한 부정적인 생태 영향을 줄 수 있는 상태(disastrous risk)인 것으로 파악되었다. 따라서, 어류 양식장 퇴적물은 유기물 및 일부 중금속에 의한 오염된 상태를 보이고 있어, 양식장 퇴적환경을 개선하고 퇴적물내 유기물 및 중금속의 주된 오염원을 파악하는 한편 오염부하량을 저감하는 종합적인 관리대책이 필요하다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제44권12호
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• pp.1895-1904
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• 2015

본 연구에서는 건당 환자수가 높아 식품안전관리 우선순위가 높은 단체급식소의 식품, 조리도구 및 환경에서 식중독균을 분석하고 이들 미생물의 병원성 인자 및 항생제 내성을 확인하여 미생물 위험분석을 위한 기본정보를 제공하고자 하였다. 경기도 소재 총 8개(농촌 3, 도시 4 및 벽지 1) 학교급식소에서 식품 시료(n=66), 조리도구(n=44) 및 환경 시료(n=56) 등 총 179점의 시료를 채취하여 지표세균 및 식중독균을 분석하였다. 식품 시료에서 총균수는 평균 4.7 log CFU/g, 최대 8.1 log CFU/g으로 대장균군의 평균 오염도 3.1 log CFU/g, 최대 오염도 4.0 log CFU/g으로 높았다. 선반 및 개수대 등 환경 시료의 총균수는 평균 2.7 log CFU/g, 최대 4.1 log CFU/g으로 식품 시료보다 낮은 수준으로 분석되었으나 대장균의 경우 평균 4.0 log CFU/g, 최대 5.4 log CFU/g으로 식품 시료보다 오염 수준이 높아 환경으로 부터의 교차오염 가능성을 배제할 수 없었다. 병원성 미생물 중 Bacillus cereus의 정량분석 결과 식품(원료, 조리단계 및 조리식품 포함) 시료에서 평균 2.1 log CFU/g, 최대 4.1 log CFU/g으로 분석되었으나, 이 중 조리된 식품의 오염도는 10,000 CFU/g 이하로 식품공전의 기준 이하로 오염되어 있었다. Escherichia coli는 식품 중 조리 전 시료(n=14)에서만 검출율 35.7%로 분석되었으며 조리단계의 식품, 조리도구 및 환경 시료에서는 검출되지 않았다. Staphylococcus aureus의 경우 조리 전 식품 원료(n=14)의 21.4%에서 검출되었으며 환경 시료(냉장고 손잡이)에서 1건 양성으로 검출되었고, 조리단계의 식품, 조리도구 및 환경 시료에서는 검출되지 않았다. 그 외 Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Vibrio parahaemolyticus는 분석된 모든 시료에서 모두 음성이었다. 분리된 B. cereus의 독소유전자(hblACD, nheABC, entFM, cytK enterotoxin gene)를 분석한 결과 구토 유발 독소인 ces는 모두 음성이었으나 분석된 86주 모두 적어도 1종 이상의 설사 유발 독소유전자가 검출되었으며 66.2%의 균주는 설사 유발 독소유전자를 모두 보유하고 있었다. 식품과 환경에서 분리한 S. aureus(n=16)의 장독소 생성 유전자를 분석한 결과 모두 1종 이상의 독소유전자가 검출되었다. 전형적인 장독소유전자 중에서는 sea만 검출되었으며, 독소충격증후군 toxin(tst) 유전자는 모든 분리주에서 검출되지 않았다. 집단 식중독 발생 시 초기 진료에 결정적 영향을 주는 항생제 내성 여부를 분석한 결과 E. coli(n=41)의 92.7%는 분석한 항생제 16종에 대해 내성을 보이지 않았고 cefazolin에 대한 내성률이 4.9%로 가장 높았으며, 1개 균주에서만 2개 항생제에 대해 다제내성을 보여 국내외 항생제 내성률보다 낮았다. S. aureus(n=16)는 시험한 19종 항생제 중 gentamicin에 대한 내성률이 62.5%로 가장 높았으며 일부 균주에서 2주 항생제에 대해 다제내성이 관찰되었다. 한편 단체 급식소 2개소의 조리도구와 환경 중 미생물 군집을 분석한 결과 특정균이 도구와 환경에서 중복 검출되어 도구와 환경 중 교차오염 가능성을 간접적으로 시사하였다. 이와 같이 본 연구에서 단체급식소 식품, 조리도구 및 환경 중 위생지표균과 병원성 미생물의 오염패턴을 분석하고 분리된 균주의 독성인자와 항생제 내성 정보를 분석하였다. 관련 정보는 단체급식소 미생물 위험분석과 이를 바탕으로 사전적, 정량적 안전관리 기술 개발에 활용 가능할 것으로 사료된다. 한편 식중독 유발의 다른 원인인 바이러스류와 기타 원인에 대한 연구는 진행되지 않아 추가 연구가 필요하다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제4권1호
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• pp.41-53
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• 1997

먹는샘물 개발지역에서의 환경 영향 평가를 위한 수리지구화학의 기초 자료를 국내 먹는샘물 개발지역에 존재하는 암석, 토양 및 자연수 시료를 예로 하여 제시하였다. 암석에 대해서는 현미경 분석을 실시하였고, 토양 및 자연수 시료에 대해서는 화학 분석을 실시하였다. 토양은 분해 방법별로 중금속 원소들의 함량 비교를 하였으며 오염지수를 통해 오염 영향을 평가하였다. 또한 자연수 시료들을 대상으로 기반암 및 심도에 따른 수리지구화학적 특성과 자연수의 화학적 진화, 물-암석 반응에 대하여 고찰하였다. 대수층을 구성하는 암석을 화강암질암과 변성퇴적암류, 그리고 퇴적암류로 구분하였으며 이들 기반암에서 비롯된 중금속의 토양과 자연수의 오염 현상은 없는 것으로 판단되었다. 연구 지역의 토양은 HNO$_3$+HClO$_4$의 혼합산을 이용한 방법과 0.1 N HCl을 사용한 방법 모두에서 낮은 중금속 함량을 보여 자연적인 부화 현상이나 인위적 오염을 받지 않은 토양임을 알 수 있었다. 특히 0.1 N HCl을 사용하여 중금속 중 가용성 부분을 추출해 낸 결과 Cu, Pb, Zn, Cd 및 Cr 등 중금속 원소의 함량은 상당히 낮은 것을 확인할 수 있었으며 따라서 식물과 수계를 통한 오염의 영향은 매우 낮다고 할 수 있다. 오염지수를 통해 여러 원들의 복합적인 오염 양상을 고려하여 오염도를 산출한 결과 역시 연구 지역 토양은 오염지수가 0.03~0.47로 중금속에 의한 오염이 진행되지 않고 있음을 알 수 있었다. 심부지하수 시료를 대상으로 암종별 특징을 살펴보았을 때 화강암질암의 지하수 시료는 $Ca^{2＋}$-HCO$_3$$^{-}$의 유형을 거쳐 $Na^{＋}$-HCO$_3$$^{-}$ 유형까지 진화하였으나 변성퇴적암과 퇴적암내의 지하수 시료는 $Ca^{2＋}$-HCO$_3$$^{-}$의 유형에 머물러 있다. 이는 구성 광물 중 사장석의 용해가 화강암질암내 지하수의 특성을 조절하고 있는 반면 변성퇴적암과 퇴적암내 지하수 시료에서는 방해석의 용해만이 주된 반응으로 작용하고 있기 때문이다. 또한 심도별 특징을 살펴보았을 때 지표수에서 심부지하수로 이동하면서 수소이온농도, 전기전도도 및 대부분의 용존이온 함량은 증가하고 있다. 한편 일부 천부지하수시료에서는 NO$_3$$^{-}$ , Cl$^{-}$ 및 $K^{＋}$의 함량 및 K/Na의 비가 높게 나타나는 것으로 보아 농업활동으로 인한 오염의 영향을 받은 것으로 판단된다. 열역학적 고찰을 통해 볼 때 대부분의 자연수는 kaolinite 및 smectite 형성환경에 위치하고 있음을 알 수 있으며 질량보존을 기초로 한 반응모델을 설정한 결과, 용존이온의 거동 및 열역학적 연구 결과와 부합하는 결과를 얻을 수 있었다.

• 생태와환경
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• 제52권3호
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• pp.179-191
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• 2019

시화호 중금속 오염원을 추적하기 위하여 산업단지 5개 하천에서 하천수와 퇴적물을 채취하여 중금속 분포 특성과 오염도를 평가하였다. 용존 및 입자성 Ni과 Cu는 군자천에서, Zn과 Pb은 정왕천에서, Cd은 시흥천에서 상대적으로 높은 농도를 보이고 있어, 하천에 따라 유출되는 금속 오염원이 다른 것을 알 수 있었다. 하천 퇴적물 내 중금속의 평균농도는 Cu가 $2,549mg\;kg^{-1}$로 가장 높았으며 Cu>Zn>Pb>Cr>Ni>As>Cd>Hg의 농도순이었다. 시흥천에서 As를 제외한 금속원소의 평균농도가 다른 하천에 비해 매우 금속오염도가 큰 것으로 나타났다. 전체 하천 퇴적물 조사 정점 중 Cr (57%), Ni (62%), Cu (84%), Zn (60%), Cd (68%), Pb (81%)이 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 있는 II 등급이상의 높은 농도였다. 농집지수를 통한 오염도 평가 결과, 하천 퇴적물 내 Cu와 Cd은 extremely polluted, Zn과 Pb은 heavily polluted의 오염상태로 구분되었다. 전체 퇴적물의 59%가 독성이 나타날 가능성이 높아 오염규모 확인이 필요한 "나쁨"의 등급이었으며, 35%의 조사 정점은 중장기적으로 배출시설 관리가 필요한 "매우 나쁨"에 해당되는 오염단계를 보이고 있었다. 하천수와 퇴적물 내 높은 금속 농도와 공간분포 특성을 고려하였을 때 금속오염은 금속의 제조와 사용과 관련된 산업폐수 즉 하천에 직접 유출되는 하수구를 통한 오염임을 알 수 있었다. 시화호의 주요한 금속 오염원은 산업활동에 기인한 높은 농도의 중금속을 포함한 폐수이며, 이 폐수가 지속적으로 하천을 통해 공급되고 있는 것으로 판단된다.

• 환경생물
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• 제26권4호
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• pp.330-342
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• 2008

A comprehensive quality survey for PCDDs/PCDFs and coplanar PCBs as well as heavy metals (Cu, Zn, Cd and Pb) in sediments has been investigated in August 2006, Korea. Monitoring was undertaken at five streams representing different surrounding environments throughout Juwang and Gapyeong streams (reference sites), Jungrang stream (dense population site), Ansan stream (mixed small population and industrial site), and Siheung stream (heavy industrial site). The levels of heavy metal in samples were found to be significantly higher in sediment from Siheung stream compared to those of other stream sites. The heavy metal concentrations (dry weight basis) in sediment from Siheung stream were as follows; Cd (3.7 ${\mu}g$/g), Pb (1,295 ${\mu}g$/g), Cu (713.4 ${\mu}g$/g) and Zn (358.1 ${\mu}g$/g). Among 12 coplanar PCBs and 17 PCDDs/PCDFs selected as target compounds in this study, PCB (IUPAC no. 118) and OCDD were the most abundant congeners found in all sediment samples, followed by 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD, OCDF and 1,2,3,4,6,7,8HpCDF as well as PCB (IUPAC no. 105). These results were shown to be in the same trend as the sediment samples of other countries. The levels of PCDDs/PCDFs/coplanar PCBs in sediment samples were expressed as concentrations and WHO- TEQ values. The PCDDs/PCDFs/coplanar PCBs concentrations and their WHO-TEQ values in sediment from Siheung stream were remarkably high. The levels detected were 788.16 pg/g and 36.080 pg WHO-TEQ/g dry weight for PCDDs/ PCDFs and 314 pg/g and 0.4189 pg WHO-TEQ/g dry weight for coplanar PCBs, respectively, beyond the safety level of sediment value 20 pg WHO-TEQ/g. Sediment samples of the five streams were also monitored by sensitive biomarkers using insect immune responses: hemocyte-spreading behavior and immune-associated enzyme activities of phospholipase A$_2$ (PLA$_2$) and phenoloxidase. Organic extracts of Siheung and Jungrang sediments significantly interfered with the hemocytespreading behavior, whereas those of Ansan, Gapyeong, and Juwang did not. These organic extracts did not inhibit the PLA$_2$ and phenoloxidase activities. However, phenoloxidase was highly susceptible to exposure to aqueous extracts in all site sediments. In comparison, PLA$_2$ activities of the hemocytes were significantly inhibited only by aqueous extracts of Siheung, Jungrang, and Gapyeong sediments, but not by those of Ansan and Juwang. Despite some disparity between bioand chemical monitoring results, the biomarkers can be recommended as a device warning the contamination of biohazard environmental chemicals because of a fast and inexpensive detection method.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2000년도 춘계학술발표대회
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• pp.89-91
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• 2000

Polynuclear aromatic hydrocarbon (PAH) compounds are highly carcinogenic chemicals and common groundwater contaminants that are observed to persist in soils. The adherence and slow release of PAHs in soil is an obstacle to remediation and complicates the assessment of cleanup standards and risks. Biological degradation of PAHs in soil has been an area of active research because biological treatment may be less costly than conventional pumping technologies or excavation and thermal treatment. Biological degradation also offers the advantage to transform PAHs into non-toxic products such as biomass and carbon dioxide. Ample evidence exists for aerobic biodegradation of PAHs and many bacteria capable of degrading PAHs have been isolated and characterized. However, the microbial degradation of PAHs in sediments is impaired due to the anaerobic conditions that result from the typically high oxygen demand of the organic material present in the soil, the low solubility of oxygen in water, and the slow mass transfer of oxygen from overlying water to the soil environment. For these reasons, anaerobic microbial degradation technologies could help alleviate sediment PAH contamination and offer significant advantages for cost-efficient in-situ treatment. But very little is known about the potential for anaerobic degradation of PAHs in field soils. The objectives of this research were to assess: (1) the potential for biodegradation of PAH in field aged soils under denitrification conditions, (2) to assess the potential for biodegradation of naphthalene in soil microcosms under denitrifying conditions, and (3) to assess for the existence of microorganisms in field sediments capable of degrading naphthalene via denitrification. Two kinds of soils were used in this research: Harbor Point sediment (HPS-2) and Milwaukee Harbor sediment (MHS). Results presented in this seminar indicate possible degradation of PAHs in soil under denitrifying conditions. During the two months of anaerobic degradation, total PAH removal was modest probably due to both the low availability of the PAHs and competition with other more easily degradable sources of carbon in the sediments. For both Harbor Point sediment (HPS-2) and Milwaukee Harbor sediment (MHS), PAH reduction was confined to 3- and 4-ring PAHs. Comparing PAH reductions during two months of aerobic and anaerobic biotreatment of MHS, it was found that extent of PAHreduction for anaerobic treatment was compatible with that for aerobic treatment. Interestingly, removal of PAHs from sediment particle classes (by size and density) followed similar trends for aerobic and anaerobic treatment of MHS. The majority of the PAHs removed during biotreatment came from the clay/silt fraction. In an earlier study it was shown that PAHs associated with the clay/silt fraction in MHS were more available than PAHs associated with coal-derived fraction. Therefore, although total PAH reductions were small, the removal of PAHs from the more easily available sediment fraction (clay/silt) may result in a significant environmental benefit owing to a reduction in total PAH bioavailability. By using naphthalene as a model PAH compound, biodegradation of naphthalene under denitrifying condition was assessed in microcosms containing MHS. Naphthalene spiked into MHS was degraded below detection limit within 20 days with the accompanying reduction of nitrate. With repeated addition of naphthalene and nitrate, naphthalene degradation under nitrate reducing conditions was stable over one month. Nitrite, one of the intermediates of denitrification was detected during the incubation. Also the denitrification activity of the enrichment culture from MHS slurries was verified by monitoring the production of nitrogen gas in solid fluorescence denitrification medium. Microorganisms capable of degrading naphthalene via denitrification were isolated from this enrichment culture.