대청호에서 1999년 4월부터 10월까지 25주간에 걸쳐 이화학적, 생물학적 수질과 geosmin농도를 조사하였다. Geosmin은 대부분 늦은 여름에 $1.16{\sim}5.28\;ng\;L^{-1}$의 농도로 총 5회 검출되었다. Geosmin의 가장 높은 농도는 8월 31일로 조사되었으며 phycocyanin 농도, cyanobacteria 세포수, Anabaena spiroides 세포수 등이 최고조에 달하는 시기와 일치하였다. Geosmin 농도와 환경요인과의 상관분석에 의하면 geosmin생산은 수온,pH,총용존인 그리고 A. spiroides 세포수에 의하여 크게 결정되는 것으로 보인다. Geosmin 생산은 수온 $27^{\circ}^C$, pH는 8.5, 총용존인은 $0.06\;mg\;L^{-1}$ 이상의 조건에서 나타났다. 이와 같은 조건에서 A. spiroides 세포수가 $10,000\;mL^{-1}$ 이상이면 geosmin이검출된다고 볼 수 있다.
수돗물에서 geosmin과 2-MIB에 의한 곰팡이와 흙냄새는 소비자들에 대한 수돗물불신의 주된 요인이다. 따라서 geosmin과 2-MIB의 조기 검출 및 분석방법은 이취미 문제를 예방하는데 있어서 중요한 부분이다. 본 연구에서는 교반막대 추출법 (SBSE)과 GC/MS를 이용하여 geosmin과 2-MIB의 분석방법에 대하여 살펴보았다. 용매를 사용하지 않고 시료를 추출하는 SBSE 방법을 최적화하여 수중의 geosmin과 2-MIB를 분석하는데 적용하였다. 실험 결과 SBSE 방법은 간단하고 신속한 분석이 가능하여 소량(10~20 mL)의 시료를 사용하여 한 번에 많은 시료를 동시에 분석할 수 있었다. 그리고 SBSE 방법은 높은 회수율과 재현성을 보였다. 검출한계는 1~2 ng/L 이었으며 정량한계는 3~6 ng/L 이었다. 무엇보다도 SBSE는 수중의 geosmin과 2-MIB를 분석하는 데에 매우 신뢰성이 있고 실용적인 방법이라고 판단된다.
본 연구에서는 맛 냄새 물질 발생시 표준정수처리공정에서 지오스민과 활성탄 주입량을 효과적으로 저감하는 방안을 제시하였다. 염소처리방식에 따른 지오스민 제거효율을 평가한 결과, 저농도(< 25 ng/L)의 경우 전염소와 중간염소를 동시에 운영할 경우 지오스민 제거율은 46%인 반면, 중간염소로 운영한 공정의 지오스민 제거율은 57%로 나타났다. 중농도(25~79 ng/L)에서는 전염소와 중간염소로 운영한 지오스민 제거율은 59%, 중간염소로 운영한 지오스민 제거율은 87%로 나타났다. 고농도(> 80 ng/L)에서도 전염소와 중간염소를 동시에 운영한 지오스민 제거율은 67%인 반면 중간염소로 운영한 지오스민 제거율은 95%로 나타나 중간염소로 운영시 제거율이 높아지는 것으로 나타났다. 지오스민 농도별 측정결과와 활성탄 투입량의 상관성을 분석한 결과, 결정계수($R^2$)는 0.96 으로 나타나 적합한 분말활성탄 조견표를 제안하였다. 또한, 지오스민 물질발생 초기에 중간염소와 활성탄을 동시에 투입 시 원수농도가 급격히 증가하여도 지오스민의 입자성 물질을 지속적으로 제거할 수 있어 활성탄 저감 뿐만 아니라 정수 기대농도도 만족할 수 있었다.
The effects of bicarbonate concentration, atmospheric carbon dioxide level, and reduced atmospheric oxygen on biomass and geosmin production and geosmin/biomass (G/B) values for Streptomyces halstedii, a producer of the off-flavor compound geosmin, were determined. In addition, a study was performed to determined possible synergistic relationships between a cyanobacterium, Oscillatoria tenuis UTEX #1566, and S. halstedii in the enhancement of actinomycete growth and/or geosmin production. These studies took into consideration those conditions that can occur during cyanobacterial bloom die-offs. Increasing bicarbonate concentration caused slight decreases in geosmin production and G/B for S. halstedii. Increasing atmospheric oxygen promoted geosmin production and G/B while lower oxygen levels resulted in a decrease in geosmin production and G/B by S. halstedii. Biomass production by S. halstedii was adversely affected by reduced oxygen levels while changes in bicarbonate concentration and atmospheric carbon dioxdie levels had little effect on biomass production. Sonicated cells of O. tenuis UTEX #1566 promoted biomass production by S. halstedii, and O. tenuis culture (cells and extracellular metabolites) and culture supernatnat (extracellular metabolites) each promoted geosmin and G/B yields for S. halstedii. In certain aquatic systems, environmental conditions resulting from cyanobacterial blooms and subsequent bloom die-offs could favor actinomycete growth and off-flavor compound by certain actinomycetes.
Cyanobacteria와 방선균에 의해 생산되는 대표적 취기물질인 geosmin의 정성 및 정량 분석법을 확립하고, cyanobacteria인 Phormidium sp. NIVA-CYA7의 생장과 geosmin의 생산 및 방출에 영향을 주는 환경요인에 대해 조사하였다. Geosmin의 분석은 전처리과정이 간편하고, purge 시간을 1시간으로 단축한 purge & trap concentrator가 장착된 gas chromatograph로 분석하였다. Phomidium의 생장은 pH 7.9, 온도 $20^{\circ}C$, 광도 120-140 $\mu$E/ $m^(2)$/s, Z8 배지의 배양조건에서 8일까지 유도기를, 이후 14일까지 지수성장기를, 14일 이후에는 정상기를 보였다. 배지내 질소의 농도를 250 $\mu$M에서 100 또는 25 $\mu$M로 감소시켰을 때, Phormidium의 생장은 거의 영향을 받지 않았다. 반면에 배지의 인 농도를 25 $\mu$M에서 10 또는 2.5 $\mu$M로 감소시켰을 때, 인의 농도가 감소할수록 생장은 억제되었다. 배지내 인의 농도를 25 $\mu$M에서 10 $\mu$M로 감소시켰을 때, 단위 탄소당 또는 엽록소-$\alpha$당 geosmin의 함량은 각각 35%와 68% 증가하였다. Phormidium의 geosmin함량은 pH 9.4에서 0.0824 $\mu$g/mg C로 pH 6,4m 7.9에 비해 두 배 이상 많았다. 따라서 Phormidium의 geosmin 함량은 생장단계, 인의 농도, pH등에 따라 영향을 받지만, geosmin의 방출은 이들 요인에 의하여 크게 영향받지 않는 것으로 판단된다.
We investigated the relation between the presence of geosmin in water and the bacterial community structure within the granular activated carbon (GAC) system of water treatment plants in South Korea. GAC samples were collected in May and August of 2014 at three water treatment plants (Sungnam, Koyang, and Yeoncho in Korea). Dissolved organic carbon and geosmin were analyzed before and after GAC treatment. Geosmin was found in raw water from Sungnam and Koyang water treatment plants but not in that from Yeoncho water treatment plant. Interestingly, but not surprisingly, the 16S rRNA clone library indicated that the bacterial communities from the Sungnam and Koyang GAC systems were closely related to geosmin-degrading bacteria. Based on the phylogenetic tree and multidimensional scaling plot, bacterial clones from GAC under the influence of geosmin were clustered with Variovorax paradoxus strain DB 9b and Comamonas sp. DB mg. In other words, the presence of geosmin in water might have inevitably contributed to the growth of geosmin degraders within the respective GAC system.
상수원수중 조류에 의해 발생하는 이취미물질인 2-MIB 및 Geosmin의 전처리방법에 따른 회수율 조사와 이들 물질의 효과적인 처리를 위한 회분식 실험에서의 제거효율을 조사한 결과는 다음과 같다. 전처리 방법에 따른 2-MIB 및 Geosmin의 회수율은 0.2 및 $2\;{\mu}g/L$ 농도에서 모두 시료채취량을 30 mL, 염석제인 NaCl를 9 g 주입하고, SPME syring주입 위치를 headspace로 하며, 흡착시간를 40분 이상으로 하였을 경우가 가장 높게 나타났으며, 최적전처리 조건에서의 회수율은 0.2 및 $2\;{\mu}g/L$ 농도에서 2-MIB의 경우 각각 약 85 및 95%, Geosmin의 경우 61 및 81%로 조사되었다. 회분식 실험에서의 2-MIB 및 Geosmin의 각 농도별 제거효율은 모든 흡착제에서 증류수를 사용하여 조제하였을 경우가 상수원수로 조제하였을 경우에 비해 높았고, 상수원수로 조제하였을 경우에는 농도에 따라서는 별 차이가 없었다. 흡착제의 종류에 따라 Freundrich 등온흡착식에 적응한 결과 흡착능력을 나타내는 K값은 제올라이트, 석탄계 활성탄 및 야자계 활성탄에서 2-MIB이 경우 각각 약 0.671, 1.811 및 1.340이었고, Geosmin의 경우 각각 약 0.613, 1.771 및 1.519로서, 2-MIB 및 Geosmin 모두 석탄계 활성탄 > 야자계 활성탄 > 제올라이트 순이었다.
완속 모래여과 컬럼의 생물막(schmutzdecke)은 운전 시작 30일 정도에 정상상태에 도달하는 것으로 나타났으며, 생체량과 활성도는 각각 $4.5{\times}10^6\;CFU/g$과 $3.42\;mg{\cdot}C/m^3{\cdot}hr$로 나타났다. 정상상태에 도달한 생물 여과층의 박테리아 종 분포는 Pseudomonas sp.가 차지하는 비율이 56%였으며 그 중에서 Pseudomonas fluorescens가 전체비율의 22%를 차지하였다. 운전 시작 30일 후의 용존 유기탄소(dissolved organic carbon, DOC)와 geosmin의 제거율은 각각 27%와 95%로 나타나 최대의 제거율을 나타내었으며, 그 이후에는 DOC와 geosmin의 제거율에는 큰 변화가 없었다. 수온 변화에 따른 DOC와 geosmin의 제거율 변화에서 유입수의 수온이 $5^{\circ}C$일 경우 geosmin과 DOC의 평균 제거율은 각각 62%와 10%로 나타났으나 수온을 $15^{\circ}C$와 $25^{\circ}C$로 증가시켰을 경우에는 geosmin과 DOC의 평균 제거율이 각각 88%와 25% 및 100%와 42%로 나타났다. 수온 변화에 따른 완속 모래여과 컬럼의 상부 생물막 층에서의 geosmin과 DOC에 대한 생물분해 속도상수(k)는 $1.842{\sim}15.965\;hr^{-1}$와 $0.253{\cdot}1.123\;hr^{-1}$이였고, 상부의 생물막 층이 그 하부 보다 DOC와 geosmin에 대한 생물분해 속도상수가 각각 18~32배 및 20~51배 정도 큰 것으로 나타났다.
Tastes and odor in water caused by geosmin and 2-MIB are the major customer complaints for water utilities. Therefore, control of geosmin and 2-MIB is a worldwide concern. In this study, the effects of biofilter media type (three different activated carbons and anthracite), empty bed contact time (EBCT) and temperature on the removal of geosmin and 2-MIB in BAC filters were investigated. Experiments were conducted at three different water temperatures (5, 15 and $25^{\circ}C$) and four different EBCTs (5, 10, 15, and 20 min). The experimental results indicated that the coal based BAC retained more bacterial biomass on the surface of the activated carbon than the other BACs, and increasing EBCT or increasing water temperature also increased the geosmin and 2-MIB removal in BAC filters. To achieve above 50% of removal efficiency for geosmin and 2-MIB in a BAC filter, above 10 min EBCT at $5^{\circ}C$ and 5 min EBCT at above $15^{\circ}C$ were required. The kinetic analysis for the biodegradation of geosmin and 2-MIB indicated a first-order reaction rate at various water temperatures. Data obtained from the BAC filters at various temperatures were also used to evaluate pseudo first-order rate constants for geosmin and 2-MIB. The half-lives evaluated at 5, 15, and $25^{\circ}C$ for geosmin and 2-MIB ranged from 2.39 to 10.31 min and 3.35 to 13.97 min, respectively, which can be used to assist water utilities in designing and operating BAC system.
Geosmin과 2-methyl isoborneol (2-MIB)는 먹는물에서 불쾌한 맛과 냄새를 일으키는 대표적인 물질이며, 남조류의 대사산물로 흙 냄새나 곰팡이 냄새를 내는 것으로 알려져 있다. 이들 물질의 최소감지 농도는 수 ng/L 수준으로, 먹는물의 질을 관리하기 위해서는 극미량까지 분석할 수 있는 분석방법이 요구된다. 본 연구에서는 물시료 중의 geosmin과 2-MIB를 headspace-solid phase microextraction (HS-SMPE) 법과 기체크로마토그래프/질량분석기 (gas chromatograph/mass spectrometer, GC/MS)를 이용하여 분석하였다. 방법검출한계는 geosmin과 2-MIB에 대하여 각각 1.072 ng/L, 1.021 ng/L 값을 구할 수 있었으며, 정확도와 정밀도에서도 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 최근 낙동강에서는 남조류에 의한 수화현상이 종종 발생하고 있어, 낙동강을 상수원수로 하는 먹는물의 안정성을 확보하기 위하여 geosmin과 2-MIB의 농도를 조사할 필요성이 대두되고 있다. 남조류가 번성한 시기에 낙동강 원수에 대하여 geosmin과 2-MIB의 농도를 조사한 결과, 각각 4~24 ng/L, 6~16 ng/L의 농도로 검출되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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