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8. 먹는물과 미생물가. 서론

  먹는물에서 건강상 중요한 과제는 병원성 미생물에 의한 감염사고 예방이다. 과거와 비교하여 수인성 전염병의 위협은 현저히 줄었으나 아직 세계 어느 나라에서도 수인성 전염병을 근절하지는 못하고 있다. 지구상에서 물이나 부적당한 위생에 기인하는 질병이 모든 질병의 80% 정도로 추정되며 세계 병원의 병상 절반은 물과 관련된 질병으로 고통받는 사람들에 의하여 점유된다고 세계보건기구는 밝히고 있다.

  개발도상국에서 주로 발생하는 세균성 수인성 전염병은 심각하여 한해에 수 백만명 이상의 어린이들이 수인성 전염병으로 사망하고 있다. 미국과 같이 산업화된 선진국에서는 세균성 질병은 감소 추세에 있으나 소독에 의한 제거율이 다른 병원균에 비하여 낮은 바이러스나 원생동물과 같은 새로운 병원균에 의한 발병건수가 증대하고 있어 장관계 질병의 전체 건수는 최근 이십년간 감소하지 않고 있다. 1993년에는 미국에서 원생동물인 크립토스포리디움의 정수장 오염으로 밀위키시에서 전체인구의 반이 발병하고 100명이 죽은 대사건이 발생하여 이에 대한 대책마련에 부심하고 있다.

  수인성 전염병에 의한 오염은 오랜 세월에 걸쳐 누적되어 나타나는 만성적인 질병을 유발하는 대부분의 화학물질과 달리 급성질병을 유발하여 단기간에 결과가 나타나고 2차 감염에 의한 확산의 우려가 있기 때문에 예방이 매우 중요하다. 병원성 미생물의 존재여부를 미리 안다면 이러한 수인성 질병을 미연에 방지할 수 있겠으나 직접적인 병원성 미생물의 검사는 방법상의 장애등 현실적으로 어려움이 많다. 따라서 간접적인 방식으로 대장균군이나 분원성 대장균군, 대장균, 분원성 연쇄상구균 등과 같은 지표미생물을 사용하여 수인성질병의 주 원인인 분원성 오염여부를 상시로 진단하여 수인성 질병을 미연에 예방하고 있다. 이것이 먹는물에서 미생물 항목 검사를 하는 목적이며 우리나라도 대장균군을 상시로 검사하여 수인성 질병의 가능성을 나타내는 분원성 오염을 진단하고 있다.

나. 먹는물과 수인성전염병

(1) 수인성 전염병의 정의

(가) 수인성 전염병이란 감염의 매개체로서 물에 의하여 감염되거나 오염된 물에 조제된 식품에 의해 발생되는 전염병을 총칭함.

(나) 수인성 전염병은 레지오넬라와 같이 호흡기계나, 피부접촉에 의한 피부계통의 질병도 있으나 소화기 계통의 장관계 질병이 주임.

(다) 수인성 전염병은 그 증상이 대부분 가벼운 설사나 거북함이고, 심할 경우 구토, 고열, 두통, 어지럼증 등을 수반하지만 건강인에게는 심각하지 않으므로 평상시는 중요하게 인식되지 않아 수인성 질병을 추적하기 어렵다. 그러나 5세 미만의 어린이나 노약자, AIDS감염자나 수술 후 환자와 같이 면역체계가 약한 사람 등에게는 중증에서 치사까지 치명적인 결과를 초래할 수도 있다.

(2) 수인성 질병의 발생 경향

(가) 일반적 경향

과거에는 장티푸스, 콜레라 등의 세균에 의한 대규모 전염병이 주였고 아직도 개발도상국에서는 이러한 질병이 주 원인이 되고 있다.

(나) 우리나라 발병사례

1) 국제검역전염병인 콜레라는 1970년에 206명, 1980년에 145명의 환자가 발생하여 보건당국 을 당황케한 적이 있고 1995년인 작년에는 콜레라가 연안을 따라 산발적으로 발병한 사 례가 있으며, 최근 98년도 이후에는 발병사례가 보고되고 있지 않다.

2) 과거에 염병이라고 불리웠던 장티푸스도 70년대 초반까지는 매년 수천명의 환자가 발생 하였으나 90년에는 200여명을 기록하면서 양상도 국지적, 산발적으로 발생하였고 이후 치 명율이 수백명 대를 유지하고 있다.

3) 세균성 이질의 경우는 연간 지병률이 수십명 대를 유지하였으나 98년 이후 최근 들어 급 격히 증가하는 추세를 보이고 있다.

표 4.8.1. 연도별 국내 수인성 질병 발생현황
 

(출처: 보건복지부, 1999)

(다) 선진국

1) 미국에서는 GI(Gastroenteritis)라고 불리우는 장관계 질병이 성인에게서 1년에 2번 정도 발병하여 감기 다음으로 빈번하게 걸리는 질병으로 분류됨

2) 폐하수처리, 상수도 급수 등 위생기반시설이 발달된 선진국에서는 이러한 세균에 의한 발병건수는 크게 감소하고 있으나 바이러스나 원생동물과 같은 새로운 병원균에 의한 발병 건수가 증대하고 있어 장관계 질병의 전체 건수는 최근 이십년간 감소하지 않고 있음.

3) 대표적인 병원균은 지아디아와 크립토스포리디움으로서 이들의 가장 큰 특징은 소독에 의한 제거율이 다른 병원균에 비하여 매우 낮은 점이다.

4) 지아디아는 1970년대부터 주목되었고 크립토스포리디움은 1980년대 이후에서야 최초로 보고된 후 1980년대 말부터 이로 인한 대규모 정수장에서의 발병이 지속적으로 미국과 영국을 중심으로 보고됨

5) 최근의 대표적인 발병 예가 1993년 상수처리기술이 앞선 미국의 밀위키에서 발생한 크립토스포리디움 오염에 의한 대규모의 발병사건으로서 약 40만명이 감염되고 약100명이 직간접적 영향에 의한 치시로 기록됨(건설기술연구원, 1995)

6) 미국은 지아디아는 먹는물 기준에 있으나 크립토스포리디움은 고려의 대상이었는데 이 사건을 계기로 미국의 전 정수장에 대해 크립토스포리디움 진단을 실시하고 먹는물 기준에 도입시킬 예정임

(3) 미생물 오염의 특징

(가) 미생물 오염은 독성 화학물질 오염과 달리 감염된 보균자나 환자, 동물의 체내에서 기하급수적인 증식을 하여 병원성 미생물의 오염량이 증폭되고 다시 제 3자에게 전염되어 2차 오염을 유발하는 것임

(나) 화학물질에 의한 질병이 암과 같이 장기간 누적되어야 나타나는 만성적 질병인데 반하여 미생물에 의한 질병은 감염후 바로 발병하는 급성임.

(다) 어린이, 노약자, 환자 등은 더 취약함

(라) 오염원이 사람이나 동물의 분변이며 그 원인 균이 수백 종에 달하여 모든 병원균을 검사하기가 어려움

(마) 미생물 오염은 특히 급수체계에 오염될 경우 대규모 발병으로 심각한 사회문제화 될 수 있음

(4) 오염원 및 오염경로

(가) 오염원 및 농도

1) 사람과 온혈동물의 분변

2) 대장균의 수

- 사람의 대변: 약 1억마리/1g

- 하수: 10만∼1000만/1L

(나) 오염경로
 

	사람, 가축의 분뇨
⇒	분뇨, 하수, 폐수처리장
⇒	하천, 호소등 자연수계
⇒	식수, 위락용수, 관개용수, 양식용수
⇒	사람, 가축

(5) 수인성 질병의 원인과 종류

  수인성 질병의 원인이 되는 주요 미생물은 구분상 직경이 0.5um이하인 바이러스와 0.5∼2.0um인 세균, 그리고 2∼50um 인 원생동물로 구분한다. 미생물의 크기는 환경이 노출되었을 때 생존력과 처리과정에서의 처리효율에 크게 영향을 미친다. 예로 아주 작은 바이러스는 여과법에 의하여 거의 처리가 되지 않고 응집침전을 거친 여과나 소독과정에서 주로 제거되는 반면 내성이 강한 시스트를 형성하고 비교적 크기가 큰 원생동물은 소독보다는 여과에 의하여 더 효과적으로 제거 된다. 또한 세균은 일반적으로 최소감염농도가 높은데 반하여 바이러스나 원생동물은 최소감염농도가 낮아서 낮은농도로도 감염되어 질병을 유발할 수 있다. 환자나 보균자의 분변에서는 다량의 병원균이 생산되어 특정 전염병이 발병하면 원인 병원균의 수가 증가하게 되어 처리에 특별해 주의를 하여야 한다. 병원성 대장균, 쉬겔라, 간염바이러스 등은 사람이외의 동물을 통하여 감염되지 않으나 살모넬라, 콜레라, 여시니아, 지아디아, 크립토스포리디움 등은 동물도 숙주로 감염되므로 가축이나 야생동물의 분뇨도 오염원이 된다(표 4.8.2).

(가) 세균

  가장 잘 알려져 있고, 많은 연구가 이루어지고 있는 종류가 세균으로서, "미생물" 하면 가장 먼저 세균을 연상하게 된다. 세균(Bacteria)은 단일세포로 이루어진 원핵생물(procaryote)로서 1∼10 um 정도 크기의 구형, 간형, 나사형 모양의 간단한 형태를 갖는다. 세균은 영양요구조건에 따라 광무기영양성, 광유기영양성, 화학무기영양성, 화학유기영양성으로 나뉘어 지는데, 수인성 질병과 관련된 병원세균이나 지표세균은 탄소와 에너지원을 모두 유기물의 산화 및 동화에 의존하는 화학유기영양성 종속영양미생물 들이다. 세균은 특정한 영양요구 이외에도 산소 요구량 및 적합한 산화환원전위에 있어서 다양한 변이를 보여, 산소를 필요로 하거나(절대호기성), 산소에 의하여 성장이 둔화/저해 되거나(혐기성), 산소가 있건 없건 성장하는(통성 혐기성)종류가 있고, 산소농도가 낮을 때만 성장하는 것(미호기성)도 있다. 세균의 생리학적 요구조건을 알고 있으면 물 시료로부터 다양한 생리학적 유형들을 분리시킬 수 있는데 선택적배양(selective culture)기술이나 농후배양(enrichment culture)기술을 사용하여 분석한다.

표 4.8.2. 수인성 병원균과 질병
 

GI(Gastroenteritis): 위장염, 장관계염

설사, 구토, 배알이등을 제외하면 감기와 비슷한 증상을 보여 stomach flu라고도 한다

(출처: Feachems et al., 1983; Farthing M.G., 1989; McFeters G.A, 1990)

(나) 바이러스

  바이러스는 기본적인 유전정보와 이를 둘러싼 단백질로 구성된 비 세포적 구성체로서 숙주세포의 존재하에서만 생존 증식할 수 있는 절대적인 기생체이다. 바이러스의 크기는 콜로이드 입자와 유사한 수십∼수백 nm이다. 감염하는 숙주에 매우 특이적이며, 동물, 식물, 세균 등, 숙주의 종류에 따라 동물바이러스, 식물바이러스, 파아지 등으로 불리운다. 특히 물에서 인체건강에 중요한 바이러스는 사람의 장관에 감염하여 분변으로 배출되는 장관계바이러스이다. 이들 바이러스는 대부분 "분변-구강 전파"경로를 거쳐 사람끼리의 직접접촉을 통하여 감염된다. 그러나 하수나 처리수 및 처리고형물에 존재하므로 지표수나 토양에 배출되고 따라서 먹는물의 수원으로 쓰이는 지표수나 지하수가 오염될 수 있다. 물에서 바이러스 분석은 대표성 있는 시료의 채취-시료내의 바이러스 농축-검출(농도평가)-동정의 과정으로 이루어진다.

(다) 원생 동물(protozoa)

  원생동물은 단일세포로 이루어진 동물로서 유전물질이 막에 둘러싸이고 구분된 세포내 기관을 가지고 있는 진핵생물(eucaryote)이다. 원생동물은 그들의 운동과 생식방식에 따라 여러 종류가 있으며, 기생형과 자유형의 형태로 나뉜다. 자유형 원생동물은 자연수와 습지에 넓게 분포되어 있으며 유기성 수질의 지표가 되기도 한다. 인체의 질병과 관련된 원생동물은 기생성으로서, 대표적인 생물은 지아디아, 크립토스포리디움, 엔타모에바 엔테로콜리티가(아메바성 이질) 등이 있다. 이들 중 전자들은 처리에 내성을 지닌 (oo)cyst라는 형태로 수환경에 존재하여, 수처리에 주의를 필요로 한다.

(6) 대책

(가) 수인성 전염병의 지표로서 분원성 지표세균을 이용하여 분원성 오염 여부를 상시진단

(나) 도시하수처리장, 분뇨처리시설 및 축산폐수시설 등으로 폐하수적정처리 및 소독처리를 통하여 자연수계로 배출차단

(다) 적절한 정수이용

1) 적절한 원수관리 및 이용

2) 적절한 정수처리(multiple barrier)와 소독으로 물을 정화

3) 적절한 배급수관의 관리(오염방지, 단수때 배수관에의 음압으로 안한 개방단, 또는 누수부 분으로의 오수흡인 방지 등)

(라) 수인성 병원균의 자연계, 처리장 등의 분포와 생태 현황 파악 및 비상시 대책수립 (수인성질병이 발생되거나 오염이 증가하는 시기에 단수 또는 음용수의 끓여먹기 경보등)

(마) 예방주사나 전염병 관리대책, 구충제 복용

다. 먹는물의 지표미생물

병원성 미생물의 오염원인 분변성 오염의 지표로서 많은 미생물이 개발 제시되어 왔고 대장균군과 같이 그중 일부가 법제화 되어 거의 모든나라에서 지표미생물을 성공적으로 사용하고 있음.

(1) 병원성 미생물 검출대신 분원성 오염지표미생물을 사용하는 이유

(가) 장내병원균의 직접 분리방법이 개발되지 않아 검사가 어려움

(나) 병원균의 종류가 너무 많아 모든 병원균의 분리가 어려움

(다) 병원균의 수가 평상시에 낮아 감지하기 어려움

(라) 검사가능한 병원균도 상시검사를 위한 비용이 너무 많이 들어 비경제적임

(2) 분원성 오염 지표미생물의 조건

(가) 오염원의 동일성(분변 또는 하수 등)

(나) 물시료에서 개체수가 많아야 함

(다) 자연계 및 처리과정에서 동일하거나 높은 저항성을 지님

(라) 환경에서 재성장하지 않음

(마) 방법이 간단하고 경제적이며 빠른 결과를 도출하여야 함

(바) 다양한 형태의 물에 적용가능하여 상호비교가 가능하여야 함

(3) 지표세균의 분포

(가) 대장균군

1) 자연계에서 물 1ml당 약 수십에서 수만마리까지 검출

2) 오염되지 않은 상류지천이나 샘물등에는 거의 없거나 수십마리 정도 분포

3) 팔당호나 한강수계는 수십에서 수백마리, 강우량과 탁도가 높아지는 여름에는 수천마리 (오염지역은 수만마리)까지 검출.

4) 식수로 쓰이는 오염되지 않은 우물물이나 샘물에서는 대부분 검출되지 않음

(나) 일반세균

1) 일반세균은 대장균군보다 열배에서 천배가량 많이 존재.

2) 유기물의 농도에 비례관계.

라. 먹는물의 미생물학적 수질기준

(1) 국내의 미생물기준

먹는물은 대장균군이 물 50ml중에 불검출이어야 하고 일반세균은 100/ml로 규정되어 있다. 먹는샘물에서의 미생물학적 수질기준은 표 4.8.3과 같다.

표 4.8.3. 먹는 샘물에 대한 미생물학적 수질기준

CFU= Cololy Forming Unitst(집락형성단위)

(출처: 환경부, 1995)

(2) 국제 및 외국기준

국제적인 표준 권고안으로 WHO 수질기준이 있고, 대표적인 선진국의 예로 미국, EC, 일본기준 등이 있다.

(가) WHO

1992년 개정 음용수 수질지침에는 미생물기준에 대장균(E. coli) 또는 분원성 대장균군(Fecal coliforms, or thermotolerant coliforms)을 사용하고 있다. 대장균군(Total coliforms)는 정수처리효율, 배수시스템 내에서의 수질변화에 대한 지표항목으로만 권장되고 있으며 병원균의 유무확인에는 권장되지 않는다(표 4.8.4).

표 4.8.4. WHO의 미생물학적 수질기준
 

(출처: WHO, 1992)

(나) 미국

  미국은 오염허용목표농도(MCLG: maximum contaminant level goal)를 설정하여 목표치를 정하고 현실적인 경제적, 기술적 문제를 고려하여 기준을 정한다. 이 기준은 최대오염허용농도(MCL: maximum contminant levels)라고 명명한다. 미국의 음용수 기준에서 검사를 행하도록 하는 항목은 대장균군이며 양성일 경우 분원성 대장균군 또는 대장균을 더 검사하여 확인한다(표 4.8.5).

표 4.8.5. USEPA 먹는물의 미생물학적 수질기준
 

SWTR(Surface water treatment rule:) 지표수처리규정

TCR(Total coliform rule) 대장균군 규정

TT(Treatment technique) 처리시설

PS(Performance standard 0.5NTU∼1.0NTU)

(출처: EPA, 1993)

(다) EC유럽국가

EC유럽국가는 유럽공동체 출범으로 유럽공동체국가의 상위기준을 제정하면 소속국이 이에 따르는 각국의 규정을 만들도록 규정하므로 EC Directive 는 EC국가 기준의 모체가 된다. 미생물기준은 식수와 병입수를 별도로 규정하였다(EC Commission, 1995).

표 4.8.6. EC 먹는물 및 병입수의 미생물기준
 

수질인자	기 준
	먹는물	병입수
대장균	0/100ml	0/250ml
분원성 연쇄상구균	0/100ml	0/250ml
아황산환원 클로스트리디아	0/20ml	0/50ml
녹농균	-	0/250ml
일반세균	돌발적인 수의 변화 없음
대장균군	0/100ml	0/250ml

(출처: EC Commission, 1995)

(라) 일본

일본은 우리나라와 같은 미생물항목을 기준으로 정하고 있으며 일반세균은 100/ml이하, 대장균군은 검출되지 않을 것으로 설정하고 있다.

참고문헌

1. EC Commission, (1995), Proposal for a Council Directive Concerning the Quality of Water Intended for Human Consumption (Preparatory Act), Official Journal of European Communities.

2. EPA, (1993), "Drinking Water Regulations and Health Advisories".

3. Farthing, M.G., (1989), Viruses and the Gut, SK&F.

4. Feachems, et al., (1983), Sanitation and Disease, Health Aspects of Excreta and Wastewater management, John Wiley and Sons

5. McFeters, G.A., (1990), Drinking Water Microbiology, Springer-Verlag.

6. WHO, (1992), "Revision of the WHO Guidelines for Drinking Water Quality".

7. 건설기술연구원, (1995), 한미실무 고도정수처리기술개발 심포지움, 환경부 후원.

8. 보건복지부, (1999), 수인성전염병 발생현황, http://dis.mohw.go.kr

9. 정현미, 윤제용, (1994), 미국 음용수의 미생물학적 기준에 관한 고찰, 수질보전학회 (10)

10. 환경부, (1995), 먹는샘물의 기준과 규격 및 표시기준 고시.

작성자 : 수질미생물과 환경연구관 정현미(이학박사)