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[독일] 유럽, 바이러스와 박테리아가 식수대에 도달하는 방법 연구
이름 관리자 waterindustry@hanmail.net 작성일 2021.05.17 조회수 485
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[독일] 유럽, 바이러스와 박테리아가 식수대에 도달하는 방법 연구

베를린·밀라노 과학자들, 강변여과(bank filtration)에서 미생물의 이동방법 연구



유도 강변여과(Induced bank filtration)는 강이나 호수를 따라 위치한 인구 밀집 지역에 식수 공급을 제공하고 지하수 자원에 대한 접근이 제한적인 핵심적이고 잘 확립된 접근법이다.


유럽, 미국, 아프리카의 일부 지역에서 두드러진 사례와 함께 전 세계 여러 나라에서 고용되고 있다. 지표수의 오염은 식수기준에 도달하는 데 심각한 위협이 된다.


이런 맥락에서 하·폐수처리장의 배출에서 비롯된 일부 바이러스나 박테리아 등 인간 병원성 미생물이 주요 오염물질 집단을 형성한다. 독일 라인강(Rhine river)을 따라 유도 강변여과유도 강변여과(Induced bank filtration) 현장에서의 상세한 연구는 박테리아 이동을 계절 역학과의 관계를 연결시켰다.


이 연구의 주요 결과는 홍수가 강변여과(bank filtration)의 정화능력을 감소시켜 지하수 내 박테리아 농도의 증가를 이끌 수 있기 때문에 특정한 위협으로 간주되어야 한다는 것을 보여준다.


1년 동안 강바닥 퇴적물의 특성 변화는 강변여과(bank filtration)의 정화능력에 현저하게 영향을 미칠 수 있으며 이러한 역학은 위험 평가 실무에서 고려될 필요가 있을 수 있다.


■ 수도사업자를 위한 도구 상자(Toolbox for Waterworks Operators)

베르린 공과대학교(TU Berlin ; Technical University of Berlin)에서 수문 지질학을 가르치는 이리나 엥겔하르트(Irina Engelhardt) 교수가 이끄는 프로젝트는 강변여과(bank filtration) 과정에 대한 이해를 높이고 강변여과(bank filtration)에서 미생물의 수송을 설명하는 모델의 예측 능력을 향상시키는 것을 목표로 한다.


모델 기반 도구는 수도사업자가 미생물과 관련하여 강변여과(bank filtration) 시설의 정화 가능성을 보다 정확하게 평가할 수 있도록 개발되었다.


연구에 협력하는 파트너로는 푸르티크니코 디 밀라노(Politecnico di Milano)의 디파르티멘토 디 인게그네리아 시빌레 앰비언탈레(Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale)의 알베르토 과다니니(Alberto Guadagnini) 교수와 모니카 리바(Monica Riva) 교수가 있다.


협력의 첫 번째 결과는 최근 국제 학술지인 수자원리서치(Water Resources Research)에 실린 '강변여과 시나리오 내 세균 수송을 제어하는 핵심 매개 변수의 불확실성 분석 및 식별(Uncertainty analysis and identification of key parameters controlling bacteria transport within a riverbank filtration scenario)'기사에 실렸다.


■ 독일 및 이탈리아에서 사용(TUses in Germany and in Italy)

100개 이상의 강변여과(bank filtration) 시설이 유럽 전역으로 퍼져 있으며, 주로 북유럽 국가(특히 독일, 네덜란드, 프랑스, 핀란드)에 위치해 있다.


독일에서, 유도 강변여과(Induced bank filtration)에 의한 식수 생산은 지역적으로 중요하다. 예를 들어, 베를린의 식수의 약 절반이 이 방법으로 얻어진다.


이와는 대조적으로, 유도 강변여과(bank filtration)는 지중해 국가들에 널리 퍼져 있지 않다. 이탈리아에서, 한 예는 세르히오강(Serchio river)을 따라 있는 루카(Lucca)에서 예를 찾을 수 있다.


그러나 기후변화로 인해 지중해의 수자원에 대한 압력이 증가하고 있다. 자원 효율적인 식수 생산 방법인 유도 강변여과(Induced bank filtration)는 이 지역에서 증가하는 물 부족에 대처하는 도구가 될 수 있다.


■ 수치 모형 예측의 불확실성(Uncertainty in numerical model predictions)

유도 강변여과(Induced bank filtration)에 의한 식수 생산을 위해, 지하수 추출 우물은 강이나 호수 근처에 배치된다. 이 우물들은 주로 소위 강변여과수(bank filtration)를 생산하는데, 이는 지표수에서 지하 이동에 의해 자연적으로 정화되는 우물까지 흐르는 물에 해당한다.


인간의 병원균은 대수층(aquifer)을 통한 이동 중에 복잡한 공정의 영향을 받고, 침전물 알갱이들에 부분적으로 남아 있고, 또한 자연적으로 감염성을 잃을 수 있기 때문에 그들의 농도는 시간적으로 감소하는 경향이 있다.


수도사업자에게 중요한 운영 질문은 강변여과(bank filtration)의 정화 효과가 얼마나 강한지, 즉 자연이 미생물의 농도를 얼마나 줄일 수 있는가 하는 것이다.


이 연구는 이러한 효과에 영향을 미치는 주요 요인의 역할을 강조하고 있다. 여기에는 예를 들어 지하수 유속, 온도 및 지하수의 광물학적 구성이 포함된다.


게다가, 이동 행동은 고려된 미생물 종에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 결과적으로, 지하수(groundwater0에서의 미생물의 이동에 대한 예측은 높은 불확실성의 영향을 받는다.


이 연구는 강변여과(bank filtration)의 정화 효과에 대한 신뢰도를 높이기 위해 그러한 불확실성을 정량화하고 통제할 수 있는 강력하고 유연한 도구를 제공한다.


이 연구 프로젝트는 독일연방 환경재단(Deutche Bundessteftung Umwelt)의 자금 지원을 받는다. 빈 대학교(University of Vienna)와 독일 에너지회사 뒤셀도르프(Stadtwerke Dusseldorf), 드레스덴(Dresden)의 비스다트( 베르린 공과대학교(TU Berlin ; Technical University of Berlin), 밀라노 폴리티코(Politecnico di Milano)와 함께 연구에 참여하고 있다.


※출처 : 폴리티코 디 밀라노(Politecnico di Milano)



[원문보기]


How Viruses And Bacteria Can Reach Drinking Water Wells

Scientists in Berlin and Milan study transport of microorganisms in bank filtration


 

Induced bank filtration is a key and well-established approach to provide drinking water supply to populated areas located along rivers or lakes and with limited access to groundwater resources. 


It is employed in several countries worldwide, with notable examples in Europe, the United States, and parts of Africa. Contamination of surface waters poses a serious threat to attaining drinking water standards. 


In this context, human pathogenic microorganisms such as some viruses and bacteria, originating from the discharge of wastewater treatment plants, form a major contaminant group. A detailed study at an induced bank filtration site along the Rhine river in Germany has now linked transport of bacteria to seasonal dynamics. 


Key results of the study show that floods should be considered as particular threats, because they can reduce the purification capacity of bank filtration, thus leading to an increase in the concentrations of bacteria in groundwater. 


Changes in properties of the riverbed sediments over the course of a year can markedly influence the purification capacity of bank filtration and these dynamics may need to be considered in risk assessment practices.


Toolbox for Waterworks Operators

A project led by Prof. Dr Irina Engelhardt, who teaches hydrogeology at the TU Berlin, aims to enhance our understanding of bank filtration processes and to improve predictive capabilities of models describing transport of microorganisms in bank filtration. 


Model-based tools are developed to enable waterworks operators to assess more accurately the purification potential of their bank filtration plants with regard to microorganisms. 


Partners collaborating to the research include Prof. Dr. Alberto Guadagnini and Prof. Dr. Monica Riva from the Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale of the Politecnico di Milano.


First results of the cooperation were recently published in the article "Uncertainty analysis and identification of key parameters controlling bacteria transport within a riverbank filtration scenario" in the international journal Water Resources Research.


Uses in Germany and in Italy

More than 100 bank filtration plants are spread across Europe, mostly located in Northern and Central European countries (particularly in Germany, The Netherlands, France, and Finland). 


In Germany, drinking water production by induced bank filtration is regionally significant. For example, about half of the drinking water in Berlin is obtained by this method. 


In contrast, induced bank filtration is not widespread in Mediterranean countries. In Italy, an example can be found in Lucca (Tuscany) along the Serchio river. 


But pressure on water resources in the Mediterranean is increasing due to climate change. Induced bank filtration, as a resource efficient drinking water production method, could become a tool to combat increasing water scarcity in the region.


Uncertainty in numerical model predictions

For drinking water production by induced bank filtration, groundwater extraction wells are placed near rivers or lakes. These wells mainly yield so-called bank filtrate, corresponding to water that flows from the surface water body to the well which is naturally purified by the underground migration. 


Human pathogens are affected by a complex system of processes during their migration through the aquifer and their concentrations tend to decrease in time because these are partially retained on the sediment grains and can also naturally lose their infectivity. 


A critical operational question for waterworks operators is: how strong is the purification effect of bank filtration, or, in other words, how much can nature reduce the concentration of microorganisms? 


The research has highlighted the role of the main factors influencing these effects. These include, for example, groundwater flow velocity, temperature, and the mineralogical composition of the subsurface. 


Furthermore, it is shown that the transport behavior depends on the microorganism species considered. As a result, predictions about migration of microorganisms in groundwater are subject to a high degree of uncertainty. 


The research offers a powerful and flexible tool to quantify and possibly control such uncertainty to increase confidence in the purification effect of bank filtration.


The research project is funded by the Deutsche Bundesstiftung Umwelt (German Federal Environmental Foundation). The University of Vienna as well as the Stadtwerke Dusseldorf and the company VisDat from Dresden are involved in the research together with the TU Berlin and the Politecnico di Milano.


※Source : Politecnico di Milano


[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/how-viruses-and-bacteria-can-reach-drinking-water-wells-0001) / 2021년 5월 13일]

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