This study evaluated the risk of single and combined exposure to microplastics in zebrafish (Danio rerio) through biomarkers, such as survival rate, excretion rate, and histological alterations of organ systems. The experimental groups were the control (Cont.), single microplastics exposure group (MPs, 1.83%/fish total weight (g)), the copper group (Cu, 21.6 μg L-1), and a group with combined exposure to MPs and copper (MPs*Cu). The experiment was conducted with individual exposure (7 days) for MP excretion rate analysis and group exposure (14 days) for biomarker analysis. The daily excretion rate of MPs tended to decrease in a time-dependent manner. The copper concentration in the body was not significantly different between single and combined copper exposure. The degeneration of mucous cells in the skin, capillary dilation of the gill lamella, increased intestinal mucous, hepatocyte hypertrophy, and the degeneration of glomeruli and renal tubules were observed in all exposure groups. These histological alterations showed the highest tendency in the MPs*Cu group. In this study, the changes in biomarkers were attributed to the single effect of copper or the combined effect of copper and MPs rather than being solely influenced by MPs.

본 연구에서는 형광측정기법을 사용하여 태안반도 인근 8지점의 표층 해수 내 미세플라스틱 정량분포를 조사하였다. 연구결과 미세플라스틱의 검출범위는 0~360.5 particles/l (평균 149.7 ± 46.0 particles/l)로 나타났다. 하지만 해양환경 내 미세플라스틱의 정량분석방법이 표준화되지 않아 타 연구결과와 직접비교 하는 것이 불가능한 상황이다. 본 연구결과 검출된 미세플라스 틱을 크기별로 분류하면 < 50 μm 크기가 우점하지만, St. 3의 경우 > 500 μm이 25.6%를 차 지하여 지역별로 우점하는 미세플라스틱의 크기에 차이가 나타난다. 또한 채집지역, 저질의 종 류, 검출되는 플라스틱 크기에 따른 미세플라스틱의 검출량 비교에도 뚜렷한 상관관계를 가지 는 요인을 확인할 수 없었다. 이는 플라스틱의 재질에 따른 물리 · 화학적 특성, 해양의 동적 조건(해류, 바람, 파도, 조류 등), 지질학적 특성(지형, 경사 등), 연안 생물을 포함한 저질의 구성 및 특성, 상호작용, 인간활동(어업, 개발, 관광 등), 기상조건(홍수, 강우 등)과 같은 다양한 요인 이 미세플라스틱의 거동에 영향을 주기 때문이다. 그러므로 향후 정량분석방법 표준화 및 환 경요인에 대한 분석이 수반된 미세플라스틱 모니터링 기초연구가 필요한 상황이다.

본 연구에서는 분리막을 이용하여 천일염내 미세플라스틱을 비롯한 불순물을 제거하는 분리막 공정 설계를 위한 연구이다. 천일염 염전에 적합한 분리막 재질, 공경 사이즈, 모듈을 선정하여 다양한 조건에서 실험을 진행하였다. 선정된 200 kDa, 4 kDa 한외여과막 그리고 3 kDa 나노여과막을 선정하였고, 실험은 실험실과 실제 염전에 파일롯 플랜트를 건설하 여 각각 실험하였다. 천일염내 불순물은 대부분 0.1 μm 이상의 크기를 가졌고 크기 분포는 0.1 μm에서 1 μm 사이 입자가 가장 많은 부분을 차지하였다. 그리고 성분 분석결과 불순물 내에 7종류 이상의 다양한 미세플라스틱이 검출되었다. 분리막 공정 이후 여과된 염전수 분석한 결과 미세플라스틱을 포함한 불순물이 검출되지 않았고 기존의 천일염과 분리막 여과수로 제작한 천일염의 성분 비교해본 결과 천일염 성분의 변화 없이 불순물만 효과적으로 제거됨을 확인하였다.

본 실험에서 미세플라스틱의 노출은 넙치의 혈액학적 성상인 hemoglobin 및 hematocrit 수치의 유의적인 감소를 유발하였다. 또한 미세플라스틱의 노출은 넙치 혈장 무기 성분인 calcium, 유기성분인 glucose 및 cholesterol, 효소성분인 AST의 유의적인 변화를 나타냈다. 본 연구에서 바이오플락 환경에서 미세플라스틱의 노출이 어류의 혈액생리에 영향을 주며 독성으로 작용하는 것을 확인할 수 있었다. 향후, 일반 해수와 바이오플락 환경으로 각각 양성한 넙치를 이용하여 사육환경의 변화에 의한 미세플라스틱 노출 영향의 차이에 대해서도 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다. 본 연구는 다양한 어종에서 종별 미세플라스틱의 농도 연구에서 미세플라스틱 노출에 따른 종별 독성영향 비교평가를 위한 기본 자료로 활용될 수 있을 것이다. 하지만, 바이오플락 환경에서 미세플라스틱의 응집은 미세플라스틱의 독성에 영향을 미치는 중요한 요소이기 때문에 (Choi et al. 2020), 향후 연구에서 철저한 모니터링과 함께 다양한 미세플라스틱 독성에 미치는 요소에 대한 추가연구가 필요할 것이다.

Larvae from the marine medaka fish Oryzias javanicus were exposed with polystyrene microplastics (MPs) for 24 h. Exposure to waterborne fluorescent MPs showed clear ingestion and egestion in feces. Under constant MPs, the concentration of dissolved oxygen significantly decreased in 24 h compared to the control. Significant intracellular reactive oxygen species and malondialdehyde contents were detected in larvae, indicating oxidative stress and lipid peroxidation. Significant elevations in mRNA expressions of heat shock protein 70 and antioxidant defense system genes (glutathione reductase, glutathione peroxidase, catalase, and superoxide dismutase) were measured with increases in enzymatic activity of oxidative stress-related proteins. Taken together, the alterations to the molecular and biochemical components suggested that waterborne MPs had an oxidative stress effect on marine medaka larvae.

국내 및 국외에서 인간에 영향을 줄 수 있는 미세플라스틱에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히 가장 기초자료로 제공 될 수 있는 해양환경 중 미세플라스틱의 분포에 대해 연구가 많이 진행되고 있다. 국내에서도 해양환경의 분포 특성에 대한 연구가 진행 되었으나, 연안에 대한 연구만 국한 되어 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 쿠로시 오해류 및 중국의 양쯔강 유입수의 영향이 다분할 것으로 판단되는 제주도 남서측 동중국 개방 해역에서 2020년 8월에 23 개 정점을 선정하여 표층해수 중에 환경자료인 수온 및 염분과 미세플라스틱의 풍도(abundance), 성상(재질), 형태, 크기를 분석하여 표층 해수에서 존재하는 미세플라스틱의 분포특성을 밝혀 해양환경 중 미세플라스틱의 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구 지역에서 미세플라스틱의 풍도(abundance)는 0.17~1.37 (평균 0.46) particles/L를 나타내었으며, 성상(재질), 형태, 크기에서 PP 재질과 PE 재질이 작은 크기의 0.02~0.3 mm 분류군에서 조각(fragment) 형태로 우세하고, 이들 재질 다음으로 Alkyd 재질과 polyester 재질이 1.0~5.0 mm 분류군에서 섬유(Fiber) 형태로 우세하였다. 환경자료인 수온 및 염분을 이용하여 미세플라스틱의 분포 특성을 살펴보았는데, 여름철 강하게 발생하는 황해연안해류와 한국연안해류로 저 수온 및 저 염분이 유입되고, 여름철 강하게 발생하는 대만 난류와 쓰시마 난류의 영향으로 고 수온 및 고 염분이 유입되어 복합적으로 발생하는 지역으로 수온과 PE 재질, 0.02~0.3 mm 크기 분류군, 조각(Fragment) 형태에서 음의 상관성(PE : p <0.01, 0.02~0.03 mm : p <0.05, 조각(Fragment) : p <0.05)을 보여 0.02~0.3 mm의 조각(fragment) 형태인 PE 재질이 황해연안해류와 한국연안해류를 통해 유입될 가능성이 높은 것으로 판단되며, 염분과 PP, Polyester 재질에서 양의 상관성(PP : p <0.05, Polyester : p <0.05)을 보여 1.0~5.0 mm의 섬유(Fiber) 형태인 Polyester 재질이 대만난류 및 쓰시마 난류를 통해 유입될 가능성이 높은 것으로 판단 된다.

Microplastics have become a rising issue in due to its detection in oceans, rivers, and tap water. Although a large number of studies have been conducted on the detection and quantification in various water bodies, the number of research conducted on the removal and treatment of microplastics are still comparatively low. In the current research, the inflow and removal of microplastics were investigated for various drinking water treatment plants around the world. Addition to the investigation of filed research, a survey was also conducted on the current research trend on microplastic removal for different treatment processes in the drinking water treatment plants. This includes the researches conducted on coagulation/flocculation, sedimentation, dissolved air flotation, sand filtration and disinfection processes. The survey indicated mechanisms of microplastic removal in each process followed by the removal characteristics under various conditions. Limitations of current researches were also mentioned, regarding the gap between the laboratory experimental conditions and field conditions of drinking water treatment plants. We hope that the current review will aid in the understanding of current research needs in the field of microplastic removal in drinking water treatment.

오늘날 해양 생태계를 위협하는 물질의 하나로 주목받고 있는 미세플라스틱에 대하여 해양생물에 대한 유해성 등의 연구 현황을 종합하고 향후 연구 방향에 대하여 제안 하고자 한다. 미세플라스틱은 5 mm 이하의 합성 고분자화 합물로, 환경으로 배출된 이들 물질은 물리적으로 크기가 작을 뿐만 아니라 시간이 지남에 분해되지 않아 육지와 해양의 연안부터 원양까지, 표층과 심해에도 광범위하게 축적된다. 미세플라스틱은 해양 생물에게 섭식 및 축적될 수 있으며, 플라스틱에 첨가된 화학물질의 용출로 인한 위험성도 존재한다. 해양에 축적된 미세플라스틱은 해양 생물의 성장과 발달, 행동, 번식 및 사망 등에 영향을 끼친다. 다만 미세플라스틱의 특성은 크기, 재질, 모양 등 매우 다양하며, 몇가지 특성의 미세플라스틱으로 수행된 독성 시험이 다른 모든 미세플라스틱의 위해성을 대표할 수 없다. 때문에 미세플라스틱의 유형에 따른 위해성의 경향을 확인할 필요가 있으나, 미세플라스틱의 다양성으로 인해 여러 연구 결과에 통일성이 없어 비교 및 분석이 어렵다. 따라서 미세플라스틱의 유형에 따른 생물학적 위험을 추정하기 위해 표준시험법의 도출이 필요하다. 또한, 기존 연구의 대부분은 실험의 편의에 의해 대부분 구형을 대상으로 이루어지고있으나, 해양환경과 어패류에서 발견되는 미세플라스틱의 형태는 섬유 및 파편이 주류인 현실을 제대로 반영 하고 있지 못하다. 더불어 플라스틱에 들어있는 첨가제 및 흡착 유해물질에 대한 연구는 있으나, 미세플라스틱의 형태로 생물의 체내로 들어갔을 때의 독성영향에 대하여 알 려진 바는 거의 없다. 표준시험법의 개발, 구형보다 섬유와 파편 형태의 미세플라스틱에 대하여, 그리고 첨가제와 흡착 유해물질에 대한 연구가 진행된다면 해양 생태계 및 인간에 대한 미세플라스틱의 영향을 보다 상세히 파악할 수 있을 것이다.