본 연구에서는 천연 식물체 및 광물질 추출물을 혼합하여 제조한 물질을 부영양 수체의 조류제어 및 수질개선에 이용하기 위해 실내 및 실외실험을 통해 적용가능성을 평가하였다.
실내실험은 먼저 식물-광물 혼합제의 구성물질인 식물체 3가지와 광물질 3가지 및 혼합제 등 7가지 물질의 남조와 녹조류 성장 억제능을 평가하였다. 두 번째로 식물-광물 혼합물의 주요 성분분석 및 생물독성평가를 실시하였으며, 마지막으로 다양한 환경조건 (농도, 광도, 수온, pH, 수심, 조류종) 변화에 따른 혼합물의 조류제어 효과를 평가하였다. 실외실험은 부영양 호수 및 하천 각각 2곳을 대상으로 현장 적용성 평가를 실시하였다.
식물-광물 혼합제 및 각각의 구성물질별 조류 성장 억제능을 평가한 결과 남조 Microcystis aeruginosa는 저농도의 상수리나무, 밤나무, 제오라이트에 의해서 60% 이상의 높은 조류억제능을 보였으며, 녹조 Scenedesmus quadricauda 는 녹차, 상수리나무에서 50%이하의 억제능을 보였으며, 제오라이트에서는 65% 이상 성장이 억제되었다. 녹조 Chlorella vulgaris는 녹차를 제외한 나머지 물질들에서는 고농도에서만 성장억제가 나타났으며, 억제효율이 높지 않았다. 식물-광물 혼합제의 경우 1ppm 이상의 농도에서 조류종에 상관없이 80% 이상의 높은 성장억제효율을 보였으며, M. aeruginosa와 S. quadricauda 에서는 0.05 ppm에서도 각각 80%와 50% 이상의 억제능을 보여 가장 효과적인 물질로 나타났다.
식물-광물 혼합제의 주요성분분석 결과 Al과 Si가 비교적 높은 농도로 함유되어 있었으며, 지방산의 경우 Oleic Acid와 Linoleic Acid가 41.0 mg L-1와 34.0 mg l-1로 가장 높게 검출되었다. 또한 생물독성평가 결과 조류 (Pseudokirchneriella subcapitata)에 대한 72시간 평균 성장률의 ...
본 연구에서는 천연 식물체 및 광물질 추출물을 혼합하여 제조한 물질을 부영양 수체의 조류제어 및 수질개선에 이용하기 위해 실내 및 실외실험을 통해 적용가능성을 평가하였다.
실내실험은 먼저 식물-광물 혼합제의 구성물질인 식물체 3가지와 광물질 3가지 및 혼합제 등 7가지 물질의 남조와 녹조류 성장 억제능을 평가하였다. 두 번째로 식물-광물 혼합물의 주요 성분분석 및 생물독성평가를 실시하였으며, 마지막으로 다양한 환경조건 (농도, 광도, 수온, pH, 수심, 조류종) 변화에 따른 혼합물의 조류제어 효과를 평가하였다. 실외실험은 부영양 호수 및 하천 각각 2곳을 대상으로 현장 적용성 평가를 실시하였다.
식물-광물 혼합제 및 각각의 구성물질별 조류 성장 억제능을 평가한 결과 남조 Microcystis aeruginosa는 저농도의 상수리나무, 밤나무, 제오라이트에 의해서 60% 이상의 높은 조류억제능을 보였으며, 녹조 Scenedesmus quadricauda 는 녹차, 상수리나무에서 50%이하의 억제능을 보였으며, 제오라이트에서는 65% 이상 성장이 억제되었다. 녹조 Chlorella vulgaris는 녹차를 제외한 나머지 물질들에서는 고농도에서만 성장억제가 나타났으며, 억제효율이 높지 않았다. 식물-광물 혼합제의 경우 1ppm 이상의 농도에서 조류종에 상관없이 80% 이상의 높은 성장억제효율을 보였으며, M. aeruginosa와 S. quadricauda 에서는 0.05 ppm에서도 각각 80%와 50% 이상의 억제능을 보여 가장 효과적인 물질로 나타났다.
식물-광물 혼합제의 주요성분분석 결과 Al과 Si가 비교적 높은 농도로 함유되어 있었으며, 지방산의 경우 Oleic Acid와 Linoleic Acid가 41.0 mg L-1와 34.0 mg l-1로 가장 높게 검출되었다. 또한 생물독성평가 결과 조류 (Pseudokirchneriella subcapitata)에 대한 72시간 평균 성장률의 EC50 값 (95% 신뢰한계)은 7.8 mg L-1였으며, 물벼룩 (Daphnia magna)에 대한 48시간 EC50값은 >100 mg L-1이며 무영향관찰농도는 ≥100 mg L-1였다. 어류 (Oryzias latipes)에 대한 96시간 LC50 값은 >100 mg L-1이었다.
환경조건 변화에 따른 조류제어 효과를 평가한 결과 0.05∼1.0 ml L-1농도에서 모두 80%이상의 조류제거율을 나타냈으나 경제성과 안전성을 고려했을 때 가장 낮은 농도인 0.05 ml L-1를 최적 농도로 선정하였다. 광도는 1,400 µmol m-2s-1에서 약 93%, 수온은 20∼30 ℃ 에서 약 60∼74%, pH는 7∼9 사이에서 약 93%, 수심은 50cm이하 모든 수심에서 90% 이상, 조류 종에서는 남조류가 우점하는 수체에서 약 86% 로 각각 가장 좋은 조류제거율을 나타냈으며, 응집부상효과 역시 높게 나타났다.
현장적용 실험결과 대상장소 모두에서 입자성 물질 및 식물·동물플랑크톤, 수중 영양염 (특히 TP) 등의 감소가 나타났다. 그러나 조류 현존량과 입자성 물질의 농도가 낮고, 특히 체류시간이 짧으며 수위변동이 심한 시기에 진행한 경안천의 경우 대부분의 항목에서 50% 미만의 낮은 수질개선능을 나타냈다. 반면 비교적 수체의 교란인 적었던 나머지 3곳 (인경호, 중앙저수지, 제천천)에서는 Chl-a (88∼98%), SS (70∼81%), TP (75∼91%), BOD (65∼91%), 식물플랑크톤 (84∼92%), 동물플랑크톤 (68∼88%) 등 대부분의 항목에서 높은 수질개선능을 나타냈다. 또한 이 중에서도 남조류가 우점하였던 중앙저수지와 제천천에서 좀 더 높은 수질개선능을 나타냈다. 이상의 실험결과 식물-광물 혼합제는 부영양 수체의 수질개선 및 조류제어에 적용 시 효과적일 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 천연 식물체 및 광물질 추출물을 혼합하여 제조한 물질을 부영양 수체의 조류제어 및 수질개선에 이용하기 위해 실내 및 실외실험을 통해 적용가능성을 평가하였다.
실내실험은 먼저 식물-광물 혼합제의 구성물질인 식물체 3가지와 광물질 3가지 및 혼합제 등 7가지 물질의 남조와 녹조류 성장 억제능을 평가하였다. 두 번째로 식물-광물 혼합물의 주요 성분분석 및 생물독성평가를 실시하였으며, 마지막으로 다양한 환경조건 (농도, 광도, 수온, pH, 수심, 조류종) 변화에 따른 혼합물의 조류제어 효과를 평가하였다. 실외실험은 부영양 호수 및 하천 각각 2곳을 대상으로 현장 적용성 평가를 실시하였다.
식물-광물 혼합제 및 각각의 구성물질별 조류 성장 억제능을 평가한 결과 남조 Microcystis aeruginosa는 저농도의 상수리나무, 밤나무, 제오라이트에 의해서 60% 이상의 높은 조류억제능을 보였으며, 녹조 Scenedesmus quadricauda 는 녹차, 상수리나무에서 50%이하의 억제능을 보였으며, 제오라이트에서는 65% 이상 성장이 억제되었다. 녹조 Chlorella vulgaris는 녹차를 제외한 나머지 물질들에서는 고농도에서만 성장억제가 나타났으며, 억제효율이 높지 않았다. 식물-광물 혼합제의 경우 1ppm 이상의 농도에서 조류종에 상관없이 80% 이상의 높은 성장억제효율을 보였으며, M. aeruginosa와 S. quadricauda 에서는 0.05 ppm에서도 각각 80%와 50% 이상의 억제능을 보여 가장 효과적인 물질로 나타났다.
식물-광물 혼합제의 주요성분분석 결과 Al과 Si가 비교적 높은 농도로 함유되어 있었으며, 지방산의 경우 Oleic Acid와 Linoleic Acid가 41.0 mg L-1와 34.0 mg l-1로 가장 높게 검출되었다. 또한 생물독성평가 결과 조류 (Pseudokirchneriella subcapitata)에 대한 72시간 평균 성장률의 EC50 값 (95% 신뢰한계)은 7.8 mg L-1였으며, 물벼룩 (Daphnia magna)에 대한 48시간 EC50값은 >100 mg L-1이며 무영향관찰농도는 ≥100 mg L-1였다. 어류 (Oryzias latipes)에 대한 96시간 LC50 값은 >100 mg L-1이었다.
환경조건 변화에 따른 조류제어 효과를 평가한 결과 0.05∼1.0 ml L-1농도에서 모두 80%이상의 조류제거율을 나타냈으나 경제성과 안전성을 고려했을 때 가장 낮은 농도인 0.05 ml L-1를 최적 농도로 선정하였다. 광도는 1,400 µmol m-2s-1에서 약 93%, 수온은 20∼30 ℃ 에서 약 60∼74%, pH는 7∼9 사이에서 약 93%, 수심은 50cm이하 모든 수심에서 90% 이상, 조류 종에서는 남조류가 우점하는 수체에서 약 86% 로 각각 가장 좋은 조류제거율을 나타냈으며, 응집부상효과 역시 높게 나타났다.
현장적용 실험결과 대상장소 모두에서 입자성 물질 및 식물·동물플랑크톤, 수중 영양염 (특히 TP) 등의 감소가 나타났다. 그러나 조류 현존량과 입자성 물질의 농도가 낮고, 특히 체류시간이 짧으며 수위변동이 심한 시기에 진행한 경안천의 경우 대부분의 항목에서 50% 미만의 낮은 수질개선능을 나타냈다. 반면 비교적 수체의 교란인 적었던 나머지 3곳 (인경호, 중앙저수지, 제천천)에서는 Chl-a (88∼98%), SS (70∼81%), TP (75∼91%), BOD (65∼91%), 식물플랑크톤 (84∼92%), 동물플랑크톤 (68∼88%) 등 대부분의 항목에서 높은 수질개선능을 나타냈다. 또한 이 중에서도 남조류가 우점하였던 중앙저수지와 제천천에서 좀 더 높은 수질개선능을 나타냈다. 이상의 실험결과 식물-광물 혼합제는 부영양 수체의 수질개선 및 조류제어에 적용 시 효과적일 것으로 판단되었다.
This study evaluated the effect of plant-mineral composite on the control of nuisant algae and water quality improvement, in both laboratory and outdoor experiments.
The laboratory test evaluated; (1) algal growth inhibition activity on cyanobacteria and green algae using three kinds of plant extra...
This study evaluated the effect of plant-mineral composite on the control of nuisant algae and water quality improvement, in both laboratory and outdoor experiments.
The laboratory test evaluated; (1) algal growth inhibition activity on cyanobacteria and green algae using three kinds of plant extracts, three minerals and the mixture of plant extracts and minerals, (2) the analysis of major components of the plant-mineral composite and biological toxicity assessment, and finally (3) the effect of a mixture on the algal reduction according to various environmental conditions such as agent concentration, light intensity, water temperature, pH, water depth, algal species composition. Outdoor test was conducted to evaluate the applicability of the plant-mineral composite in eutrophic lakes and stream.
The results indicated that cyanobacteria (Microcystis aeruginosa) was effectively inhibited (> 60% of the control) at the low concentration (1 mg L-1) of plant extracts from each of Quercus acutissima and Camellia crenata and natural zeolite. Green alga (Scenedesmus quadricauda) was also inhibited over 65% of the control by natural zeolite, and less than 50% of the control by each extract of C. sinensis and Q. acutissima. Chlorella vulgaris was inhibited by all substance at high concentration, except for C. sinensis for which inhibition efficiency was not high. Plant-mineral composite showed greater than 80% of inhibition, regardless of algal species at high concentrations (1∼10ppm). M. aeruginosa and S. quadricauda were inhibited greater than 80% and 50% at 0.05 ppm, respectively, indicating that plant-mineral composite was an effective agent of algal control. Analysis for major constituents of plant-mineral composite showed that Al and Si exist at high concentration. Also oleic acid (41.0 mg L-1) and linoleic acid (34.0 mg L-1) were found to exist at the highest concentrations in fatty acid. Biotoxicity assessment of plant-mineral composite showed that EC50 value of 72-hour average growth rate of phytoplankton (Pseudokirchneriella subcapitata) was 7.8 mg L-1. EC50 value at 48- hour on zooplankton (Daphnia magna) was >100 mg L-1, while its NOEC (No Observed Effect Concentration) also was >100 mg L-1. LC50 value at 96-hour on fish (Oryzias latipes) was >100 mg L-1.
The highest algal removal rate was observed at 0.05∼1.0 ml L-1 of plant-mineral composite concentrations, where greater than 80% of phytoplankton biomass reduced. Therefore, 0.05 mg L-1 was selected as an optimum applying concentration. Other optimum condition of environmental variables for effective application were 1,400 μmol m-2s-1 for light intensity (>90% of algal reduction), 20∼30℃ for water temperature (>60% of algal reduction), 7∼9 for pH (>90% of algal reduction), below 50 cm for water depth (>90% of algal reduction), and cyanobacteria for dominant algal taxa (>80% of algal reduction).
The results of field application showed that plant-mineral composite treatment reduced significantly suspended solids, phyto- and zooplankton and nutrients (especially TP). A tested stream (Kyungan Stream) with low algal biomass, low suspended solids concentration, short residence time, and fluctuating water level showed a relatively low level of water quality improvement (90%). These results suggest that the plant-mineral composite has a great potential to remove the nuisant algal blooms and to improve water quality in eutrophic waters.
This study evaluated the effect of plant-mineral composite on the control of nuisant algae and water quality improvement, in both laboratory and outdoor experiments.
The laboratory test evaluated; (1) algal growth inhibition activity on cyanobacteria and green algae using three kinds of plant extracts, three minerals and the mixture of plant extracts and minerals, (2) the analysis of major components of the plant-mineral composite and biological toxicity assessment, and finally (3) the effect of a mixture on the algal reduction according to various environmental conditions such as agent concentration, light intensity, water temperature, pH, water depth, algal species composition. Outdoor test was conducted to evaluate the applicability of the plant-mineral composite in eutrophic lakes and stream.
The results indicated that cyanobacteria (Microcystis aeruginosa) was effectively inhibited (> 60% of the control) at the low concentration (1 mg L-1) of plant extracts from each of Quercus acutissima and Camellia crenata and natural zeolite. Green alga (Scenedesmus quadricauda) was also inhibited over 65% of the control by natural zeolite, and less than 50% of the control by each extract of C. sinensis and Q. acutissima. Chlorella vulgaris was inhibited by all substance at high concentration, except for C. sinensis for which inhibition efficiency was not high. Plant-mineral composite showed greater than 80% of inhibition, regardless of algal species at high concentrations (1∼10ppm). M. aeruginosa and S. quadricauda were inhibited greater than 80% and 50% at 0.05 ppm, respectively, indicating that plant-mineral composite was an effective agent of algal control. Analysis for major constituents of plant-mineral composite showed that Al and Si exist at high concentration. Also oleic acid (41.0 mg L-1) and linoleic acid (34.0 mg L-1) were found to exist at the highest concentrations in fatty acid. Biotoxicity assessment of plant-mineral composite showed that EC50 value of 72-hour average growth rate of phytoplankton (Pseudokirchneriella subcapitata) was 7.8 mg L-1. EC50 value at 48- hour on zooplankton (Daphnia magna) was >100 mg L-1, while its NOEC (No Observed Effect Concentration) also was >100 mg L-1. LC50 value at 96-hour on fish (Oryzias latipes) was >100 mg L-1.
The highest algal removal rate was observed at 0.05∼1.0 ml L-1 of plant-mineral composite concentrations, where greater than 80% of phytoplankton biomass reduced. Therefore, 0.05 mg L-1 was selected as an optimum applying concentration. Other optimum condition of environmental variables for effective application were 1,400 μmol m-2s-1 for light intensity (>90% of algal reduction), 20∼30℃ for water temperature (>60% of algal reduction), 7∼9 for pH (>90% of algal reduction), below 50 cm for water depth (>90% of algal reduction), and cyanobacteria for dominant algal taxa (>80% of algal reduction).
The results of field application showed that plant-mineral composite treatment reduced significantly suspended solids, phyto- and zooplankton and nutrients (especially TP). A tested stream (Kyungan Stream) with low algal biomass, low suspended solids concentration, short residence time, and fluctuating water level showed a relatively low level of water quality improvement (90%). These results suggest that the plant-mineral composite has a great potential to remove the nuisant algal blooms and to improve water quality in eutrophic waters.
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