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문제 정의
- 이 연구는 식물플랑크톤 (Scenedesmus sp.) 이 영 양염류를 흡수하는 원리를 이용하여, 영양염류를 제거하기위하여 실시하였다. 식물플랑크톤을 교반하여 배양할 경우, 가장 빨리 증식되었고, 오수방류수를 식물플랑크톤배양액에 50% 되도록 혼합하여, 약 2일 동안 배양시키는 것이 영양염류를 제거하는데 효율적이었다.
제안 방법
- 엽록소 a를 측정하였다. 또한 식물플랑크톤 배양액 대신 증류수를 넣은 것을 대조구로 하였다.
- 본 연구에서는 식물플랑크톤을 이용한 영양염류 제거 가능성, 분뇨처리장과 오수처리장 방류수의 희석율, 물리적 운영조건, 배양시간, 운전조건을 파악하였다. 이러한 결과를 토대로 흐}여, 소규모 오수처리시설을 설치할 때 필요한 기초자료를 제공함으로써 수계의 부영양화를 방지하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 식물플랑크톤 증식과 영양염류의 이용상태를 조사하기 위하여, 분뇨방류수가 5, 10, 20% 되도록 증류수로 희석한 시료와, 대조구는 T-N, T-P 측정용 표준용액을 증류수로 희석하여 NOs-N 40.2 mg/L, PO4-P 2.1 mg/L 되도록 조제한 것을 사용하였다.
- 식물플랑크톤의 증식과정을 조사하기 위하여, 정치, 교반, 진탕, 포기의 4가지 물리적 방법을 시행하였다. 엽록소 a의 초기 농도가 0.
- 식물플랑크톤이 가장 빨리 성장하는 물리적 조건을 조사하기 위하여, 분뇨 방류수가 5% 유지되도록 증류수로 희석한 후, 식물플랑크톤을 엽록소 a의 농도가 0.3 mg/m2 3 되도록 접종하였다. 이것을 1L beaker에 나누어 담은 다음, 방치, 교반 (60rpm), 진탕 (100rpm), 포기 (0.
- 식물플랑크톤이 오수 방류수 중의 영양염류를 흡수하는데 소요되는 배양시간을 파악하기 위하여, 분뇨방류수 (농도 10%)와 오수방류수(원액)을 식물플랑크톤 배양액과 각각 1 : 1로 혼합하였다. 그런 다음, 1 L beaker에 담아 교반하여 (60 rpm) 4 일 동안 배 양하면서 TKN, DIP, 엽록소 a를 측정하였다.
- 식물플랑크톤이 증식, 성장함에 따라 영양염류를 흡수하는 과정을 조사하기 위하여, 3시간 간격으로 48시간 동안 TN, TKN, NH3-N, NO2-N, NO3-N, TP, DIP, 엽록소 a를 측정하였다.
- 여기에 식물플랑크톤(Sce〃edesmus sp.)을 엽록소 a의 농도로 0.3~0.6 mg/m3 되도록 각각 접종시킨 후, 삼각- flask에 200 mL를 넣어 연속 진탕(100 rpm) 시키면서 5 일 간격으로 15일 동안 (3회)에 걸쳐 TKN, NHs-N, DIP, 엽록소 a, DO, 수온 등을 측정하였다.
- 엽 록소 a 함량의 변화를 파악하기 위 하여 엽 록소 a 농도와 식물플랑크톤의 세포밀도를 측정하였다. 식물플랑크톤의 세포밀도 (cells/mL)는 12시간 간격으로 채취된시료를 formaline으로 고정 후 Sedwick-Ra仕er (SR) cell을 이용하여 200배율 광학현미경으로 3회 이상 계수하였다 (水野, 1964; Hirose 등 1997).
- 오수 방류수를 식물플랑크톤을 배양 시킬 경우, 적절 한 희석 배율을 조사하기 위하여, 방류수가 50~90% 함 유 되도록 식물플랑크톤 배양액으로 희석한 후, jar tester 를 이용하여 교반 (60 rpm)하면서 4일 동안 TKN, DIP, 엽록소 a를 측정하였다. 또한 식물플랑크톤 배양액 대신 증류수를 넣은 것을 대조구로 하였다.
- 오수처리장 방류수 중의 영양염류를 제거시키기 위한식물플랑크톤 배양액과 오수의 혼합비율을 파악하였다(Fig. 2).
- 3 mg/m2 3 되도록 접종하였다. 이것을 1L beaker에 나누어 담은 다음, 방치, 교반 (60rpm), 진탕 (100rpm), 포기 (0.61 L . air/min/sample 500 mL) 시키면서 2일 간격으로 16일 동안 엽 록소 a 농도를 측정 하였다.
대상 데이터
- 연구 대상은 도시 외곽지역의 가정에서 발생되는 분뇨를 수거하여 처리하는 시설의 방류수와 도시지역 아파트의 세탁이나 수세식 화장실 등에서 발생된 오수를 처리한 방류수로서 수질상태는 Table 1과 같다.
이론/모형
- 분석에 사용된 모든 시료는 GF/C glass fiber filter (Whatman, pore size 1 |丄m) 에 여과하여 식물플랑크톤을제거한 후, 총인 (TP)과 총질소 (TN)는 Menzel and Corwin (1965), 용존무기 인 (DIP)은 Standard Method (APHA, 1996), 킬달성질소 (TKN), NO3-N, NO2-N, NH3-N는 일본 위생시험방법 (1990)에 의하여 분석하였다. 식물플랑크톤 현존량 (엽록소 a)은 시료를 일정량 취하여 GF/C glass fiber filter로 여과하여 측정한 후 정량하였다 (Lorenzen, 1967).
성능/효과
- 즉, 대조구에 첨가한 질소성분이 NO3-N형태이기 때문에 식물플랑크톤이 증식에 이용하지 못한 것으로 사료된다. ‘4’항의 배양시간 예측 결과를 보면, NH3-N와 식물플랑크톤 증식은 밀접한 관계가 있음이 확인되 었다.
- 따라서, 이 결과에서 세포당 엽록소의 증가는 없었고, 세포의 증식만 있었음을 알 수 있었으며, 엽록소 a와 세포 밀도 간의 상관관계 (r2)는 0.97로 높았다.
- 또한 이번과 같은 실험 조건에서는 식물플랑크톤이최대한 성장할 경우 엽록소 a 농도가 1300 mg/m3까지증식한다는 사실을 확인하였다. 청정수역인 소양호의 경우, 1994년 4~6월의 조사결과 2.
- 이러한최 적 조건에 서 증식 된 식 물플랑크톤을 GF/C glass fiber filter로 여과하여 분석한 결과, TKN는 88% 이상 제거 되었고, DIP는 70~80% 제거되었으며, 이때 식물플랑크 톤이 최대한 1300 mg/m3로 증식되었다. 또한, 3시간 간격으로 영양염류의 이용과정을 분석한 결과, 식물플랑크톤의 증식은 NH3-N (r2 = 0.96)와 DIP (r2 = 0.92)와는 높은 상관관계를 보였다. 영양염류를 섭취하여 증식된 식물플랑크톤을 여 과시 키 거 나, 동물플랑크톤에 적 용시 켜먹이연쇄 관계를 이용한다면, 생태공학적으로 영양염류를 제거할 수 있고, 수계의 부영양화를 방지할 수 있을것으로 사료된다.
- 또한, 접종에 사용된 식물플랑크톤 생체를 분석한 결과 TKN:TP의 비가 약 3.2 : 0.75% 였으나, 3시간 간격으로 48시간 동안 측정된 식물플랑크톤의 생체에서는, TKN : TP 비가 평균 5.5: 0.9%로 TKN 비율이 조금 증가되었다. 영양이 충분한 조건하에서 자라고 있는 세포에서는 C : N : P가 106 : 16 : 1의 비 (mole비)로 포함된다고하였으나 (Darley, 1973), 본 연구에서는 성장 조건 차이로 세포 구성비가 달라졌다고 볼 수 있다.
- 나타났다. 본 연구 결과 5%로 희석한 것이 식물플랑크톤 증식에가장 효율적인 것으로 판단된다.
- 7mg/L로 오히려 조금 증가되는 현상을 보여, 세포내와 현탁성 인의 일부가 용존성 인으로 용출된 결과로 사료된다 (Bruce et al, 1983). 식물플랑크톤은 50~60%로 혼합된 조건 보다, 70~80%로 혼합시킨 반응조에서 3일째 엽록소 a 농도가 2677.9~2857.1 mg/m3 범위의 큰 값으로 식물플랑크톤이 더 많이 증식되었다.
- ) 이 영 양염류를 흡수하는 원리를 이용하여, 영양염류를 제거하기위하여 실시하였다. 식물플랑크톤을 교반하여 배양할 경우, 가장 빨리 증식되었고, 오수방류수를 식물플랑크톤배양액에 50% 되도록 혼합하여, 약 2일 동안 배양시키는 것이 영양염류를 제거하는데 효율적이었다. 이러한최 적 조건에 서 증식 된 식 물플랑크톤을 GF/C glass fiber filter로 여과하여 분석한 결과, TKN는 88% 이상 제거 되었고, DIP는 70~80% 제거되었으며, 이때 식물플랑크 톤이 최대한 1300 mg/m3로 증식되었다.
- 식물플랑크톤을 이용하면, 오수 방류수와 분뇨 방류수중에 포함된 질소와 인을 제거할 수 있음이 확인되었고, 오수 방류수에서는 2일 동안 배양시키고, 분뇨 방류수는 4일 정도 배양시키면 되는 것으로 나타났다. 식물플랑크톤을 이용하여 영양염류를 제거시키려면, 오염물질의 농도가 낮은 오수를 대상으로 선택하는 것이 더 적합한것으로 나타났다.
- 식물플랑크톤을 이용하여 영양염류를 제거시키려면, 오염물질의 농도가 낮은 오수를 대상으로 선택하는 것이 더 적합한것으로 나타났다.
- 이 결과에서 초기 5일 동안에는 희석배율이 높아질수록 NH3-N 독성이 나타나며, 15 일 이후에는 식물플랑크톤이 질소원으로 NH3-N을 이용하기 시작하면서부터 NH3-N 농도가 지속적으로 감소되는 것으로 나타났다. 본 연구 결과 5%로 희석한 것이 식물플랑크톤 증식에가장 효율적인 것으로 판단된다.
- 2 mg/m3로 높은 농도를 보였다 (허 등, 1995). 이것과 본 실험결과를 비교하면, 본 실험에 서 엽 록소 a 농도가 약 13배 높은 값을 보였다. 이 는 질소와 인의 농도가 높을 경우 엽록소 a의 농도를 더 증가시킬 수 있다.
- 식물플랑크톤을 교반하여 배양할 경우, 가장 빨리 증식되었고, 오수방류수를 식물플랑크톤배양액에 50% 되도록 혼합하여, 약 2일 동안 배양시키는 것이 영양염류를 제거하는데 효율적이었다. 이러한최 적 조건에 서 증식 된 식 물플랑크톤을 GF/C glass fiber filter로 여과하여 분석한 결과, TKN는 88% 이상 제거 되었고, DIP는 70~80% 제거되었으며, 이때 식물플랑크 톤이 최대한 1300 mg/m3로 증식되었다. 또한, 3시간 간격으로 영양염류의 이용과정을 분석한 결과, 식물플랑크톤의 증식은 NH3-N (r2 = 0.
- 전체적으로 보면, 50%로 희석하였을 경우, 가장 좋은효율로 나타났다. 향후 실험은 50%를 기준으로 실행하였다.
후속연구
- 92)와는 높은 상관관계를 보였다. 영양염류를 섭취하여 증식된 식물플랑크톤을 여 과시 키 거 나, 동물플랑크톤에 적 용시 켜먹이연쇄 관계를 이용한다면, 생태공학적으로 영양염류를 제거할 수 있고, 수계의 부영양화를 방지할 수 있을것으로 사료된다.
- 이러한 결과를 토대로 흐}여, 소규모 오수처리시설을 설치할 때 필요한 기초자료를 제공함으로써 수계의 부영양화를 방지하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 향후, 현장에 적용할 시에는 진탕 방법은 어려우므로교반이나 정치를 시켜야 하는데, 부지가 많으면 정치시키는 것이 에너지 효율면에서는 좋은 방법이나, 결국 식물플랑크톤을 초기에 많이 증식시키려면 교반시켜야 할 것으로 사료된다.
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