Loess, PAC, MACF and plants were applied to the control of the phytoplankton bloom in laboratory and in field, In field experiment using oil fence, 5ppm concentration of coagulant(PAC) was observed to be effective in controlling the cyanobacterial bloom, resulting in 90% removal of cyanobacteria and...
Loess, PAC, MACF and plants were applied to the control of the phytoplankton bloom in laboratory and in field, In field experiment using oil fence, 5ppm concentration of coagulant(PAC) was observed to be effective in controlling the cyanobacterial bloom, resulting in 90% removal of cyanobacteria and phytoplankton from the water column, hi case of Synedra sp., however, only 50% of biomass decreased with the same PAC concentration. MACF(micro-air bubble coagulation and floating), a kind of physicochemical method, was applied to the column of the Kyongan stream and resulted in over 80% chlorophyll a and 73.5% TP removal, Chlorophyll a and total phosphorus were effectively removed from water body when 2.0 g/L of loess with the particle radius of 125 ${\mu}m$ was inputted. In case of experiments involving plants, big cone pine, gingko, and pine needle were observed to be effective in restraining phytoplankton bloom at 0.5g/200ml level. During a field test done at Kyungan stream, where Microcystis heavily occurred, Pine needle and big cone pine were observed to be effective on suppressing algal growth.
Loess, PAC, MACF and plants were applied to the control of the phytoplankton bloom in laboratory and in field, In field experiment using oil fence, 5ppm concentration of coagulant(PAC) was observed to be effective in controlling the cyanobacterial bloom, resulting in 90% removal of cyanobacteria and phytoplankton from the water column, hi case of Synedra sp., however, only 50% of biomass decreased with the same PAC concentration. MACF(micro-air bubble coagulation and floating), a kind of physicochemical method, was applied to the column of the Kyongan stream and resulted in over 80% chlorophyll a and 73.5% TP removal, Chlorophyll a and total phosphorus were effectively removed from water body when 2.0 g/L of loess with the particle radius of 125 ${\mu}m$ was inputted. In case of experiments involving plants, big cone pine, gingko, and pine needle were observed to be effective in restraining phytoplankton bloom at 0.5g/200ml level. During a field test done at Kyungan stream, where Microcystis heavily occurred, Pine needle and big cone pine were observed to be effective on suppressing algal growth.
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문제 정의
본 연구에서는 황토 미세기포, 응집제인 PAC (poly aluminium chloride) 및 팔당호 주변에 자생하는 식물체 잎이나 수생식물체를 이용하여 cyanobacteria 와 식물 플랑크톤의 증식을 억제 또는 제거하는 효율을 조사하고 평가하고자 하였다.
제안 방법
Cyanobacteria 제어를 위한 적용식물은 팔당호 주변에서 자생하고 있는 식물체(잣나무, 소나무, 은행나무) 잎들로서, 적용식물은 각각 습체 및 건체를 만들어 식물 플랑크톤 제거효율평가에 적용하였다. 식물 건체는 5(rc에서 3일간 건조시켜 준비하였다.
경 안천 원 수를 대상으로 PAC(poly aluminum chloride)<H| 의한 여러가지 수질의 변화를 실험실 내에서 조사하였다. PAC의 투입농도를 5, 10, 15, 20 그리고 30mg//으로 변화시 켜 조사한 결과, 20mg/2 이상에서는 잔류 aluminum의 농도가 증가하였으며, 부영양화 원인 물질인 인의 농도는 PAC를 5mg//로 투입 시 급격하게 감소하였고 10mg/ℓ 이상에서는 더 이상 영향을 감소하지 않는 것으로 나타났다.
방법이다. 경안천 광동교 하류의 만입 부인 Fig. 1의 site 2를 대상으로 처리지의 규모를 450m3하고 미세기포 토출능력이 45m3/hr 장비를 이용하여 처리수 방류를 200 m3/hr 되도록 하여 처리 하였다. 처리 조의 체 류시 간은 2시 간이였으며, 응집제인 PAC는 1.
응집제(PAC)의 적정한 투입량을 결정하기 위하여 Table 2와 같이 PAC를 1 ~5mg/I 의 단계적인 농도로 실험하였다. 조사결과 PAC 농도 3 mg//에서 chlorophyll a가 22.
방류구에는 ejector pump를 부착하고처리수를 처리지 밖으로 분사하여 배수하도록 하였다. 응집제로 사용한 PAC(polyaluminium chloride; inorganic coagulant/flocculant)는 정량펌프를 통해 미세기포 토출구로 연결하여 수중으로 직접 방출되도록 하였다.
위해 표준망체를 이용하였다. 지역별 황토의성분분석을 위해 microwave(Microwave Laboratory Systems, Milestoue)로 전처리 한 후 ICP (Thermo Jarrell Ash, Enviro #)를 이용하여 Si, Ca, Al, Fe, Mg, Mn, Na 성분 분석을 하였다.
1의 site 2를 대상으로 처리지의 규모를 450m3하고 미세기포 토출능력이 45m3/hr 장비를 이용하여 처리수 방류를 200 m3/hr 되도록 하여 처리 하였다. 처리 조의 체 류시 간은 2시 간이였으며, 응집제인 PAC는 1.8 mg/I으로 투입하여 chlorophyll a의 제거효율을 조사하였다.
팔당호 주변에서 자생하는 육상식물(Terrestrial plants)인 솔잎, 잣잎, 은행잎 등을 가지고 cyano- bacteria의 증식억제 효율을 조사였다. Barrett (1993, 1994)과 Cooper et al(1997) 등은 대형수생식물과 육상식물 등을 이용한 조류제어를 연구하였으며, 주로 식물체에서 조류증식 억제물질은 미생물분해 작용으로 인해 용출된다고 하였다
식물 건체는 5(rc에서 3일간 건조시켜 준비하였다. 현장실험조를 이용한 cyano- bacteria의 증식 억제 조사를 위해 아크릴 수조(60x60X90cm)를 경안천에 설치하여 적용 식물체 종류와 농도별로 각각 cyanobacteria의 제어효율을 평가하였다. Cyanobacteria는 팔당호에서 분리한 Microcystis aeruginosa를 104 cells/m2 이 되도록 접종한 후 기타 다른 cyanobacteria와 조류가 증식하고 있는 현장의 호소수로 채웠다.
황토 PAC, MACF와 식물체를 이용하여 cyano- bacteria와 식물 플랑크톤의 제거효율을 실험실과 현장(팔당호)에서 조사하였다. Oil fence를 이용한 PAC의 현장실험에서 PACe 부유성인 cyanobacteria의 제거에 효과가 있어 5ppm의 농도에서 90%의 cyanobacteria나 식물 플랑크톤을 제거 하였으나, 규조류(Synedra sp.
대상 데이터
Oil fence와 MACF(micro-air coagulation and floatation)를 이용한 Cyanobacteria와 식물성플랑크톤 제어는 팔당호로 유입되는 경안천의 광동교 부근을 대상으로 1999년과 2000년에 조사하였다 (Figure 1).
적용하였다. 식물 건체는 5(rc에서 3일간 건조시켜 준비하였다. 현장실험조를 이용한 cyano- bacteria의 증식 억제 조사를 위해 아크릴 수조(60x60X90cm)를 경안천에 설치하여 적용 식물체 종류와 농도별로 각각 cyanobacteria의 제어효율을 평가하였다.
이러한 fence를 400m 2개로 제작하여 총 800 m를 제작하였고, 경안천 광동교 하류 200 m 지점에서 2 중으로 엇갈리게 횡으로 설치하였고, 횡축에서 하류로 30°정도 경사를 주어 발생한 cycnobac- teria나 식물 플랑크톤이 site2의 만입부로 자연적으로 모이도록 하였다(figure 1).
홉착하여 침전시키는 작용으로 적조 및 녹조생물을 제거하기 위해 이용된다. 처리효율에 영향을 주는 음이온의 함량을 조사하기 위해 6개 지역(양평, 정선, 산양, 이천, 제천, 영월)의 황토를 채취하여 분석한 결과 양평지역의 황토가 Si의 함량이나 Mn의 함량이 다른 지역보다 높았고 응짐작용에 중요한 역할을 하는 A1의 함량은 정선이나 산양 등에 비해 낮았으나 팔당호를 대상으로 제거효율을 조사하고자 하였기 때문에 팔당호 주변에서 구하기 쉬운 양평지역의 황토를 사용하였다.
황토는 양평, 이천, 제천, 영월, 정선지역에서 채취하여 실험에 사용하였으며, 입경별로 분류하기 위해 표준망체를 이용하였다. 지역별 황토의성분분석을 위해 microwave(Microwave Laboratory Systems, Milestoue)로 전처리 한 후 ICP (Thermo Jarrell Ash, Enviro #)를 이용하여 Si, Ca, Al, Fe, Mg, Mn, Na 성분 분석을 하였다.
성능/효과
내에서 조사하였다. PAC의 투입농도를 5, 10, 15, 20 그리고 30mg//으로 변화시 켜 조사한 결과, 20mg/2 이상에서는 잔류 aluminum의 농도가 증가하였으며, 부영양화 원인 물질인 인의 농도는 PAC를 5mg//로 투입 시 급격하게 감소하였고 10mg/ℓ 이상에서는 더 이상 영향을 감소하지 않는 것으로 나타났다. PAC를 20mg// 이상으로 투입한 경우 오히려 pH가 감소하고 COD 및 잔류알루미늄이 증가하는 등 수질에 좋지 않은 영향을 미치기 때문에 TP와 COD 와 같은 영양물질을 제거히기 위해서는 PAC의 투입농도가 5mg/ℓ 이하의 농도로 투입하여야 한다(Figure 2).
0㎍/ℓ로 99%의 가장 높은 제거효율을 보였고, COD와 탁도는 5mg/ℓ, SS는 4mg/ℓ 에서 높은 제거효율을 보였다. TP의 제거효율은 PAC농도 4 mg//에서 70% 이상의 제거효율이 있는 것으로 나타났으나 TN의 경우 거의 제거되지 않는 것으로 조사되었다. Kim and Kang(2003)의 연구에서는 A1 을 최소역치 5mgAl/[이상의 농도로 투입하여야 부유물의 침전에 의한 제거효과를 기대할 수 있는 것으로 보고하였다.
규조류 중 Cyclotella spp.가 우점한 경안천 원수를 채취하여 개체수 및 chlorophyll a 제거효율 조사결과 총 조류수 11, 950 cell/㎖에 대하여 size 250 ㎛ 이하의 황토를 4 g 투입한 경우 4, 940 cell/㎖로 감소하였고, 250 - 500 ㎛의 황토를 4 g 투입한 경우에는 5, 270 cell/㎖로 감소한 것으로 나타나 양평지역 황토의 경우 size 250 ㎛ 이하에서 2~4 g 정도 투여하는 것이 효과적으로 분석되었다(Table 4). 정(2001)의 조사 결과에서는 경안천에서 cyanobacteria인 anabaena가발생한 시료를 대상으로 황토의 농도와 입자 크기에 따른 chlorophyll a 제거효율 조사결과 125 ㎛ 입경의 황토를 2.
의 경우에는 5 mg/ I 에서는 약 50%정도의 제거효과가 있었고, 10 nig/I 에서 70% 그리고 20 mg/ℓ의 높은 농도에서 약 85% 정도의 제거효율을 나타냈다(Figure 3). 따라서 독성 및 이취미 문제가 되는 cyano- bacteria와 취기 문제를 야기하는 녹조류에 대해서는 응집제인 PAC를 5 mg/I 이하인 비교적 낮은 농도에서도 좋은 제거효율을 보여주었지만, 봄철과 겨울철의 낮은 수온에서 증식 하면서 정수장의 여과지 폐쇄를 유발하는 규조류는 齊藤 昭#와 有井鈴江(1993)가 보고한 전염소 주입의유무에 의한 대형 규조류 4종의 응집침전 제거 특성 조사 결과와 마찬가지로 PAC를 15mg/I 이상 투입하여야 제거가 되는 것으로 조사되었다.
MACF 방법의 경우 다른 방법에 비해 많은 수량을 연속적으로 처리를 할 수 있기 때문에 만입부와 같이 조류 발생이 심한 지역을 대상으로 cyanobacteria의 발생이 시작하는 시기에 처리하고, cyanobacteria가 이미 발생하여 수표면에 scum이 넓은 지역으로 확대된 경우는 황토를 살포하면 효과가 있을 것으로 기대된다. 또한 경안천 수역과 같이 부유성 cyanobacteria의 발생이 심하고 발생된 조류가 본류로 유입되어 영향을 미치는 수역의 경우는 MACF, 황토나 식물체를 이용한 방법과 병행하여 수심 1m 정도의 차단막(skirt)이 장착된 oil fence를 본류로 유입 되기 이전의 지점 에 설치 하면 효과적으로 부유성 cyanobacteria의 본류 유입차단을 할 수 있을 것으로 보인다.
4 μ힙 ]로 87% 정도의 제거 효율이 있는 것으로 조사되었다(Table 3). 또한 원수의 chlorophyll a가 10㎍/ℓ 정도로 농도가 낮았던 경우에도 chlorophyll a가 75% 이상의 높은 제거효율이 있는 것으로 나타나 미세기포를 이용한 MACF 법은 원수의 chlorophyll a의 농도가 높거나 낮아도 80% 이상의 처리효율을 나타내어 모두 현장 적용이 가능한 것으로 조사되었다.
규조류 Synedra sp.를 대상으로 PAC 투입농도에 따른 제거효과를 조사한 결과 cyanobacteria인 Micro- cyMs와 녹조류인 C. vulgaris는 PAC 주입 량이 5 mg// 이하에서 모두 95%의 제거율을 나타냈다. 반면에 규조류인 Synedra sp.
모든 방법이 chlorophyll a에 대해서는 80% 이상의 제거효율이 있으며, MACF와 식물체의 경우 총인도 함께 제거되는 효과도 있다. 조사된 방법 중 MACF와 수생식 물을 이용한 방법은 생태학적인 측면에서 우수하며, 황토의 경우 시설이나 장비 등의 요구가 다른 방법에 비해 편리 하다.
)의 경우에는 같은 농도에서 50%정도만 제거되었다. 미세기포를 방출하는 MACF의 현장 적용 결과에서는 엽록소 a가 80% 이상 그리고 총인도 73.5% 제거되는 것으로 나타났다. 황토를 이용한 실험에서는 입경125㎛를 2.
0g/L로 투여 하였을 때 엽록소 a와 총인의 제거효율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 식물체를 이용한 현장실험에서는 잣잎, 은행잎과 솔잎을0.5 g/200㎖로 투여 하였을 때 식물 플랑크톤의 성장을 억제하는 효과가 나타났으며, Microcystis가 발생한 경안천 현장 실험에서는 솔잎과 잣잎을 같은 농도로 투여 하였을 때 효과가 있었다.
6㎍//로 나타나 fence에 의한 효과가 있는 것으로 조사되다. 조사 기간 동안 경안천의 chlorophyll a가 높았던 10월 5 일과 9일에는 oil fence를 경계로 상류와 하류 간의 차이가 커서 다른 조사 시기에 비해 phyto- plankton의 차단 효과가 있는 것으로 나타났으나 그 외의 시기에는 oil fence 상하류간의 차이가 크지 않은 것으로 나타났다. 이는 출현한 식물 플랑크톤의 종류가 수표면에 부유하는 cyanobacteria 보다는 녹조류와 규조류 같이 수중에 부유하는 조류가 많았기 때문인 것으로 추정 된다.
농도로 실험하였다. 조사결과 PAC 농도 3 mg//에서 chlorophyll a가 22.7㎍/ℓ에서 2.0㎍/ℓ로 99%의 가장 높은 제거효율을 보였고, COD와 탁도는 5mg/ℓ, SS는 4mg/ℓ 에서 높은 제거효율을 보였다. TP의 제거효율은 PAC농도 4 mg//에서 70% 이상의 제거효율이 있는 것으로 나타났으나 TN의 경우 거의 제거되지 않는 것으로 조사되었다.
6 "g/I 이 였다. 처리 결과 1시간 처리 후, MACF 처 리지에서 chlorophyll a가 17.1 “g/I 로 89%가 제거 되었으며, 방류수는 20.4 μ힙 ]로 87% 정도의 제거 효율이 있는 것으로 조사되었다(Table 3). 또한 원수의 chlorophyll a가 10㎍/ℓ 정도로 농도가 낮았던 경우에도 chlorophyll a가 75% 이상의 높은 제거효율이 있는 것으로 나타나 미세기포를 이용한 MACF 법은 원수의 chlorophyll a의 농도가 높거나 낮아도 80% 이상의 처리효율을 나타내어 모두 현장 적용이 가능한 것으로 조사되었다.
팔당호에서 cyanobacteria의 증식이 활발한 경안천 만입부에서 cyanobacteria가 증식하고 있는 시기에 현장에서 실험을 한 결과 솔잎 투여조는 lg/I 투여량 보다 0.25g/1 투여량에서 9일째 53%, 14일째 63%, 17일째 74%의 더 높은 효율을 보였고, 잣잎 투여조는 lg/1 투여량에서 9일째 40%, 14일째 70%, 17일째 69%로 효율이 더 높았다(Table 5).
5% 제거되는 것으로 나타났다. 황토를 이용한 실험에서는 입경125㎛를 2.0g/L로 투여 하였을 때 엽록소 a와 총인의 제거효율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 식물체를 이용한 현장실험에서는 잣잎, 은행잎과 솔잎을0.
후속연구
특히, 우리나라는 장마이후 cyanobacteria의 발생이 심하기 때문에 적용 시기는 장마이후 수체가 안정된 시기에 적용하는 것이 좋은 효과를 나타낼 수 있을 것으로 보인다. MACF 방법의 경우 다른 방법에 비해 많은 수량을 연속적으로 처리를 할 수 있기 때문에 만입부와 같이 조류 발생이 심한 지역을 대상으로 cyanobacteria의 발생이 시작하는 시기에 처리하고, cyanobacteria가 이미 발생하여 수표면에 scum이 넓은 지역으로 확대된 경우는 황토를 살포하면 효과가 있을 것으로 기대된다. 또한 경안천 수역과 같이 부유성 cyanobacteria의 발생이 심하고 발생된 조류가 본류로 유입되어 영향을 미치는 수역의 경우는 MACF, 황토나 식물체를 이용한 방법과 병행하여 수심 1m 정도의 차단막(skirt)이 장착된 oil fence를 본류로 유입 되기 이전의 지점 에 설치 하면 효과적으로 부유성 cyanobacteria의 본류 유입차단을 할 수 있을 것으로 보인다.
Kim and Kang(2003)의 연구에서는 A1 을 최소역치 5mgAl/[이상의 농도로 투입하여야 부유물의 침전에 의한 제거효과를 기대할 수 있는 것으로 보고하였다. 그러나 침전에 의해 제거하는 것보다는 미세기포와 함께 응집제를 사용한다면 보다 적은 PAC 투입 농도로도 높은 제거효율을 기대할 수 있을 것으로 보인다.
팔당호와 같이 부영양화된 호소에서 cyano- bacteria등을 제거하기 위해서는 만입부와 같은 조류 발생 수역을 대상으로 이러한 방법들을 적용한다면 효과가 있을 것으로 기대된다. 특히, 우리나라는 장마이후 cyanobacteria의 발생이 심하기 때문에 적용 시기는 장마이후 수체가 안정된 시기에 적용하는 것이 좋은 효과를 나타낼 수 있을 것으로 보인다.
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