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문제 정의
- 이에 본 연구는 녹조류의 일주기 리듬(diurnal rhythm)0!] 따른 인의 흡수율을 평가하여 조류제어를 위한 기초 자료를 마련하고자 하였다. 그리고 규산 질 다공체와 Ca 및 Fe화합물을 이용하여 인 제거 효과를 평가하였고, 볏짚 및 보릿짚의 메탄올 추출 물을 이용하여 조류제어 방법을 개발 평가하였다.
- 본 연구는 녹조류의 일주기 리듬에 따른 인 흡수 율의 평가와 규산질 다공체와 Ca 및 Fe화합물을 이용한 인 제거 효과를 평가하였고, 또한 볏짚 및 보 릿짚의 메탄올 추출물을 이용하여 조류제어 방법을 개발 평가하고자 하였으며 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 1 mgP/L과 1 mgP/L의 두 그룹으로 조제하였다. 규산질 다공체의 입도에 따른 인 제거효과를 조사하고자 입도 1, 2 및 4 mm 이하의 규산질 다공체를 삼각플라스크에 각각 10 g/L 첨가하였다. 대조구를 포함한 모든 시료의 인 농도는 0.
- 26 mg/L, pH 7로 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의 변화를 조사 하였다. 규산질 다공체의 처리량에 따른 인 제거효 과는 입도 1 mm 이하를 삼각플라스크에 각각 1, 2.5, 5 및 10 g/土로 첨가하였다. 인 농도는 0.
- 이에 본 연구는 녹조류의 일주기 리듬(diurnal rhythm)0!] 따른 인의 흡수율을 평가하여 조류제어를 위한 기초 자료를 마련하고자 하였다. 그리고 규산 질 다공체와 Ca 및 Fe화합물을 이용하여 인 제거 효과를 평가하였고, 볏짚 및 보릿짚의 메탄올 추출 물을 이용하여 조류제어 방법을 개발 평가하였다.
- 규산질 다공체의 입도에 따른 인 제거효과를 조사하고자 입도 1, 2 및 4 mm 이하의 규산질 다공체를 삼각플라스크에 각각 10 g/L 첨가하였다. 대조구를 포함한 모든 시료의 인 농도는 0.26 mg/L, pH 7로 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농도의 변화를 조사 하였다. 규산질 다공체의 처리량에 따른 인 제거효 과는 입도 1 mm 이하를 삼각플라스크에 각각 1, 2.
- 부영양화된 호소에서 수중 인 농도의 감소는 식 물플랑크톤의 대량 증식을 억제하는 중요한 수단으 로 고려되고 있으므로 수중 인의 불활성화를 통해 조류생장을 억제하는 규산질 다공체(CellCaSi)를 이용하여 인의 제거효과를 시험하였다. 또한 CellCaSi 와 함께 Ca와 Fe 화합물의 첨가에 따른 인 제거효 과도 조사하였다. 모든 시료에는 엽록소 a 농도 저 감효과가 우수한 것으로 조사된 1 mm이하의 CellCaSi(2)를 1 g丄가 되도록 첨가하였으며, CaCl2 - 2H?。와 FeCh • 6H2O의 농도는 각각 30 mgCa2%, 1 mgFee/L가 되도록 조절하였다.
- 250 mL 플라스 크 내 각각의 시료는 25℃, 150 uE/W/s의 연속광 조건에서 8일간 100 rpm으로 교반하였다. 또한 증 류수를 사용하여 규산질 다공체의 여러가지 조건 별 인 제거효과를 조사하였다. 정치 시료는 증류수 에 KH2PO4를 용해시켜 조제하였으며, K2HPO4는 0.
- 실험재료로는 국내 담수 수계에서 주요한 우점 녹 조류인 Chlordla vulgaris, Ankistrodesmus con~ volutus, Chlamydomonas sp.를 이용하였으며, 담수 수계에서 조류 생장에 가장 중요한 영양염류로 간 주되고 있는 인을 선정하여 2 uM 농도로 낮추어 인 -제한 상태로 Cyclostat를 수행하면서 각 녹조류의 인흡수율이 일주기 리듬에 어四한 영향을 나타내는 지 실험하였다. Cyclostat 배양은 760 mL 배양조에 GL배지를 사용하였고气 온도는 20℃, 광도는 140~ 150 uE/rrf/s로 조절하였다(Fig.
- 볏짚 및 보릿짚 메탄올 추출물을 이용하여 Microcystis aeruginosa의 생장 억제 효과를 실험하였다. 호 소에서 채수한 시료를 GF/C 유리섬유 여과지로 여과 하여 250 mL 삼각플라스크에 넣은 후, 처리구에 볏 짚 및 보릿짚 메탄올 추출물을 단일 또는 혼합하여 0.
- 부영양화된 호소에서 수중 인 농도의 감소는 식 물플랑크톤의 대량 증식을 억제하는 중요한 수단으 로 고려되고 있으므로 수중 인의 불활성화를 통해 조류생장을 억제하는 규산질 다공체(CellCaSi)를 이용하여 인의 제거효과를 시험하였다. 또한 CellCaSi 와 함께 Ca와 Fe 화합물의 첨가에 따른 인 제거효 과도 조사하였다.
- aeruginosa의 생장 억제실험을 하였다. 시료는 30℃, 150 pE/m2/s, 연속광 조건에서 100 rpm으로 배양하였으며, 배양기간 동안 세포 농도의 변화를 Haemacytometer와 Particle counter로 측정하였다.
- 5, 5 및 10 g/土로 첨가하였다. 인 농도는 0.22 mg/L, pH는 7로 각각 조절하여 상온에서 7일 동안 인 농 도의 변화를 조사하였다.
- 인흡수율의 측정은 32P 방사성 동위원소(Amersham Pharmacia Biotech, PBS11-1 mCi)의 희석액 0.05 mL, 농도 1 mg*/L의 P stock solution 0.5 mL,배양액 4.5 mL을 혼합하여 25℃, 160 uE/me/s의 조 건에서 행하였다. 4분 간격으로 3회씩 반응액 1 mL 을 취하여 0.
- 또한 증 류수를 사용하여 규산질 다공체의 여러가지 조건 별 인 제거효과를 조사하였다. 정치 시료는 증류수 에 KH2PO4를 용해시켜 조제하였으며, K2HPO4는 0.1 mgP/L과 1 mgP/L의 두 그룹으로 조제하였다. 규산질 다공체의 입도에 따른 인 제거효과를 조사하고자 입도 1, 2 및 4 mm 이하의 규산질 다공체를 삼각플라스크에 각각 10 g/L 첨가하였다.
- 05 mg P/L첨가하였다. 초기에는 30, 50, 100, 300 mg/L로 고농도의 볏짚 및 보릿짚 메탄올 추출물을 첨가하여 실험하였으며, 이후 혼합처리의 효과를 알아보고, 점차 첨가농도를 감소시켜 최종적으로는 0.01, 0.1, 1, 10 mg/L 첨가하여 M. aeruginosa의 생장 억제실험을 하였다. 시료는 30℃, 150 pE/m2/s, 연속광 조건에서 100 rpm으로 배양하였으며, 배양기간 동안 세포 농도의 변화를 Haemacytometer와 Particle counter로 측정하였다.
- 볏짚 및 보릿짚 메탄올 추출물을 이용하여 Microcystis aeruginosa의 생장 억제 효과를 실험하였다. 호 소에서 채수한 시료를 GF/C 유리섬유 여과지로 여과 하여 250 mL 삼각플라스크에 넣은 후, 처리구에 볏 짚 및 보릿짚 메탄올 추출물을 단일 또는 혼합하여 0.01, 0.1, 20, 30, 50, 100, 300 mg/L 첨가하였다. 이때 모든 시료에는 인을 0.
- , EYELA MP3)를 통해 일정한 속도로 배지가 유입되도록 하였으며, 같은 속도 로 유출되도록 하였다. 희석률은 0.5 ＜舟을 표준 조 건으로 하였으며, 12시간 간격으로 명주기와 암주기 가 반복되도록 하였다. 3일 연속으로 일정한 시간대 에 엽록소 a 농도와 세포 농도가 5% 미만의 편차를 나타내고 상승세 또는 내림세가 지속되지 않을 경우에 배양체가 steady-state에 이르렀다고 판단하였다.
이론/모형
- 3일 연속으로 일정한 시간대 에 엽록소 a 농도와 세포 농도가 5% 미만의 편차를 나타내고 상승세 또는 내림세가 지속되지 않을 경우에 배양체가 steady-state에 이르렀다고 판단하였다. 세포의 농도는 Particle counter(Coulter Z1) 또는 Haemacytometer(Laboroptik, Fuchs Rosenthal) 를 이용하여 계수하였다. 순간 생장률은 다음의 식 을 이용하여 구하였다.
성능/효과
- 부영양화로 인하여 해마다 여름철이면 미세조류의 대번성에 의한 녹조 현상이 반복적으로 발생함으로써 정수처리 비용의 증가, 경관의 미적 가치 하락, 이취미 물질과 독소의 생성에 의한 보건강의 위해요소 증가 등 다양한 환경문제가 발생하고 있다.1) 또한 대청호, 팔당호, 충주호 등 주요 인공 담수호들이 도시 인구의 식수원으로 이용되고 있는 국내 실정으로 볼 때, 적절한 수준의 수질관리는 국민의 건강과 직결되어 있다. 영국의 경우 잉글랜드와 웨일즈 지방에서 담수의 부영양화에 의한 비용이 연간 약 2억 달러로 막대한 예산이 투입되고 있으나2) 부영양화에 대한 각종 대책 및 방안이 아직 마련되지 않고 있으며, 가까운 미래에도 쉽게 해결되기는 어려울 것으로 추측되고 있다.
- 1） 녹조류의 일주기 리듬에 따른 인 흡수율을 평 가한 결과, G uulagris와 A. conuolutus는 낮 에 인 흡수율이 증가하고 밤에는 감소하는 경향을 보였고, Chamydomonas sp.는 반대로 밤 의 후반기에 최고의 인 흡수율을 나타내었다.
- 2) 규산질 다공체와 Ca 및 Fe 화합물을 이용한 인 제거 효과를 평가한 결과, 규산질 다공체, Ca 및 Fe 화합물 각각 인 제거에 효과적이었 으며, 특히 CellCaSi와 Ca, Fe 화합물을 모두 첨가한 처리구에서 가장 우수한 효과가 나타났다. 또한 같은 중량에 비해 비표면적이 넓은 1mm 이하의 작은 입자를 사용하였을 때 인 제거 효과가 가장 높게 나타났으며, CellCaSi 첨가량에 비례하여 인 제거 효과가 나타났다.
- 3) 볏짚 및 보릿짚의 메탄올 추출물을 이용한 Microcystis aeruginosae] 성장 억제 효과를 조 사한 결과, 고농도(30~300 mg/L) 추출물을 첨가한 실험에서는 초기부터 60%이상의 성장 제어효과를 나타내었으며, 7일 경과 후에는 모든 농도의 범위에서 83% 이상의 성장제어 효과를 나타내었다, 저농도(0.01 ~10 mg/L) 추 출물을 첨가한 실험에서는 초기에 낮은 성장 제어효과를 보였으나, 8일 경과 후에는 모든 농도 범위에서 90%이상의 성장제어효과가 나타났다. 이러한 추출물은 화학첨가물에 비해 2차 오염과 경제적 부담이 없어 현장적용에 용이할 것으로 사료된다.
- 5 ＜舟을 표준 조 건으로 하였으며, 12시간 간격으로 명주기와 암주기 가 반복되도록 하였다. 3일 연속으로 일정한 시간대 에 엽록소 a 농도와 세포 농도가 5% 미만의 편차를 나타내고 상승세 또는 내림세가 지속되지 않을 경우에 배양체가 steady-state에 이르렀다고 판단하였다. 세포의 농도는 Particle counter(Coulter Z1) 또는 Haemacytometer(Laboroptik, Fuchs Rosenthal) 를 이용하여 계수하였다.
- 5와 같다. 두 가지 처리군 모두에서 2시간 이내에 처리구 E(CellCaSi+Ca+Fe)의 인 농도가 각각 0.011, 0.536 mg-P/L까지 급격히 감소하였다. 또한 동일시간에서 서로 다른 3가지 처리구(B, CellCaSi； C, CellCaSi+Ca； D, CellCaSi+Fe) 역시 정도의 차이는 있었지만, 인 농도가 감소하였다.
- 467 mgP/L 로 최저의 인 농도를 나타내었다. 따라서 인 제거효 과는 CellCaSi만 처리했을 때보다는 Ca과 Fe 화합 물을 함께 첨가하였을 때 인의 제거 효과가 상승되 었음을 알 수 있었다.
- 2) 규산질 다공체와 Ca 및 Fe 화합물을 이용한 인 제거 효과를 평가한 결과, 규산질 다공체, Ca 및 Fe 화합물 각각 인 제거에 효과적이었 으며, 특히 CellCaSi와 Ca, Fe 화합물을 모두 첨가한 처리구에서 가장 우수한 효과가 나타났다. 또한 같은 중량에 비해 비표면적이 넓은 1mm 이하의 작은 입자를 사용하였을 때 인 제거 효과가 가장 높게 나타났으며, CellCaSi 첨가량에 비례하여 인 제거 효과가 나타났다. 이러한 탈인 반응은 중성 pH에서의 흡착에 기 인되는 것으로 사료된다.
- 8에서와 같이 초기에 64% 이상의 효과적인 생장 억제를 나타내었고, 7일 후에는 모두 99%의 생장 억제 효과를 나타내었다. 또한 보릿짚 메탄올 추출물을 30, 50, 100, 300 mg/L 첨가한 시료는 Fig. 9에서와 같이 초기부터 60% 이상의 뚜렷한 생장 억 제효과를 나타내었고, 7일 후에는 각각 88, 83, 83, 94%의 효과를 나타내었다.
- 먼저 30, 50, 100, 300 mg/土의 볏짚 및 보릿짚이 메탄올 추출물을 첨가하였을 때, 모든 시료가 83% 이상의 높은 생장 억제 효과를 나타냈다. 볏짚의 메탄 올 추출물을 30, 50, 100, 300 mg/L 첨가한 시료 역시 Fig.
- 볏짚 및 보릿짚을 메탄올을 이용하여 추출하였을 때 생성되는 물질은 푸마르산(fumaric acid)과 9, 12-옥타데카노산(9, 12-octadecanoic acid), 메틸 에 스테르(methyl ester), 벤조산(benzoic acid), o-하이 드록시 페 닐아세 트산(。-hydroxyphenylacetic acid), 시 린즈산(syringic acid), /广쿠마르산(Q-coumaiic acid), 페룰산(ferulic acid), 부틸산(butyric acid) 등으로 여러가지 물질이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 볏짚 및 보릿짚의 메탄올 추출물을 이용하여 남 조류 Microcystis aeruginosae 대상으로 성장제어 효과를 조사한 결과는 다음과 같다(Fig.
- 10에서 와 같다. 볏짚 및 보릿짚의 메탄올 추출물을 0.01, 0.1, 1, 10 mg/L을 첨가하였을 때, 초기（2일 후）에는 낮은 생장 억제효과를 나타내었지만, 4일 후에는 57~ 85%, 8일 후에는 90~98%의 높은 제어 효과를 나타내었다. 이 결과에 의하여 볏짚 및 보릿짚의 메탄 올 추출물은 저농도인 0.
- 먼저 30, 50, 100, 300 mg/土의 볏짚 및 보릿짚이 메탄올 추출물을 첨가하였을 때, 모든 시료가 83% 이상의 높은 생장 억제 효과를 나타냈다. 볏짚의 메탄 올 추출물을 30, 50, 100, 300 mg/L 첨가한 시료 역시 Fig. 8에서와 같이 초기에 64% 이상의 효과적인 생장 억제를 나타내었고, 7일 후에는 모두 99%의 생장 억제 효과를 나타내었다. 또한 보릿짚 메탄올 추출물을 30, 50, 100, 300 mg/L 첨가한 시료는 Fig.
- 1, 1, 10 mg/L을 첨가하였을 때, 초기（2일 후）에는 낮은 생장 억제효과를 나타내었지만, 4일 후에는 57~ 85%, 8일 후에는 90~98%의 높은 제어 효과를 나타내었다. 이 결과에 의하여 볏짚 및 보릿짚의 메탄 올 추출물은 저농도인 0.01 mg/L에서도 조류생장을 매우 효과적으로 억제하는 것으로 판단된다.
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