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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이와 같은 효과를 나타내는 분말세라믹을 이용하여 조류제어에 관한 실험을 수행하고, 수중 영양염류의 변화를 측정함으로써 분말세라믹 처리에 따른 조류제어 및 수질정화 효과를 조사하였다.
제안 방법
- 각 실험구에 인공 배양된 M. aeruginosa^] 초기 in vivo fluorescence 값이 75 전후가 되도록 접종하고 여 기에 입자크기가 0.05 mm로 제조된 분말세라믹을 각각 0.1, 1, 10g IL의 농도로 투여하여 시간에 따른 M. aeru- gimsa의 제거효과를 관찰하였다(Fig. 2). 대조구에서는 최종 48시간까지 서서히 침전이 이루어진 반면 처리구에서는 분말세라믹 투여 농도가 높아짐에 따라 초기 침전속도 및 최종 조류 침전효율도 증가하였다.
- aeruginosa^] 시간별 in vivo fluorescence의 변화를나타낸 것이다. 각 실험구에 인공배양된 M. aeruginosa 의 초기 in vivo fluorescence 75 전후가 되 도록 접 종하고 여기에 0.05, 0.1, 1mm로 제조된 분말세라믹을 1 g 의 농도로 투여하여 시간에 따른 M. aeruginosa^] 제거효과를 관찰하였다. 대조구의 경우 aeruginosa 접종후 9시간에 以»。fluorescence의 값이 52로 약 31 %의 자연적인 침전현상이 나타났으며, 9시간 이후에는 더 이상의 침전은 일어나지 않았다.
- 의 제거효과를 조사하였다. 또한 대조구로녹조류인 C. zofiRgiensis를 사용하여 분말세라믹의 선택적 조류 제거효과를 확인하였다.
- 분말세라믹 처리에 의한 인공 배양된 남조류의 제거효과를 확인하기 위하여 남조류인 M. aeruginosa를 대상으로 0.05, 0.1, 1 mm로 제조된 분말세라믹을 입자크기별로 투여하고 시간별 in vivo fluorescence를 측정하여 M. 의 제거효과를 조사하였다. 또한 대조구로녹조류인 C.
- 분말세라믹에 의한 조류의 선택적 제거효과를 조사하기 위하여 녹조류의 일종인 C. zofiH응诂isis를 이용하여 초기 in vivo fluorescence 340~ 350이 되 도록 접종하고 여기에 0.05, 0.1, 1mm로 제조된 분말세라믹을 1g 1疽의 농도로 투여하여 C. 灵仞gM屛诂의 제거효과를 조사하였다 (Fig. IB). C.
- 에 의해 수화현상이 심한 중청북도 옥천군 추소리 인근 소재 저수지의 시료를 대상으로 하여 200 L의 액상조에 150L의 현장시료를 첨가하여 분말세라믹 투여에 따른 조류 제거효과를 조사하였다. 분말세라믹은 조류제 거 에 가장 효율적 인 것으로 확인된 입자크기가 0.05 mm인 것을 사용하였고, 각 실험구에 투여된 분말세라믹의 농도는 0.01, 0.1, IgLT가 되도록 처리하여 엽록소-a의 농도를 측정하여 분말세라믹 처리에 따른 조류 제거정도를 조사하였다(Fig. 4). 분말 세라믹을 투여하지 않은 대조구(초기 엽록소-a, 115.
- 현장시료는 Microcystis sp. 에 의해 수화현상이 심한 중청북도 옥천군 추소리 인근 소재 저수지의 시료를 대상으로 하여 200 L의 액상조에 150L의 현장시료를 첨가하여 분말세라믹 투여에 따른 조류 제거효과를 조사하였다. 분말세라믹은 조류제 거 에 가장 효율적 인 것으로 확인된 입자크기가 0.
- 엽록소-a 농도의 측정을 위해 각 시료는 여과지 (GD/ X, PVDF, 25 nm, 0.2 pm)로 여 과하고 chloroform-me- thanol(2: 1, v/v)을 가해 저온 암소에서 24시간 방치하여 엽록소-a를 추출하였다. 추출용액을 여기 (excitation) 440 nm, 방출 (emission) 665 nm 조건의 fluorometer (Turner 450, Bamstead/Thermolyne, USA)# 이용하여 3 반복으로 측정하였다.
- 엽록소-a의 농도를 간접적으로 알 수 있는 in vivo flu orescence^- 시간별로 채취한 시료 2mL을 (excita tion) 440 nm, 방출 (emission) 665 nm 조건의 fluorometer (Turner 450, Bamstead/Thermolyne, USA)를 이 용하여 3 반복으로 측정하였다.
- 의 대량생장에 의해 수화현상이 빈번하게 발생하는 충청북도 옥천군 추소리 인근 소재 저수지의 시료를 대상으로 하여 분말세라믹의 처리에 따른 Microcystis sp.의 제 거 효과를 조사하였다. 현장 시료를 200L 플라스틱 액상조에 현장시료 150 L를 첨가한 후 24시간 동안 안정화시켜 액상조 내에서 Microcystis sp.
- 대조구의 경우 접종 후 9시간에 약 38% (in vivo flu orescence, 216), 최종 48시간에서는 42% (in vivo fluore- scence, 201)의 자연적인 침전효율을 나타내었다. 입도 0.05, 0.1, 1mm 분말세라믹의 경우 투여 48시간 후 각각 64, 52, 44% (in vivo fluorescence, 124, 165, 191)의 침전효율을 나타내었다. 이러한 실험결과에 근거하여 입도별 분말세 라믹 처 리 에 따른 M.
- 2 pm)로 여 과하고 chloroform-me- thanol(2: 1, v/v)을 가해 저온 암소에서 24시간 방치하여 엽록소-a를 추출하였다. 추출용액을 여기 (excitation) 440 nm, 방출 (emission) 665 nm 조건의 fluorometer (Turner 450, Bamstead/Thermolyne, USA)# 이용하여 3 반복으로 측정하였다. 측정한 형광값은 환산식을 이용하여 엽록소-a의 농도를 산출하였다(Wood 1985).
대상 데이터
- 미세조류의 배양은 배양온도 25°C, 광도 100〜 150)iEm-2sT, 1일 간격의 명암주기 (16시간 light : 8시간 dark)가 자동 조절되는 shaking incubator에서 100rpm으로 15일간 배양하여 실험에 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 미세조류 Microcystis 와 Chlorella zofingiensis의 배 양은 250 mL 플라스크에 합성배지인 Allen medium을 100mL 첨가하여 121 °C에서 15 분 동안 가압멸균한 후, 일정량의 미세조류를 접종하여배양하였다. 미세조류의 배양은 배양온도 25°C, 광도 100〜 150)iEm-2sT, 1일 간격의 명암주기 (16시간 light : 8시간 dark)가 자동 조절되는 shaking incubator에서 100rpm으로 15일간 배양하여 실험에 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 분말세라믹은 알루미나, 실리카, 산화철, 이산화망간, 산화동, 마그네시 아를 일정비율에 따라 배합하여 L300°C에서 10시간 동안 1차 소성한 후, poly-vinyl-alchohl(PVA)-g- 첨가하여 l, 350°C에서 5시간 동안 2차 소성하여 제조하였다. 이와 같이 제조된 세라믹을 분쇄기 (HM 500, Korea)를 이용하여 분쇄한 후 표준체 (Standard Sieve)를 이 용하여 0.
- 현장시료는 Microcystis sp.에 의해 수화현상이 심한 충청북도 옥천군 추소리 인근 소재 저수지의 시료를 대상으로 현장에서 채취한 시료를 냉장하여 실험실로 운반하여 실험에 이용하였다. 각 실험 구에 현장시료의 엽록소*의 농도는 130 )Ag L-1 전후가 되도록 접종하고 여기에 0.
- 2차 소성하여 제조하였다. 이와 같이 제조된 세라믹을 분쇄기 (HM 500, Korea)를 이용하여 분쇄한 후 표준체 (Standard Sieve)를 이 용하여 0.05 〜 1 mm의 분말 세라믹을 입도별로 구분하여 실험에 사용하였다.
이론/모형
- 인공 배양된 조류 및 현장 시료로부터 분말세라믹 처리에 의한 조류제거 효과는 각 실험구로부터 수표면으로부터 5 cm 아래에서 시료를 채취하여 in vivo fluorescence 측정 법 또는 엽록소-a 추출법을 이용하여 엽록소- a의 농도를 측정함으로써 결정하였다. 침전효율 계산은시료의 초기 엽록소-a 의 값 (Co) 에 대한 시간에 따른 엽록소-a의 값 (C)의 변화 정도를 아래의 식에 의해 계산하였다.
- 추출용액을 여기 (excitation) 440 nm, 방출 (emission) 665 nm 조건의 fluorometer (Turner 450, Bamstead/Thermolyne, USA)# 이용하여 3 반복으로 측정하였다. 측정한 형광값은 환산식을 이용하여 엽록소-a의 농도를 산출하였다(Wood 1985).
성능/효과
- 대조구의 경우 aeruginosa 접종후 9시간에 以»。fluorescence의 값이 52로 약 31 %의 자연적인 침전현상이 나타났으며, 9시간 이후에는 더 이상의 침전은 일어나지 않았다. 0.05, 0.1, 1 mm의 분말세라믹을 투여한 실험구의 경우에서는 초기 3시간 내에서 급격한 침전현상이 나타났으며 48시간 후 M. aeruginosa 의 최종 침전효율은 각각 82, 69, 34% (zm vivo fluore scence, 13, 23, 48)로 투여된 분말세라믹의 입자크기가작을수록 침전효율은 증가하는 것으로 나타났다. 입자크기가 1mm의 분말세라믹을 투여한 경우 침전효율은 대조구와 유사하였으며 이러한 이유는 투여된 분말세라믹의 입자크기가 크기 때문에 분말세라믹의 침전속도는 높은 반면 M.
- 3B). Fig. 3B에 나타난 바와 같이 분말세라믹의 처리농도가 증가할수록 엽록소*의 제거효과는 증가하는 것으로 나타났으며, 0.01 gLL의 농도에서 엽록소2의 제거효율은 각각 약 33%로 대조구(23%)에 비해 엽록소-a의 제거 효과는 크지 않은 것을 확인할 수 있었다. 반면 lg LT (초기 엽록소-a, 125.
- 05 mm의 분말세라믹 1 g !「'의 농도로 투여하였을 때 Microcystis sp.^ 제거효과를 기대할 수 있었으며 수화발생 지역의 현장에 적용이 가능함을 확인할 수 있었다. 또한 이와 같은 분말세라믹 처리에 앞서 오존, 염소, 이산화염소 및 과망간산염 등과 같은 preoxi- dant의 전처리를 통하여 침전효율을 증가시킬 수 있을 것으로 예 상된다 (Steynberg et al.
- aeruginosa^] 제거효과를 관찰하였다. 대조구의 경우 aeruginosa 접종후 9시간에 以»。fluorescence의 값이 52로 약 31 %의 자연적인 침전현상이 나타났으며, 9시간 이후에는 더 이상의 침전은 일어나지 않았다. 0.
- 2). 대조구에서는 최종 48시간까지 서서히 침전이 이루어진 반면 처리구에서는 분말세라믹 투여 농도가 높아짐에 따라 초기 침전속도 및 최종 조류 침전효율도 증가하였다. 대조구와 0.
- 대조구에서는 최종 48시간까지 서서히 침전이 이루어진 반면 처리구에서는 분말세라믹 투여 농도가 높아짐에 따라 초기 침전속도 및 최종 조류 침전효율도 증가하였다. 대조구와 0.1, 1, 10g IL의 분말세라믹 처리구의 최종 48시간 후 M. 의 침전효율은 각각 37, 39, 82 및 90%로나타났다. 특히 10gLT의 분말세라믹을 투여한 경우(초기 in vivo fluorescence, 77), 1 시간 후에 약 53%의 침전효율 (讥 vivo fluorescence, 36)을 나타내 었으며, 최종 48시간에서는 약 90% (in vivo fluorescence, 8)로 M.
- zq/MgSi前s의 시 간에 따른 침전 형태는 必의 경우와 유사한 패턴을 나타내었다. 대조구의 경우 접종 후 9시간에 약 38% (in vivo flu orescence, 216), 최종 48시간에서는 42% (in vivo fluore- scence, 201)의 자연적인 침전효율을 나타내었다. 입도 0.
- 또한 과도한 양의 분말세라믹 투여는 침전슬러지를 발생시켜 2차 오염문제를 유발할 수 있을 뿐만 아니라 경제적 인 측면에서도 비효율적 이다. 따라서 수화발생 수역의 현장시료에서는 입도크기 0.05 mm, 투여농도 1 g 의 분말세라믹 처리 시, 가장 효율적으로 남조류를 제거할 수 있을 것으로 판단된다.
- 의 침전효율은 각각 82, 64%로 큰 차이를 나타내었다. 또한 입자크기 0.1 mm의 경우에서도 M. aeruginosa 및 C. 沥의 침전효율은 각각 69, 52%로 분말세라믹 처리에 따른 조류의 선택적 침전의 차이를 나타남을 확인하였다. 이러한 선택적 침전의 차이가 나타나는 원인은 조류에 따라 비중, 이동성, 형태적 특징, 세포표면의 음전하의 차이에 기인하기 때문이다 (Bernhardt and Clasen 1991; Pieterse and Cloot 1997).
- 1 ng Lp로 분말세라믹을 투여하지 않은대조구에 비해 약간 증가하는 것으로 확인되었다. 반면 0.05 mm의 분말세라믹 (초기 엽록소-a, 131.5 卩g IL)의경우 투여 24시간 후 엽록소-a의 농도가 약 67%(최종엽록소-a, 38.9卩g Lp가 감소됨으로써 조류 제거효과가우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 인공 배양된 M.
- 01 gLL의 농도에서 엽록소2의 제거효율은 각각 약 33%로 대조구(23%)에 비해 엽록소-a의 제거 효과는 크지 않은 것을 확인할 수 있었다. 반면 lg LT (초기 엽록소-a, 125.6|如 IL)의 분말세라믹 처리 시 67%(최종 엽록소-a, 42.1 IL)의 엽록소-a 제거 효과가 있었고, 10g 1L (초기 엽록소a, 121.0卩glL)의 분말 세라믹 처리한 경우 엽록소*의 농도는 최대 87%(최종엽록소-a, 16.5|iigLT)까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
- 6卩g LL)의 조류 침전효율을 나타내었다. 반면 분말세 라믹의 투여농도를 IgLT (초기 엽록소- a, 114.7 遲 IL)로 처리한 실험구에서 약 69%(최종 엽록소a, 35.6 pg IL)로 가장 높게 나타났으며, 투여농도 0.01, 0.1g LL (초기 엽록소-a, 108.4, 116.5 |如 Lp에서는 각각 27, 38% (최종 엽록소-a, 76.4, 69.2 Rg IL)로서 분말 세라믹의 처리농도가 증가함에 따라 제거효율도 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 연구 결과를 토대로 입자크기 0.
- 6 卩g LL)인 경우 A/ic/pcys力s sp.의 침전효율이 각각 약 32, 40% (최종 엽록소-a, 86.8, 74.1 ng Lp로 분말세라믹을 투여하지 않은대조구에 비해 약간 증가하는 것으로 확인되었다. 반면 0.
- 9卩g Lp가 감소됨으로써 조류 제거효과가우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 인공 배양된 M. aeruginosa^나타난 결과와 유사하게 투여 된 분말세라믹의 입자크기가 작을수록 침전효율은 증가하는 것으로 나타났다.
- 이러한 결과에 비추어 분말세라믹의 처리농도가 증가할수록 엽록소-a의 제거효율은 증가하나 낮은 투여농도에서는 엽록소-a의 제거효율을 크게 기대할 수 없었다. 또한 과도한 양의 분말세라믹 투여는 침전슬러지를 발생시켜 2차 오염문제를 유발할 수 있을 뿐만 아니라 경제적 인 측면에서도 비효율적 이다.
- 1, 1mm 분말세라믹의 경우 투여 48시간 후 각각 64, 52, 44% (in vivo fluorescence, 124, 165, 191)의 침전효율을 나타내었다. 이러한 실험결과에 근거하여 입도별 분말세 라믹 처 리 에 따른 M. aen/gWosa와 C. zofingiensis 의 침전효율은 분말세라믹의 입자크기가 작을수록 증가하는 것을 알 수 있었다. 반면, 동일한 입자크기 (0.
- 의 침전효율은 각각 37, 39, 82 및 90%로나타났다. 특히 10gLT의 분말세라믹을 투여한 경우(초기 in vivo fluorescence, 77), 1 시간 후에 약 53%의 침전효율 (讥 vivo fluorescence, 36)을 나타내 었으며, 최종 48시간에서는 약 90% (in vivo fluorescence, 8)로 M. aerugi- nosa의 제거효과가 우수하였다.
후속연구
- 1996)은 단지 살조제로서 뿐만 아니라 응집제로서의 역할을 하며 낮은 농도에서 조류의 응집효과를 증진 할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서 preoxidant 화합물을 이용한 전처리방법과 분말세라믹을 동시에 이용하면 수화가 발생한 대규모 현장에서도 독성 남조류를 효율적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다.
- 이러한 선택적 침전의 차이가 나타나는 원인은 조류에 따라 비중, 이동성, 형태적 특징, 세포표면의 음전하의 차이에 기인하기 때문이다 (Bernhardt and Clasen 1991; Pieterse and Cloot 1997). 따라서 분말세라믹의 처리 시 조류의 서로 다른 특징을 이용하여 Af 의 효율적인 선택적 제거가 가능할 것으로 예상된다.
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