인공식물섬의 BOD, SS, T-N, T-P제거효율과 조류의 성장억제 능력을 분석하였으며 조류제어효과에 있어서 미생물보유활성화, 식물의 흡수효과에 대한 각각의 효과성을 판단하기 위해 구성요소별 장치를 구성하여 실험하였다. 구성요소별 장치는 (1) Blank Test, (2) 인공식물섬(VAFI) $0.25m^2$, (3) 식물을 식재 하지 않은 인공식물섬(AFI) $0.25m^2$, (4) 인공식물섬을 수면위로 부유시키기 위한 부력재 $0.25m^2$, (5) Media (부력재 $0.25m^2$에 50cm 길이로 Media를 4줄 부착)이다. BOD제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 82.7, 80.8, 45.2, 59.6%로 나타났다. T-N제거는 VAFI, AFI, Media에서 각각 51.2, 31.7, 25.1%로 나타났다. T-P제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 23.3, 16.7, 10.0, 13.3%로 나타났다. 엽록소-${alpha}$는 VAFI에서 97.9%가 제거되었다. VAFI의 구성 요소별 제거율은 차광효과 35.1%,미생물의 복합작용에 의한 효과 61%, 식물과 뿌리에 의한 효과 1.8%인 것으로 나타났다.
인공식물섬의 BOD, SS, T-N, T-P제거효율과 조류의 성장억제 능력을 분석하였으며 조류제어효과에 있어서 미생물보유활성화, 식물의 흡수효과에 대한 각각의 효과성을 판단하기 위해 구성요소별 장치를 구성하여 실험하였다. 구성요소별 장치는 (1) Blank Test, (2) 인공식물섬(VAFI) $0.25m^2$, (3) 식물을 식재 하지 않은 인공식물섬(AFI) $0.25m^2$, (4) 인공식물섬을 수면위로 부유시키기 위한 부력재 $0.25m^2$, (5) Media (부력재 $0.25m^2$에 50cm 길이로 Media를 4줄 부착)이다. BOD제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 82.7, 80.8, 45.2, 59.6%로 나타났다. T-N제거는 VAFI, AFI, Media에서 각각 51.2, 31.7, 25.1%로 나타났다. T-P제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 23.3, 16.7, 10.0, 13.3%로 나타났다. 엽록소-${alpha}$는 VAFI에서 97.9%가 제거되었다. VAFI의 구성 요소별 제거율은 차광효과 35.1%,미생물의 복합작용에 의한 효과 61%, 식물과 뿌리에 의한 효과 1.8%인 것으로 나타났다.
We investigated the effect on the removal of BOD, SS, TN and TP and algal growth inhibition of Vegetated Artificial Floating Island (VAFI), by examining microorganism activity and nutrient uptake in the batch test of various conditions: (1) Blank (Control group), (2) VAFI of $0.25m^2$, (3...
We investigated the effect on the removal of BOD, SS, TN and TP and algal growth inhibition of Vegetated Artificial Floating Island (VAFI), by examining microorganism activity and nutrient uptake in the batch test of various conditions: (1) Blank (Control group), (2) VAFI of $0.25m^2$, (3) AFI of $0.25m^2$ which has no vegetation, (4) buoyant plate of $0.25m^2$, (5) buoyant plate of $0.25m^2$ with linear media. The proportion of BOD removal in the VAFI, AFI, buoyant plate and buoyant plate with media were 82.7, 80.8, 45.2% and 59.6% respectively. TN removal in the VAFI, AFI and buoyant plate with media were 51.2, 31.7% and 25.1% respectively. TP removal in the VAFI, AFI, buoyant plate and buoyant plate with media were 23.3, 16.7, 10.0% and 13.3% respectively. Chlorophyll-${\alpha}$ removal in the VAFI was 97.9%. The factors of chlorophyll-${\alpha}$ removal in the VAFI accounted for the shading effect of 35.1%, microorganisms activity of 61%, and plant root of 1.8%.
We investigated the effect on the removal of BOD, SS, TN and TP and algal growth inhibition of Vegetated Artificial Floating Island (VAFI), by examining microorganism activity and nutrient uptake in the batch test of various conditions: (1) Blank (Control group), (2) VAFI of $0.25m^2$, (3) AFI of $0.25m^2$ which has no vegetation, (4) buoyant plate of $0.25m^2$, (5) buoyant plate of $0.25m^2$ with linear media. The proportion of BOD removal in the VAFI, AFI, buoyant plate and buoyant plate with media were 82.7, 80.8, 45.2% and 59.6% respectively. TN removal in the VAFI, AFI and buoyant plate with media were 51.2, 31.7% and 25.1% respectively. TP removal in the VAFI, AFI, buoyant plate and buoyant plate with media were 23.3, 16.7, 10.0% and 13.3% respectively. Chlorophyll-${\alpha}$ removal in the VAFI was 97.9%. The factors of chlorophyll-${\alpha}$ removal in the VAFI accounted for the shading effect of 35.1%, microorganisms activity of 61%, and plant root of 1.8%.
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제안 방법
따라서 본 연구에서는 폐쇄성 오염원이 지속적으로 유입되는 폐쇄수역에 인공식물섬을 설치하고 이들의 BOD, SS, T-N, T-P제거효과와 조류의 성장억제 능력을 분석하였으며, 조류제어효과에 있어서 차광효과, 미생물 활성화, 식물의 영양염류 흡수에 대한 각각의 효과를 판단하기 위해 인공식물섬의 구성 요소 별 장치를 구분하여 실험하였다.
4m) 5개에 시수를 200L씩 주입하고 실험조의 유량변동을 최소화하기 위해 고농도 인공원수(조성: BOD 약106 mg L1, T-N 약 5 X 103 mg L'1, T-P 약 IO, mg L-1)를ImL 주입한 후 균질하게 교반하였다. 수조 5개에 각각Blank, 인공식물섬 (VAFI) 0.25 m2, 식물 미식재 인공식물섬 (AFI) 0.25 m2, 부력재 0.25 m% Media의 조건으로 반응조를 구성하고 시료 채수 시 채수한 만큼 원수 및 시수를 보충해주는 방법으로 유입과 우츨의 상태를 조성하였다. 조류를 인위적으로 발생시키기 위해 충남 보령에 위치한 신구저수지에서 조류대발생 되었다고 판단되는 시점에 (2007년 7월 1일) 조류가 밀집해 있는 호안의 수표면에서 채수하여 각각의 반응조에 10mL씩 주입하였다.
실험에서 사용된 인공식물섬은 코코넛 화이버 (coconut fiber)로 구성된 기반재 에 발포성 부력재 (Poly Ethylene Form)를 부착하고 HDPE (High DensityPoly Ethylene)망체로 감싸서 제작하였으며 식물은 1년생 노랑꽃창포 (Iris pseudoacorus) 2~3분얼 4 pot를 식재하였다(권, 2007). 실험은 원형 수조(용량 300 L, 200L 원수 투입 시 수면지름 0.8 m, 수면적 0.5 m% 수심 0.4m) 5개에 시수를 200L씩 주입하고 실험조의 유량변동을 최소화하기 위해 고농도 인공원수(조성: BOD 약106 mg L1, T-N 약 5 X 103 mg L'1, T-P 약 IO, mg L-1)를ImL 주입한 후 균질하게 교반하였다. 수조 5개에 각각Blank, 인공식물섬 (VAFI) 0.
25 m2을 투입, (4) 차광에 대한 효과를 분석하기 위해 인공식물섬을 수면위로 부유시키는 역할을 하고 있는 부력재 0.25n?을 투입, (5) 인공식물섬 식생기 반재의미 생물활성 효과와 비교분석 하기 위한 Media (부력재 0.25 m?에 50 cm 길이로 Media를 4줄 부착)를 투입하였다.
인공식물섬의 BOD, SS, T-N, T-P제거효율과 조류의 성장억제 능력을 분석하였으며 조류제어효과에 있어서 미생물 보유 활성화, 식물의 흡수효과에 대한 각각의 효과성을 판단하기 위해 구성요소별 장치를 구성하여 실험하였다. 구성요소별 장치는 (1) Blank Test, (2) 인공식물섬 (VAFI) 0.
대상 데이터
본 연구는 실험실 규모(Lab-scale)의 동일한 환경 조건에서 5가지의 실험대상을 투입하여 진행하였다. 5가지 실험대상은 (1) 비교를 위한 Blank Test, (2) 차과 미생물, 식물성장에 의해 오염물질을 제거하는 복합적 효과를 분석하기 위해 인공식물섬 (VAFI) 0.
실험기간은 2007년 7월부터 9월까지 하절기에 실시하였으며 실험장소는 일조량 확보를 위해 (주)아썸 본사 옥상에서 실시하였다. 실험에서 사용된 인공식물섬은 코코넛 화이버 (coconut fiber)로 구성된 기반재 에 발포성 부력재 (Poly Ethylene Form)를 부착하고 HDPE (High DensityPoly Ethylene)망체로 감싸서 제작하였으며 식물은 1년생 노랑꽃창포 (Iris pseudoacorus) 2~3분얼 4 pot를 식재하였다(권, 2007).
실시하였다. 실험에서 사용된 인공식물섬은 코코넛 화이버 (coconut fiber)로 구성된 기반재 에 발포성 부력재 (Poly Ethylene Form)를 부착하고 HDPE (High DensityPoly Ethylene)망체로 감싸서 제작하였으며 식물은 1년생 노랑꽃창포 (Iris pseudoacorus) 2~3분얼 4 pot를 식재하였다(권, 2007). 실험은 원형 수조(용량 300 L, 200L 원수 투입 시 수면지름 0.
25 m% Media의 조건으로 반응조를 구성하고 시료 채수 시 채수한 만큼 원수 및 시수를 보충해주는 방법으로 유입과 우츨의 상태를 조성하였다. 조류를 인위적으로 발생시키기 위해 충남 보령에 위치한 신구저수지에서 조류대발생 되었다고 판단되는 시점에 (2007년 7월 1일) 조류가 밀집해 있는 호안의 수표면에서 채수하여 각각의 반응조에 10mL씩 주입하였다. 인공식물섬의 효과를 검증하기 위하여 1주당 2회 채수를 실시하였으며 각 항목의 분석방법으로 BO%는 YSI-58 Model로 DO농도를 측정하여 계산하였고 총인 (T-P), 총질소 (T-N),엽록소-a는 흡광광도법을 이용하여 측정하였으며 부유물질(SS)은 유리섬유여지법으로 측정하였다(환경부, 2006).
데이터처리
인공식물섬의 효과를 검증하기 위하여 1주당 2회 채수를 실시하였으며 각 항목의 분석방법으로 BO%는 YSI-58 Model로 DO농도를 측정하여 계산하였고 총인 (T-P), 총질소 (T-N),엽록소-a는 흡광광도법을 이용하여 측정하였으며 부유물질(SS)은 유리섬유여지법으로 측정하였다(환경부, 2006). 모든 실험항목의 제거율은 월별 분석값 중 최종 달(9월)에 산출된 값들의 평균을 Blank와 비교하여 계산하였다.
이론/모형
조류를 인위적으로 발생시키기 위해 충남 보령에 위치한 신구저수지에서 조류대발생 되었다고 판단되는 시점에 (2007년 7월 1일) 조류가 밀집해 있는 호안의 수표면에서 채수하여 각각의 반응조에 10mL씩 주입하였다. 인공식물섬의 효과를 검증하기 위하여 1주당 2회 채수를 실시하였으며 각 항목의 분석방법으로 BO%는 YSI-58 Model로 DO농도를 측정하여 계산하였고 총인 (T-P), 총질소 (T-N),엽록소-a는 흡광광도법을 이용하여 측정하였으며 부유물질(SS)은 유리섬유여지법으로 측정하였다(환경부, 2006). 모든 실험항목의 제거율은 월별 분석값 중 최종 달(9월)에 산출된 값들의 평균을 Blank와 비교하여 계산하였다.
성능/효과
T-P는 9월평균 Blank에서 0.3 mg L-1였으며 VAFI에서 0.23 mg L-1로 23.3%, AFI는 0.25 mg L-1로 16.7%, 부력재는 0.27mgLT로 10.0%, Media는 0.26 mg 이로 13.3%의 제거효율을 나타냈다(Table 4, Fig. 4). VAFI에서 제거효율이 가장 양호하였으나 다른 실험항목들과 달리 제거효율의 차이가 크지 않았다.
9%가 제거되었다. VAFI의 구성 요소별 제거율은 차광효과 35.1%, 미생물의 복합작용에 의한 효과 61%, 식물과 뿌리에 의한 효과 1.8%인 것으로 나타났다.
9%를 나타냈다. VAFL의 구성요소별 제거효율로 분석해보면 총 97.9% 중 차광효과 35.1%, 식생기반재에 부착한 미생물의 복합작용에 의한 효과 61.0%, 식물과 뿌리에 의한 효과 1.8%인 것으로 나타났다. 식물과 뿌리에 의한 효과가 매우 낮게 나타났는데 이는 식물이 완전하게 성장하지 못했기 때문이라고 판단된다.
8 mg L-1^. 감소하였으며 제거 효율은 82.7%로 나타났다. AFI의 경우에도 2.
2mg L-1로 인공식물섬보다 높은 수치를 나타내었다. 결과적으로 미생물부착기반에 미생물의 보유량에 따라 BOD 제거효율에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 부력재의 경우도5.
5). 녹조 제거 효과는 VAFI, AFI, Media, 부력재, Blank 순서 인 것으로 볼 때 단순한 햇빛차단효과보다 미생물과 식물에 의한 상호작용의 영향이 주된 효과인 것으로 판단된다. 인공식물섬의 수질정화 기작으로 식물의 영양염류 흡수, 식물 뿌리와 식생기반재 표면에 부착하는 미생물 및 부착조류에 의한 제거, 부유물의 침강, 햇빛의 차폐효과, 어류에 의한 섭취 등이 제시되고 있다(양, 2006).
인공식물섬의 수질정화 기작으로 식물의 영양염류 흡수, 식물 뿌리와 식생기반재 표면에 부착하는 미생물 및 부착조류에 의한 제거, 부유물의 침강, 햇빛의 차폐효과, 어류에 의한 섭취 등이 제시되고 있다(양, 2006). 단기간에 실험이 진행되었으며 반복적인 결과는 얻지 못하였으나 본 실험에 있어서 VAFI의 조류 총 제거효율은 97.9%를 나타냈다. VAFL의 구성요소별 제거효율로 분석해보면 총 97.
이는 소형인공호수에서 인공식물섬의 수질개선효과를 Test하여 10월에 T-N제거효율 57%를 얻은(권과 박, 2002) 결과와 유사하다. 또한 AFI의 경우에도 3.1 mg LT까지 농도가 감소하였고 제거효율은 31.1%를 나타냈다. 이와 유사하게 Media에서 3.
이는 기반재의 구성 이 코코넛화이버 (coconut fiber)로써 다량의 미생물이 부착하여 BOD 유발물질을 제거한 것으로 판단된다. 미생물 부착을 목적으로 하는 Media도 그 효과는 양호하였으나 AFI에 비해 약간 낮은 59.6%의 제거효율을 나타냈으며 9월평균 BOD가 4.2mg L-1로 인공식물섬보다 높은 수치를 나타내었다. 결과적으로 미생물부착기반에 미생물의 보유량에 따라 BOD 제거효율에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
1mgLT으로 단 시간 내에 상승한 것으로 볼 때 조류의 과다번식에 의해 농도가 증가한 것으로 판단된다. 반면에 VAFL의 경우는 3.0mgLT이며 제거효율은 91.9%였고 AFL의 경우에도 5.0mgLT이며 제거효율은 86.5%로 양호하게 유지되었다(Table 2, Fig. 2). 부력재의 경우 햇빛을 차단한 효과로 Blank보다 낮은 수치인 24.
2). 부력재의 경우 햇빛을 차단한 효과로 Blank보다 낮은 수치인 24.8mgLT과 제거효율은 33.2%로 나타났으나 조류 발생에 의한 농도상승이 관찰되었으며 Media의 경우 7.7 mg L-1와 제거효율은 79.2%로 Blank보다 양호하나 VAFI보다 좋지 않은 수치를 나타내었다.
실험초기에는 각 반응조별로 거의 차이가 없었으나 인공원수를 이용하여 실험한 결과 9월 평균 Blank에서 10.4mgLT까지 농도가 증가하였다. 이에 비해 VAFL의경 우 BOD 농도가 1.
권(2007)의 연구에 의하면 식물뿌리 등에 부착한 세균은 주위의 낮은 농도의 유기물, N, P를 흡수하여 증식하고 이 세균의 밀도가 높아지면 그만큼 이들 물질의 농도가 높아져 물질분해율, 미생물활성도가 증가한다. 이 과정에서 인공식물섬 내에서 생산성도 함께 높아져 동물성플랑크톤의 수적증가, 어류의 증가도 함께 나타나는 것으로 확인되었다. Rheinheimer(1980)의 연구에 의하면 수중생태계에서 세균은 유기물분해 및 재합성 기능을 행하여 물질 순환에 기여하며, 용존영양물질을 생체 내로 흡수하여 영양단계가 더 높은 생물에게 에너지를 공급하는 중요한 역할을 담당하고 있다.
1%를 나타냈다. 이와 유사하게 Media에서 3.4 mg L-1까지 농도가 감소하였고 제거효율은 24.4%의 결과를 보였으나 두 경우 모두 VAFL보다 농도가 높았다. 미생물에 의해 주요한 정화작용이 발생하는 AFL와 Media보다 VAFI의 T-N제거효율이 양호한 것은 비표면적인 넓은 식물 뿌리부에 추가적으로 부착한 미생물작용과 식물자체흡수에 의한 효과인 것으로 판단된다.
식물과 뿌리에 의한 효과가 매우 낮게 나타났는데 이는 식물이 완전하게 성장하지 못했기 때문이라고 판단된다. 지속적으로 오염 이 되고 이를 이용해 식물이 성장하여 영양염류의 흡수량이 증가하고 뿌리부가 발달하여 미생물의 보유량이 증가하면 인공식물섬의한 부분으로써 조류제거에 차지하는 부분이 더욱 높아질 것이라 판단된다.
초기 조류 seeding 및 지속적인 오염물질 강제주입을 실시하였으며 8월 이후 수온이 상승하자 9월평균 Blank 의 조류농도가- 92.4 mg m*으로 심각한 녹조현상이 발생되었으나 VAFI 및 AFI의 경우 조류농도가 1.9, 3.6 mg m-3로 조류성장이 억제되었다(Table 5, Fig. 5). 녹조 제거 효과는 VAFI, AFI, Media, 부력재, Blank 순서 인 것으로 볼 때 단순한 햇빛차단효과보다 미생물과 식물에 의한 상호작용의 영향이 주된 효과인 것으로 판단된다.
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