부영양 저수지의 수질개선을 위한 수로형 CROM 개발 및 운영: 패류밀도의 효과 Development and Operation of Canal-type CROM for Water Quality Improvement of Eutrophic Reservoir: Mussel Density Effect원문보기
국내산 이매패의 유기물 제어능을 극대화하기 위하여 '수로형 CROM'을 제작하고 채집 하천에서 가장 높은 출현을 보였던 말조개와 펄조개를 현장의 상대밀도 (7:3)와 동일하게 처리하여 12일 동안 운영하였고, 동일한 조건에서 실험도중 각 패류를 30%씩 추가하고 14일 동안 운영하면서 각 실험에서 CROM의 유기물 제어능 및 배설물 생산량을 조사하였다. 두 차례의 실험결과 1) 처리수의 SS와 Chl-$\alpha$의 뚜렷한 감소, 2) 암모니아와 배설물의 뚜렷한 증가, 3) 총질소와 총인의 유의한 감소 등의 결과를 얻었다 (t-test, P<0.001 for all). 이는 결국 두 종류의 국내산 이매패를 혼합 적용한 수로형 CROM은 기존의 '상자형이나 하천형 CROM'보다 처리효율이 높고 상대적으로 낮은 패류사망율 및 영양염 배출 등의 장점을 가지고 있어 현장적용에 유용할 것으로 판단되었다.
국내산 이매패의 유기물 제어능을 극대화하기 위하여 '수로형 CROM'을 제작하고 채집 하천에서 가장 높은 출현을 보였던 말조개와 펄조개를 현장의 상대밀도 (7:3)와 동일하게 처리하여 12일 동안 운영하였고, 동일한 조건에서 실험도중 각 패류를 30%씩 추가하고 14일 동안 운영하면서 각 실험에서 CROM의 유기물 제어능 및 배설물 생산량을 조사하였다. 두 차례의 실험결과 1) 처리수의 SS와 Chl-$\alpha$의 뚜렷한 감소, 2) 암모니아와 배설물의 뚜렷한 증가, 3) 총질소와 총인의 유의한 감소 등의 결과를 얻었다 (t-test, P<0.001 for all). 이는 결국 두 종류의 국내산 이매패를 혼합 적용한 수로형 CROM은 기존의 '상자형이나 하천형 CROM'보다 처리효율이 높고 상대적으로 낮은 패류사망율 및 영양염 배출 등의 장점을 가지고 있어 현장적용에 유용할 것으로 판단되었다.
A novel or canal-type continuous removal of organic matter (C-CROM) with combined freshwater bivalves (Unio douglasiae and Anodonta woodiana) was developed to improve the water quality (IWQ) of eutrophic reservoirs. The first experiment was performed for 12 days to measure the IWQ using 256 individu...
A novel or canal-type continuous removal of organic matter (C-CROM) with combined freshwater bivalves (Unio douglasiae and Anodonta woodiana) was developed to improve the water quality (IWQ) of eutrophic reservoirs. The first experiment was performed for 12 days to measure the IWQ using 256 individuals of combined bivalves (ca. 7:3), at the same density that distributed in the collection stream. The second experiment was conducted to evaluate the efficacy of IWQ with the addition of each 30% of two mussels for 14 days. Results indicated that a novel C-CROM significantly decreased suspended solids, chlorophyll-$\alpha$, transparency, total nitrogen and phosphorus, and increased ammonium and biodeposition (t-test, P<0.001 for all), while other dissolved inorganic nutrients such as $NO_2$, $NO_3$, and SRP did not change (t-test, P>0.5). Daily IWQ performances of C-CROM with combined mussels was about two times higher to the previous studies using single species where less suspended inorganic nutrients were released except for ammonia. Collectively, a C-CROM is more strategic to the water quality improvement of eutrophic lake.
A novel or canal-type continuous removal of organic matter (C-CROM) with combined freshwater bivalves (Unio douglasiae and Anodonta woodiana) was developed to improve the water quality (IWQ) of eutrophic reservoirs. The first experiment was performed for 12 days to measure the IWQ using 256 individuals of combined bivalves (ca. 7:3), at the same density that distributed in the collection stream. The second experiment was conducted to evaluate the efficacy of IWQ with the addition of each 30% of two mussels for 14 days. Results indicated that a novel C-CROM significantly decreased suspended solids, chlorophyll-$\alpha$, transparency, total nitrogen and phosphorus, and increased ammonium and biodeposition (t-test, P<0.001 for all), while other dissolved inorganic nutrients such as $NO_2$, $NO_3$, and SRP did not change (t-test, P>0.5). Daily IWQ performances of C-CROM with combined mussels was about two times higher to the previous studies using single species where less suspended inorganic nutrients were released except for ammonia. Collectively, a C-CROM is more strategic to the water quality improvement of eutrophic lake.
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문제 정의
높게 설정하였다는 점에서 차별화된다. 특히 상자형 CROM 운영시 동일종의 개체수 확보를 위해 많은 노력이 필요하며, 단일종만 선택적으로 사용 후 다시 환원할 경우 채집장소에 특정 패류만 환원시킴으로써 높은 교란이 예상되어 생태친화적 운영을 목적으로 두 우점 패류를 혼합하는 상자형 CROM 개발을 시도되었다. 지 금까지두 패류의 혼합적용이 단일종만 이용했을 때보다 유기물제어 능이 감소하거나 높은 패류사망을 유도한다는 보고
제안 방법
1, 2차 CROM 운영기간 동안 패류처리군과 비처리군의유기물 제어능 및 수질변화를 비교하기 위하여 SPSSpackage (ver. 12.0.1, SPSS inc., 2004)를 이용한 Pairedsamples 를 실시하였으며, 유의수준은 FV 0.05으로하였다.
혼합 적용하였고, 마지막으로 3) 패류밀도 증가에따른 수질개선 효과를 파악하기 위하여 실험도중 각 패류를 동일하게 30%씩 추가한 다음 3가지 조건에서 부영양 저수지 표층수에 대한 유기물 제어능 및 수질변화를각각 조사하였다.
0001X 이용하여 CROM에 처리한 패류의 유기물량을추정하였다(김 등, 2009a). C-CROM의 평균 유기물 제어율(CR; clearance rates)은 실험기간 동안 패류 처리조와비처리조를 통과하여 분석조로 유입된 물의 부유물질 또는Chl-a 농도의 차이를 패류의 유기물량(AFDW; ash-free dry-weight)으로 나누어 계산하였다 (Coughlan, 1969). 계산식은 다음과 같다.
CROM 운영 동안 분석조의 환경요인은 Portable multi- parameter (HORIBA U-22XD; HORIBA Ltd., Japan)를이용하여 수온, pH, 전기전도도, 용존산소, 탁도 등을 매일 동일한 시간 (AM 10:00)에 측정하였으며, 수질분석은일정량의 시료를 채취하여 24시간 이내에 분석하였다.Chlorophyll-a (Chba) 농도는 CROM를 통과한 처 리수의일정 량을 채취하여 Standard Methods (APHA, 1995) 에따라 GF/F filter (Whatman Inc.
nK) 정도의 작은 규모이다. CROM의 운영은 2010년 2월 1일~12일까지 13일간(1차 실험), 동년 3 월 4일~17일까지 15일간(2차 실험)2회에 걸쳐 실시하였다. 1, 2차 실험에 이용된 패류는 총 337개체로서 말조개 245개체 (길 이 ; 30.
3%)와 동일하게 1차 실험에서는 총 256개체 (말조개 186; 펄조개 70)를처리하였으며, 2차 실험에서는 각각 30%씩 총 81개체(말조개 59; 펄조개 22)를 추가적으로 도입하였다. CROM의수질개선능을 파악하기 위하여 처리조를 통과한 물의 유기물량(탁도, 부유물질, Chl-a) 및 영양염 농도를 분석하였으며, 배설물 (biodeposition)은 7일 간격으로 수확하여평균 건중량을 측정한 다음 인근 임야에 토양화하였다.
, Japan)를이용하여 수온, pH, 전기전도도, 용존산소, 탁도 등을 매일 동일한 시간 (AM 10:00)에 측정하였으며, 수질분석은일정량의 시료를 채취하여 24시간 이내에 분석하였다.Chlorophyll-a (Chba) 농도는 CROM를 통과한 처 리수의일정 량을 채취하여 Standard Methods (APHA, 1995) 에따라 GF/F filter (Whatman Inc., England)로 여 과한 후90% 아세톤을 이용하여 24시간 동안 냉암소에서 추출한 다음 20분간 원심 분리하고 상등액의 흡광도를 측정하였다. 부유물질 농도는 미리 무게 를 잰 GF/C filter (Whatman Inc.
두 종류의 패류를 각각 3。개체 이상 선별하여 측정하였으며 (Hwang et al., 2004), 패류의 길이, 폭, 무게 중 유기물량과 상관성을 조사하여 실험에 사용한 각 패류의 유기물량을 추정하였다. 본 실험에서는 실측된 패류의 유기물량과 가장 상관성 이 높았던 패각의 길이 (말조개, r2=0.
, 2004), 패류의 길이, 폭, 무게 중 유기물량과 상관성을 조사하여 실험에 사용한 각 패류의 유기물량을 추정하였다. 본 실험에서는 실측된 패류의 유기물량과 가장 상관성 이 높았던 패각의 길이 (말조개, r2=0.850, n=59, P<0.0001; 펄조개, r2=0.923, n=29, P<0.0001X 이용하여 CROM에 처리한 패류의 유기물량을추정하였다(김 등, 2009a). C-CROM의 평균 유기물 제어율(CR; clearance rates)은 실험기간 동안 패류 처리조와비처리조를 통과하여 분석조로 유입된 물의 부유물질 또는Chl-a 농도의 차이를 패류의 유기물량(AFDW; ash-free dry-weight)으로 나누어 계산하였다 (Coughlan, 1969).
, England)로 여 과한 후90% 아세톤을 이용하여 24시간 동안 냉암소에서 추출한 다음 20분간 원심 분리하고 상등액의 흡광도를 측정하였다. 부유물질 농도는 미리 무게 를 잰 GF/C filter (Whatman Inc., England)로 50~ 100 mL 시료를 여과한 후 dry oven(70℃)에서 24시간 이상 건조한 다음 두 여과지의 무게 차이로 계산하였다. 영 양염 농도는 Standard Methods (APHA, 1995)에 따라 NO"Ne Colorimetric법, NO3-N 은 cadmium reduction법, NHyN는 phenate 법, TNe cadmium reduction법, PO『Pe ascorbic acid 법, TPe persulfate 분해 후 ascorbic acid 법으로 각각 측정하였다.
영 양염 농도는 Standard Methods (APHA, 1995)에 따라 NO"Ne Colorimetric법, NO3-N 은 cadmium reduction법, NHyN는 phenate 법, TNe cadmium reduction법, PO『Pe ascorbic acid 법, TPe persulfate 분해 후 ascorbic acid 법으로 각각 측정하였다.패류에 의한 입자성 물질의 변화를 비교하고자 패류 처리조와 비처리조에 각각 HOBO Pendant Temperature/ Light Data Logger (UA-002-08, Onset computer Corporation, USA)를 설치하고 30분 간격으로 수온과 광도를 측정하였다.
대상 데이터
CROM의 운영은 2010년 2월 1일~12일까지 13일간(1차 실험), 동년 3 월 4일~17일까지 15일간(2차 실험)2회에 걸쳐 실시하였다. 1, 2차 실험에 이용된 패류는 총 337개체로서 말조개 245개체 (길 이 ; 30.5±4.10 mm~ 폭; 62.8±8.2 mm), 펄조개 92개체 (70.5±15.2 mm~112.1±25.1 mm)이다(Fig. 2). 실험에 적용된 패류 밀도는 채집 당시 하천에서출현된 상대밀도(말조개 72.
실험에 사용된 패류는 북한강 중류(경기도 가평군 가평읍 달전리~강원도 춘천시 남산면 방하리)에서 가장 높은 밀도를 보였던 국내산 토종 말조개 (Uaio dougZasiae Griffith & Pidgeon)와 펄조개 (Anodonta woodiana Lea)였다(유, 2010). 패류는 유기물이 풍부하고 가는 모래나펄로 이루어진 수심 0.
2). 실험에 적용된 패류 밀도는 채집 당시 하천에서출현된 상대밀도(말조개 72.7%; 펄조개 27.3%)와 동일하게 1차 실험에서는 총 256개체 (말조개 186; 펄조개 70)를처리하였으며, 2차 실험에서는 각각 30%씩 총 81개체(말조개 59; 펄조개 22)를 추가적으로 도입하였다. CROM의수질개선능을 파악하기 위하여 처리조를 통과한 물의 유기물량(탁도, 부유물질, Chl-a) 및 영양염 농도를 분석하였으며, 배설물 (biodeposition)은 7일 간격으로 수확하여평균 건중량을 측정한 다음 인근 임야에 토양화하였다.
& Pidgeon)와 펄조개 (Anodonta woodiana Lea)였다(유, 2010). 패류는 유기물이 풍부하고 가는 모래나펄로 이루어진 수심 0.5~LOm에서 저인망 그물을 이용하거나 직접 채집하였으며, 성체만을 젖은 타월로 수분을유지하면서 실험실로 운반하였다. 운반된 패류는 탈염 수돗물로 1~2회 부드럽게 세척하고 임의로 제작한 패류 관리조에 넣어 순응시켰다(이 등, 2008).
이론/모형
, England)로 50~ 100 mL 시료를 여과한 후 dry oven(70℃)에서 24시간 이상 건조한 다음 두 여과지의 무게 차이로 계산하였다. 영 양염 농도는 Standard Methods (APHA, 1995)에 따라 NO"Ne Colorimetric법, NO3-N 은 cadmium reduction법, NHyN는 phenate 법, TNe cadmium reduction법, PO『Pe ascorbic acid 법, TPe persulfate 분해 후 ascorbic acid 법으로 각각 측정하였다.패류에 의한 입자성 물질의 변화를 비교하고자 패류 처리조와 비처리조에 각각 HOBO Pendant Temperature/ Light Data Logger (UA-002-08, Onset computer Corporation, USA)를 설치하고 30분 간격으로 수온과 광도를 측정하였다.
성능/효과
3) 처리 량과 유속을 기존의 상자형 CROM보다 2배 이상 높게 설정하였다는 점에서 차별화된다. 특히 상자형 CROM 운영시 동일종의 개체수 확보를 위해 많은 노력이 필요하며, 단일종만 선택적으로 사용 후 다시 환원할 경우 채집장소에 특정 패류만 환원시킴으로써 높은 교란이 예상되어 생태친화적 운영을 목적으로 두 우점 패류를 혼합하는 상자형 CROM 개발을 시도되었다.
특히 용존성 영양염 배출은 상대적으로 유속이 느린 상자형 CROM에서는 패류의 밀도보다패류 유무에 의존된 반면(김 등, 2009a; 이 등, 2009), 오염이 심하지만 유속이 빠른 하천에서는 총인과 총질소조차 뚜렷한 변화를 보이지 않았다(김 등, 2009b). 결국유속이 빠른 수로형 CROM에서 용존성 물질의 증가와입자성 물질의 감소는 유속의 영향뿐만 아니라 좁고 길다란 CROM의 구조적 특성에 의하여 패류와 현장수 간의 접촉율이 높아서 나타난 종합적 인 결과로 사료되었다.
수로형 CROM를 통과한 처리수의 수온은 1, 2차 실험 모두에서 유의한 변화를 보이지 않은 반면 수중 광도는 뚜렷하게 증가하였다 (Fig. 3, Table 1). 전기전도도, 용존산소, pH 역시 수온과 비슷하게 1, 2차 실험에서 모두 뚜렷한 변화를 보이지 않은 반면, 탁도(42.
앞에서 언급한 바와 같이 상자형 CROM보다 빠른 유속조건과 낮은 처리밀도에도 불구하고 수로형 CROM에서 처리수의 뚜렷한 영양염 감소(총질소와 총인) 및 증가(NH4-H, PO4-P) 현상은 분명하였다. 일반적으로 패류의 섭식활동은 높은 농도의 용존성 인과 암모니아를 배출하며 (Burton, 1983; Heckey and Kilham, 1988), 총인보다 총질소를 더 강하게 감소시킨다고알려져 있다(김 등, 2009; 이 등 2010).
4, Table 1). 영양염(NO2-N, N&N)은 1, 2차 실험에서 뚜렷한 변화를 보이지 않은 반면, NHg-N(224.5%, 277.1%)는 1, 2차 실험에서 모두 강한 증가를 나타냈다. 한편, PO4-P (107.
3, Table 1). 전기전도도, 용존산소, pH 역시 수온과 비슷하게 1, 2차 실험에서 모두 뚜렷한 변화를 보이지 않은 반면, 탁도(42.9%, 64.3%), SS (40.7%, 78.0%), Chl-a (54.6%, 76.9%) 등은 2차 실험에서 1차보다 다소 높게 감소하였다 (Fig. 4, Table 1). 영양염(NO2-N, N&N)은 1, 2차 실험에서 뚜렷한 변화를 보이지 않은 반면, NHg-N(224.
후속연구
, 1986) 암모니 아증가를 유도하였으나 CROM 운영 동안 패류는 한 개체도 사망하지 않았으며, 다른 용존 영양염 이 크게 증가하지 않았다. 또한 유속이 느리고 말조개나 펄조개 단일종을 이용한 상자형 CROM 연구에서 체류시간이 길수록 높은 유기물 제어능을 보였는데 (이 등, 2009, 2010), 비록 Mclvor (2004)에 비해 유속과 일일처리량은 낮았지만 선행연구들(김 등 2009a, b; 이 등, 2009)보다 빠른 유속에서도 높은 유기물 처리능을 보여 수로형 CROM의 현장 적용을 위한 패류확보(대 량화) 및 부산물(처 리수, 배설물)의 자원화에 대한 추가적인 연구가 필요하다 하겠다.
참고문헌 (25)
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