본 연구에서는 해수순환이 원활하지 않은 반폐쇄성 수역에서 수온약층과 빈산소수괴를 개선하고 부영양화로 인한 적조 발생을 방지하기 위한 기술로서 태양광 물 순환장치의 수질개선 효과를 파악하기 위해 기초실험을 실시하였다. 8주간의 분석결과 수온의 경우 장치 가동 초기 표층이 $27.9^{\circ}C$, 저층이 $23.8^{\circ}C$로 뚜렷한 수온약층이 존재하였으나, 장치 가동 이후 표층과 저층 모두 $22.1^{\circ}C$로 수온약층이 사라졌다. DO농도는 장치 가동 초기 표층 5.49 mg/L, 저층 2.61 mg/L로 농도 차이가 컸고, 저층에는 빈산소수괴가 존재하였다. 장치가동 8주 후 저층의 DO농도는 6.19 mg/L로 빈산소 수괴가 개선됨과 동시에 수층 전체적으로 DO농도가 증가하였다. 8주간 장치의 순환과 더불어 계절적 영향으로 COD의 경우 수층 전체에 산소농도가 증가한 결과 표층이 5.61 mg/L에서 2.36 mg/L로, 저층의 경우 6.08 mg/L에서 1.73 mg/L로 감소하였다. 영양염류 중 용존무기질소의 경우 표층이 0.135 mg/L에서 0.050 mg/L로, 저층이 0.076 mg/L에서 0.051 mg/L로 감소하였다. 본 연구는 7월부터 9월까지의 연구로 인하여 여름철에서 가을철의 계절적인 영향과 더불어 나타난 결과이므로 향후 실제적인 태양광 물 순환장치에 의한 개선 효율에 대한 추가적인 조사가 필요하며, 용존무기질소와 인의 농도가 감소는 하였으나 감소에 대한 구체적인 해석을 위해서 향후 클로로필-a의 추가 실험이 요구된다.
본 연구에서는 해수순환이 원활하지 않은 반폐쇄성 수역에서 수온약층과 빈산소수괴를 개선하고 부영양화로 인한 적조 발생을 방지하기 위한 기술로서 태양광 물 순환장치의 수질개선 효과를 파악하기 위해 기초실험을 실시하였다. 8주간의 분석결과 수온의 경우 장치 가동 초기 표층이 $27.9^{\circ}C$, 저층이 $23.8^{\circ}C$로 뚜렷한 수온약층이 존재하였으나, 장치 가동 이후 표층과 저층 모두 $22.1^{\circ}C$로 수온약층이 사라졌다. DO농도는 장치 가동 초기 표층 5.49 mg/L, 저층 2.61 mg/L로 농도 차이가 컸고, 저층에는 빈산소수괴가 존재하였다. 장치가동 8주 후 저층의 DO농도는 6.19 mg/L로 빈산소 수괴가 개선됨과 동시에 수층 전체적으로 DO농도가 증가하였다. 8주간 장치의 순환과 더불어 계절적 영향으로 COD의 경우 수층 전체에 산소농도가 증가한 결과 표층이 5.61 mg/L에서 2.36 mg/L로, 저층의 경우 6.08 mg/L에서 1.73 mg/L로 감소하였다. 영양염류 중 용존무기질소의 경우 표층이 0.135 mg/L에서 0.050 mg/L로, 저층이 0.076 mg/L에서 0.051 mg/L로 감소하였다. 본 연구는 7월부터 9월까지의 연구로 인하여 여름철에서 가을철의 계절적인 영향과 더불어 나타난 결과이므로 향후 실제적인 태양광 물 순환장치에 의한 개선 효율에 대한 추가적인 조사가 필요하며, 용존무기질소와 인의 농도가 감소는 하였으나 감소에 대한 구체적인 해석을 위해서 향후 클로로필-a의 추가 실험이 요구된다.
This study was conducted to verify the performance of the solar water circulation apparatus that was installed in a semi-closed sea area of Tongyeong to improve the water quality through removing thermocline and oxygen depleted water mass, and to prevent the occurrence of red tides caused by eutroph...
This study was conducted to verify the performance of the solar water circulation apparatus that was installed in a semi-closed sea area of Tongyeong to improve the water quality through removing thermocline and oxygen depleted water mass, and to prevent the occurrence of red tides caused by eutrophication. From 8 weeks of experiments, we found that the thermocline in the semi-closed sea area has been removed gradually after installation of the apparatus. The initial temperature of surface and bottom was $27.9^{\circ}C$ and $23.8^{\circ}C$, respectively and it was changed to $22.1^{\circ}C$ in both depth. In case of DO concentration, there was a big gap between surface (5.49 mg/L) and bottom (2.61 mg/L) and was an oxygen depleted water mass in the bottom area at initial. However DO concentration in bottom layer has increased gradually after operation (6.19 mg/L) and the oxygen depleted water mass has removed. Due to the effects of seasonal variation and the operation of the solar water circulation apparatus for 8 weeks, COD concentration decreased from 5.61 mg/L to 2.36 mg/L in surface area, and from 6.08 mg/L to 1.73 mg/L in bottom area. Dissolved inorganic nitrogen concentration also decreased from 0.135 mg/L to 0.050 mg/L in surface area, and from 0.076 mg/L to 0.051 mg/L in bottom area. This research was conducted from July to September, and it might be possible that the variation of water quality was affected by both seasonal variation and the operation of the water circulation apparatus. Hence a further research is required to verify the performance of the water circulation apparatus itself and to monitor dissolved inorganic nitrogen and phosphorous concentrations as well as Chl-a.
This study was conducted to verify the performance of the solar water circulation apparatus that was installed in a semi-closed sea area of Tongyeong to improve the water quality through removing thermocline and oxygen depleted water mass, and to prevent the occurrence of red tides caused by eutrophication. From 8 weeks of experiments, we found that the thermocline in the semi-closed sea area has been removed gradually after installation of the apparatus. The initial temperature of surface and bottom was $27.9^{\circ}C$ and $23.8^{\circ}C$, respectively and it was changed to $22.1^{\circ}C$ in both depth. In case of DO concentration, there was a big gap between surface (5.49 mg/L) and bottom (2.61 mg/L) and was an oxygen depleted water mass in the bottom area at initial. However DO concentration in bottom layer has increased gradually after operation (6.19 mg/L) and the oxygen depleted water mass has removed. Due to the effects of seasonal variation and the operation of the solar water circulation apparatus for 8 weeks, COD concentration decreased from 5.61 mg/L to 2.36 mg/L in surface area, and from 6.08 mg/L to 1.73 mg/L in bottom area. Dissolved inorganic nitrogen concentration also decreased from 0.135 mg/L to 0.050 mg/L in surface area, and from 0.076 mg/L to 0.051 mg/L in bottom area. This research was conducted from July to September, and it might be possible that the variation of water quality was affected by both seasonal variation and the operation of the water circulation apparatus. Hence a further research is required to verify the performance of the water circulation apparatus itself and to monitor dissolved inorganic nitrogen and phosphorous concentrations as well as Chl-a.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 국내 최초로 태양광 물 순환장치를 연안의 반폐쇄성 해역에 설치·운영하여, 그에 따른 수질 변화를 파악하였다.
본 연구에서는 해류가 원활하지 않은 정체수역에서 수온약층과 빈산소수괴를 개선하고 부영양화로 인한 적조 발생을 방지하기 위해 인공순환 원리를 이용한 태양광 물 순환장치를 통영 연안에 적용하여 수질개선 효과를 파악하기 위해 기초실험을 실시하였다.
제안 방법
시료는 2 L 용량의 플라스틱 용기에 채수하여 모든 시료는 실험실로 옮겨 24시간 이내에 분석하였다.
연구 대상 반폐쇄성해역의 면적은 약 39,000 m2이며 평균 수심은 약 4 m, 평균 용적은 약 156,000 m3이다. 장치로부터 약 50 m 떨어진 3곳(장치를 기준으로 북쪽, 남동쪽, 남서쪽) 을 지정하여 2주 간격으로 8주간 조사하였다. 본 장치의 영향평가를 위해 2009년 국립수산과학원 남동해연구소에서 정기적으로 조사했던 같은 해역의 네 정점의 조사결과와 비교 분석하였다(국립 수산과학원 남동해연구소, 2011년 통영연안양식환경조사연보[2011]).
해수의 수온, 용존산소는 각 정점에서 표층(수표면에서 0.5 m 아래)부터 저층(저질층에서 0.5 m 위)까지 0.5 m 간격으로 DO메타 (Model. YSI 550A)로 측정하여 평균값으로 나타내었다. 화학적 산소요구량, 용존무기질소(NH4-N+NO2-N+NO3-N)와 인산인은 표층 (수심 0.
YSI 550A)로 측정하여 평균값으로 나타내었다. 화학적 산소요구량, 용존무기질소(NH4-N+NO2-N+NO3-N)와 인산인은 표층 (수심 0.5 m)과 저층(수심 5 m) 시료를 채취하였으며, 영영양염류는 GF/C 여과지를 이용하여 여과를 한 뒤 각각 분석하였다. 모든 실험은 해양환경공정시험기준(국토해양부[2010])에 의하여 분석하였다.
대상 데이터
본 연구의 조사지점은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 통영시 북만내 소규모 반폐쇄성 해역으로 본 해역 내에서 2011년 7월 29일부터 2011년 9월 28일까지 태양광 물 순환장치를 설치, 운영하였다. 대상 지역 주변의 오염원으로 체육공원 및 소규모 마을과 군부대가 인접해 있어 점오염원과 비점오염의 유입이 있는 지역이다.
장치로부터 약 50 m 떨어진 3곳(장치를 기준으로 북쪽, 남동쪽, 남서쪽) 을 지정하여 2주 간격으로 8주간 조사하였다. 본 장치의 영향평가를 위해 2009년 국립수산과학원 남동해연구소에서 정기적으로 조사했던 같은 해역의 네 정점의 조사결과와 비교 분석하였다(국립 수산과학원 남동해연구소, 2011년 통영연안양식환경조사연보[2011]).
그리고 대상지역의 2 km 이내에는 통영시 분뇨 처리장과 폐기물 처리장이 위치해 있다. 연구 대상 반폐쇄성해역의 면적은 약 39,000 m2이며 평균 수심은 약 4 m, 평균 용적은 약 156,000 m3이다. 장치로부터 약 50 m 떨어진 3곳(장치를 기준으로 북쪽, 남동쪽, 남서쪽) 을 지정하여 2주 간격으로 8주간 조사하였다.
이론/모형
5 m)과 저층(수심 5 m) 시료를 채취하였으며, 영영양염류는 GF/C 여과지를 이용하여 여과를 한 뒤 각각 분석하였다. 모든 실험은 해양환경공정시험기준(국토해양부[2010])에 의하여 분석하였다.
성능/효과
031 mg/L로 나타났다. 따라서 약 6주부터 수층 내 인산염인의 농도가 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 인의 경우 또한 질소와 마찬가지로 장치의 가동으로 인하여 호기성미생물의 증식으로 인해 인 소모가 증가하였기 때문인 것으로 추측된다.
반면 계절적 효과로만 보이는 대조구의 경우 저층의 농도는 가을철로 접어들면서 증가하였지만 표층과 저층 간의 농도 차이는 여전히 존재하였다. 따라서 용존산소 또한 계절적인 영향과 더불어 본 장치의 순환 효과로 인하여 표층과 저층의 농도 차이가 대조구와 비교했을 때 기울기가 확연히 차이가 있는 것으로 나타났다.
8%의 감소율을 보였다. 본 연구에서의 COD 감소율과 최[2009]의 연구에서 나타난 담수에서의 COD 감소율을 비교한 결과, 최[2009]의 연구에서는 표층 40%, 저층 41%의 감소율을 보이고 있으나, 본 연구에서는 위에 나타낸 바와 같이 COD 감소율이 담수에 비해 더욱 큰 것으로 나타나 해수에서 또한 계절적 영향과 더불어 태양광 물 순환장치가 해역 내에 수체 순환을 유도 함으로써 수층 전체에 산소농도가 증가한 결과 유기물이 분해된 것으로 판단된다.
수온의 경우 장치 가동 초기 뚜렷한 수온약층이 존재하였으나, 8주 이후 표층과 저층의 수온 차이가 나타나지 않아 수온약층이 사라진 것으로 판단되며, DO농도는 저층에서 빈산소수괴가 존재하는 것으로 판단되었으나 8주 이후 표층과 저층간의 DO 농도차가 거의 없는 것으로 나타나 계절적 현상 더불어 표층과 저층의 수온과 DO농도 차이가 없는 것으로 판단된다. COD의 경우 계절적 영향과 더불어 태양광 물 순환장치가 해역 내에 수체 순환을 유도함으로써 수층 전체에 산소농도가 증가한 결과 유기물이 분해된 것으로 판단된다.
장치가 가동됨에 따라 질산의 농도가 전체적으로 감소하는 것으로 나타났다. 수질과 저질의 유기물이 분해시 질소의 농도가 증가 될 것으로 판단되나 장치의 가동과 계절적 영향으로 인하여 수중의 산소가 증가함에 따라 호기성미생물이 대상 지역의 질소를 사용한 결과 질소 농도가 감소된 것으로 추측된다.
08 mg/L로 나타났다. 약 2주간 장치의 초기 순환으로 인하여 저층의 COD 농도가 7.72 mg/L로 증가 되었으나 4주후의 경우 며칠간의 우천으로 인하여 과다한 담수의 유입으로 COD 농도가 급격히 감소한 것으로 사료되어 표층 1.47 mg/L, 저층 1.71 mg/ L로 나타났다. 시간에 따른 COD 변화는 표층의 경우 약 62.
장치 가동 8주 이후 계절적 영향과 더불어 장치에 의한 효과로 인하여 수층 상하층간의 온도 분포는 표층과 저층 모두 22.1 ℃를 기준으로 ±0.1 ℃로 매우 작은 온도 변화만 있을 뿐 수층 전체가 같은 온도를 유지하여 수온약층이 사라진 것으로 판단된다.
장치가동 8주 후 대상지의 표층 DO 농도는 6.45 mg/L, 저층은 6.19 mg/L로서 표층과 저층간의 DO 농도차가 0.26 mg/L로 거의 없는 것으로 나타났다. 반면 계절적 효과로만 보이는 대조구의 경우 저층의 농도는 가을철로 접어들면서 증가하였지만 표층과 저층 간의 농도 차이는 여전히 존재하였다.
후속연구
인의 경우 또한 질소와 마찬가지로 장치의 가동으로 인하여 호기성미생물의 증식으로 인해 인 소모가 증가하였기 때문인 것으로 추측된다. 본 결과는 계절적인 영향과 더불어 나타난 결과 이므로 향후 실제적인 태양광 물 순환장치에 의한 개선 효율에 대한 추가적인 조사가 필요하며, 용존무기질소와 인의 농도가 감소는 하였으나 감소에 대한 구체적인 해석을 위해서 향후 클로로필-a의 추가 실험이 요구된다.
향후 태양광 물 순환장치를 이용한 정체수역의 장기적인 수질변화와 함께 계절 및 본 장치에 의한 효과의 구분, 그리고 해양 생태계에 대한 영향의 체계적인 분석 등 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양광 물 순환장치이란?
본연구에서적용한 태양광 물 순환장치(Solar Bee®, 10000v18HW) 는 저동력의 순환 임펠러 및 태양광을 이용하여 에너지를 획기적으로 절감하는 새로운 개념의 수질개선 공법으로 회전판을 이용하여 산소가 고갈된 저층수를 표층으로 이송시켜 수체의 순환을 유도하는 방식이다. 태양광 물 순환장치의 작동 원리는 Fig.
우리나라 연안 해역에서 인위적인 오염이 가중되고 있는 이유는?
연안 해역은 육지와 해양의 경계면에 인접한 해역으로 수심이 낮고 강과 하천을 통하여 육상의 오염물질이 유입되어 물리학적, 생물학적으로 변화가 심한지역이다. 특히 우리나라 연안 해역은 산업화 이후로 공업단지, 각종 레저 활동에 인한 편의시설 및 도시의 건설 등으로 그 활용도가 증가함에 따라 인위적인 오염이 가중되고 있다(우 등[1999], [2003]; 황 등[2006]). 따라서 반폐쇄성 내만의경우 외해와의 해수교환이 원활하지 못하기 때문에 만내에 오염물질의 축적이 가중되는 결과를 초래한다(이 등[1997]).
연안 해역의 오염물질 축적, 생태계 파괴 등의 문제점을 해결하기 위해 현재 어떤 방법들이 사용되고 있는가?
이러한 문제점을 해결하기 위해 현재 황토살포, 준설 등과 같은 방법을 이용하고 있으나 이러한 방법들은 2차적 오염 문제를 발생할 수 있으며, 사업 시행 후 다시 오염물질의 축적이 발생될 수 있고, 비용이 과다하게 발생된다(박과 이[2006]; 이 등[2009a]). 따라서 연안의 정체성 및 폐쇄성 수역의 오염된 수질을 정화할 수 있는 친환경적이며, 2차 오염이 없는 기술이 절실히 요구되고 있다.
Karim, M.R., Sekine, M., Higuchi, T., Imai, T., Ukita, M., 2003, "Simulation of fish behavior and mortality in hypoxic water in an enclosed bay", Ecological Modelling, Vol. 159, 27-42.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.