[논문]알칼리도와 경도가 클로로필-α 농도에 미치는 영향

김성옥; 김학성

doi:10.15681/kswe.2014.30.1.025

[국내논문] 알칼리도와 경도가 클로로필-α 농도에 미치는 영향
Effects of Alkalinity and Hardness on the Chlorophyll-α Concentration 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.30 no.1, 2014년, pp.25 - 30

Abstract ▼ AI-Helper

This study is done to prove the premise that both alkalinity and hardness affect on the dissolved phosphorus concentration so that the growth of algae is also affected in water bodies like rivers and lakes. Statistical analysis of the water quality data of 13 reservoirs collected for the last decade shows the relations between alkalinity and chlorophyll-${\alpha}$ and between hardness and chlorophyll-${\alpha}$ are not linear but follow second order equation. This relation seems to be due to two antagonistic effects accompanying a simultaneous increase in alkalinity and hardness. The increase stimulates the growth of algae by supplying carbonates and $Ca^{2+}$ to algae and at same time it causes a decrease in soluble phosphorus which retards algae to grow. These opposing tendencies are confirmed by theoretical calculations with the MINTEQ model. There seems to be ranges of alkalinity and hardness that are in favor of algae growth; the ranges are less than 44 mg/L as $CaCO_3$ in alkalinity and also less than 63 mg/L as $CaCO_3$ in hardness. This finding will provide a solid base to develop an effective water quality management of water bodies.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

강과 호수 등의 수체에서 알칼리도와 경도가 용존인의 농도에 영향을 미치고 이는 나아가서 조류생장에 영향을 준다는 전제를 증명하기 위해서 수행한 본 연구의 결론은 다음과 같다. 지난 10년간 축적된 13개 댐의 수질자료의 분석에 의하면 알칼리도와 chlorophyll-ɑ 관계와 경도와 chlorophyll-ɑ 관계는 모두 선형관계 보다는 이차방정식의 관계를 따른다.
본 연구에서는 충주호와 대청호를 포함하여 보다 많은 호수의 수질측정자료를 입수하여 수질항목간의 상관관계를 분석하므로서 알칼리도와 경도가 조류의 생장에 영향을 미친다는 이전의 주장을 보강하고자 하였다. 또한 MINTEQ 모델을 이용한 계산을 통하여 그 같은 주장이 이론적으로 옳음을 증명하고자 하였다.
본 연구에서는 충주호와 대청호를 포함하여 보다 많은 호수의 수질측정자료를 입수하여 수질항목간의 상관관계를 분석하므로서 알칼리도와 경도가 조류의 생장에 영향을 미친다는 이전의 주장을 보강하고자 하였다. 또한 MINTEQ 모델을 이용한 계산을 통하여 그 같은 주장이 이론적으로 옳음을 증명하고자 하였다.

가설 설정

그렇다면 과연 알칼리도와 경도가 어떻게 조류의 생장에 영향을 줄 수 있는 지를 알아보기 위해서 Table 2에 제시한 충주호의 대청호의 총인자료를 MINTEQ 모델에 입력하여 계산하고 그 결과로부터 알칼리도, 경도, 용존 인, 총탄산농도등을 구하여 비교하여 보았다. 경도는 Ca²⁺에 의해서만 나타나는 것으로 가정하였다. 충주호의 경우 경도가 104 mg/L as CaCO₃이므로 Ca²⁺의 일부가 인산과 결합하여 침전물을 생성하는 것을 가정하여 그보다 조금 큰 값인 1.
경도는 Ca²⁺에 의해서만 나타나는 것으로 가정하였다. 충주호의 경우 경도가 104 mg/L as CaCO₃이므로 Ca²⁺의 일부가 인산과 결합하여 침전물을 생성하는 것을 가정하여 그보다 조금 큰 값인 1.08 mM을 초기값으로 하였다. 이때 알칼리도와 경도의 차이 즉 비탄산경도에 대응하는 농도에 대응하는 Cl^-를 추가하여 전하균형을 맞추는 것으로 하였다.

제안 방법

전술한 다목적댐과 용수전용댐의 수질분석에서 알칼리도와 경도가 조류의 생장에 영향을 미칠 수 있다는 개연성이 있음을 알게 되었다. 그렇다면 과연 알칼리도와 경도가 어떻게 조류의 생장에 영향을 줄 수 있는 지를 알아보기 위해서 Table 2에 제시한 충주호의 대청호의 총인자료를 MINTEQ 모델에 입력하여 계산하고 그 결과로부터 알칼리도, 경도, 용존 인, 총탄산농도등을 구하여 비교하여 보았다. 경도는 Ca²⁺에 의해서만 나타나는 것으로 가정하였다.
본 연구에서는 알칼리도와 경도가 chlorophyll-ɑ의 농도에 미치는 영향을 규명하고자 하는 것이지만 호수수질관리를 위한 일반적인 수질조사항목에는 알칼리도와 경도가 포함되어 있지 않아 그 호수들의 물을 원수로 사용하는 정수장에서 확보한 알칼리도와 경도를 역시 관리주체인 한국수자원공사로부터 입수하였다. 이들 10년간 자료를 평균한 결과를 분석하여 연구목적에 부합하는 정보를 제시하였다.
08 mM을 초기값으로 하였다. 이때 알칼리도와 경도의 차이 즉 비탄산경도에 대응하는 농도에 대응하는 Cl^-를 추가하여 전하균형을 맞추는 것으로 하였다. 대기 중 CO₂의 분압은 default값 0.

대상 데이터

국내에서 다목적댐과 용수댐의 수질을 관리하는 기관은 한국수자원공사로서 호수수질관리에 필요한 일반수질항목에 대한 수질조사를 정기적으로 실시하여 그 자료를 체계적으로 관리하고 있으며 수자원공사 홈페이지에 그 자료를 공개하고 있다. 2003년부터 2012년까지 10년간의 이루어진 수질조사자료를 수자원공사로부터 입수하였다. 본 연구에서는 알칼리도와 경도가 chlorophyll-ɑ의 농도에 미치는 영향을 규명하고자 하는 것이지만 호수수질관리를 위한 일반적인 수질조사항목에는 알칼리도와 경도가 포함되어 있지 않아 그 호수들의 물을 원수로 사용하는 정수장에서 확보한 알칼리도와 경도를 역시 관리주체인 한국수자원공사로부터 입수하였다.
2003년부터 2012년까지 10년간의 이루어진 수질조사자료를 수자원공사로부터 입수하였다. 본 연구에서는 알칼리도와 경도가 chlorophyll-ɑ의 농도에 미치는 영향을 규명하고자 하는 것이지만 호수수질관리를 위한 일반적인 수질조사항목에는 알칼리도와 경도가 포함되어 있지 않아 그 호수들의 물을 원수로 사용하는 정수장에서 확보한 알칼리도와 경도를 역시 관리주체인 한국수자원공사로부터 입수하였다. 이들 10년간 자료를 평균한 결과를 분석하여 연구목적에 부합하는 정보를 제시하였다.
Table 2에는 한국수자원공사에서 관리하는 다목적댐과 용수전용댐의 지난 10년간의 수질조사 결과를 요약하여 수록하였다. 조사기간은 2003년 1월부터 2012년 12월까지였다. pH, TN, TP, chlorophyll-ɑ는 각 댐관리사업소에서 월별로 측정한 값의 평균치이고 알칼리도와 경도는 각 댐에서 취수한 물을 원수로 하여 정수를 생산하는 정수장의 측정값 평균치이다.

데이터처리

이때 알칼리도와 경도의 차이 즉 비탄산경도에 대응하는 농도에 대응하는 Cl^-를 추가하여 전하균형을 맞추는 것으로 하였다. 대기 중 CO₂의 분압은 default값 0.00038 atm을 사용하였고 Cl^-의 농도는 일정간격으로 증가하는 것으로 설정하여 sweep 계산을 하였다. 이와 같이 해서 얻은 결과의 한 예를 Table 3에 나타내었다.

이론/모형

본 논문의 관심대상 인산염의 하나인 하이드록시 아파타이트와 물로 이루어진 계가 닫혀있거나 대기에 대해 열려 평형에 도달한 두 가지 경우에 대해서 MINTEQ 모델을 이용하여 모의한 결과를 Table 1에 수록하였다. 닫힌계에서 하이드록시 아파타이트와 물이 접촉하여 염의 일부가 용해한 용액의 pH는 8.
이는 알칼리도와 경도가 증가함에 따라 조류생장에 영향을 미치는 총탄산과 Ca²⁺은 증가하는 데 반하여 용존인의 농도는 감소하기 때문에 조류생장에 유리한 알칼리도와 경도의 범위가 있다는 것이다. 이같이 서로 상충하는 경향을 MINTEQ 모델을 이용한 계산으로 확인하였다. 조류생장 유리한 범위는 알칼리도를 기준으로는 44 mg/L as CaCO₃ 이내로, 그리고 경도를 기준으로는 63 mg/L as CaCO₃ 이내로 나타났다.

성능/효과

4와 5다. 알칼리도가 증가하면 총탄산은 증가하고 용존인은 감소하는 것으로 나타났다. 이 두 가지 서로 다른 경향은 매우 중요한 의미를 가진다.
이상의 이론적인 배경을 종합하면 알칼리도와 경도는 서로 상관성이 크고 탄산종과 용존 인의 농도에도 영향을 미친다는 것이다. 그리고 나아가서는 조류의 생장에도 영향을 줄 것으로 짐작된다.

후속연구

조류생장 유리한 범위는 알칼리도를 기준으로는 44 mg/L as CaCO₃ 이내로, 그리고 경도를 기준으로는 63 mg/L as CaCO₃ 이내로 나타났다. 이를 활용하면 조류에 관련된 호수의 수질관리에 좋은 방법을 고안할 수 있을 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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