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USCG phase-II 선박평형수 처리장치 성능 평가에 대비한 해양식물플랑크톤 네트 농축효율 비교
Efficiency of concentrating marine microplanktonic organisms using net sampler to verify the efficacy of a ship's ballast water treatment system 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.3, 2016년, pp.136 - 143  

백승호 (한국해양과학기술원 남해연구소) ,  이민지 (한국해양과학기술원 남해연구소) ,  신경순 (한국해양과학기술원 남해연구소)

초록
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본 연구에서는 USCG Phase-II 형식승인을 대비하여 ${\geq}10{\mu}m$${\leq}5{\mu}m$ 크기 식물플랑크톤의 생물군에 관해서 네트를 이용한 생물농축 방법 및 농축효율을 비교하고자 하였다. 생물 농축 효율의 비교는 네트 망목 사이즈($5{\mu}m$, $7{\mu}m$)의 차이, 펌프 이용를 이용한 연속적인 시료 공급 방법과 핸드비이커 이용한 불연속적인 시료공급의 차이, 자연해수의 용량에 따른 차이 등을 종합적으로 검토하였다. 각 실험군 간의 차이를 t-test로 검증한 결과, $5{\mu}m$$7{\mu}m$망목에 의한 차이는 유의하게 나타나지 않았고(p>0.05), 자연해수 용량에 따른 생물농축효율의 차이도 명확하지 않았다(p>0.05). 하지만 펌프에 의한 연속적인 시료 공급은 핸드비이커의 불연속적인 시료보다 통계적으로 유의하게 생물 농축효율이 높게 나타났다(t-test: t:-4.058, p<0.05). 특히 네트 농축 실험 시 출현한 식물플랑크톤의 군집조성은 규조류 17종, 와편모조류 15종, 유글레나조류 1종, 착편모조류 2종과 함께 미동정 편모조류로 총 36종이였고, 우점종으로는 Pseudo-nitzschia spp.로 관찰되었다. 여기서, 모든 실험군에서 생물 농축 효율이 20-25% 전후로 균일하게 낮게 나타난 것이 특이적 이였고, 그 이유로는 우점종인 Pseudo-nitzschia spp.의 한 편의 사이즈가 $3-8{\mu}m$로 네트 망목을 통과하여 손실된 결과로 판단되었다. 결과적으로 네트의 농축은 자연 식물플랑크톤 군집에서 출현한 종의 사이즈에 의존한다는 것을 확인할 수 있었고, 이는 USCG Phase-II 의 형식 승인 선박평형수 처리 장치(BWTS: Ballast Water Treatment System) 통과 후 생물농축과정에서 종 특이적인 사이즈의 분포 양상을 충분하게 검토하여 농축 용량을 조절할 필요가 있을 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To provide a type approval test for Ballast Water Treatment System (BWTS) of United States Coast Guard (USCG) Phase-II, this study examined the concentrating efficiency of nets for ${\geq}10{\mu}m$ and ${\leq}50{\mu}m$ sized phytoplanktonic organisms using different mesh sized ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 ≥ 10 μm 생물을 농축할 수 있는 망목의 크기는 한 변의 길이와 대각선의 길이로 생물이 빠져나갈 수 있는 이론적 근거 하에서 평가할 수 있고, 이를 충족할 수 있는 네트 망목의 크기는 최대로 5 μm 와 7 μm 로 구분할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 망목의 크기가 다른 2개 네트에서 생물 농축효율을 평가하였다. 본 실험에서는 망목과 cod-end의 사이즈 차이에서 기인하여 농축된 Chl.
  • 본 연구에서는 USCG Phase-II 형식승인을 대비하여 ≥ 10 μm 와 ≤ 50 μm 크기의 식물플랑크톤을 농축하는 방법을 정립하고자 네트 망목의 차이, 핸드비이커와 펌프에 의한 연속 및 반연속적인 시료의 공급에 의한 차이, 자연해수 용량의 차이를 종합적으로 검토하였다.
  • [5, 6]의 보고에 의하면, 연안 해역에서 식물플랑크톤 현존량은 조석간만의 차이에 따라서 영향을 크게 받을 수 있으나, 출현하는 종조성은 크게 영향을 받지 않았다. 본 연구에서는 간조에는 생물의 현존량이 낮게 나타났고, 만조에는 현존량이 높게 나타나는 경향을 관찰하였다. 아울러 출현한 식물 플랑크톤의 군집조성은 규조류 17종, 와편모조류 15종, 유글레나조류 1종, 착편모조류 2종과 함께 미동정 편모조류로 나타나 총 36종이였고, 우점종으로는 Pseudonitzschia spp.
  • 특히 네트 농축 방법에서 생물의 농축효율이 낮게 나타난 것은 자연 식물플랑크톤 군집에서 출현한 종 특이적인 사이즈의 차이에서 좌우되는 것을 확인할 수 있었다. 선박평형수 처리장치의 성능은 각각의 생물군별, 단계별, 형식승인의 기준에 맞게 신속하고 정확한 평가가 필요하고, 본 연구를 통하여 BWTS처리장치 통과 후 생물을 효과적으로 농축할 수 있는 방법론의 재검토가 이루어졌다. 그 결과 연속적으로 네트에 의한 농축을 100 L의 시험수를 효과적으로 처리할 수 있다는 것을 파악하였고, 이는 USCG Phase-II에서 요구하는 많은 생물량을 농축하는 권고 사항을 충족할 수 있는 수준이라 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BWTS검증을 위한 생물기준을 충족하기 위해 필요한 것은? 특히 선박평형수 처리장치 평가 방법 중에서도 ≥ 10 μm 와 ≤ 50 μm 크기의 생물군에 대한 평가는 다른 사이즈의 생물군과 비교하여 처리장치 통과 후 생물 농축이 극히 어렵다. BWTS검증을 위한 생물기준을 충족하기 위해서는 네트 망목 대각선 길이가 10 μm 이하로 제작되어야 하며, 이를 충족시키기 위해서는 망목의 정사각형 한 변의 길이가 최대 5 μm - 7 μm 이하로 유지되어야 한다. 상기의 기준을 충족한 네트를 이용하여 생물을 농축하게 되면, 일부 생물은 배출구에 집적되어 막힘 현상이 일어날 뿐만 아니라, 농축된 생물 또한 재부유되어 네트의 망목부위로 올라와 여과효율을 현저하게 떨어뜨리는 문제점이 발생한다.
선박평형수란? 선박평형수는 공선선박의 평형 및 안정을 유지하기 위해서 싣는 물이며, 전 세계적으로 연간 50-100억톤 규모로 이송되고 있다[1]. 선박평형수에 이송된 대부분의 생물은 배출되는 해역의 환경조건에 적응하지 못하여 사멸하지만, 일부 내성이 강한 종은 살아남게 되어 항만고 유의 생태계를 교란시킬 수 있다[2].
USCG phase-II의 선박평형수 처리장치 성능 검증을 위하여 어디서 실험을 했나? USCG phase-II의 선박평형수 처리장치 성능 검증을 위하여 ≥ 10 μm 와 ≤ 50 μm 크기의 식물플랑크톤군 집의 생물농축효율을 높일 수 있는 적절한 방법을 찾기 위하여 실험을 디자인하였다. 실험은 경상남도 거제시 장목면 한국해양과학기술원 남해연구소 다목적 부두(위도 경도)에서 2015년 하계에 수행하였다. 먼저 네트의 Type에 따른 생물농축을 하기 전에 펌프를 이용하여 자연 생물군집이 포함된 해수를 1000 L 수조탱크에 저장하였다[Fig.
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참고문헌 (7)

  1. IMO, "Report on the ballast water treatment standards workshop". In 1st International ballast water treatment standards workshop, IMO London, 28-30 March. http://globallast.Imo.org/workshopreport.htm, 2001. 

  2. N. Bax, A. Williamson, M. Aguero, E. Gonzalez, W. Geeves, "Marine invasive alien species: a threat to global biodiversity". Mar. Policy, 27, 313-323, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0308-597X(03)00041-1 

  3. A.W. Miller, M. Frazier, G.E. Smith, E.S. Perry, G.M. Ruiz, M.N. Tamburri, "Enumerating sparse organisms in ships' ballast water: Why counting to 10 is not so easy". Environ. Sci. Technol., 45, 3539-3546, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/es102790d 

  4. T.R, Parsons, Y. Maita, C.M. Lalli. "A Manual of Chemical and Biological Methods for Seawater Analysis". Pergamon Press, Oxford. 173 p. 1984. 

  5. L. Perez, J. Canteras. "Influence of tidal conditions and river volume on phytoplankton distribution and composition in the Pas estuary (Northern Spain)". Scient. Mar., 54, 77-88. 1990. 

  6. S.H. Baek, S. Shimode, M.S. Han, T.Kikuchi, "Population development of the dinoflagellates Ceratium furca and Ceratium fusus during Spring and Early Summer in Iwa Harbor, Sagami Bay, Japan". Ocean Sci. J., 43, 49-59, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/BF03022431 

  7. J. Sun, D. Liu, "Geometric models for calculating cell biovolume and surface area for phytoplankton". J. Plankton Res. 25, 1331-1346. 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1093/plankt/fbg096 

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