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문제 정의
- 본 연구에서는 남조류가 다량으로 번성하는 하절기에 정수장으로 유입되는 원수를 취수하는 취수장에서 표층과 심층의 원수를 채수하여 남조류 개체수와이들이 생산하는 조류독소 및 이취물질과 같은 조류 부산물질들의 농도를 조사하였으며, 이 결과를 바탕으로 현재 시행하고 있는 표층취수 방식과 본 연구에서 계획하는 심층취수 방식의 효과를 비교·분석하였다. 따라서 본 연구의 결과를 바탕으로 정수장으로의 남조류 유입량을 저감시킬 수 있는 최적의 취수방안을 채택할 수 있는 근거자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- GC 컬럼은 DB-5MS (30 m ×0.25 mm ID × 0.25 μm)을 사용하였고, SPME fiber는Supelco사 (U.S.A.)의 polydimethylsiloxane/divinylbenzene(PDMS/DVB, 65 μm)를 사용하였으며, 추출효과를 높이기 위해 시료 10 mL에 NaCl 3 g을 첨가하였다(Lee and Kang, 2009).
- )로 분석하였다. 그리고 chlorophyll-a (Chl-a) 농도는 조류농도 분석기(bbe fluorometer, Moldaenke,Germany)를 사용하여 분석하였다. 그리고 남조류 세포수 및 우점종의 동정은 시료를 균일하게 흔든 후, 시료수 1 mL를 취하여 Sedwick-Rafter counting chamber를 사용하여 Schoen의 방법으로 계수하여 평가하였다(Schoen, 1988).
- 남조류가 번성하는 하절기에 정수공정으로 유입되는 남조류를 저감할 수 있는 심층취수를 위해 낙동강 하류지점의 물금, 매리 취수구 주변 수심별 남조류 분포 및 수질변화를 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 남조류에서 분비되는 이취 유발물질들인 2-methyliso-borneol (MIB)와 geosmin의 분석은 solid phase microextraction (SPME) 전처리 장치가 구비된GC-MS/MS (Bruker, SCION TQ System, U.S.A.)을사용하여 분석하였다. GC 컬럼은 DB-5MS (30 m ×0.
- 시료 채수는 2015년도와 2016년도 6월에서 9월까지 주 1회 실시하여 조류 및 수질항목 등을 분석하였다. 물금취수장의 경우는 표층, 수심 4 m 및 수심 8 m까지 채수하였으며, 매리 취수장의 경우는 표층, 수심 2 m 및 수심 4 m까지 채수하여 분석하였다. 모든 시료의 채수 시간은 13 15시 사이에 일정하게 실시하였다.
- 본 연구에서는 남조류가 다량으로 번성하는 하절기에 정수장으로 유입되는 원수를 취수하는 취수장에서 표층과 심층의 원수를 채수하여 남조류 개체수와이들이 생산하는 조류독소 및 이취물질과 같은 조류 부산물질들의 농도를 조사하였으며, 이 결과를 바탕으로 현재 시행하고 있는 표층취수 방식과 본 연구에서 계획하는 심층취수 방식의 효과를 비교·분석하였다.
- 채수지점은 낙동강 하류에 위치한 물금취수장(MG)과 매리취수장(MR)을 대상으로 하였다. 시료 채수는 2015년도와 2016년도 6월에서 9월까지 주 1회 실시하여 조류 및 수질항목 등을 분석하였다. 물금취수장의 경우는 표층, 수심 4 m 및 수심 8 m까지 채수하였으며, 매리 취수장의 경우는 표층, 수심 2 m 및 수심 4 m까지 채수하여 분석하였다.
- 시료수 중에 함유된 조체는 초음파 분쇄기로 분쇄시켜 조체 내에 함유된 microcystin-LR을 용출시킨 후 0.45 μm 멤브레인 여지(Millipore, U.S.A.)에 여과하여 분석하였다.
- 시료수 중의 총유기탄소(Total Organic Carbon,TOC) 농도는 TOC analyzer (Sievers 820, Sievers,U.S.A.)로 분석하였다. 그리고 chlorophyll-a (Chl-a) 농도는 조류농도 분석기(bbe fluorometer, Moldaenke,Germany)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 시료수에 함유된 조류 독성물질(microcystin-LR)은 on-line SPE 장치가 구비된 LC-MS/MS (Thermo,Exactive plus)로 분석하였으며, 컬럼은 XTerra C18(3.5 μm, 2.1 × 150 mm)을 사용하였다.
- 채수지점은 낙동강 하류에 위치한 물금취수장(MG)과 매리취수장(MR)을 대상으로 하였다. 시료 채수는 2015년도와 2016년도 6월에서 9월까지 주 1회 실시하여 조류 및 수질항목 등을 분석하였다.
이론/모형
- 그리고 chlorophyll-a (Chl-a) 농도는 조류농도 분석기(bbe fluorometer, Moldaenke,Germany)를 사용하여 분석하였다. 그리고 남조류 세포수 및 우점종의 동정은 시료를 균일하게 흔든 후, 시료수 1 mL를 취하여 Sedwick-Rafter counting chamber를 사용하여 Schoen의 방법으로 계수하여 평가하였다(Schoen, 1988).
성능/효과
- 월별 조류 종별 우점종의 개체수 비율변화를 나타낸 Fig. 2(a)를 보면 11월부터 5월까지는 규조류가 거의 우점하고 있으며, 수온이 상승하는 6월부터 9월까지는 남조류가 최소 68%에서 최대 94% 정도의 개체수 우점율을 나타내었다. 수온이 낮아지는 10월부터 다시 규조류의 개체수가 증가하는 경향을 보였다.
- 1. 남조류가 번성하는 하절기에는 현재 운영 중인 표층 취수방식을 심층 취수방식으로 전환하여 운전할 경우, Chl-a 농도와 남조류 세포수가 각각 최대 64.1% 및 80.5% 정도 감소되었다.
- 2. 남조류 독성물질인 microcystin-LR은 표층 취수방식을 심층 취수방식으로 전환할 경우, 50%에서 최대 100%의 저감율을 보였다.
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특히 microcystin-LR의 경우 독성이 가장 강하며, 산화공정에 대한 내성이 다른 microcystin들에 비해 강한 것으로 알려져 있다(Pantelić et al., 2013).
2015년과 2016년 하절기(6월 9월)에 낙동강 하류 물금취수장과 매리취수장의 표층수와 심층수를 총 18회 채수하여 microcystin-LR 농도를 분석한 결과의 경우, 매리와 물금 표층에서 각각 최대 1.1 /L 및 0.5/L로 검출되었으며, 평균농도는 각각 0.4 /L 및 0.2 /L로 검출되었다
. 심층의 경우 물금에서는 불검출되었으며, 매리에서는 평균 0. - 3. 이취 유발물질인 geosmin과 2-MIB는 표층 취수방식을 심층 취수방식으로 전환할 경우, 각각 최대 42.9% 및 11.8% 정도 저감되었다.
- 4. 또한 TOC와 COD 등과 같은 유기성 오염물질들도 표층 취수방식을 심층 취수방식으로 전환할 경우,최대 30% 이상 감소됨을 알 수 있었다.
- 5. 남조류가 대량 발생하는 하절기에 심층지점을 선택적으로 취수시에 정수장으로 유입되는 남조류 및 남조류 부산물질의 농도가 저감되어 수돗물 생산원가절감과 수질개선에 효과가 있는 것으로 나타났다.
- Ehrlich(2010)에 의하면 조류의 개체수와 Chl-a 농도는 표층보다는 수심이 깊어질수록 감소하는 것으로 보고하였다. 따라서 하절기 남조류 번성기에 표층취수 보다는 심층취수 방식이 정수공정으로의 조체(algal cell) 유입 저감에 적합한 것으로 나타났다. 또한, 매리취수장보다 물금취수장 심층수에서의 Chl-a 농도와 남조류 세포수 감소율이 더욱 높게 나타난 이유는 매리취수장(심층 수심: 4 m)과 물금취수장(심층 수심: 8 m)과의심층수의 수심 차이에서 기인한 결과로 판단되었다.
- 또한, 2-MIB는 표층에서 평균 0.017 μg/L,심층에서는 평균 0.015 μg/L로 나타나 표층에 비해 심층수에서 11.8% 정도 저감되었다.
- 따라서 하절기 남조류 번성기에 표층취수 보다는 심층취수 방식이 정수공정으로의 조체(algal cell) 유입 저감에 적합한 것으로 나타났다. 또한, 매리취수장보다 물금취수장 심층수에서의 Chl-a 농도와 남조류 세포수 감소율이 더욱 높게 나타난 이유는 매리취수장(심층 수심: 4 m)과 물금취수장(심층 수심: 8 m)과의심층수의 수심 차이에서 기인한 결과로 판단되었다.
- 8% 정도 저감되었다. 매리도 물금의 경우와 매우 유사한 결과를 나타내고 있으며, 표층에 비해 심층수에서의 geosmin 및 2-MIB 감소율이 각각 23.1% 및 5.9%로 나타났다.
- 이번 조사결과 수심별 수질변화 또한 위에서 언급한 남조류 분포와 마찬가지로 두 지점 모두 수심이 깊을수록 각 항목의 수치가 낮아짐을 알 수가 있었으며 수심이 깊은 물금 지점이 매리 보다 감소하는 폭이 큰 것으로 나타났다. 먼저 pH의 경우 표층은 평균 9.2 이었으나 심층으로 갈수록 최대 8.3까지 떨어졌으며, 용존산소 또한 심층에서 평균 7 mg/L 이상 유지하고 있어 환경 단체에서 제기하는 어패류가 폐사할 만한 농도수준은 아닌 것으로 조사되었다. 수온의 경우 표층 최대 27.
- 물금의 경우 geosmin은 표층에서 평균 0.042 μg/L,심층에서는 평균 0.024 μg/L의 농도로 검출되어 표층의 농도에 비해 심층에서는 42.9% 감소되는 것으로 나타났다.
- 3까지 떨어졌으며, 용존산소 또한 심층에서 평균 7 mg/L 이상 유지하고 있어 환경 단체에서 제기하는 어패류가 폐사할 만한 농도수준은 아닌 것으로 조사되었다. 수온의 경우 표층 최대 27.4℃에서 심층 25.5℃로 약 2℃정도 감소하였으며, 특히 유기물 지표인자인 COD와 TOC는 물금심층은 표층에 비해 각각 35.7%, 31.2% 그리고 매리 심층은 표층에 비해 각각 6.4%, 33.0% 저감되는 것으로 나타났다.
- 이번 조사결과 수심별 수질변화 또한 위에서 언급한 남조류 분포와 마찬가지로 두 지점 모두 수심이 깊을수록 각 항목의 수치가 낮아짐을 알 수가 있었으며 수심이 깊은 물금 지점이 매리 보다 감소하는 폭이 큰 것으로 나타났다. 먼저 pH의 경우 표층은 평균 9.
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