녹조로 널리 알려진 남조류 과다증식은 심미적 불쾌감뿐만 아니라 독성물질을 생성하기 때문에 댐 수질 관리에 있어 큰 문제가 되고 있다. 녹조 발생을 억제하기 위하여 호소 유역으로부터 유입되는 비점오염물질 특히, 영양염류 저감이 필요하다. 본 연구에서는 친환경적 방법으로 알려진 인공습지의 장기간 운영 결과를 분석하여 비점오염물질 제어 수단으로서 인공습지의 적용 가능성 및 공정운영 관련 기초자료를 구축하기 위하여, 2014~2020년 동안 대청호 유역에 위치한 안내천 인공습지의 오염물질 처리효율을 분석하였다. 분석 결과, BOD 14.3%, COD 17.9%, SS 50.0%, T-N 19.0%, T-P 35.4%로 인공습지가 오염 물질 제거에 효과적임을 확인하였다. 계절별 처리효율은 오염물질별로 다른 경향을 보였는데, 주로 미생물의 반응에 의해 제거되는 BOD, COD, T-N은 겨울철에 비해 봄~가을에 높은 처리효율을 나타내었다. 그러나 수생식물에 의해 주로 제거되는 T-P는 처리효율에 있어 겨울에도 안정적인 처리효율을 나타내 호소 유입부하를 저감하는 데 효과적임을 확인하였다. 오염부하에 따른 제거율은 모든 오염물질이 유입수의 중간농도 및 고농도 구간에서 유출수 농도가 통계적으로 유의하게 감소한 것으로 나타났다. 이는 초기 강우와 같은 고부하 조건에서도 인공습지가 호소로 유입되는 비점오염물질을 안정적으로 제거해 호소의 부영양화를 억제하는 데 효과적으로 활용될 수 있음을 보여준다. 다만, 습지는 자연정화에 기반한 시설로 인위적인 공정 제어가 어렵기 때문에 향후 유역별 특성에 따라 다양한 운영사례 연구가 정립된다면 우리나라 호소의 녹조 문제 해결을 위해 유용한 방법이 될 것으로 판단된다.
The potential of algal-bacterial culture was investigated for advanced treatment of animal wastewater. Fed-batch experiments were carried out to examine treatability of nitrogen and phosphorus in different microbial consortium: Chlorella vulgaris, activated sludge, three microalgae strains (Scenedesmus, Microcystis, Chlorella) and Bacillus consortium, and three microalgae strains and sludge consortium. Single culture of C. vugaris showed the better efficiency for nitrogen removal but was not good at organic matter and phosphorus removal compared with activated sludge. Three microalgae and Bacillus consortium was best culture among the culture and consortium for pollutants removal tested in this experiment. Effect of $CO_2$ addition was studied by using three microalgae and Bacillus consortium. $CO_2$ addition enhanced T-P removal efficiency up to 60%. However, removal efficiencies of T-N and ammonia nitrogen reduced on the contrary.
The present study assessed the efficient removal of nutrients and Chlorophyll-a (Chl-a) by using methyl esterified sericite (MES) and pine needle extracts (PNE), a low cost and abundant green hybrid material from nature. For this purpose, the optimal conditions were investigated, such as the pH, temperature, MES and PNE ratio, and MES-PNE dose. In addition, a Microcystis aeruginosa control using MES-PNE was also analyzed with various inhibition models. The removal of the nutrient and Chl-a onto MES-PNE was optimized for over 95% removal as follows: 2-2.5 for the MES-PNE ratio, 7-8 pH and a $22-25^{\circ}C$ temperature. In this respect, approximately 1.52-2.20 g/L of MES-PNE was required to remove each 1 g of dry weight/L of Chl-a. Total phosphorus (TP) has a greater influence on the increase in Chl-a than total nitrogen (TN) according to the correlation between TN, TP and Chl-a. Moreover, the Luong model was the best model for fitting the biodegradation kinetics data from Chl-a on MES-PNE from lake water. The novel hybrid material MES-PNE was very effective at removing TN, TP and Chl-a from the lake and can be applied in the field.
We installed mesocosms including zooplankton, fishs, artificial marshy land and aquatic macrophytes in Kyoungan stream to study the reduction effects of algae from Sep. 16 to Oct. 28, 2011. The control tendency of phytoplankton taxa was compared by analyzing community structure and dominant species in each mesocosm. Under the condition where Bluegill was absent, Daphnia similoides showed good effect of algal control since it has large food area and has high grazing pressure. Bluegill selectively preys upon large zooplankton, Daphnia similoides, as it also preys on small zooplanktons that flow in. In condition that Bluegill was absent, Daphnia similoides preyed selectively large phytoplankton (Cryptomonas ovata). Due to the shading of light, removal of nutrients and providing refuge for small zooplanktons, aquatic macrophytes and artificial marshy land showed high level of algal control. In corrals with aquatic macrophytes and artificial marshy land, the dominancy of genus Coelastrum and Pediastrum, which are difficult for small zooplanktons to feed on, relatively increased. In conclusion, under conditions of small number of predators such as Bluegill, Daphnia similoides is thought to be useful in algal bloom; however, when lots of predators are present, using small sized zooplanktons along with artificial marshy land and aquatic macrophytes is thought to be more useful than using large zooplanktons.
본 연구노트는 K-water가 고안하여 개발한 녹조수상 콤바인 장치에 대하여 소개하고자 하였다. 녹조제거장치는 본체와 부력재, 이송호퍼, 스크린 컨베이어, 슬러지 제거기 및 수거물질 분리대 등 총 5개 모듈로 구성되어 있다. 그리고 스컴성 녹조현상 이하일 때 녹조제거제를 전처리할 수 있는 살포기가 별도로 장착되어 있다. 전반적으로 본 장치의 모듈 시스템은 매우 간단하다. 2014년 5월부터 7월까지 낙동강 및 대청호 현장에서 테스트 운영한 결과, 1일 처리할 수 있는 수표면적은 $500,000m^2day^{-1}$에 해당하였다. 그리고 장치 적용 전후 처리효율은 90%를 상회하였고, 수처리량은 수질 상태에 따라 차이가 있지만 $500,000m^3day^{-1}$은 가능하였다. 또한 장치의 운영기간은 3월~11월(9개월) 동안으로써 기존 계획보다 연장될 수 있었다. 본 장치 및 기술을 통해 상수원과 공공수역의 녹조현상 및 사회문제로 확대된 파급 영향을 해결하는 데 기여할 수 있는 신기술로서 활용되기를 기대한다.
Chlorella kessleri cultivated in artificial wastewater using diurnal illumination of 12h light/12h dark (L/D) cycles. The inoculum density was 10(sup)5 cells/mL and the irradiance in light cycle was 45$\mu$mol㎡s(sup)-1 at the culture surface. As a control culture, another set of flasks was cultivated under continuous illumination. Regardless of the illumination scheme, the total organic carbon (TOC) and chemical oxygen demand (COD) was reduced below 20% of the initial concentration within a day. However, cell concentration under the L/D lighting scheme was lower tan that under the continuous illuminating scheme. Thus the specific removal rate of organic carbon under L/D cycles was higher than that under continuous illumination. This result suggested that C. kessleri grew chemoorganotrophically in the dark periods. After 3 days, nitrate was reduced to 136.5 and 154.1mg NO$_3$-N/L from 168.1mg NO$_3$-N/L under continuous illumination and under diurnal cycles, respectively. These results indicate nitrate removal efficiency under continuous light was better than that under diurnal cycles. High-density algal cultures using optimized photobioreactors with diurnal cycles will save energy and improve organic carbon sources removal.
수자원의 부영양화와 인위적인 수변환경 조성 및 기후 변화의 영향으로 인한 유해 남세균의 대발생의 빈도와 강도가 증가하고 있다. 유해 남세균은 시아노톡신 (Cyanotoxins)을 배출하여 수자원의 안전뿐 아니라 생태계에 악영향을 주기 때문에 국제적인 환경문제로 관심을 받고 있다. 특히, 독성이 강한 마이크로시스틴(microcystins, MCs)의 제거를 위한 연구가 가장 활발히 연구되어 왔으며 이를 위한 다양한 수처리 방법이 제안되고 있다. 본 논문에서는 기존에 보고된 마이크로시스틴 제거를 위한 기술 중 경제적, 효율적인 방안으로 평가받고 있는 흡착기술(adsorption)에 대하여 주안점을 두고 조사하였다. 활성탄(activated carbons)은 마이크로시스틴 제거를 위한 흡착소재로 가장 광범위하게 활용되고 있으며 우수한 마이크로시스틴 흡착성능이 보고되고 있다. 바이오차(biochar), 생체흡착소재(biosorbents)와 같은 활성탄을 대체하는 흡착소재의 활용 연구도 진행되고 있으나 활성탄에 비하여 그 효과가 미흡한 실정이다. 이러한 마이크로시스틴 흡착에는 흡착소재의 특성(기공 특성과 표면화학적 특성)과 환경인자(용액의 pH, 온도, 자연 유기물 및 이온성 물질)가 영향을 미치는 것으로 보고되고 있으며 이에 대한 고찰을 진행하였다. 또한, 보다 효과적인 제어를 위하여 용존 마이크로시스틴의 제거뿐 아니라 유해 남세균의 직접적인 제거를 위한 흡착기술의 활용 가능성도 확인하였다. 하지만, 마이크로시스틴의 제거를 위한 실질적인 흡착소재의 활용을 위해서는 실제 환경조건에서 적용과 환경적, 경제적인 관점에서의 최적화 연구가 필요하다고 판단된다. 본 논문은 체계적인 자료 조사 및 분석을 통하여 향후 마이크로시스틴의 제거를 위한 효과적인 흡착소재 및 적용방법의 개발 및 선별에 관한 통찰을 제시할 수 있을 것이다.
Spirulina platensis NIES 39 was grown in effluents from a wastewater treatment plant utilizing activated sludge process at a pig farm to reduce pollutants and to produce feed resources. The addition of 2 g/l NaCl was required for the growth of S. platensis in the effluents with about 100 mg/l ammonia nitrogen concentration. The growth was stimulated by the addition of 2 g/l sodium bicarbonate and 4 mg/l ferrous sulfate. The microorganism grew well at pH 8~11, and the optimum pH for the growth was 10. The algal concentration of 1.1 g/l was attained after 8 days of growth at the optimum condition with the removal of 95% ammonia nitrogen and 34% phosphorus.
Loess, PAC, MACF and plants were applied to the control of the phytoplankton bloom in laboratory and in field, In field experiment using oil fence, 5ppm concentration of coagulant(PAC) was observed to be effective in controlling the cyanobacterial bloom, resulting in 90% removal of cyanobacteria and phytoplankton from the water column, hi case of Synedra sp., however, only 50% of biomass decreased with the same PAC concentration. MACF(micro-air bubble coagulation and floating), a kind of physicochemical method, was applied to the column of the Kyongan stream and resulted in over 80% chlorophyll a and 73.5% TP removal, Chlorophyll a and total phosphorus were effectively removed from water body when 2.0 g/L of loess with the particle radius of 125 ${\mu}m$ was inputted. In case of experiments involving plants, big cone pine, gingko, and pine needle were observed to be effective in restraining phytoplankton bloom at 0.5g/200ml level. During a field test done at Kyungan stream, where Microcystis heavily occurred, Pine needle and big cone pine were observed to be effective on suppressing algal growth.
Periodically, harmful algal blooms (HABs) have occurred, with impacts on various areas including public health, tourism, and aquatic ecosystems, especially aquacultured and caged fisheries. To prevent or manage invasions of HABs into fish farms on an emergency basis, many methods have been proposed. Frequently over the past 30 years in coastal countries, treatments of clay and clay mixed with polyaluminum chloride (PAC) and chitosan have been tested for HAB-removal effectiveness in both the laboratory and the field. In Korea, yellow loess clay (hwangto) has been dispersed using electrolytic clay dispensers, both to decrease the amount of yellow loess clay's usage in containers and enhance HAB-removal efficiency. However, this emergency method has limitations, among which is the requirement for more effective controlling agents for field applications. Thus, in this paper, we review technologies for clay-based red tides prevention and control and their limitations, and, further, introduce next-generation algicidal technologies for the emergency protection of fish farms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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