To evaluate the biological integrity of aquatic ecosystems, we developed Korean multimetric diatom index (KMDI) using metrics that many researchers have been previously described, and compared to single-metric diatom index such as trophic diatom index (TDI) and diatom assemblage index to organic pollution (DAIpo). For the biological and environmental data, we investigated the epilithic diatoms, water quality and the land-use for 923 sites in Korean streams between 2013-2017, and estuaries between 2010-2017, respectively. Five appropriate metrics were selected according to the following steps; 1) extraction of 300 potential metrics (biological, chemical, physical, and geographical) based on previous references, of these, 2) 46 samples having high separation power were selected, 3) the selected metrics were each tested for variability, redundancy, and sensitivity to the environments, finally 4) construction of multi-metric diatom index comprising single type metrics such as TDI, DAIpo, % motile diatoms, % Achnanthes / (Achnanthes+Navicula), and % number of Gomphonema species. The biological integrity of the 233 sites from the Geum River basin were independently investigated using KMDI. Collectively, the new KMDI showed high sensitivity and explanatory power for environmental factors such as land-use, biochemical oxygen demand, total nitrogen, and electric conductivity. However, it had slightly higher biological integrity for the same sites as compared to single type diatom metrics. Finally, more data accumulation from all over Korea and the development of acceptable diatom metrics were required.
The increase of population and industrial activities had brought into eutrophication in the Nakdong river. A remarkable acceleration of eutrophication brought about serious problems for water supply. Therefore, for the purpose of conservation of water quality in the Nakdong river it is necessary to control nutrients. MBOD method was use to evaluate algal growth limiting factor and algal growth potential in the Nakdong river from June to August 1994. The modified biochemical oxygen demand(MBOD) depends on the amount of available inorganic nutrient and organic substrate during 5 day incubation in the dark at 20$^{circ}C$. The MBOD assay depends on inorganic nutrients such as P and N as well as reduced carbon and called the MBOD, the MBOD-P, and the MBOD-N, respectively. The results of bioassay by MBOD(Modified BOD) method showed that the MBOD, MBOD-P and MBOD-N value were found to be in the ranges of 3.8∼96.0 mg$O_2$/l, 5.6∼94.0 mg$O_2$/l and 42.0∼220 mg$O_2$/l, respectively. And the the bioassay value was found to be the highest in Koryong area and the lowest in Waekwan area throughout the Nakdong river. The variations of MBOD-P and MBOD-N value showed similar tendencies to the variations of phosphorus and nitrogen value, respectively. By MBOD method, the relationships of MBOD, MBOD-P and MBOD-N value were MBOD ≒ MBOD-P 《 MBOD-N. The MBOD value was nearly equal to the MBOD-P value, and the MBOD-N value was 3 to 20 times more than the MBOD-P value, approximately. Therefore, in the Nakdong river, phosphorus was the limiting factor for algal growth during summer season. The algal growth potential as the concentration of chlorophyll-a in the summer was maximum 5 times more than standing crop as it.
Pilot-scale coagulation and sedimentation processes were operated to investigate the T-P (Total phosphorus) removal efficiency. A multiple regression model was also derived to predict the water quality improvement effect with river water characteristics. The inflow rates for the pilot-scale facility were 157-576 m3/day, and the coagulant doses were in the range of 13.7-58.5 mg/L (average 38.9 mg/L) for PAC (Poly alum chloride) and 16.5-62.1 mg/L (average 36.0 mg/L) for alum. The results found that the influent BOD (Biochemical oxygen demand) and T-P concentrations were 4.9 mg/L and 0.115 mg/L, and the removal efficiencies were 52.7% and 59.4%, respectively. T-P removal efficiencies on wet weather days were higher by 10% than dry weather days because influent solids influenced T-P's coagulation process. The pH of river water was 6.9-7.8, and the average pH was 7.3. Although the pH variation was not significant, the trend showed that the treatment efficiency of T-P and PO4-P removal increased. Thus, the pH range considered in this study seems to be appropriate for the coagulation process, which is essential for phosphorous removal. The T-P removal efficiencies were 19.6-93.3% (average 59.2%) for PAC and 16.4-98.5%(average 55.9%) for alum; thus, both coagulants showed similar results. Furthermore, the average coagulant doses were similar at 42.4 mg/L for PAC and 41.3 mg/L for alum. When the T-P concentration of the effluent was compared by the [Al]/[P] ratio, the phosphorus concentration of the treated water decreased with an increasing [Al]/[P] ratio, and the lowest T-P concentration range appeared at the [Al]/[P] ratio of 10-30. A seasonal multiple regression analysis equations were derived from the relationships between 10 independent and dependent variables (T-P concentration of effluent). This study could help lake water quality maintenance, reduce eutrophication, and improve direction settings for urban planning, especially plans related to developing waterfront cities.
Dong-Won Shim;Da-Yeong Lee;Dae-Seong Lee;Young-Seuk Park
Korean Journal of Ecology and Environment
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v.55
no.4
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pp.305-319
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2022
The community temperature index (CTI) reflects the temperature and environmental preferences of the community. We investigated the distribution patterns of major aquatic insect assemblages (Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera; EPT) based on CTI in streams of South Korea. We selected unpolluted 151 study sites at upper streams(less than 3rd) with less than 1.5 mg L-1 of biochemical oxygen demand. Study sites were clustered into six groups based on the similarities of their EPT composition. All three orders showed a continuous decrease in the number of species as CTI increased, especially in Plecoptera. In addition, the functional feeding groups were also significantly changed according the CTI changes. Temperature tolerance range of each group's indicator species varied according to the CTI of the group. Finally, changes of CTI reflected differences of EPT assemblages according to the differences of environmental condition including temperature. Therefore, CTI can be applied to the evaluation and preservation of stream ecosystems and prediction of community changes due to climate change.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.9
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pp.803-810
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2009
This study is conducted to examine spatial variations of Dissolved Organic Matter (DOM) in stream and waste waters of the different watershed areas (agricultural, residential, and industrial complex area) by using fluorescence 3D-EEMs (3 Dimensional Excitation Emission Matrix Spectroscopy). Furthermore, the research investigates the changes of DOM characterization by synchronous and 3D-EEMs during a rainfall event. The characterizations of DOM obtained by 3D-EEMs show two noticeable peaks at humic and protein-like regions. Humic-like substances (HLS) are found in rural and urban areas, and humic and protein-like substances (PLS) are shown in industrial area. According to the fluorescence peak $T_1:C_1$ ratios, it is observed that high amount of HLS was discharged from Banweol Industrial Complex (3TG). Additionally, linear relationships (Regression rate, $r^2$=0.65, $r^2$=0.66) have been shown between PLS (peak $T_1,\;B_1$) and biochemical oxygen demand (BOD), which indicates the impact of sewage. For the rainfall event (30 mm), no remarkable difference of DOM was found at rural area except increment of fluorescence intensity comparing dry period. In contrast, HLS at urban area is highly discharged within 30 minutes from the beginning of rainfall. Also, there are high influences of HLS and PLS within 20 minutes at industrial complex (4TG). Fluorescence 3D-EEMs has not only verifies a watershed of DOM origination but also monitors diffuse and point source impacts.
This research was to apply a multi-metric approach, so called the Index of Biological Integrity (IBI) as a tool for biological evaluations of water environments, to a wadable stream. For the study, we surveyed 5 sampling locations in Kap Stream during August 2004 ${\sim}$ September 2005. We also compared the biological data with long-term water quality data, obtained from the Ministry of Environment, Korea and physical habitat conditions based on the Quantitative Habitat Evaluation Index (QHEI). We used ten metric systems for the IBI model to evaluate biological stream health. Overall IBI values in Kap Stream averaged 24 (range: 20${\sim}$30, n=5), indicating a "fair ${\sim}$ poor" conditions according to the modified criteria of Karr (1981) and US EPA(1993). Exclusive of 4th survey, average IBI values at the upstream reach (S1 ${\sim}$ S3)and downstream reach (S4 ${\sim}$ S5) were 20 and 24, respectively. However, in 4th survey the averages were 21 and 20 in the upstream and downstream reaches, respectively. This difference was larger in the upstream than in the downstream because of physical condition disturbed during summer monsoon. Values of the QHEI varied from 75(fair condition) to 148 (good condition) and values of QHEI in the S3 were significantly (P=0.001, n=5) lower than other sites. Biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were greater by 3 ${\sim}$ 8 fold in the downstream than in the upstream reach. We believe that present IBI approach applied in this study may be used as a key tool to set up specific goals for restoration of Kap Stream.
Kim, Cho-Long;Kim, Soo-Ryang;Kim, Ha-Je;Jeon, Sang-Joon;Han, Ho;Kim, Dong-Kyun;Lee, Myung-Gyu
Journal of Animal Environmental Science
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v.18
no.3
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pp.229-234
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2012
Disinfecting contaminated swine manure with FMD (Foot-and-Mouth Disease) and pathogenic viruses is very important for maintaining sanitized environment. However, very few research reported on this subject, especially post-disinfection to utilize the wastes as a renewable resource. This research is carried out to obtain basic information for chemical treatment in FMD SOP (Standard Operating Procedure, Korea) of contaminated swine manure. Using lime, sodium hydroxide, citric acid and hydrochloric acid, described in FMD SOP, the effects of chemical treatments on livestock manure were compared in this paper. Four combinations of alkali-acid treatments and four kinds of acid-alkali combinations were tested to find out the effective method. Total coliform bacteria in contaminated swine manure, $1.6{\times}10^4$ CFU/100 ml, decreased to the range of 1/1000~1/100 in all treatments. Some specific disinfectants increases BOD (Biochemical Oxygen Demand) and EC(Electric Conductivity), especially, alkaline treatments increases ammonia level than acid treatments. These findings suggest that the treatment methods should be considered as an important environmental factor in post-disinfection of contaminated animal manure with pathogenic microorganisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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