Operation of CROM System and its Effects of on the Removal of Seston in a Eutrophic Reservoir Using a Native Freshwater Bivalve (Anodonta woodiana) in Korea.

담수산 이매패 펄조개를 이용한 흐름형 유기물 제어(CROM) 운영 - 퇴적물의 영향

  • Kim, Baik-Ho (Department of Environmental Science, Konkuk University) ;
  • Baik, Soon-Ki (Department of Environmental Engineering, Dongshin University) ;
  • Hwang, Su-Ok (Paldang Dam Office, Korea Water Resources Corporation) ;
  • Hwang, Soon-Jin (Department of Environmental Science, Konkuk University)
  • 김백호 (건국대학교 환경과학과) ;
  • 백순기 (동신대학교 환경학과) ;
  • 황수옥 (한국수자원공사 팔당권관리사무소) ;
  • 황순진 (건국대학교 환경과학과)
  • Published : 2009.06.30

Abstract

A 'continuous removal of organic matters (CROM) system' using a native freshwater bivalve in Korea Anodonta woordiana, was developed to determine its potential of controlling various sestons in eutrophic lake system, and to evaluate its effect on water quality improvement under consideration of sediment addition as habitat. We designed CROM experiments with four treatments: no mussels and no sediment (W, negative control), no mussels and sediment (WS, positive control), mussels and no sediment (WM), and mussels and sediment (WMS). The experiments were performed at the condition of 18${\sim}$25 L $h^{-1}$ of inflow, mussel density of 486.1 indiv. $m^{-2}$, and temperatures between 15 and $22^{\circ}C$ for 13 consecutive days. Physicochemical and biological parameters were measured at daily (10:00 am) intervals after the mussel addition. Results indicated that mussel stockings without addition of sediment effectively removed sestons (suspended solids and chlorophyll-a) at nearly same level over 80 percentage of the control during the study, while there were no differences in removal activities of sestons between with and without sediment (P>0.5). Therefore, it clearly suggests that CROM system using A. woordiana has a strong potential to control the seston in surface water of eutrophic lake.

국내산 담수 이매패 펄조개를 이용하여 부영양 저수지의 표층수를 실험실로 유입 처리하고 처리수는 다시 저수지로 환원하는 이른바 '흐름형 유기물 제어'(CROM: continuous removal of organic matters) 기술을 개발하고 하천에서 채취한 모래퇴적물의 첨가가 유기물 제어와 수질에 어떠한 영향을 주는지 조사하였다. CROM은 크게 저류조, 조정조, 처리조, 분석조 등으로 이루어졌으며, 실험은 처리조에 현장수, 현장수+모래, 현장수+패류, 현장수+모래+패류 등을 각각 구성하여 유업속도는 18${\sim}$25 L $h^{-1}$ 패류밀도는 486.1 indiv. $m^{-2}$, 수온은 15${\sim}$22$^{\circ}C$ 범위에서 13일간 실시하였다. 유기물 및 수질 변화를 확인하기 위하여 매일 동일한 시간에 수온, pH, DO, 전도도, 탁도, 염분도, 엽록소 a, 부유물질, TN, TP, $NO_2$, $NO_3$, $NH_3$, $PO_4$ 등을 측정하거나 채수하여 곧바로 분석하였다. 연구결과, 미처리수의 반송이 패류의 유기물 제어에 큰 영향을 미치지 않았으며 퇴적물의 첨가에 상관없이 실험기간 동안 80% 이상 유기물(부유물질 빛 ChI-a)을 감소시켰으나 높은 농도의 암모니아와 인산 등을 배출하였다. 결국 한국산 이매패 펄조개를 이용한 CROM 운영효과는 매우 뚜렷하였으나 장기간 운영시 유기물 제어능 및 패류 생존율에 미치는 다른 요인들-수온, 미생물, 세정주기 등의 변화가 예상되며, 처리수에 대한 처리 및 활용에 대한 다각적인 연구가 뒤따라야 할 것으로 사료되었다.

Keywords

References

  1. 권오걸, 조동현, 박만갑, 이준상. 1985. 북한강 담수산 패류의 분포상에 관한 연구. 한국패류학회지 1: 1-4
  2. 권오길. 1993. 원색한국패류도감. 아카데미서적, p.6-201
  3. 길봉섭. 1976. 담수산 이매패에 관한 생태학적 연구-분포와 형태변이. 한국육수학회지 9: 29-38
  4. 길봉섭. 1977. 담수산 복족류에 관한 생태학적 연구-태백산맥을 중심으로. 한국육수학회지 10: 29-36
  5. 길봉섭, 한두석. 1978. 한국산 담수패류에 관한 생태학적 연구제 3보-후꾸다 빨조개 Anodonta (Sinanodonta) fukudai의 생활사. 한국육수학회지 11: 33-40
  6. 김건희, 김백호, 박명환, 황순진. 2008. 담수패류 (Unio douglasiae)와 침수식물 (Potamogeton crispus)의 유해 남조 Oscillatoria sp. 성장억제 효과. 한국하천호수학회지 41(S): 68-76
  7. 김백호, 정승원, 서종근, 서미연, 한명수. 2005. 살조세균 적용이 식물플랑크톤 군집과 조류독소 분포에 미치는 영향. 한국육수학회지 38: 261-270
  8. 김백호, 최민규, 황수옥, 高村典子. 2000. 부영양호의 enclosure내에서 어류의 밀도조절이 수질 및 플랑크톤 군집에 미치는 영향. 한국육수학회지 33: 358-365
  9. 김성수, 박노석, 김충환, 박종근. 2007. 완속여과 공정에서 표층생물막 생성 및 제어와 원인조류 규명. 상하수도학회지 22:289-296
  10. 김성수, 배철호, 박노석, 강석형. 2008. 완속여과 공정에서 전처리 공정 도업에 따른 업자제거 효울평가 상하수도학회지 22: 461-466
  11. 이송희, 백순기, 황순진, 김백호. 2009. 부영양호수의 저온기와 고온기 식물플랑크톤에 대한 말조개의 섭식능 비교. 한국하천호수학회지 42: 115-123
  12. 이송희, 황순진, 김백호 2008. 저온기 규조발생 억제를 위한 패류의 혼합적용. 한국하천호수학회지 41: 402-411
  13. 이송희, 황순진, 김백호, 2008. 저온기 부영양 수계의 규조발생에 대한 말조개의 섭식특성. 한국하천호수학회지 41: 237-246
  14. 이연주, 김백호, 김난영, 엄한용, 황순진. 2008. 수온, 먹이농도, 패각 크기가 Microcystis aeruginosa에 대한 말조개의 여과율 및 배설물 생산에 미치는 영향. 한국하천호수학회지 41(S): 61-67
  15. APHA. 1995. Standards methods for the examination of water and wastewater (19th ed). American Public Health Association, Washington, D.C.
  16. Bontes, B.M., M. Antonie, L. Verschoor, M. Dionisio Pires, E. Van Donk and B.W. Ibelings. 2007. Functional response of Anodonta anatina feeding on a green alga and four strains of cyanobacteria, differing in shape, size and toxicity. Hydrobiologia 584: 191-204 https://doi.org/10.1007/s10750-007-0580-2
  17. Caraco, N.F., J.J. Cole, P.A. Raymond, D.L. Strayer, M.L. Pace, S.E.G. Findlay and D.T. Fischer. 1997. Zebra mussel invasion in a large, turbid river: phytoplankton response to increased grazing. Ecology 78: 588-602 https://doi.org/10.1890/0012-9658(1997)078[0588:ZMIIAL]2.0.CO;2
  18. Carpenter, S.R., J.F. Kitchell and J.R. Hodgson. 1985. Cascading trophic interactions and lake productivity. Bioscience 35: 634-639 https://doi.org/10.2307/1309989
  19. Choi, H.J., B.H. Kim, J.D. Kim and M.S. Han. 2005. Streptomyces neyagawaensis as a control for the harzardous biomass of Microcystis aeruginosa (Cyanobacteria) in eutrophic freshwaters. Biol. Control 33: 335-343 https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2005.03.007
  20. Coughlan, J. 1969. The estimation of filtration rates from the clearance of suspensions. Mar. Biol. 2: 256-258
  21. Fukushima, M., N. Takamura, L. Sun, M. Nakagawa, K. Matsushige and P. Xie. 1999. Changes in plankton community following introduction offilter-feeding planktivorous fish. Freshwater BioI. 42: 719-736 https://doi.org/10.1046/j.1365-2427.1999.00507.x
  22. Harper, D. 1992. Eutrophication of freshwaters: principles, problems and restoration. London: Chapman and Hall
  23. Holland, R.E. 1993. Changes in plankton diatoms and water transparency in Hatchery Bay, Bass Island area, western Lake Erie since the establishment of the zebra mussel. J. Great Lakes Res. 19: 617-624 https://doi.org/10.1016/S0380-1330(93)71245-9
  24. Hwang, S.J., H.S. Kim, J.K. Shin and J.M. Oh. 2004. Grazing effects of a freshwater bivalve (Corbicula leana Prime) and large zooplankton on phytoplankton communities in two Korean lakes. Hydrobiologia 515: 161-179 https://doi.org/10.1023/B:HYDR.0000027327.06471.1e
  25. Kim, B.H., S.J. Hwang, Y.O. Kim, S.O. Hwang, N. Takamura and M.S. Han. 2007. Effects of biological control agents on nuisance cyanobacterial and diatom blooms in freshwater systems. Microbes. Environ. 22: 52-58 https://doi.org/10.1264/jsme2.22.52
  26. Kim, B.H., M. Sang, S.J. Hwang and M.S. Han. 2008. In situ bacterial mitigation of the toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa: implications for biological bloom control. Limnol. Oceanogr.: Methods 6: 513-522 https://doi.org/10.4319/lom.2008.6.513
  27. Mason, C.F. 1996. Biology of Freshwater Pollution. Harlow, Essex: Longman
  28. Mayali, X. and F. Azam. 2004. Algicidal bacteria in the sea and their impact on algal blooms. J. Eukaryot. Microbiol. 51: 139-144 https://doi.org/10.1111/j.1550-7408.2004.tb00538.x
  29. McIvor, A.L. 2004. Freshwater mussels as biofilters. Ph.D.Thesis. Pembroke College, 157pp
  30. Moss, B. 1992. The scope for biomanipulation in improving water quality. p. 73-81. In: Eutrophication: Research and Application to Water Supply (Sutcliffe, D.W. and J.G. Jones, eds.). Far Sawry, Cumbria, UK: Freshwater Biological Association
  31. Nicholls, K.H. and G.J. Hopkins. 1993. Recent changes in Lake Erie (north shore) phytoplankton: cumulative impacts of phosphorus loading reductions and the zebra mussel introduction. J. Great Lakes Res. 19: 637-647 https://doi.org/10.1016/S0380-1330(93)71251-4
  32. Officer, C.B., T.J. Smayda and R Mann. 1982. Benthic filter feeding: a natural eutrophication control. Mar. Ecol. Prog. Ser. 9: 203-210 https://doi.org/10.3354/meps009203
  33. Perrow, M.R, M.L. Meijer, P. Dawidowicz and H. Coops. 1997. Biomanipulation in shallow lakes: state of the art. Hydrobiologia 342: 355-365 https://doi.org/10.1023/A:1017092802529
  34. Reeders, H.H. and A.B. Vaate. 1992. Bioprocessing of polluted suspended matter from the water column by the zebra mussel (Dreissena polymorpha Pallas). Hydrobiologia 239: 53-63 https://doi.org/10.1007/BF00027529
  35. Scheffer, M., S.H. Hosper, M.L. Meijer, B. Moss and E. Jeppesen. 1993. Alternative equilibria in shallow lakes. Trends in Ecology and Evolution 8: 275-279 https://doi.org/10.1016/0169-5347(93)90254-M
  36. Shapiro, J. 1990. Biomanipulation: the next phase-making it stable. Hydrobiologia 200/201: 13-27 https://doi.org/10.1007/BF02530325
  37. Sigee, D.C., R Glenn, M.J. Andrews, E.G. Bellinger, R.D. Butler, H.A.S. Epton and R.D. Hendry. 1999. Biological control of cyanobacteria: principles and possibilities. Hydrobiologia 395/396: 161-172 https://doi.org/10.1023/A:1017097502124
  38. Smith, T.E., R.J. Stevenson, N.F. Caraco and J.J. Cole. 1998. Changes in phytoplankton community structure during the zebra mussel (Dreissena polymorpha) invasion of the Hudson River (New York). J. Plankton Res. 20: 1567-1579 https://doi.org/10.1093/plankt/20.8.1567
  39. Talling, J.F. 2003. Phytoplankton-zooplankton seasonal timing and the 'clear-water phase' in some English lakes. Freshwater Biol. 48: 39-52 https://doi.org/10.1046/j.1365-2427.2003.00968.x
  40. Wu, J.T., L.L. Kuo-Huang and J. Lee. 1998. Algicidal effect of Peridinium bipes on Microcystis aeruginosa. Current Microbiol. 37: 257-261 https://doi.org/10.1007/s002849900375