부영양 저수지의 조류제거를 위한 기능성 천연물질혼합제의 최적화 연구

Optimization Test of Plant-Mineral Composites to Control Nuisance Phytoplankton Aggregates in Eutrophic Reservoir

유해 조류 제거를 위해 기 개발된 천연물질혼합제의 최적화 조건을 찾기 위해 다양한 환경조건에서 조류제거율 및 유기물 응집부상량을 조사하였다. 천연무질혼합제는 천연 식물체(상수리나무, 밤나무, 녹차 잎)와 광물질(황토, 맥반석, 제오라이트)을 단순 추출법을 이용하여 추출한 후 혼합한 물질로 비중이 낮은 유기물질을 응집시켜 부상시키는 특징을 갖는다. 실험은 농도 $0{\sim}1.0\;mL\;L^{-1}$, 광도는 $8{\sim}1,400\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 수온은 $10{\sim}30^{\circ}C$, pH는 7~10, 수심은 10~50 cm 그리고 조류종은 cyanobacteria, diatom, green algae의 조건 범위에서 각각 진행하였다. 실험결과 $0{\sim}1.0\;mL\;L^{-1}$ 농도에서 모두 80% 이상의 조류제거율을 나타냈으나 경제성과 안전성을 고려했을 때 가장 낮은 농도인 $0.05\;mL\;L^{-1}$가 적정 농도로 판단되었다. 광도는 $1,400\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$에서 약 93%, 수온은 $20{\sim}30^{\circ}C$에서 약 60~74%, pH는 7~9 사이에서 약 93%, 수심은 50 cm 이하 모든 수심에서 90% 이상, 조류종에서는 cyano bacteria가 우점하는 수체에서 약 86%로 각각 가장 좋은 조류제거율을 나타냈으며, 응접부상효과 역시 높게 나타났다. 이상의 실험에서 천연물질혼합제는 수중 부유물보다 조류의 제거에 더 효과적이었으며, 수중 조류나 부유물질의 크기가 효율에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 결국 천연물질혼합제는 수온이 상승하는 봄~여름(수온: $20{\sim}30^{\circ}C$), cyanobacteria와 green algae가 우점하는 수체에 적용 시 높은 효과를 나타낼 것으로 사료되며, 향후 현장 적용을 통한 효과 검증이 필요할 것으로 판단되었다.

To optimize the natural chemical agents against nuisance phytoplankton, we examined algal removal activity (ABA) of Plant-Mineral Composite (PMC), which already developed by our teams (Kim et al., 2010), on various conditions. The PMC are consisted of extracted-mixtures with indigenous plants (Camellia sinensis, Quercusacutissima and Castanea crenata) and minerals (Loess, Quartz porphyry, and natural zeolite), and characterized by coagulation and floating of low-density suspended solids. A simple extraction process was adopted, such as drying and grinding of raw material, water-extraction by high temperature-sonication and filtering. All tests were performed in 3 L plastic chambers varying conditions; six different concentrations ($0{\sim}1.0\;mL\;L^{-1}$), six light intensities ($8{\sim}1,400\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$), three temperatures ($10{\sim}30^{\circ}C$), four pHs (7~10), five water depths (10~50 cm), and three different waters dominated by cyanobacteria, diatom, and green algae, respectively. Results indicate that the highest ABA of PMC was seen at $0.05\;mL\;L^{-1}$ in treatment concentrations, where showed a reduction of more than 80% of control phytoplankton biomass, while $1,400\;{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ in light intensity (>90%), $20{\sim}30^{\circ}C$ temperature (>60%), 7~9 in pH (>90%), below 50 cm in water depth (>90%), and cyanobacterial dominating waters (>80%), respectively. Over the test, ABA of PMC were more obvious on the algal biomass (chlorophyll-${\alpha}$) than suspended solids, suggesting a selectivity of PMC to particle size or natures. These results suggest that PMC agents can play an important role as natural agents to remove the nuisant algal aggregates or seston of eutrophic lake, where occur cyanobacterial bloom in a shallow shore of lake during warm season.