조류의 성장에 기인하여 대청호로부터 발생된 이취미와 천연유기물질의 제거를 위해 활성탄 흡착에 관한 파일롯 플랜트연구를 수행하였다. 대청호원수의 용존유기물질 농도는 1.5-3.5mg/1으로 나타났고, 이취미를 유발시킨 주 성분인 Geosmin농도는 가을에 60ng/1 이상이 검출되었다. 이는 8월말부터 발생하기 시작하여 10월말 까지 지속되었다. 이는 8월말부터 발생하기 시작하여 10월말 까지 지속되었다. 한국수자원공사 대청수도내 파일롯 플랜트는 재래식정수처리 시스템에 오존산화공정, 4개의 입상활성탄 흡착탑으로 구성되었다. 공탑체류시간(EBCT) 15분 이상에서, 이취미 발생기간동안 GAC 3지와 4지에서 이취미는 완전히 제거되었다. 활성탄 원료 종류별 DOC제거를 위한 파일롯연구에서 석탄계 활성탄으로 충진한 GAC 3지와 4지는 운전 3개월 후에 파괴되기 시작하였고, 이 후 4개월의 운전동안 약 40-50%의 일정한 제거효율을 보여주었다. 야자계 활성탄으로 충진된 GAC 2지는 2개월의 운전 후에 완전히 파괴되었다.
본 연구는 2017년 4월부터 10월까지 북한강 수계 3개의 연속댐(의암호(UA), 청평호(CP), 팔당호(PD))의 미소생물 군집과 이취미 농도와 관계를 알아보기 위해 환경요인, 이 취미 물질, 미소생물 군집 등을 조사하였다. 3개 저수지의 박테리아 군집은 주로 Actinobacteria와 Betaproteobacteria가 우점 분류군으로 나타났으며, 계절성은 나타나지 않았다. 식물플랑크톤 군집은 봄철, 규조류 및 은편모조류 여름철 남조류, 가을철 규조류 및 은편모조류 순서로 우점하는 계절성을 보였으며, 북한강 수계에서 출현한 남조류는 Dolichospermum spp., Microcystis aeruginosa, Pseudanabaena spp. 속이 우점 출현하였다. 북한강 수계에 출현한 미소생물 중 이취미 물질을 발생하는 분류군은 Actinobacteria와 남조 Anabaena, Pseudanabaena 속 등이며, 이취미 물질인 Geosmin과 2-MIB가 높게 나타났을 때, 높은 현존량으로 출현하였다. 미소생물과 이취미 물질의 상관관계는 Actinobacteria의 경우 2-MIB (r=0.491, p<0.01)와 유의한 상관성을 나타냈으며, 남조류의 경우 geosmin (r=0.381, p<0.05), 2-MIB (r=0.386, p<0.05)와 유의한 상관성을 나타냈다. 따라서, 북한강 수계에서 나타나는 이취미 물질은 Actinobacteria 및 남조류의 출현과 직접적인 관계가 있을 것으로 사료되며, 남조류 미출현 시 발생하는 높은 농도의 이취미 물질은 Actinobacteria가 생성하는 것으로 판단된다.
본 연구는 2014년 5월부터 2015년 3월까지 북한강 수계 3개의 연속댐 (의암호, 청평호, 팔당호)의 환경요인 및 식물플랑크톤 현존량 등을 매월 1회씩 조사하였다. 3개 호의 식물플랑크톤 군집은 규조류-남조류-규조류의 순서로 우점하는 계절성을 보였으며, 가을철 북한강 수계에서 남조 Pseudanabaena limnetica가 우점종으로 처음 출현하였다. 이취미 물질을 발생하는 남조 Anabaena circinalis, Pseudanabaena limnetica의 종이 우점종으로 출현한 시기에 이취미 물질인 Geosmin과 2-MIB 역시 높은 농도로 검출되었다. 환경요인과 남조류의 현존량과의 관계를 보면, A. circinalis의 경우 이취미 물질인 Geosmin (r=0.983, p<0.01)과 유의한 상관성을 나타냈으며, P. limnetica의 경우 영양염류 중 총질소 (r=0.685, p<0.01), 질산성질소 (r=0.723, p<0.01)와 유의한 상관성을 나타냈고, 이취미 물질인 2-MIB (r=0.717, p<0.01)와 유의한 상관성을 나타냈다. 따라서 북한강 수계에서 나타나는 이취미 물질은 남조류 출현과 직, 간접적인 관계가 있을 것으로 사료되며, 상수원 저수지 이취미 관리를 위해 지속적인 모니터링이 필요하다.
녹조현상 발생시 남조류에 의하여 발생하는 이취미 물질인 Geosmin과 2-methylisoborneol(2-MIB)는 수돗물에 냄새를 유발하는 원인 물질로서 제거가 필요하다. 일반적으로 정수장에서는 이취미 물질의 제거를 위하여 활성탄을 사용하고 있으나 활성탄의 기공 분포와 활성탄의 입자크기가 이취미 물질 흡착제 미치는 영향에 대한 정보는 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 활성탄의 기공분포와 활성탄의 입자 크기가 이 취미 물질 흡착에 미치는 영향을 살펴보았다. 분말활성탄(PAC), 입상활성탄(GAC), 활성탄소섬유(ACF)의 이취미 물질 흡착을 비교한 결과, PAC > ACF > GAC 순서로 이취미물질 흡착제거효율이 높았다. 다양한 기공분포 특성을 갖는 분말활성탄들을 비교한 결과, 미세기공이 잘발달된 경우가 Geosmin과 2-MIB의 흡착에 유리한 것으로 나타났으며, 입자 크기의 경우에는 작을수록 Geosmin과 2-MIB의 흡착에 보다 효과적이었다.
콩기름과 팜유로 튀긴 유과를 2$0^{\circ}C$와 5$0^{\circ}C$에 저장하면서 분석한 결과 콩기름으로 튀겨 5$0^{\circ}C$에 저장한 유과의 산가는 2주에는 0.78mg/g에서 4주에 9.35mg/g으로 급격한 증가를 하였으나 팜유로 튀긴 유과는 저장 6주까지 변화가 없다가 저장 8주에서 2.08mg/g을 나타내었다. 과산화물가의 경우 콩기름으로 튀긴 유과를 5$0^{\circ}C$에서 저장하였을 때 저장 4주까지 급격한 증가를 보이다 4주 이후 감소하였다. 저장 기간에 따른 지방산의 변화는 2$0^{\circ}C$ 저장의 경우 저장 전과 큰 차이를 보이지 않았지만 5$0^{\circ}C$ 저장의 경우 콩기름과 팜유 모두 palmitic acid, stearic acid 및 oleic acid는 저장기간이 경과함에 따라 증가하였고 linoleic acid와 linolenic acid는 감소하였다. 또한 관능검사 결과 콩기름으로 튀긴 유과는 4주 이후 이취미가 발생하기 시작하여, 7주가 지난 후에는 이취미가 보다 강하게 발생하였지만 팜유로 튀긴 유과는 4주째에 이취미가 약간 발생하였으나, 그정도가 미미하였고, 8주째에도 이취미가 강하게 발생하지 않았다. 따라서 유과 튀김시 콩기름을 팜유로 대체한다면 종래 방법으로 제조된 유과에 비해 저장 기간이 증가할 것으로 사료된다.
쌀에 함유된 지방질은 가공 처리 중 쉽게 가수분해나 산화를 일으켜 이취 또는 불쾌한 맛을 생성하여 밥의 품질을 저하시키는 원인이 된다. 산화를 억제시키기 위해서는 공기와의 접촉을 차단시키는 것이 중요하다. 이러한 목적의 일환으로 본 연구에서는 쌀의 저장기간을 연장시키기 위하여 배아미와 현미를 진공포장한 후 실온에서 보관하면서 14주 동안 2주마다 과산화물가와 산가를 분석하여 산패도를 측정하였다. 비포장 현미와 배아미의 과산화물가는 처음 4주동안은 모두 6∼9 meq/kg정도로 차이가 없었지만, 현미의 경우에는 6주후에는 배아미보다 산패가 빨리 진행되어 휘발성 물질의 생성에 따라 이취미가 나기 시작하였다. 진공포장한 현미와 배아미는 지방질 함량의 차이 때문에 초기에는 과산화물가 0.3 meq/kg정도의 차이가 있었고, 저장과정 중에는 과산화물가의 차이가 거의 없었다. 산가(유리지방산)의 양도 비포장한 배아미와 현미의 경우에는 저장기간중 0.5 mg/g정도의 차이가 있었지만, 진공포장을 한 경우에는 8주 동안에는 큰 차이가 나지 않았으며, 10주후 부터는 0.6 mg/g정도의 차이를 나타냈다. 본 실험으로 배아미와 현미를 진공포장할 경우 비포장하였을 때보다 산패가 억제되어 10주 정도의 저장기간이 연장됨을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 유전체 배리어 방전 플라즈마를 이용한 상수원의 이취미 및 독성물질 분해에 대하여 조사하였다. 이취미 물질로 지오스민(geosmin)과 2-methyl isoborneol (2-MIB)을 사용하였고, 독성물질로는 microcystin-LR (MC-LR), microcystin-RR (MC-RR), microcystin-YR (MC-YR), 그리고 anatoxin-a를 사용하였다. 플라즈마 반응기의 유입기체에 따른 분해 효율(반응시간 150 s 기준)은 지오스민의 경우 산소(100%) > 건조공기(96%) > 질소(5%) 순이었으며, 2-MIB의 경우에도 산소(100%) > 건조공기(94%) > 질소(2%) 순이었다. 이 결과는 이취미 물질이 주로 플라즈마 방전에 의해 생성된 산화성 성분, 특히 수명이 긴 오존에 의해 분해된다는 것을 나타낸다. 산소를 사용했을 때 지오스민과 2-MIB는 150 s 이내, microcystin류는 10 s 이내, anatoxin-a는 30 s 이내에 모두 분해되었다. 실제 호소수를 사용한 경우 증류수에서보다 이취미 및 독성물질의 분해효율보다 높게 나타났다.
대청호 원수를 취수하여 정수하는 대청수도에서 이취미를 제거하고 THM(Trihalomethanes) 발생량을 줄이기 위하여 기존 표준정수공정에 오존과 활성탄여과공정을 추가한 pilot plant 실험을 수행하였다. pilot 실험결과 표준정수공정에서 DOC(dissolved organic carbon)는 약 25% 제거되었으나, 오존공정에서는 거의 제거되지 않았고, 30일이 지난 후 GAC(granular activated carbon)에서는 약 75%까지 제거되는 것으로 나타났다. 표준정수공정에서 이취미는 약 30%, 오존산화공정에서 약 60%정도 제거되었고, 활성탄여과에서 대부분 제거되었으나, Column 1과 2에서는 DOC와 같이 이취미물질도 파과(breakthrough) 되는 것으로 나타났다. 전염소처리 대신에 중1, 2염소처리를 도입할 경우 전염소처리와 비교하여 약 25%정도의 THM발생량이 감소하였으며, 후염소처리만할 경우 약 30%까지 감소하는 것으로 나타났다.
본 연구는 청정수역으로 알려져 있던 북한강 수계에서 저수온기에 우점한 남조류 Anabaena spiroides 현존량과 이취미 물질인 지오스민 (geosmin)에 대해 조사하고 환경인자와의 통계적 분석을 통하여 A. spiroides의 증식 특성을 알아보고자 하였다. 2011년 11월 말에 A. spiroides가 과다증식하였는데 출현지역은 의암호 내의 공지천 유입부 부터 하류의 팔당호까지 그 범위가 넓고 하류로 확산되는 특성을 보였다. 저수온기에 수온 상승과 체류시간 증가 등의 물리학적 수환경 변화가 남조류 A. spiroides의 과다증식에 영향을 미쳤다. A. spiroides 현존량은 팔당호에서 $11,325cells\;mL^{-1}$로 최대증식을 보였으며, 수온이 $4^{\circ}C$ 이하로 내려가면서 A. spiroides 현존량이 급격히 감소하였다. 수환경 요인 중에서 수온 하강이 A. spiroides 현존량 감소에 가장 큰 영향을 준 인자였다. 남조류의 대사물질로 이취미의 원인물질인 Geosmin은 팔당호에서 최대 $1,640ng\;L^{-1}$ 농도를 나타냈다. 북한강 수계에서 Geosmin 농도는 A. spiroides와 매우 유의한 상관관계를 보여 A. spiroides에 의해 이취미가 유발되었음을 시사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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