• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.261-261
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• 2022

최근 국내 녹조현상의 빈도가 잦아지고, 지속기간이 증가하였다. 이러한 녹조현상은 이상기후로 인한 일사량, 수온, 체류시간 증가로 인한 환경적인 영향이 있으며, 산업단지 및 농지 등에서 유출되는 질소나 인의 부영양화로 인한 인위적 영향이 있다. 조류종 중 특히 남조류가 생장하는 과정에서 발생하는 독성물질(간독소, 신경독소), 이취미 물질(Geosmin, 2-MIB 등)은 수질을 악화시키고 있어 생태계에 큰 영향을 미친다. 조류는 하천에서 넓은 분포로 발생하게 되는데 현재 조류 조사 방법은 현장에 발생한 조류를 직접 채취하여 연구실에서 현미경으로 직접 검경하기 때문에 많은 인력과 시간, 비용이 소비되고 있는 실정이다. 국내에서는 인력과 시간을 줄이기 위해 센서를 활용한 조류분석 및 원격탐사 기법을 이용한 조류 모니터링에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 하천에서는 녹조류와 남조류 모두 혼합되어 존재하며 센서를 이용하여 조류를 분석할 시 녹조류는 Chl-a, 남조류는 Phycocyanin을 대체하여 분석하고 있다. 하지만 모든 조류는 광합성을 하기 때문에 Chl-a를 모두 함유하고 있어 Chl-a만으로 남조류를 추정하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 조류 계측장비인 LISST-HAB를 통하여 조류시료의 농도를 측정하여 Chl-a, Phycocyanin 농도를 측정하여 조류종 분류에 대한 분석을 진행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.110-110
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• 2021

사회적, 환경적으로 크고 작은 문제를 일으키는 녹조현상은 수생태계에서 1차 생산자로 없어서는 안 될 조류의 과대 성장으로 인해 주로 나타난다. 담수조류는 크게 녹조류, 남조류, 규조류 3종으로 나누어지며, 특히 남조류는 계절별 천이에 따른 발생 시 과대 성장하는 특성으로 인해 녹조현상에 가장 큰 원인이 된다. 이러한 녹조현상의 원인에 따라 환경부에서는 발령기준 항목을 chl-a와 남조류 세포수에서 2016년 이후 남조류 세포수 만으로 발령기준 항목을 개정하였다. 따라서, 녹조현상에 대한 신속한 대처를 위해서는 남조류에 대한 분포에 대해 파악하는 것이 가장 우선시 되며 이를 위해 신속한 모니터링을 필요로 한다. 하지만 현재 조류 모니터링을 위해서는 직접 채수를 통한 검경 또는 Lisst, YSI와 같은 직접 계측 센서를 활용하여 모니터링을 진행을 하고 있으며 이러한 점, 선 단위의 측정은 전반적인 조류 분포 및 현황에 대하여 파악과 신속한 모니터링에 한계가 있다. 이러한 한계에 대안으로 위성영상, 다중분광 및 초분광 영상을 활용한 면단 위의 원격 모니터링을 통해 신속하고 하천 내 전반적인 조류 농도 분석을 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 UAV를 활용한 초분광센서를 이용하여 하천과 일정한 반사율을 가지는 반사천을 촬영하고 취득한 초분광영상 보정 및 분석을 진행하였다. 최적 밴드 비를 산정하고 YSI를 통한 Chl-a 결과를 이용하여 분광 특성별 맵핑을 통한 공간적 분포의 조류 농도를 산정하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.155-155
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• 2023

국내 이상기후로 인해 여름철 하천과 호소에서 빈번하게 발생되는 조류의 과대성장이 매년 문제가 되고 있다. 하천 조류는 일차생산자로서 매우 중요한 역할을 하지만, 하천조류 중 유해남조류가 생장하면서 발생하는 악취 유발 물질과 독성물질의 배출로 문제를 야기하고 있다. 국내에서는 조류경보제와 수질예보제를 시행하여 국민의 안전을 도모하기 위해 최선을 다하고 있으며, 발령 기준은 유해남조류세포수에 따라 발령이 되기 때문에 유해남조류 측정은 매우 중요하다. 현재 조류의 분석방법은 현장에서 조류샘플을 채취하고 실험실에서 현미경을 통해 조류샘플을 검경하고 녹조류, 남조류, 규조류의 세포수 또는 우점종을 산정한다. 조류검경은 개인의 역량에 따라 오차가 생길수 있고 시간이 많이 소요된다. 최근 많은 연구자들이 이런 문제를 해결하기 위해 인공위성, 광학영상, 초분광영상 등을 통해 녹조류와 남조류 대체 인자인 Chlorophyll, Phycocyanin을 통해 조류농도를 추정하고 있으나, 조류세포수 분석에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 매년 조류 발생으로 문제가 되는 물금취수장 인근 하천에서 발생한 조류를 채취하고 조류검경을 통해 얻은 남조류세포수와, LISST-HAB를 통해 얻은 Phycocyanin농도, 초분광영상을 활용한 조류스펙트럼 데이터를 통해 남조류세포수 추정하고 남조류세포수와 비교분석을 진행하였다. 본 연구를 통해 조류측정 원격탐사 연구의 기초자료로 제공하고자 한다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권9호
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• pp.482-496
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• 2016

하천과 호수의 부영양화로 인하여 남조류가 대량으로 증식하게 되면 고유의 생물독소로 인한 위해뿐만 아니라 정수처리 과정에서 경제적 손실을 야기할 가능성이 있다. 현재 상용화되어있는 천연조류제거제인 M사의 W.H. 응집제(이하 W.H.)는 참나무 유래 성분의 살조 및 타감작용을 이용한 응집.부상공정을 통하여 조류를 사전에 제거함으로써 정수공정에 미치는 영향을 효과적으로 저감할 수 있다. 그러나, W.H.를 활용한 응집 부상공정은 정수처리의 전처리공정으로 적용된 사례가 없기 때문에 최적주입농도의 결정기법에 대한 보고 또한 전무한 실정이다. 본 연구에서는 (1) 한강에서 채취한 복합 조류와 (2) 남조류를 선택적으로 대량 배양하여 광조건 하에서 W.H. 투여량 및 조류농도 등의 여러 조건을 변화시키면서 Jar-test를 시행하여 응집 부상공정에서의 조류의 제거기작을 검토하였다. Jar-test 결과를 바탕으로 IBM-SPSS를 활용한 다중회귀분석을 실시하여 최적 W.H. 주입농도를 결정하기 위한 Chl-a 농도와 탁도를 변수로 하는 두 가지 선형식을 도출하였다. 또한 유입수질의 변동에 따라 W.H. 주입농도를 신속하게 결정하고 자동화할 수 있는 자동제어 로직의 프로토타입(Prototype)을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.87-87
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• 2022

최근 국내외 이상기후 변화로 인해 일사량 증가 및 하천, 호소의 체류시간이 늘어남에 따라 조류의 과대성장이 빈번히 발생하고 있다. 하천의 조류는 크게 녹조류, 남조류, 규조류로 분류되며, 남조류 중 일부 종은생장하는 과정에서 생성하는 냄새물질, 독성물질의 배출로 문제를 야기하고 있다. 국민의 안전을 도모하기 위해 국내에서는 조류경보제, 수질예보제를 시행하고 있으며, 이는 유해남조류세포와 Chl-a농도에 따라 발령이 된다. 이렇듯 유해남조류와 Chl-a 측정은 매우 중요하며, 현재 조류의 분석방법은 현장샘플을 하여 조류검경을 통해 산정하기 때문에 시간이 많이 소요되며, 조류발생시 즉각대응이 힘들며, 육안으로 유해남조류인지 구별하기가 어렵다. 최근 원격탐사를 통해 조류의 대체 인자인 Chl-a, Phycocyanin을 통해 조류농도를 분석하고 있으나, 광합성을하는 모든 조류에는 Chl-a가 함유되어 있어 남조류와 녹조류의 정확히 구별하는데 한계점이 있다. 본 연구에서는 조류배양액을 초분광센서를 통해 조류스펙트럼을 취득하고, 남조류와 녹조류의 최대 흡수 스펙트럼을 추출하여 스펙트럼의 순간기울기 변화를 통해 남조류와 녹조류의 종분류하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권12호
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• pp.943-952
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• 2013

최근 국내의 호소들에 부영양화가 진행됨에 따라 남조류가 대량 번식하는 현상이 나타나고 있다. 남조류에 의한 녹조현상은 미관상 불쾌감을 유발하고 이취미 유발과 함께 정수장애도 일으킨다. 그리고 일부 남조류가 생산하는 남조류 독소에 의한 야생동물 및 가축에 대한 피해가 계속적으로 보고됨에 따라 우리나라에서도 조류주의보 발생 시 조류독성에 대한 모니터링을 강화하게 되었다. 이번 연구에서는 울산시가 상수원으로 사용하고 있는 회야호에서의 남조류 발생 특성을 조사하고, 물리, 화학적 환경요인과의 관계를 알아보았다. 그리고 남조류 발생 시 생성되는 남조류 독소(Cyanotoxins) 중 Microcystin 4종과 Anatoxin-a 등 5종을 LC-MS/MS를 이용해 분석하여 그 거동을 알아보았다. 조사 기간 동안 회야호에서는 남조류 중에서 Microcystis가 우점하였고, 남조류 개체수는 수온, pH와 양의 상관관계를 나타내었다. 이 시기 동안 Microcystin-LR의 최대 농도는 $0.424{\mu}g/L$, Microcystin-RR의 최대 농도는 $0.117{\mu}g/L$ 이었다. Cyanotoxins의 농도는 수온, pH와 강한 양의 상관관계를, 총인 농도와 양의 상관관계를 나타내었다. 그리고 정수장으로 유입되는 원수에서의 총 Cyanotoxins의 농도는 $0.182{\mu}g/L$이었고, 정수에서는 검출되지 않았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2017

본 연구에서는 수치모델을 이용하여 대하천서 발생되는 조류의 공간적 농도 분포를 예측하였고, 현장실험을 통해 모델을 검증하였다. 국내하천은 다수의 지류가 본류로 유입됨에 따라 오염물질의 생산과 공급이 지속적으로 발생하고, 하천의 유로연장과 하폭에 비해 수심이 낮은 지형학적 특성을 지닌다. 따라서 지류 유입 이후 발생되는 조류의 거동 특성을 분석하기 위해 수심 적분된 2차원 이송-확산 모델을 사용하였다. 광합성 성장을 이루는 조류의 성장속도 계산을 위해 영양염류, 수온, 일사량과 수심 등을 변수로 하는 성장속도 함수들을 위의 모델과 결합하였다. 본 연구의 대상구간은 낙동강과 금호강 합류부를 포함한 강정고령보 하류 약 9.2 km 구간으로 모델 검증을 위한 현장실험을 수행하였다. 2차원 이송-확산 모델의 입력 값인 유속 및 수심을 계산하는 수리동역학 모델 검증을 위해 미국 Sontek사의 M9을 이용하여 낙동강과 금호강 각각 32개, 12개 측선에 대하여 수리량을 측정하였다. 수리량 측정결과, 금호강과 낙동강의 평균 유량은 각각 $240m^3/s$, $60m^3/s$로 측정되었고 측정된 유량을 모델의 상류단 경계조건으로 사용하여 측정 유속 및 수심과 유사한 결과를 모델로부터 취득할 수 있었다. 조류 농도 측정을 위해 독일 bbe사의 AlgaeTorch 10을 사용하였으며, 수리량 측정과 동일한 측선서 총 조류 세포수(cells/ml)를 측정하였다. 농도 측정결과, 하류로 내려감에 따라 조류의 농도가 증가하는 경향이 나타났고 금호강 합류 후 최대농도는 측정구간 최하류 우안서 4,460 cells/ml로 나타났다. 주 흐름이 발생하는 하천 중앙부에 비해 유속이 느린 하안서 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 이와 같은 경향은 하류로 내려감에 따라 강하게 나타났다. 측정된 조류 농도를 이용한 2차원 이송-확산 모델 검증결과, 합류부 최상류 측선서 MAPE = 10.5 %의 최대오차가 발생하였고 최하류 측선서 MAPE = 6.7 %의 최소오차가 발생하였다. 인과 질소와 같은 영양염류의 농도가 높고 횡 방향 수온 분포가 균일한 대상구간의 특성상 영양염류 함수와 수온 함수로부터 계산된 성장속도 가중치 범위는 각각 0.8~1.0, 0.91~1.09로 공간적 변동성이 크게 나타나지 않은 반면, 수심을 변수로 하는 일사량 함수의 성장속도 가중치 범위는 0.05~1.00으로 상대적으로 매우 높은 공간적 변동성이 나타났다. 수심이 4 m 이하인 하천 양안서 0.8 이상의 가중치가 나타났으며, 수심이 7 m 이상인 하천 중앙서 0.4 이하의 가중치가 나타났다. 본 연구의 수치모의 결과, 수리동역학 모델로부터 계산된 수심이 모델 결과 값에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• KSBB Journal
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• 제15권1호
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• pp.14-21
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• 2000

본 연구는 조류의 고농도 배양을 통하여 축산폐수로부터 질소, 인등의 영양염류를 효과적으로 제거하여 환경오염을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 조류성장의 환경적 요소인 질소/인 농도비에 대한 질소와 인의 제거효율 분석 실험을 통하여 질적 질소/인 농도비를 결정하였다. 고농도 조류 배양을 위한 광도의 균일한 공급을 위하여 광섬유를 이용한 광생물반응기를 공정에 적용하였다. 제안된 광섬유를 이용한 광생물반응기는 광원으로부터 반응기 전체로 효과적인 광전달을 수행하는 것을 확인하였다. 조류 배양에서 조류의 성장과 질소, 인의 제거를 표현하기 위해서 구조적 속도식 모델을 제시하였다. 유전알고리즘을 이용한 자기구성퍼지 제어기를 구성하여 반연속식 폐수처리공정의 제어를 수행하였다. 구성된 퍼지 제어기는 폐수의 유입량 조절을 통하여 질소의 농도를 주어진 설정치로 유지되도록 운전하였다. 실험 결과에 의해 자기구성 퍼지 제어기는 원하는 질소의 농도를 잘 유지함은 물론 조류의 성장을 증진시킴을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권5호
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• pp.378-385
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• 2014

한강유역 조류경보제의 클로로필-a 농도는 남조류의 우점을 예측할 수 없어 본 연구에서는 남조류 개체수에 영향을 미치는 환경인자를 분석하여 남조류 우점 예측인자를 제시하였다. 2012년 1월~2013년 9월까지 하천의 계절변화에 따른 조류의 우점종을 분석한 결과, 저수온기인 1~4월에는 규조류, 5~6월에는 녹조류, 7~8월에는 남조류가 우점하는 것으로 나타났다. 또한, 남조류 개체수 증감에 영향을 미치는 영양염류(TN, TP), 기온, 강수량, 댐 방류량과의 상관성을 분석한 결과, 기온보다는 낮은 댐 방류량으로 댐 내의 체류시간이 길어져 남조류 개체수가 급속히 증가한 것으로 나타났다. 마지막으로 남조류 개체수와 TN:TP 농도 비를 분석한 결과 TN:TP 농도 비가 29 이하로 낮아질 때 남조류가 우점하는 것으로 분석되어 한강유역 조류경보제에 남조류 우점 예측인자인 TN:TP 농도 비를 도입할 필요가 있다.

• 환경생물
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• 제26권1호
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• pp.8-14
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• 2008

본 연구는 2000$\sim$2002년 사이에 우리나라에서 사망한 야생조류의 간, 신장 그리고 뼈에서의 납과 카드뮴 농도를 분석하였다. 연구에 이용된 시료는 황새목(n=10), 기러기목 (n=3), 매목 (n=7), 도요목 (n=8), 비둘기목 (n=2) 그리고 참새목 (n=6)이었다. 간에서 납 농도는 도요목<기러기목<황새목<매목<참새목<비둘기목의 순이었다. 매목을 제외한 모든 목에서 뼈에서의 납 농도가 간에서의 납 농도보다 높았다. 본 결과는 우리나라 야생조류의 납 농도는 급성 오염이 아니라 만성적인 오염을 나타내는 것이다. 그리고 모든 조류의 간과 신장에서의 납 농도는 야생조류의 background level과 exposed level의 범위였다. 간에서의 카드뮴 농도는 도요목<황새목<기러기목<매목<참새목<비둘기목의 순이었다. 황새목, 기러기목, 매목과 참새목은 신장에서의 농도가 간에서의 농도보다 높았지만 도요목은 그렇지 않았다. 도요목을 제외한 모든 조류에서 카드뮴오염은 급성오염이 아닌 만성오염으로 생각된다. 본 연구에서 우리나라 야생조류의 카드뮴 농도는 대부분 background level이었지만 왜가리 1개체와 바다쇠오리 7개체는 toxic level이었다.