It is well known that bioassay on the low organic matters in water have developed from the two methods. One is assimilable organic carbon(AOC) that makes use of the maximum growth biomass of the pure strains for the standard substrates, the other is biodegradable dissolved organic carbon(BDOC) that determines the fraction of dissolved organic carbon(DOC) available for microbial utilization. The purpose of this study was to upgrade the measurement method of BDOC in natural water or drinking water. BBOC was determined by means of the bacterial growth and the DOC decrease at the same time. The origin inoculums were used to the suspended bacteria from Han River water, The initial optimum biomass and incubation time for initial DOC were induced by variation of nutrient repression and inoculums. The time reached to minimum DOC was selected as incubation time. The initial optimum biomass for Han river water was about 1000~5000 CFU/mL, respectively. In a sufficient biomass, suitable incubation time was about 3~5 day. It was indirectly calculated BDOC on maximum growth rate by measuring growth yield of indigenous bacteria. But it was difficult to adapt growth yield coefficient because of irregular bacterial growth. The measured 3 day BDOC was close to BDOC calculated with our proposed experimental equation between DOC and BDOC. It shows that the quantification of BDOC with this experimental equation can be used indirectly.
Kim, Chulgoo;Choi, Jong-Yun;Choi, Byungwoong;Lee, JunSeok;Jeon, Yonglak;Yi, Taewoo
Proceedings of the National Institute of Ecology of the Republic of Korea
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제2권4호
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pp.259-273
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2021
We conducted a study to investigate the characteristics of the carbon cycle of two streams (located in Shig a Prefecture, Japan), having similar size, namely, the Adokawa stream (length: 52 km, area: 305 km2, watershed population: 8,000) and the Yasukawa stream (length: 62 km, area: 380 km2, watershed population: 120,000), but with different degree of human activity. Samples were collected from these two streams at 14 (Adokawa stream) and 23 (Yasukawa stream) stations in the flowing direction. The dissolved inorganic carbon (DIC) concentration and the stable carbon isotope ratio of DIC (δ13C-DIC) were measured in addition to the watershed features and the chemical variables of the stream water. The δ13C-DIC (-9.50 ± 2.54‰), DIC concentration (249 ± 76 µM), and electric conductivity (52 ± 13 µS/cm) in Adokawa stream showed small variations from upstream to downstream. However, the δ13C-DIC (-8.68 ± 2.3‰) upstream of Yasukawa stream was similar to that of Adokawa stream and decreased downstream (-12.13 ± 0.43‰). DIC concentration (upstream: 272 ± 89 µM, downstream: 690 ± 37 µM) and electric conductivity (upstream: 69 ± 17 µS/cm, downstream: 193 ± 37 µS/cm) were higher downstream than upstream of Yasukawa stream. The DIC concentration of Yasukawa stream was significantly correlated with watershed environmental variables, such as, watershed population density (r = 0.8581, p<0.0001, n = 23), and forest area percentage of the watershed (r = -0.9188, p<0.0001, n = 23). δ13C-DIC showed significant negative correlation with the DIC concentration (r = -0.7734, p<0.0001, n = 23), electric conductivity (r = -0.5396, p = 0.0079, n = 23), and watershed population density (r = -0.6836, p = 0.0003, n = 23). Our approach using a stable carbon isotope ratio suggests that DIC concentration and δ13C-DIC could be used as indicators for monitoring the health of stream ecosystems with different watershed characteristics.
Together with the development of measurement techniques, radiocarbon (14C) has been increasingly used as a key tool to investigate carbon cycling and associated biogeochemistry in the ocean. In this paper, the current status of radiocarbon studies in the East Sea (Japan Sea) is reviewed. Previously, spatiotemporal distribution and change of the water masses in the East Sea from 1979 to 1999 were investigated by using the 14C in the dissolved inorganic carbon (DIC). Researches on sinking particulate organic carbon (POC) revealed that POC in the deep ocean has more complex and heterogeneous origins than we expected. In particular, since 2011, Korean researchers have been collecting sinking particle samples for more than 10 years, so it is expected that 14C of POC will provide important information to understand carbon cycling in relation to climate change. Although the quantity of 14C data published in the East Sea is still limited, the importance and the future direction of using 14C to understand the biogeochemical mechanisms of carbon cycling and its role as a carbon reservoir in the East Sea are detailed herein.
To investigate the contribution of macroalgae to biogeochemical nutrients and carbon cycles, we measured the uptake rates of nutrients and $CO_2$ by Undaria pinnatifida using an incubation method in an acrylic chamber. From January to March 2010, U. pinnatifida was sampled at Ilkwang, a well-known area of macroalgae culture in Korea. The initial and final concentrations of nutrients, dissolved oxygen, total alkalinity, and pH of the chamber water were measured, and production/uptake rates were calculated using concentration changes, chamber volume, and incubation time. The production rate of dissolved oxygen by U. pinnatifida (n = 32) was about $5.4{\pm}4.0\;{\mu}mol\;g_{fw}^{-1\;}h^{-1}$. The uptake rate of total dissolved inorganic carbon (TDIC), calculated by total alkalinity and pH, was $7.9{\pm}6.5\;{\mu}mol\;g_{fw}^{-1}\;h^{-1}$. Nutrients uptake averaged $141.7{\pm}119.2$ nmol N $g_{fw}^{-1}\;h^{-1}$ and $15.0{\pm}9.1$ nmol P $g_{fw}^{-1}\;h^{-1}$. A positive linear correlation ($r^2$ = 9.6) existed between the production rate of dissolved oxygen and the uptake rate of total dissolved inorganic carbon, suggesting that these two factors serve as good indicators of U. pinnatifida photosynthesis. The relationships between fresh weight and uptake rates of nutrients and $CO_2$ suggested that younger specimens (<~50 g fresh weight) are much more efficient at nutrients and $CO_2$ uptake than are specimens >50 g. The amount of carbon uptake by the total biomass of U. pinnatifida in Korea during the year of 2008 was about 0.001-0.002% of global ocean carbon uptake. Thus, more research should be focused on macroalgae-based biogeochemical cycles to evaluate the roles and contributions of macroalgae to the global carbon cycle.
가압식 MF공정의 전처리공정으로 침전지가 없는 혼화/응집공정에서 적정응집제 투입농도선정 및 유기물 제거성능을 평가하였다. 전처리 공정에서 생성된 플럭이 가압펌프의 임펠러에 의해 해체됨을 확인하였으며 원수탁도가 10 NTU 이하로 유입이 될 때, 혼화/응집조와 펌프후단에서 플럭형성을 위한 최적응집제 투입량은 4 mg/L (as PACl 17%)이었다. 이때의 DOC 제거율은 평균 43%이었으며, 응집제투입량을 계속적으로 증가시켜 8 mg/L (as PACl 17%)로 투입을 하였을 때, DOC 제거율은 평균 48%를 나타내어 제거율은 크게 개선되지 않았다. 전처리가 없는 PVDF 가압식 MF공정의 TMP는 0.54 bar에서 운영이 되었으며, 혼화/응집 전처리 공정을 적용하여 운영 시 TMP는 0.41 bar로 안정적인 운영이 가능하였다.
Natural organic matter(NOM) is defined as the complex matrix of organic material and abundant in natural waters. It affects the performance of unit operations for water purification. Several kinds of analytical indicators such as DOC, specific ultraviolet absorbance(SUVA), apparent molecular weight (AMW), fractionation and high performance size exclusive chromatography(HPSEC) have been used to understand characteristics and variations of NOM. This study aims to evaluate the characteristics of NOM in the Geum River system comprising with stream flows and reservoirs. It was identified that SUVA denoting the portion of humic substance in water ranged within 1.60~3.36. Using resin adsorbents, dissolved organic carbon(DOC) was fractionated into three classes: hydrophobic bases(HOB), hydrophobic acids(HOA) and hydrophilic substances(HI). HI dominates in all samples, collectively accounting for more than 62% of the DOC. HOA was the second dominated fraction and it varied considerably but accounted for about 30% of the DOC. The distribution of high molecular weight(HMW) measured by HPSEC being used to determine the molecular weight distribution of aquatic humic substances was 40.1% and 38.7% in reservoir and stream flow, respectively. The distribution of low molecular weight(LMW) in stream flow was 13.2% higher than that in reservoir. And apparent molecular weight less than 1KDa, which include the molecular weight of hydrophilic organic matter, occupied with 69.2% and 68.2% in stream flow and reservoir, respectively. While the molecular weight of 1 to 100 KDa including humic substances ranged with 18.6% and 21.6% in stream flow and reservoir, respectively. Seasonal variation of refractory dissolved organic carbon was similar to that of SUVA.
Optical methods such as UV and fluorescence spectrophotometers can be applied not only in the qualitative analysis of dissolved organic matter (DOM), but also in real-time quantitative DOM monitoring for wastewater and natural water. In this study, we measure the UV254 and fluorescence excitation emission spectra for a sewage treatment plant influent and effluent, and river water before and after sewage effluent flows into the river to examine the composition and origin of DOM. In addition, a correlation analysis between quantified DOM characteristics and dissolved organic carbon (DOC) was conducted. Based on the fluorescence excitation emission spectra analysis, it was confirmed that the protein-type tryptophan-like DOM was the dominant substance in the influent, and that the organic matter exhibited relatively more humic properties after biological treatment. However, DOM in river water showed the fluorescence characteristics of terrestrial humic-like and algal tyrosine-like (protein-like) organic matter. In addition, a correlation analysis was conducted between the DOC and optical indices such as UV254, the fluorescence intensity of protein-like and humic-like organic matter, then DOC prediction models were suggested for wastewater and river monitoring during non-rainfall and rainfall events. This study provides basic information that can improve the understanding of the contribution of DOC concentration by DOM components, and can be used for organic carbon concentration management in wastewater and natural water.
본 연구는 부영양화 호소의 개선을 위하여 분말활성탄 공정을 적용하고 호소수 내의 용존 유기물과 인의 제거특성을 파악하고자 수행되었다. 용존 유기물의 제거특성은 부유물질의 제거특성과 다르며 응집제 주입량과 pH에 영향을 받음을 확인하였다. 용존 유기물은 분말활성탄에 의해 흡착으로 제거되며 응집과정에서 용존 유기물의 제거효율을 증가시킬 수 있었다. 응집침전공정의 인 제거 과정과 같은 화학침전과정에서 형성되는 용존성 착화합물과 콜로이드성 물질은 인의 제거효율을 저하시키는 요인이다. 분말활성탄의 주입으로 콜로이드성 물질과 용존성 착화합물을 흡착함으로써 인의 제거효율을 증가시킬 수 있었다. 또한 분말활성탄은 응집과정의 floc의 밀도를 증가시켜 침전속도를 높이고 고액분리 효율을 높일 수 있었다.
Investigating the budgets of alkalinity and dissolved inorganic carbon (DIC) in lake water systems is significant for the examination of the behavior of a lake as a sink or a source with respect to the circulation of inorganic carbon chemistry. Budgets of total alkalinity ($Alk_T$) and DIC in Onondaga Lake, which was polluted by chronic calcium (Ca) loading in spite of the closure of soda ash ($Na_2CO_3$) facility, were determined by the analyses of inorganic carbon chemistry in tributary stream channels linked to the lake. AlkT and DIC fluxes of Onondaga Creek and Ninemile Creek occupied 65% and 54%, respectively, as larger tributary streams in comparison with other tributaries as well as different input sources. Budget calculations indicate that 18% of AlkT and 11% of DIC inputs to Onondaga Lake, respectively, remained immobilized in the Lake. This suggests that Ca chronically leached had been precipitated with inorganic carbon or remineralized by secondary mineral formation during the experimental period. In this study, the assumed mass balance calculation in Onondaga Lake with tributary streams resulted in exhibiting that the lake played a role of the sink for the inorganic carbon cycle.
Changes of organic carbon after the entrance into dam reservoirs were investigated using water samples collected in May, September, and October in 2010 from the inflow sites and the outlets of four selected dam reservoirs-Soyang, Chungju, Chungju regulation, and Uiam. Increase of refractory dissolved organic carbon (R-DOC) was observed only for large dam reservoirs with long residence times whereas the trend was not found for relatively small reservoirs. The effects of residence times on organic carbon changes were further confirmed by significant positive correlations between monthly residence times and the relative increase of either dissolved organic carbon (DOC) or R-DOC concentrations. Comparison of spectroscopic characteristics of DOC revealed that the changes in the large reservoirs in May might result from in-lake processes. The inflow of terrestrial sources of DOM during storms appears to largely affect the DOC quality of the large reservoirs for the rest of the sampling periods. The mechanism, however, did not fully explain the behaviors of DOC for the small sized reservoirs. Our combined results suggested that both residence time and the input of allochthonous carbon sources might substantially influence the quantity of DOC as well as its quality in dam reservoirs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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