물의 순환

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contents_img 조류(藻類)와 부영양화

 

 o  조류(藻類)란 대부분 광합성 색소를 가지고 독립영양생활을 하는 하등식물로 생육 장소에 따라서 담수조류(淡水藻類)·해조류(海藻類) 등으로 나눌 수 있다. 조류 발생과 관련된 생물체로는 남조류, 녹조류, 규조류 및 와편모조류 등이 있다.

 o  이 중 남조류는 잠재적인 독성을 지니고 있으며, 남조류의 대량증식은 경제적(정수처리 비용의 증가), 사회적(위락행위 제한) 및 환경생태학적(생물다양성)으로 영향을 미치며, 남조류가 생산하는 독성물질은 수생태계뿐만 아니라 인간이나 동물에게 직·간접적인 나쁜 영향을 미친다.

o 하천, 호수, 강이나 바다에 유기물을 함유한 생활하수와 분뇨 등이 다량 흘러 들어가면 미생물이 유기물을 과량 분해하므로 수역에 영양이 풍부해지는 현상이다. 즉 자정능력을 넘는 대량의 유기물이나 염류가 강, 바다 에 유입되면서 영양염류가 풍부해진 유역에서 수초와 조류가 번창하고 생물학적 산소 요구량(BOD)이 증가하게 되며 물 속의 산소 부족으로 물고기 등 수중생물이 살 수 없게 되는 현상이다.

 o 최근 우리나라에서도 조류의 대량증식으로 인한 “녹조현상(cyanobacterial blooming)"이 발생하면서 정수처리 장해나 남조류가 생산하는 독성물질에 대한 피해가 우려되고 있다.

 o 일반적으로 독성물질은 남조류 중 Microcystis에서 발생하는 마이크로시스틴(microcystins)이라는 독성물질(hepatotoxin; 간독소)로 알려져 있다.

 o 또한, 남조류(Anabaena, Microcystis 등)는 증식․사멸과정에서 맛․냄새물질의 원인이 되는 2-MIB(2-methyl iso borneol)와 Geosmin (trans-1,10-dimethyl-trans-9-decalol)이 있으며, 각각 곰팡이와 흙냄새를 유발시켜 민원을 유발시키는 사례도 있다.

 

1) 우리나라의 부영양화 현상을 유발하는 조류와 특징

 

조류 종류

부영양화 현상 특징

 남조류

  Microcyctis, Anabaena,

  Oscillatoria, Aphanizomenon

여름과 가을에 짙은 녹색의 scum을 형성하여 “녹조현상” 이라고도 불리며, 물이 정체된 호수 등에서 주로발생 한다.

 규조류

  Synedra, Asterionella, Cyclotella,

  Aulacoseira

늦가을부터 봄까지 수온이 낮을 때 주로 발생하며, 물을 갈색으로 물들인다. 정수처리 시 여과지를 폐쇄하는 장해를 유발한다.

 녹조류 

  Closterium, Pediastrum, Botrycoccus,

  Scenedesmus, Chlamydomonas

남조류가 발생하기 전후에 주로 나타나며, 짙은 녹색을 띠고 얇은 녹색의 막을 형성하기도 한다.

 유글레나조류

  Euglena, Trachelomonas

초여름과 가을철에 적갈색이나 녹색의 막을 형성한다. 주로 얕은 연못이나 저수지에서 발생한다.

 와편모조류

  Peridinium, Ceratium, Gymnodinium

봄부터 여름철에 황갈색이나 적갈색의 띠를 형성하고 일부 대형호소에서 담수적조를 유발한다.

 황녹색조류

  Uroglena

봄부터 초여름에 황색의 띠 모양을 형성하고 부영양화 초기의 호소에서 발생한다.

 

 

❍ 남조류의 특징

  - 남조류는 원핵생물(prokaryote)이면서 고등식물과 마찬가지로 두개의 광합성 시스템을 갖는 지구상의 최초의 조류

  - 광합성을 통한 산소의 생성으로 지구 대기환경을 바꾸어 놓은 것은 물론이고 영양물질의 농도가 낮은 바다에서 유기물을 1차생산자로서 먹이사슬의 기본이 되는 중요한 기능을 하고 있으며, 또한 대기 중의 질소가스를 고정하여 생물 이용할 수 있는 형태의 질소로 전환하는 질소고정(nitrogen fixation)을 하는 중요한 기능을 수행

  - 남조류는 편모를 갖고 있지 않으나 체내에 기포(gas vesicle)를 갖고 있어 물의 표면에 부유하는 특성을 갖고 있으며, 콜로니(colony)나 사상체(trichome)를 형성

  - 최근 우리나라에서는 호수나 저수지 등에 영양물질의 농도가 높아지면서 남조류의 대량증식으로 인한 “녹조현상(cyanobacterial blooming)"이 발생하면서 정수처리 장애나 남조류가 생산하는 독성물질에 대한 피해가 우려

 

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(여러 종류의 남조류; ⓐ Microcystis aeruginosa, ⓑ  Microcystis viridis , ⓒ  Anabaena spiroides  자료 환경부)

 

 녹조류 특징

  - 녹조류는 전형적인 녹색을 띠는 조류로 클로로필 a와 b를 이용하여 광합성을 하고 저장물질로 전분(starch)을 생산하며, 담수와 해수에 모두 분포하지만 주로 담수에 분포

  - 형태와 크기가 아주 다양하여 별모양, 훈장모양, 실모양, 장구모양, 초승달모양 등 우리나라에서도 아주 다양한 녹조류가 발견

  - 녹조류의 이상증식으로 비린내 유발 등 정수처리에 피해

 

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(여러 종류의 녹조류; ⓐ Chlamydomonas pulsatilla , ⓑ Scenedesmus sp , ⓒ Closterium sp ' 자료 환경부)

 

 규조류 특징

  - 해양과 담수에 서식하는 규조류는 부유하거나 여러 매질에 부착하는 단세포성 조류로 단독형, 연결형, 작은 군체형 등의 형태로 성장하며, 규조질의 세포벽(siliceous frustule)을 갖기 때문에 규조류라 함

  - 수중생태계의 생산자로서 그리고 어패류의 먹이로도 중요한 역할을 하는 규조류는 몸 속에는 많은 세포액이 있으며, 색소체로는 엽록소와 규조소(diatomin)가 있고, 동화산물은 녹말이 아니고 지방과 볼루틴(volutin)이라는 다당류가 있음

  - 규조류는 무성생식 2분법으로 번식하다가 크기가 작아지면 증대포자를 이루어 원래의 크기로 회복하며, 규조류의 패각으로 만들어진 규조토는 여과기의 여과장치, 제당(製糖)의 정제와 다이너마이트의 흡착제, 연마제, 내화벽돌의 원료 등으로 사용

 

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(여러 종류의 규조류; ⓐ Cyclotella sp  , ⓑ Mellosira sp. , ⓒ  Astreionella sp  , 자료 환경부)

contents_img 녹조현상 제어 방법

 

구 분

처 리 방 법

영양염류 불활성화 

호수 내 또는 유입 지천에 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 인산염을 침전시키는 방법.

ㅇ첨가제가 생물에게 독성을 나타낼 수 있음.

교환율 높임

ㅇ영양염류의 농도가 낮은 물을 호수로 끌어 들여 교환율을 높이고 체류시간을 짧게 함으로써 생물체의 호수 내 생성 및 축적을 억제

ㅇ방출수를 호수 밑바닥에서 빼면 더욱 더 효과가 있으며 다량의 물이 필요

심층 폭기

ㅇ수온약층 아래에 있는 심층부에 산소 또는 공기를 불어 넣는 방법.

ㅇ산소가 많아지면 저질토로부터의 인 유출량이 줄어들고 철과 망간과 같은 환원물질의 양도 감소됨.

ㅇ수중 폭기가 중단되면, 다시 원상으로 돌아감.

강제 순환

심층폭기와 유사한  방법이나 수온약층을 파괴하는 것이 주 목적임.

심층수 방류

ㅇ영양염류의 농도가 높은 심층수를 방출시켜 영양염류의 체류 시간을 짧게 하는 효과가 있음.

ㅇ수심이 깊은 호수에 매우 효과적임.

호수 수위 낮추기

ㅇ호수 수위를 낮추어 저질토가 드러나게 함으로써 저질토에 퇴적된 오염물질을 산화시키는 방법.

준설 또는 저질토 도포방법을 사용할 때 전 과정으로 사용하기도 함.

ㅇ연안대의 다른 생물상을 파괴하는 단점이 있음.

저질토 도포

ㅇ저질토를 합성수지 등으로 도포하여 저질토에서 나오는 물질을 차단하는 방법.

ㅇ저서 생물에 영향을 주고 비용이 많이 들어감.  

준 설

ㅇ저질토에는 물보다 10,000~1,000,000배 정도의 인이 녹아 있으므로, 이를 준설하여 호수내의 인을 제거하는 방법.

ㅇ저질토에 영양염류가 농축되어 있는 곳에 매우 효과적임.

ㅇ처리비용이 비싸고 생물상에 미치는 영향이 크며 준설하여 나온 저질토의 처리가 문제로 남음.  

생물체 걷어내기

ㅇ수체로 부터 수초와 부착 조류를 걷어내는 방법.

ㅇ즉시 효과가 나타나나 새로운 생물체가 다시 자라기 때문에 반복 작업이 필요함(예; 팔당호의 수초제거선)

ㅇ수초는 영양염류를 많이 함유하고 있으므로 일부러 유입수 부근에서 키워 주기적으로 수확하면 수질개선을 기대할 수 있음. 

생물학적 제어

ㅇ조류의 성장을 먹이 연쇄와 기생 관계가 있는 다른 생물을 이용하여 제거하는 방법

초어를 이용한 수초 제거와 동물 플랑크톤을 이용한 조류의 제거 등

ㅇ새로운 종을 이식할 때에는 사전에 충분한 검토가 있어야함. 

화학적 처리

ㅇ수초와 조류를 죽이는 화학물질을 수체에 직접 뿌리는 방법

ㅇ수초를 없애기 위한 제초제 살포, 식물플랑크톤 제거를 위한 황산구리 살포 등이 있음

ㅇ가격이 비싼 반면 일시적인 효과뿐이며 다른 생물체들에게 독성을 나타낼 수 있음.

□ 상수도에 있어서의 대책

 

   1) 조류는 식물성 플랑크톤으로 수면에서 3m 이내에 서식함에 따라 선택취수를 통하여 수심 깊은 곳에서 취수함으로 단기적으로는 문제는 피할 수 있다.

   2) 착수정에 분말 활성탄을 주입하여 제거하는 방법이 있으며, 분만활성탄 주입설비가 갖춰지지 않은 경우에는 취수원에 활성탄 주입시설을 일시적으로 설치하여 주입하는 경우도 있다. 조류가 전국적으로 발생하는 경우에는 분말활성탄의 수급을 사전에 고려하여야 한다. 

     - 분말활성탄은 대부분의 조류 및 조류 생성물, 맛․냄새물질의 제거에 효과적으로 비상시 또는 단기간 사용할 경우 적합하며, 기존 정수공정에 주입시설 및 저장시설을 갖추어 주입하므로 접촉시설 등 추가 구조물의 증설에 요구되는 비용을 절약할 수 있음. 다만, 탄분에 의한 흑수 누출현상이 여과지 이후에서 일어날 수 있으므로 운영에 주의를 요함.

   3) 염소소독의 경우 통상 소독목적으로 여과 후에 주입(후염소처리)하지만, 소독이나 살조작용과 함께 강력한 산화력을 가지고 있기 때문에 오염된 원수에 대한 정수처리대책의 일환으로 응집․침전 이전의 처리과정에서 주입하는 경우와, 침전지와 여과지 사이에서 주입하는 경우가 있다.

   4) 다층여과의 경우 Synedra와 같은 막대 형상의 규조류는 여과지의 표층에서 대부분 제거됨에 따라 여과지속시간을 급격히 감소시킴. 이에, 밀도와 입경이 다른 여러 종류의 여재를 수류방향에서 큰 입경으로부터 작은 입경으로 구성된 역입도의 다층여과지를 구성하면 여과지속시간을 크게 향상시킬 수 있음.

   5) 오존 산화 및 입상활성탄 여과의 경우 오존처리는 소독부산물의 전구물질을 저감시키는 전처리산화제로는 물론이고 염소보다 훨씬 강력한 오존의 산화력을 이용한 대체소독제로서 소독과 함께 맛․냄새물질의 제거를 목적으로 함.

   - 입상활성탄 처리방법에는 흡착효과를 주체로 하는 입상활성탄 방식과 생물활성탄 방식이 있음. 기본적으로 잘 발달된 활성탄 내부세공 표면에 오염물질이 이동하여 흡착됨으로써 액상의 용존상태에서 고체상의 흡착상태로 상을 변환시켜 오염물질을 제거하는 공정임.

   - 입상활성탄 및 오존산화 공정을 단일공정으로 운영하는 것보다 오존산화 이후에 입상활성탄 흡착공정을 순차적으로 통과하는 것이 Geosmin, 2-MIB 등의 맛․냄새물질 제거에 효과적임.

   6) 호소 등의 수원에 황산동(Cupric Sulfate, CuSO4)을 살포화여 조류의 광합성을 방해하여 사멸시키는 방법이 있으나 생태계 영향 등을 고려하여 신중을 기하여야 한다.

 ※ 해역의 적조의 경우에는 황토 흙을 살포하여 조류를 침전시킴으로서 광합성을 차단하여 제거시키는 효과가 있다.

 

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 (저수지 녹조현상)

 



contents_img 조류예보제
 

 □ 조류예보제

  o 조류예보제는 상수원으로 사용하는 호소에 조류가 대량 증식하는 경우 정수처리 여과장치의 기능저하 및 일부 남조류에 의한 독성물질 발생 가능성이 있어 남조류 상시모니터링을 통해 사전에 조류발생 현황을 파악하고 관계기관에 통보함으로써 조류발생에 따른 피해를 최소화하기 위하여 시행하고 있다.

    

o 조류(藻類)예보제란 녹조류 발생을 쉽게 판별할 수 있는 엽록소(클로로필-a)의 농도와 독성을 함유하고 있는 것으로 알려진 남조류의 세포수를 기준으로 발생 정도에 따라 주의보, 경보, 대발생, 해제 등 4단계로 구분

- 조류주의보 : 엽록소(클로로필)-a 농도 15㎎/㎥이상, 남조류 ㎖당 500세포 이상

- 조류경보 : 엽록소a 농도 25㎎/㎥이상, 남조류가 ㎖당 5천 세포 이상이면 조류경보

- 조류대발생 경보 : 엽록소a 농도 100㎎/㎥이상, 남조류가 ㎖당 100만 세포 이상

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