계절별 댐내 인의 농도 변화 특성과 연계한 조류 발생 특성

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계절별 댐내 인의 농도 변화 특성과 연계한 조류 발생 특성

아연아빠님 2011. 4. 18. 17:24

1. 저수지내의 물질순환

•저수지내의 생태계를 포함한 물질순환은 다음 4가지 과정으로 요약된다.

1) 각종의 영양염류가 녹아 태양으로부터 빛과 열에너지를 받는 물환경을 만든다.

2) 클로로필을 갖는 녹색식물이 광합성에 의해 식물성 플랑크톤을 1차 생산한다.

3) 식물성 플랑크톤을 동물플랑크톤과 고등포식자인 어류가 소비한다.

4) 식물성 플랑크톤, 동물플랑크톤과 어류의 사체 등의 유기물을 분해하는 박테리아로 인하

여 화학물질은 무기환경으로 되돌아간다.

2. 저수지 수질과 조류발생 특성

- 우리 나라 3-4월 봄철 : 규조류(硅藻類, diatom)가 번성

- 여름철 갈수기 : 저수지 수질이 더욱 악화되면 녹조류(綠藻類, green algae) 또는 남조류

(藍藻類, blue-green algae)가 우점종으로 바뀐다.

- 조류가 과다하게 성장할 경우 :

ꋻ두꺼운 층이 형성되기 때문에 주간에는 빛을 받지 못하여 광합성을 할 수 없는 조류는

도태되어 바닥에 쌓임

ꋻ조류사체는 유기물로서 저층의 SOD(sediment oxygen demand)를 유발하여 심층수의 용

존산소를 고갈, 야간에는 조류의 호흡작용에 의하여 산소농도가 현저하게 줄어듬

→ 물고기폐사

- 조류가 사멸하면 인은 사체에서 매우 빠른 속도로 이탈

→ 조류발생을 더욱 촉진시킨다.

→ 표수층의 인은 유기물이나 철, 알루미늄 또는 칼슘 등과 침전물을 형성하거나 진흙

입자 등과 결합하여 저수지바닥에 점차적으로 누적된다.

3. 계절별 인의 농도변화 특성과 조류발생

∙영양염류의 계절적변동에 있어서 상류의 깊은 호수와 하구호는 다른 경향을 보인다.

∙상류의 수체가 큰 긴 호수에서는 홍수시에 인의 유입이 크게 증가하여 여름철 홍수후에 조

류가 번성하고

∙하구호에서는 유량이 감소하는 겨울의 갈수기에 농도가 높게 나타난다.

∙하류의 호수에는 배출량이 일정한 점오염원인 도시하수의 유입이 있으므로 강우량이 적은 겨울철 갈수기에 영양염류의 농도가 높아진다.

∙반면에 상류에 위치한 호수는 하수보다는 농경지의 비료와 축산배설물과 같은 비점오염원

이 주요 오염원이므로 여름철 폭우가 내릴 때 유역으로부터의 대량유출이 발생한다. 따라

서 폭우후에 인의 농도가 높아지고 식물플랑크톤의 증식이 나타난다. 소양호의 예를 보면

갈수기에는 인의 유입이 거의 없고 연중 인부하량의 대부분이 수차례의 폭우에 집중되어

나타난다.

∙영양염류의 농도는 상류의 호수에서는 낮고 하류의 호수에서는 높은 경향을 보이고 있다.

∙특히 하구호에서는 인과 질소의 농도가 매우 높아 제한영양소로서 작용하지 않을 만큼 충

분히 존재한다. 따라서 하구호에서는 식물플랑크톤의 성장제한요소가 영양염류가 아닌 빛

과 체류시간일 것으로 생각된다.

∙인과 질소의 농도비(N/P)를 보면 모든 조사호수에서 생물체의 평균조성비인 16보다 큰 값

을 보이고 있다. N/P를 볼 때 모든 호수에서 인이 제한 영양소일 것으로 예상된다. 그러나

하구호에서는 인의 절대농도가 높아 제한요소로 작용하지 않을 것으로 보인다.

∙대형댐에서 여름에 식물플랑크톤 우점종은 남조류이다. 특히 부영양호의 지표종이라고 할

수 있는 Microcystis가 많이 출현하고 있다. 남조류는 인의 농도가 높은 부영양호에서 여

름에 서식하므로, 대부분의 저수지에서 남조류가 우점종이라는 것은 이 호수들이 부영양화

되었음을 의미한다.

녹조현상의 원인, 문제점 및 대책

1. 수화현상(Water bloom, 녹조현상)의 정의

o 수화현상은 물의 흐름이 완만하거나 정체된 호소(湖沼)나 하천의 하류에 녹색이나 남색을

띠는 식물플랑크톤(조류)이 대량 번식하는 현상

o 호수에 식물플랑크톤이 증식하여 물이 색이 변하는 현상을 영어로는 물에 꽃이 피었다는

뜻에서 water bloom 이라고 부르며 일본에서는 수화(水華)현상이라고 부른다.

o 우리나라에서는 아직 공식 학술용어가 정해지지 않아서 물꽃현상, 또는 수화현상이라고

부르며 바다의 적조(赤潮)현상과 대비하여 녹조(綠潮)현상이라고 부르기도 한다.

2. Water bloom(수화)현상의 발생원인

- 질소와 인 등의 과도한 영양염 유입

- 높은 표층 수온

- 체류시간 장기화

- 수층의 성층화 (stratification)

- 호소 내 과도한 유기물량

∙국내의 경우 여름철 장마로 인하여 유역의 농경지, 축사 등으로부터 질소․인등의 영양염류

가 다량 수체로 유입되고, 장마기간이 끝나면 지속적인 무더위로 인해 수온이 상승함에 따

라 녹조현상이 급증

∙주로 장마 이후에 시작하여 9월 중순까지 진행되지만 경우에 따라서는 10월말 또는 11월초

까지 진행되기도 한다.

∙수화형성의 기준은 공식적으로 지정된 것은 없으며, 단지 하계에 통용되는 일반적인 기준

은 ㎖당조류세포수가 50,000개(50㎛ 기준) 이상이면 일단 수화가 발생한 것으로 간주한다.

3. Water bloom(수화)현상의 원인생물

o 남조류는 육상식물과 같은 녹색을 띠므로 겉보기에는 좋지만 실제로는 독소를 품은 경우

가 많다. 호수의 물의 색은 주로 식물플랑크톤의 종류와 양에 의해 좌우된다. 호수에 서

식하는 식물플랑크톤은 대부분 남조류, 녹조류, 규조류, 와편모조류의 네 종류로 구성되어

있다.

o 이 중에서 규조류와 와편모조류는 갈색을 띠며, 녹색을 띠는 경우는 대부분 남조류 때문

이고 간혹 녹조류에 의한 것도 있다. 이 중에서 남조류는 독소를 생성하기도 한다.

o 녹조류는 짙은 초록색을 띠며 남조류는 연록색 또는 청록색을 띠므로 색이 비슷하여 육안

으로 구별하기가 어렵다. 그러나 녹조류는 수중에 고루퍼져 있고 수면에 떠오르지 않지만

남조류는 세포가 수면에 떠올라 물때(scum)를 형성하거나 초록색 가루를 뿌려 놓은듯이

보이는 경우가 많으므로 이로써 구별이 가능하다.

4. Water bloom(수화)현상의 피해현상

o 레크리에이션 [recreation]에 대한 영향

- 물의 착색으로 인한 미관상의 불쾌감 유발

- 이취미 발생으로 각종 레크리에이션활동의 저해

o 공중위생상의 문제점

- 남조류 독소에 의한 인체 및 가축에의 건강상의 손상

- 이취미 발생으로 인한 불쾌감 유발

o 생태학적인 영향

- 생태계 파괴로 인한 토종 동물의 사멸 또는 서식처 이동, 개체군 변화, 먹이 손실

o 경제적인 손실

- 레크리에이션 활동 및 여행의 저해로 인한 지역 경제적 손실

- 농업용수, 산업용수 부족으로 인한 경제적 손실

- 조류의 호흡, 분해에 의한 용존산소의 부족 및 유독물질의 방출에 따른 어류의 폐사

o 상수원에 미치는 영향

- 킬레이트 물지의 증가로 인한 응집처리의 저해

- 조류의 대량증식에 이한 이취미생성

- 상수처리과정중의 여과지나 스크린의 폐쇄

- 과다염소처리로 인한 THM생성(소독과정에서의 장애)

5. 우리나라의 현황

o 남조류에 의한 수화는 아열대 및 온대지역에 위치한 국가에서는 일반적으로 발생하는 현

상으로 우리나라 다목적댐은 물론 소규모 저수지는 거의 모두 높은 영양화 단계에 있어서

매년 여름철이면 수화현상이 반복되고 있다.

6. 녹조현상의 대책

(1) 호수외 대책

1) 축산폐수 : 적정사료공급, 폐수고도처리, 소규모 시설 집단화 폐수공동처리시설 설치

2) 유역 토양의 침식과 유출을 억제하는 종합적 토지 관리 시행

3) 토목공사장에서는 침식을 막기 위한 토양보호의 제반 조치 수행 및 감시

농경지에서는 포토의 침식을 막기위한 조치

4) 농경지 유출수 : ◦비료, 농약의 과다한 사용량 규제 - 적정 사용량 유도

◦수로정비, 관개용수 순환 사용

◦유기 및 생태농법 적용

5) 생활하수 : 무인세제 이용, 음식물은 원인적 처분, 하수의 고도처리

6) 산업폐수 : 공정관리, 폐수고도처리

7) 오염하천 : 유로변경, 준설

(2) 호소내 대책

원수에서의 조류 제어 방안은 화학적 처리와 생물학적 처리, 물리학적 처리 등으로 크게

나눌 수 있으며, 현황 특성을 고려해서 각각의 방안을 복합적으로 운영하는 것이 일반적

이다.

1) 화학적 처리 방법

화학적 처리 방법으로는 살조제 (algicide)를 이용하는 방법과 응집제에 의해 침강시키는

방법이 중심이 된다. 황산동과 Lime 을 주로 사용한다.

- 응집제로 영양염류 흡착(환원시 재용출 우려)

2) 생물학적 처리방법

◦영양염류가 유입되는 하천이나 호소입구에 인의 흡착효과가 큰 수생식물(부레옥잠이나 미

나리, 갈대 등) 이용하여 PO4-P 등의 영양염을 저감

- 수중에 생존하는 식물에 의한 영양염류 흡수 (적절한 시기에 포착요망)

◦인공식물섬 - 태양광선을 차단함으로서 조류의 대량증식을 억제

- 식물체가 직접 영양염류를 흡수하여 조류의 증식을 억제하며

- 뿌리와 같은 표면이 박테리아의 부착기질로 작용하여 유기물 및 영양염의

흡수, 분해를 용이하게 한다

3) 물리적 처리 방안

고온기의 여름철에 수온의 성층화(成層化), 즉 수온약층이 형성되는 저수지에 적용할 수 있

는 물의 강제 순환 또는 폭기실시

- 영양염류 용출 및 조류의 성장억제

4) 기타

- 준설 : 바닥의 퇴적물 제거 (퇴적물 교란우려 - 흡인식 준설요망)

- 피복법 : 바닥을 전체 덮음 (가장 간단하나 저부가스발생으로 손실 우려)

- 생물관리(Biomanipulation) : 식물플랑크톤 섭식어류와 동물플랑크톤을 이용한 생

산자 (식물플랑크톤) 관리

▸ 동물플랑크톤 포식어(zooplanktivorous fish)의 제거와 식물플랑크톤 섭식어류

(Phytoplanktivorous fish)의 투입

7. 정수과정 및 취수원에서의 대책

o 정수과정에서의 대책

- 활성탄이용법, 전염소처리법, 응집침전법, 탈기법

o 취수원 대책

- 선택취수법, 수중폭기법, 응집제살포법, 살조제살포법

① 활성탄흡착법

∙이취미 발생에 대한 가장 효과적인 대책

∙사용효과는 탁월하나 비용인 고가인 단점 때문에 제한적으로 사용

∙분말활성탄을 사용하는 경우에는 착수정→혼화지→응집지→침전지→여과지→정수지에 이

르는 정수공정에서 착수정앞에 접촉시간 15분이상의 활성탄 접촉조를 두어 이곳에 활성

탄을 투입하고 투입된 분말활성탄을 침전지에서 침전제거

∙입상활성탄을 사용하는 경우 - 여과지이후에 15~30분의 입상활성탄 여과지를 두어 냄새

를 흡착 제거

② 염소처리

∙염소가 갖는 강한 산화력을 이용 냄새성분(고분자휘발성물질)을 산화분해시켜 제거

③ 응집침전법

∙응집제투입율을 높여 체내에 냄새성분을 함유한 조류를 침전 제거

∙녹조현상의 주요 원인종인 남조류는 세포크기가 비교적 커 응집제에 의해 상당한 제거

율을 얻을 수 있다.

④ 탈기법

∙원수에 공기를 불어 넣거나 낙차를 형성하여 수중에 포함된 냄새가 공기중으로 탈기되도

록 유도하는 방법

∙낙차를 이용하는 방법의 경우 기존 정수장에서 이러한 수두를 확보하기 어렵다.

⑤ 선택취수법

∙냄새가 없는 수층대를 선택하여 취수하는 방법으로 가장 간단하면서도 효과적인 대응책

이다.

∙수심이 깊은 호수나 대하천이 취수원인 경우는 상당히 효과적

⑥ 수중폭기법

∙수중에 폭기시설을 설치하여 물을 상하층간 순환시킴으로써 조류의 성장조건인 빛에 대

한 노출시간을 줄여 조류의 성장을 억제하는 방법

⑦ 응집제 살포법

∙조류성장의 제한 영양염인 인을 응집제를 투여하여 침전제거 - 취수원이 호수인 경우에

주로 이용

∙응집제 - LAS(액체 황산알루미늄), PAC(Poly Aluminum Chloride)이 주로 사용

∙응집제에 호수바닥에 침전된 인은 혐기성상태가 되면 인산염의 형태로 재용출되기 때문

에 조류가 과잉번식하는 시기에 일시적으로 적용 가능

⑧ 살조제 투여법

∙취수구 앞 수표면에 조류를 사멸시킬 수 있는 정도의 살조제를 투여

∙살조제 - 황산동이 주로 사용되며 투여농도는 1 mg/L 정도이다.

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