도시하천에서 부착미생물군집 성장이 미량 원소의 거동에 미치는 영향 :The Effect of Biofilm Growth on Trace Material Behavior in Urban Stream

김태경

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김태경 (경희대학교, 경희대학교 대학원)

지도교수: 오종민

발행연도: 2019

저작권: 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

도시하천에서 부착미생물군집 성장이 미량 원소의 거동에 미치는 영향

김태경 환경응용과학과 2019.01 학위논문

2018

중·소하천에서 부착미생물군집의 성장에 따른 불소 제거 효과 평가

김태경 , 류서영 , 박윤아 외 4명 환경영향평가 2018.01 학술저널

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본 연구의 목적은 수계 환경에 따른 부착미생물 군집의 성장 변화를 확인하고, 부착미생물군집의 성장에 따른 수중의 불소 저감 정도를 파악하는 것이다. 방류수가 유입되는 지점인 P1과 그 곳에서 약 2 km 유하한 하류 지점인 P2에서 12주 동안의 장기 현장 모니터링을 실시하고, 조사 지점의 수질 및 부착미생물군집의 생체량 분석을 진행하였다. P1에서는 5차 조사 시점까지 평균 유속 및 유량이 각각 0.080 m/s, 14,421 m3/day였으나 6차 조사 시점 이후로는 평균 유속 및 유량이 각각 0.489 m/s, 130,068 m3/day로 급증하였다. 반면 P2에서는 전체 조사 기간에서 평균 유속 0.438 m/s, 평균 유량 235,170 m3/day로 큰 변동이 없었다. 수질 조사 결과 P1에서는 유속 및 유량의 변화에 의해 6차 조사 시점을 기점으로 평균 BOD는 3.5 mg/L에서 2.2 mg/L로 감소하였고, 평균 TOC는 2.63 mg/L에서 1.96 mg/L로 감소하였다. 반면, T-N과 T-P는 전체 기간에서 무작위로 변하였으며, 각각 평균 2.83 mg/L와 0.051 mg/L인 것으로 조사되었다. 불소 농도의 경우 6차 조사 시점에 유량이 급증하면서 평균 0.24 mg/L에서 3.24mg/L로 증가하였다. 한편, P2에서는 BOD와 TOC가 전체 조사 기간에서 큰 변동이 없었으며 각각 평균 3.38 mg/L, 2.58 mg/L인 것으로 조사되었다. T-N과 T-P는 P1과 마찬가지로 큰 경향성이 없는 것으로 조사되었으며, 각각 평균 3.19 mg/L, 0.055 mg/L인 것으로 측정되었다. 불소 농도는 전체 기간에서 평균 2.29 mg/L인 것으로 조사되었다. 부착미생물군집의 성장 정도 파악 결과 AFDW(ash-free dry weight)와 Chl-a(chlorophyll a)는 두 지점에서 동일하게 7차 조사 시점까지 증가하다가 이후 감소하였다. 이를 통해 일정 시기 및 부착량을 초과하면 탈리 현상이 발생할 수 있음을 예상할 수 있다. 부착미생물군집의 불소 흡수량 조사 결과 P1에서는 7차 조사 시점까지 P1에서 평균 0.220 mg/m2, P2에서 평균 0.198 mg/m2의 양을 흡수하는 것으로 조사되었다. 그러나 이후의 기간에서 지속적으로 감소하는 현상이 확인되어 부착미생물군집의 탈리 현상과 밀접한 연관이 있음을 알 수 있다. 본 연구를 통해 최종적으로 하천에서 부착미생물군집을 활용한 하천의 오염 부하량 저감 계획을 수립할 수 있다. 부착미생물군집이 성장하는 시기 동안 대략 0.2 mg/m2의 불소를 흡수하는 것으로 조사 되었으므로, 하상 전체에 부착판을 설치하였다고 가정할 경우 10 m × 10 m의 넓이에서 7주 동안 약 20 mg의 불소를 흡수할 수 있을 것으로 예상할 수 있다. 이를 통해 수체 내 불소에 대한 부하량을 감소시킬 수 있고, 후속 처리를 통해 탈리 현상 발생 이후의 관리까지도 가능할 것으로 예상해 볼 수 있다.

The objectives of this study are 1) to understand changes in biofilm growth influenced by hydrospheric environment, and 2) to investigate the removal effect of biofilm growth on fluoride behavior in urban stream. Long-term site monitoring was carried out for 12 weeks at the P1 and P2(P1 is the point where the discharge water flows, P2 is the downstream point about 2 km from P1), and investigated the water quality and the biomass analysis of the biofilm. In P1, the average velocity and flow rate were 0.080 m/s, 14,421 m3/day respectively until the 5th survey, but after the 6th survey, the average velocity and flow rate were increased to 0.489 m/s, 130,068m3/day. However, in P2, there was no significant change in the average velocity 0.438
m/s and the average flow rate 235,170 m3/day over the whole period. According to the water quality measurement at P1, the average BOD decreased from 3.5 mg/L to 2.2 mg/L and the average TOC decreased from 2.363 mg/L to 1.96 mg/L at the time of the 6th survey due to changes in velocity and flow rate. On the other hand, T-N and T-P were randomly changed over the entire period, with an average of 2.83 mg/L and 0.051 mg/L respectively. Fluoride concentration was increased from 0.24 mg/L to 3.24 mg/L on average due to the increase of flow rate at the time of 6th survey. Meanwhile, in P2, the BOD and TOC were investigated to have not changed significantly over the entire period, with an average of 3.38 mg/L and 2.58 mg/L respectively. T-N and T-P were found to have no significant changes similarly with P1, and were measured at an average of 3.19 mg/L and 0.055 mg/L respectively. The fluoride concentration was investigated to 2.29 mg/L on average over the entire period.
The growth of the attached microbial community increased up to the 7th investigation, and it was observed that detachment phenomenon occurred. The fluoride absorption in the attached microbial community was investigated to absorb an average of 0.220mg/m2 in P1, 0.198 mg/m2 in P2 by the time of the 7th survey. However, it has been confirmed that the continuous decrease in the subsequent period, that was closely
related to the detachment phenomenon about biofilm. Through this study, a plan to reduce the amount of pollution in a stream can be developed using attached microbial community. Attached microbial community was found to absorb approximately 0.2mg/m2 of fluoride during its growth, it can be expected to absorb about 20 mg of fluoride for 7 weeks at a width of 10 m × 10 m, assuming that the substrate was installed throughout the stream. This will reduce the amount of fluoride in a stream, and it can be expected to be possible to manage using following treatment after the detachment phenomenon was occurred.

#부착미생물군집 #미량 원소

1. 서론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구 방향 3
1.3 이론적 고찰 5
1) 부착미생물군집 5
2) 부착미생물군집의 형성 7
3) 부착미생물군집의 거동 11
4) 불소 14
2. 연구방법 19
2.1 조사 대상지 19
2.2 인공 부착판 준비 및 설치 20
2.3 유량 및 수질 조사 24
2.4 부착미생물군집의 생체량 및 물질 흡수량 조사 26
3. 결과 및 고찰 27
3.1 유속, 유량 및 수질 조사 결과 27
3.2 하상에서 부착미생물군집의 변화 35
3.3 부착미생물군집의 불소 흡수 효과 53
4. 결론 56
5. 참고문헌 59

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