TiO2-embedded Expanded Polystyrene (TiEPS) balls을 활용한 유해 남조류 성장억제 효과 평가: 하천과 저수지 mesocosms (Evaluation on Growth Inhibition Effect of Harmful Blue Green Algae Using TiO2-embedded Expanded Polystyrene (TiEPS) Balls: River/Reservoir Mesocosms)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 41권 / 11호 / 647 ~ 656페이지
· 저자명 : 이민지, 주진철, 김가영, 박재로, 안창혁, 이새로미

초록

목적:실제 하천과 호수에서 TiO2-embedded expanded polystyrene balls (TiEPS balls)을 현장적용 시 조류 성장억제의 타당성 및 성장억제 효율에 영향을 미치는 인자를 평가하는 것을 주요 목적으로 하고 있다.
방법:간단하고 경제적인 TiEPS balls 대량생산기법을 통해 생산된 TiEPS balls을 하천과 저수지 mesocosm에 다양한 비율로 수면적 도포 후 장기적으로 이화학적 인자 및 조류농도의 변화를 조사하여 조류의 비성장속도(µ)와 일차분해속도(k)를 산출하여 조류성장 억제를 유도하는 최적의 TiEPS balls 적용방안을 도출하였다.
결과 및 토의:개방형 수역인 하천 mesocosm은 TiEPS balls의 설치에 따른 이화학적 수질변화가 유의하지 않은 것으로 관측되었으나, 외부 수체와의 물질이동이 차단된 폐쇄성 수역인 저수지 mesocosm의 경우, TiEPS balls의 광산화 및 차광 효과로 조류의 과도한 성장이 억제되므로 대조군과 시험군 사이에 이화학적 인자의 유의할만한 차이가 발생한 것으로 관측되었다. 하천 mesocosm의 경우 TiEPS balls이 광촉매 분해와 차광을 통해 처리할 수 있는 조류의 분해속도 기반 분해량보다 과다한 유입량으로 인해 Chl-a와 Phycocyanin 농도가 감소되지 않은 반면, 저수지 mesocosm의 경우 대조군 대비 실험군에서 낮은 Chl-a와 Phycocyanin 농도를 관측할 수 있었다. 경제성과 현장 적용성 등을 고려해 TiEPS balls의 임계 수면적 도포비율은 25%로 판단되며, 광촉매 분해와 차광을 통해 조류의 대수증식 기간을 지연 또는 대수증식을 억제하여 비성장속도(µ)가 감소되거나 일차분해속도(k)가 증대되어 조류의 생체량(biomass) 변화가 정체 수역에서 관측되었다.
결론:외부 수체와 물질이동이 최소화된 폐쇄성 수역에 개발된 TiEPS balls을 적용하면 광분해와 차광의 상승 효과를 통해 남조류의 과도한 성장을 억제하며 녹조를 사전에 지연 및 예방할 수 있다.

영어초록

Objectives:The main purpose of this study is to evaluate the effects of TiO2-embedded expanded polystyrene balls (TiEPS balls) on the validity and efficiency of algae growth inhibition in rivers and reservoirs.
Methods:TiEPS balls produced through a simple and cost-effective mass production technique were applied in various ratios of water surface coverages in river and reservoir mesocosm, and the changes in physicochemical factors and algae concentrations over a long period of time were observed. Then, both specific growth rate (µ) and first-order degradation rate (k) were estimated to find the optimal application methods of TiEPS balls to induce algal growth inhibition.
Results and Discussion:After covering the water surface using TiEPS balls, no significant changes in physicochemical factors were observed in river mesocosm representing open water area whereas significant changes in physicochemical factors were observed in reservoir mesocosm representing closed water area due to the photocatalytic degradation and irradiation shading. While the concentrations of both Chl-a and Phycocyanin in reservoir mesocosm significantly decreased, those in river mesocosm did not decrease since the input amounts of algae into river mesocosm were greater than the degradation amounts of algae based on degradation kinetics using both photocatalytic degradation and irradiation shading effects of TiEPS balls. Considering cost-effectiveness and field applicability of TiEPS balls in rivers and reservoirs, threshold water surface coverage was found to be 25%, and exponential growth of algae was delayed or inhibited in stagnant water body with reduced specific growth rate (µ) and increased first-order degradation rate (k) through both photocatalytic degradation and irradiation shading effects of TiEPS balls.
Conclusions:The application of developed TiEPS balls in closed water bodies can inhibit the excessive growth of cyanobacteria, and prevent harmful algal blooms through the synergistic effects of photocatalytic degradation and irradiation shading.

참고자료

· 없음