지구온난화와 화석원료 고갈의 문제에 대한 해결책으로 다양한 바이오매스를 이용한 바이오에탄올 생산에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 바이오에탄올 생산에 사용되는 원료들은 크게 당질계, 전분질계, 목질계 기반의 원료로 분류된다. 먼저 당질계와 전분질계 원료는 사탕수수, 옥수수, 고구마와 같은 식량자원 들이 대부분으로서 원료의 재배를 위한 부지확보에 있어 식량 작물과 바이오연료용 작물의 토지 이용 경쟁에 따른 윤리적인 문제가 제기된다. 또한 목질계 원료의 경우 비식용작물로서 비교적 높은 에탄올 생산 효율을 보이지만, 이용 가능한 자원이 한정됨에 따라 최근 바이오에탄올 생산을 위한 열대우림 훼손이 일어나고 있어 화석연료 사용량을 줄이기 위한 대체에너지 생산임에도 불구하고 지구온난화의 원인으로 지목되고 있다. 이러한 기존 바이오에탄올 생산 원료들의 단점을 극복하기 위한 수단으로서 미세조류는 최근 많은 연구자들에 의해 관심을 받고 있다. 생물학적 공정 기반의 미세조류 바이오에탄올 전환은 원료로 사용되는 미세조류에 따른 당 용액의 조성이 다르기 때문에 이를 이용하는 미생물의 종에 따라 전체 공정의 효율이 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 미세조류부터의 당 발효 시 보다 높은 바이오에탄올 생산 효율을 위해서는 적합한 미생물 종의 선정이 반드시 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 바이오에탄올 생산에 널리 사용되는 미생물 균주들을 적용하여 미세조류 당 용액으로부터 바이오에탄올 생산에 가장 적합한 균주를 선정하고자 하였다. 바이오에탄올의 원료로 사용될 미세조류는 HR (Hydrodictyon Reticulatum )을 선정하고 한국화학연구원으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. HR은 글루코스를 다량 함유하고 효소 당화율이 매우 높아 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 알려져 있다. 연구결과 본 연구에 사용된 총 3가지 균주 중 Saccharomyces cerevisiae KCTC7017 (SC7017)가 가장 많은 에탄올을 생산하였으며, HR의 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 확인되었다. 하지만 당 용액의 환원당 농도가 높아질수록 발효 효율이 저하되는 현상이 관찰됨에 따라 고농도 당 용액에서 발효가 가능한 정제 농축방안의 개발이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

무분별한 화석연료 사용으로 인한 고갈과, 이로 인해 발생하는 이산화탄소 증가로 지구 온난화가 진행되는 가운데, 대체에너지에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 2040년 발전 설비 비중 전망을 보았을 예측하였을 때 석유, 가스등 화석연료의 비중이 낮아지는 반면, 대체에너지 발전 설비 비중 전망은 증가하는 추세를 보였다. 대체 에너지 중 바이오매스인 조류가 주목을 받고 있다. 조류는 광합성을 할 때 이산화탄소를 고정하는데, 이로부터 바이오 연료를 추출할 수 있다. 과학 저널 네이처에서는 조류로 만든 바이오 연료를 ‘녹색 금’이라고 소개하였으며, 이는 전 세계 에너지 수요를 충족시킬 수 있다는 분석도 나왔다. 조류는 단위시간, 단위중량당 바이오연료 생산수율이 상대적으로 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 조류는 배양과정에서 발생하는 비용이 크기 때문에 상업화되지는 못한 상황이다. 현재 많은 연구들로 인해 미세조류의 배양기법이나, 바이오연료 추출 기술은 크게 발달하였지만, 미세조류의 입자분리 및 수거에 대한 기술은 미미한 상태이다. 이러한 기술을 보완하기 위하여 막 증발법을 적용해 보았다. 막 증발법은 높은 온도의 유입수와 상대적으로 낮은 온도의 처리수의 온도차이로 인해 생기는 증기압 차이로 인하여, 유입수로부터 수증기가 소수성 표면의 다공성 분리막을 통과하여 유입수는 농축시키면서, 동시에 순수한 물을 추출하는 공정이다. 막 증발법은 다른 막분리 공정에 비해서 에너지의 수요가 적으며, 막 오염도 덜 발생하고, 거의 모든 염을 제거할 수 있다. 본 연구에서는 조류농축에 대해 막 증발법 적용 및 처리수의 투과유속을 측정하여 가능성을 평가하였다.

국내 하폐수 고도처리 공법 중, A2O 계열이 가장 많은 양의 하폐수를 고도처리하고 있으나, A2O 계열의 공법은 강화된 방류수 수질기준에 비하면 여전히 인 제거효율이 낮다고 할 수 있다. 강화된 수질기준을 만족시키기 위해 응집처리와 같은 물리화학적 처리를 추가적으로 실시하는 실정이며, 그 중에서도 인 제거를 위해 주입되는 응집제는 전체 약품 사용량의 35.8%를 차지하고 있으며, 연간 약 180억원이 사용되고 있어(환경부, 2015), 경제적이고 높은 인 제거효율을 갖는 새로운 기술이 절실히 필요한 실정이다. 미세조류는 하천이나 해수에서 부유하며 성장하는 미생물의 일종이며, 광합성 색소를 가지고 있기 때문에 생태계에서 1차 생산자의 역할을 한다. 미세조류는 물속의 질소와 인을 섭취하면서 성장하기 때문에 녹조나 적조 등의 문제를 일으키기도 하지만, 하폐수 고도처리에 미세조류를 적용할 경우 높은 효율로 영양염류를 제거할 수 있고, 광합성 과정에서 발생하는 산소로 인하여 기존 하폐수 고도처리 공정에서의 폭기 비용을 절감할 수 있다. 또한, 고도처리 후 잉여 미세조류를 수확하여 바이오 에너지로의 활용이 가능하기 때문에 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 미세조류의 성장을 이용한 하폐수 처리는 반세기가 넘도록 연구되어 왔다(Woertz et al., 2009). 그러나 자연계에서 인이 부영양화에 제한인자로 알려져 있음에도 불구하고, 미세조류를 적용한 수처리 연구는 대부분 질소제거에만 집중되고 있다. 이에 본 연구에서는 유기물의 존재 하에 mixotrophic 대사가 가능한 미세조류 Chlorella vulgaris를 이용하여, 인에 대한 제거능을 평가하고자 하였으며, 더 나아가 미세조류의 배양에 있어서 매우 중요한 인자 중 하나인 광도에 따른 미세조류의 인 제거능을 평가하고자 하였다. 연구 결과, autotrophic 조건에서는 광 저해점 이하의 광도 범위에서, 광도가 증가할수록 단위 MLSS 당 인 제거속도는 증가하였으나, 유기물을 주입해 준 mixotrophic 조건에서는 광도가 증가하여도 단위 MLSS 당 인 제거속도에는 유의한 차이가 나타나지 않았다.

2013년 1월 1일에 최종 개정된 수질기준에 의하면, 1일 하수처리용량이 500 m³ 이상인 하수처리장이 I 지역에 처리수를 방류하는 경우의 총 질소 기준은 20 mg˗N/L, 총인 기준은 0.2 mg˗P/L로, 총인 규제농도가 특히 낮다고 할 수 있다. 이러한 방류수 수질기준을 만족시키기 위해 공공하수처리시설에서는 다양한 고도처리 공법들을 시행하고 있는데, 그 중에서 생물학적 고도처리(Biological Nutrient Removal : BNR) 공법이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 대표적인 BNR 공법인 A2O 공법은 혐기조와 무산소조, 호기조를 통해 유기물 뿐 아니라, 질소 및 인까지 동시에 제거 가능하다(Xiang et al. 2014). BNR 공법의 질소 및 인 처리율은 약 70% 정도 밖에 되지 않는다. 기존의 BNR 공법 보다 질소와 인의 제거효율을 높이고, 나날이 강화되는 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있는 새로운 기술로써, 미세조류와 박테리아의 공배양(co˗culture)에 대한 연구가 진행되고 있다. 이는 유기물 및 질소와 인에 대한 제거능력이 뛰어나다고 알려진 미세조류를 기존의 박테리아를 이용한 하수처리 공법에 적용함을 의미한다. 미세조류와 박테리아의 공배양은 autotrophic 조건이나 heterotrophic 조건 보다 mixotrophic 조건에서 성장수율이나 N, P 제거율이 우수하다고 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 mixotrophic 조건에서 미세조류와 박테리아의 co-culture 과정에서 pH의 변화에 따른 N, P 제거능을 알아보고, 최적의 pH를 도출하고자 하였다.

This study was conducted to estimate the removal efficiency of algae by a mechanical Screw Brush Cone Filter in a lake. The device used a stainless steel cone-shaped filter with a screw brush. The ability of the developed device to remove algae larger than 20μm in Lake ChaSa, Gwangyang city was tested from August to September 2014. The results show that the removal rates for chlorophyll-a, suspended solids and volatile suspended solids were 44-87%(mean 61%), 35-54%(mean 40%), and 37-46%(mean 43%), respectively. This study also discusses equipment and device operation costs and device application problems, and suggests in situ. solutions to these problems.

Biochemical methane potential (BMP) of residual wastes from transesterification was tested to safely recycle carcass via rendering process. The carcass was obtained from a buried site for avian influenza (AI) infected poultry. Rendered lipid generated by a pilot-scale high-pressure rendering process was the main source of transesterification for biodiesel recovery. To test the feasibility of waste-to-energy approach for AI infected carcass, we compared the BMPs of various fractions of rendered materials from the carcass. BMP and specific methanogenic activity results indicate that transesterification waste shows better digestibility than that of rendered lipid, and the digestion performance was comparable to that of liquid residue. Biogas yields of glycerol, rendered lipids, and liquid residue were estimated as 0.11 L/g chemical oxygen demand (COD), 0.06 L/g COD, and 0.17 L/g COD, respectively. Regression analysis support that biogas production rate of glycerol (21 mL/g COD/d) was much faster than that of lipid (7 mL/g COD/d) while that of liquid residue was similar (24 mL/g COD/d). In summary using transesterification waste as a bioresource for bioenergy conversion can be a viable and sustainable option for the complete termination of burial site.

Birds play a main role in the formation and change of forest structures as they are seed-dispersal agents. This study aims to identify birds consuming fruits and seeds of the tree and their associated fruits and seeds on Jeju Island in the context on the forest restoration in Korea. We conducted field surveys twice a month from 2013 to 2015 at nine study sites located across Jeju Island and collected available photographic and observation records. A total of 50 species of birds consuming fruits and seeds of the tree were identified and birds belonging to Bombycillidae, Pycnonotidae, Zosteropidae, Sturnidae and Fringillidae were confirmed as major birds consuming fruits and seeds of the tree. Gulping was the dominant type of feeding as well as crushing, but relationship between the size of a bird and the number of fruit and seed species used by the bird was not significant. We also documented that 118 fruit and seed species were consumed by birds and that shrubby fruits and seeds were more consumed by birds than those of other plant types. The relative consumption rate of fruits and seeds ranged from 0.02 to 0.44, but five species were the most important fruits and seeds for birds. Our finding suggest that avian frugivorous gulpers will benefit the seed dispersal, especially of five fruiting plants, providing useful baseline data for forest restoration and urban park design.

Bird species (BS) of the Nakdong River estuary (NRE) were selected to suggest conservation and management strategies, taking habitats and major threats into consideration. Five BS (Cygnus spp., Calidris alpina, Sterna albifrons, Fulica atra, and Anser fabalis) were selected following analysis of their dominance, national importance, seasonality, taxonomic group, and distribution within the NRE. The BS comprise two winter birds, one summer, one passage bird, and one resident bird. They can also be classified into four taxonomic groups: two under ducks and geese (Anatidae), and one each under gulls (Laridae), shorebirds (Scolopacidae), and diving birds (Rallidae). The results show that BS could be a useful tool in guiding estuary management because their habitats are clearly distinct, and include important areas of the NRE. A reduction of feeding and resting places—such as tidal flats, Scirpus planiculmis habitat, and agricultural farmland—and climate change are major threats to BS, therefore countermeasures to such threats should be considered in future estuary management plans.

축산폐수는 질소와 인을 다량으로 포함하고 있으며, 1, 2차 처리 후 90% 제거되는 유기물과는 달리 질소나인 등의 영양염류는 제거효율이 상대적으로 낮다. 이 처리수가 그대로 수계에 방류되면 녹조현상 및 부영양화의 원인이 되기 때문에 폐수의 3차 처리(고도처리)가 필수적이다. 그동안의 연구에서 축산폐수 내 영양염류를 제거하는 데에 미세조류를 이용하는 것이 효과적이라는 사실이 밝혀졌으며, 이때 생산되는 바이오매스는 바이오 에너지의 생산원료로도 활용이 가능하다. 이에 본 연구는 축산폐수 고도처리에 활용 가능한 미세조류 Chlorella emersonii 종의 성장 동역학 및 질소농도변화에 따른 광독립영양성장율과 질소 제거효율을 비교하여 축산폐수의 고도처리 적용 가능성이 가장 높은 배양환경을 도출하고, 미세조류를 이용한 축산폐수 고도처리의 적용 가능성을 response surface methodology를 이용하여 평가하였다. 본 연구는 예비실험 결과 질소 제거와 바이오매스 생산에 효과적인 것으로 나타난 녹조류인 Chlorella emersonii 종을 이용하였고, 축산폐수는 1차 및 2차 처리를 거치고 난 후의 유출수를 공급받아 GF/C filter로 여과 후 고압멸균을 하는 전처리 후 사용하였다. 모든 실험은 triplicate로 진행되었고 평균값을 나타낸다. 실험은 500 mL media bottle (TriForest Enterprises, Inc, USA)을 광반응조로 이용하였고, 유효부피는 400 mL로 설정하였다. 광독립영양성장을 위한 무기탄소원 공급을 위해 0.04%의 CO2 를 포함한 공기를 6 Lair/min의 속도로 0.45 μm filter를 통과시킨 후 주입하였다. 광에너지원은 특수제작된 LED Light를 이용하여 photosynthetically active ratiation으로 실험 조건에 따라 반응조 외부표면 측정기준 80, 160, 240 μmol/s･m²이 되도록 조절해주었다. Shaking incubator를 활용하여 실험 조건에 따른 온도와 교반속도를 각 25, 35, 45℃, 110 rpm으로 제어하였다. 전처리를 모두 거친 축산폐수의 낮은 질소농도는 NH4Cl을 활용하여 반응조 내에서 100 mg N/L 내외의 범위에서 실험계획에 따라 조절하여 배양하였고 인의 농도는 제한하지 않았다. 미세조류 C. Emersonii 종을 최적의 조건에서 배양할 경우 최대 61%의 질소 제거율을 나타냈다. 또한 최적의 조건에서 평균 비성장속도가 0.5096 day-1 이상으로 나타나 바이오매스를 대량으로 생산해낼 수 있는 가능성을 보였다. 종합하면, 본 연구는 미세조류 C. Emersonii 종을 축산폐수처리에 실제 적용이 가능함을 보임과 동시에 유용자원이 되는 바이오매스의 생산이 가능함을 확인하였다.

명량대첩(鳴梁大捷)은 1597년 음력 9월 16일(양력 10월 25일) 정유재란 당시 충무공 이순신의 지휘를 받는 조선 수군 전함 13척이 일본 수군 전함 133척을 물리친 세계 해전사에 빛나는 전투이며, 정유재란의 판도를 바꾼 대첩이다. 이충무공은 13척의 조선 수군 전선으로 수백 척의 적선을 대적하는 데에 있어서, 명량수도의 좁은 지형과 독특한 조류를 이용하고자 하여 9월 15일에 해남 우수영으로 진영을 옮긴 다 음 날에 명량해협에서 적선을 맞이하였다. 본 연구에서는 명량대첩 당시에 조ㆍ일 양국 수군의 전함 기동에 큰 영향을 준 명량해협의 조류 상 태를 추산하기 위한 분석을 수행하였다. 연구에 있어서는 평형조석론(equilibrium theory of tide)과 동력학적 조석론(dynamical theory of tide) 을 기반으로 하여, 지구에 대한 천체(달, 태양)의 위상이 명량대첩 당시에 있어서의 위상과 동일하게 되는 회귀시점을 천체 운동의 주기를 분석 함으로써 계산하였다. 그리고 그 회귀시점에 대하여 조화분석법으로 계산한 조석 자료를 적용하는 방법으로 명량대첩 당시의 조류 상태를 추산 하였다. 그 결과, 명량수도의 조류는 새벽 06시 36분에 전류해서 북서쪽으로 흐르기 시작하여 09시30분에 최대 유속인 8.3노트에 이르렀고, 12 시 48분에 다시 남동쪽으로 전류하여 16시 12분에 최대 유속인 9.9노트에 도달한 다음, 19시 06분에 북서쪽으로 다시 전류하였다고 판단할 수 가 있었다.

Formation of disinfection by-products (DBPs) including trihalomethans (THMs) and haloacetic acids (HAAs) from chlorination of six different species (Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp., Anabaena cylindrical, Microcystis aeruginosa, Asterionella formosa and Aulacoseira sp.) of algal extracellular organic matter (EOM). The EOM characteristics evaluation of six algal species reaching at the stationary phase in the growth curve showed most of its SUVA254 showed below 1 and this means hydrophilic organic matter is much higher than hydrophobic organic matter. Chloroform formation potential (CFFP), dichloroacetic acid formation potential (DCAAFP) and trichloroacetic acid formation potential (TCAAFP) were mainly composed of THMFP and HAAFP in the EOM of various algal species. In the case of THMFP/DOC and HAAFP/DOC values, EOM of blue-green algae has appeared highest and EOM of green algae and diatom in order. THMFP/DOC was higher than HAAFP/DOC in EOM of blue-green algae. In comparison of formation potential by unit DOC composed of HAAFP in algal species EOM, DCAAFP/DOC was 1.5 times to 7.5 time higher than TCAAFP/DOC in the EOM of blue-green algae, while DCAAFP/DOC was found to be relatively high compared to TCAAFP/DOC in the EOM of green algae and diatom.

지난 수십년간 미세조류 바이오매스를 활용하기 위한 여러 가지 시도들이 있었다. 대표적인 사례로 식품첨가제, 건강보조식품 원료, 바이오 디젤, 바이오 메탄 생산 등에 이용되어 왔으며 적용 분야가 광범위한 것이 미세조류의 특징이라고 할 수 있다. 그 중 혐기성 소화공정은 미세조류를 기질로 이용하여 메탄가스를 생성함으로써 미세조류 내에 고정된 에너지를 회수할 수 있다. 하지만 혐기성 소화는 긴 체류시간이 요구되는 단점이 있으며, 대부분의 경우 가수분해 반응이 전체 과정 중에서 율속 단계인 것으로 알려져 왔다. 이에 따라 가수분해속도를 증가시키기 위한 전처리 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 미세조류(microalgae)를 혐기소화공정에 적용하고자 할 때, 혐기성 소화 효율을 높이기 위한 전처리 방법으로 열수처리공정을 이용하였으며, 이를 확인하기 위해 메탄 잠재량 분석방법(BMP; Biochemical Methane Potential)을 수행하여 바이오가스 생산량 비교와 메탄 생산량 등을 분석하였다. 또한 전처리에 의한 고형물 감량 효과를 측정하기 위하여 휘발성 고형물 감량율(VSR; Volatile solid reduction)을 분석하였으며 탈수성을 평가하기 위해 CST(Capillary Suction Time)를 측정하였다. BMP test 결과 열수처리 온도 280℃에서 전처리한 미세조류의 가스 발생량이 전처리 하지 않은 미세조류의 가스 발생량에 비하여 약 2배 가량 증가한 240mL-biogas/g-VS으로 가장 높은 바이오가스 발생량을 보였으며 전처리에 따른 탈수성의 변화는 뚜렷한 차이를 확인할 수 없었다.

국제적으로 지구온난화와 화석연류 고갈이라는 두 가지 이슈에 대한 관심이 증대되고 있다. 이에 따라 에너지원 다양화 및 대체 에너지 개발이 부각되면서 신･재생에너지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 우리나라는 2015년까지 총 1차 에너지원의 4.3%, 2020년까지 6.1%, 2030년까지 11.0%를 신･재생에너지 공급을 목표로 하는 국가에너지 기본계획을 수립하고, 이에 따른 기술의 개발 및 산업육성에 주력하고 있다. 기후변화에 관한 국제 연합 기본 협약(UNFCCC; The United Nations Framework Convention Change)의 발표에 의하면 우리나라는 세계 10위의 온실가스 배출국으로서 수년이내에 온실가스 감축의무대상국으로 지정될 것이다. 따라서 친환경 청정에너지 보급을 보다 적극적으로 시행해야 한다. 신･재생에너지로는 태양광, 풍력, 수소연류전지, IGCC(석탄가스화 복합발전), 바이오디젤 등이 있다. 이중 바이오디젤은 동･식물성 유지(대두유, 유채유, 폐식용유, 우지 등)를 이용하여 생산하지만 농지면적과 식량에 대한 윤리적인 문제가 대두되고 있다. 미세조류는 앞에서 언급한 문제가 없으며 신･재생에너지로써의 바이오디젤 뿐만 아니라 산업적으로 건강식품, 화장품, 물고기 먹이 등으로 이용되며 탄소고정이라는 환경적인 면에서도 매력적인 유기자원이다. 조류는 태양에너지를 이용하여 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 합성하여 다양한 생성물을 형성하는 미생물로써 조류의 자기균체 중 지질은 중량 대비 60% 이상을 생산하며, 이는 바이오디젤을 만드는데 사용되고 있다. 본 연구에서는 담수성 조류인 클로렐라 종(Chlorella vulgaris)을 실험 균주로 선정하였으며, 배양액은 BBM배지에서 working volume 200 ml, 인큐베이터 내부온도 25℃(±1)에서 실험하였다. 미세조류 성장에 가장 큰 영향을 미치는 광원의 종류는 차세대 조명이라고 각광받는 LED를 이용하였다. 실험 제어 인자는 빛의 파장(Rad, Blue, White), 빛의 주기{(24:0), (16:8), (14:10), (12:12)}, CO2 주입량(2%, 5%, 10%)으로 균체성장속도와 최대균체농도를 향상시킬 수 있는 미세조류의 최적배양조건과 최대지질 생산조건을 도출하여 기타 바이오에너지 이용에 대한 기초자료를 제공하고자 한다.

The effects of irradiance on the growth of toxic dinoflagellates Alexandrium tamarense (Masan Bay strain) and Alexandrium catenella (Jinhae Bay strain) were investigated in the laboratory. At 15℃ and 30 psu for A. tamarense and 25℃ and 30 psu for A. catenella, the irradiance-growth curve showed the maximum growth rate (μmax) of 0.31 day-1 with half-saturation photon flux density (PFD) (KI) of 44.53 μmol m-2 s-1, and a compensation PFD (Ic) was 20.67 μmol m-2 s-1 for A. tamarense, and μmax of 0.38 day-1 with KI of 59.53 μmol m-2 s-1, and Ic was 40.80 μmol m-2 s-1 for A. catenella. The Ic equated to a depth of 8~9 m from March to June for A. tamarense and 6~7 m from March to June for A. catenella. These responses suggested that irradiance at the depth near the middle layer in Masan Bay would provide favorable conditions for two species.

미세조류는 광합성 반응을 통해 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고, 산소를 배출하며, 체내에 카로티노이드, 피코시아닌 같은 유용물질을 생성할 수 있다. 또한, 미세조류의 대사특성은 하폐수처리, 바이오연료 생산, 이산화탄소 고정 및 유용물질 생산 등 다양한 분야로 적용이 가능하고, 전 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 미세조류의 배양방법은 open system과 closed system이 존재하는데, 이 중 closed system은 미세조류 배양을 위한 다양한 조건들을 쉽게 조절할 수 있는 반면 운영 및 유지관리 비용이 든다. 따라서 본 연구에서는 저비용/고효율의 PBR(photo-bioreactor) 운전을 위한 최적운전 조건을 도출하기 위해, aeration rate와 pH가 미세조류 대량배양에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험에 사용한 미세조류는 Scenedesmus dimorphus를 이용했고, NO3--N 100 mg/L, PO43--P 10 mg/L로 modified BBM 배지를 사용하였으며, 광도 40 ~ 100 ㎛ol/m²/s, 광주기 24(light) : 0(dark)로 설정하고 working volume 2 L인 photo bioreactor를 batch로 운전하였다. Aeration rate는 0.1 ~ 1 vvm, pH 7 ~ 10로 설정하여 실험을 진행하였다. Aeration rate이 Scenedesmus dimorphus 의 성장에 미치는 영향을 평가한 결과, 0.3 vvm과 0.5 vvm 에서 높은 성장량을 나타냈다. 무기탄소의 공급량이 많은 1 vvm 조건에서는 성장량이 다소 낮게 나타났는데, 이는 과도한 폭기로 인해 미세조류에 미치는 전단응력이 증가하여 성장에 저해를 유발한 것으로 사료된다. 폭기조건의 경제성을 고려하여 0.3 vvm을 유지하는 것이 적정조건으로 도출되었다. pH가 Scenedesmus dimorphus의 성장에 미치는 영향을 평가한 결과, pH 9에서 가장 높은 성장량을 나타냈다

기본적으로 박테리아는 유기물로부터 에너지를 획득하고 성장하는 과정에서 산소를 소비하고 이산화탄소를 발생시키며, 미세조류는 빛과 이산화탄소를 이용해 광합성 하는 과정에서 영양물질을 흡수하고, 산소를 생산한다. 이러한 미세조류와 박테리아를 혼합배양(co-culture)할 경우, 미세조류는 박테리아의 활성에 필요한 산소를 공급하고, 박테리아는 미세조류의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급함으로써 서로 공생관계를 유지하게 된다. 본 연구에서는 미세조류와 박테리아의 공생관계를 하폐수처리에 적용하는 연구의 일환으로, 하폐수처리 공정 내에서 질소 제거에 있어 가장 큰 역할을 담당하고 있는 박테리아인 질산화 박테리아와 미세조류와의 co-culture에 대한 연구를 진행하였다. 질산화 박테리아는 독립영양미생물로써, 유기물 대사는 하지 못하지만 하수처리에서 중요한 질소제거 관점에서 봤을 때, 미세조류의 NH4+ 및 NO3-의 섭취와 박테리아의 질산화에 따른 NH4+ 의 제거 및 NO3-의 생성에 의해 하수 내 질소의 상호 보완적 구조를 갖기 때문이다. 질산화 박테리아와 미세조류의 co-culture로 인한 효과를 파악하기 위해, 미세조류만 있는 조건과 질산화 박테리아만 있는 조건을 대조군(control)으로 설정하였다. 반응기는 2.5L 용량의 원통형 반응기를 사용하였으며, working volume은 2L로 하여 운전하였다. 폭기는 박테리아 단일조건에만 0.1 vvm으로 약하게 해주었으며, 슬러지와 미세조류의 침강을 막기 위해 세 조건 모두 150 rpm으로 교반해주었다. 실험에 사용한 배지는 modified BBM 배지로, 초기농도 NH4-N 50 mg/L, NO3-N 50 mg/L, PO4-P 15 mg/L로 설정하였다. 실험 결과, 미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 조건이 미세조류 및 박테리아 단일조건과 비교하여 질소(NH4-N, NO3-N) 및 인 제거속도 모두 월등히 빠르게 나타났으며, 미세조류 성장속도 및 성장량 측면에는 큰 차이가 나타나지 않았다.

미세조류는 세계적으로 고갈되고 있는 화석연료를 대체할 차세대 신재생 에너지로 주목을 받고 있으며, 일반적인 미세조류 배양 공정에서 회수비용은 약 20~30%로 많은 부분을 차지하고 있어, 경제적인 회수방안이 필요하다. 본 연구는 경제적인 미세조류 회수방안을 위해 스스로 침전하게 되는 autoflocculation(AF)법과 응집제(PAC) 주입법에 관한 연구를 진행하였다. AF는 미세조류가 자발적으로 floc을 형성하여 침전하는 것이며, 미세조류의 광합성에 의한 pH 상승으로 인해 액상에 존재하는 calcium, magnesium 이온 등과 결합하여 침전물을 형성하며, 형성된 침전물은 양전하를 띄어, 음전하를 가지는 미세조류와 반응하여 침전물을 형성하는 방법이다. 실험에 필요한 미세조류(Scenedesmus dimorphus)를 배양하기 위해 용량이 20L인 원통형 반응기를 사용하여 미세조류 농도가 2 OD가 될 때까지 배양한 후 실험하였으며, jar-test기를 이용하여 AF가 일어나는 최적 조건을 찾기 위해 pH 7~12, Mg2+ 주입농도 0~100 mg/L, 침전시간 5~20 min을 달리하였으며, PAC을 이용한 실험 시 pH 5~8, 주입농도 0~120 mg/L 로 달리하여 실험을 진행하였다. 응집효율은 미세조류 회수 후 광생물 반응기(PBR)에서 미세조류 재배양을 고려하여 85~90％의 응집효율이 적절할 것이라 판단하였고, 실험결과 AF가 일어나는 적정 pH는 11.5, Mg2+ 적정 주입농도는 100 mg/L로 나타났으며, 침전시간에 따른 응집효율 변화는 5~20 min에서 약 2% 응집효율 변화가 나타나 침전시간은 5 min이 적절할 것이라 판단하였다. 응집제(PAC)를 이용한 실험결과 적정 pH 범위는 6~8, 적정 주입농도는 60 mg/L로 나타났으며, 이상의 농도에서는 응집효율에서 큰 차이가 나타나지 않았다.

최근 한국은 기후변화로 인한 기온 및 수온 상승, 빈번한 집중호우와 친수공간 조성에 따른 적극적인 하천의 활용 등으로 인하여 하천 및 저수지 내 수질관리에 있어 해결해야 하는 많은 문제점을 가지고 있다. 본 연구는 효율적인 수질관리를 위하여 인공신경망을 이용한 단기조류예측모형 구축에 관한 연구이다. 대상지역으로 조류가 번식하기 좋은 조건을 지니고 있는 금강유역 내 대청호를 선정하였고 설치되어 있는 수질자동측정망의 일 단위자료를 이용하였다. 다층전방향신경망의 역전파 알고리즘을 이용하여 단기(1일, 3일, 7일) 조류를 예측할 수 있는 모형을 구축하였다. 본 모형에서는 대청호 내 수문 및 수질성분을 교차상관분석을 기초하여 단기조류예측모형의 입력 성분을 선정한 후 다양한 조류예측 신경망 모형을 구축하여 결과에 대한 검증을 실시하였다. 구축된 단기조류예측모형은 자연발생적인 기작과 유사한 현상을 재현할 수 있는 다양한 수질인자를 고려하여 단기조류예측모형을 구축한 경우 예측의 정확도가 높게 도출되었다. 본 연구는 신경망 모형의 최대 장점인 비선형성 및 간편성 등을 고려하였을 때 우리나라의 수질예측에 적합한 신경망 모형을 구축할 수 있으며 이를 통한 하천 및 호수 내 효율적인 수질관리 방안을 제시할 수 있을 것이다.

After identifying species by collecting the suspended and attached algae mat inhabiting in the slow sand-filter, Spirogyra sp., Mougeotia sp. and Closterium sp. were main green algae and Synedra sp. was diatom algae. Among them green algae Spirogyra sp. was dominant species. A result of observing the life mode of apple snail for a month after introducing into the slow sand-filter, apple snail eggs were discovered on the filter walls 2 weeks after introducing, 4 weeks later lots of eggs were observed all of the slow sand-filter walls, it means there is no problem for apple snail to live in the slow sand-filter. The observation result for algae removal potential by introduced apple snail after 2 months later, slow sand-filter where apple snail were introduced, a few algal mat were observed. On the other hand, no introduced apple snail into the slow sand-filter, lots of suspended algal mats were formed in the water and attached algal mats on the sand surface as well, these algal mat induced much of operating problems.

한강하구 염하수로 주변의 조석·조류 변형과 창·낙조 우세를 분석하기 위해서 4개 정점에서 동기간에 관측한 조류자료와 기 관측된 조석자료를 분석하였다. 조석 및 조류의 변형 정도는 M4/M2 진폭비를 분석한 결과 상류로 갈수록 증가하며, 조석의 상대 위상차(2M2-M4)를 계산하면 모든 정점의 값이 180˚ 이하로 창조 우세를 보여준다. 그러나 조류자료의 통계분석 결과를 보면 조석 조화상수의 상대 위상차 결과와는 다르게 최강·평균 낙조가 창조에 비하여 강하게 나타나며, 정조시각을 이용하여 창조, 낙조 지속시간을 계산하면 낙조 지속시간이 길게 나타난다. 각 조류 관측정점의 주축 방향 유속성분의 상관도를 분석한 결과 인천항 이후 염하수로 북쪽입구까지는 상관도 값이 0.9 이상으로 높게 나타났다. 조류 분석결과에서 보여지는 낙조가 우세하고 낙조 지속시간이 긴 형태의 원인을 분석하기 위해서 조화분해 결과를 재구성하였다. 주 분조(M2)와 천해 분조(M4)를 결합하면 창조가 우세하고 낙조 지속시간이 긴 전형적인 창조우세 형태의 곡선이 나타난다. 그러나 이 곡선에 조류 성분의 산술 합으로 계산한 비 조류성분(잔차류)의 값을 더하면 낙조가 강해지고 낙조 지속시간이 긴 형태로 나타난다. 즉, 천해분조에 의해서 발생하는 상류방향의 흐름을 극복하는 담수와 하구 비선형 효과에 의해서 생성되는 장주기 조류성분과 같은 낙조방향의 평균적인 흐름이 존재하기 때문에 독특한 낙조심화 현상이 염하수로에서 나타난다.