Conventional aquaculture faces declining productivity, shifting to recirculating aquaculture system (RAS), known for minimizing water usage and maintaining consistent water temperatures for year-round fish growth. Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), a globally important cold-water species and the third most farmed fish in inland waters of Korea, valued for its fecundity and rapid growth. Dissolved oxygen, an important environmental factor affecting fish production and economics, highlights the need for smart aquaculture practices. Since 2018, the rise of intelligent aquaculture platforms, incorporating information and communications technology (ICT), emphasizes the essential role of RAS implementation. This eight-week study aimed to determine the optimal dissolved oxygen concentration for rainbow trout in RAS, utilizing a device for continuous monitoring, control and record. Dissolved oxygen concentrations were set at 5-6 mg/L, 9-10 mg/L, 14-15 mg/L and 17-18 mg/L. The growth rate significantly decreased at 5-6 mg/L, with no significant differences in other experimental groups. In hematological analysis, growth hormone (GH) was significantly highest at 5-6 mg/L, followed by 9-10 mg/L while Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) was significantly lowest at 5-6 mg/L. In conclusion, the optimal dissolved oxygen concentration for rainbow trout in RAS is approximately 9-10 mg/L. Higher concentrations do not contribute to further growth or profitability.

국내 Y정수처리시설에 20-40 m3/m2/h의 표면부하율을 갖는 고속 용존공기부상공정을 도입하였다. 우선, 용존공기부상공정과 입상활성탄 공정이 결합된 반응기를 일처리용량 500 m3/day의 조건으로 운전하였다. 운전결과는 두 공정이 원수내 탁도, 조류, 지오스민, 2-MIB를 감소시킬 수 있음을 증명하였다. 도출된 최적 설계요소를 활용하여 현장규모의 공정(5,000 m3/day)에 용존공기부상공정을 도입하였다. 여름철 56일간 조류와 탁도 제거율을 평가하였다. 처리수 내 조류의 개체수는 20-30 cells/mL 이하로 유지되었으며, 조류 제거효율은 80-89%를 기록하였다. 침전법 및 용존공기부상공정 처리수질의 탁도 제거효율을 비교한 결과 평균 탁도 제거효율은 77%를 나타냈다. 이러한 결과들은 고속 용존공기부상공정이 여름철 음용수의 탁도 및 조류와 같은 저밀도 고형물을 제거하는데 유의미한 방법임을 나타냈으며, GAC는 맛･냄새를 유발하는 화합물(지오스민, 2-MIB)를 제거할 수 있는 공정 옵션인 것을 확인하였다.

본 연구는 극지 식물플랑크톤의 자외선 영향을 파악하기 위해, Phaeocystis antarctica와 Phaeocystis pouchetii를 대상으로 유색 용존 유기물의 생산과 광반응성을 평가하였다. 강한 자외선에 노출 배양 시, 가시광선 파장대에서 유색 용존 유기물의 흡광도는 두 식물플랑크 톤 모두 배양 초기에 비해 48시간 동안 감소하였다. 반면, 자외선 파장에서는 P. antarctica는 48시간 배양 후, 유색 용존 유기물의 흡광도는 초기 농도에 비해 약 30% 감소하였지만, P. pouchetii의 흡광도는 오히려 10% 증가한 경향을 보였다. 이 결과들은 강한 자외선에 노출될 경 우, P. antarctica이 생산한 유색 용존 유기물은 광분해에 의한 감소로 인해 해수 중 수중 생태계에 자외선 차단 효과는 감소하는 반면, P. pouchetii가 생산한 유색 용존 유기물에 의한 광보호 효과가 더 효율적임을 알 수 있었다. 또한, 자외선 영향 하에서 배양된 P. pouchetii의 배 양액에서 시간에 따라 증가한 유색 용존 유기물의 형광 특성이 지구 거대물질로 알려진 humic-like (C-peak)와 일치하여, 이는 자외선 차단 물질로 알려진 MAAs 생물 생산에 의한 것임을 확인하였다. 이는 기후변화에 의한 성층화가 강화되는 극지 해양환경에서, 광반응성이 낮은 P. pouchetti가 용존 유기물의 증가에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

자기공명영상(MRI) 장비의 조영제로 흔히 사용되는 가돌리늄(Gd)은 매우 안정된 상태로 하수처리과정에서 거의 제거되지 않고 수환경으로 유입된다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 세 가지의 공법으로 하수처리를 하는 부산 수영 하수처리장에서 채취한 하수 시료의 공정별 용존 희토류 원소의 제거율 및 수환경으로 배출되는 인위적 기원 Gd (Gdanth)의 배출량을 평가하고자 하였다. 용존 희토류 원소는 공정별 처리 단계에 따라 무거운 희토류 원소(Tb-Lu)에 비 해 가벼운 희토류 원소(La-Eu)에서 농도가 감소하는 경향을 보였다. 또한 일부 시료에서 나타난 음의(negative) Sm anomaly (<1)는 생물학적 제거 과정에서 Sm이 입자나 인산염과 흡착되어 함께 제거되었을 가능성을 시사한다. 모든 시 료에서 양의(positive) Gd anomaly (149±50, n=9)를 보였으며, 공정별로 측정된 Gd의 총 농도 중 Gdanth은 약 97% 이 상을 차지하는 것으로 나타났다. 이는 하수처리과정에서 Gdanth 이 거의 제거되지 않고 수영강 하류로 배출된다는 것을 의미한다. 일별 처리용량을 고려하여 각 공정에서 배출되는 Gdanth의 배출량은 259 mmol/day로 추정할 수 있다. 본 연 구의 결과는 하수처리장을 통해 수영만 연안으로 Gdanth이 지속적으로 배출될 것으로 예상되며, 향후 Gd의 중장기적인 관측이 필요함을 시사한다.

본 연구에서는 진해만의 DO 농도 재현을 목표로 LSTM 모형의 최적 매개변수 조건과 예측변수를 선별하기 위한 Case study를 진행하였다. 모형 매개변수 Case study 결과, 가장 적은 Hidden node와 Epoch인 Hidden node=10, Epoch=100에서 가장 낮은 정확도를 보였다. 이는 모형이 과소적합(Underfitting) 상태인 것으로 판단된다. Hidden node=80, Epoch=1200에서 R2 값은 0.99로 가장 높은 정확도를 보였다. 예 측변수 Case study 결과, 1개의 환경변수만을 예측변수로 사용한 Step 1에서 수온을 예측변수로 했을 때 저층 DO 농도 재현의 R2 값은 0.81 로 가장 높은 정확도를 보였다. 이후 2개의 환경변수를 사용한 Step 2에서는 수온과 SiO2를 예측변수로 했을 때 R2 값은 0.92로 수온만 사 용했을 때보다 정확도가 급격히 증가하였다. 이는 저층 DO 농도와 SiO2 농도간의 높은 상관성(=0.70)에 기인한 것으로 판단된다. 상기 결과로부터 진해만의 DO 농도 재현에 적합한 LSTM 모형의 매개변수와 예측변수를 찾을 수 있었다.

정수기는 일반적인 산업용 막여과 수처리 공정과 다르게 운전과 휴지를 반복하는 특성이 있다. 이러한 특징 때문 에 역삼투막을 사용하는 정수기의 경우, 재정수시에 정수수의 농도가 정상적인 값보다 높게 나오는 현상(제거율이 정상값보 다 낮게 나오는 현상)이 있는데, 이를 “TDS creep”이라고 한다. 본 연구에서는 휴지시간과 농도에 따른 TDS creep 정도를 관 찰하였다. 또한, TDS creep 현상을 저감하기 위해 원수 세척, 정수부의 부피 증가 및 정수 세척 방법 등을 시험하였고 이에 대한 실질적인 효과를 관찰하였다. 이러한 방법들 중에 정수수의 세척과 같이 역삼투막의 feed side와 permeate side의 농도차 를 최소화하는 것이 TDS creep 현상을 해소하는 궁극적인 해결책임을 확인하였다.

A sediment control dam is an artificial structure built to prolong sedimentation in the main dam by reducing the inflow of suspended solids. These dams can affect changes in dissolved organic matter (DOM) in the water body by changing the river flow regime. The main DOM component for Yeongju Dam sediment control of the Naeseongcheon River was analyzed through 3D excitation-emission matrix (EEM) and parallel factor (PARAFAC) analyses. As a result, four humic-like components (C1~C3, C5), and three proteins, tryptophan-like components (C2, C6~C7) were detected. Among DOM components, humic-like components (autochthonous: C1, allochthonous: C2~C3) were found to be dominant during the sampling period. The total amount of DOM components and the composition ratio of each component did not show a difference for each depth according to the amount of available light (100%, 12%, and 1%). Throughout the study period, the allochthonous organic matter was continuously decomposing and converting into autochthonous organic matter; the DOM indices (fluorescence index, humification index, and freshness index) indicated the dominance of autochthonous organic matter in the river. Considering the relative abundance of cyanobacteria and that the number of bacteria cells and rotifers increased as autochthonous organic matter increased, it was suggested that the algal bloom and consequent activation of the microbial food web was affected by the composition of DOM in the water body. Research on DOM characteristics is important not only for water quality management but also for understanding the cycling of matter through microbial food web activity.

본 연구에서는 인공지능기법을 이용하여 진동만의 용존산소량 예측을 하였다. 관측자료에 존재하는 결측 구간을 보간하기 위해 양방향재귀신경망(BRITS, Bidirectional Recurrent Imputation for Time Series) 딥러닝 알고리즘을 이용하였고, 대표적 시계열 예측 선형모델인 ARIMA(Auto-Regressive Integrated Moving Average)과 비선형모델 중 가장 많이 이용되고 있는 LSTM(Long Short-Term Memory) 모델을 이용 하여 진동만의 용존산소량을 예측하고 그 성능을 평가했다. 결측 구간 보정 실험은 표층에서 높은 정확도로 보정이 가능했으나, 저층에서는 그 정확도가 낮았으며, 중층에서는 실험조건에 따라 정확도가 불안정하게 나타났다. 실험조건에 따라 정확도가 불안정하게 나타났다. 결과로부터 LSTM 모델이 중층과 저층에서 ARIMA 모델보다 우세한 정확도를 보였으나, 표층에서는 ARIMA모델의 정확도가 약간 높은 것으로 나타났다.

용존 6가 우라늄은 다양한 화학종으로 존재하며, 화학종의 분포는 수용액의 pH에 의존한다. 산성 및 중성 근처의 pH 환경 에서는 대표적으로 UO2 2+, UO2OH+, (UO2)2(OH)2 2+, (UO2)3(OH)5 + 화학종이 공존한다. 수용액 속에 비결정성 실리카가 콜로이드 성질의 부유입자 상태로 존재할 때 용존 화학종은 실리카 표면에 쉽게 흡착된다. 이 연구에서는 표면 흡착 화학종의 분 포가 용존 화학종의 분포를 따르는지 조사하였다. 시료의 pH 값이 3.5-7.5인 조건에서 3종의 용존 화학종(UO2 2+, UO2OH+, (UO2)3(OH)5 +)과 2종의 표면 흡착 화학종(≡SiO2UO2, ≡SiO2(UO2)OH‐ 또는 ≡SiO2(UO2)3(OH)5 ‐)의 시간 분해 발광(luminescence) 스펙트럼을 측정하였다. pH 변화에 따른 각 화학종의 스펙트럼 변화 양상을 비교한 결과로 표면 흡착 U(VI) 화학종의 분포는 용존 U(VI) 화학종의 분포와 다르다는 것을 확인하였다.

유색 용존 유기물의 빛 흡수와 해빙의 가속화는 수생생태계와 열수지 역동성 간의 양적 피드백에 영향을 줄 수 있으므로 극지 해양에서 유색 용존 유기물의 장기 모니터링이 필요하게 되었다. 그러나 극지 환경에서의 관측은 용이하지 않은 접근성과 거친 기상으로 장기 모니터링이 쉽지 않다. 따라서 유색 용존 유기물의 장기 모니터링 장소로서 남극 세종 기지의 가능성을 확인하기 위해, 마리안 소만과 맥스웰 만에서 유색 용존 유기물의 분포와 외부로부터의 영향을 파악하기 위한 관측을 수행하였다. 맥스웰 만 내의 세종 부두와 세종 곶의 72시간 유색 용존 유기물의 변동성을 관측하고, 외부 영향이 없었던 세종 부두에서 2010년 2월에서 11월까지 10 개월간 유색 용존 유기물의 연간 변화와 계절변동을 관측하였다. 세종 부두의 유색 용존 유기물 농도는 가을과 겨울 동안 가장 높고 봄과 여름에 감소하는 뚜렷한 계절 변동성을 보였고, 남극 인근 해역에서 측정된 유색 용존 유기물 농도 자료와 비교하였다. 따라서 우리는 남극해의 열수지에 대한 중요한 요인이자 광화학적 및 생물학적 환경변화에 관한 지시자인 유색 용존 유기물을 장기 모니터링을 위해 적합한 장소로 맥스웰 만의 세종 부두를 제안한다.

In order to determine the location of average concentration and distribution status of dissolved oxygen in the rectangular aeration tank of the sewage treatment plant was analyzed and the difference of dissolved oxygen concentration was remarkable at each location. Compared with the computational fluid dynamics analysis, it was found that the results were consistent with the measurement results by showing the difference of dissolved oxygen concentration between the locations. Based on the measured data, the representative location of dissolved oxygen in aeration tank was selected by using statistical analysis method and the representative location was expressed in three-dimensional coordinates(LWH : 25%, 50%, 33%) from flow direction and left wall. Also the difference between the dissolved oxygen concentration at the actual measurement location and the average concentration value of the entire aeration tank was founded, and the equations for calibrating the automatic measurement data considering the actual measurement location were calculated.

해양환경에서 유색용존유기물은 자외선과 가시광선을 흡수하는 주요한 역할을 하며, 표층에서 광분해 과정을 통해 이산화 탄소로 산화됨으로써 해양환경의 생지화학적 탄소순환에도 중요한 역할을 한다. 최근 봄철 유색용존유기물을 포함한 해수의 혼합층에 서 순수한 해수에 비해 약 40% 이상 열에너지를 흡수한다는 점도 알려지면서, 유색용존유기물이 기여하는 해수 수온상승에 대한 역할 의 중요성이 알려졌다. 본 연구는 봄철 동해 남동부해역의 해수표층에서 빛에너지 흡수의 원인이 되는 유색용존유기물에 의한 흡광도와 흡광 특성을 측정하였다. 봄철 동해 남서부해역에서 2012년과 2014년에 측정된 유색용존유기물의 분포를 비교하고 공급원을 파악하고자 S값을 이용하였다. 그 결과, 두 해의 표층수 중 유색용존유기물의 흡광계수는 평균값이 0.237 m-1(0.009~0.988 m-1)이고, S값은 16 μm-1 로서 연안수의 특성을 보였다. Chl a와 유색용존유기물 사이에 약한 양의 상관관계를 보였으며(r2=0.34), 특히 외양에 비해 연안 쪽 정점 들이 더 강한 상관관계를 보였다. 봄철 혼합층에서 2014년 유색용존유기물의 농도는 0.299 m-1로서 2012년의 0.180 m-1에 비해 약 40% 높게 측정되었다. 두 해의 유색용존유기물이 흡광계수의 차이는 연 변화 이외에도 측정시기의 차이에서 2012년 봄철 진행된 성층화와 일조량 증가에 의한 광분해의 결과로 보인다. 이는 간접적으로 표층 해수 표면을 통한 광산화과정에 의한 대기로의 이산화탄소 유입 가능성을 시사한다.

The investigation of effects on fouling propensity with various viscosity of feed solutions would be better understanding for forward osmosis (FO) performance since the fouling propensity was directly influenced with solution viscosity. Therefore, this study was focused on the FO fouling with model foultants (humic acid, alginate) by altering solution viscosity with change of ionic strength (I.S) and Ca2+ concentrations. In the comparison between humic acid and alginate, as expected, the alginate generally caused more severe fouling (almost 35.8 % of flux reduction) based on the solution characteristics (high viscosity) and fouling patterns (coil and gel layer). However, interesting point to note is that the fouling propensity of alginate was more severe even though it was applied with low viscosity of feed conditions (I.S = 20 mM, Ca2+ = 1 mM). This might be due to that crossed linked gel layer of alginate on the FO membrane surface could be best formed in the condition of Ca2+ presence and higher I.S, and that is more dominant to fouling propensity than the low viscosity of feed solutions.

Gas hydrate (GH)-based desalination process have a potential as a novel unit desalination process. GHs are nonstoichiometric crystalline inclusion compounds formed at low temperature and a high pressure condition by water and a number of guest gas molecules. After formation, pure GHs are separated from the remaining concentrated seawater and they are dissociated into guest gas and pure water in a low temperature and a high pressure condition. The condition of GH formation is different depending on the type of guest gas. This is the reason why the guest gas is a key to success of GH desalination process. The salt rejection of GH based desalination process appeared 60.5-93%, post treatment process is needed to finally meet the product water quality. This study adopted reverse osmosis (RO) as a post treatment. However, the test about gas rejection by RO process have to be performed because the guest gas will be dissolved in a GH product (RO feed). In this research, removal potential of dissolved gas by RO process is performed using lab-scale RO system and GC/MS analysis. The relation between RO membrane characteristics and gas removal rate were analyzed based on the GC/MS measurement.

섬진강 하구역에서 염분경사에 따른 유색용존유기물(CDOM)의 농도와 특성을 시공간적으로 이해하기 위해 2012년 건기(3월과 6월)와 우기(7월)에 분포특성을 조사하고, 환경요인(수온, 염분)과 영양염, 엽록소와의 상관관계를 고찰하였다. 유색용존유기물의 평균농도는 각각 1.0 ± 0.3 m-1(3월), 1.3 ± 0.4 m-1(6월), 1.4 ± 0.3 m-1(7월)로 측정되었다. 섬진강 상류의 높은 유색용존유기물 농도(> 1.5 m-1)는 하류로 갈수록 감소(< 0.5 m-1)하였고, 우기에 건기의 평균값에 비해 증가하였다. 또한 유색용존유기물의 화학적 특성과 공급원에 대한 지시자로 사용되는 평균값 S300-500은 0.013 ~ 0.018 nm-1로, 건기에 비해 우기에 높은 값을 나타내었다. 유색용존유기물과 염분은 역상관계를 보였고(R2 >0.8), 우기와 건기 모두 보존성 혼합의 양상을 보였다. 유색용존유기물은 강 하류로 갈수록 해수와 혼합되는 과정에 의해 희석되고, 그 특성 또한 뚜렷한 변화를 보이는 것을 확인하였다. 환경 조건 중 유색용존유기물의 변동에 영향을 주는 주요한 요인은 염분 (혼합)과 온도로 확인되었으며, 전자는 낮은 유색용존유기물 농도의 해수와의 혼합에 의한 희석으로 주로 공간적인 변동을 조절하는 것으로 보였고, 온도의 증가는 유색용존유기물의 생산에 영향을 주는 미생물학적 활동과 광분해에 통한 작용으로 유추된다.

동해 남서해역과 같이 용존 무기 질소(dissolved inorganic nitrogen; DIN)가 제한된 환경에서 우점 규조류 Chaetoceros debilis와 Leptocylindrus danicus의 용존 유기 질소(dissolved organic nitrogen; DON)의 이용성을 정량적으로 평가하였다. 질소원으로 DIN은 질산염과 암모늄, DON은 동해에서 중요한 비율을 차지하는 글리신(glycine)과 요소(urea)에 관하여 각각 평가하였다. Monod 식으로부터 유도한 C. debilis의 최대생장속도(μmax)와 반포화상수(Ks)는 질산염에서 1.50 day-1와 1.62 μM, 암모늄에서 1.13 day-1와 6.97 μM, 글리신 1.46 day-1와 3.36 μM, 요소 0.93 day-1와 0.55 μM으로 나타났다. 또한 L. danicus는 질산염에서 1.55 day-1와 5.21 μM, 암모늄에서 1.57 day-1와 4.57 μM, 글리신 1.47 day-1와 3.80 μM, 요소 1.42 day-1와 1.94 μM이었다. 두 종 모두 요소에서 용존 무기 질소보다 상대적으로 높은 친화성이 확인되었으며, 이러한 높은 친화성은 DIN 제한된 상태에서 C. debilis와 L. danicus이 생장을 유지하기 위해 요소를 이용할 것으로 판단되어진다. 따라서 동해 남서해역과 같이 DIN이 제한된 해역의 경우, DON의 효율적인 이용이 식물플랑크톤의 우점화 전략에서 중요한 요인 중 하나로 생각된다.

2014년 9월 동해 남서해역의 용존 영양염 분포 및 식물플랑크톤 군집구조와 우점종의 질소 화합물에 대한 이용성을 파악하였다. 용존 무기 질소(dissolved inorganic nitrogen; DIN)와 용존 무기 인(dissolved inorganic phosphorus; DIP)은 표층에서 낮고, 수심이 깊어짐에 따라 증가하였다. 반면에 용존 유기 질소(dissolved organic nitrogen; DON)와 용존 유기 인의 경우 무기태 영양염과 상반되는 분포를 보였다. DIN:DIP 비는 전체 수괴에서 약 20으로 Redfield ratio (16)보다 다소 높게 나타났지만, 혼합층의 경우 2로 식물플랑크톤의 생장에 대해 무기질소가 제한요인으로 작용할 수 있는 것으로 보였다. 특히, 무기 질소가 제한된 혼합층에서 DON은 용존 총 질소(dissolved total nitrogen; DTN) 중 88 %를 차지하였다. 우점종 Chaetoceros debilis와 Prorocentrum minimum은 DIN 이외에 요소와 아미노산과 같은 다양한 DON을 이용하여 생장하였다. 따라서 식물플랑크톤의 DON 이용능력은 DIN이 제한된 동해에서 중요한 생존전략으로 작용할 것이다.