본 연구는 2015-2018년 5월 기간 동안 납자루아과 어류의 서식 집단 중 강원도 홍천 내촌천(HN), 덕치천(HD), 정선 골지천(JG) 및 조양강(JJ)을 대상으로 기 개발된 제한절편 길이 다형성(restriction fragment length polymorphism; RFLP) 분자마커를 이용하여 숙주조개 속 난 및 치어에 대한 정확한 종 동정을 수행 후 납자루아과 어류의 숙주조개 크기에 대한 산란양상을 파악하고자 하였다. 연구대상 지역 내 납자루아과 어류는 내촌천과 골지천에서 1종(묵납자루; Acheilognathus signifer), 덕치천에서 3종(각시붕어; Rhodeus uyekii, 묵납자루; A. signifer, 줄납자루; Acheilognathus yamatsutae), 조양강에서 2종(묵납자루, 줄납자루)으로 확인되었고, 네 지역에서 모두 동서하고 있는 숙주조개인 작은 말조개(Unio douglasiae sinuolatus) 982개체를 채집하였다. RFLP 분자마커를 이용하여 납자루아과 어류의 난 및 치어가 확인된 작은말조개(N=163; 16.6%)에서 총 646개체의 납자루아과 어류의 난 및 치어(묵납자루 454, 줄납자루 43, 각시붕어 149개체)를 확인하였다. 각 지역 숙주조개 크기에 따른 산란선호도를 조사하기 위해 난 및 치어가 확인된 숙주조개(mussels with [presence] eggs/fry)와 확인되지 않은 숙주조개(mussels without [absence] eggs/fry)의 각장 (shell length), 각고(shell height) 및 각폭(shell width)의 평균 크기를 비교하였다. 그 결과 3종의 납자루아과 어류가 동서하는 덕치천의 경우 난 및 치어가 확인된 숙주조개가 확인되지 않은 숙주조개보다 각장(1.98mm), 각고(0.85mm), 각폭(0.73mm)의 크기가 통계적으로 유의하게 크게 나타났으며(Mann-Whitney U tests, P=0.002, P=0.012, P=0.009), 다른 세 개의 지역에서도 난 및 치어가 확인된 조개의 각장, 각고, 각폭의 크기가 큰 결과를 보였으나, 통계적으로 유의하지는 않았다. 추가적으로 종 간 숙주조개 당 평균산란 난 및 치어의 수를 분석한 결과 각시붕어 9.31±5.94개, 묵납자루 2.86±2.45개, 줄납자루 2.50±1.32개로 각시붕어는 묵납자루와 줄납자루보다 숙주조개 당 평균 6.45~6.81개 더 많이 산란하였고, 통계적으로 유의한 결과를 나타내었다(Kruskal-Wallis test, P<0.001). 이 결과는 본 연구 대상 납자루아과 어류 3종에서 크기가 큰 작은말조개를 산란을 위한 숙주로서 선호함을 의미하고, 조개 크기에 대한 선호도 차이가 동서하는 납자루아과 종의 수가 많을수록 크게 나타났다. 또한, 묵납자루와 줄납자루의 경우 많은 숙주조개에 적은 양의 난을 추가적으로 고르게 산란하는 반면에 각시붕어는 비교적 적은 수의 숙주조개에 많은 양의 난을 산란하는 번식전략을 나타내었다. 2종 이상의 납자루아과 어류가 서식하는 덕치천(HD)과 조양강(JJ)에서 묵납자루와 줄납자루 2종이 동일한 조개에 산란하는 것이 관찰되었다(N=4). 이는 납자루아과 어류가 2종 이상 동서할 때, 동일한 자원인 작은말조개를 자신의 산란숙주로 이용하기 위한 종간경쟁(interspecific competition)이 일어나고 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 기존 연구된 생태학적 연구에 유전학적인 방법을 추가하여 각 집단 간, 종 간 숙주조개 크기에 대한 산란양상을 보다 정확히 규명하여 숙주조개를 이용하는 납자루아과 어류의 생태적 적응양상을 명확히 파악하고 더 나아가 숙주조개와 납자루아과 어류의 공생(mutualism) 혹은 숙주-기생의 상호관계(host-parasite relationship)를 규명 하는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

This study was conducted to elucidate microplastics detection of freshwater ecosystems in Geum river. Samples are collected at 6 points in freshwater, 5 points in fishes. Freshwater was sampled 100 L per each points and fish species were Opsariichthys uncirostris amurensis, Hemibarbus labeo, Pseudogobio esocinus, Zacco platypus, Micropterus salmoides and Cyprinus carpio. FTIR analyis was adopted to identify microplastic types. Extracted microplastics were PES (polyester), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PET (polyethylene terephthalate), PVC (Polyvinyl chloride) in freshwater, and PES, PE, PP, PET, PVC in fishes. Our results were expected to be used basic research information for further study in microplastics of freshwater ecosystems.

낙동강 하구에서 연속관측 자료를 바탕으로 담수의 방류와 수온 및 염분의 시간에 따른 반응을 조사하였다. 낙동강 하구 서쪽 해역에 계류형 센서를 설치하고 2017년 4월 1일부터 2018년 3월 31일까지 10분 간격으로 수온과 염분을 측정하였다. 담수의 방류량은 평상시에 200 m3 s-1 d-1 이하로 유지되었으나, 풍수기에는 500 ~ 1000 m3 s-1 d-1 이상의 많은 양의 담수가 빈번하게 방류되었다. 담수의 방류는 대조기에는 간조를 전후하여 발생하였고, 소조기 동안에는 계속적으로 일어났다. 평상시에 수온과 염분은 소조기 동안 큰 변동 없이 안정 되는 경향을 보이는 반면에, 대조기에는 방류주기에 따라 규칙적인 변동을 나타내었다. 연구기간 동안 염분은 평균 29이었으며, 평상시에 염분 농도는 평균 이상으로 유지되었고 일시적인 감소 이후에도 빠르게 회복되었다. 풍수기에는 약 3개월 동안 평균 이하의 저염환경이 지속되었다. 이러한 결과는 담수의 방류량뿐만 아니라 방류의 지속시간과 대량 방류의 빈도가 낙동강 하구의 표층 수온과 염분의 변동성에 영향을 미치는 중요한 요인이 된다는 것을 의미한다.

위 연구의 목적은 상용화 된 폴리아마이드 기반의 해수담수화 분리막 두 종류를 양쪽성 이온 화합물 중 하나인 MPC를 이용하여 표면 개질을 진행한 후, 내오염성 저감 평가에 대한 고찰이다. 표면 개시 원자 이동 라디칼 중합(SI-ATRP) 반응을 이용하여 표면 개질을 진행하였고, 개질 후 분리막 표면의 물리적, 화학적 특성들의 변화를 여러 분석 방법들을 이용해 분석해봄으로써 MPC가 분리막 표면에 합성이 되었음을 확인하였다. 또한 MPC가 개질 됨에 따라서 친수성이 증가한 표면으로 인하여 Sodium Alginate 와 Bovine Serum Albumin에 대한 두 차례의 내오염성 저감 평가 테스트를 통해서 개질 후 해수조건에서 분리막의 막 오염 현상이 저감 되었음을 확인하였다.

In this study, various physical cleaning methods such as physical washing and osmotic backwash, were performed to understand membrane fouling characteristics by employing real secondary wastewater effluent (SWWE). In addition, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) pretreatments were compared to maximize removal of organic matter and to control membrane fouling efficiently. Organic foulants deposited on the active layer of FO membrane were observed by fouling behavior test. The relationship between concentrations of natural organic matter and membrane fouling was also investigated from the bench-scale FO tests. Finally, by quantitative analysis of correlations between foulants and fouling reversibility with the modified fouling index (MFI), we identified the applicability of MFI in predicting FO intake water fouling potential.

막증발 기술은 최근 해수담수화 분야에서 많은 주목을 받고 있으며, 기존 증발법과 역삼투를 대체하는 대안기술로서 개발이 활발하게 추진되고 있다. 그러나 막증발 기술의 실용화를 위해서는 극복하여야 할 몇 가지 문제점이 있다. 본 연구에서는 막증발 기술을 효율적으로 적용하기 위하여 해결해야 하는 1) 스케일업 2) 막오염 억제 3) 막젖음 예측 및 방지기술 개발하고자 하였으며, 이를 통하여 저탄소 담수화를 실현시키기 위한 방안을 제시하고자 하였다.

최근 국내에서 세계 최초로 개발한 SWRO-PRO 복합해수담수화 시스템은 압력지연삼투(PRO) 기술을 활용하여 역삼투(SWRO) 해수담수화 플랜트에서 발생하는 고염도 농축수의 삼투에너지를 회수하는 기술이다. 고염도 농축수와 저염도 하수처리수를 각각 PRO 시스템의 유도용액과 유입수로 사용하며, 두 용액의 농도차에 의해 발생되는 삼투에너지를 압력교환장치(isobaric pressure exchanger)를 통해 회수하여 SWRO 고압펌프에서 필요한 에너지를 줄이거나, 터빈 형태의 에너지 회수장치(Pelton turbine)를 통해 전력을 생산하는 기술이다. PRO 시스템을 통해 회수된 에너지는 해수담수화 운영비를 절감하는데 기여하고, 고농도 농축수의 희석 방류로 해양생태계 영향을 최소화 시킬 수 있다.

본 연구에서는 향후 역삼투식 해수담수화 기술의 에너지 효율을 개선하기 위한 3가지 방법을 제안한다. 그리고 제안된 방법이 적용되었을 때, 이론적인 최대 에너지 소모량 감소를 엑서지 분석을 통해 산출하고 현재 개발되고 있는 기술을 분석해서 실질적으로 각 방법에서 에너지 소모량이 얼마나 감소될 수 있는지를 비교하고 분석한다. 이러한 논의를 통해서 향후 역삼투 공정의 에너지 소모량이 얼마나 더 감소할 수 있을지에 대한 가능성을 평가할 수 있고 나아가서 역삼투 해수담수화 플랜트의 에너지 소모량을 낮추는 명확한 아이디어를 제공할 수 있다.

본 연구는 역삼투 해수담수화 플랜트의 실 데이터 분석을 통해 에너지 소모를 줄이는 방안을 제안한다. 이를 위해 10,000m3/d 이상의 플랜트를 대상으로 70여개의 데이터를 수집하고 분석하였다. 역삼투 해수담수화 플랜트의 에너지 소모는 에너지회수장치 발전으로 인해 크게 감소하였으나 각 요인에 따라 다른 값을 보였다. 에너지 소모는 유입수 수질에 영향을 받고, 높은 수질의 생산수를 얻기 위해선 더 많은 에너지가 소모됨을 확인하였다. 또한, 플랜트 규모가 커지면 에너지 소모가 줄어든다고 알려져 있으나 반드시 그런 것은 아니며, 역삼투시스템 운영 시 에너지 소모가 최소가 되는 회수율이 있음을 알아냈다. 마지막으로 에너지 소모와 관련된 요인을 정리하고 이를 바탕으로 저에너지 소모를 위한 3가지 방안을 제시한다.

해수담수화는 지구 수자원의 97%에 해당하는 해수를 활용하기 때문에 물부족 문제를 해결할 지속가능한 대안으로 평가받고 있다. 최근에는 증발식 해수담수화 대비 에너지 소모가 낮은 분리막 방식이 널리 적용되고 있으며, 에너지 소모는 3-4 kWh/m3 정도이다. 해수담수화 플랜트 소요비용 중 운영비용이 약 35~65%를 차지하므로 해수담수화 기술의 확대 적용을 위해서는 비용 절감형 운영 기술 개발이 필수적이다. 이에 K-water에서는 ‘중동지역 맞춤형 저에너지 해수담수화플랜트 기술개발’ 과제 참여를 통해 저에너지⋅고효율 해수담수화 운영 기술을 개발하고 있으며, UAE에 구축될 1,000m3/d 규모 플랜트에 적용할 계획이다. 본 기술 적용을 통해 해수담수플랜트 연간 운영비용 증가율을 5% 이내로 유지하는 것을 목표로 한다.

본 연구는 영덕호, 벽계지, 금풍지, 마산지 4개 호수를 대상으로, 우리나라 수생태계에 침입하여 생태계 교란을 일으키는 외래어종인 큰입배스(Micropterus salmoides)가 서식 유무에 따라 어류군집에 미치는 특성을 확인하기 위하여 2008년부터 2010년 까지 연도별로 각 2회에 걸쳐 어류조사를 수행하였다. 조사된 어류는 영덕호 9종 2,775개체, 벽계지 3종 96개 , 금풍지 7종 1,104개체, 마산지 15종 7,513개체로, 이중 벽계지와 금풍지에서는 개체수비율의 약 80%는 배스가 차지하여 우점하는 것으로 나타났다. 이와 같은 맥락에서, 벽계지와 금풍지의 군집생태지수를 분석해 보았을 때 낮은 종풍부도를, 반면에 배스가 서식하지 않는 것으로 확인된 영덕호와 마산지에서는 종풍부도가 높게 나타났다. 섭식특성 분석결과, 벽계지와 영덕호, 금풍지에서 낮은 잡식종 비율을, 마산지에서는 가장 높은 비율을 보였다. 벽계지와 금풍지에서 잡식종 비율이 낮게 나타난 것은, 최상위 포식자 이자, 육식종인 배스가 우점한 영향으로 사료된다. 결론적으로 배스의 서식은, 해당 수계에 서식하는 어류의 내성특성과 섭식특성 등, 군집생태지수를 이루는 모든 변수 값을 감소시킴으로 수생태계 어류군집에 건강성악화를 초래하는 요인으로서 작용하는 것으로 사료된다.

본 연구의 목적은 장기 모니터링을 통해 만경강 본류의 이･화학적 수질 및 담수어류상의 변화를 파악하고, 어류평 가지수(Fish Assessment Index, FAI)를 적용하여 만경강 본류의 생태건강도를 진단하는데 있다. 이에 만경강 본류의 5개 지점을 선정하여 2009년부터 2016년까지 8년간 매 1회에 걸쳐 어류 현장조사 및 하천 생태건강도를 실시하였으며, 이･화학적 수질 분석을 위해 물환경정보시스템의 수질 측정망 자료를 이용하였다. 지난 8년간 만경강 본류의 이･화학적 수질분석 결과, 생 물학적 산소요구량(BOD), 전기전도도(Conductivity), 총질소(TN), 총인(TP) 및 암모니아성 질소(NH4-N)가 상류에서 하류로 갈수록 뚜렷하게 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 Conductivity, TP 및 NH4-N는 각각 전주천과 익산천이 합류한 후에 위치한 지점인 S4~S5지점에서 급격하게 증가하는 것으로 나타나, 각각 전주천과 익산천에서 유입되는 하수처리수와 가축분뇨처리수에 의해 급격하게 수질이 저하 되는 것으로 사료되었다. 어류 현장조사 결과, 8년간 만경강 본류에서는 총 14개과 50종 3200개체가 채집되었으며, 피라미(Zacco platypus)가 22.9%로 우점하고 있는 것으로 나타났다. 법정보호종으로는 멸종위기 1급에 해당하는 퉁사리(Liobagrus obesus)와 감돌 고기(Pseudopungungia nigra)가 각각 13개체, 7개체 채집되었으며, 외래종으로는 큰입배스(Micropterus salmoides)와 블루길(Lepomis macrochiurs) 그리고 떡붕어(Carassius cuvieri)가 각각 69개체, 65개체, 3개체 채집되었다. 하지만, 이중 생태교란어종에 해당하는 큰입배스(Micropterus salmoides)와 블루길(Lepomis macrochiurs)의 전체어종에 대한 상대풍부도는 각각 2.2%, 2.0%로 나타나, 만경강 본류에서 이들 생태교란종에 의한 생태계교란은 미미한 것으로 사료되었다. 각 지점별 외래종(Exotic species), 여울성저서종(Riffle- Benthic species), 비정상종(Abnomalities) 및 멸종위기종(Endangered species)의 상대빈도를 분석한 결과, S2지점은 조사지점 중 유일하게 멸종위기종에 해당하는 퉁사리(Liobagrus obesus) 및 감돌고기(Pseudopungungia nigra)의 서식이 확인되어 수생태계 건강성이 아주 우수한 것으로 사료되었으며, 향후 이들의 보존을 위한 대책마련이 필요할 것으로 사료되었다. 반면, S5지점은 비정상어종의 상대빈도가 조사지점 중 가장 높게 나타나 수생태계 교란이 아주 심각한 것으로 사료되었다. 지점별 채집된 어류의 내성도 및 트로픽 길드(Tolerant & Trophic guild) 분석 결과, S4와 S5지점에서 민감종(Sensitive species)이 단 한 종도 채집되지 않았을 뿐만 아니라, 충식종(Insectivore species)이 아주 적게 채집되어 S4 와 S5지점에서 하천의 자연성 및 서식환경에의 교란이 가장 심한 것으로 사료되었으며, 이러한 결과는 S4~S5지점으로 갈수록 수질이 저하되는 것으로 분석된 이･화학적 수질 분석 결과와 일치하였다. 이･화학적 수질과 어류 분포특성과의 Pearson 상관도 분석 결과, BOD, Conductivity 및 NH4-N가 내성종(Tolerant species) 및 잡식종(Omnivore species)의 상대빈도와 통계 적으로 유의한 양의 상관관계(｜r｜>0.3, p<0.05)를 나타내고, 민감종(Sensitive species) 및 충식종(Insectivore species)의 상대빈도와는 통계적으로 유의한 음의 상관관계(｜r｜>0.3, p<0.05)를 가지는 것으로 나타났다. 이에 따라 유기물 및 NH4-N에 의한 수질악화에 의해 만경강 하류유역에서 민감종 및 충식종의 비율이 감소한 것으로 사료되었다. 특히, NH4-N는 주로 가축분뇨 및 하수처리수에 의해 유입되므로, 향후 전주천 및 익산천에서 유입되는 하수처리수 및 가축분뇨처리수의 관리 대책이 필요할 것으로 사료되었다. 마지막으로, 어류 다변수 모델을 이용하여 만경강 본류의 생태건강도를 평가한 결과, 만경강 본류의 평균 FAI 점수는 47(범위 : 0~100, n=40)로 “보통(C)”에 해당하는 것으로 나타났다. 또한 각 지점별 FAI값을 비교한 결과, S1과 S2지점이 각각 “좋음(B)”, “매우좋음(A)”에 해당하는 것으로 나타나 생태건강도가 우수한 것으로 나타난 반면, S3, S4, S5 지점 모두 “나쁨(D)”에 해당하는 것으로 나타났다. 이에 따라 S3~S4지점에서 유입되는 전주천과 S4~S5지점에서 유입되는 익산천에 의한 수질악화 및 유기물 축적에 따른 하상 단순화 등의 서식지 파괴에 의해 생태건강도가 악화된 것으로 사료되었다.

Invasive non-native species are one of the main threats to biodiversity. Recently, more than 30 non-native species were reported to have established in the four major rivers of South Korea, and introduction of non-native species is gradually accelerating. However, ecological information necessary for prevention and management of non-native species introductions and consequent spread is lacking in South Korea, and especially so for freshwater non-native species. In this study, we assessed eight non-native freshwater fishes established in the Geum River watershed [the Risk Assessment (RA) area] using the Aquatic Species Invasiveness Screening Kit (AS-ISK). Receiver operating curve analysis identified threshold values of 24.75 for the BRA (Basic Risk Assessment) and 35.75 for the BRA+CCA (BRA + Climate Change Assessment). Four species, namely Carassius cuvieri, Lepomis macrochirus, Micropterus salmoides and Oreochromis niloticus were ranked as ‘high risk’; whereas, the lowest scoring non-native species was Coreoperca kawamebari, which is not likely to be invasive in the RA area because it has not established self-reproducing populations and its distribution is currently narrowing across the country. The results of this study indicate that application of AS-ISK allows the assessment of potentially invasive non-native species and provides a framework of action for the development of management guidelines for non-native species and the conservation of native species (cf. ecological traits such as species competition, habitat preference, food resources, and reproduction). As a case study for the Geum River watershed in South Korea, it is recommended that additional screening studies should be carried out for the non-native species in the four major rivers of South Korea.

본 연구는 PCR 기반 RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism; 제한절편 길이 다형성) 분자기법을 활용하여 난 및 치어 대상 납자루아과 어류 3종의 동정을 좀 더 빠르고 정확하게 파악하고 납자루아과 어류의 종별 산란양상 및 번식생태 이해에 대한 기여가 목적이다. 본 연구를 위해 기존 선행된 문헌자료를 확인하고 납자루아과 어류가 2종 이상 동서하고 있는 지역을 확인하여 현지조사를 수행하였다. 현지조사 결과 확인된 납자루아과 어류는 묵납자루 (Acheilognathus signifer), 줄납자루 (A. yamatsutae) 및 각시붕어 (Rhodeus uyekii)로 총 3종이 확인되었으며, 확인된 납자루아과 어류와 동서하고 있는 숙주조개 (작은말조개; Unio douglasiae sinuolatus)를 채집하여 숙주조개 속 납자루아과 어류의 난 및 치어를 확보하였다. 현지조사 결과 확인된 납자루아과 어류 3종을 대상으로 미토콘드리아 DNA COI과 cyt b 유전자 염기서열을 비교하여 각각 종별로 특이성을 지닌 부위 (단일염기변이; Single Nucleotide Variation: SNV)에 맞는 제한효소를 선정하였고, 숙주조개 속 난 및 치어를 대상으로 genomic DNA를 추출하여 PCR-RFLP 실험을 수행한 결과 현지조사 시 확인된 납자루아과 어류 3종의 독특한 제한절편 길이 양상을 전기영동을 통하여 확인하였다. 본 연구를 통해 묵납자루, 줄납자루 및 각시붕어의 종을 판별할 수 있는 RFLP 마커를 개발하였으며, 숙주조개 난 및 치어를 대상으로 정확한 종의 동정을 보다 빠르고 효과적으로 수행하여 각각 납자루아과 종별 산란양상을 보다 정확히 규명하고 향후 이들 자연개체군의 효과적인 유지, 관리 및 보전 방법 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

SWRO-PRO hybrid desalination technology is recently getting more attention especially in large desalination markets such as USA, Middle East, Japan, Singapore, etc. because of its promising potential to recover a considerable amount of osmotic energy from brine (a high-concentration solution of salt, 60,000 – 80,000 mg/L) and also to minimize the impact of the discharged brine into a marine ecosystem. By the research and development of the core technologies of the SWRO-PRO desalination system in a national desalination research project (Global MVP) supported by Ministry of Land, Infrastructure, and Transport (MOLIT) and Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement (KAIA), it is anticipated that around 25% of total energy consumption rate (generally 3 to 4 kWh/m3) of the SWRO desalination can be reduced by recovering the brine’s osmotic energy utilizing wastewater treatment effluent as a PRO feed solution and an isobaric pressure exchanger (PX, ERI) as a PRO energy converter. However, there are still several challenges needed to be overcome in order to ultimately commercialize the novel SWRO-PRO process. They include system optimization and integration, development of efficient PRO membrane and module, development of PRO membrane fouling control technology, development of design and operation technology for the system scaling-up, development of diverse business models, and so on. In this paper, the current status and progress of the pilot study of the newly developed SWRO-PRO hybrid desalination technology is discussed.

Membrane distillation (MD) is a thermally driven desalination process with a hydrophobic membrane. MD process has been known to have a lower fouling potential compared to other pressure-based membrane desalination process (NF, RO). However, membrane fouling also occurs in MD process. In this study, the membrane fouling was observed in MD process according to the pre-treatment processes. The filtration and precipitation processes were applied as the pre-treatment to prevent the membrane fouling. The pore sizes of roughing filters were 0.4, 5, 10, 30, and 60 ㎛. The concentration of the coagulant was 1.2 mg/L as FeCl3. The membrane fouling on MD membrane was successfully removed with both pre-treatment processes.