농업용저수지-관개수로-논의 농업용수 공급단계별 수질변화

남귀숙 ( Guisook Nam ),이승헌 ( Seungheon Lee ),장규상 ( Kyusang Jang ) 한국물환경학회 2017 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2017 No.-

농업용호소의 유형분류 및 맞춤형 수질 관리 방안

남귀숙 ( Guisook Nam ),노경환 ( Kyengwhan Noh ),엄한용 ( Hanyoung Um ),최강원 ( Kangwon Choi ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

최근 농업용 호소는 벼농사를 위한 관개용수 공급의 고전적인 역할 외에 수상 레저, 친수 관광, 생태 교육 등 호소가 가지는 쾌적한 친수환경을 활용한 다양한 요구를 포함하여 생태계 보전 공간, 생태환경용수 공급 등 그 이상의 가치 창출을 요구받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 농업용호소의 가치 상승 및 친수 공간 활용성 증대 등 용수공급 기능 외친수공간으로서 사회문화적 기능 향상을 유도하고, 생태계 서비스 향상, 지역주민의 환경복지 개선으로 농어민의 삶의질 향상에 기여하고자, 최근 증가하는 용수요구도를 분석하여 농업용호소를 유형 분류하고, 유형에 따른 맞춤형 수질관리 방안을 제안하고자 하였다. 본 연구의 유형분류는 농업용호소의 개별 특성을 파악하여 경관친수형, 생태보전형, 친환경농업형, 일반관리형 호소들로 구분하였으며, 유형별 용수요구도에 따라 수질기준 Ⅲ등급 개선형 호소와 Ⅳ등급 개선형 호소로 구분하였다. 경관친수형, 생태보전형, 친환경농업형 등 용수요구도가 높은 호소로 분류된 경우, 유형별 관리목표는 TOC 농도 Ⅲ 등급으로 설정하였으며, 이를 만족하기 위한 주요 관리 요소 항목으로 Chl.a, COD, TN, TP 등을 유형별로 상이하게 제시하였다. 또한, 수질 항목 외에도 경관요소, 생태요소, 친환경농업요소 등 주요 유지관리 항목 및 특화 요소 등을 유형별로 차별화하여 제시하였으며, 유입 하천 관리, 저수지 수변부 관리, 생물서식 공간 관리, 용수로 관리 등 유형별 관리지점과 관리방안을 함께 제시하여 시설관리자가 유형별로 적정하게 활용할 수 있도록 하였다. 뚜렷한 용수요구도가 없는 일반관리형에 해당하는 호소의 경우 관리목표는 TOC 농도 Ⅳ 등급으로 설정하였으며, 추가적으로 Chl.a, COD, TN, TP 등의 항목 관리방안을 제시하였다. 구체적인 맞춤형 관리방안으로는 경관친수형 호소의 경우 수변 경관의 중요성을 감안하여 호내 조류발생을 억제하고 관리, 수거가능한 공법을 제안하였으며, 특히, 시민들의 환경복지를 위해 경관을 해치지 않고, 단기간 적용할 수 있는 공법을 채택하도록 하였다. 생태보전형 호소의 경우 생태 건강성을 회복하고, 녹조 발생, 수생 생물 폐사 등 생물 유해 환경이 발생하지 않도록 예방해 주는 생물 물리적 공법을 우선 채택했으며, 단기간의 대책보다는 중장기적 공법을 위주로 제안하였다. 친환경농업형 호소는 친환경농업이 이루어지는 용수 공급량에 한정하여 Ⅲ등급 수질로 공급하는 것이 유용하므로 저수지 전체를 한정하여 적용하는 공법도 제안하였으나, 그 보다 용수로 등에서 적용가능한 소규모 공법을 우선 채택하여 제시하였다.

농업용저수지에서 수거한 녹조의 버섯배지 자원화

남귀숙 ( Guisook Nam ),엄한용 ( Hanyong Um ),정민철 ( Mincheol Joung ),홍대벽 ( Daebuck Hong ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

기후온난화와 극단화로 인해, 상수원댐, 4대강 보구간은 물론 농업용저수지와 같은 정체수역에서 녹조발생이 빈발하고 있으며, 그에 대한 국민적 우려도 증가하고 있다. 정체수역의 녹조발생에 대한 주요 관리대책으로 응집제 등을 이용한 가압부상, 응집부상 등 녹조의 제거방안이 적용되고 있으나 수거된 녹조부산물은 폐기물로 처리하고 있어 추가비용이 투입되는 등 녹조수거체의 처리방안에 대한 문제가 새로이 대두되고 있는 실정이다. 따라서 농업용저수지 등 정체수역에서 발생하는 녹조가 환경적 문제를 유발하기 전에 수거하여 자원화하는 공정 기술의 개발은 수생태 건강성 보호와 함께 농어촌지역의 자원순환기술로써 의미가 크다. 또한, 녹조의 독성 여부를 판단하여 유기질 비료, 사료, 버섯배지, 고체연료 등으로 농업재료로 활용할 수 있는 방안의 제시와 시제품 개발을 통한 실용성 규명은 매우 중요하다. 본 연구에서는 농업용저수지의 녹조를 수거하여 버섯배지로의 자원화 방안을 분석하고 안전하고 실용성 있는 시제품을 개발하여 시험적용을 통해 상용화 타당성을 제시하고자 하였다. 본 연구에서 사용한 녹조수거체는 남양호에서 천연응집제를 이용한 응집부상을 통해 수거하였으며, 수거당시 유해 남조류인 Microcystis sp.가 극우점하였다. 녹조수거체를 버섯배지로 자원화하기 위해 수분 97%의 신선한 상태의 녹조 70%에 셀룰로즈 수분조절제를 첨가한 버섯배지에 Pleurotus Ostreatus DH-1012 느타리버섯 균주를 접종하여 15일간 배양하였다. 배양된 버섯과 버섯 배지의 성분, 안전성에 대한 분석을 통해 자원화 타당성을 분석하였다. 수분조절제로 톱밥, 면실박, 비트펄프 및 미강을 사용한 경우, 1,100cc 버섯재배병 당 느타리버섯 수확량이 165.87g으로 높았으며, 생육하여 수확한 느타리버섯의 색감이 흑회색으로 식감도 우수하여 최적배지 혼합에 미강이 영양분으로 중요한 것이 판명되었다. 자연수거 녹조보다 신선도가 높았던 남양호 수거녹조는 수분조절제의 배합율을 최적화하여 적용하면 타당한 것으로 검증되었다. 또한, 수거녹조의 버섯배지 자원화 부산물 성분분석결과 버섯재배 후 Biomass의 유기질비료, 기능성사료 및 연료화 등 자원화가 타당한 것으로 평가되었다. 본 연구의 버섯배지 자원화에 대한 경제성 분석결과, 버섯과 부산물의 수익화가 모두 가능하여 수익성 높은 부가가치 창출이 가능한 것으로 평가되었다. 녹조수거체를 이용한 본 연구의 자원화 기술 개발은 녹조를 유해물질이 아닌 자원으로 인식 전환하여 수질개선 및 녹조 관리 비용을 절감하는 녹색기술로 농어촌지역의 소득향상에 기여하는 녹색농촌 패러다임을 제시하고자 한다.

농업용 용수로 및 배수로의 탄소배출량 측정 및 발생 특성

남귀숙 ( Guisook Nam ),지달님 ( Dalnim Gee ),홍성구 ( Senggu Hong ),이규상 ( Gyusang Lee ) 한국물환경학회 2022 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2022 No.-

저온플라즈마를 이용한 유해남조류 독소 분해 효과 분석

남귀숙 ( Guisook Nam ),김현우 ( Hyunwoo Kim ),노경환 ( Kyengwhan Noh ),최강원 ( Kangwon Choi ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

농업용 호소를 포함한 정체수역의 조류대발생이 심각한 수준을 보이고 있는 가운데, 사후관리방안으로 흔히 사용되는 조류수거방안의 가장 큰 문제점은 수거된 조류의 처분이다. 현재 수거된 조류는 전량 폐기물로 처리되고 있으나, 최근 수거 조류의 자원적 활용방안에 관한 관심이 증가하면서 조류 독소의 무독화 기술 개발이 필요하였다. 수거된 조류의 농업적 활용을 위해 조류 독소의 무독화 기술로 저온플라즈마를 이용한 산화공법을 검토하였다. 조류 무독화 기술로 적용된 시작품은 운영관리비용이 낮은 저온 플라즈마 산화장치로서 방전부와 미세버블 발생장치로 구성되어있다. 조류 농축액을 대상으로 48시간동안 저온플라즈마 산화 처리를 한 후 용존유기탄소(DOC), 용존질소(DN)의 제거 효율은 각각 84%, 58%로 나타났으며, 마이크로시스틴(MC)-RR, -LR, -YR의 제거율은 각각 99%, 64%, 90%, total MCs는 총 99%의 제거율을 보였다. 조류발생 밀도가 다른 농업용저수지 2개소에서 원수에 포함된 조류독소를 분석한 결과 독성이 강한 MC-LR은 불검출~0.195, MC-RR 0.003~9.203 ug/L, MC-YR 불검출~0.053ug/L, Total MC 0.003~9.450 ug/L 수준으로 나타났으며, 20시간 무독화 처리를 한 다음 처리효율을 보면 저밀도 조류의 MH의 Total MC 처리효율은 94.3 % (0.263→0.015 ug/L), 고밀도 조류를 보인 GL에서는 처리효율이 59.3 % (848.1→345 ug/L)로 저농도의 독성에서는 20시간처리가 충분한 효과를 보이는 반면 고농도의 독성에서는 20시간 이상의 무독화 처리가 요구됨을 알 수 있었다.

농업용호소 수거 조류를 이용한 농업재료(유기질 비료) 활용 방안 분석

남귀숙 ( Guisook Nam ),김현우 ( Hyunwoo Kim ),노경환 ( Kyengwhan Noh ),최강원 ( Kangwon Choi ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

기후온난화로 인해 농업용 호소를 포함한 정체수역에서 부영양화의 가속화와 함께 조류발생량이 점차 증가하고 있다. 녹조발생에 따른 사후관리방안으로 조류의 수거가 다방면으로 이루어지고 있지만 수거된 조류의 폐기물처리에 상당비용이 소요되고 있어 경제적 손실이 크다. 본 연구에서는 부영양상태의 농업용저수지에서 수거된 조류의 자원적 활용을 위해 사전에 조류 독소의 무독화 기술을 개발하였으며, 무독화된 조류 수거체를 이용하여 농업재료로 범용화 할 수 있는 유기질 비료 생산 방안과 활용성을 분석하였다. 농업용저수지에서 포집된 조류 부산물의 발생량 및 성분 특성을 파악한 결과 조류 발생량이 적은 MH저수지에서는 약 0.2 kg/d, 조류 발생량이 많은 GR 저수지 경우 약 4.2 kg/d의 조류 부산물이 발생될 것으로 추정되었다. 조류부산물은 먼저 무독화과정을 거친 후 농축을 통해 농업재료인 유기질 비료로 활용하고자 하였다. 조류포집-무독화 시스템을 통해 생산된 부산물의 유기성 비료 사용 가능성을 평가하기 위해 액상 비료 및 부숙 건조 슬러리 비료를 제작하였다. 그러나, 유해남조류가 대부분을 차지하는 수거 조류는 제2019-10호_비료 공정규격설정 및 지정(개정안)에 비료로 사용할 수 있는 원료로 지정되어 있지 않기 때문에 법적 절차를 통하여 비료로 사용할 수 있는 법적 기준을 만족하여야 하기 때문에 유기질 비료로서 성분 분석을 위해 농업기술실용화재단에 비료품질기준 분석을 의뢰하였으며, 그 결과 액상 비료 및 부숙 건조 슬러리 비료 모두 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 경제적 측면에서도 폐기물처리비용 대비 농업재료 활성방안이 더 효율적인 것으로 나타났다. 따라서, 유해남조류를 포함하는 수거 조류를 이용한 농업재료(유기질 비료) 활용성은 높을 것으로 기대된다.

유해남조류가 포함된 농업용수가 벼의 안전성에 미치는 영향

남귀숙 ( Guisook Nam ),이승헌 ( Seungheon Lee ),장규상 ( Kyusang Jang ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

최근 기후 온난화와 극단화로 겨울 결빙일수 감소와 봄가뭄이 점차 심화되면서 4대강 하천과 농업용저수지를 포함한 정체된 농업용수에서 조류 발생 빈도가 증가한 가운데 유해 남조류가 생성하는 조류독소의 위험성 문제가 대두 되었다. 식수원의 경우 철저한 정수공정을 통해 유해 남조류와 조류독소, 이취미 물질까지 제거하여 공급되고 있지만, 농업용수로 이용할 때에는 수처리과정 없이 직접 논용수로 공급되어 벼를 재배하기 때문에 남조류가 생성한 독소물질이 벼에 축적되어 인체에 영향을 미치지 않는지에 대한 의문에 대한 과학적 자료를 축적하고자 본 연구를 수행하였다. 본 연구는 2016년 4월~11월까지 관개 개시단계부터 벼 수확기 전 기간을 포함하여 진행되었으며, 유해남조류의 발생이 비교적 높은 농업용저수지와 관개 단계별 용수와 벼 수확물에 이르기 까지 유해남조류 밀도와 조류독소인 마이크로시스틴 변화를 분석하였다. 그 결과 일부시기 농업용저수지에서 유해남조류와 조류독소가 검출되었으나, 관개수로와 논으로 단계별로 이동하면서 상당량 저감되었으며, 최종적으로 수확한 벼의 알곡과 작물체 줄기 모두에서 마이크로시스틴이 검출되지 않았다. 따라서, 조류발생이 비교적 높게 우려되는 농업용저수지의 물을 농업용수로 사용하여 벼농사를 짓더라도 벼의 안전성에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나, 본 연구는 국민의 막연한 불안감을 해소하기 위해 최대한 빠른 시간내 해답을 제시하기 위해 1년간의 단기연구로 진행되어 다양한 농산물의 안전성 확보, 조류독소의 농산물 내 전이기작 등의 규명은 하지 못한 상태이며 필요시 후속과제가 진행되어야 할 것으로 사료된다.

인공습지의 난분해성 유기물질 분해 특성

남귀숙 ( Guisook Nam ),허진 ( Jin Heo ),이규상 ( Gyusang Lee ),최강원 ( Kangwon Choi ) 한국물환경학회 2022 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2022 No.-

천적생물을 이용한 적ㆍ녹조관리 배양시설 운영

남귀숙 ( Guisook Nam ),송영희 ( Younghee Song ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

폐쇄화된 인공호소에서는 유역으로부터 지속으로 유입되는 질소, 인등의 영양물질 과잉으로 인해 정체수역을 중심으로 심각한 수준의 적조 또는 녹조가 발생한다. 적조 또는 녹조는 공중보건 문제를 일으키며, 동시에 수산ㆍ양식업에도 피해를 준다. 적ㆍ녹조 발생 후 식물플랑크톤 사체가 미생물에 의해 분해되면, 빈산소 상태로 발전하여 어패류들이 호흡 장애로 폐사한다. 고밀도의 적ㆍ녹 생물세포가 분비하는 점액물질로 인해 해수의 점도가 높아져 어류가 유영하기 힘들어지며, 아가미를 막아 어패류가 질식하기도 한다. 한편 유독성 와편모조류가 적조를 일으킬 때는 어류들의 신경마비 현상을 유발하기도 한다. 현재 이들 적녹조 생물을 생물학적으로 제어하기 위한 많은 시도가 이루어지고 있다. 특히, 적녹조 원인 생물을 선택적으로 포식하는 천적생물에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 수역에서 분리된 천적생물을 실내 대형배양조에서 대량배양한 후 수역으로 이동하여 방류함으로써 적녹조 제어에 효과를 입증한 사례들이 있다. 그러나, 이럴경우 수역에서의 적응성이 떨어져 생존율이 낮아 효과를 기대하는데 장시간이 걸리며, 실내배양, 운반, 살포 등에 많은 비용이 소모되는 경제적으로 취약함을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 연구에서는 폐쇄화된 인공호소의 주요 문제가 되고 있는 적조 또는 녹조의 생물학적 제어를 위해 이들 원인생물을 섭식하는 천적생물로서의 동물플랑크톤을 현장배양하여 수역에 적용한 운영방안을 소개하고자 한다. 본 연구시설은 전북 부안군 동진면 문포항에 위치하며, 0.6톤의 소형배양조 6개와 항온시설을 가지고 있는 실내배양장치와 6톤의 대형배양조 6개로 구성된 야외 배양조로 구성되어있다. 원수는 최근 인공호소로서 방조제가 체절된 새만금 수역의 물을 양수장치를 통해 양수하여 사용하고 있으며, 천적생물은 호소수인 원수를 80um net로 여과하여 집적배양한 1단계시스템과 호소수에서 직접 천적생물을 분리하여 실내배양조에서 순수 배양하여 점차 용량을 확대하여 수역에 바로 방류하는 2단계 시스템으로 구상하였다. 1단계의 경우 수역에 적조 및 녹조생물을 초기에 억제할수 있는 방안이 되며, 2단계의 경우 수역에 적조 또는 녹조가 대량 발생할 경우 즉시 제어할 수 있는 방안이 된다. 원수의 식물플랑크톤(적ㆍ녹조원인생물)이 80㎛의 플랑크톤네트를 통과한 후 2개의 식물플랑크톤배양지로 공급되어져 천적생물, 즉 동물플랑크톤의 먹이원으로써 대량 배양되어지며, 2개 식물플랑크톤 배양전 네트에 걸린 대부분의 동물플랑크톤은 식물플랑크톤배양지의 후단에 각 2개씩 연결 설치된 동물플랑크톤배양지로 공급되어져 식물플랑크톤배양지로부터 공급된 먹이원을 이용하여 대량 배양되는 시스템으로 설계가 되었다. 2008년 5월~11월까지 운영한 결과 식물플랑크톤배양지에서는 식물플랑크톤이 94~15,374 cells/m 로 많은 수가 발견되었고, 반면에 동물플랑크톤은 여과되어져 0~26 inds./ℓ의 개체수가 관찰되어 여과로 인한 동물 플랑크톤의 배제가 잘 이루어졌다, 동물플랑크톤배양지에서는 식물플랑크톤이 1~ 6,611 cells/㎖ 로 식물플랑크톤배양지인 A, B에 비해 적은 수가 관찰되었고, 동물플랑크톤은 2~260 inds./ℓ로 많은 개체수가 발견되어 뚜렷하게 각각의 배양지가 그 기능이 효과적인 것으로 나타남.

농업용저수지의 농업용수 공급 단계별 수질, 유해남조류 및 조류독소 분포 변화 비교

남귀숙 ( Guisook Nam ),이승헌 ( Seungheon Lee ),장규상 ( Kyusang Jang ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

우리나라 수자원이용 현황은 총 수자원량의 28% 정도이며, 이중 농업용수는 약 61%에 해당되는 152억톤/년을 차지하고 있다. 농어촌용수 중에서도 논용수가 전체 농어촌용수량의 60%로 가장 많은 양을 요구하고 있다. 보통 논용수는 농업용저수지, 하천의 보, 양수장, 담수호 등의 농업용수원에서 양수되어 관개수로를 통해 논으로 공급되고 있다. 농업용저수지는 전국에 17,423개소가 분포하고 있으며, 이는 유효저수량 대비 77%에 해당된다. 본 연구에서는 농업용저수지에서 농업용수, 특히 논용수를 관개하는 과정인 저수지-관개수로-논에 이르는 공급단계별 수질, 유해남조류 및 조류독소 분포변화를 살펴보고자 하였다. 대상저수지는 경기 안성 M저수지, 충남 천안 Y저수지, 충남 당진 C저수지, 전북 고창 D저수지이며, 조사기간은 2016년 관개시기인 4월~9월까지이다. 또한, 공급 단계별 각 지점에서 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소(TOC), 총질소(TN), 총인(TP), Chl-a를 비롯한 수질이화학적 특성과 유해남조류 현존량, 조류독소 분포 등을 비교 검토하였다. 그 결과, 농업용수 공급과정인 저수지-관개수로-논에 이르기까지 저수지의 높은 유기물 농도(COD, TOC, Chl-a)는 관개수로에서 감소하였으며, 인, 질소는 다소 증가하였다. 이는 저수지의 중층방류 원인으로 표층의 조류는 배제되었기 때문으로 사료된다. 논에서는 유기질 비료, 인, 질소 비료 등의 추가 투입으로 논으로 공급되는 관개용수보다 인, 질소농도가 증가하였으며, 일부시기에는 유기물 농도도 높게 나타났다. 저수지, 관개수로, 논에서 각기 다른 환경요인에 의해 다소 독립적인 수질변화를 보이고 있으며, 특히, 저수지 용수에 포함된 유기물, 인, 질소 농도가 논에서 추가적인 비료살포 등 영농활동으로 인해 큰 비중을 차지하지 못하고 있는 것으로 판단되었다. 유해남조류와 조류독소인 마이크로시스틴 LR, YR, RR의 분포는 저수지-관개수로-논으로 이동하면서 현저히 감소하였고, 논에서 조류독소는 거의 검출되지 않아 관개용수 공급과정에서 조류의 감소와 독소의 제거 기작이 효과적으로 나타나고 있음을 알 수 있었다.