농업용저수지의 녹조제어를 위한 수환경 특성과 포식성 천적생물의 분리 및 효과분석

남귀숙,송영희,이의행,홍대벽,한명수,Nam, Gui-Sook,Song, Young-Hee,Lee, Eui-Haeng,Hong, Dae-Byuk,Han, Myung-Soo 한국관개배수위원회 2011 한국관개배수논문집 Vol.18 No.1

Jundae reservoir has basin area of 234ha, average depth of 3.77m and total storage of $619{\times}10^3m^3$, and is located in Dangin-gun, Chungcheongnam-do. The water quality of Jundae reservoir exceeded the IV grade of water quality standard as available for irrigation water in COD, TN, TP, Chl-a. COD and Chl-a were higher in spring season, because the algal bloom by phytoplankton increased. And the algal blooms in October by inflow non-point pollution during summer rainy season. The most dominant zooplankton was rotifers during study period at all stations. Dominant species were Keratella cochlearis, Polyarthra spp., and Trichocerca spp. We successfully established 2 isolated clone cultures as predator. One is Rotifer, Euchlanis sp. and another is cladocerans, Bosmina sp. To test the removal rate of 2 cultures against Microcystis aeruginosa, we inoculated Euchlanis sp. and Bosmina sp. separately when the abundance reached at $1.0{\times}10^6$cells/ml. Euchlanis sp. removed M. aeruginosa around 98.9% and Bosmina sp. removed it around 98.4%. They are useful grazers for controling algae blooms, Euchlanis sp. and Bosmina sp. feeding on M. aeruginosa highly.

농업용저수지에서 수거한 녹조의 농업재료 활용방안

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),심고은 ( Go Eun Sim ),김현우 ( Hyunwoo Kim ),이규상 ( Gyu Sang Lee ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

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 농업용저수지는 물론, 대형 댐 호, 4대강 보 구간 등 정체수역형성에 따른 녹조발생 빈발구간에서 파랑, 바람 등의 특성을 이용하여 정체수역 일부구간에 밀집된 조류를 저에너지 조류포집장치를 이용해 수확하고 농업재료로 즉시 활용 가능한 기술을 개발하고자 하였다. 농업용저수지에서 수거한 녹조는 유기질비료, 토양개량제, 고체연료, 버섯배지 등으로 활용가능하며, 그 각각에 대한 경제적 타당성을 분석하였다. 본 연구에서 농업용저수지에서 포집된 조류 부산물의 발생량을 파악한 결과 조류 발생량이 적은 MH 저수지에서는 약 0.2 kg/d, 조류 발생량이 많은 GR 저수지의 경우 약 4.2 kg/d의 조류 부산물이 발생될 것으로 추정되었으며, 수거녹조는 무독화과정을 거친 후 농축을 통해 농업재료인 유기질 비료로 활용하는 것이 경제적 기술적으로 가장 용이한 것으로 나타났다. 유해남조류로 구성된 수거조류는 유해독소를 가지고 있어 무독화 시스템의 도입이 필요하며, 본 연구에서는 저온플라즈마장치를 이용하여 무독화를 수행하여 유효한 결과를 얻었다. 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 않아 비료로 사용할 수 있는 법적 기준을 만족하기 위한 유기질 비료로서 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, 녹조발생에 따른 수거 조류는 농업재료(유기질 비료)로 활용성이 높을 것으로 기대된다.

저수지 수질개선을 위한 가압부상공법이 수환경에 미치는 영향

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),이의행 ( Eui Haeng Lee ),배요섭 ( Yo Sep Pae ),엄한용 ( Han Yong Um ),김호일 ( Ho Il Kim ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-

가압부상공법은 미세기포 발생장치를 이용해 20 ㎛ 이하의 초미세기포를 생성하며, 이를 포함한 가압 수를 수체 내 분사시켜 오염물질들이 플록을 형성하도록 응집반응을 유도하고, 동시에 기포에 의해 수 면위로 부상시킨 후, 부상된 슬러지는 부유물 제거장치에 의해 수거하는 공법으로, 호소 내 조류 및 영 did염류를 동시에 제거하는 기술이다. 본 연구에서는 30만톤 정도의 소규모 부영양 농업용저수지를 선 정하여 가압부상공법을 적용하였으며, 공법 적용에 따른 수질개선 효과 및 수환경 변화를 분석하였다. 연구대상지인 전북 고창군 해리면에 위치한 라성저수지는 평균수심 1.4 m, 유효저수량 28.8 만㎥의 수 심이 낮은 소규모 농업용저수지이며, 2011년 7월~11월까지 상하류간 3개 정점을 대상으로 수질 및 수 환경조사(8회), 퇴적물조사(2회)를 실시하였다. 수질 및 수환경조사는 현장분석항목(수온, pH, EC, DO, SD)과 실내분석항목(COD, SS, TN, TP, Chl-a)에 대해 실시하였으며, 퇴적물조사는 TN, TP에 대해 실시 하였다. 현장 수환경조사에 따르면, 수온은 15.5~29.4 ℃(평균 23.1 ℃)으로 기온에 의한 계절적 요인에 영향을 받아 점차 감소하였으며, EC는 119~249 μS/cm(평균 178 μS/cm)로 집중강우 이후 희석효과가 있은 후 점차 증가하였고, pH(7.4~10.3, 평균 8.7)와 DO(5.6~16.0 ㎎/L, 평균 10.4 ㎎/L)는 Chl-a와 변 화양상이 유사하였으며, SD는 0.2~1.8 m(평균 0.5 m)로 8차 조사를 제외하고 0.6 m 이하의 낮은 투명 도를 보였다. 실내분석 수질항목인 COD는 3.6~43.0 ㎎/L(평균 13.5 ㎎/L), SS는 0.8~40.0 ㎎/L(평균 24.5 ㎎/L), TN은 0.771~2.446 ㎎/L(평균 1.572 ㎎/L), TP는 0.087~0.239 ㎎/L(평균 0.123 ㎎/L), Chl-a 는 2.7~112.7 ㎎/㎥(평균 49.1 ㎎/㎥)의 범위로 나타났으며, 공법적용 후 9월까지 증가하여 최고치를 보 인 후, 점차 감소하였으며, 응집제 도입 후 11월(7~8차 조사)에는 급격히 감소하였다. 반면, 퇴적물 분 석결과에 따르면, 수질과는 달리 공법적용 전에 비해 공법 적용 후, TN과 TP가 오히려 증가하는 것으로 나타났으며, 특히, 하류부인 NS3지점에서는 TN이 2,490 → 2,746㎎/㎏, TP가 879 → 1,062㎎/㎏으로 증가폭(TN 256 ㎎/㎏, TP 183 ㎎/㎏)이 가장 큰 것으로 나타났다. 본 가압부상공법은 적용초기 수질개 선효과를 보이지 않았으나, 오염물질 제거속도가 가속되면서 일부 감소한 후, 응집제 투입 후 수질개선 효과가 증가하여 COD 17.3%, SS 84%, TN 63.1%, TP 9.4%, Chl-a 79.2%의 효율을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 퇴적물 내 영양염류는 오히려 높은 증가를 보이는 것으로 나타나, 회수되지 않은 슬러 지와 수중 영양염이 저층에 침강한 것으로 판단되었으며, 이로인한 생태계 피해가 발생할 수 있고, 또 한, 이들 퇴적물의 재부상이 이루어진다면, 오히려 더욱 부영양화를 심화시킬수 있는 잠재적인 수질오 염원으로 작용할 것으로 사료되었다. 따라서, 본 공법의 적용 시, 수질 및 퇴적물, 생태계 안전성 등을 충분히 고려한 최적 적용기법의 개발이 필요할 것으로 사료되었다.

해수열 히트펌프 적용에 따른 수산 양식어가 온실가스 감축 방안

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),이규상 ( Gyu Sang Lee ),송성호 ( Sueng Ho Song ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

우리나라는 해양수산부 주요 정책으로 2011년부터 양식장을 대상으로 한 친환경에너지 보급사업을 시행해왔다. 양식장 친환경에너지 보급사업은 육상 양식장의 에너지효율을 개선하기 위하여 신재생에너지 이용기술을 활용한 에너지 절감시설을 양식어가에 설치하는 비용의 일부를 지원하는 사업이다. 양식장에 활용되는 에너지 절감기술로서 기존의 등유, 전기 등을 이용한 보일러 시설 대신 해수열 히트펌프를 적용하여 연료비 절감, 생산효율 증가, 탄소배출량 감축까지 1석 3조의 효과를 보이고 있다. 이와 같은 이유로 이 사업은 어가의 선호도가 매우 높은 편이며 매년 그 보급 비율을 증가시키고 있다. 특히, 양식 어가가 밀집된 전남 남해안 해남, 완도 지역 등의 친환경에너지 보급사업이 전국 최대를 보이기도 한다. 이와 같이 친환경에너지 보급사업은 상당한 어민 선호도를 보이고 활성화 되고 있는 추세이나 이 사업으로 인한 탄소배출량 감소분, 즉, 온실가스 감축량을 인정받고, 탄소중립에 수치적으로 기여되는 부분은 전혀 이루어지고 있지 않다. 이에 본 연구는 해수열 히트펌프 등 친환경에너지 보급사업에 따른 양식어가의 온실가스 감축방안을 논의하고자 하였다. 주요 내용은 히트펌프를 적용한 어가를 대상으로 온실가스 감축량을 베이스라인 배출량과 프로젝트배출량을 이용하여 산정한 후 온실가스 감축 외부사업을 신청, 승인 받고, 이후 온실가스 감축량 인정을 받기 위한 외부사업 모니터링 보고서를 작성하는 단계 등을 포함하여 온실가스 감축량 인정을 위한 표준화된 프로세스를 개발하여 제시하고자 하였다.

미세조류를 이용한 오염하천 수질개선 효과

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),송영희 ( Young Hee Song ),이의행 ( Eui Haeng Lee ),황영종 ( Yeong Jong Hwang ),김미옥 ( Mi Ock Kim ) 한국환경농학회 2012 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2012 No.-

소규모 농업용 전대저수지의 수환경 변화와 조류발생 특성

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),이의행 ( Eui Haeng Lee ),김미리내 ( Mi Ri Nae Kim ),배요섭 ( Yo Sup Pae ),엄한용 ( Han Young Eum ) 한국환경생물학회 2013 환경생물 : 환경생물학회지 Vol.31 No.4

This study was conducted to identify the relationship between environmental factors and algal bloom, and provide information for efficient management based on the results of monitoring the environmental parameters and algal diversity in the Jundai reservoir from March 2011 to October 2013. Little change in the weather conditions was observed during the study period except for a slight decrease in rainfall. Concentration of TN and TP in the reservoir exceeded water quality standards for agriculture and significant correlation between algal growth and environmental factors was observed. Phytoplankton in Jundai reservoir included 6 classes, 40 genus, 62 species, and the phytoplankton abundance was in the range of 1.3×104~2.8×106 cells mL-1. The annual average of phytoplankton abundance and Chl-a gradually decreased as TN and TP concentrations decreased. Overall Anabaena sp., Oscillatoria sp., and Microcystis sp. were the dominant species in Jundai reservoir. As the water temperature increased, the dominant species were Anabaena sp., Microcystis sp. and Oscillatoria sp., in that order. Anabaena sp. was dominant from spring to early summer with increase in water temperature and pollutant concentrations, and high correlation with environmental factors was observed. Microcystis sp. was dominant depending on changes in the nutrient levels. In the case of Oscillatoria sp., there was no significant correlation between phytoplankton biomess and Chl-a. However, efficient management of water environment and practical control of algal bloom in small scale reservoir polluted by livestock and farm irrigation should be achieved by identification of the relationship between algal growth and environmental factors.

오염물질을 이용한 미세조류 바이오매스 생산 및 온실가스 저감

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),송영희 ( Young Hee Song ),이의행 ( Eui Haeng Lee ),황영종 ( Yeong Jong Hwang ),김미옥 ( Mi Ock Kim ) 한국환경농학회 2012 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2012 No.-

농업생산기반시설인 용수로와 배수로의 탄소발생량 분석

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),지달님 ( Dal Nim Gee ),홍성구 ( Seng Gu Hong ),이규상 ( Gyu Sang Lee ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

국내외 온실가스 감축을 포함한 탄소중립에 대한 관심이 고조되고 있는 현재, 정부는 2020년 10월 “2050 Net-Zero선언”을 통해 경제구조 저탄소화, 신유망 저탄소산업 생태계 조성, 탄소중립 사회로의 공정전환, 탄소중립 제도적 기반 강화를 “2050 탄소중립 추진전략”으로 설정하였고, 농식품부 또한 기후변화대응을 위해 논물관리, 화학비료 사용절감, 가축분뇨 처리시설 확충, 양질의 조사료 보급 등 기후변화대응 정책을 실천하고 있다. 국가 온실가스 배출량 중 농업분야는 축산부문(장내발효, 가축분뇨)과 경종부문(벼 재배, 농경지토양, 작물잔사소각)으로 구분하고 배출량을 관리하고 있다. 반면, 농업분야 온실가스 감축에 있어 저수지, 담수호, 수리시설물 등 농업생산기반시설에 대한 온실가스 배출계수에 대한 관심이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 공사가 관리하고 있는 농업생산기반시설의 온실가스 배출량을 측정하고 그에 따른 저감방안을 제시하여 농업분야의 탄소감축에 대응하고자 한다. 본 연구에서는 용배수로의 온실가스 배출량을 측정하기 위해 온실가스 포집을 위한 챔버를 제작하였다. 용배수로의 경우 안성에 소재하고 있는 금광저수지를 수혜구역으로 하였다. 농업용 용수로 중 콘크리트 용수로의 CH₄ flux는 7~9월 0.00~0.03 CH₄-kg/ha^-1/day^-1로 분석되었고, CO₂ flux는 7~9월 -0.36~-0.15 CO₂-kg/ha^-1/day^-1로 나타났다. 토공 용수로의 CH₄ flux는 7~9월 0.15~17.28 CH₄-kg/ha^-1/day^-1, CO₂ flux는 7~9월 -0.61~1.47 CO₂-kg/ha^-1/day^-1로 나타났다. 콘크리트 배수로의 CH₄ flux는 7~9월 -0.02~0.01 CH₄-kg/ha^-1/day^-1, CO₂ flux는 7~9월 -2.21~1.84 CO₂-kg/ha^-1/day^-1이다. 토공 배수로의 CH₄ flux는 0.82~1.02 CH₄-kg/ha^-1/day^-1, CO₂ flux는 2.01~2.56 CO₂-kg/ha^-1/day^-1이다. 농업용 용수로 중 콘크리트 용수로의 CO₂equivalent는 -0.07~0.43 CO₂eq-kg/ha^-1/day^-1이고, 토공 용수로는 2.51~271.92 CO₂eq-kg/ha^-1/day^-1로 나타났다. 농업용 배수로 중 콘크리트 배수로의 CO₂equivalent는 -0.60~0.62 CO₂eq-kg/ha^-1/day^-1이며, 토공 배수로는 13.45~16.73 CO₂eq-kg/ha^-1/day^-1로 나타났다. 이를 통해 콘크리트 용수로에서 7월부터 9월까지 배출되는 탄소는 60 ton이며, 토공 용수로는 12,000 ton, 콘크리트 배수로 -10 ton, 토공 배수로는 2,500 ton 정도로 총 15.05천 ton 정도 배출되는 것으로 추정할 수 있다.

해수열 히트펌프 적용에 따른 수산 양식어가 온실가스 감축 방안

남귀숙 ( Gui Sook Nam ),이규상 ( Gyu Sang Lee ),송성호 ( Sueng Ho Song ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

우리나라는 해양수산부 주요 정책으로 2011년부터 양식장을 대상으로 한 친환경에너지 보급사업을 시행해왔다. 양식장 친환경에너지 보급사업은 육상 양식장의 에너지효율을 개선하기 위하여 신재생에너지 이용기술을 활용한 에너지 절감시설을 양식어가에 설치하는 비용의 일부를 지원하는 사업이다. 양식장에 활용되는 에너지 절감기술로서 기존의 등유, 전기 등을 이용한 보일러 시설 대신 해수열 히트펌프를 적용하여 연료비 절감, 생산효율 증가, 탄소배출량 감축까지 1석 3조의 효과를 보이고 있다. 이와 같은 이유로 이 사업은 어가의 선호도가 매우 높은 편이며 매년 그 보급 비율을 증가시키고 있다. 특히, 양식 어가가 밀집된 전남 남해안 해남, 완도 지역 등의 친환경에너지 보급사업이 전국 최대를 보이기도 한다. 이와 같이 친환경에너지 보급사업은 상당한 어민 선호도를 보이고 활성화 되고 있는 추세이나 이 사업으로 인한 탄소배출량 감소분, 즉, 온실가스 감축량을 인정받고, 탄소중립에 수치적으로 기여되는 부분은 전혀 이루어지고 있지 않다. 이에 본 연구는 해수열 히트펌프 등 친환경에너지 보급사업에 따른 양식어가의 온실가스 감축방안을 논의하고자 하였다. 주요 내용은 히트펌프를 적용한 어가를 대상으로 온실가스 감축량을 베이스라인 배출량과 프로젝트배출량을 이용하여 산정한 후 온실가스 감축 외부사업을 신청, 승인 받고, 이후 온실가스 감축량 인정을 받기 위한 외부사업 모니터링 보고서를 작성하는 단계 등을 포함하여 온실가스 감축량 인정을 위한 표준화된 프로세스를 개발하여 제시하고자 하였다.

새만금 배후 간척농지 퇴수지인 계화조류지의 수질오염 요인분석 및 대책평가

남귀숙 ( Gui-sook Nam ),송영희 ( Young-hee Song ),이의행 ( Eui-haeng Lee ),황선경 ( Sun-kyeng Hwang ),홍대벽 ( Dae-byuk Hong ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

계화 간척지는 1960년대 정부주도의 농경지확장사업의 일환으로 약 4,000여ha의 농경지가 조성되었으며, 계화조류지는 농경배수 퇴수를 새만금호로 배제하기 전 저류기능과 수위조절 기능을 가지는 조류지로 만들어 진 호소이다. 유역은 70%이상의 농경지가 대부분을 차지하고 있으며, 간척지의 토질특성상 사질이 많아 농약과 비료 사용량이 타지역에 비해 높은 편이다. 계화조류지의 수질오염 원인은 낮은 수심(0.6m)과 퇴적물 교란, 계화조류지의 구조적 특성에 따른 심각한 정체현상을 들 수 있으며, 강우에 의한 토지유출 오염부하 기여도가 높고, 환경기초시설 방류수의 지속적 유입을 들 수 있다. 계화조류지는 수질요인에 근거하여 좌안의 수심 1m 이상으로 상대적으로 깊은 GH 1, 2, 3, 4 지점 지역을 Ⅰ지역, 수심 1m 이하의 GHS 5 지점이 Ⅱ지역, 교각 우측 GHS 6 지점이 Ⅲ지역, 배수장 앞 수심 1m 이상의 GHS 7, 8 지점을 Ⅳ지역으로 하는 등 크게 4 지역으로 구분하였다. 간척지 관개용수 및 강우 유입은 Ⅰ지역의 GHS2 지점, Ⅳ지역의 GHS 8의 소하천, 배수장 펌핑시 Ⅰ지역에서 이루어진다. Ⅱ, Ⅲ지역은 유입이 크지 않으며, Ⅱ지역은 펌핑시 Ⅰ지역의 물이 유입되며, Ⅲ지역은 Ⅱ지역을 지나온 Ⅰ지역의 물과 배수장에서 펌핑하지 않을 경우 Ⅳ지역의 물이 혼합되는 특징을 나타냈다. 상관성 분석결과 유역의 질소 영양염이 호내의 질소 농도 변화에 영향을 주는 것으로 나타났으나, 총인의 경우는 지점 간에 상관성을 나타나지 않아 유역에서의 인 유입은 호내의 총인 농도변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. Ⅰ과 Ⅳ지역은 영양염과 수질환경이 달라 식물플랑크톤 우점종도 상이하였는데, Ⅰ지역에서는 남조류 Microcystis aeruginosa, Microcystis limnentica, 녹조류 Schroederia spiralis 종이 우점종으로 나타났던 반면, Ⅳ지역에서는 내염성을 가지는 Cyclotella menghiniana, Cyclotella sp. 종들이 우점으로 나타났다. 특히, IV 지역은 9월 중순 이후 염분도 증가에 따라 규조류가 대량 발생하였다. 염분도 증가는 Ⅳ지역의 유입 하천에 위치한 하수처리장 방류수의 염분도가 평균 1.45 ‰ 농도로 호수의 염분도보다 높게 나타났고, 9월 중순 이후 관개용수의 중단과 배수장 펌핑 횟수의 감소 등으로 염분도 농축이 진행됐기 때문으로 판단된다. 따라서, 관개용수가 공급되지 않는 9월 중순 이후에는 영양염의 저감뿐만 아니라 염분도 저감 방안도 함께 고려해야 할 것으로 판단된다. 계화조류지의 수질개선을 위해서는 유역으로부터 유입되는 오염부하를 줄여야 하며, 동시에 계화조류지의 구조적인 문제점을 해결할 수 있는 방안과 동절기 정체문제를 해결할 수 있는 방안이 필요하였다. 또한, 수질개선을 위해 침강지와 인공습지 등을 이용한 비점오염저감 대책, 조류지의 정체수역 해소를 위해 준설대책, 환경기초시설 방류수 정화대책, 그리고, 비구조적 대책으로 시비량 감축 등을 토대로 최적의 대안으로 계화조류지 수질개선대책 기본계획(안)을 마련하였으며 농업용수 수질기준인 수질 및 수생태기준 Ⅳ등급의 수질 목표를 만족하는 것으로 예측되었다.