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적조생물의 구제 -1. IOSP에 의한 적조생물의 응집제거-
Removal of Red Tide Organisms -1. flocculation of Red Tide Organisms by Using IOSP-

김성재   (경상대학교 해양과학대학 해양환경공학과 해양산업연구소UU0000114  ); 조규대   (부경대학교 해양학과UU0000598  );
  • 초록

    IOSP를 이용하여 적조생물입자에 대한 응집실험을 한 결과는 다음과 같다. 본 실험에 사용한 IOSP의 평균 지름은 $11.6{\mu}m$ 이고, 약 $ 77{\%}$ 의 입자가 $5.0{\~}20.0{\mu}$ 의 범위에 속하며 변동계수는 $60.1{\%}$ 이었다. IOSP의 금속성분을 분석한 결과는 $98{\%}$ 가 칼슘으로서 생석회(CaO)와 같은 성분이었다. IOSP의 전자현미경 사진을 분석한 결과 표면이 매끈한 부정형의 입자로 되어 있었다. IOSP에 해수를 첨가하면 해수중의 $Mg^(+2)$ 이온과 급속하게 반응하여 입자의 표면 주위에 점질성의 $Mg(OH)_2$ 흡수층 (absorption layer)을 형성하여 응집 침전하고 해수의 pH를 10.0 정도까지 상승시켰다. IOSP는 $pH=6.2{\~}12.7$ 에서 $11.1{\~}50.1 mV$ 로서 IOSP의 입자가 완전히 용해될 때까지 positive zeta potential을 나타낸 반면 OSP는 pH=9.2, 11.9에서 각각 -42.5, -56.9mV로서 negative zeta potential을 나타내었다. $pNa=2.0{\~}4.0 (10^(-4){\~}10^(-2)M Na^+)$ 에서 IOSP, OSP의 zeta potential은 거의 일정한 값을 나타내었으나 $pNa=0.0 (1 M Na^+)$ 에서는 IOSP의 EDL이 매우 크게 압축되어 zeta potential은 거의 0.0mV를 나타내었고 OSP는 -25.4mV의 여전히 높은 negative zeta potential을 나타내었다. IOSP는 $Mg^(+2)$ 이온의 농도가 증가함에 따라 positive zeta potential이 증가하다가 $pMg=3.0 (10^(-3)M Mg^(+2))$ 에서 감소하는 결과를 나타내었다. 해수 중에서 IOSP는 4.8mV의 positive zeta potential을 나타내었고, OSP와 RTO는 각각 -30.7mV, -9.2mV의 negative zeta potential을 나타내었다. 해수중에서 IOSP의 $Mg(OH)_2$ 흡수층과 적조생물입자 사이에는 positive-negative EDL 반응이 일어나서 이들 둘 사이에는 항상 전기동력학적 인력이 작용하고, 동시에 $Mg(OH)_2$ 흡수층에 의한 전하중화로 인하여 입자 상호간의 응집반응은 극단적 인력이 작용하는 primary minimum에서 일어나고, DLVO 이론에 따라 응집반응은 비가역적아며 매우 신속하게 일어났다. 적조생물입자의 응집제거 효율은 IOSP의 농도 50mg/l까지 급격한 증가를 보이다가 IOSP의 농도가 계속 증가함에 따라서 점점 완만한 증가를 나타내었다. 즉 IOSP의 농도가 증가함에 따라서 지수함수적으로 증가하였다 ( $Y=53.81{\times}X^(0.1); R^2=0.9868$ ).응집 침전은 IOSP 400mg/l 이상에서 거의 완전히 일어났다. IOSP $100mg/l$ 을 사용하고 G-value를 $1, 6, 29, 139 sec^(-1)$ 로 단계적으로 증가시키면서 응집 실험을 한 결과 적조생물입자의 응집제거 효율이 각각 $70.5, 70.5, 81.7, 85.3{\%}$ 로 증가하였다. 이는 응집 반응에서 입자간 충분한 충돌이 일어날 수 있도록 교반하는 것이 매우 중요함을 나타내 주는 것이다.


    This study was to examine the physicochemical characteristics of coagulation reaction between ignited oyster shell powder (IOSP) and red tide organisms (RTO), and its feasibility, in developing a technology for the removal of RTO bloom in coastal sea,IOSP was made from oyster shell and its physicochemical characteristics were examined for particle size distribution, surface characteristic by scanning electron microscope, zeta potential, and alkalinity and pH variations in sea water. Two kinds of RTO that were used in this study, Cylindrotheca closterium and Skeletonema costatum, were sampled in Masan bay and were cultured in laboratory. Coagulation experiments were conducted using various c(Incentrations of IOSP, RTO, and a jar tester. The supernatant and RTO culture solution were analyzed for pH, alkalinity, RTO cell number, IOSP showed positive zeta potentials of $11.1{\~}50.1\;mV\;at\;pH\;6.2{\~}12.7$ , A positive zeta potential of IOSP slowly decreased with decreasing pNa 4,0 to 2,0. When pNa reached zero, the zeta potential approached zero, When a pMg value was decreased, the positive zeta potential of IOSP increased until pMg 3.0 and decreased below pMg 3.0. IOSP showed 4.8 mV of positive zeta potential while RTO showed -9.2 mV of negative zeta potential in sea water. A positive-negative EDL (electrical double-layer) interaction occurred between $Mg(OH)_2$ adsorption layer of IOSP and RTO in sea water so that EDL attractive force always worked between them. Hence, their coagulation reaction occurred at primary minimum on which an extreme attractive force acted because of charge neutralization by $Mg(OH)_2$ adsorption layer of IOSP. As a result, the coagulation reaction was rapidly processed and was irreversible according to DLVO (Deriaguin-Landau-Verwey-Overbeek) theory. Removal rates of RTO were exponentially increased with increasing both IOSP concentration and G-value. The removal rates were steeply increased until 50 mg/l of IOSP and reached $100{\%}\;at\;400\;mg/l$ of IOSP. Removal rates of RTO were $70.5,\;70.5,\;81.7,\;85.3{\%}$ for G-values of $1,\;6,\;29,\;139\;sec^(-1)$ at IOSP 100 mg/l, respectively. This indicated that mixing (i.e., collision among particles) was very important for a coagulation reaction.


  • 주제어

    IOSP .   RTO .   Coagulation reaction .   adsorption layer .   Zeta potential .   EDL interaction .   EDL attractive force.  

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  • 김성재 (9)

    1. 1997 "고품질의 Rotifer와 Artemia의 생산을 위한 해양세균 이용과 대량생산에 따른 환경인자에 관한 연구 1. Erythrobacter sp. $S\;\pi-I$에 의한 Rotifer, Brachionus plicatilis의 배양시 지방산과 아미노산 조성의 변화" 한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society 30 (3): 319~328    
    2. 1999 "해수 중에서 자연상태 황토입자의 침강특성" 한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society 32 (6): 706~712    
    3. 2000 "적조생물의 구제 -2. 황토에 의한 적조생물의 응집제거-" 한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society 33 (5): 455~462    
    4. 2001 "남해 연안해역의 부영양화 2. 남해 연안해역의 저질 및 수질의 부영양화 실태" 한국습지학회지 = Journal of wetlands research 3 (2): 107~118    
    5. 2003 "소성굴패각분말과 황토의 동시 사용에 의한 적조생물의 응집" 한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society 36 (6): 716~722    
    6. 2012 "고현천 및 유입지류의 수질오염 특성의 시·공간적 평가" 한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture 31 (3): 235~247    
    7. 2012 "고현천 유입지류에 대한 오염부하량의 시.공간적 평가" 한국습지학회지 = Journal of wetlands research 14 (4): 607~628    
    8. 2017 "당항만의 여름과 가을의 부영양화 평가" 한국습지학회지 = Journal of wetlands research 19 (4): 383~392    
    9. 2019 "만조와 간조시 마산만 수질의 농도차 발생 특성의 분석" 한국습지학회지 = Journal of wetlands research 21 (2): 102~113    
  • 조규대 (33)

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