기출 유형
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[조류]
1. 조류증식에 따른 수질영향 (pH, DO 등)
2. 조류증식 원인, 영향, 부영양화와의 관계
3. 조류 독성물질 (Microcystin)
4. 조류경보제
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키워드
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조류 (원인, 영향)
조류독성물질
조류경보제
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Tip
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- 조류와 부영영화는 출제 빈도가 매우 높은 항목임.
- 조류와 부영양화는 별도의 구분 없이 출제
용어문제나 서술문제 모두 나올 수 있으므로 이에 맞는 답안 작성연습 필요
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○ 기출문제
AGP를 포함한 부영양화 판정기준과 조류예보제의 발령기준을 제시하고 호소내 부영양화 제어방안
녹조관리기술을 물리화학적, 생물학적으로 구분하여 작성, 종합적인 녹조관리 방법 설명
조류예보제의 도입배경과 조류 발생농도에 따른 발령기준
계절별 댐내 인의 농도 변화 특성과 연계하여 조류 발생 특성
조류예보제
조류가 수질에 미치는 영향
조류의 일반적 세포 구성성분, 특성, 조류 성장 제한인자, 부영양화 방지기법, 녹조류 성장시 용존산소 변화
조류의 과도한 성장으로인한 문제점 10가지
조류예보제 기본개념, 절차, 적용내용
조류 광합성에 따른 pH 변화기작
조류증식에 따른 pH증가가 수질관리에 미치는 영향
남조류 독성
조류발생 특징, 조류경보제 단계적 발령기준, 조류대량 발생시 정수처리 단계별 대책
조류발생시 응집이 잘 되지 않는 이유와 그 대책
남조류 과다 증식에 따른 녹조현상에 대한 설명, 녹조현상의 정의 및 원인, 남조류 냄새 및 독소물질, 부영양화와 녹조현상의 관계, 녹조현상이 생활환경, 수생태계, 농수산업에 미치는 영향
폭기와 조류 번성에 따른 물의 pH변화
지오스민(Geosmin)
Mycrocystin
Mtcrocystin 독성물질의 특징, 대책
Mycrocystin-LR, Mycrocystin-RR
○조류의 개요
1)우리나라 뚜렷한 계절 특성상 여름철에 남조류가 우점종으로 발생 → 녹조현상, 독성, 이취미 발생
2)또한 여름에 강우가 집중되어 비점오염원에 의한 오염 집중 발생
3)호소의 댐, 보 건설등 여러가지 형태의 문제들로 호소의 부영양화는 나날이 고조되고 있다.
4)수중에서 생활하는 조류는 엽록소 a와 이산화탄소를 이용한 광합성을 하면서 증식하는 미생물로 이분법으로 분열하여 분열생물 이라고도 불린다.
○ 조류 발생의 원인
(1) 유기물질의 유입
(2) 비점오염원의 유입
(3) 기후변화로 인한 높은 수온
(4) 정체된 호소내 성층현상
○계절별 특징
겨울~봄 : 규조류
봄~여름 : 녹조류
여름~가을 : 남조류
○조류 광합성
1) 광합성 반응식
CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ HCO3^- + H^+
2HCO3^- ⇄ CO3^2- + H2O + CO2
CO3^2- + H2O ⇄ 2OH^- + CO2
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구분
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낮
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밤
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활동
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광합성
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호흡
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CO2
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제거
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생산
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pH
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증가(10~11)
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감소(4)
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DO
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증가
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감소
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특징
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CO3^2-, HCO3^ 감소
OH^ 증가
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-
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낮, 밤 광합성 호흡에 따른 pH,DO변화
○ 조류 발생 시 응집이 잘 되지 않는 이유
1) 조류 과다 발생시 탄소동화작용으로 pH가 약9~10까지 상승하여 응집제의 역가가 감소하며 입자의 (-)전위가 커져 응집을 방해.
2) 침전물의 침전속도는 비중에 비례, 직경의 제곱에 비례한다. 점토입자 밀도는 2.5g/cm3이나 조류밀도는 1.0g/cm3로 낮아, floc 형성은 되나 입자가 매우 작아 침강속도 느리고 제거 효율저하.
○조류 발생시 문제점
(1) 조류의 과다증식으로 인한 DO 부족 및 수생물 사멸
(2) 상수원 수질 저하 : 탁도,SS 증가
(3) 정수장 수질저하
(4) 친수활동, 농사,수산업등의 피해
(5) 남조류 : Geosmin, 2-MIB등 이취미물질, Anatoxin, Microcystin 독소물질
(6) 규조류 : 여과지 여과장애, 탁질누출, 폐색 유발
1) 생활환경
(1) 녹조현상으로 인한 독성물질, 이취미물질 발생으로 식수이용불가
(2) 친수활동 불가로 인한 문화소비감소
(3) 녹조현상으로 인한 심미적 경관 저하
2) 수생태계
(1) 녹조현상으로 인한 햇빛차단으로 수생물의 광합성 불가
(2) 녹조현상으로 인한 조류의 DO소비로 수중의 산소고갈로 혐기성 진행
(3) 녹조현상으로 인한 독성물질 발생으로 수생물의 사멸
3) 농수산업
(1) 녹조현상으로 인한 어획불가
(2) 녹조현상으로 인한 농업용수 수질저하
(3) 질소 성분 5mg/L 이상시 작물성장에 악영향 발생
(4) 관개용수내 유기물 함량증가로 작물 성장 방해
4) 공공시설
(1) 조류의 과다증식으로 인한 취수자원의 오염으로 원수의 수질저하
(2) 원수의 수질저하로 인한 약품비용, 운영관리비 증대
○대책
1) 외적 대책
(1) 점오염원 관리 : 하수처리장 개량, 유역하수도 정비, CSOs, SSOs 저감, 고도처리 도입
(2) 비점오염 관리 : LID, BMPs, First flush 대책 수립
(3) 총량규제도입 : 비료사용, 사료사용등의 제한
2) 내적대책
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구분
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방식
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특징
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장점
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단점
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화학적 처리
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황토 살포
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조류의 제거 방법중 가장 대표적으로 사용되는 방식으로 조류를 황토입자에 부착시켜 제거하는 방식
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1) 비용 저렴
2) 취급 용이
(유독물질x)
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1) 과주입시 수생물에 대한 2차환경피해우려
2) 퇴적층 형성 및 침전 우려
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과산화수소 처리
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강력한 산화제로 엽록소를 파괴하여 사멸시키는 방식
과산화수소(2~5ppm)는 반감기가 짧아 잔류영향없음
(1~2일내 물과 산소로 분해제거)
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1) 제거 효율 높음
2)자연분해되어 2차피해 우려저감
3) 일부 유기물의 산화분해제거
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1) 부대설비필요
2) 황토살포방식
대비 비용 소요
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물리적 처리
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물순환장치
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폭기 장치 설치로 물의 강제 순환, DO공급을 통해 성층현상 방지, 혐기성상태 방지 등 조류의 성장을 억제할수 있는 일정한 환경을 유지
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1) 물의 순환 및 성층현상방지
상하부의 일정한 환경유지
2)DO고갈 방지
3) 약품처리 대비 수생태계 악영향 없음
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1) 수심 낮을시
효과 미미
2) 부대시설의 설치 및 관리 필요
3) 영양염류가 축적되어있는 하층부 폭기시 영양염류 재용출
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조류 제거선
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조류 집중지역에서 제거방법으로 조류제거선과 여과망등을 이용하여 직접 수거하는 방식이다.
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1) 필요부분의 선택적 제거 가능
2) 응집제와 함께 활용 시 효율증대
3) 2차환경 오염
우려 없음
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1) 인력비용발생
2) 대량제거에 부적합
3) 고가의 장비
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초음파 방식
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초음파를 수중에 발생시켜 조류의 세포막,기낭(부력으로 떠오르게 하는 기관)을 파괴하여 침전, 사멸시키는 방식
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1) 신품의 경우 1대의 기기로 넓은 구역 커버가능
(30,000m2이상)
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1) 장비고가 및 유지관리가 필요
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○조류경보제 발령기준 및 관리 기준
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경보단계
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남조류 세포수
(세포/ml, 2회 연속 채취 기준)
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조치사항
(취, 정수장)
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상수원
구간
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관심
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1,000~10,000
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정수처리강화
(활성탄 처리, 역세척 주기 단축, 고도처리등)
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경계
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10,000~1,000,000
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정수처리강화
취수구 이동
(조류증식 수심이하로)
정수 독소분석
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대발생
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1,000,000이상
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정수처리강화
취수구 이동
정수 독소분석
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해제
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1,000미만
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-
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친수
활동
구간
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관심
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20,000~100,000
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수면관리자 : 주1회 독소분석
시도지사 : 관심경보발령, 친수활동 자제 권고
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경계
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100,000이상
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수면관리자 : 주2회 독소분석
시도지사 : 경계경보발령, 친수활동 금지발령
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해제
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20,000미만
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-
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2015년까지는 클로로필-a 농도와 남조류 세포수를 기준으로 발생정도에 따라 주의보-경보-대발생의 단계로 구분하여 발령하였으나 녹조에 대한 국민적 관심과 요구를 반영하고, 제도 운영상 나타난 문제점을 보완하기 위해 2015년 말 발령기준 변경 등 제도개선을 추진하였다.
2020년 조류경보제와 수질예보제가 통합되면서 수질예보를 대신하여 선제적 조류 대응 기능을 강화하기 위하여 단기 조류 발생량을 예측하고 정보를 제공할 수 있도록 조류예측을 규정하고 시행하였다.
환경부 조류경보제 개선안 방안
상수원 구간의 경우 발령 기준에 조류독소를 추가했다. 그간 남조류 세포수만으로 경보제를 발령했으나 조류독소를 발령 기준에 추가해 경보를 발령한다.
참고로 ‘경계’ 단계는 기존 세포 수 1만cells/㎖ 또는 조류독소 10㎍/L 중 어느 하나가 도달하면 발령된다.
둘째, 친수구간의 경보 지점을 기존 1개 지점에서 5개 지점으로 확대한다. 친수활동이 활발하고 녹조 발생의 우려가 있는 낙동강 3개 지점, 금강 1개 지점을 추가로 운영할 예정이다.
셋째, 하천변에서부터 하천 중앙부까지 주로 활동이 많은 친수구간의 특성을 고려해 채수 위치를 기존 하천의 중앙부 1개 지점에서 친수활동이 활발한 측면의 3개 지점에서 혼합 채수를 하도록 개선했다.
○조류경보 운영체계
수질측정 → 조류경보 발령 → 기관별 대응 → 조류경보 해제
조류경보제 발령 기준 개선 < 보도자료 < 환경·생태 < 환경뉴스 < 기사본문 - 환경일보 (hkbs.co.kr)
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단계
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기관
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내용
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관심
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4대강
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주1회 분석
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현장 관리자
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차단막설치, 처리강화
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유역청, 시도지사
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관심 경보 발령
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수자원공사
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댐,보 여유량 확인
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환경공단
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수질 모니터링
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경계
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4대강
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주2회 분석
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현장 관리자
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취수구 이동
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유역청, 시도지사
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경계 경보 발령 및 홍보
친수활동 자제 권고
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수자원공사
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상황고려 방류량 산정
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환경공단
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합동점검
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대발생
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4대강
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주2회 분석
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현장 관리자
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조류 증식 수심이하로 취수구 이동
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유역청, 시도지사
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대발생 경보 발령 및 홍보
친수활동 금지 발령
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수자원공사
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댐, 보 방류량 조정
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환경공단
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합동점검 및 지원
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○조류예보제 발령 기준
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구분
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발령기준
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비고
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조류주의보
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2회 연속 채취시 크로로필a 농도 15~25mg/m3 미만
남조류세포수 500~5,000cells/mL 미만
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모든 조건 충족시
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조류경보
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2회 연속 채취시 크로로필a 농도 25mg/m3 이상
남조류세포수 5,000cells/mL 이상
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조류대발생
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2회 연속 채취시 크로로필a 농도 100mg/m3 이상
남조류세포수 1,000,000cells/mL 이상
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해제
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2회 연속 채취시 크로로필a 농도 15mg/m3 미만
남조류세포수 500cells/mL 미만
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1개 조건 충족시
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○단계별 적용 내용
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구분
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관계기관
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내용
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조류주의보
(연속2회이상 주의보 기준시)
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4대강 물환경연구소
보건환경연구원장,수도사업자
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주1회 이상 시료분석
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수면관리자
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조류 심한 지역에 방어막 설치 및 조류제거
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취,정수장 관리자
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정수처리 강화
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유역(지방)환경청장, 시도지사
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조류주의보 발령
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조류경보
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4대강 물환경연구소
보건환경연구원장,수도사업자
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주2회 이상 시료분석
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수면관리자
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조류 심한 지역에 방어막 설치 및 조류제거
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취,정수장 관리자
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정수처리강화
취수구 이동
정수 독소분석
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유역(지방)환경청장, 시도지사
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조류 경보발령 및 대중 홍보
친수활동 자제 권고
어류 어획 자제 권고
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조류대발생
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4대강 물환경연구소
보건환경연구원장,수도사업자
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주2회 이상 시료분석
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수면관리자
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조류 심한 지역에 방어막 설치 및 조류제거
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취,정수장 관리자
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정수처리강화
취수구 이동
정수 독소분석
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유역(지방)환경청장, 시도지사
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조류 대발생 경보 발령 및 대중 홍보
친수활동 금지
어류 어획 금지
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해제
(연속2회이상 하위단계 기준시)
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4대강 물환경연구소
보건환경연구원장,수도사업자
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실험분석결과 신속 통보
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유역(지방)환경청장, 시도지사
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각종 매체이용 경보발령 해제 홍보
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선택적 취수
○TEST-BED
Test-bed 의 공정도를 그림 2.3에 나타내었다. 본 연구과제에서는 팔당호를 상수원으로 하는 광주 정수장 (그림 2.4)을 선정하여 Test-bed를 구축 운영하였고 2017년 4월부터 Test-bed 장비를 낙동강을 상수원으로 사용하는 반송 정수장으로 옮겨 운영하였다.
구축된 Test-bed는 실제 유입되는 원수에 대해 1차적으로 조류독소 물질 및 냄새물질을 전처리할 수 있는 장치를 정수장에 적용하여 최적화 시킨 후, 가스크로마토그래프 질량분석 기기 (GC-MS)를 이용하여 실시간으로 분석하여 지속적으로 모니터링을 하였고, 거동 특성에 따라 응집제의 종류와, 주입농도를 자동으로 주입할 예정이다. 이에 따른 기존 공정 대비 시간과 비용이 절약될 것이라 예상된다.
대상 정수장을 선정함에 있어서 본 연구에서는 한국수자원공사 해당부서에 연구지원 의향서 및 관련 행정 절차를 진행하였다.
○영양물질의 한계농도
부영양화에 큰 영향을 미치는 질소와 인은 상대적인 비율 조정이 매우 중요함.
일반적으로 식물성 플랑크톤이나 수초생체는 N : P의 비율이 16 : 1 으로 일정하게 유지되어야 성장할 수 있음
만일 N : P의 비율이 16 : 1 이상이면, 인이 조류 성장에 불충분하게 되어 조류 성장은 인에 의해 제한되고, N과 P의 비가 16 : 1 이하이 면 질소가 제한 요소가 된다.
(국내의 경우 P가 제한인자)
○리히비의 최소량의 법칙
식물의 생산량은 그 생육에 필요한 여러 인자(양분·수분· 온도·광선 등)가운데 공급비율이 가장 낮은 인자에 의하 여 지배된다.
이때 상대적 최소량인 최소인자가 수량의 증가를 한정하는 제한인자가 된다.
○녹조현상의 정의
녹조란 정체된 호소, 유속이 흐린 하천, 바다등에 존재하는 과도한 유기물질로 인한 부영양화로 부유성 조류가 대량 증식하여 수면을 뒤덮는 현상을 뜻한다.
조류는 햇빛에 의해 광합성을하는 식물성 플랑크톤으로 녹조로 뒤덮인 수면은 남조류와 녹조류에 의해 녹색으로 뒤덮이게된다.
조류의 증식으로 햇빛이 차단되어 수중의 광합성이 이루어지지 않고 또한 조류로인한 DO 소모로 인하여 수중의 혐기성화로 인하여 수생물들에게 악영향을 미치게되며 조류 자체에서 생성되는 독성물질, 냄새물질로들로 인간의 수자원에도 엄청난 악영향을 미치게 된다.
보통 호소와 같은 정체된 곳에서 조류의 증식이 더욱 빨리 진행되어 부영양화로 인한 녹조현상의 대표 지점이다.
○ 원인
1) 점오염원,비점오염원에서의 미처리된 각종 영양염류의 유입
2) 느린유속과 적은 유량으로의 정체 구간 발생
3) 햇빛에의한 광합성
4) 수온의 상승
○부영양화와 녹조현상의 관계
녹조현상의 원인은 부영양화로 이 둘은 서로 상관관계에 있다.
수중에서 햇빛에의해 광합성을 하는 식성 플라크톤 조류는 공공수계로 유입되는 각 종 영양염류들에 의해 대량 증식하게되고 수많은 개체수로 수면위로 뒤덮게 된다.
수면아래에 서식하는 수생물들은 햇빛이 차단되어 광합성이 불가하고 수면위 대량 번식한 조류에 의한 DO소모로 인하여 수중 수생물들은 혐기성상태에서 사멸하게 된다.
이미 대량 증식된 조류를 제거하는것은 굉장히 까다로워 사전에 공공수계로의 과도한 영양염류 유입을 방지해야 한다.
시료채취시 고려사항
1) 시료채취자는 채취방법에 대한 사전 교육을 받는다.
2) 가능한 한 동일한 시간에 동일한 사람이 채취하고 현장상황을 알 수 있도록
수질 관찰･조사 기록부를 작성한다.
3) 가능하면 보트를 이용하여 채취하며 강풍, 강우 등 기상조건이 좋지 않은 날은 피한다.
4) 육안 관찰을 통해 남조류 발생상황을 파악한다.
5) 시료채취 시 장갑을 착용하여 스컴에 직접 접촉하지 않도록 하며 시료채취 후에도 개인위생을 철저히 한다.
채수 위치 선정
호소
시료 채수위치는 대상 호소의 수심과 만입부(정체지역) 등 구조적 특성, 취수구
또는 댐의 위치, 영양물질의 유입지점, 사람이나 가축의 접촉이 많은 지역(위락시설
등), 바람의 방향(상시풍이 부는 경우 등) 및 물의 흐름방향 등을 고려하여 다음과
같은 지점 중에서 선정한다.
1) 상수원수 취수구 주변은 반드시 포함한다.
2) 호소의 구조 등 특성을 파악하여 대표성이 있는 지점을 선정한다(정체 또는 유
속이 빠른 곳은 피한다).
3) 바람의 방향이나 물의 흐름방향으로 보아 남조류가 몰리는 곳은 피한다.
4) 영양물질이 유입되는 지점은 남조류 발생이 시작되어 확산될 수 있으므로 참고
지점으로 선정할 수 있다.
5) 사람 또는 가축이 많이 접하는 위락지역 등은 필요에 따라 선택적으로 모니터
링지점으로 포함할 수 있다.
6) 가능하면 부표를 설치하거나 GPS를 이용하여 동일한 지점에서 시료가 채취되
도록 한다.
하천
하천수의 오염 및 용수의 목적에 따라 채수위치를 선정하며 하천 본류와 지류가
합류하는 경우에는 아래 그림과 같이 합류이전의 각 지점과 합류이후 충분히 혼합
된 지점에서 각각 채수한다.
경보별 채수방법
평상시
경계발령 이상 시
친수활동구간
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