kfas

(1)

한수지 54(5), 751-760, 2021

751 Korean J Fish Aquat Sci 54(5),751-760,2021

Original Article

서 론

제주도와남해안지역에서육상유수식으로 운영하고있는 넙치

(Paralichthys olivaceus)

^양식장은^최근^연안오염^등으로 인한질병피해가지속적으로증가하고있다

(Cho et al., 2015).

연안오염의원인으로축산

,

생활폐수및화학비료사용등이주 목받고있으나양식장취수원인연안해수의오염이증가하는 것은분명한것같다

(Roh et al., 2018).

양식장들은연안해수의 오염으로부터환수율을높이거나지하해수를활용하는등으로 대응하고있으나

,

^생산성은^점차^떨어지고^있다

.

^나아가^국내^환

경정책이해를거듭할수록강화되는추세여서양식장의배출수 도관심의대상이되고있어친환경양식시스템의도입이필요 하다

.

대표적인친환경양식법인순환여과양식시스템은다양한 수처리설비로사육수를재활용하여연안오염을방지할수있 다

.

^더불어^독립된^{사육환경을}^제공하여^오염원^및^병원성^미생 물의유입을방지할수있는생물보안

(bio-security)

개념이적 용

되어있다

.

다만외부환경적요인에서는자유롭지만시스템 내자가오염에대응하기에는여전히어려움이많다

.

과거부터자가오염방지및병원성미생물을제어하기위하여 항생제

,

^살충제^및^전이금속

(Cu, Ag)

^등을^사용하는^방법들이

반순환여과양식시스템에서 오존 유래 잔류산화물이 넙치(Paralichthys olivaceus) 사육수의 수질과 미생물에 미치는 영향

정상명·박우근·박성덕

¹

·박정환

²

·김재원·김병기*

강원도립대학교 스마트양식과, ¹강원도 환동해본부 수산정책과, ²부경대학교 해양바이오신소재학과

Ozone-produced Oxidants Improve Water Quality Parameters and Mi- crobial Colony Counts in the Semi-Recirculating Aquaculture System for Olive Flounder Paralichthys olivaceus

Sangmyung Jung, Woogeun Park, Seongdeok Park¹, Jeonghwan Park² , Jae-Won Kim and Pyong-kih Kim*

Department of Smart Aquaculture, Gangwon State University, Gangneung 25425, Korea

1Fisheries Policy Division, Gangwon Provincial Government, Gangneung 25435, Korea

2Department of Marine Bio-materials and Aquaculture, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

This study investigated the changes in water quality parameters and microbial colonies when ozone was applied to a semi-recirculating aquaculture system (semi-RAS) for the olive flounder Paralichthys olivaceus (500 g in average weight). Concentrations of ozone-produced oxidants (OPO) in rearing tanks were maintained at 0, 0.014, 0.025 mg/L as Cl

₂

for 26 days. Except total ammonia nitrogen, nitrite nitrogen, nitrate nitrogen, phosphate phosphorus, chemi- cal oxygen demand, and total suspended solids decreased significantly with increasing OPO concentration in daily and weekly monitoring (P<0.05). Colony forming unit (CFU) counts of heterotrophic marine bacteria decreased in an OPO concentration-dependent manner. Overall reduction rates of microbial colonies in the treatments were 80%

higher than those of the control (P<0.05). During the experiment, the OPO concentration-driven ozonation was reli- ably practiced without any adverse effects on the animals cultured in semi-RAS. Considering the biohazard, operat- ing cost, and stability of ozonation, an OPO concentration of 0.014 mg/L would be sufficient to control water quality parameters and microbial colonies in a semi-RAS.

Keywords: Ozone, Ozone-produced oxidants (OPO), Semi-recirculating aquaculture system, Microbial colony, Wa- ter quality

*Corresponding author: Tel: +82. 33. 660. 8221 Fax: +82. 33. 660. 8225 E-mail address: [email protected]

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial Licens (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Received 8 May 2020; Revised 17 June 2020; Accepted 24 August 2021

저자 직위: 정상명(연구원), 박우근(연구원), 박성덕(연구사), 박정환(교수), 김 재원(교수), 김병기(교수)

https://doi.org/10.5657/KFAS.2021.0751

Korean J Fish Aquat Sci 54(5), 751-760, October 2021

(2)

다양하게시도되었다

.

^하지만^{식품안전성의}^확보가^중요한^수 산양식업에서는유해물질이사육생물에게축적될가능성이있 어도입이어려웠다

(Von Gunten, 2003).

다양한산업에서이미 활용되고있는오존산화법은생물축적은일으키지않고수질 개선및병원성미생물을비활성화할수있어수산양식에활용 할수있는가능성이높았으나

,

^{해수환경에서}^{제어기술의}^부재 로적용하기어려웠다

.

그러나근래제어장치와방법들이개발 되면서활용가능성이다시높아지고있다

.

오존은해수의알칼 리성조건하에서용존브롬

(Br)

과빠르게반응하여생물독성이 약한

HOBr

을생성시킨다

(Haag and Hoigne, 1984).

이후순차 적인반응으로발생되는중간생성물들은여러가지형태로서산 화력을유지한다

.

그생성물들을특정하긴어려워중간생성물 들의합인오존잔류산화물

(ozone-produced oxidants, OPO)

로 서해수내의오존산화력의기준지표로사용하고있다

(Powell and Scolding, 2018).

발생된

HOBr

은다량의암모니아

(NH

₃

)

가존재하는해수에서는오존살균부산물

(BrO

₃

)

^이^거의^생성되 지않아해수양식에이용이가능하다

(Tanaka and Matsumura,

2002).

따라서본연구에서는반순환여과양식시스템에서

OPO

농도에따른넙치의생존율과성장효과를연구한이전의보고

(Jung et al., 2018)

와연동하여사육수의수질과미생물의변동 을조사하고다양한활용가능성을평가하였다

.

재료 및 방법

실험 시설

실험은이전의보고

(Jung et al., 2018)

^와^동일하게

poly-pro-

pylen (PP)

재질로구축된순환여과양식시스템으로원형사육

수조

(ø 4.0 m×H 1.0 m, 2 EA), 2.0-3.0 mm

크기의

expanded polystyrene bead

를여과매질로사용하는살수식생물여과조

(ø 1.6 m×H 2.0 m, 1 EA),

거품분리기

(ø 0.9 m×H 2.5 m, 1 EA),

그리고침전조

(ø 0.7 m×1.2 m, 1 EA)

^로^구성한

^총^수량

35 m

³ 의시설을이용하였다

(Fig. 1).

오존산화법관련시설은오존발생기

(OZN-100; Ozone En- gineering, Incheon, Korea),

용해기

(SUS316, ø0.3×1.0 m;

Ozone Engineering)

그리고

OPO

농도연속측정기

(CLX on- line residual chlorine monitor; HF Scientific, Fort Myers, FL, USA)

로구성하였다

. OPO

농도연속측정기는제조사와협업 하여기존에활용하던처리장치를해수양식환경에맞게개선 하였고

,

넙치에 대한 생물 위해성을 고려하여 유효측정범위

(dynamic range)

를

0.03-10.00 mg Cl

₂

/L

에서

0.01-2.00 mg Cl

₂

/L

^로^{최적화하였다}

. OPO

^농도의^연속^측정을^위하여^시료 공급용부스터펌프

(DX-8000-0350, 1.5 L/min; Kotec, Dae- jeon, Korea)

를 이용하여사육수를

OPO

농도연속측정기에 공급하였다

. OPO

농도연속측정기의

two relays alarms

기능과 오존발생기의

ON/OFF relay

를결선

(connection of wire)

하여 자동으로제어하였다

.

실험 어류 및 사육 조건

실험에사용한넙치의평균 어체중은

500.7±64.7 g

으로

양식현장과유사한

20 kg/m

²

(

사육수조당

250 kg)

의밀도로 최초수용하여

2

반복으로사육하였다

.

실험기간 동안사육수

의수온은하절기의관리목표환경과비슷한

20-24°C

를유지

하였다

.

^시스템내^새로운^사육수의^보충은^전체수량^대비^일간

300%,

내부순환은일간

24

회전

,

사육수의

재순환률은약

88%

로운영하였다

(Bregnballe, 2015).

사육수의

OPO

농도는

Oh et al. (1999)

와

Park et al. (2018)

의결과를반영하여

,

각실험구를

control, OPO15 (0.014 mg Cl

₂

/L), OPO25 (0.025 mg Cl

₂

/L)

^로^{구분하였다}

.

^사료는^일간

2

회

(09:00, 18:00)

만복공급하였으며

,

오후사료공급종료

2

시 간후침전조의침전물을일간

1

회제거하였다

.

OPO의 측정과 유지

OPO

측정은

DPD (N,N-diethyl-p-phenylenediamine) color- metric method

^를^이용하여

90

^초

(960

^회

/

^일

)

^간격으로^측정하였 다

(Buchan et al., 2005).

각실험구의실시간

OPO

농도는

오존 발생기제어에사용하였고

,

이후수집된

OPO

농도는본사육시 스템의오존주입

주기성을조사하는데활용하였다

.

사육수의 수질 변동

OPO

^농도에^따른^수질^변동을^조사하기^위하여^{분석시료는} 각각의사육수조에서

1

회용무균채수병에

3

반복으로수집하 였다

.

일간모니터링은총

6

회

(4

시간간격

),

주간모니터링은총

4

회

(

주

1

회

)

로사료공급전인오전

9

시에채수하였다

.

수질은 해양환경공정시험기준

(MOMAF, 2013)

과

APHA (2005)

^의 ^방법으로 ^{측정하였다}

.

^총 ^{암모니아성} ^질소

(total ammonia nitrogen, TAN)

는

salicylate-hypochlorite method (Bower and Holm-Hansennman, 1980),

질산성 질소

(NO

₃

- N)

는

cadmium reduction method

로연속흐름 분석기

(SAN

⁺⁺

Continuous Flow Analyzer, Skalar, Berda, Holland)

를이용 하여 측정하였으며

,

^아질산성 ^질소

(NO

₂

- N)

^는

diazotization

method,

인산인

(PO

₄^3-

-P)

은

ascorbic acid reduction method

로 Fig. 1 Experimental semi-RAS system. RAS, recirculation aquaculture system; OPO, ozone produced oxidants.

(3)

semi-RAS에서 OPO에 따른 수질과 미생물 영향

753

분광광도계

(GENESYS 5 UV-Vis spectrophotometer; Ther- mo, Waltham, MA, USA)

를이용하여측정하였다

.

화학적산 소요구량

(COD

_Mn

)

은과망간산칼륨

-

알칼리법으로

,

총부유고형 물

(SS)

은유리섬유여과법

(CF/C)

으로각각측정하였다

.

용존무 기질소

(dissolved inorganic nitrogen, DIN)

는총암모니아질 소와아질산성질소그리고질산성질소의합산으로도출하였 으며

,

용존무기인

(dissolved inorganic phosphrous, DIP)

은인 산인의값을준용하였다

.

부영양도

(eutrophication index, EI)

는

[COD

_Mn

×1,000×(DIN×DIP)]/1,500

으로산출하였으며

,

각수질

항목들의증감율은

(C

_Exp.

/C

_Con.

)×100

으로산출하였다

. 사육수의 미생물 변동

OPO

농도에따른사육수내타가영양세균

(heterotrophic ma- rine bacteria)

은

Difco

^TM

marine agar 2216, Difco

^TM

MacCon- key sorbitol agar (gram-negative strain), Difco

^TM

TCBS agar (Vibrio spp.)

^를^이용하여^각각^{배양하였다}

.

시료는각각의사육 수조에서

1

^회용^{무균채수병에}

3

^반복으로^{수집하였다}

.

^일간^모 니터링의경우총

6

회

(4

시간간격

),

주간모니터링은총

4

회

(

주

1

회

)

로사료공급전인오전

9

시에채수하였다

.

미생물배양은

APHA (2005)

의방법을준용하였으며

,

각시료는

2

반복으로 배양하였다

.

배양배지에서콜로니형성단위

(colony-forming unit, CFU)

^가

10-300 CFU

^정도^범위로^{희석하였고}

,

^희석수 는여과된자연해수를고압멸균

(J-AK4; JEIL Science, Seoul, Korea)

처리후이용하였으며

,

이후시료와동일한배양과정에 서멸균여부를확인하였다

.

시료

0.1 mL

을각각의배지에접종 하였고

marine agar 2216

배지는

30°C

에서

5

일간배양하였으 며

, MacConkey sorbitol agar

^와

TCBS agar

^는

35°C

^에서

3

^일간 배양하였다

.

미생물의감소율은

Summerfelt et al. (2009)

의방 법으로산출하였다

.

통계처리

본실험에대한결과는

mean±S.D.

로나타내었고

, SPSS Ver.

16.0

^{프로그램을}^사용해

ANOVA

^로^검증한^후

, P<0.05

^수준 에서

Duncan’s multiple range test

로 유의성비교를하였다

. Correlation method

는동프로그램을사용하여

simple correla- tion analysis

로검증하였으며

, OPO

와각요소들간의관계성은

pearson correlation coefficient

으로단순비교하였다

.

각실험구마다수집된

OPO

^농도는^일련의^연속적인^측정값 을배열하여각각의측정지점의평균값

(Sχ=∑

ⁿ_i=1

S

_i

/n)

을산출 하는종합적평균법

(ensemble averaging)

으로처리하여오존의 주입주기성을조사하는데활용하였다

(Skoog et al., 1998).

결과 및 고찰

오존의 주입 주기성

각실험구에서

26

일동안수집한

OPO

농도의평균값은

con-

trol

^은

0.004±0.005 Cl

₂

/L, OPO15

^는

0.014±0.009 mg Cl

₂

/L,

그리고

OPO25

는

0.025±0.010 Cl

₂

/L

로나타났으며

(P<0.05),

수집된데이터를실험구및일주기간격으로구분하여종합적 평균법으로적용한결과는

Fig. 2

와같다

.

연구에사용된오존 산화시스템은

OPO

농도를 일정하게 유지하는 항상성을 가 지고있고

,

^연구^시설인^{순환여과양식시스템은}^{외부영향에서}

독립적이며주기성을가지고운영할수있다

.

그리고오존산화

력의지표인

OPO

농도는수질오염물질들에의존하여변하므

로이러한조건은시설로의오존의주입주기성을관측할수있 어종합적평균법을이용하였다

.

이방법은수처리에서

S/N

비를 개선하는통계법으로동일한조건에서반복측정된일련의측 정값들안에서유효한신호를증폭하여검출하는기법이다

.

시

설내의

OPO

농도를유지하는데있어오존주입량이일정하다

면결과는

0

으로

,

증가한다면양수

,

감소한다면음수로나타낸 다

.

오존산화법을활용하는국내외양식장들은경험적결과를 바탕으로사료를공급할땐오존을주입하고사료를공급하지 않으면주입하지않는다

.

대부분사료가공급되지않았을때오 존이과량공급되어양식생물의집단폐사를일으킨경험적사 례에근거한방법이다

.

오존이사료가공급되지않은상황에서 사료공급시기와동일한수준으로지속적으로공급한다면생물 독성이있는오존산화력이축적되어양식생물에피해를준다는 경험적증거이다

.

그럼에도결과에의하면사료와분변등의유 기물들과오존이서로영향을주고있다는것은확실하고오존 산화력이집중적으로필요한시점이존재한다는반증이라사 료된다

.

오존주입주기성의결과인

Fig. 2

에의하면사료공급에 의하여오염물질이증가하는

09-10

^시^이후부터^상승하여^양수 를유지하고

, 22-23

시이후에음수로유지되었다

.

결과에따르 면오존은최종사료공급이끝나고

6

시간동안사료잔사물이나

Elapsed time (h)

Ensemble averaging

Elapsed time (24 h/day)

Fig. 2 Results of ensemble averaging patterns were calculated to OPO concentration during the experimental period. Allows indicate the feeding point (F, 9 and 18 h). OPO, ozone produced oxidants.

(4)

정상명

ㆍ

박우근

ㆍ

박성덕

ㆍ

박정환

ㆍ

김병기

754

분변등의반응물때문에지속적으로주입된것으로나타났다

. 사육수의 수질 변동

일간 모니터링

이전의보고

(Jung et al., 2018)

에이어서실시한

OPO

농도 에따른넙치사육수수질의일간변동은

Fig. 3

에나타내었다

.

총암모니아성질소

(TAN)

의일간범위와평균값은대조구에서

0.276-0.778 mg/L (0.616±0.196 mg/L), OPO15

에서

0.420- 0.834 mg/L (0.566±0.175 mg/L),

^그리고

OPO25

^에서

0.291- 1.031 mg/L (0.563±0.345 mg/L)

로나타났고

,

시간경과에따 라대조구는증가하다안정되는경향이었으나

,

실험구는감소 하는경향이었다

.

전체적으로사료공급의영향을받는시간대

(13, 17, 22

시

)

에는대조구의값이유의적으로높았다

(P<0.05).

일간평균값은대조구와오존을주입한실험구들모두유의적 차이가 없었다

(P>0.05).

아질산성 질소

(NO

₂

-N)

는 대조구에 서

0.104-0.167 mg/L (0.130±0.021 mg/L)

수준을보인반면

,

오존을주입한

OPO15

에선

0.022-0.032 mg/L (0.027±0.007 mg/L),

그리고

OPO25

에선

0.001-0.014 mg/L (0.006±0.004 mg/L)

^의^범위를^유지하여^대조구^대비

OPO15

^및

OPO25

^는 각각

20.7%

와

10.7%

수준으로 유의적으로 낮은 값을 보였 다

(P<0.05).

질산성질소

(NO

₃

-N)

는 대조구에서

0.850-1.433 mg/L (1.068±0.274 mg/L), OPO15

에서

0.497-0.861 mg/L (0.696±0.188 mg/L),

그리고

OPO25

에서

0.270-0.931 mg/L (0.591±0.321 mg/L)

^의 ^수준을^보였으며

,

^오존을^주입한^실

험구들은대조구대비

55.5-65.2%

수준으로유의적으로감소

하였다

(P<0.05).

인산인

(PO

₄^3-

-P)

은대조구에서

0.093-0.222 mg/L (0.159±0.041 mg/L), OPO15

에서

0.058-0.120 mg/L (0.084±0.029 mg/L),

그리고

OPO25

에서는

0.024-0.139 mg/L (0.078±0.045 mg/L)

^수준으로^오존을^주입한^실험구는 대조구대비

47.8-53.5%

수준으로감소하였다

(P<0.05).

실험구들의

OPO

농도들과수질요소들간의일간모니터링결 과를

pearson correlation coefficient

로

OPO

와수질요소간의 단순관계성만을비교한결과는

Table 1

과같다

. OPO

농도와총 암모니아성질소의상관관계를외부질소화합물의간접영향 구간

(BM, 03-09

시

, 3

시점

, n=54)

과직접영향구간

(AM, 13-22

시

, 3

시점

, n=54)

으로구분한결과전자는

0.438

로

OPO

농도 와비례한반면

(P<0.05),

후자는

-0.853

으로

OPO

농도와반비 례하는상반된결과가나타났다

(P<0.01).

그러나전체적으론

-0.092

^로^유의한^관계성이^없었다

(n=108, P>0.05).

^반면

,

^아질 산성질소와질산성질소그리고인산인

모두반비례성관계가 나타났으며그값은

-0.940, -0.601

그리고

-0.645

이다

(n=108, P<0.01).

암모니아성질소와는상이하게질소화합물의영향구 간에따른차이는나타나지않았다

.

주간 모니터링

OPO

농도에따른사육수조의주간수질변동은

Table 2

와 같다

.

사육수의 총암모니아성 질소는대조구보다

OPO15

는

Elapsed time (h)

Fig. 3 Daily monitoring results of water qualities obtained from ozone-treated olive flounder Paralichthys olivaceus culture tanks for 24 h. Asterisks (*) indicate significant differences between concentration of material (P<0.05). Allows indicate the feeding point (9 and 18 h). OPO, ozone produced oxidants.

(5)

755 122.4%, OPO25

^는

131.7%

^의^수준으로

OPO

^농도^{의존적으로} 증가하였다

(P<0.05).

이전보고들에의하면해수에오존을주입 하면

HOBr

에의하여암모니아

(NH

₃

)

가직접분해되어감소하 였으나

(Tanaka and Matsumura, 2002; Schroeder et al., 2011), Park et al. (2013)

은오존은총암모니아성질소에영향이주지 않는다고보고하였다

.

^그러나^본^결과의^일간^모니터링^결과에 선사료공급전엔대조구가

OPO15

와

OPO25

보다낮았으나

,

사료공급이시작된이후유의적으로증가하였다

(P<0.05).

반면

오존을주입한

OPO15

와

OPO25

는사료공급후암모니아성

질소의감소에영향을주어유의적으로감소하였다

(P<0.05).

그러나

,

^{주간모니터링의}^결과에선^대조구인

control

^의^암모니 아성질소의농도가유의적으로높다

(P<0.05).

암모니아

(NH

₃

)

는주로

HOBr

간의반응직후

N

₂가스생성반 응으로종결되는경로를따라반응속도가빠르게나타난것으 로사료된다

(Wajon and Morris, 1982; Tanaka and Matsumu-

ra, 2002).

^그러나^주간^{모니터링의}^시료^{채수시점이}^질소화합

물의영향이가장적은

09

시

(

사료공급전

)

로오존에대응하는 질소화합물이가장적은환경이었다

.

이와 같이 저농도 암모니아 조건에서는 암모니아

(NH

₃

)

와

HOBr

간의의한분해보다는

HOBr

과미립자성 단백질

(

콜로 이드성물질

)

^내 ^{이중결합간의}

Br

^{첨가반응으로}^생성된 ^암모 니아

(NH

₃

)

가총암모니아성질소의증가에영향을준것으로

사료된다

(Heeb et al., 2014).

한편으로총암모니아성질소의

농도가

OPO

농도에의존적으로증가하는것은생물학적여과

조에존재하는질산화세균중

Nitrosomonas spp.

^의^활성에^영 향을주어암모니아산화능력이감소한것으로도판단된다

.

^사

료공급전

(BM),

^후

(AM)

^로^시점을^나누어

OPO

^농도에

pear- son correlation coefficient

으로단순비교한결과도오존산화 력이생물학적여과조의활성도에영향을준것으로판단되는 근거이다

.

사료공급으로질소산화물이증가하면기존의보고

(

오존의암모니아성질소의제거

)

와같이

OPO

농도의존적으로 총암모니아성질소의저감효과가나타난다고사료된다

.

^정상 적인해수환경에서총암모니아

(TAN)

중암모니아

(NH

₃

)

의양 이상대적으로적어영향을주지못했을수있다

.

결론적으로사 육수를오존으로처리한반순환여과양식시스템내의총암모니 아성질소의거동에대한상반된연구들이있지만본연구에서 큰영향을주지못하였다

.

반면

,

아질산성질소는오존을주입한모든실험구에서대조 구대비

OPO15

는

18.6%

수준으로

, OPO25

는

34.8%

수준으 로감소하였고

(P<0.05),

질산성질소도오존을주입한모든실 험구들에서대조구대비

OPO15

는

37.5%, OPO25

는

46.1%

의 수준으로유의적으로감소하였다

(P<0.05).

^사육수의^아질산성

질소가오존

(

또는

OPO)

과의반응으로질산성질소로전환된

것이주된원인이었다

(Rosenthal and Kruner, 1985).

오존과 암모니아

(NH

₃

)

의직접반응경로로질산성질소가생성되지만

,

반응속도가상대적으로느려생성과축적에영향을미치지않 은것으로사료된다

(Haag and Hoigne, 1984).

해수에주입한오존의영향으로인산인의감소경향은질산 성질소의경우와유사하며

,

오존을주입한모든실험구들에서 대조구대비

OPO15

는

45.5%, OPO25

는

48.0%

의수준으로 감소하였다

(P<0.05).

이는

HOBr

과암모니아

(NH

₃

)

의반응과 이어진

NH

₂

Br

^의

NHBr

₂^으로의^생성반응^혹은^{평형반응에서}

Table 1. The OPO concentration-dependent correlation of daily water qualities on the ozone-treated olive flounder Paralichthys olivaceus culture tanks

Items 24 h n Average

Concentration Standard

deviation Pearson correlation

coefficient Probability of significance TAN¹

03-09 54 0.643 0.281 0.438 .001 BM

13-22 54 0.520 0.198 -0.853 .000 AM

03-22 108 0.581 0.249 -0.092 .344

Nitrite-N²

03-09 54 0.055 0.054 -0.920 .000 BM

13-22 54 0.054 0.058 -0.959 .000 AM

03-22 108 0.055 0.056 -0.940 .000

Nitrate-N²

03-09 54 0.840 0.321 -0.330 .015 BM

13-22 54 0.730 0.342 -0.872 .000 AM

03-22 108 0.785 0.334 -0.601 .000

Phosphate³ 03-09 54 0.125 0.039 -0.353 .009 BM

13-22 54 0.089 0.060 -0.926 .000 AM

03-22 108 0.107 0.053 -0.645 .000

1Concentration unit of TAN is mg/L as NH₄⁺. ²Concentration unit of average is mg/L as N. ³Concentration unit of average is mg/L as P.

Pearson correlation coefficient range is “-0.999, negative (-) correlation; 0, non-correlation; 0.999, positive (+) correlation”. OPO, ozone produced oxidants; TAN, total ammonia nitrogen; BM, before meal; AM, after meal.

(6)

정상명

ㆍ

박우근

ㆍ

박성덕

ㆍ

박정환

ㆍ

김병기

756

인산인이소비되어실험구들에서감소하는것이다

(Inman and Johnson, 1984).

더불어용존무기질소와용존무기인모두대 조구대비

OPO15

는각각

51.4%

와

45.5%

로

, OPO25

는각각

60.6%

와

48.0%

수준으로감소하였다

.

질소화합물들은다른이온의형태를띄나그질소의총량은 보존된다

.

^{질소화합물의}^총량인^{용존무기질소}

(DIN)

^의^결과에

따르면대조구인

control

보다 오존을주입한 실험구들에서

유의적으로감소하였다

(P<0.05).

따라서

OPO

농도의증가에 따라

DIN

이감소한것은

N

₂가스생성반응으로수계내에서 질소가원천적으로제거된결과를반영한것이다

.

나아가이러 한변화는질산화반응에영향을주어최종산물인질산성질소 의감소로이어진것으로암모니아성질소단계에서다량의질 소가수계에서배제됨에따라연쇄반응인질산화반응에영향을 준결과로사료된다

.

화학적산소요구량은오존을주입한실험구에서대조구대비

OPO15

^는

55.0%, OPO25

^는

37.5%

^수준이며

,

^{총부유고형물은} 대조구대비

OPO15

는

71.4%, OPO25

는

42.8%

의수준으로 유의하게감소하였다

(P<0.05).

화학적산소요구량과총부유고 형물을구성하는탄소기반분해성유기오염물질이

HOBr

에 의해분해된것으로판단된다

(Heeb et al., 2014).

또한직접반 응제거경로가아닌입자크기를변화시키는미세유기물질의 응집현상을촉진함으로서물리여과나포말분리와같은침전및 분리작용을증가시켜감소한것으로사료된다

(Krumins et al., 2001; Park et al., 2011).

암모니아성 질소를제외한 모든 수질오염물질들이오존을 주입한 실험구

(OPO15, OPO25)

^에서 ^{개선되었다}

.

^측정된 ^수 질오염물질의결과를일본수산청적조발생지수

(EI)

로평가한 결과

,

오존을주입한실험구

(OPO15, OPO25)

는청정한동해 안연안해수의값인

0.20-0.42

와비슷하거나낮은반면에오존 을주입하지않은실험구

(control)

에서는

1

이상으로나타났다

(Kim et al., 2012).

Table 2. Weekly monitoring results of water qualities on the ozone- treated olive flounder Paralichthys olivaceus culture tanks

Items OPO Concentration

CONTROL OPO15 OPO25

TAN^{1, 2} 0.353±0.106â 0.431±0.115^b 0.465±0.137^b Nitrite-N² 0.134±0.056â 0.025±0.007^c 0.046±0.031^b Nitrate-N² 1.477±0.602â 0.554±0.145^b 0.681±0.146^b Phosphate³ 0.283±0.193â 0.129±0.031^b 0.136±0.020^b COD_Mn⁴ 4.0±1.8â 2.2±0.6^b 1.5±1.2^b

SS⁴ 3.5±2.0^a 2.5±1.2^ab 1.5±0.8^b

DIN² 1.651±0.830â 0.986±0.251^b 1.000±0.416^b DIP³ 0.283±0.193â 0.129±0.031^b 0.136±0.020^b EI⁵ 1.32±1.07â 0.20±0.07^b 0.15±0.11^b Values in each row with the different superscripts are significantly different (P<0.05). ¹Concentration unit of TAN is mg/L as NH₄⁺.

2Concentration unit of average is mg/L as N. ³Concentration unit of average is mg/L as P. ⁴Concentration units of average is mg/L.

5Calculated as [COD_Mn×1000×(DIN×DIP)]/1500. COD, chemical oxygen demand; DIN, dissolved inorganic nitrogen; DIP, dissolved inorganic phosphrous; EI, eutrophication index; Mn, permanga- nate method; OPO, ozone produced oxidants; SS, suspended solids. TAN, total ammonia nitrogen.

Elapsed time (h)

Fig. 4 Daily monitoring results of microbial colonies obtained from ozone-treated olive flounder Paralichthys olivaceus culture tanks for 24 h. Asterisks (*) indicate significant differences between concentration of material (P<0.05). Allows indicate the feeding point (9 and 18 h). OPO, ozone produced oxidants.

(7)

757 사육수의 미생물 변동 일간 모니터링

오존을 주입한 넙치 사육수의 미생물 일간 변화는

Fig. 4

와 같다

.

미생물 중

heterotrophic marine bacteria

의 일간 변동은 사료 공급 전후

6

회 측정에서 유의적으로 높았고

(P<0.05),

평균값은 대조구

5.2×10

⁵

-9.8×10

⁵

CFU/mL (7.7×10

⁵

±3.2×10

⁵

CFU/mL), OPO15 4.4×10

⁴

-3.2×10

⁵

CFU/mL (1.2×10

⁵

±1.1×10

⁵

CFU/mL),

^그리고

OPO25

^는

1.0×10

⁴

-6.1×10

⁴

CFU/mL (3.3×10

⁴

±3.7×10

⁴

CFU/mL)

로 나타나 오존을주입한 실험구들에서 크게 감소하였으며

,

대조구의평균값대비감소율은

OPO15

는

84.2%, OPO25

는

95.9%

수준이었다

(P<0.05).

Gram-negative strain

^은 ^{대조구에서}

4.1×10

³

-4.8×10

⁴

CFU/mL (1.7×10

⁴

±1.8×10

⁴

CFU/mL), OPO15

에서

2.5×10

¹

-3.5×10

²

CFU/mL (1.6×10

²

±2.0×10

²

CFU/

mL),

그리고

OPO25

에서

1.0×10

¹

-1.1×10

²

CFU/mL (4.8×10

¹

±1.1×10

²

CFU/mL)

로서오존을주입한실험구에 서 유의적으로 감소하였으며

(P<0.05),

^대조구 ^대비 ^평균 ^감 소율은

OPO15

에서

99.1%, OPO25

에서

99.7%

수준이었다

(P<0.05). Vibrio spp.

^도^{대조구에서}

1.5×10

⁴

-6.1×10

⁴

CFU/

mL (3.2×10

⁴

±6.3×10

⁴

CFU/mL), OPO15

는

9.0×10

²

- 1.0×10

⁴

CFU/mL (3.0×10

³

±3.9×10

³

CFU/mL)

그리고

OPO25

^는

1.7×10

¹

-1.4×10

³

CFU/mL (4.0×10

²

±7.7×10

²

CFU/mL)

로 대조구에서 전체적으로 실험구보다 유의적으

로높았고

(P<0.05),

대조구의 평균값대비감소율이

OPO15

에서

91.4%, OPO25

에서

98.8%

로 유의적으로 감소하였다

(P<0.05). OPO

와 미생물간의 단순관계성은

heterotrophic marine bacteria

^는

-0.834, Gram-negative strain

^은

-0.555

^그리 고

Vibrio spp.

^는

-0.344

값으로모든항목에서 반비례하였다

(P<0.01).

주간 모니터링

오존을 주입한넙치사육수의

OPO

농도에따른미생물의

주간변화는

Fig. 5

에나타내었다

. Heterotrophic marine bacte- ria

는오존을주입한실험구에서유의적으로감소하여대조구 를기준으로

OPO15

^에서

65.7%, OPO25

^에서

89.1%

^의^감소율 을보여주었다

(P<0.05). Gram-negative strain

은대조구대비 감소율이

OPO15

에서

98.2%, OPO25

에서

94.2%

로나타났다

(P<0.05). Vibrio spp.

는

OPO

농도의존적으로유의적인감소 가나타났고

,

감소율은대조구를기준으로

OPO15

에서

50.0%, OPO25

^에서

71.7%

^로 ^{유의적으로}^{감소하였다}

(P<0.05).

^오존 은담수및해수에서유해미생물을제어하는데큰효과가있 는것으로알려져있다

(Sharrer et al., 2007; Jensen et al., 2011;

Cobcroft and Battaglene, 2013; Wold et al., 2014; Powell et al., 2015).

본연구에서도조사한미생물들은모두

OPO

의존적 으로감소하였다

(P<0.05). Heterotrophic marine bacteria

^의^범

주에는수중에부유하는질산화과정에관여하는

Nitrosomo-

nas, Nitrobacter

^등이^포함되어^{생물학적여과조의}^{생물막상에} 영향을미쳤을가능성을배제할수는없다

.

그러나

,

생물막메트 릭스내고정화된박테리아는부유세균보다화학적살균에대한 내성이

10-1,000

^배^더^강하기^때문에

, OPO

^농도^기준으로^최 대

0.15 mg Cl

₂

/L

수준에장기간노출시켜도

relevant biofilter-

bacteria

의질산화성능에부정적인영향을미치지않을것으

로생각된다

(Gilbert et al., 1997).

오히려적절한오존처리는 오히려경쟁관계인다른종속영양세균의에너지원인유기물 을감소시킴으로써생물학적여과조의질산화를촉진하는것으 로알려져있다

(Schroeder et al., 2015).

그러나

Heterotrophic marine bacteria

와수질항목

(TAN, NO

₃

- N)

의일간변동의결과 에서

OPO

의증가가질산화과정에다소부정적인영향을미친

것으로판단된다

.

그럼에도불구하고오존과

HOBr

이질산화

작용을대체하는보완적인관계가형성되어각실험구의총암 모니아성질소의농도가넙치의생육안전농도보다낮아넙치 의성장에큰영향을주지않았다

(Kim et al., 1997).

기존의순환여과양식시스템에오존을도입하는것은생물위 해성에대한우려때문에현장에서일부기준보다낮은농도로

적용하고있으며

,

^농도와^접촉시간

(Ct)

^값을^{살균물질의}^제어

Fig. 5 Weekly monitoring results of microbial colonies on the ozone-treated olive flounder Paralichthys olivaceus culture tanks (P<0.05).

Different superscripts are significantly different (P<0.05). OPO, ozone produced oxidants.