미세 캐비테이션 기포가 해수 내 유해 식물플랑크톤에 미치는 영향

Abstract

본 논문에서는 캐비테이션 기포가 붕괴될 때 발생되는 에너지에 의해서 적조를 발생시키는 유해 식물플랑크톤이 파괴 또는 증식이 억제되어 개체수가 감소하는 것을 실험을 통하여 관측하였다. 실험은 식물플랑크톤 중 국내에 가장 큰 피해를 일으키는 유해성 적조생물인 코클로디니움(cochlodinium polykrikoides)을 대상으로 하였다. 또한 발생된 캐비테이션 기포의 분포량은 음향을 이용하여 측정하였다. 발생된 캐비테이션 기포의 분포량은 20 ∼ 300 kHz의 다중 주파수(multi-frequency)의 송수신시 수중 기포에 의한 음파 감쇠(attenuation)와 음속(sound speed) 변화를 이용하여 추정하였고 광학 카메라로 촬영한 결과와 비교하였다. 그 결과 발생된 기포의 대부분은 반경 10 ∼ 30 ㎛ 의 범위를 갖는 미세 기포였다. 캐비테이션 기포를 이용한 적조 개체수 저감 실험을 위해서 먼저 고속모터의 끝부분에 장착된 블레이드를 적조가 존재하는 해수에 고속 회전시켜 캐비테이션 기포를 발생시킨다. 그 후 캐비테이션 기포의 영향을 받은 해수를 채수하여 이전의 적조 개체수와 비교하였다. 먼저 Lab. 실험으로 적조 개체수의 저감 가능성을 확인하였고 해상실험을 통해 해양에서의 실효성을 검증하였다. 실험 결과 수조 실험에서는 적조의 개체수가 실험전 460 cells/ml 에서 캐비테이션 영향을 받은 후 131 cells/ml 로 72% 감소하였으며, 해상 실험에서는 2700 cells/ml 였던 적조의 개체수가 330 cells/ml 로 88% 감소하였다. 이와같이 캐비테이션 기포는 유해 적조 생물의 개체수 저감에 상당히 효과적인 수단으로 판단된다.; In this paper, we demonstrate that energy generated by collapsing of cavitation bubble reduces cell population of harmful phytoplankton causes red tide. A kind of red tide organisms using this experiment is cochlodinium polykrikoides, most harmful phytoplankton. Then distribution of cavitation bubbles is estimated using acoustic method. Size distribution of cavitation bubble is estimated using acoustic method by measurement variation of attenuation and sound speed of multi-frequency wave in the bubbly water. And acoustic measurement result is compared with optical photography data. As a result, most of cavitation bubble radius is 10 to 30 ㎛. The cavitation bubbles are formed by high speed rotation of designed blade attached to motor in sea water of high density of red tide. Then change of cell number by effect of cavitation bubbles is compared two cases of experiment using sampling and cell counting of sea water. Possibility of red tide removal using cavitation bubble is confirmed by lab experiment. Then it is verified that cavitation bubble has an effect of red tide removal in the sea through field experiment. As a result, in laboratory experiment, red tide density is changed from 460 cells/ml to 131 cells/ml by the effect of cavitation bubbles. And in field experiment, red tide density is changed from 2700 cells/ ml to 330 cells/ml by the effect of cavitation bubbles. So it is sure that cavitation bubble is efficient mean of density decrease of harmful red tide.