[학위논문]Study of Rhizofiltration Process by Using Helianthus annuus L., Phaseolus vulgaris var. and Brascica juncea (L.) Czern to Remediate Uranium and Cesium Contaminated Groundwater : 해바라기, 강낭콩, 갓을 이용한 뿌리여과법의 우라늄과 세슘으로 오염된 지하수 정화 연구원문보기
우라늄 및 세슘으로 오염된 지하수를 정화하기위하여 해바라기(Sunflower; Helianthus annuus L.), 강낭콩(Bean; Phaseolus vulgaris var.), 그리고 갓(Indian mustard; Brassica juncea (L.) Czern.)을 이용한 뿌리여과법(Rhizofiltration) 실내 실험을 실시하였다. 식물의 발아 및 성장을 위한 식물생장기의 조건은, 온도 : 25 oC, 습도 : 75 %, 광주기 : 5000 Lux 로 하루 16 시간, ...
우라늄 및 세슘으로 오염된 지하수를 정화하기위하여 해바라기(Sunflower; Helianthus annuus L.), 강낭콩(Bean; Phaseolus vulgaris var.), 그리고 갓(Indian mustard; Brassica juncea (L.) Czern.)을 이용한 뿌리여과법(Rhizofiltration) 실내 실험을 실시하였다. 식물의 발아 및 성장을 위한 식물생장기의 조건은, 온도 : 25 oC, 습도 : 75 %, 광주기 : 5000 Lux 로 하루 16 시간, CO2 농도 : 500 ppm으로 유지하였다. 배치실험은 식물의 뿌리를 지지할 수 있도록 격자상의 지지판이 내부에 설치된 수경조 (12 cm?12 cm?8 cm) 를 사용하였으며, 인위적으로 우라늄으로 오염시킨 인공오염지하수 400 ml를 유리수경조에 채우고, 발아시킨 각 식물 20g 을 유리수경조 내 뿌리지지판에 담근 후 식물생장기의 발아조건과 같은 조건에서 총 72 시간 동안 성장시켰다. 안정우라늄 표준 용액을 사용하여 초기 농도를 30 μg/L 와 80 μg/L로 적정한 인공오염지하수를 대상으로 72 시간 뿌리여과법을 실시하여 일정 시간 간격으로 오염지하수의 우라늄농도를 측정함으로써 시간에 따른 식물의 우라늄 제거 효율을 계산하였다. 해바라기의 경우 뿌리여과법 72 시간 내에 인공오염수 내 우라늄의 81 % 와 89 % 가 제거되었으며, 강낭콩은 72 %와 80 % 제거율을 나타내었고, 갓의 경우에는 80 % 와 60 %가 제거되어 뿌리여과법의 우라늄 제거 효율이 매우 높은 것으로 나타났다. 초기 우라늄 농도가 500 μg/L 이상 (미국 EPA 수질허용한계농도인 30 μg/L 보다 18배 이상) 되는 인공오염수를 대상으로 뿌리여과법을 실시한 결과 해바라기, 강낭콩, 갓의 경우 각각 97 %, 70 %, 77 %의 높은 제거 효율을 나타내어 우라늄으로 심각하게 오염된 지하수의 경우에도 뿌리여과법을 적용할 수 있는 것으로 나타났다. 인공 오염수의 pH 에 따른 뿌리여과법의 우라늄 및 세슘 제거 효율 변화 실험 결과, 오염수의 pH 가 증가할수록 우라늄 제거 효율은 감소하였다. 세 식물 모두에서 우라늄의 경우 오염수의 pH가 3-5 인 경우 가장 높은 제거효율을 나타내었으며, 세슘의 경우는 pH 의 변화에 따른 세 식물의 제거 효율에는 큰 변화를 보이지 않았다. 뿌리여과법 실험 후 식물에 농축된 우라늄량을 습식분해법을 이용하여 부위별로 측정한 결과, 식물로 이동한 우라늄의 99 % 가 뿌리에 농축되어 있는 것으로 나타나, 뿌리여과법을 적용한 후 성장한 오염식물을 처리하는 경우 농축이 심한 뿌리 부분만을 후처리함으로써 복원 비용과 시간을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 대전지역에 위치한 우라늄 농도가 높은 천정 지하수 (우라늄 농도 : 242 μg/L) 를 대상으로 해바라기를 이용한 뿌리여과법의 배치실험과 파일럿 연속 제거 실험을 실시하였다. 파일럿 규모의 뿌리여과법 제거공정은 10 개의 수조로 연결되어 있으며, 우라늄으로 오염된 지하수가 식물이 들어있는 각각의 수조에 일정 유속으로 흐르면서 식물의 뿌리에 의해 우라늄이 제거되는 공정이다. 해바라기를 이용한 배치실험의 경우 인공오염지하수 실험 결과와 비슷한 제거 효율이 95.2 % 인 것으로 나타났다. 파일럿 규모의 뿌리여과법 제거 공정을 이용하여 우라늄 오염지하수를 처리한 결과, 각 수조마다 40 g 의 해바라기에 대하여 5 ml/min 의 속도로 오염수를 흘려주었을 경우, 최종 처리수 12 L 가 배출되는 동안 99 % 의 우라늄 제거효율과 배출수의 우라늄 농도가 미국 EPA 수질허용한계농도인 30 μg/L 이하를 유지하였다. 파일럿 실험 결과 친환경 정화방법인 뿌리여과법에 의한 우라늄 오염지하수 처리 방법이 실제 오염 지하수 정화를 위해 현장에서 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
우라늄 및 세슘으로 오염된 지하수를 정화하기위하여 해바라기(Sunflower; Helianthus annuus L.), 강낭콩(Bean; Phaseolus vulgaris var.), 그리고 갓(Indian mustard; Brassica juncea (L.) Czern.)을 이용한 뿌리여과법(Rhizofiltration) 실내 실험을 실시하였다. 식물의 발아 및 성장을 위한 식물생장기의 조건은, 온도 : 25 oC, 습도 : 75 %, 광주기 : 5000 Lux 로 하루 16 시간, CO2 농도 : 500 ppm으로 유지하였다. 배치실험은 식물의 뿌리를 지지할 수 있도록 격자상의 지지판이 내부에 설치된 수경조 (12 cm?12 cm?8 cm) 를 사용하였으며, 인위적으로 우라늄으로 오염시킨 인공오염지하수 400 ml를 유리수경조에 채우고, 발아시킨 각 식물 20g 을 유리수경조 내 뿌리지지판에 담근 후 식물생장기의 발아조건과 같은 조건에서 총 72 시간 동안 성장시켰다. 안정우라늄 표준 용액을 사용하여 초기 농도를 30 μg/L 와 80 μg/L로 적정한 인공오염지하수를 대상으로 72 시간 뿌리여과법을 실시하여 일정 시간 간격으로 오염지하수의 우라늄농도를 측정함으로써 시간에 따른 식물의 우라늄 제거 효율을 계산하였다. 해바라기의 경우 뿌리여과법 72 시간 내에 인공오염수 내 우라늄의 81 % 와 89 % 가 제거되었으며, 강낭콩은 72 %와 80 % 제거율을 나타내었고, 갓의 경우에는 80 % 와 60 %가 제거되어 뿌리여과법의 우라늄 제거 효율이 매우 높은 것으로 나타났다. 초기 우라늄 농도가 500 μg/L 이상 (미국 EPA 수질허용한계농도인 30 μg/L 보다 18배 이상) 되는 인공오염수를 대상으로 뿌리여과법을 실시한 결과 해바라기, 강낭콩, 갓의 경우 각각 97 %, 70 %, 77 %의 높은 제거 효율을 나타내어 우라늄으로 심각하게 오염된 지하수의 경우에도 뿌리여과법을 적용할 수 있는 것으로 나타났다. 인공 오염수의 pH 에 따른 뿌리여과법의 우라늄 및 세슘 제거 효율 변화 실험 결과, 오염수의 pH 가 증가할수록 우라늄 제거 효율은 감소하였다. 세 식물 모두에서 우라늄의 경우 오염수의 pH가 3-5 인 경우 가장 높은 제거효율을 나타내었으며, 세슘의 경우는 pH 의 변화에 따른 세 식물의 제거 효율에는 큰 변화를 보이지 않았다. 뿌리여과법 실험 후 식물에 농축된 우라늄량을 습식분해법을 이용하여 부위별로 측정한 결과, 식물로 이동한 우라늄의 99 % 가 뿌리에 농축되어 있는 것으로 나타나, 뿌리여과법을 적용한 후 성장한 오염식물을 처리하는 경우 농축이 심한 뿌리 부분만을 후처리함으로써 복원 비용과 시간을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 대전지역에 위치한 우라늄 농도가 높은 천정 지하수 (우라늄 농도 : 242 μg/L) 를 대상으로 해바라기를 이용한 뿌리여과법의 배치실험과 파일럿 연속 제거 실험을 실시하였다. 파일럿 규모의 뿌리여과법 제거공정은 10 개의 수조로 연결되어 있으며, 우라늄으로 오염된 지하수가 식물이 들어있는 각각의 수조에 일정 유속으로 흐르면서 식물의 뿌리에 의해 우라늄이 제거되는 공정이다. 해바라기를 이용한 배치실험의 경우 인공오염지하수 실험 결과와 비슷한 제거 효율이 95.2 % 인 것으로 나타났다. 파일럿 규모의 뿌리여과법 제거 공정을 이용하여 우라늄 오염지하수를 처리한 결과, 각 수조마다 40 g 의 해바라기에 대하여 5 ml/min 의 속도로 오염수를 흘려주었을 경우, 최종 처리수 12 L 가 배출되는 동안 99 % 의 우라늄 제거효율과 배출수의 우라늄 농도가 미국 EPA 수질허용한계농도인 30 μg/L 이하를 유지하였다. 파일럿 실험 결과 친환경 정화방법인 뿌리여과법에 의한 우라늄 오염지하수 처리 방법이 실제 오염 지하수 정화를 위해 현장에서 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
The uranium and cesium removal efficiencies of rhizofiltration were investigated in lab scale experiment. Three plants such as sunflower (Helianthus annuus L.), bean (Phaseolus vulgaris var.), and Indian mustard (Brassica juncea (L.) Czern.) were cultivated in artificially contaminated solution by u...
The uranium and cesium removal efficiencies of rhizofiltration were investigated in lab scale experiment. Three plants such as sunflower (Helianthus annuus L.), bean (Phaseolus vulgaris var.), and Indian mustard (Brassica juncea (L.) Czern.) were cultivated in artificially contaminated solution by uranium and cesium, respectively. The removal efficiencies of three cultivars were calculated from the ICP/MS analysis on the uranium and cesium mass in solution and plant. Rhizofiltration processes were conducted using glass jars (12 cm × 12 cm × 8 cm) containing 400 ml of the artificially contaminated solution, which were located in the growth chamber. Twenty grams of plants were hydroponically used in each glass jar with a 5 cm deep layer of support net. All the batch rhizofiltration experiments were performed in a growth chamber at 25 ㎍, 80 % relative humidity, 16 h photoperiod, and 500 ppm CO2 concentration. For sunflower, more than 80 % of initial uranium were removed from the solution within 72 hours of rhizofiltration. For bean and Indian mustard, their uranium removal efficiencies ranged from 60 to 80 %. The removal efficiencies of cesium were over 99 % at all three plants within 24 hours. Even the uranium and cesium concentrations of solution were higher than 500 ㎍/L, these cultivars removed more than 70 % of initial uranium and cesium by rhizofiltration, suggesting that the rhizofiltration has a great capability to remove uranium and cesium in the contaminated groundwater. From the results of the analysis for the uranium (or cesium) accumulation in plant parts, over 90 % of uranium (or cesium) transferred into the plant from solution were accumulated in the root and only 10 % of uranium and cesium existed in the shoot part (including leaves). Rhizofiltration batch experiments at various pH values indicated that a solution of low pH (pH 3-5) yielded very high uranium accumulation at all three different plants. For cesium, accumulation of root and shoot did not significantly change with pH condition in solution. Finally, the genuine groundwater having high uranium concentration (242 ㎍/L), sampled from Daejoun area, was used in the batch and pilot scale experiment. For batch experiment, the uranium removal efficiency of sunflower for the genuine groundwater was higher than 95 %. For the pilot scale continuous clean-up system, Ten rhizofiltration boxes were used for the continuous clean-up system and each box was connected to another as a series circuit. To investigate the kinetic characteristics of the pilot system, different initial flow rates were used (5.0 and 12.5 ml/min). Uranium concentration of groundwater drained from each reservoir box was analyzed to calculate the removal efficiency for each box and also the total clean-up system. For flow rate of 5.0 ml/min, Uranium removal efficiency of final tank was maintained at over 99 % for 12 liter of groundwater treatment and the uranium concentration of treated groundwater maintained lower than the US EPA Water Quality Standard limit (30 ㎍/L), investigating that the rhizofiltration is the very useful method to remediate uranium contaminated groundwater at real fields.
The uranium and cesium removal efficiencies of rhizofiltration were investigated in lab scale experiment. Three plants such as sunflower (Helianthus annuus L.), bean (Phaseolus vulgaris var.), and Indian mustard (Brassica juncea (L.) Czern.) were cultivated in artificially contaminated solution by uranium and cesium, respectively. The removal efficiencies of three cultivars were calculated from the ICP/MS analysis on the uranium and cesium mass in solution and plant. Rhizofiltration processes were conducted using glass jars (12 cm × 12 cm × 8 cm) containing 400 ml of the artificially contaminated solution, which were located in the growth chamber. Twenty grams of plants were hydroponically used in each glass jar with a 5 cm deep layer of support net. All the batch rhizofiltration experiments were performed in a growth chamber at 25 ㎍, 80 % relative humidity, 16 h photoperiod, and 500 ppm CO2 concentration. For sunflower, more than 80 % of initial uranium were removed from the solution within 72 hours of rhizofiltration. For bean and Indian mustard, their uranium removal efficiencies ranged from 60 to 80 %. The removal efficiencies of cesium were over 99 % at all three plants within 24 hours. Even the uranium and cesium concentrations of solution were higher than 500 ㎍/L, these cultivars removed more than 70 % of initial uranium and cesium by rhizofiltration, suggesting that the rhizofiltration has a great capability to remove uranium and cesium in the contaminated groundwater. From the results of the analysis for the uranium (or cesium) accumulation in plant parts, over 90 % of uranium (or cesium) transferred into the plant from solution were accumulated in the root and only 10 % of uranium and cesium existed in the shoot part (including leaves). Rhizofiltration batch experiments at various pH values indicated that a solution of low pH (pH 3-5) yielded very high uranium accumulation at all three different plants. For cesium, accumulation of root and shoot did not significantly change with pH condition in solution. Finally, the genuine groundwater having high uranium concentration (242 ㎍/L), sampled from Daejoun area, was used in the batch and pilot scale experiment. For batch experiment, the uranium removal efficiency of sunflower for the genuine groundwater was higher than 95 %. For the pilot scale continuous clean-up system, Ten rhizofiltration boxes were used for the continuous clean-up system and each box was connected to another as a series circuit. To investigate the kinetic characteristics of the pilot system, different initial flow rates were used (5.0 and 12.5 ml/min). Uranium concentration of groundwater drained from each reservoir box was analyzed to calculate the removal efficiency for each box and also the total clean-up system. For flow rate of 5.0 ml/min, Uranium removal efficiency of final tank was maintained at over 99 % for 12 liter of groundwater treatment and the uranium concentration of treated groundwater maintained lower than the US EPA Water Quality Standard limit (30 ㎍/L), investigating that the rhizofiltration is the very useful method to remediate uranium contaminated groundwater at real fields.
주제어
#rhizofiltration phytoremediation uranium cesium groundwater contamination sunflower bean Indian mustard 뿌리여과법 식생법 우라늄 방사능오염 지하수오염 해바라기 강낭콩 갓
학위논문 정보
저자
Yang Minjune
학위수여기관
부경대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
환경지질과학과
발행연도
2009
총페이지
xii, 94 p.
키워드
rhizofiltration phytoremediation uranium cesium groundwater contamination sunflower bean Indian mustard 뿌리여과법 식생법 우라늄 방사능오염 지하수오염 해바라기 강낭콩 갓
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