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문제 정의
- 본 연구에서는 갯벌의 정화기능 평가를 위한 하나의 실험적 접근방법으로, 투수 가능한 충남 서천군 춘장대 갯벌을 이용해 통수실험에 의한 하수와 해수의 비율에 따른 오염물질 제거능력을 평가해 보았다.
제안 방법
- 갯벌의 물리·화학적 특성 조사를 위하여 코아채니기를 이용하여 25cm 까지의 갯벌을 채취하여 표층에서부터 5cm 간격으로 입 경분포, pH, 산화환원전위, COD, 유기탄소와 유기질소(CHN .Yanaco MT~2), 강열감량, 황화물. 중금속(Simadzu 6601F) 및 영양염 용출량을 측정하였다”
- 각 칼럼에 사용된 시료수는 하수를 G2여과지(6㎛)로 여과한 여액 (R1), 생하수를 GF/C여과지(L2网1)로 여과 후 하 수중의 미생물에 의한 영향을 제거하기 위하여 고압멸균기 (autoclave”로 120℃에서 15분간 멸균한 하수(R2), 여과 . 멸균된 하수를 membrane filter로 여과한 해수와 1:1 (하수:해수)로 혼합한 시료수(R3) 그리고 R3에서 사용된 하수와 해수를 이용해 그 비를 1:2로 혼합한 시료수(R4)를 이용하였다. 4종류로 조제된 시험수를 이용한 통수실험 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 실험방법은 칼럼에 앞에서 조제된 시료수를 연속적으로 공급하고 일정 시간간격(220분까지는 20분 간격, 그 후 330분까지는 30분 간격 그리고 나머지는 60분 간격) 으로 시료를 채취하이 시험수로 하였으며, 전체 실험 시간은 1, 060분이었지만 580분 이후 R1과 R2 칼럼에서 서서히 막힘현상이 나타나 정확한 유량을 구할 수 없었기 때문에 본 연구의 결과는 580분까지만 이용하였다. 칼럼으로의 유입속도는 151戒/min로 연속 유입 및 유출을 시켰다’ 실험에 사용된 칼럼 내 갯벌의 높이는 모두 25cm 로 맞추었다.
- 오염물질 정화능력을 평가하기 위한 실험적 연구로서 통수실험을 이용하였다. 투수실험에서 양호한 투수 능을 보인 춘장대 갯벌을 이용하여 앞에서 조제된 4종류의 시료 수(R1 ~R4)에 대하여 통수실험에 의한 오염물질의 정화능력을 비교 평가해 보았다.
- 첫째는 하수처리장 최초침전지의 생하수를 G2여과지 (6㎛)로 여과한 여액(R1)을 이용하였고, 둘째는 생하수를 GF/C여과지(1.2/加)로 여과 후 하수중의 미생물에 의한 영향을 제거하기 위하여 고압멸균기(autoclaver)로 120℃에서 15분간 멸균한 하수(R2)를 사용하였다. 셋째는 여과 .
- 충남 서천군 춘장대에서 채취한 갯벌을 통수 칼럼에 넣고 오염물질 정화능력을 평가 해 보았다. 각 칼럼에 사용된 시료수는 하수를 G2여과지(6㎛)로 여과한 여액 (R1), 생하수를 GF/C여과지(L2网1)로 여과 후 하 수중의 미생물에 의한 영향을 제거하기 위하여 고압멸균기 (autoclave”로 120℃에서 15분간 멸균한 하수(R2), 여과 .
- 통수실험에서 채취된 시험수에 대하여 화학적산소요구량(COD), 영양염류(질산질소, 암모니아질소, 인산인), 중금속(Cd, Pb)을 측정하였다. COD는 산성 K©灣과 알카리성 KMnQ법으로 측정하였고, 질산질소는 Cd-Cu환원법, 암모니아질소는 indophenol법, 인산인은 ascorbic-acid 법으로 측정하였다.
- 이용하였다. 투수실험에서 양호한 투수 능을 보인 춘장대 갯벌을 이용하여 앞에서 조제된 4종류의 시료 수(R1 ~R4)에 대하여 통수실험에 의한 오염물질의 정화능력을 비교 평가해 보았다. 각 칼럼에서 580분 실험한 후 오염물질의 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도의 차이를 이용해 구한 평균 제거율을 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
- 갯벌의 오염물질 정화능력을 평가하기 위하여 투수 능이 이상이 되는 충남 서천군 춘장대 갯벌을 이용하였다. 춘장대 갯벌은 주변에 인위적 오염원이 거의 없는 모래갯벌로서 현재 해수욕장으로 이용되고 있으며, 여 러 종류의 저서생물이 공존하는 지역 이다.
- 셋째는 여과 . 멸균된 생하수를 membrane filter로 여과한 해수와 1:1(하수:해수)로 혼합한 시료수(R3)를 이용하였으며, 넷째는 R3에서 사용된 하수와 해수의 비를 1:2로 혼합한 시료수(R4)를 이용하였다.
- 채취한 생하수를 이용하였다. 생하수와 해수의 혼합비에 따른 오염물질 제거능을 살펴보기 위하여 4종류의 시료수를 만들어 사용하였다.
- 실험 대상 오염물질은 유기물(COD), 영양염류(질소와 인), 중금속(Cd, Pb)으로 하였다. 중금속은 생하수중 농도가 낮아 미량첨가하여 시료수 농도가 Cd 66.
- 실험에 사용한 시료수는 익산시 하수처리장의 최초침전지에서 채취한 생하수를 이용하였다. 생하수와 해수의 혼합비에 따른 오염물질 제거능을 살펴보기 위하여 4종류의 시료수를 만들어 사용하였다.
- Yanaco MT~2), 강열감량, 황화물. 중금속(Simadzu 6601F) 및 영양염 용출량을 측정하였다”
- 통수실험을 통한 갯벌의 정화능력 평가를 위해 충남서천군 춘장대 갯벌을 현장에서 아크릴칼럼(직경 60mm X높이 60cm)에 채취해서 실험을 행하였다. 하부에 갯벌의 유출을 막기 위하여 망사를 사용하였다(Fig.
이론/모형
- Pb)을 측정하였다. COD는 산성 K©灣과 알카리성 KMnQ법으로 측정하였고, 질산질소는 Cd-Cu환원법, 암모니아질소는 indophenol법, 인산인은 ascorbic-acid 법으로 측정하였다. 중금속은 원자홉광광도계(Shimadzu, 6601F)로 직접 측정하였다.
성능/효과
- 1mg이었다. R1과 R2에서 총 누적 제거 양이 해수가 1:1 로 함유된 R3보다는 약 3배 높았고, 생하수와 해수가 1:2 로 함유된 R4보다는 약 20배 높아 시료수에 하수의 함량이 높을수록 COD와 마찬가지로 암모니아질소가 잘 제거되는 것으로 판단되었다. 총인의 경우 각 칼럼에서 580분실험한 후 제거된 총 누적 양은 R1 3.
- 각 칼럼에서 580분 실험한 후 제거된 COD의 총 제거 양은 R1 49.1 mg, R2 23.5mg, R3 14.8mg, R4 7.5mg으로 R1 에서 가장 높게 나타났다. 칼럼 실험(R1 ~R4) 시작 후 180분 동안에 제거된 양은 총 제거 양의 23%, 43%, 40% 와 72%로 각각 나타나 R2~R4는 40% 이상이 180분 동안에 빠르게 제거되어지는 것으로 생각되었다.
- 해수를 다른 비율로 한 R3와 R4의 경우 R3가 R4 보다 약간 높은 제거율을 나타냈는데, 이와 같은 결과는 今岡 등®이 인공간석지의 통수실험에서 보고한 해수에대한 하수 첨가율(10~40%)을 다르게 한 경우 COD 제거율에서 하수 첨가율이 높을수록 제거율이 증가한다는 결과와 유사하였다. 그리고 유와 김的이 plate 반응기로 구한 COD 제거율인 약 6%보다는 훨씬 높은 제거율을 보였다.
- 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 Pb의 평균 제거율은 R3와 R4에서 95%로 R1과 R2에서의 67%와 77%보다 약간 높았는데 이는 Pb이 해수 중 무기리간드와 결합해 침강이나 홉착형태로 갯벌에서 제거되기 때문인 것으로 판단되었다.
- 하지만 R4는 초기 20분 실험에서 56%의 빠른흡착이 일어나고 그 이후에는 뚜렷한 제거가 나타내지 않았다. 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 암모니아질소의 제거율은 R1과 R2에서 48%와 47%로 R4에서 8% 보다 약 6배 높았다.
- 5배 높았는데, 이는 R1 칼럼에서의 탈질효과 때문인 것으로 생각되며, 해수를 함유시킨 R4에서는 미생물에 의한 탈질작용이 억제되어 질산질소가 오히려 증가된 것으로 판단되었다. 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 질산질소의 평균 제거율은 R1에서 71%로 가장 높았고 R4에서는 -13%로 오히려 질산질소가 생성됨을 알 수 있었다.
- 0腮으로 R3에 서 총 제거양이 가장 높았고, R4에서 가장 낮았다. 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 총인의 평균 제거율은 R3에서 50%로 R4에서의 20%보다 2배 이상 높았다.
- 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한유기물 제거율은 R1과 R3에서 11%와 10%로 R2의 7% 보다 다소 높게 나타났는데 이는 시료수의 입상 유기물흡착과 미생물 분해작용의 영향인 것으로 판단되었다. 해수를 다른 비율로 한 R3와 R4의 경우 R3가 R4 보다 약간 높은 제거율을 나타냈는데, 이와 같은 결과는 今岡 등®이 인공간석지의 통수실험에서 보고한 해수에대한 하수 첨가율(10~40%)을 다르게 한 경우 COD 제거율에서 하수 첨가율이 높을수록 제거율이 증가한다는 결과와 유사하였다.
- 3mg이었다. 멸균하지 않은 R1 이 시료수를 멸균한 R2 보다 2.5배 높았는데, 이는 R1 칼럼에서의 탈질효과 때문인 것으로 생각되며, 해수를 함유시킨 R4에서는 미생물에 의한 탈질작용이 억제되어 질산질소가 오히려 증가된 것으로 판단되었다. 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 질산질소의 평균 제거율은 R1에서 71%로 가장 높았고 R4에서는 -13%로 오히려 질산질소가 생성됨을 알 수 있었다.
- 본 통수실험에서의 영양염류는 주로 흡착 및 미생물학적 반응에 의해 제거되는 것으로 판단된다.
- 9%, COD는 l, 789㎎/㎏을 나타내었다. 유기 탄소는 평균 1.56mg/g, 유기질소는 0.47mg/g이었으며, 저층으로 갈수록 낮아지는 경향을 나타내었匸k 중금속의 함량은 Cu가 평균 8.34㎎/㎏, Cd가 1.62㎎/㎏, Pb가 29.89㎎/㎏ 을 나타내었고, 영양염 용출실험으로 구한 용출량은 암모니아 질소가 0.712㎎/㎏, 질산질소가 0.530㎎/㎏, 인산인이 0.323㎎/㎏을 나타내었다.
- 7%보다 약간 높았다. 이상과 같이 칼럼 실험에서 중금속은 해수가 첨가된 시료에서 제거율이 높았다. 하지만 초기 20분간 흡착된 중금속의 양은 580분 동안 흡착된 총 양의 3~4%로 유사한 값을 나타내었다.
- 이상과 같이 칼럼실험에서 중금속은 해수가 첨가된 시료에서 제거율이 높게 나타났는데 이는 Romkens와 Dolfing啪의 Ca이온이 중금속과 흡착되어 응집된다는 보고와 유사한 결과를 보였다.
- ®의 연구 결과 중 칼슘이 많은수역에서 인의 순환은 pH에 좌우된다. 즉 pH가 상승하면 CaC0:3의 응집으로 인산인의 침전이 증가하고, 반대로 pH가 감소하면 인산인의 용출이 일어나는 현상과는역의 관계를 나타내었다.
- 5에 나타내었다. 총 인의 경우 각 칼럼에서 580분 실험한 후 제거된 총 누적 양은 R1 3.4mg, R2 4.2mg, R3 5.6mg, R4 2.0腮으로 R3에 서 총 제거양이 가장 높았고, R4에서 가장 낮았다. 또한 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 총인의 평균 제거율은 R3에서 50%로 R4에서의 20%보다 2배 이상 높았다.
- 춘장대 갯벌의 수리학적 특성은 평균 투수속도가 0.01584cm/s로서 투수량이 18.66m〃min으로 나타났다.
- 함유된 R3와 R4에서 약간 높았다. 칼럼 실험(R 1-R4) 시작 후 초기 20분에 제거된 양은 총 제거 양의 모두 4%로 나타나 초기에는 비슷한 제거가 일어나는 것을 알 수 있었다.
- 함유된 R4보다는 약 20배 높아 시료수에 생하수의 함량이 높을수록 암모니아질소가 잘 제거되는 것으로 나타났다. 칼럼 실험(R1 ~R4) 시작 후 120분까지 제거된 암모니아질소는 총 제거 양의 56%, 48%, 33%와 90%로 각각 나타났다. 하지만 R4는 초기 20분 실험에서 56%의 빠른흡착이 일어나고 그 이후에는 뚜렷한 제거가 나타내지 않았다.
- 5mg으로 R1 에서 가장 높게 나타났다. 칼럼 실험(R1 ~R4) 시작 후 180분 동안에 제거된 양은 총 제거 양의 23%, 43%, 40% 와 72%로 각각 나타나 R2~R4는 40% 이상이 180분 동안에 빠르게 제거되어지는 것으로 생각되었다. 하지만 中의 경우는 초기 제거는 느리게 일어났지만 400분 찌후에 급격히 증가하였는데 이는 미생물 분해작용 때문인 것으로 판단되었다.
- 비슷한 수준이었다. 칼럼 실험(R1 ~R4) 시작 후 초기 20분에 저】거된 양은 총 제거 양의 3%~4%로 나타나 시료수의 조제방법이나 유입농도에 관계없이 초기에는 비슷한 제거가 일어나는 것을 알 수 있었다.
- 통수실험에 의해 제거된 COD 양은 시료수에 하수의 함유량이 증가할수록 증가하였다.
- 평균 유입수 농도와 평균 유출수 농도로 구한 Pb의 평균 제거율은 R3와 R4에서 94.6%와 949%로 R1과 R2 에서의 66.5%와 77.0%보다 약간 높았고, Cd의 평균 제거율도 R3와 R4 에서 93.1%와 88.5%로 R1과 R2에서의 61.2%와 82.7%보다 약간 높았다. 이상과 같이 칼럼 실험에서 중금속은 해수가 첨가된 시료에서 제거율이 높았다.
- 1腮으로, R1과 R2에서 총 누적 제거 양이 해수가 1:1로함유된 R3보다는 약 3배 높았고, 생하수와 해수가 1:25. 함유된 R4보다는 약 20배 높아 시료수에 생하수의 함량이 높을수록 암모니아질소가 잘 제거되는 것으로 나타났다. 칼럼 실험(R1 ~R4) 시작 후 120분까지 제거된 암모니아질소는 총 제거 양의 56%, 48%, 33%와 90%로 각각 나타났다.
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