본 연구는 자연 식물 (미나리)을 이용하여 세제로 오염된 물에서의 정화 효과를 알아보고자 수행되었다. 세제로는 계면활성제 표준액 (linear alkylbenzene sulfonate, LAS)과 주방용 세제 3종을 사용하였으며, 이를 농도별 또는 세제 별로 첨가한 수조에 야생의 미나리를 수경 재배하면서 식물체의 성장과 자정 능력을 경시적으로 관찰하였다. 식물체의 성장 변화에 있어서 미나리의 생체 중량은 배양 2일 후부터 유의하게 감소하였으며 (p<0.05) 대조군에 비하여 세제의 농도가 높을수록 감소의 정도가 컸고 시간이 경과할수록 더욱 위축되었다. 미나리 배양액의 pH는 초기의 중성에서 4일 후까지 유의하게 감소하였다가 (p<0.05) 6일 후에는 다시 증가 경향을 보였다. 그러나 초기 수준으로 회복되지는 못하였다. LAS표준액을 사용한 배양액에서는 다른 세제들보다 초기에 산성의 경향이 짙게 나타났으나 6일 후에 현저히 pH가 증가하여 18일 후에 다른 세제배양액과 비슷하게 중성에 가까워졌다 (p<0.01).배양액의 화학적 산소요구량 (COD)은 2일 후부터 증가되었으며 4일 후에도 계속 증가하다가 6일 후에 감소 경향을 보였다. 그리고 12일 후부터는 감소 또는 증가하는 등 일정한 경향을 볼 수 없었다. 배양액에 잔류된 세제는 농도별 실험에서는 배양 2일 후에 매우 유의하게 감소하였으며 (p<0.01) 이후에는 완만한 감소를 보여 6일 후에는 초기의 12.4∼23.7%만이 잔류하였다. 세제별 실험에서는 6일 후에 세제가 초기의 22.4∼34.2%가 잔류하여 매우 유의한 감소를 보였으며 (p< 0.01)이 후에는 이 수준을 유지하였다. 미나리가 비교적 양호하게 성장한 6일 동안의 세제의 감소 효과가 현저하며, 이후 시간이 경과함에 따라 그 효율은 계속 낮아졌다. 이로부터 미나리는 세제로 오염된 물을 수일 정도의 빠른 시간에 정화하는 것이 인정되며, 그 정화 능력은 물의 오염 정도나 생육 환경여건에 따라 달라질 수 있는 것으로 보여진다.
본 연구는 자연 식물 (미나리)을 이용하여 세제로 오염된 물에서의 정화 효과를 알아보고자 수행되었다. 세제로는 계면활성제 표준액 (linear alkylbenzene sulfonate, LAS)과 주방용 세제 3종을 사용하였으며, 이를 농도별 또는 세제 별로 첨가한 수조에 야생의 미나리를 수경 재배하면서 식물체의 성장과 자정 능력을 경시적으로 관찰하였다. 식물체의 성장 변화에 있어서 미나리의 생체 중량은 배양 2일 후부터 유의하게 감소하였으며 (p<0.05) 대조군에 비하여 세제의 농도가 높을수록 감소의 정도가 컸고 시간이 경과할수록 더욱 위축되었다. 미나리 배양액의 pH는 초기의 중성에서 4일 후까지 유의하게 감소하였다가 (p<0.05) 6일 후에는 다시 증가 경향을 보였다. 그러나 초기 수준으로 회복되지는 못하였다. LAS표준액을 사용한 배양액에서는 다른 세제들보다 초기에 산성의 경향이 짙게 나타났으나 6일 후에 현저히 pH가 증가하여 18일 후에 다른 세제배양액과 비슷하게 중성에 가까워졌다 (p<0.01).배양액의 화학적 산소요구량 (COD)은 2일 후부터 증가되었으며 4일 후에도 계속 증가하다가 6일 후에 감소 경향을 보였다. 그리고 12일 후부터는 감소 또는 증가하는 등 일정한 경향을 볼 수 없었다. 배양액에 잔류된 세제는 농도별 실험에서는 배양 2일 후에 매우 유의하게 감소하였으며 (p<0.01) 이후에는 완만한 감소를 보여 6일 후에는 초기의 12.4∼23.7%만이 잔류하였다. 세제별 실험에서는 6일 후에 세제가 초기의 22.4∼34.2%가 잔류하여 매우 유의한 감소를 보였으며 (p< 0.01)이 후에는 이 수준을 유지하였다. 미나리가 비교적 양호하게 성장한 6일 동안의 세제의 감소 효과가 현저하며, 이후 시간이 경과함에 따라 그 효율은 계속 낮아졌다. 이로부터 미나리는 세제로 오염된 물을 수일 정도의 빠른 시간에 정화하는 것이 인정되며, 그 정화 능력은 물의 오염 정도나 생육 환경여건에 따라 달라질 수 있는 것으로 보여진다.
This study was performed to investigate the possibility of water purification by a wild train of Oenanthe javanica DC. Three commercially available dishwashing detergents and a standard surfactant, linear alkylbenzene sulfonate (LAS), were used for this study. The experiment was done in 1.5 ι transl...
This study was performed to investigate the possibility of water purification by a wild train of Oenanthe javanica DC. Three commercially available dishwashing detergents and a standard surfactant, linear alkylbenzene sulfonate (LAS), were used for this study. The experiment was done in 1.5 ι transluscent aquariums. The plants were distributed into various concentrations of detergents and various kinds of detergent in the separate aquariums. The wet weight of the plants was significantly decreased (p<0.05), and the visual vitality of the plants also decreased in 2 days. The higher the concentration of detergent was, and the more time the plants were exposed to the detergents, the more decrease of growth was observed. The pH value of the culture media decreased in 2 days and in 4 days, then slightly increased in 6 days. However, the pH value of the media did not return to the initial neutral level of pH in 6 days. The pH value of the culture media containing the LAS remarkably increased in 6 days and increased to a neutral pH value in 18 days (p<0.01) as the pH of the other culture media. The chemical oxygen demand (COD) of the culture media gradually increased over the 4 days. A decrease of COD was observed in 6 days, but no tendency was observed between 12 and 18 days. The detergent in the culture media was highly significantly decreased in 2 days (p<0.01) and gradually decreased after this. After 6 days the remaining detergent was 12.4∼23.7% from the various levels of initially added concentration, and 22.4 ∼34.2% from the flour kinds of detergents. These results show that the reduction of detergent was caused by Oenanthe javanica and the effect was significant during the first 6 days when the plants were still growing well. These results indicate that the plant purifies contaminated water for several days and the effect could be variable according to the level of contamination and the environment in which the plant grows.
This study was performed to investigate the possibility of water purification by a wild train of Oenanthe javanica DC. Three commercially available dishwashing detergents and a standard surfactant, linear alkylbenzene sulfonate (LAS), were used for this study. The experiment was done in 1.5 ι transluscent aquariums. The plants were distributed into various concentrations of detergents and various kinds of detergent in the separate aquariums. The wet weight of the plants was significantly decreased (p<0.05), and the visual vitality of the plants also decreased in 2 days. The higher the concentration of detergent was, and the more time the plants were exposed to the detergents, the more decrease of growth was observed. The pH value of the culture media decreased in 2 days and in 4 days, then slightly increased in 6 days. However, the pH value of the media did not return to the initial neutral level of pH in 6 days. The pH value of the culture media containing the LAS remarkably increased in 6 days and increased to a neutral pH value in 18 days (p<0.01) as the pH of the other culture media. The chemical oxygen demand (COD) of the culture media gradually increased over the 4 days. A decrease of COD was observed in 6 days, but no tendency was observed between 12 and 18 days. The detergent in the culture media was highly significantly decreased in 2 days (p<0.01) and gradually decreased after this. After 6 days the remaining detergent was 12.4∼23.7% from the various levels of initially added concentration, and 22.4 ∼34.2% from the flour kinds of detergents. These results show that the reduction of detergent was caused by Oenanthe javanica and the effect was significant during the first 6 days when the plants were still growing well. These results indicate that the plant purifies contaminated water for several days and the effect could be variable according to the level of contamination and the environment in which the plant grows.
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문제 정의
실제로 오염 물질이 산화작용, 수 중식물의 생육 및 자정작용 등의 여러 요인에 의해 감소될 수 있음이 제시되었다. 그동안 수분이 많은 곳에서 비교적 잘 생육호}는 수초에 의한 오염 물질의 정화 등에 대한 시도가 있었턴 바, 7-9 본 연구에서는 우리 생활 주변의 물의 오염에 있어, 특히 대표적인 오염 물질인 세제의 오염을 감소시키는데 있어서 생물학적 방법을 통한 정화효과를 알아보고자 하였다.
이에 따라 본 연구는 생활 하수 등에서 세제 오염을 감소시 킴에 있어 자연식물이 유용하다는 가정 하어), 주방용 세제가 혼입된 물에서 미나리를 재배하여 그 정화 효과 및 정도를 관찰하기 위하여 수행되었다. 이를 토대로 오염수를 정화시키는 데 있어서 인공적인 방법을 보완하거나 또는 자연정화법에 직접 적용할 수 있는지를 예측하는 기초 자료로 활용되고자 한다.
이에 따라 본 연구는 생활 하수 등에서 세제 오염을 감소시 킴에 있어 자연식물이 유용하다는 가정 하어), 주방용 세제가 혼입된 물에서 미나리를 재배하여 그 정화 효과 및 정도를 관찰하기 위하여 수행되었다. 이를 토대로 오염수를 정화시키는 데 있어서 인공적인 방법을 보완하거나 또는 자연정화법에 직접 적용할 수 있는지를 예측하는 기초 자료로 활용되고자 한다.
제안 방법
세제별 (대조군, 계면활성제 표준품군-이하 LAS군이라 함, 시판 세제 A, Y, 및 S군-이하 세제군이라 함) 및 세제 농도별 (0, 1/8X, 1/4X, 1/2X, X, 2X, X: 표준사용량)로 구분하고 각 군별로 생체무게를 비슷하게 맞춘 미나리 (21 g ±2g)를 배치하였다. 각 수조에 해당 배양액을 조제하여 채 우고 배양하면서 배양액의 수질 및 식물의 상태 변화를 경 시적으로 관찰하였다. 세제 농도별로는 1종의 세제 (A)를 선 정하여 6일 동안 배양하면서 0, 2, 4, 및 6일째의 변화를 측정하였다.
식물체의 성장에 대해서는 화학저울을 이용하여 미나리의 성장 변화를 생체 중량으로 측정하였다. 미나리 배양액의 pH는 pH meter (Tokyo TOA Electric Ltd., Japan)를 사용하여 측정하였다. 배양액의 COED는 우리나라 환경오염공정시험법⑺에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다.
미나리의 재배를 위하여 세제를 혼입시킨 배양액을 조제 하였다. 세제별로 권장된 표준사용량에 따라 세제액을 조제 하였 때, 각각의 계면활성제의 농도 [세제의 표준사용량 X 계 면활성제(%)]는 세제 1(A)의 경우 360 ppm, 세제II(Y)의 경우 420ppm, 세제E(S)의 경우 420 ppm 이었다.
각 수조에 해당 배양액을 조제하여 채 우고 배양하면서 배양액의 수질 및 식물의 상태 변화를 경 시적으로 관찰하였다. 세제 농도별로는 1종의 세제 (A)를 선 정하여 6일 동안 배양하면서 0, 2, 4, 및 6일째의 변화를 측정하였다. 이는 실제로 주방용 세제를 사용하였을 때의 양 상을 관찰하기 위함이었다.
51의 투명한 원통형의 수조를 준비하였다. 세제별 (대조군, 계면활성제 표준품군-이하 LAS군이라 함, 시판 세제 A, Y, 및 S군-이하 세제군이라 함) 및 세제 농도별 (0, 1/8X, 1/4X, 1/2X, X, 2X, X: 표준사용량)로 구분하고 각 군별로 생체무게를 비슷하게 맞춘 미나리 (21 g ±2g)를 배치하였다. 각 수조에 해당 배양액을 조제하여 채 우고 배양하면서 배양액의 수질 및 식물의 상태 변화를 경 시적으로 관찰하였다.
이는 실제로 주방용 세제를 사용하였을 때의 양 상을 관찰하기 위함이었다. 세제별로는 예비 실험에서 6일까지의 성장이 비교적 양호한 표준사용량의 1/2배 농도 (1/2X) 에서 18일 동안 배양하면서 0, 6, 12 및 18일째의 변화를 측정하였다. 식물체의 배양은 실험실내에서 실온에서 수행되었 으며, 실험 기간 중 미나리 배양액의 수온은 22~28℃이었다.
측정 항목은 식물체의 성장 정도, 배양액의 pH, 화학적 산소요구량 (chemical oxygen demand, COD) 및 세제의 잔류농도 등이었다. 식물체의 성장에 대해서는 화학저울을 이용하여 미나리의 성장 변화를 생체 중량으로 측정하였다. 미나리 배양액의 pH는 pH meter (Tokyo TOA Electric Ltd.
측정 항목은 식물체의 성장 정도, 배양액의 pH, 화학적 산소요구량 (chemical oxygen demand, COD) 및 세제의 잔류농도 등이었다. 식물체의 성장에 대해서는 화학저울을 이용하여 미나리의 성장 변화를 생체 중량으로 측정하였다.
실험에 사용한 미나리는 못에서 야생 상태로 자란 것으로 시중 미나리 재배자로부터 구입하였다. 3일 동안 실험 환경 에 적응시킨 후, 각 실험군당 생체 중량이 21 ±2 g이 되도록 배치하였다.
실험을 위하여 1.51의 투명한 원통형의 수조를 준비하였다. 세제별 (대조군, 계면활성제 표준품군-이하 LAS군이라 함, 시판 세제 A, Y, 및 S군-이하 세제군이라 함) 및 세제 농도별 (0, 1/8X, 1/4X, 1/2X, X, 2X, X: 표준사용량)로 구분하고 각 군별로 생체무게를 비슷하게 맞춘 미나리 (21 g ±2g)를 배치하였다.
이론/모형
배양액의 COED는 우리나라 환경오염공정시험법⑺에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다. 배양액 중의 계면활성제 (LAS)의 농도는 환경 오염공정시험법m에 따라 메틸블루법£로 측정하였다.
, Japan)를 사용하여 측정하였다. 배양액의 COED는 우리나라 환경오염공정시험법⑺에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다. 배양액 중의 계면활성제 (LAS)의 농도는 환경 오염공정시험법m에 따라 메틸블루법£로 측정하였다.
성능/효과
세제별 비교를 위하여 1/2X 농도군을 선택하여 세제별 실험을 진행한 결과, 세제별 비교에서도 시간이 경과함에 따라 뚜렷이 생체 중량이 감소하였다. 대조군의 경우 6일 후 중량이 28.1% 감소, 12일 후 51.3% 감소, 그리고 18일 후 54.6 % 감소한 반면, 세제군(A, S 및 Y)과 LAS군(TC)의 경우 6일 후 53.7-57.4% 평균 55.6%), 12일 후 53.0-59.3% 평균 57.0%), 그리고 18일 후 58.5-62.2% 평균 60.2%)의 감소를 보였다 (p<0.05). 이와 같은 결과는 뒤에서 논의될 pH 와 COD 등의 수질 지표의 개선과 대체로 일치하는 경향이 었다.
01). 따라서 미나리에 의한 세제의 제거율은 초기 농도와 큰 관련 없이 재배 초기에 현저하게 높으며 이 후에는 제거 효율이 완만한 것으로 보인다.
전반적으로 미나리는 배양액 중에서 시간이 경과 함에 따라 대체로 성장이 위축되었다. 세제 농도별 실험에서 6일 경과 후의 결과를 보면 대조군의 경우 생체 중량이 초기 중량을 100%로 보았을 때 28.1% 감소하였으며, 세제군의 경우 농도별로 52.9~59.1 %만큼 유의하게 감소하였다 (p <0.05). 여기서 1/8X, 1/4X 및 1/2X (X: 표준사용량)의 농도 군에서는 실험 종료 시까지 식물체의 상태가 비교적 양 호하였으며, 그 이상의 농도에서는 중량 감소가 더욱 현저하였다.
세제별 비교를 위하여 1/2X 농도군을 선택하여 세제별 실험을 진행한 결과, 세제별 비교에서도 시간이 경과함에 따라 뚜렷이 생체 중량이 감소하였다. 대조군의 경우 6일 후 중량이 28.
세제별 실험에 있어서는 모든 세제군(A, S 및 Y)과 LAS 군(TC)에서 시간이 경과할수록 세제의 농도가 대체로 감소하는 경향을 보였다. 6일 후에는 초기의 65.
세제 농도별 실험 에서는 대조군의 경우 초기의 중성 pH를 유지하였으나 세제군의 경우 농도가 높을수록 초기뿐 아니라 전체 배양기간 중 배양액의 pH가 낮은 경향을 나타내었다. 시간이 경과함에 따라서 1/8X, 1/4X, 1/2X군, IX 및 2X군 (X: 표준사용량) 등에서 모두 배양 4일 후까지 pH가 유의하게 낮아졌다가 (p<0.05) 6일 후에는 다시 높아졌으나 초기의 중성 pH로 완전히 회복되지는 못하였다. 이는 세제 사용으로 인한 배양액 의 산성화를 미나리가 완화시킬 수 있으나, 미나리를 이용하여 중성화하는 데에도 한계가 있음을 추론하게 한다.
그러나 그럼에도 불구하고 그들의 연구에서도 20일 이후에는 COD 감소 효과가 적은 것으로 나타났다. 실제로 본 연구에서도 18일 이후 에는 식물체가 거의 고사하여 더 이상 실험을 진행할 수 없었으며 세제군과 LAS군에서는 COD가 오히려 증가하였다. 이는 주어진 실험계 내에서 이 식물체가 물을 정화하는 능력 에는 한계가 있음을 나타낸다.
이와 같이 미나리나 옥잠과 같은 식물체를 세제가 오염된 물에서 배양함으로써 수일 내에 물의 중성화에 상당한 효과를 볼 수 있는 것으로 나타났다. 또 이러한 결과들은 세제의 권장사용량 이상의 농도에서는 그만큼 수질의 회복이 더디 거나 정화에 어려움을 시사하는 것으로 평가된다.
후속연구
이와 같은 미나리 등의 pH 중화능은 식물체의 뿌리 부분에 존재하는 탈수소효소에 의해 가능한 것으로 생각되고 있다." 그러나 한편으로 물을 오염시키는 물질로는 산성 물질 뿐만 아니라 알칼리성 물질, 그리고 각종 유기 및 무기 물질 등이 다양하므로 앞으로 이들 수생 식물의 오염수 중화 능력을 오염 물질별로 면밀하게 평가해보아야 할 것이다.
따라서 미나리 등의 수초는 수일 정도의 시간에 비교적 빠르게 세제를 흡수하여 제거하는 것으로 추측된다. 그러나 본 연구에서는 세제가 식물체 내에 축적되었거나 또는 흡수된 정도를 실험 하지 못하여 이러한 흡수의 속도나 메커니즘을 규명하지는 못 하였으므로 이는 앞으로 수행될 연구에 기대한다. 또 각 수초 종류별로 동일한 환경 여건에서의 비교 실험이 필요하겠다.
그러나 본 연구에서는 세제가 식물체 내에 축적되었거나 또는 흡수된 정도를 실험 하지 못하여 이러한 흡수의 속도나 메커니즘을 규명하지는 못 하였으므로 이는 앞으로 수행될 연구에 기대한다. 또 각 수초 종류별로 동일한 환경 여건에서의 비교 실험이 필요하겠다.
세제군에서는 농도별로 다시 감소하는 경향을 나타내었으나 초기 수준으로 회복되지는 못하였다. 또한 세제의 농도가 높을수록 COD가 높은 경향을 보여 이로부터 세제의 사용량이 많을수록 물의 정화는 더욱 어려워진다는 사실이 입증되며 세제의 사용량을 가능한 줄이도록 하는 노력이 절실하게 필요하겠다.
본 연구를 통하여 미나리가 세제로 오염된 물을 자정시킨다는 것은 나타났으나, 식물체가 세제를 흡입 또는 감소시킨 기전을 밝히지는 못하였다. 또한 식물체 자체 내에 어떠한 영향을 미치는가를 알아내지 못하였으며, 이에 대해서는 향후의 연구가 필요하다고 본다. 또 한편으로 사람이 미나리를 식용으로 하는 바, 이렇게 세제로 오염된 물에서 생장한 미나리를 식용으로 하였을 때의 건강 위해가 우려될 수 있으므로 안전성에 대한 확인이 필요하다.
화학적인 방법보다는 자연의 자정능력을 이용하자는 연구가 강조되고 있다. 본 연구를 통하여 미나리가 세제로 오염된 물을 자정시킨다는 것은 나타났으나, 식물체가 세제를 흡입 또는 감소시킨 기전을 밝히지는 못하였다. 또한 식물체 자체 내에 어떠한 영향을 미치는가를 알아내지 못하였으며, 이에 대해서는 향후의 연구가 필요하다고 본다.
또 한편으로 사람이 미나리를 식용으로 하는 바, 이렇게 세제로 오염된 물에서 생장한 미나리를 식용으로 하였을 때의 건강 위해가 우려될 수 있으므로 안전성에 대한 확인이 필요하다. 이를 위하여 물고기나 실험 동물을 이용한 연구 등을 통하여 안전성 검토와 역학적 고찰이 이루어져야 할 것이다.
Kim, B. Y., Kim, K. S., and Park, Y. D.: Studies on the nutrient removal potential of selected aquatic plants in the pig waste water. Korean J. Environ Agric. 7(2), 111-116 (1991)
아태환경연구원: 합성세제의 환경영향 및 안전성 평가를 위한 조사연구 (1994)
김점식: 세제의 특성, 비누-세제, '93 겨울호 (1993)
http://www.me.go.kr/education/class21/5-01.html
이용육: 실험기구의 재사용강화를 위한 세척 방법에 관한 소고, 한국환경위생학회지 18(2), 1-2 (1992)
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