[논문]수생식물을 이용한 중금속 제거에 관한 연구

이상호; 이인구

수생식물을 이용한 중금속 제거에 관한 연구
Removal of Heavy Metals using Aquatic Plant 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.3 no.4, 2002년, pp.5 - 10

이상호 (상명대학교 환경공학과) , 이인구 (상명대학교 대학원 환경공학과)

초록
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Pistia stratiotes(Water Lettuce)는 고도처리를 위한 폐수로부터 무기오염원 제거에 적용되어질 수 있다. 본 연구는 2차 처리된 폐수로부터 중금속을 제거하기 위하여 시도하였다. 납(Pb)과 크롬(Cr(VI))의 초기 농도를 0.5, 1.0, 1.5mg/L로 각각 다르게 적용되어 졌다. 그 외에 납(Pb)과 크롬(Cr(VI))을 혼합하여 제거효율을 관찰하였다. Pistia stratiotes에 의해 납(Pb)은 41.0~72.0%의 제거효율을 보였고 크롬(Cr(VI))은 25.0~30.0%의 제거효율을 보였다. Pistia stratiotes는 정지된 상태에서 수일 동안 중금속에 노출되어 중금속을 제거할 수 있었다. 그러나, 중금속은 식물에 독성을 일으켜 엽록소합성을 억제하고 생체량이 감소하면서 결국은 식물의 일부가 사멸하는 것이 관찰되었다. Pistia stratiotes에 의한 납(Pb)과 크롬(Cr(VI))의 제거효율은 식물의 성장과 함께 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Pistia stratiotes(Water Lettuce) can be applied to remove inorganic pollutants from the wastewater for the advanced treatment. This study attempts to remove heavy metals from the secondary treated wastewater. Three different initial concentrations of heavy metals were applied as 0.5, 1.0 and 1.5 mg/L for Lead(Pb) and Chromium(Cr(VI)). In addition, the removal efficiency for the mixture of Lead and Chromium was also observed. The removal efficiency of Pb was in the range of 41.0~72.0% for Pb and it was in the range of 25.0~30.0% for Cr(VI) by Pistia stratiotes. The plants placed in static systems were able to remove the heavy metals in a few days of exposure. However, it was observed that the heavy metals affected produce phytotoxic effects on plants resulting in inhibition of chlorophyl synthesis, decrease in biomass production, and finally plant necrosis. The removal efficiencies of Pb and Cr(VI) by Pistia stratiotes were increased with plant growth.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

커다란 수초는 빛에 타거나 여러 가지 질병이나 박테리아에 의한 감염으로 죽을 수 있고 응축된 작은 물방울이 수초위로 떨어져 수초가 상하는 것을 막기 위해 유리덮개를 덮어주기도 한다.¹⁵⁾ 본 연구는 물상추의 생리적 특성을 이용하여 폐수 중에 함유된 중금속의 농도정도에 따른 중금속 제거 효율을 평가하기 위함이며 농도변화에 따른 물상추의 생체 변화를 판단하기 위함이다.

제안 방법

Cr(VI)을 농 도별로 0.5, 1, 1.5 mg/L로 처리한 후각 수조마다 물상추를 부유시켜 일별로 4일간 Cr(VI) 잔존량과 제거효율을 조사하였다. Cr(VI)은 물 상 추가부유 후 4일 동안 0.
Pb standard solution (1,000 mg/L, HACH)을 희석 제조하여 Batch 실험 초기 Pb 농도를 0.5, 1.0 그리고 1.5 mg/L로 투입한 후 각 수조마다 물상추를 부유시켜 매일 하루 단위로 Pb의 잔존 농도를 분석하여 제거효율을 조사하였다. Pb의 초기 농도가 0.
물상추의 생육은 실험실 조건하에서 행하였는데 기온은 24 ～ 29℃, 수온은 24 ～ 26℃로 유지하였다. Pb과 Cr(VI)는 농도별로 0.5, 1.0, 1.5 mg/L로 처리하여 물상추를 부유시키면서 각 중금속의 제거효율을 일별로 조사하였다.
본 실험에 사용된 물상추는 천남성과에 속하는 수생식물로서 하수의 고도처리용으로 사용되고 있는 것을 취하여 수돗물에 48시간 담근 후 실험에 사용하였다. 본 연구에서는 하수에 중금속을 첨가하여 batch type 실험을 수행하였으며 물상추의 성장에 알맞은 여름철인 2001년 8월에 실험하였다. 실험에 사용한 중금속은 1,000 mg/L의 Pb standard solution과 Cr(VI) standard solution을 사용하였다.
본 연구의 결과를 도출하기 위하여 하수에 Pb과 Cr(VI) 용액을 혼합하여 물상추에 의하여 중금속에 의한 pH 변화와 시간에 따른 생체량 변화를 조사하였다. 하수 중의 Pb와 Cr(VI)에 대한 농도 분석은 Atomic Absorption Spectrophotometer (SIMATZU, 6200)를 사용하여 분석하였다.
4에 나타내었다. 전반적으로 시일이 경과하면서 pH는 높아졌는데 6.26～7.70의 범위에서 중금속의 종류에 따라 조금씩 상이하였다.
하수에 Pb과 Cr(VI)을 인위적으로 첨가하여 물상추를 이용하여 중금속 제거효율, pH 변화 그리고 수생식물의 생체중량 변화를 평가하기 위한 Batch 실험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

대상 데이터

Batch 실험을 위한 수조는 1L용량의 유리 비이커를 각각 1L의 하수를 채우고 성장단계에 있는 물상추를 이식시켜 Fig. 1과 같이 12개의 수조에 중금속을 농도별로 설치하였고 실험에 사용된 중금속은 Pb와 Cr(VI) 표준용액을 희석하여 사용하였다. 대조구(Control)는 2차 활성슬러지공법으로 처리된 하수에 중금속을 함유하지 않은 시료를 사용하였다.
1과 같이 12개의 수조에 중금속을 농도별로 설치하였고 실험에 사용된 중금속은 Pb와 Cr(VI) 표준용액을 희석하여 사용하였다. 대조구(Control)는 2차 활성슬러지공법으로 처리된 하수에 중금속을 함유하지 않은 시료를 사용하였다. 물상추의 생육은 실험실 조건하에서 행하였는데 기온은 24 ～ 29℃, 수온은 24 ～ 26℃로 유지하였다.
본 연구에 이용된 수생식물인 물상추(Pistia stratiotes)는 열대와 아열대 지역에서 성장하며 잎이 장미모양으로 배열되어 있다. 이 부상초는 잎이 밝은 초록색이며 끝이 무디고 키가 10cm정도이다.
본 연구에서는 하수에 중금속을 첨가하여 batch type 실험을 수행하였으며 물상추의 성장에 알맞은 여름철인 2001년 8월에 실험하였다. 실험에 사용한 중금속은 1,000 mg/L의 Pb standard solution과 Cr(VI) standard solution을 사용하였다.

이론/모형

본 연구의 결과를 도출하기 위하여 하수에 Pb과 Cr(VI) 용액을 혼합하여 물상추에 의하여 중금속에 의한 pH 변화와 시간에 따른 생체량 변화를 조사하였다. 하수 중의 Pb와 Cr(VI)에 대한 농도 분석은 Atomic Absorption Spectrophotometer (SIMATZU, 6200)를 사용하여 분석하였다.

성능/효과

1. 물상추에 의한 Pb 제거효율은 Pb 단독 오염원에 대하여 4일 동안 0.5 mg/L일 때 41.0%, 1.0 mg/L일 때 43.5%, 1.5 mg/L일 때 72.0%로 나타났다. Pb이 단독 오염원으로 존재할 때 Pb 제거효율은 Pb과 Cr(VI)이 혼합 오염원으로 존재할 때보다 Pb 제거효율이 높았다.
2. Cr(VI) 제거효율은 4일 동안 0.5 mg/L일 때 6.8%, 1.0 mg/L일 때, 9.2% 그리고 1.5 mg/L일 때 25.9%이었다. Cr(VI)의 제거효율도 Pb 제거효율과 동일하게 Cr(VI) 단독 오염원일 경우, Pb과 Cr(VI)가 혼합 오염원으로 처리했을 때보다 물상추에 의한 처리효율이 높았다.
3. 각 수조별 pH 변화는 큰 변화가 없었지만 전반적으로 높아지는 경향을 보였고 Cr(VI)의 경우, 1.5 mg/L에서 초기 pH 6.32에서 4일 후 7.32로 가장 큰 변화를 보였고 Pb과 Cr(VI)가 혼합되어 있는 경우 24시간 동안 0.5 mg/L에서 6.54에서 7.48로 가장 높은 변화를 보였다. Pb의 경우는 1.
4. 물상추의 생체 무게를 조사한 결과 Pb과 Cr(VI)가 단독 오염원으로 존재하는 경우, 생체 무게 변화는 초기 농도와 관계없이 물상추의 생체 무게가 증가하였다. 따라서 중금속이 단독오염원으로 적용될 때는 초기 농도가 1.
0%가 제거되어 Pb이 단독 오염원일 때보다 제거효율이 감소하였다. Pb과 Cr(VI) 혼합액 수조에서 Pb과 Cr(VI)의 제거효율은 단일 중금속으로 물상추에 의한 제거효율보다 처리 효율이 낮았다. 특히 Pb가 단독 오염원일 때보다 Cr(VI)이 추가로 복합 오염원으로 존재할 때 물상추에 의한 처리효율이 낮았으며 Cr(VI)의 경우도 동일하게 처리효율이 낮게 나타났다.
5 mg/L에서는 초기 생체 무게보다 약 4% 감소하는 것으로 나타났다. Pb과 Cr(VI)의 혼합액의 농도 0.5, 1, 1.5 mg/L에서는 초기 농도 0.5 mg/L를 제외하고는 생체 중량이 조금씩 감소하는 것으로 나타났다.
특히 Pb가 단독 오염원일 때보다 Cr(VI)이 추가로 복합 오염원으로 존재할 때 물상추에 의한 처리효율이 낮았으며 Cr(VI)의 경우도 동일하게 처리효율이 낮게 나타났다. Pb과 Cr(VI)이 복합 오염원으로 수중에 함유되어 있을 때 Cr(VI)의 제거 효율을 살펴보면 0.5 mg/L의 경우는 6.0%로서 4일 후 0.470 mg/L, 초기 농도 1.0 mg/L일 경우의 제거 효율은 9.5%, 1.5 mg/L일 경우는 18.4%로 나타났다. Pb과 Cr(VI)이 단독 오염원일 때 그리고 Pb과 Cr(VI)이 복합오염원일 때의 Pb과 Cr(VI)의 제거 효율을 Table 1에 나타내었다.
0%로 나타났다. Pb이 단독 오염원으로 존재할 때 Pb 제거효율은 Pb과 Cr(VI)이 혼합 오염원으로 존재할 때보다 Pb 제거효율이 높았다.
물상추의 생체 무게를 조사한 결과 Pb과 Cr(VI)가 단독 오염원으로 존재하는 경우, 생체 무게 변화는 초기 농도와 관계없이 물상추의 생체 무게가 증가하였다. 따라서 중금속이 단독오염원으로 적용될 때는 초기 농도가 1.5 mg/L까지는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 그러나 Pb과 Cr(VI)가 복합 오염원일 경우는 초기 농도가 1.
이상의 결과로 볼 때 수생식물은 pH 중화 능력 뿐만 아니라 중금속의 제거율도 높은 것으로 나타났다. 따라서 앞으로 수생식물을 이용한 처리법이 지속적으로 연구개발 되어 실용화되어 진다면 인위적 조작에 의한 처리법이 아니라 자연순환 대사를 적용한 방법으로서의 측면에서도 매우 바람직한 처리방법이라 기대된다.
Pb과 Cr(VI) 혼합액 수조에서 Pb과 Cr(VI)의 제거효율은 단일 중금속으로 물상추에 의한 제거효율보다 처리 효율이 낮았다. 특히 Pb가 단독 오염원일 때보다 Cr(VI)이 추가로 복합 오염원으로 존재할 때 물상추에 의한 처리효율이 낮았으며 Cr(VI)의 경우도 동일하게 처리효율이 낮게 나타났다. Pb과 Cr(VI)이 복합 오염원으로 수중에 함유되어 있을 때 Cr(VI)의 제거 효율을 살펴보면 0.

후속연구

이상의 결과로 볼 때 수생식물은 pH 중화 능력 뿐만 아니라 중금속의 제거율도 높은 것으로 나타났다. 따라서 앞으로 수생식물을 이용한 처리법이 지속적으로 연구개발 되어 실용화되어 진다면 인위적 조작에 의한 처리법이 아니라 자연순환 대사를 적용한 방법으로서의 측면에서도 매우 바람직한 처리방법이라 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Pistia stratiotes는 어디에 적용되어질 수 있는가?	Pistia stratiotes(Water Lettuce)는 고도처리를 위한 폐수로부터 무기오염원 제거에 적용되어질 수 있다. 본 연구는 2차 처리된 폐수로부터 중금속을 제거하기 위하여 시도하였다.
	생활하수의 처리방법에는 무엇이 있는가?	중금속 함유폐수의 경우에는 물리적 방법과 화학적 방법을 이용한 처리방법을 중금속이 함유되지 않은 생활하수의 경우에는 물리적 방법과 생물학적 방법을 이용하여 처리하고 있다.
	수생식물을 이용한 처리방법 중 미나리를 이용한 납과 카드뮴 제거의 결과는 무엇인가?	이런 방법들은 각 단계별로 별도의 공정을 설치하여야 하고 시설유지에 적지 않은 처리비용이 소요되는데 반해 수생식물을 이용한 처리방법은 유기물과 중금속을 동시에 제거할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 폐수 중의 카드뮴과 납을 제거하기 위하여 미나리를 이용한 결과 카드뮴은 34%-74%까지 제거 효율을 보였으며, 납의 경우는 53%-91.5%까지 처리 효율을 나타낸 것으로 보고 되고 있다.14)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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