토양에 유출된 염소계 휘발성 유기물질의 자연저감 : 수분과 탄소원의 영향 Natural Dissipation of Chlorinated Volatile Organic Compounds Released in Soil : Effect of Moisture Content and Carbon Source원문보기
본 연구에서는 토양에 유출된 염소계 휘발성 유기물질의 자연저감에 대한 흡착과 미생물분해의 영향을 알아보았다. 대표적인 염소계 휘발성 유기물질인 TCA (1,1,1-trichloroethane), TCE (trichloroethylene) 및 PCE (tetrachloro ethylene)의 자연저감율을 비교하기 위해 세가지 조건에서 바이얼 실험을 수행하였다; (1) 멸균, (2) 비멸균 그리고 (3) 비멸균/탄소원첨가. 또한 각각의 조건에서 수분함량에 의한 영향을 알아보기 위해 세 가지로 적용하였다; (1) wilting point (12%, w/w), (2) field capacity (29%, w/w), (3) saturation (48%, w/w). 100일 경과 후, TCA 및 TCE는 field capacity에서 미생물에 의한 자연저감이 상대적으로 활발히 일어났다. 비멸균/탄소원 첨가 토양은 멸균한 토양에 비해 유기물질의 제거율에서 현격한 차이를 나타내었다. PCE는 미생물 및 탄소원 첨가에 의한 영향을 보이지 않았다.
본 연구에서는 토양에 유출된 염소계 휘발성 유기물질의 자연저감에 대한 흡착과 미생물분해의 영향을 알아보았다. 대표적인 염소계 휘발성 유기물질인 TCA (1,1,1-trichloroethane), TCE (trichloroethylene) 및 PCE (tetrachloro ethylene)의 자연저감율을 비교하기 위해 세가지 조건에서 바이얼 실험을 수행하였다; (1) 멸균, (2) 비멸균 그리고 (3) 비멸균/탄소원첨가. 또한 각각의 조건에서 수분함량에 의한 영향을 알아보기 위해 세 가지로 적용하였다; (1) wilting point (12%, w/w), (2) field capacity (29%, w/w), (3) saturation (48%, w/w). 100일 경과 후, TCA 및 TCE는 field capacity에서 미생물에 의한 자연저감이 상대적으로 활발히 일어났다. 비멸균/탄소원 첨가 토양은 멸균한 토양에 비해 유기물질의 제거율에서 현격한 차이를 나타내었다. PCE는 미생물 및 탄소원 첨가에 의한 영향을 보이지 않았다.
This study was to evaluate sorption and biodegradation rate affecting the natural dissipation of chlorinated volatile organic compounds (CVOCs) in surface soil. To show the effect of sorption and biodegradation on the natural dissipation of 1,1,1-trichloroethane (TCA), trichloroethylene (TCE) and te...
This study was to evaluate sorption and biodegradation rate affecting the natural dissipation of chlorinated volatile organic compounds (CVOCs) in surface soil. To show the effect of sorption and biodegradation on the natural dissipation of 1,1,1-trichloroethane (TCA), trichloroethylene (TCE) and tetrachloroethylene (PCE), three types of vial experiments were employed; (1) sterilized, (2) non-sterilized, (3) non-sterilized/substrate enriched. Also three moisture contents was applied to find the moisture effect in each vial; (1) wilting point (12%, w/w), (2) field capacity (29%, w/w), (3) saturation (48%, w/w). The results suggested that keeping the soil moisture content at field capacity was desirable for TCA and TCE natural dissipation in the vial study.
This study was to evaluate sorption and biodegradation rate affecting the natural dissipation of chlorinated volatile organic compounds (CVOCs) in surface soil. To show the effect of sorption and biodegradation on the natural dissipation of 1,1,1-trichloroethane (TCA), trichloroethylene (TCE) and tetrachloroethylene (PCE), three types of vial experiments were employed; (1) sterilized, (2) non-sterilized, (3) non-sterilized/substrate enriched. Also three moisture contents was applied to find the moisture effect in each vial; (1) wilting point (12%, w/w), (2) field capacity (29%, w/w), (3) saturation (48%, w/w). The results suggested that keeping the soil moisture content at field capacity was desirable for TCA and TCE natural dissipation in the vial study.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
바이얼 실험을 통하여 세 가지 수분 조건에서 흡착과 미생물 분해의 영향을 알아보았다. 또한 토양 미생물의 탈염소화 과정에 필요한 기질로서 사탕수수 당밀의 적용성을 알아보았다.
본 실험은 토양에 유출된 염소계 휘발성 유기물질의 자연 저감에 영향을 미치는 메카니즘 중 흡착과 미생물에 의한 영향을 알아보기 위해 수행되었다. 바이얼 실험과 실제 오염현장을 비교하는 데는 여러가지 제약이 따를 것으로 예상되지만, 수분함량에 따른 각 오염물질의 흡착과 미생물 분해율을 파악하기에는 무리가 없을 것으로 판단된다.
그러나 본 연구에 있어서 가장 먼저 염두에 둔 부분은 염소계 유기물질의 휘발, 흡착 및 생물분해의 정도를 비교하는 것이었다. 본 연구는 실험실에서 수행되었지만 최대한 현장과 동일한 조건을 만들고자 하였다. 일반적으로토양게 유출된 유기물질은 중력에 의해 하부로 이동하면서 호기성 지역과 혐기성 지역을 모두 거치며 분해된다.
본 연구에서는 토양에 유출된 CVOCs 자연저감 정도를 알아보고자 하였다. 바이얼 실험을 통하여 세 가지 수분 조건에서 흡착과 미생물 분해의 영향을 알아보았다.
가설 설정
오염물질은 휘발성이 매우 강하기 때문에 한번 분석한 시료는 더 이상 이용하지 않고, 시간에 따른 분석횟수 만큼 동일한 시료를 준비하여 오염물질의 변화량을 예측하였다. 즉 동일한 시료를 4개씩 준비하여 시간에 따라 각각을 분석한 후, 이 결과를 시간에 따른 오염물질의 변화로 가정하였다.
제안 방법
CVOCs의 누출 방지를 위해 세 겹으로 제작된 마개를 사용하였으나, 토양이 들어있지 않은 대조 구에서도 시간이 경과함에 따라 누출이 발생되었다. 100일 경과 후 유기물질의 누출율은 18~25%로 나타났으며, 이를 보정하여 유기물질의 잔류율을 계산하였다.
CVOCs의 흡착 및 미생물 분해율을 조사하기 위해 세 가지 조건의 토양을 준비하였다; (1) 멸균, (2) 비멸균, (3) 비멸균/탄소원 첨가. 또한 각각의 조건에서 수분함량에 따른 영향을 알아보기 위해 세 가지의 수분 조건을 적용하였다; (1) wilting point (12%), (2) field capacity (29%), (3) saturation (48%).
비멸균/탄소원 첨가. 또한 각각의 조건에서 수분함량에 따른 영향을 알아보기 위해 세 가지의 수분 조건을 적용하였다; (1) wilting point (12%), (2) field capacity (29%), (3) saturation (48%)..
EPA, 1996c). 바이얼 상부 가스 5 jiL를 syringe (10 ㎕, Hamilton, NE)를 이용하여 채취한 후, GC에 직접 주입하여 분석하였다. 가스분석 후 황산나트륨(sodium sulfate; NaeSQ), EM science, Gibbstown, NJ)을 첨가하여 수분을 제거하였다.
하였다. 바이얼 실험을 통하여 세 가지 수분 조건에서 흡착과 미생물 분해의 영향을 알아보았다. 또한 토양 미생물의 탈염소화 과정에 필요한 기질로서 사탕수수 당밀의 적용성을 알아보았다.
세 가지 수분함량에 따른 염소계 휘발성 유기물질(CVOCs)의 잔류량을 초기 C* VOC 에 대한 비율로 나타내었다. 측정된 초기 CVOCs의 총량은 TCA, TCE 및 PCE가 각각 21.
합으로 계산하였다. 오염물질은 휘발성이 매우 강하기 때문에 한번 분석한 시료는 더 이상 이용하지 않고, 시간에 따른 분석횟수 만큼 동일한 시료를 준비하여 오염물질의 변화량을 예측하였다. 즉 동일한 시료를 4개씩 준비하여 시간에 따라 각각을 분석한 후, 이 결과를 시간에 따른 오염물질의 변화로 가정하였다.
오염물질의 총 농도는 토양에 존재하는 부분과 가스 상태의 합으로 계산하였다. 오염물질은 휘발성이 매우 강하기 때문에 한번 분석한 시료는 더 이상 이용하지 않고, 시간에 따른 분석횟수 만큼 동일한 시료를 준비하여 오염물질의 변화량을 예측하였다.
유기물질은 TCA (1, 005.1 mg), TCE (960.5 mg) 및 PCE (986.1 mg) 원액을 아세톤과 혼합하여 40 mL가 되도록 혼합하였다. 아세톤의 유기물질 농도는 각각 25, 127, 24, 013 및 24, 653 mg/L이었다.
토양게 유출된 염소계 휘발성 유기물질의 자연 저감에 영향을 미치는 흡착과 미생물 분해율을 알아보기 위해 바이얼 실험을 수행하였다. TCA는 60일 이후에 흡착에 의한 영향이 나타났으며, 100일 경과 후 field capacity (28%)에서 탄소원 첨가의 영향이 나타났다.
가스분석 후 황산나트륨(sodium sulfate; NaeSQ), EM science, Gibbstown, NJ)을 첨가하여 수분을 제거하였다. 토양에 잔류하는 오염물질은 핵산과 아세톤 혼합용매(lv : lv)를 첨가하여 12시간 동안 추출 후 30 분간 정치시켜 상등액을 GC로 분석하였다.
대상 데이터
화학적 특성을 Table 2에 나타내었다. TCA, TCE 및 PCE 표준용액(Supelco Chemical Co.)은 메탄올에 5,000 mg/L로 용해된 제품을 사용하였다.
8%, HPLC grade, EM)을 이용하였다. 실험에 이용된 오염물질의 물리.화학적 특성을 Table 2에 나타내었다.
8%이었으며, 토성구분은 미사질양토(silt loam)이었다. 실험에 이용된 토양의 물리 .화학적 특성을 Table 1에 나타내었다.
, CA)을 5 g/L로 희석하여 토양에 첨가하였다. 실험에는 암갈색 20 mL 용량의 바이 얼을 사용하였다. 마개는 휘발된 오염물질이 누출되지 않도록 3겹으로 자체 제작하였는데, 테프론으로 피복된 실리콘 재질의 고무 septum 앞뒤로 납 호일과 테프론 테입을 붙여 사용하였다(Hwang, 2000).
오염물질은 ECD 필름 두께 1.8 ㎛) 검출기를 장착한 SRI 8610C GC를 이용하여 분석하였다. 칼럼은 MXT- 1 (30m X 0.
토양은 미국 Texas 주의 Texas A&M 대학교 농업실험농장 인근에서 채취하였다. 채취한 토양을 눈금 2 mm 채로 분리한 후, 48시간 동안 풍건 건조하였다.
데이터처리
동일 시료를 세 개씩 준비하여 분석한 후, 분석결과를 통계프로그램인 SAS (SAS, Cary, NC)를 이용하여 유기물질의 잔류율 변화여부를 분석하였다. 분석방법은 Duncan's multiple range method (p<0.
이론/모형
채취한 토양을 눈금 2 mm 채로 분리한 후, 48시간 동안 풍건 건조하였다. 밀도와 공극률은 부피비로 측정하였으며, 유기물 함량은 Walkley- Black 습식 연소법을 이용하였다. 토양의 유기물 함량은 0.
바이얼 실험의 기체의 농도는 EPA SW846 Methods 5021과 3520C를 이용하여 분석하였다(US EPA, 1996b; US EPA, 1996c). 바이얼 상부 가스 5 jiL를 syringe (10 ㎕, Hamilton, NE)를 이용하여 채취한 후, GC에 직접 주입하여 분석하였다.
동일 시료를 세 개씩 준비하여 분석한 후, 분석결과를 통계프로그램인 SAS (SAS, Cary, NC)를 이용하여 유기물질의 잔류율 변화여부를 분석하였다. 분석방법은 Duncan's multiple range method (p<0.05)를 이용하였다.
성능/효과
100일 경과 후 멸균 토양과 비멸균 및 비멸균/탄 소원 첨가 토양^서 모두 회수율이 감소되었다. CVOCs의 저감은 미생물분해 보다는 흡착에 의한 영향이 우세한 것으로 판단된다.
이는 동일조건의 시료라 하더라도 혼합과정에서 불균일하게 제조되었기 때문이라고 판단된다. 60일 경과 후 모든 CVOCs의 회수율은 비멸균 및 비멸균/탄소원 첨가토양보다 멸균토양이 높았다. 이는 멸균과정에서 토양구조의 변화 혹은 탄소원인 사탕수수 당밀이 CVOCs의 흡착을 방해하는 요인으로 작용하였을 것으로 판단되며, 향후 이에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.
큰 차이를 나타내지 않았다. PCE의 흡착에 의한 회수율은 TCA보다 크고, TCE보다는 적은 것으로 나타났다. PCE의 회수율은 수분조건에 의해 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다(Fig.
TCE는 모든 수분조건에서 30일부터 흡착에 의한 회수율 감소현상이 나타나지만, 100일 경과 후 field capacity (29%)에서는 미생물 분해에 의한 영향이 나타났으며, 탄 소원 첨가에 의한 오염물질의 회수율 감소현상이 나타난다. Saturation (48%)에서는 TCE는 물에 의한 용해도 변화에 의한 영향5] 흡착과 미생물 분해에 의한 영향보다 훨씬 큰 것으로 판단된다.
단 field capacity (29%)에서 100일 경과 후 멸균 토양의 흡착효과가 나타나지 않은 것은 토양의 불균일성에 의한 것으로 판단된다. 그러나 비멸균 토양에서 CVOCs의 회수율이 비멸균/탄소원 첨가토양에 비해 상대적으로 높았다(Fig. 1(2)).
또한 비멸균/탄소원 첨가 토양의 경우에도 멸균토양과 회수율 면에서 큰 차이를 나타내지 않았다. PCE의 흡착에 의한 회수율은 TCA보다 크고, TCE보다는 적은 것으로 나타났다.
멸균한 토양과 비멸균 및 비멸균/탄소원 첨가토양의 회수율이 비슷한 경향을 나타내는 것으로 보아 TCE는 TCA에 비해 흡착에 의한 회수율의 감소가 우세한 것으로 판단된다(Fig. 2).
l에 나타내었다. 모든 수분조건에서 60 일 까지는 회수율이 거의 감소되지 않은 것으로 보아 흡착과 미생물 분해가 모두 활발하지 않은 것으로 판단된다.
나타났다. 시간이 경과함에 따라 흡착에 의해 회수율이 감소할 것으로 판단되었지만, 흡착율과 미생물 분해율과의 관계는 조사되지 않았다.
1(2)). 이러한 결과는 토양의 수분 조건을 field capacity(29%)으로 조절하는 것이 미생물 활성뿐만 아니라 탄소원의 이용에 효과적임을 나타낸다(Table 3).
토양 수분함량에 따른 PCg 회수율은 미생물 분해보다는 흡착에 의해 더 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. Saturation (48%)에서의 비멸균/탄소원을 첨가 토양의 30 일 시료에 대한 결과는 얻을 수 없었다.
후속연구
60일 경과 후 모든 CVOCs의 회수율은 비멸균 및 비멸균/탄소원 첨가토양보다 멸균토양이 높았다. 이는 멸균과정에서 토양구조의 변화 혹은 탄소원인 사탕수수 당밀이 CVOCs의 흡착을 방해하는 요인으로 작용하였을 것으로 판단되며, 향후 이에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.
참고문헌 (15)
Anderson, J.E. and McCarty, P.L., 1997, Transformation yields of chlorinated ethenes by a methanotrophic mixed culture expressing particulate methane monooxygenase, Appl. and Environ. Microbiol., 63, 687-693
Domenico, P.A. and Schwartz F.W., 1990, Physical and Chemical Hydrogeology, John Wiley & Sons, NY, p. 421-540
Fan, S. and Scow, K.M., 1993, Biodegradation of trichloroethylene and toluene by indigenous microbial populations in soil, Appl. and Environ. Microbiol., 59, 1911-1918
Gibson S.A and Sewell G.W., 1992, Stimulation of reductive dechlorination of tetrachloroethene in anaerobic aquifer microcosms by addition of short-chain organic acids or alcohols, Appl. Environ. Microbiol., 58, 1392-1393
Hwang, I., 2000, PhD. Dissertation, 'Fe(II)-based reductive dechlorination of tetrachloroethylene in soils treated by degradative solidification/stabilization, Texas A&M University, College Station, TX
Mayno-Gatell X., Tandoi V., Gossett J.M., and Zinder S. H., 1995, Characterization of the $H_2$ -utilizing enrichment culture that reductively dechlorinates tetrachloroethene to vinyl chloride and ethene in the absence of methanogenesis and acetogenesis, Appl. Environ. Microbiol., 61, 3928-3933
Sheremata, T.W., Yong, R.N., and Guiot, S.R., 1997, Simulation and sterilization of a surrogate soil organic matter for the study of the fate of trichloroethylene in soil. Commun. Soil. Sci. Plant. Anal., 28, 1177-1190
Tandoi V., DiStefano T.D., Bowser P.A., Gossett J. M., and Zinder S. H.,1994, Reductive dehalogenation of chlorinated ethenes and halogenated ethanes by a high-rate anaerobic enrichment culture, Environ. Sci. Technol., 28, 973-979
US EPA, 1996a, Clean up the nations waste sites: Markets and technology trends (EPA542/R-96/005A), Washington, DC
US EPA, 1996b, SW-846, Method 5021
US EPA, 1996c, SW-846, Method 3520C
US EPA, 1996d, SW-846, Method 8260
Wu, W., Nye, J., Jain, M.K. and Hickey, RF., 1998, Anaerobic dechlorination of trichloroethylene (TCE) to ethylene using complex organic materials, Water Research, 32, 1445-1454
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.