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문제 정의
- 본 연구에서는 자연지반 및 인공지반 상부의 생태친화적인 방수재료의 사용의 필요성을 위한 공법별 생태독성을 검증하는 작업의 일환으로 투수계수에 따른 방수성 검토, 방수재에서 발생하는 유해성 분석, 송사리 치사율에 따른 어독성 실험을 종합적으로 고려하여 친환경 방수재 특성 분석을 수행하였다.
- 본 연구의 목적이 기성 제품으로 생산 및 적용되고 있는 방수재료의 유해성 및 어독성을 상대적으로 비교 · 분석하여 방수성을 고려한 친환경 방수재 특성 분석을 목적으로 함에 주요결과를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
- 개량 아스팔트 및 합성 고무계 시트는 가로 40cm 세로 25cm 높이 0.3cm로 시공, 도막 방수재는 표준시방서 기준(1.7kg/m2)에 준하여 실험 수조 면적 및 부피에 비례하여 170g/m2 을 도포하였으며, 시멘트 액체 방수는 콘트리트 1cm 기반 조성 후 액체 방수액 2회 도포하였고, 시멘트 모르터 방수는 방수재를 혼합하여 시멘트 모르터를 2회 도포하여 조성하였으며, 벤토나이트 시트는 가로 40cm 세로 25cm 높이 0.3cm, 벤토나이트 분말은 높이 1.5cm, 점토, 황토, 강회 각각 높이 1cm 다짐 후 1주일 양생하였다. 또한 점토 및 황토는 실험에 앞서 토양분석을 실시하여 토양의 이화학적 특성을 분석하였다(Table 2).
- 유해성 및 어독성 실험으로 분석된 결과를 기준으로 치사율이 높은 강회를 제외한 재료의 투수계수를 MIT 분류법에 따른 흙의 분류(백영식, 2007) 및 흙 종류에 따른 투수계수(박춘식, 1999)를 기준으로 비교 · 분석하였다. 개량 아스팔트 시트, 합성 고무계 시트, 도막 방수재, 시멘트 액체 및 모르터 방수재는 불투수층으로 선 구분하여 투수계수 측정은 제외하였으며, 벤토나이트 시트 및 분말은 기성제품의 시험 성적서를 기준으로 투수계수를 검토하였고, 점토, 황토는 A-b 흙다짐(KSF 2312-2001)시험에 의해 투수계수를 분석하였다.
- 유해성 및 어독성 실험 결과를 기준으로 초기 치사율이 매우 높은 강회를 제외한 재료의 투수 계수를 흙의 분류 및 투수계수를 기준으로 비교 · 분석하였다. 개량 아스팔트 시트, 합성 고무계 시트, 도막 방수재, 시멘트 액체 및 모르터 방수재는 불투수층으로 선 구분하였고, 실험에 사용한 벤토나이트 시트와 분말, 황토, 점토는 투수 계수를 측정하였다.
- 기존 연구의 성과를 중심으로 문헌조사를 실시하여 방수재료 및 공법 등을 검토 후 생태계류 및 인공지반 상부에 적합한 방수재를 선정하였고 선정된 재료별 공시체 및 어독성 분석을 위한 실험 수조를 조성하여 일정기간 동안 모니터링을 실시하였다. 일정기간 모니터링 후 환경부 호소 및 수생태계 수질 기준에 따라 유해성 분석을 1차로 실시하였고, 2차로 수질분석 결과와 상호 비교 · 분석 및 검정하기 위해 송사리(Oryzias latipes)를 수요하여 어독성 분석을 실시하였으며, 마지막으로 방수의 주요 기능인 방수성 검토를 위한 재료별 투수계수를 분석하였다.
- 5cm, 점토, 황토, 강회 각각 높이 1cm 다짐 후 1주일 양생하였다. 또한 점토 및 황토는 실험에 앞서 토양분석을 실시하여 토양의 이화학적 특성을 분석하였다(Table 2).
- 방수 공시체 조성 후 각각의 방수 재료별 유해성 및 어독성 분석을 위하여 실험 수조를 조성하여 일정한 수온 유지를 위한 전기히타, 산소공급 및 여과를 위한 소형여과기, 어류의 관찰을 위한 조명등, 수온 측정을 위한 온도계 설치하여 동일한 실험 조건으로 조성하였다(Figure 3).
- 방수재료의 공시체는 연구실에 각각 가로 1.8m 세로 1.5m의 실험기반을 설치하여 선정된 방수재료를 각각 가로 40cm 세로 25cm 높이 30cm 실험수조에 방수 공법별 표준시방서(한국토지공사, 2003)를 기준으로 방수 재료별 단면을 조성 및 구축하였고, 재료별 표면적은 동일하게 조성하였다(Figure 2).
- 어류에 대한 독성시험은 노출기간에 따라서 급성독성시험(Acute toxicity test)과 만성독성시험(Chronic toxicity test)로 크게 분류하고 있다(최현일, 2007). 본 연구에서는 여러 농도의 시험물질에 단기간 동안 어류를 노출시켜 시험물질에 대한 독성을 평가하는 것으로 영향에 대한 주요한 판단기준이 치사율(Mortality)인 급성독성시험 방법을 이용하여 송사리의 적정 수온 12～25℃ 및 표준시험생물로서의 송사리 급독성실험의 평균 수온 20～26℃(박경수 등, 2005)를 고려하여 수온을 20℃로 유지하면서 각각 실험 수조에 30마리씩 1회 수용하여 2008년 12월 31부터 1월 6일까지 7일간 시간당 송사리의 치사율을 분석하였다.
- 유해성 및 어독성 실험으로 분석된 결과를 기준으로 치사율이 높은 강회를 제외한 재료의 투수계수를 MIT 분류법에 따른 흙의 분류(백영식, 2007) 및 흙 종류에 따른 투수계수(박춘식, 1999)를 기준으로 비교 · 분석하였다.
- 유해성 분석 후 각 실험 수조별 어독성을 분석하기 위해 체장 2cm～3cm인 송사리를 실험 수조별로 각각 30마리를 수용하여 수온 20℃를 유지하면서 2008년 12월 31일부터 1월 6일까지 7일간 시간당 각각의 실험 수조에 대한 어독성을 알아보기 위하여 송사리의 치사율 기준으로 분석하였고, 결과는 Table 5와 같았다.
- 유해성 분석을 위해 실험 수조에 각각 25ℓ의 실험수를 투입하였고, 전기히타를 이용하여 수온 20℃를 유지하였으며, 2008년 11월 4일 부터 2008년 12월 30일까지 8주간 모니터링을 수행한 후 방수 재료별 유해성 분석을 위해 환경부 호소 및 수생태계 기준에 따라 수질을 분석하였다.
- 일정기간 모니터링 후 환경부 호소 및 수생태계 수질 기준에 따라 유해성 분석을 1차로 실시하였고, 2차로 수질분석 결과와 상호 비교 · 분석 및 검정하기 위해 송사리(Oryzias latipes)를 수요하여 어독성 분석을 실시하였으며, 마지막으로 방수의 주요 기능인 방수성 검토를 위한 재료별 투수계수를 분석하였다. 이러한 부분별 연구 결과를 종합적으로 고려하여 친환경 방수재 특성을 분석하였다.
- 일정기간 모니터링 후 환경부 호소 및 수생태계 수질 기준에 따라 유해성 분석을 1차로 실시하였고, 2차로 수질분석 결과와 상호 비교 · 분석 및 검정하기 위해 송사리(Oryzias latipes)를 수요하여 어독성 분석을 실시하였으며, 마지막으로 방수의 주요 기능인 방수성 검토를 위한 재료별 투수계수를 분석하였다.
- 재료별로는 개량 아스팔트 시트, 합성 고무계 시트는 기성 제품의 규격을 적용시켜 조성하였고, 도막 방수재는 표준시방서를 기준으로 실험 수조와 별도로 일정기간 동안 방수재료의 용해 및 용탈 물질의 유해성 및 어독성 분석을 비교할 수 있도록 대조구를 조성하였다.
- 친환경 방수재 특성을 종합적으로 분석하기 위해 방수 재료별 유해성 및 어독성, 투수율을 상호 비교하였다(Table 7).
대상 데이터
- 기존 연구 및 문헌조사를 통하여 현재 조경시공 현장에서 자연지반과 인공지반 조성 시 적용되고 있는 방수재 중 벤토나이트 시트, 개량 아스팔트 시트, 합성 고무계 시트, 도막 방수재, 시멘트 액체 및 모르터 등 10가지 방수재료를 선정하였다(Table 1).
- 본 연구에 사용된 송사리는 체장이 2cm～3cm인 치어로 어류 공급업체인 그린피쉬에서 수요하여 일주일간 실험실에서 순치 후 외관상 질병의 증세가 나타나지 않는 개체를 선별하여 실험을 수행하였다.
- 유해성 분석 후 어독성을 분석하기 위해 수질오염의 생물학적 지표종(Hriaoka and Okuda, 1983)일 뿐만 아니라, 생물 검정용 시험생물(Shima and Shimada, 1994)로 널리 활용되고 있는 송사리를 시험종으로 선정하였다.
데이터처리
- 각 실험 수조별 대조구의 영향관계를 파악하기 위해서 SPSS WIN 12.0K 통계패키지를 이용하여 대응표본 T-test를 실시하였다. 그 결과 벤토나이트 시트, 점토, 황토의 p값이 각각 0.
- 유해성 및 어독성 실험 결과를 기준으로 초기 치사율이 매우 높은 강회를 제외한 재료의 투수 계수를 흙의 분류 및 투수계수를 기준으로 비교 · 분석하였다.
성능/효과
- (1) pH는 11개 실험 수조에서 7.0～7.3 정도의 값을 가지는 것으로 분석되었으며, 환경부 수생태계 수질기준의 매우 좋음(la)등급으로 분석되었다.
- (2) COD는 투입수와 비교해 11개 실험 수조의 값이 모두 증가하였으며, 도막 방수재가 95.1mg/L, 벤토나이트 시트 12.0mg/L, 시멘트 액체 방수재 11.9mg/L 순으로 분석되었고, 황토가 3.5mg/L로 최저 값을 나타내었다.
- (3) SS는 베토나이트 분말이 389.8mg/L로 가장 높은 값으로 분석되었고, 도막 방수재 8.6mg/L, 벤토나이트 시트 6.4mg/L, 강회 3.7mg/L 순으로 분석되었다.
- (4) DO는 투입수와 비교해 모두 감소하였으며, 도막 방수재가 5.55mg/L로 가장 최저 값으로 분석되었고, 강회 8.97mg/L, 벤토나이트 분말 8.79mg/L순으로 도방 방수재 실험 수조를 제외한 나머지 모든 실험 수조의 경우 환경부 수생태계 수질기준 매우 좋음(la) 등급으로 분석되었다.
- (5) T-P는 벤토나이트 분말이 0.715mg/L, 도막 방수재 0.67mg/L, 황토 0.125mg/L 순으로 분석되었으며, 이용된 투입수 수질과 비교해 총인이 다소 증가한 값으로 분석되었다.
- (6) T-N은 도막 방수재 11.26mg/L, 벤토나이트 분말 6.650mg/L, 벤토나이트 시트 3.62mg/L 순으로 분석되었고, 이용된 투입수 수질과 비교해 강회를 제외한 모든 실험 수조의 총질소가 다소 증가한 값으로 분석되었다.
- (7) 클로로필-a는 모든 실험 수조에서 검출되지 않았다.
- (8) 11개 실험 수조에서 검출된 T-coli와 F-coli의 경우 도막 방수재와 점토를 제외한 나머지 실험 수조에서는 환경부 수생태계 기준과 비교해 매우좋은(la) 등급으로 분석되었다.
- (9) 환경부 수생태계 수질 기준과 별도로 분석한 탁도(Turbidity)의 결과는 벤토나이트 분말 172.0ntu로 가장 높은 값을 나타내었으며, 강회 5.42ntu, 도막 방수재 3.89ntu 순으로 분석되었고, 이용된 투입수 수질과 비교해 11개의 모든 실험 수조의 탁도 값이 증가한 것으로 분석되었다.
- 1. 환경부 호소 및 수생태계 수질기준의 분석항목을 대상으로 유해성 특성을 분석한 결과 각각 실험 수조 마다 유해성 분석의 결과가 재료에 따라 분석 값이 각각 상이하게 나타났으며, 투입수와 비교해 pH, COD, SS, T-P, T-N 값은 다소 증가한 반면, DO의 값은 다소 감소하는 특성을 나타내었으며, 환경부 수생태계 수질기준과 별도로 분석한 탁도의 값은 투입수 값과 비교해 다소 증가한 것으로 분석되었다.
- 2. 어독성 실험의 경우는 강회, 시멘트 액체 방수재, 시멘트 모르터 방수재, 벤토나이트 분말이 각각 100%, 도막 방수재 83.3%의 치사율로 어독성이 강한 것으로 분석되었고, 개량 아스팔트 시트 63.3%, 합성 고무계 시트 53.3%로 어독성이 중간정도의 어독성으로 보였지만, 벤토나이트시트 6.7%, 황토 6.7%, 점토 3.3%는 대조구보다 낮은 치사율을 보였고, LC50에도 현저히 미치지 못하고 있어서 어독성은 거의 없는 것으로 확인되었다.
- 3. 방수 재료별 투수계수를 고려하여 방수성을 분석결과, 개량 아스팔트 시트, 합성 고무계 시트, 도막 방수재, 시멘트 액체 및 시멘트 모르터 방수는 시공상의 부주의한 누수가 발생하지 않은 경우, 완전 방수인 불투수, 실험 분석에 따라 벤토나이트 시트 또한 불투수, 벤토나이트 분말은 중량비에 따른 실험 분석 결과에 따라 실질상 불투수, 점토 및 황토의 경우 또한 실험 결과에 띠라 실질상 불투수로 분석되었다.
- 개량 아스팔트 시트의 경우 초기 치사율이 낮았으나, 점진적으로 증가 하여 7일째는 19마리가 치사하여 63.4%의 치사율을 나타내었고, 합성 고무계 시트는 초기 치사율이 낮았으나 7일째는 53.3%의 치사율 결과를 나타내었다.
- 0K 통계패키지를 이용하여 대응표본 T-test를 실시하였다. 그 결과 벤토나이트 시트, 점토, 황토의 p값이 각각 0.023, 0.022, 0.015로 유의수준 0.05에서 차이가 있는 것으로 나타나 벤토나이트 시트, 점토, 황토는 친환경성이 높은 것으로 분석되었다.
- 도막 방수재는 4일째부터 치사율이 점진적으로 증가하여 7일째는 83.3%의 높은 치사율을 나타내었으며, 시멘트 액체 및 모르터 방수재는 초기 치사율이 100%에 가깝게 분석되었다.
- 따라서, 어독성 실험을 중심으로 친환경 방수재 특성을 분석한 결과, 점토, 황토, 벤토나이트 시트가 친환경성이 강한 방수재로 분석되어지며, 합성 고무계 시트, 개량 아스팔트 시트가 친환경성이 중간정도의 특징을 보였고, 도막 방수재, 강회, 시멘트 액체 및 모르터 방수재, 벤토나이트 분말이 친환경성은 약한 것으로 분석되었다.
- 방수 재료별 유해성 및 어독성, 방수성을 비교 · 분석한 결과 유해성 및 방수성 분석 값이 실험 수조별로 각각 상이하게 나타났지만, 어독성 실험에 따른 치사율 결과와는 절대적으로 상호 관련성이 적은 것으로 사료되었다.
- 벤토나이트 시트는 치사율이 3.3%로 어독성이 약한 것으로 분석되었고, 벤토나이트 분말의 경우 치사율이 100%로 나타났지만, 이는 아가미로 호흡하는 어류의 특성상 이물질의 흡착으로 산소공급을 저해하는 부유물질 및 탁도의 영향으로 사료되며 어독성과는 관련성이 적은 것으로 판단되었다.
- 벤토나이트 시트의 경우 투수계수가 2.7×10-13cm/sec, 벤토나이트 분말은 토사의 중량비에 따라 10%일 때 4.8×10-8cm/sec, 11%일 때 3.2×10-8cm/sec, 12%일 경우 3.1×10-8cm/sec의 투수계수를 가지는 것으로 분석되었고, 점토 및 황토는 토양의 이화학적 분석 자료를 검토한 결과 1×10-3～1×10-9cm/sec 으로 투수계수가 낮고 불투수층으로 분석되었지만, 실험에 사용한 점토 및 황토의 투수계수를 A-b흙다짐공법(KSF 2312-2001)에 의해 분석한 결과 점토는 8.15×10-7cm/sec, 황토의 경우는 5.34×10-7cm/sec의 투수계수로 실질상 불투수로 분석되었다.
- 실제 방수재를 이용한 실험 공시체 및 실험 수조를 구축하고, 일정기간 동안 모니터링을 실시한 후 환경부 호소 및 수생태계 수질기준에 따라 유해성 분석을 한 결과 실험 수조에 따라 분석 값이 각각 상이하게 나타났지만 방수성과 어독성 실험의 치사율에 영향이 적은 것으로 나타났다.
- 이러한 연구결과를 종합할 때 유해성 및 방수성 분석 값이 실험 수조별로 각각 상이하게 나타났지만, 어독성 실험에 따른 치사율 결과와는 상호 관련성이 적은 것으로 분석됨에 따라 어독성 실험을 중심으로 친환경 방수재 특성을 분석한 결과, 점토, 황토, 벤토나이트 시트가 친환경성이 강한 방수재료 분석되어지며, 합성 고무계 시트, 개량 아스팔트 시트가 친환경성이 중, 도막 방수재, 강회, 시멘트 액체 및 모르터 방수재, 벤토나이트 분말이 친환경성이 약한 특성을 가지는 것으로 분석되었다.
- 이를 종합하면, 점토 3.3%, 황토 6.7%, 벤토나이트 시트 6.7%의 치사율을 보여서 대조구보다 낮고, LC50(반수 치사농도) 이하의 치사율을 보여서 어독성은 거의 없는 것으로 보였고, 합성 고무계시트 53.3%, 개량 아스팔트 시트 63.4%로 대조구보다 다소 높고, LC50을 초과하는 약간 높은 어독성을 보였으며, 도막 방수재 83.3%, 강회, 시멘트 액체 및 모르터 방수재, 벤토나이트 분말 각각 100%의 치사율을 보여 강한 어독성으로 보였다.
- 이를 종합한 방수성 분석결과, 개량 아스팔트 시트, 합성 고무계 시트, 도막 방수재, 시멘트 액체 및 시멘트 모르터 방수는 시공상의 부주의한 누수가 발생하지 않은 경우 완전 방수로 불투수, 벤토나이트 시트 불투수, 벤토나이트 분말은 중량비에 따른 분석에 따라 실질상 불투수, 점토 및 황토의 경우 또한 실험 결과에 띠라 실질상 불투수로 분석되었다(Table 6).
- 점토 3.3%, 황토 6.7%의 치사율로 분석되어 어독성이 약한 것으로 분석되었으며, 강회의 경우 1시간 내 치사율이 100%로 어독성이 매우 강한 방수재로 분석되었다.
- 환경부 호소 및 수생태계 수질기준의 분석 항목을 대상으로 유해성 특성을 분석한 결과, 실험 수조별 값이 각각 상이한 값을 나타내는 것으로 분석되었으며, 투입수와 비교해 pH, COD, SS, T-P, T-N 값은 다소 증가한 반면, DO의 값은 다소 감소하는 특성을 나타내었으며, 환경부 수생태계 수질 기준과 별도로 분석한 탁도의 값은 투입수 값과 비교해 다소 증가한 것으로 분석되었다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서는 현재 국내에서 생산 적용되고 있는 대표적 방수재료 및 공법을 대상으로 생태독성 측면에서 적용의 필요성이 강조되고 있는 방수재료 및 공법별 생태독성을 검증하는 작업의 일환으로 방수재에서 발생하는 유해성 분석, 송사리 치사율에 따른 어독성 실험, 투수계수에 따른 방수성 등을 종합적으로 고려한 친환경 특성 분석을 통해 향후 객관적 검증을 통한 친환경적 생태독성에 대한 특성을 정량화하고 적용기준을 마련하여 조경재료의 개발 및 공법 적용 시 사전에 환경적 악영향을 최소화하고 저감방안을 마련하는데 효과적일 것이다.
- 하지만, 다양한 방수재를 적용하지 못한 점, 장기간이 아닌 단기간 및 1회 실험에 국한된 실험이었다는 점, 실험 방수재료를 특정 규격으로 단순화 시켜 용해 및 용탈된 물질의 유해성을 분석한 점, 어류의 치사율과 관련된 직접적 물질을 규명하지 못한 점, 선정된 친환경 방수재에 대한 검증 등이 본 연구의 한계점이며, 아울러 향후 개선하고 연구해야 할 과제이다. 이러한 점들은 향후 방수 공법별 어독성 실험과 병행하여 종합적 특성을 분석함으로써 해소 할 계획이다.
- 하지만, 다양한 방수재를 적용하지 못한 점, 장기간이 아닌 단기간 및 1회 실험에 국한된 실험이었다는 점, 실험 방수재료를 특정 규격으로 단순화 시켜 용해 및 용탈된 물질의 유해성을 분석한 점, 어류의 치사율과 관련된 직접적 물질을 규명하지 못한 점, 선정된 친환경 방수재에 대한 검증 등이 본 연구의 한계점이며, 아울러 향후 개선하고 연구해야 할 과제이다. 이러한 점들은 향후 방수 공법별 어독성 실험과 병행하여 종합적 특성을 분석함으로써 해소 할 계획이다.
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