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문제 정의
- 본 연구는 DP (dissolved phosphorus), pH, 강우, 탁도의 관계를 분석하여, 토양 미립자에 존재하는 DP가 강우로 탁도물질과 함께 하천으로 유입되어, 호소로 이동, 침전, 축적되는 과정을 파악해, DP제어로 부영화를 감소시킬 수 있는 기초자료로 활용코자 한다.
- 본 연구에서는 호수에 유입되는 영양염류에서 조류 성장의 제한인자 T-P가 호수로 유입되는 경로를 파악하고자 상등액 교체 시 탁도와 DP 관계, 탁도와 pH 관계 그리고 탁도에 pH를 변화시킨 다음 DP 변화를 측정해 탁도의 DP 용출특성을 파악한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 1N NaOH로 pH 1-10까지 만들었으며, 각 pH 마다 5개의 시료를 만든 다음 250 mL 용량 플라스크에 넣고, 증류수로 정용한 다음 250 mL 시료병으로 옮겼다. 2, 24, 48, 72, 96시간마다 pH 별로 한 병씩 취한 시료 상등액 100 mL로 탁도와 DP를 측정했다. DP는 상등액 100 mL중 50 mL를 원심분리기(HERMLE Z513K)로 2000rpm (3000 rcf)에서 2시간 원심분리했고, 0.
- 4 또한 시료의 대표성을 확인하기 위하여 용존성인(DP)의 변화를 넓은 영역 pH에서 측정하여 타 논문의 결과와 비교하였다.
- DP는 상등액 100 mL중 50 mL를 원심분리기(HERMLE Z513K)로 2000rpm (3000 rcf)에서 2시간 원심분리했고, 0.45 µm 여지로 여과 후 수질오염공정시험기준 총인 아스코르빈산환원법에 의거하여 UV (Varian Cary 300 conc) 880 nm 파장에서 시험해, DP 농도를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용되어진 토양은 대전광역시 송촌동 송촌정수장 인근 언덕의 오염이 없고 시료 대표성이 있다고 판단되는 5개 지점(±15 cm)에서 토양오염공정 시험기준에 따라 채취한 토양을 직사광선이 닿지 않는 장소에서 균일한 두께로 펼친 다음 통풍이 잘 되도록 풍건시키고 분쇄해 눈금간격 0.15 mm에 표준체 (100 mesh)로 체거름 하여, 시료를 각각 균등량(약 500 g)씩 취하고 사분법의하여 균일하게 혼합 후 분석용 시료로 사용했다.
성능/효과
- 1. DP는 pH 4 이하 그리고 pH 7 이상에서 증가되었으며, pH 6-7 사이는 비교적 낮은 농도를 유지하였다.
- 2,3 pH 4 이하에서 DP 증가는 pH 7 이상에서 증가하는 DP와 다른 인 형태로 추정되며, DP는 pH 3 이하 또는 pH 10 이상에서는 증가가 둔화 또는 약간 감소됨을 보였고, DP 용출이 가장 낮은 곳은 pH 6-7 로써, 토양이 중성에 가까워야 DP 용출을 감소시킬 수 있는 것으로 사료된다.
- 2. DP가 물과 평형을 형성하는데는 pH 1.84를 제외하고 24시간 정도 소요됐으며, 평형을 이루는 농도는 pH 6-7 사이에서 낮고, pH 4 이하 그리고 pH 7 이상에서는 비교적 높았다.
- 5 ppm으로 비교적 pH에 관계없이 균일한 값을 나타냈으며, 2 hr(DP)와 24 hr(DP)를 비교해보면 DP의 용출에는 24시간 정도가 필요했다. 24 hr(DP), 48 hr(DP), 72 hr(DP), 96 hr(DP)는 pH 4-7에서 정치 시간이 증가하여도 DP가 약간의 변화만 야기됐고, pH 4-7보다 증가 또는 감소하면 DP가 큰폭으로 증가됐다. pH 6 보다 증가하면 DP는 증가하는 기존의 자료와 같은 결과로서 시험시료의 대표성을 확인시켜 주었다.
- 2회 상등액 교체 이후부터는 전체적으로 DP 용출이 감소했다. 2회 상등액 교체 부터는 중성과 알카리로 pH가 증가하면 DP 용출이 크게 증가하지 않았고, 상등액 교체횟수가 증가하여도 DP는 적게 감소하였다. 이것은 중성과 알카리 토양에서는 초기 강우로 대부분의 DP가 용이하게 용출될 수 있음을 나타낸 것이다.
- 48시간(2 Times (NTU)) 정치 후 측정한 탁도는 1 Time (NTU)과 유사한 경향을 보였으며, NTU가 40-50% 정도 감소하였다. 3 Times (NTU)는 2 Times (NTU)보다 4 Times(NTU)는 3 Times보다 NTU값이 작아지는 경향을 가져, 상등액 교체 횟수가 증가되면서 감소되어지는 NTU 차이는 pH가 증가할수록 증가 됨을 보였다.
- 3. 탁도는 pH 4 이하에서 침전이 잘 발생되었고, pH 4 이상에서는 급격히 증가 후 pH 7에서 대부분 평형을 형성하고, 이후 약간의 증가 또는 적은 변화를 보였다.
- 4. 탁도는 정치시간이 길어지면서 침전으로 인하여 NTU가 감소되었으며, pH가 증가하면 탁도의 침전이 잘 일어나지 않아 NTU가 증가했다.
- 5에서 24시간(1 Time (NTU)) 정치 후 측정한 탁도는 일반적으로 pH가 감소하면서 NTU가 낮아지는 경향을 가졌고, pH 4-6 사이에서 급증 후 pH 6-8사이에서 점진적으로 증가했으며, pH 8이후는 약간 감소하는 경향을 나타내었다, 일반적으로 탁도는 알카리로 갈수록 NTU가 증가하고 산성으로 갈수록 감소하였다. 48시간(2 Times (NTU)) 정치 후 측정한 탁도는 1 Time (NTU)과 유사한 경향을 보였으며, NTU가 40-50% 정도 감소하였다. 3 Times (NTU)는 2 Times (NTU)보다 4 Times(NTU)는 3 Times보다 NTU값이 작아지는 경향을 가져, 상등액 교체 횟수가 증가되면서 감소되어지는 NTU 차이는 pH가 증가할수록 증가 됨을 보였다.
- 5. 상등수 교체에서 교체횟수가 증가하면 NTU는 감소하며, 감소폭은 pH가 클수록 커졌다.
- 6. 상등수의 교체횟수를 증가시키면 DP는 감소했다. pH가 큰 쪽에서 첫 번째 상등액 교체 시 큰 폭으로 감소했고, 두 번째 교체부터는 약간씩 감소했다.
- 7. 탁도는 pH 5 이하에서 NTU가 매우 낮지만 DP는 높아 탁도와 인의 관련성이 낮고, pH 6 이상은 탁도가 증가하면 DP도 증가되는 탁도와 인이 높은 관련성을 가졌다.
- 2에서 보였다. DP는 24시간까지 증가 후 시간이 증가하여도 감소하지 않고, 평형을 유지했지만, 탁도 물질은 Fig. 4처럼 시간이 증가하면 침전되어 감소하였으나, pH가 증가할수록 침전속도는 감소됨을 보였다. Fig.
- 이것은 강우가 탁도형성물질을 토양으로부터 제거하는 효과가 있으며, 산성에서는 탁도를 이루는 미립자 물질이 강우에 의해 용이하게 용출이 되지 않지만 중성과 알카리에서는 용이하게 용출될 수 있음을 나타낸 것이다. Fig. 7에서 1회 상등액 교체에서 용출되는 DP는 알카리 또는 산성으로 갈수록 증가했고, pH 6-7에서는 DP 용출이 낮았다. 2회 상등액 교체 이후부터는 전체적으로 DP 용출이 감소했다.
- pH 6-10은 2회 상등액 교체부터는 교체횟수가 증가하여도 DP의 감소 폭은 작았다. pH 4 이하는 2회 상등액 교체부터는 교체횟수가 증가하여도 DP의 감소 폭은 적었고, 또한 용출되는 DP는 중성과 알카리쪽 보다 높았다. Fig.
- 6-2 ppm 정도에서 평형이 형성되었다. 각 pH에 따라 평형을 형성하는 DP의 값이 차이가 났으며, 산도 또는 알카리도가 증가할수록 평형을 이루는 DP가 증가됨을 보였다. pH가 DP 평형에 관계됨은 호소의 pH가 증가하면 평형 형성에 필요한 DP가 커짐으로 조류성장의 제한 인자인 T-P량이 증가하게 된다.
- 4에서는 pH가 증가하면 NTU가 높고, 정치시간이 증가하면 NTU가 낮아짐을 보였고, 모든 정치시간을 통하여 pH가 높으면 NTU도 높았다. 이로서 호수의 물이 알카리로 되면 탁도물질이 침전되기 어려워지는 것을 알 수 있었고, 또한 탁도가 물속에 부유하게 되면 침전되어 있을 때 보다 많은 DP 용출 발생함을 Fig. 2에서 보였다. DP는 24시간까지 증가 후 시간이 증가하여도 감소하지 않고, 평형을 유지했지만, 탁도 물질은 Fig.
- 3에서 pH 4 이하는 침전이 빨리 일어나지만 pH 6 이상에서는 침전이 잘 일어나지 않음을 보였다. 침전은 모든 영역의 pH에서 일어나지만 pH 4 이하는 24시간 이내에 대부분 침전되어 NTU가 대단히 낮았고, pH 6 이상에서는 침전이 잘 야기 되지 않음을 보였다. pH가 증가될수록 NTU값이 서서히 감소하는 것은 탁도물질의 침전속도가 감소함을 나타낸 것이다.
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