낙동강 하류 및 부산연안지역의 준설토와 퇴적토 활용을 위한 특성 평가 Assessment of Dredged Soils and Sediments Properties in the Lower Reach of Nakdong River and Coastal Areas of Busan for Beneficial Uses원문보기
Although the quantity of dredged soils has increased owing to recent new harbor construction, sea course management, polluted sediment dredging, and four-river project, the reuse or recycling of those dredged soils has not done properly in Korea. To develop measures to utilize them in various ways f...
Although the quantity of dredged soils has increased owing to recent new harbor construction, sea course management, polluted sediment dredging, and four-river project, the reuse or recycling of those dredged soils has not done properly in Korea. To develop measures to utilize them in various ways for reuse or recycling, the biophysicochemical properties of dredged soils and sediment were assessed in this study. Samples were classified according to their sources-river and sea-by location, and as dredged soil and sediment depending on storage time. The results showed that dredged materials from the sea have high clay content and can be used for making bricks, tiles, and lightweight backfill materials, while dredged materials from the river have high sand content and can be used in sand aggregates. Separation procedures, depending on the intended application, should be carried out because all dredged materials are poorly sorted. All dredged soils and sediments have high salinity, and hence, salts should be removed before use for cultivation. Since dredged materials from the sea have adequate concentrations of nutrients, except phosphate, they can be used for creating and restoring coastal habitats without carrying out any additional removal processes. The high overall microbial activities in dredged materials from the river suggested that active degradation of organic matter, circulation of nutrients, and provision of nutrients may occur if these dredged materials are used for cultivation purpose.
Although the quantity of dredged soils has increased owing to recent new harbor construction, sea course management, polluted sediment dredging, and four-river project, the reuse or recycling of those dredged soils has not done properly in Korea. To develop measures to utilize them in various ways for reuse or recycling, the biophysicochemical properties of dredged soils and sediment were assessed in this study. Samples were classified according to their sources-river and sea-by location, and as dredged soil and sediment depending on storage time. The results showed that dredged materials from the sea have high clay content and can be used for making bricks, tiles, and lightweight backfill materials, while dredged materials from the river have high sand content and can be used in sand aggregates. Separation procedures, depending on the intended application, should be carried out because all dredged materials are poorly sorted. All dredged soils and sediments have high salinity, and hence, salts should be removed before use for cultivation. Since dredged materials from the sea have adequate concentrations of nutrients, except phosphate, they can be used for creating and restoring coastal habitats without carrying out any additional removal processes. The high overall microbial activities in dredged materials from the river suggested that active degradation of organic matter, circulation of nutrients, and provision of nutrients may occur if these dredged materials are used for cultivation purpose.
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문제 정의
다만 준설토의 특성이 많이 다를 것으로 예상되는 하천과 해양준설토의 특성 파악은 초기 발생 단계에서 향후 적용 가능한 활용처를 스크리닝 하는데 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 골재용 또는 매립에 의존하는 준설토를 보다 더 다양하게 재활용 또는 재이용할 수 있는 방안을 강구하고자 준설토의 발생위치에 따라 하천 및 해양준설토로, 이를 다시 준설이 이루어져 적재되어 있는 준설토와 현장에서의 퇴적물을 채취한 퇴적토로 구분하여 주요 특성을 평가하여 잠재적인 활용처를 제안하고자 한다.
본 연구에서는 점차 발생량이 증가하고 있는 준설토를 보다 더 다양하게 재활용 할 수 있는 방안을 강구하고자 낙동강 하구와 부산 연안 해역 지역을 대상으로 주요 특성을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
하천 퇴적토는 낙동강 하구둑 상류지역에서, 해양 퇴적토는 부산 연안지역에서 그랩 샘플러를 이용하여 채취하였다. 낙동강 하구 준설토는 4대강 살리기 사업의 일환으로 준설된 후 적재되어 있는, 해양 준설토는 신항 건설로 인하여 배후에 적재되어 있는 준설토를 채취하여 분석하였다. 퇴적토의 경우에는 채취 위치는 준설토 채취 지역과 동일하나 현장에서 직접 채취한 토양이기 때문에 준설토에 비해 준설 당시의 퇴적물의 상태를 잘 반영한다고 볼 수 있다.
입도분석 결과를 이용하여 평균입도, 분급도, 왜도, 첨도를 살펴보았다(Table 1). 하천준설토와 퇴적토, 해양준설토의 평균입도는 4.
준설토의 물리·화학적 특성을 살펴보기 위해서 물리적 특성으로 입도를 분석하였고, 화학적 특성으로 토양산도, 전기전도도, 치환성 나트륨·칼륨·칼슘·마그네슘·알루미늄, 양이온교환능력, 유기물함량, 총질소, 유효인산 등을 분석하였다. 입도와 유기물함량을 제외한 전 항목에 대해서는 2 mm 체를 통과한 풍건토양을 이용해 실험을 실시하였는데, 토양산도와 전기전도도는 초자전극법으로, 치환성 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등의 양이온은 1N HN4OAc로 추출하여 ICP(Perkin elmer, USA)로 분석하였다. 양이온교환능력은 IN Acetic acid 법을 이용하였으며, 총질소는 Micro Kjeldahl 법(NIAST, 2000), 유효태인산은 Bray P2 법을 사용하여 분석하였다(Jones, 2001).
준설토의 공학적 활용 가능처를 살펴 보고자 대상토양의 입도 특성을 분석하였다. 입도 분석 결과, 하천준설토와 퇴적토, 해양퇴적토는 입자크기 2 mm 이상의 자갈(gravel)이 각각 0.
준설토의 물리·화학적 특성을 살펴보기 위해서 물리적 특성으로 입도를 분석하였고, 화학적 특성으로 토양산도, 전기전도도, 치환성 나트륨·칼륨·칼슘·마그네슘·알루미늄, 양이온교환능력, 유기물함량, 총질소, 유효인산 등을 분석하였다.
대상 데이터
준설토의 특성을 파악하기 위해서 하천 준설토와 해양준설토를 구분하여 시료를 채취하였다. 하천 퇴적토는 낙동강 하구둑 상류지역에서, 해양 퇴적토는 부산 연안지역에서 그랩 샘플러를 이용하여 채취하였다.
준설토의 특성을 파악하기 위해서 하천 준설토와 해양준설토를 구분하여 시료를 채취하였다. 하천 퇴적토는 낙동강 하구둑 상류지역에서, 해양 퇴적토는 부산 연안지역에서 그랩 샘플러를 이용하여 채취하였다. 낙동강 하구 준설토는 4대강 살리기 사업의 일환으로 준설된 후 적재되어 있는, 해양 준설토는 신항 건설로 인하여 배후에 적재되어 있는 준설토를 채취하여 분석하였다.
데이터처리
양이온교환능력은 IN Acetic acid 법을 이용하였으며, 총질소는 Micro Kjeldahl 법(NIAST, 2000), 유효태인산은 Bray P2 법을 사용하여 분석하였다(Jones, 2001). 입도는 체분석과 피펫팅법을 병행하여 분석한 후(Shepard, 1954), 조직변수(평균입도, 분급도, 왜도, 첨도)를 GRADISTAT 프로그램을 이용하여 계산하였다(Blott and Pye, 2001). 분석에 사용된 단위인 Φ(phi)와 입자의 직경인 D(mm)의 사이에는 Φ = −log2D의 관계가 있다.
이론/모형
생물학적 특성으로 종속영양세균 총수는 3M사의 일반세균용 petrifilm 배지를 이용하여 분석하였고, 효소활성과 관련된 탈수소효소활성도, β-glucosidase, acid phosphatase, arysulphatase은 Methods of Soil Analysis를 참조하여 분석을 하였다(Weaver et al., 1994).
입도와 유기물함량을 제외한 전 항목에 대해서는 2 mm 체를 통과한 풍건토양을 이용해 실험을 실시하였는데, 토양산도와 전기전도도는 초자전극법으로, 치환성 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등의 양이온은 1N HN4OAc로 추출하여 ICP(Perkin elmer, USA)로 분석하였다. 양이온교환능력은 IN Acetic acid 법을 이용하였으며, 총질소는 Micro Kjeldahl 법(NIAST, 2000), 유효태인산은 Bray P2 법을 사용하여 분석하였다(Jones, 2001). 입도는 체분석과 피펫팅법을 병행하여 분석한 후(Shepard, 1954), 조직변수(평균입도, 분급도, 왜도, 첨도)를 GRADISTAT 프로그램을 이용하여 계산하였다(Blott and Pye, 2001).
분석에 사용된 단위인 Φ(phi)와 입자의 직경인 D(mm)의 사이에는 Φ = −log2D의 관계가 있다. 유기물 함량은 강열감량법을 이용하였다(Park, 1983).
성능/효과
1. 상대적으로 점토의 함량이 높은 해양퇴적토는 벽돌이나 타일, 경량의 뒤채움재 또는 골재로 활용 가능할 것으로 판단되며 모래함량이 높은 하천 준설토나 퇴적토는 골재로 재활용하는 것이 바람직하다고 판단되나 두 가지 모두 분급도가 나빠 활용 목적에 맞게 입도분리 및 선별이 필요할 것으로 판단됨.
3. 해양퇴적토의 경우, 유효인산을 제외한 모든 항목에서 조경기준 상으로 나타나 해양서식처조성, 복원 등의 식재기반으로 활용 가능하리라 판단됨.
4. 하천퇴적토의 경우, 전반적으로 미생물활성도기 가장 높게 나타나 식재지반으로 활용 시 유기물 분해와 영양물질의 순환이 활발하게 나타날 것으로 판단되며 또한 식물의 성장에 필요한 무기물질의 공급에 긍정적인 영향을 줄 수 있음.
5. 하천 및 해양퇴적토 모두 준설 후 유기물과 총질소농도 및 미생물활성도의 감소 등이 관찰되어 준설 후 환경변화에 따라 토양의 생물리화학적 특성에도 변화가 발생하는 것으로 나타남.
본 연구에서는, 하천 준설토와 해양준설토는 조경기준 중, 해양퇴적토는 상으로 나타난 반면 하천 퇴적토는 하로 나타났다(Table 2, 3). 농업기준으로는 하천 퇴적토만이 과수원용으로 적정한 범위에 포함되는 것으로 나타났고 나머지 토양은 모두 적정범위 0.25~0.80 cmol/kg를 초과하는 것으로 나타났다. 칼륨은 자체적으로 독성이 없고 토양으로부터 방출된다고 하더라도 환경문제를 야기하지는 않지만 칼륨의 과잉흡수는 칼슘과 마그네슘의 흡수를 저해하여, 이들 무기물을 이용하는 동물과 식물의 영양 불균형을 초래할 수 있다(Brady and Weil, 2010).
Yoon and Kim(2011)에 따르면, 입도 분리에 따라 모래와 자갈은 콘크리트용 골재로, 모래는 뒤채움재, 역청혼합물 또는 모르타르 용으로, 모래함량이 30% 이하인 점토는 벽돌생산을 위한 원재료용으로, 점토는 타일, 경량의 뒤채움재 또는 골재로 활용 가능하다고 한다. 따라서 대상토양 중 상대적으로 점토의 함량이 높고 모래함량이 30% 이하의 점토로 구성된 해양퇴적토는 벽돌이나 타일, 경량의 뒤채움재 또는 골재를 활용 가능한 것으로 판단된다. 나머지 토양에 대해서는 입도분리 후 각각의 입도에 따라 적절하게 이용 가능하리라 판단된다.
결핍되면, 일반적으로 식물체의 싹, 펼쳐지는 잎, 과실 및 뿌리 선단부와 같은 생장부분에 있어서 저해를 가져오며, 정상 생육에서는 독성을 띠지 않던 다른 무기물이 독성을 띠게 될 수 있다(Brady and Weil, 2010). 본 대상토양은 조경기준 하로 나타난 하천퇴적토 외에는 모두 조경기준 상으로 나타나 칼슘 부족으로 인한 식물장해는 발생하지 않을 것으로 판단된다.
따라서 토양유기물의 양과 질은 토양질을 결정하는 핵심이다(Brady and Weil, 2010). 본 대상토양의 경우, 유기물 함량을 나타내는 강열감량과 총유기탄소량은 토양별로 유사하게 나타났다. 하천 준설토는 조경기준 하, 하천퇴적토와 해양준설토는 조경기준 중, 해양준설토는 조경기준 상으로 나타났다.
본 연구 결과, 종속영양세균의 수는 하천퇴적토에서 7.5 × 106~9.6 × 106으로 가장 많이 관찰되었고 나머지 토양에 대해서는 1.1 × 105~4.9 × 105 범위로 나타났다.
만약 식물에 칼륨이 결핍되면 황백화와 괴사현상을 가져온다(Kang and Shin, 2005). 본 연구에서는, 하천 준설토와 해양준설토는 조경기준 중, 해양퇴적토는 상으로 나타난 반면 하천 퇴적토는 하로 나타났다(Table 2, 3). 농업기준으로는 하천 퇴적토만이 과수원용으로 적정한 범위에 포함되는 것으로 나타났고 나머지 토양은 모두 적정범위 0.
5의 범위에서 양호하게 생육 가능하다고 알려져 있다. 본 연구에서는, 하천에 비해 해양의 준설토와 퇴적토가 상대적으로 높은 토양산도를 보였으며, 모두 조경기준 하 등급으로, 농업용 기준을 모두 초과하는 것으로 나타났다(Table 2). 이와 같이 중성 이상의 높은 pH는 미량원소의 용해도가 떨어지게 되며, 특히 Fe, Mn, Zn, Cu 등이 결핍으로 식물생장에 영향을 줄 수 있다.
준설토의 공학적 활용 가능처를 살펴 보고자 대상토양의 입도 특성을 분석하였다. 입도 분석 결과, 하천준설토와 퇴적토, 해양퇴적토는 입자크기 2 mm 이상의 자갈(gravel)이 각각 0.6%, 0.8%, 0.0%로 대부분 2 mm 이하의 입자로 구성된 것으로 나타난 반면, 해양준설토의 경우에는 자갈이 15.3%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
08으로서 약한 대칭성(symmetric)을 갖는 것으로 나타났다. 첨도는 퇴적물 입도의 정규분포에서 퇴적물의 분산이 얼마나 좁은 확률범위에 존재하는가를 나타내는데, 하천준설토는 높게 첨용(very leptokurtic)하는 것으로 나타났고, 하천퇴적토와 해양준설토는 중첨(mesokurtic), 해양퇴적토는 첨용(leptokurtic)하는 것으로 나타났다.
식물체에서 질소의 결핍은 백화현상의 주요인이 되며, 과용되면 식물체의 과도한 영양생장이 나타나며, 과도한 지상부의 무게로 인한 도복, 성숙지연, 병충해에 대한 저항성이 떨어지는 현상을 보인다(Brady and Weil, 2010). 총질소의 경우, 하천준설토와 해양준설토는 조경기준 하, 하천퇴적토와 해양퇴적토는 각각 중, 상으로 나타났다(Fig. 5(a)).
9 × 105 범위로 나타났다. 탈수소효소활성도는 하천퇴적토에서 가장 높게 나타났으며 준설토보다는 퇴적토에서 높은 경향을 보였다(Fig. 6). 이는 준설 이후 일정 기간 방치에 따른 환경적인 변화에 의한 것으로 판단된다.
, 2003) 식물 생육장해를 유발시킬 수 있다. 하천 및 해양 준설토와 퇴적토의 전기전도도는 조경기준 불량 등급에 속하는 것으로 나타났다. 하천 준설토임에도 불구하고 높은 전기전도도를 보이는 것은 낙동강 하구둑의 개폐여부에 따른 해수의 영향으로 판단된다.
본 대상토양의 경우, 유기물 함량을 나타내는 강열감량과 총유기탄소량은 토양별로 유사하게 나타났다. 하천 준설토는 조경기준 하, 하천퇴적토와 해양준설토는 조경기준 중, 해양준설토는 조경기준 상으로 나타났다. 하지만 농업기준에서는 유기물 적정범위를 2.
하천준설토는 입자구성에서 모래의 함량이 62.3%로, 해양퇴적토는 점토의 함량이 53.4%로 가장 높은 것으로 나타났다(Fig. 2). Yoon and Kim(2011)에 따르면, 입도 분리에 따라 모래와 자갈은 콘크리트용 골재로, 모래는 뒤채움재, 역청혼합물 또는 모르타르 용으로, 모래함량이 30% 이하인 점토는 벽돌생산을 위한 원재료용으로, 점토는 타일, 경량의 뒤채움재 또는 골재로 활용 가능하다고 한다.
하천준설토와 퇴적토, 해양퇴적토는 분급도가 2.61~3.26 Φ으로 나타나 아주 좋지 않은 분급(very poorly sorted)으로, 해양준설토는 분급도가 4.10 Φ로 극도로 좋지 않은 분급(extremely poorly sorted)으로 분류되어, 다양한 크기의 입도를 가지고 있는 것으로 나타났다.
해양퇴적토를 제외한 대상토양은 0.569~0.660으로서 강한 양성왜도(very fine skewed)를 보였으며, 해양퇴적토는 –0.08으로서 약한 대칭성(symmetric)을 갖는 것으로 나타났다.
후속연구
이와 같이 적정범위를 충족시키지 못하는 토양을 향후 조경용 또는 농업용으로 이용하기 위해서는 질소와 유효인산을 이용 목적에 따라 적절히 시비해 줄 필요가 있다고 판단된다.
이는 다량의 황을 포함하고 있는 해수의 영향으로 판단된다. 하천퇴적토의 경우, 미생물활성도에 있어서 전반적으로 가장 높게 나타나 식재지반으로 활용 시 유기물 분해와 영양물질의 순환이 활발하게 나타날 것으로 판단되며, 이는 식물의 성장에 필요한 무기물질의 공급에 긍정적인 영향을 줄 수 있으리라 생각되며 추가적인 연구가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양 준설토 재활용과 관련하여 진행되는 연구에는 어떤 것들이 있는가?
현재 준설토의 재활용과 관련하여 진행되고 있는 연구로는 건설재료로 사용하기 위하여 고화제를 혼합하고, 경량화를 위하여 기포를 첨가한 경량기포혼합토의 응력-변형거동과 압축강도 특성을 구명하기 위한 연구(Kim and Lee, 2002), 조경 식재지 객·복토용 재료로서의 재활용 가능성을 파악하기 위해서 일본의 준설토를 대상으로 물리·화학적 특성에 관한 연구(Kim and Yoon, 2005), 인공염습지와 같은 환경복원재로서의 이용가능성을 평가하기 위해 준설토와 원지반 토양간의 배합비에 따른 인공염습지 조성 후 초기 환경변화에 관한 연구(Park et al., 2008), 준설토사의 유효활용을 위한 환경기준의 정립을 위하여 타당하다고 판단되는 외국의 준설토사 활용기준을 선별하여 국내 퇴적물 오염현황, 국내 퇴적물의 주요오염성분, 그리고 오염퇴적물 정화기준의 하위기준과 상위기준을 종합적으로 비교 및 분석하여 준설토사의 유효활용을 위한 환경기준을 제안한 연구(Yoon et al., 2008) 등이 있다.
2003년에 해양준설토가 얼마나 발생하였는가?
최근 신항만 건설 및 해안 매립, 해상 항로유지 확보, 오염해역 준설로 인하여 2003년에만 2,400만 m3의 해양준설토가 발생하였고, 국내 연안에서 발생하는 준설토의 양 또한 2000년부터 2005년까지 약 27,900 m3 기록하는 등 그 발생량은 꾸준히 증가하는 추세를 보이고 있다(MOMAF, 2003; Park, 2007). 또한 최근 마무리된 4대강 살리기 사업으로 인하여 2012년 기준, 약 4.
해양 준설토의 투기 비율은 어떻게 되는가?
발생한 해양 준설토 중 81%는 투기장에 투기되고 9%는 외해에 투기하고 있어 그 활용률이 극히 낮은 실정이다(Yoon and Kim, 2011). 준설 직후 매립지에 장기간 방치하여 건조·처리하는 방법은 대규모의 부지를 확보해야할 뿐만 아니라 이마저도 수명 및 처리비용의 상승으로 문제가 제기되고 있으며, 부지를 확보한다 하더라도 최근 투기장 환경오염 문제로 인하여 투기장을 신축하는 것이 지역사회 여론의 반대에 크게 부딪히고 있는 실정이다.
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