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Capping 기술을 이용한 하천 및 호소 퇴적토의 인 용출 저감 효과 분석
Analysis on the Reduction of Phosphorus Release in River and Lake Sediments through Application of Capping Technology 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.36 no.11, 2014년, pp.781 - 790  

김석구 (한국건설기술연구원 환경연구실) ,  윤상린 (한국건설기술연구원 환경연구실)

초록
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유속이 약한 하천이나 호소에 침강된 유기물, 영양염류, 유해화학물질 등의 오염물질은 일단 수중으로부터 제거되어 퇴적물 속에 축적되었다가 확산, 재 부유, 생물교란 등의 물리 화학 생물학적 과정에 의해 다시 수층으로 용출되어 수질 및 수생생태에 직 간접적인 악영향을 미칠 수 있게 된다. 특히 인은 수중생태계의 일차 생산량을 결정하는 중요한 물질중의 하나로 수체 내 물질순환 과정에서 주로 퇴적물에 저장되는 원소로 물리적인 교란 및 생 화학적 작용에 의해 수층으로용출되어 부영양화현상을 가속시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 수층 미생물의 영향을 고려한 경우(호소수)와 미생물의 영향을 배제한(증류수)경우로 구분하여 각각 다른 capping 소재를 적용하여 퇴적물에서의 인 용출 저감 효과를 분석하였다. 실험 결과 화학적소재인 Fe-Gypsum, $SiO_2$-Gypsum로 capping을 할 경우, control보다 인 용출을 약 40% 이상 저감시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한 복합소재인 granule gypsum+Sand는 약 50% 이상 용출을 저감 효과가 나타났다. 따라서 화학적 소재인 granule-gypsum과 그 위에 모래와 같은 친환경소재로 capping을 한다면 인 용출 저감에 효과적일 것으로 판단된다. Capping 처리 전후의 퇴적층내의 인 성상변화를 살펴본 결과, gypsum 투입에 의하여 호소 퇴적층에 존재하는 인이 용출되기 어려운 안정한 형태인 apatite-P 변화된 것으로 확인되었다. 이상의 결과를 토대로 capping 기술의 적용을 통하여 하천 및 호소 퇴적물에서 발생되는 인 용출에 대한 저감 효율을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Contaminants such as organic matters, nutrients and toxic chemicals in rivers and lakes with a weak flow rate are first removed from the water and accumulated in the sediments. Subsequently, they are released into the water column again, posing direct/indirect adverse effects on the water quality an...

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  • 11) 본 실험에 사용된 퇴적물 내 유기물 함량은 8%, 수층으로 용출되는 퇴적물의 깊이를 약 2 cm로 고려할 경우 퇴적물의 양은 5kg에 해당한다. 이때의 유기물 함량이 400 g으로 이를 산화시키는데 필요한 SO42-은 560 g으로 필요한 gypsum (CaSO4․2H2O) 주입량은 약 1 kg 이하로 산정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오염퇴적물에 capping 처리법의 적용 사례는? 2) 따라서, 최근 들어 퇴적물로부터 인 용출 저감을 위한 방안으로 오염퇴적물에 capping 처리법에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 3~5) In-situ capping의 현장 적용 사례는 캐나다 Hamilton harbour에 모래(100 m×100 m)로 capping을 한 사례가 있으며, 일본의 경우 모래를 이용한 capping 처리법이 히로시마만에 적용된 바 있다.6) 모래에 의한 capping은 퇴적물에 함유된 영양분이 diffusion에 의해 수체로 용출되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 것으로 제시되었다. 또한 natural zeolite를 사용하여 ABS (active barrier-system)을 형성하여 Pb 등의 양이온 중금속을 제어하였다.7) In-situ chemical treatment의 경우, 독일 Lake Dagowsee에 nitrate storage compound, Lake Epple에 Calcite를 적용하여 퇴적물로부터 인을 효과적으로 차단하였다.8,9) 이처럼 퇴적물내 redox potential을 높이기 위해 산화제의 주입 및 인과의 binding partner로서의 Ca, Fe를 첨가하는 방안들이 제시되고 있다. 또 다른 산화제 주입에 따른 연구 중 CaSO4․H2O에 의한 인 용출 저감에 대해 Finland에서 연구된 바 있다. 이는 CaSO4․H2O을 통한 퇴적물 내 redox potential을 높이고, 인과의 binding partner로서의 Ca이 첨가되고, SO42- 농도가 퇴적물내 충분히 공급되어 SRB (sulfate reducing bacteria)의 활성이 높아져 methanogensis의 진행을 저하시킬 수 있다. 또한 빠른 초기속성화작용을 통해 광물화가 촉진되어 apatite-p의 증가가 빠르게 이루어질 수 있다.10)
퇴적물이란? 육지로부터 유입되어 호소, 하천, 해양, 저수지 등의 수저에 쌓이는 모래, 점토, 유기물질, 광물질을 퇴적물이라 한다.1) 이런 퇴적물과 함께 유기물, 영양염류, 유해화학물질 등의 오염물질은 유속이 약한 하천이나 호소에 침강되어 일단 수중으로부터 제거되어 축적된다.
인은 무엇인가? 1) 이를 호수로부터 영양물질의 내부부하(internal loading)라고 한다. 특히 인은 수중생태계의 일차 생산량을 결정하는 중요한 물질중의 하나로 수체 내 물질순환 과정에서 주로 퇴적물에 저장되는 원소로 물리적인 교란 및 생․화학적 작용에 의해 수층으로 용출되어 부영양화현상을 가속시키는 것으로 알려져 있다.2) 이 경우 부영양화의 조절을 위하여 외부유입수의 수질을 개선한다 할지라도 실제 호수내의 수질은 개선되지 못하는 경우가 많다.
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참고문헌 (15)

  1. Leeder, M. R, "Sedimentology," George, Allen & Uniwin (Published) Ltd. ISBN 0-04-551053-9(1982). 

  2. Hakanson, L. and Janson, M., "Principles of lake sedimentology," Springer-Verlag., 109, 24-31(1983). 

  3. James, D. Q., Heather, M. V., Joseph, E. M. and Lqwrence, J. M., "Pilot-scale demonstration of in-situ capping of PCBcontaining sediments in the lower grasse river," Remediation, 14, 33-53(2003). 

  4. Ute, B., Thomas, N., Dietfried D., Rolf, N. and Doris, S., "Sediment capping in eutrophic lakes-efficiency of undisturbed calcite barriers to immobilize phosphorus," Appl. Geochem., 19, 1759-1771(2004). 

  5. Anonymous, "Assessment and remediation of contaminated sediments (ARCS) program remediation guidance document, III : Great lakes national program," US EPA (EPA 905-B94-003), Chicago(1994). 

  6. Jose, M., Azcue, Alex, J. Z., Alena, M., Fernando, R. and Tim, P., "Assessment of sediment and porewater after one year of subaqueous capping of contaminated sediments in Hamilton Harbour, Canada," Water Sci. Technol., 37, 323-329 (1998). 

  7. Patrick, H. J. and Ulrich, F., "Concept of subaqueous capping of contaminated sediments with active barrier systems (ABS) using natural and modified zeolites," Water Res., 33(9), 2083-2087(1999). 

  8. Gerlinds, W., Thomas, G. and Klaus, K., "Sediment treatment with a nitrate-storing compound to reduce phosphorus release," Water Res., 39, 494-500(2005). 

  9. Ute, B., Thomas N., Dietfried D., Rolf, N. and Doris, S., "Sediment capping in eutrophic lakes-efficiency of undisturbed calcite barriers to immobilize phosphorus," Appl. Geochem., 19, 1759-1771(2004). 

  10. Eila, V., Anu L., Veli-Pekka, S. and Pertti, J. M., "A new gypsum-based technique to reduce methane and phosphorus release form sediments of eutrophied lakes: (Gypsum treatment to reduce internal loading)," Water Res., 37, 1-10(2003). 

  11. Froelich, P. N., Klinkharmmer, G. P., Bender, N. A., Luedtke, Heath, G. R. and Cullen, D., "Early oxidation of organic matter in pelagic sediments of the eastern Equator Atlantic: suboxic diagenesis," Geochim. Cosmochim. Acta, 43, 1075-1090(1979). 

  12. Hieltjes, A. H. M., Liklema, L., "Fractionation of inorganic phosphates in calcareous sediments," Hour. Environ. Qual., 9(3), 405-407(1980). 

  13. APHA, AWWA, WEF, "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th edition," Americal Public Health Association, Washington, D.C.(1998). 

  14. Salonen, V. P. and Varjo, E., "Gypsum treatment as a restoration method for sediments of eutrophied lakes-experiments from southern Finland," Environ. Geol., 39, 353-359(2000). 

  15. Wang, S., Jin, X., Zhao, H. and Wu, F., "Phosphorus fractions and its release in the sediments from the shallow lakes in the middle and lower reaches of Yangtze River area in China," Colloid. Surf., 273, 109-116(2006). 

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