[논문]연안 저질 개선을 위한 석탄회 조립물의 활용

김경회; 이인철; 류성훈; 사이토 타다시; 히비노 타다시

doi:10.7846/jkosmee.2014.17.1.1

연안 저질 개선을 위한 석탄회 조립물의 활용
Application of Granulated Coal Ash for Remediation of Coastal Sediment 원문보기

한국해양환경ㆍ에너지학회지 = Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, v.17 no.1, 2014년, pp.1 - 7

김경회 (일본히로시마대학 공학연구원) , 이인철 (부경대학교 해양공학과) , 류성훈 (부경대학교 해양공학과) , 사이토 타다시 (일본 중국전력주식회사) , 히비노 타다시 (일본히로시마대학 공학연구원)

초록
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본 논문에서는 석탄회 조립물을 이용한 저질개선 기술의 안전성 및 저질개선기구에 대해 논하고, 일본 카이타만 석탄회 조립물 피복구간에서의 저질개선효과에 대해 검토하였다. 석탄회 조립물의 중금속 농도 및 용출량은 일본의 환경기준을 만족하는 것으로 조사되었으며, 석탄회 조립물의 저질개선기능은 다음과 같이 요약할 수 있다. (1) 인산염 및 황화수소의 제거 (2) 산성 저질의 중화 (3) 투수성의 증가 및 이로 인한 환원상태 저질의 개선 (5) 지반강도의 증가 (6) 부착성 조류의 서식 기반. 일본 카이타만에서 실시한 현장실증실험 결과로부터 연안저질의 pH중화, 인산염 및 황화수소 농도 감소 등 석탄회 조립물의 저질개선효과가 검증되었으며, 이에 따른 저서생물의 증가가 확인되었다. 석탄회 조립물을 이용한 연안저질의 개선기술이 실용화 된다면 오염저질의 정화에 소요되는 비용의 절감은 물론 산업부산물인 석탄회의 재활용에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper aims to explain the safety assessment and remediation mechanism of Granulated Coal Ash (GCA) as a material for the remediation of coastal sediments and to evaluate the improvement of the sediment in Kaita Bay, where GCA was applied. The concentrations of heavy metal contained in GCA and the dissolved amounts of heavy metal from GCA satisfied the criteria for soil and water pollution in Japan. The mechanisms on the remediation of coastal sediments using GCA is summarized as follows; (1) removal of phosphate and hydrogen sulfide (2) neutralization of acidic sediment (3) oxidation of reductive sediment (4) increase of water permeability (5) increase of soil strength (6) material for a base of seagrass. From the results obtained from the field experiment carried out in Kaita Bay, it was clarified that GCA is a promizing material for remediation of coastal sediment. This remediation technology can contribute to promote waste reduction in society and to decrease cost of coastal sediment remediation by applying GCA in other polluted coastal areas.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 논문에서는 문헌조사를 통해 석탄회 조립물의 물성 및 저질개선기구 그리고 안전성을 정리하였다. 동시에 일본 카이타만(海田)에서 실시한 석탄회 조립물을 이용한 현장실험 결과로부터 실해역 규모에서의 석탄회 조립물의 저질정화 효과에 대해서 검토하였다.
본 논문에서는 최근 주목받고 있는 저질 개선방법인 석탄회 조립물 피복기술의 안전성 및 저질개선기구에 대한 논하고, 일본 카이타만에서 실시한 석탄회 조립물 피복구간의 저질개선효과에 대해 검토하였다.
연안저질오염 문제를 해결하기 위한 신기술로서, 화력발전 공정에서 발생하는 부산물인 ‘석탄회’를 조립화하여 재활용한 ‘석탄회 조립물’을 오염저질에 피복하는 방법이 실용화되고 있다. 이에 본 논문에서는 문헌조사를 통해 석탄회 조립물의 물성 및 저질개선기구 그리고 안전성을 정리하였다. 동시에 일본 카이타만(海田)에서 실시한 석탄회 조립물을 이용한 현장실험 결과로부터 실해역 규모에서의 석탄회 조립물의 저질정화 효과에 대해서 검토하였다.

제안 방법

6의 GCA site). 각 실험구(St. 1, St. 2, St. 3)의 면적은 100*200 m이며, 석탄회 조립물의 피복 두께는 만 입구에 위치한 St. 3 주변은 20 cm, St. 2 주변은 10 cm, St. 1 주변은 5 cm가 되도록 조절하였다.
7에서 모니터링을 실시하였다. 각 지점에서 에크만 채니기 또는 다이버에 의해 채취된 저질은 현장에서 pH와 ORP(HORIBA, D-53)를 측정한 후, 냉장 보관하여 운반한 후, 저질내의 간극수는 원심분리(3000 rpm, 20 min)로 분리하였다. 간극수 중의 인산염은 standard method(American Public Health Association[1989])로 auto analyzer(SWATT, BLTEC)를 이용하여 분석하였다.
1 m))으로 분석하였다. 저서생물조사는 St. 2에서 실시하였으며, 캔코어(0.025 m²)를 이용하여 채취한 저니를 1 mm 채로 걸러낸 후 개체수 및 종수를 조사하였다. 현장 모니터링은 2009년부터 2011년까지, 황화수소 농도의 측정은 2010년부터 2011년까지 하계(8월) 및 동계(12월) 연 2회 실시하였다.
카이타만 남부에 위치한 폐쇄성 해역에 저질개선을 목적으로 2010년 6월 석탄회 조립물을 이용한 피복을 실시하였다(Fig. 6의 GCA site). 각 실험구(St.
025 m²)를 이용하여 채취한 저니를 1 mm 채로 걸러낸 후 개체수 및 종수를 조사하였다. 현장 모니터링은 2009년부터 2011년까지, 황화수소 농도의 측정은 2010년부터 2011년까지 하계(8월) 및 동계(12월) 연 2회 실시하였다. 또한 저서생물조사는 2008년 및 2010년 하계 및 동계에 실시하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상해역인 카이타만은 일본 히로시마만의 북부에 위치한 폐쇄성 내만이다(Fig. 6). 카이타만을 포함하는 히로시마만의 굴 생산량은 일본 전체 생산량의 50% 이상을 차지한다.

이론/모형

각 지점에서 에크만 채니기 또는 다이버에 의해 채취된 저질은 현장에서 pH와 ORP(HORIBA, D-53)를 측정한 후, 냉장 보관하여 운반한 후, 저질내의 간극수는 원심분리(3000 rpm, 20 min)로 분리하였다. 간극수 중의 인산염은 standard method(American Public Health Association[1989])로 auto analyzer(SWATT, BLTEC)를 이용하여 분석하였다. 또한 간극수 중의 황화수소의 농도는 가스 크로마토그라피법(가스크로: SIMADSU, GC14B, 검출관: FPD, 칼럼: B'B'-ODPN(3.
또한 간극수 중의 황화수소의 농도는 가스 크로마토그라피법(가스크로: SIMADSU, GC14B, 검출관: FPD, 칼럼: B'B'-ODPN(3.2 mmID, 3.1 m))으로 분석하였다.

성능/효과

4 이하로 유지되었다. pH는 석탄회 조립물에 포함되어 있는 CaO의 가수분해에 의해 높아졌으며, 본 모니터링 결과를 통해 석탄회 조립물의 저질 pH의 중화 효과는 2년 이상 지속되고 있는 것을 알 수 있다.
일본 히로시마의 투수성이 매우 낮아진 점토질 하안갯벌에 석탄회 조립물를 이용한 침투주(Infiltration - Pillar; f = 30 cm, H = 50 cm)를 점토층 하부에 위치한 모래층까지 도달하도록 설치한 결과 침투주 및 그 주변 지반의 투수성을 향상시키는 것이 가능해 졌다. 갯벌 저질의 투수성의 향상은 감조하천의 수위변화에 따라 갯벌지반 내의 간극수(지하수) 흐름을 원활히 하여, 결과적으로 간극수의 용존산소 농도를 증가시키는 것으로 조사되었다.
7에 나타내었다. 대조구의 pH는 7.3~7.9의 범위로 해수(약 8.2)에 비해 낮은 반면, 실험구에서는 석탄회 조립물 피복이후 pH가 7.9~8.6의 범위로 증가하여 해수의 pH에 가까운 값을 보였다(Fig. 7(a)).
또한 석탄회 조립물의 피복이후 pH가 급격히 증가하였으나 피복 3개월 후 저서생물 개체수의 증가가 확인되어, 석탄회 조립물의 피복에 의한 pH의 증가는 저서생물의 서식환경에 큰 영향을 미치지 않은 것으로 보인다.
저서생물의 종수는 석탄회 조립물 피복이후 하계에는 8종에서 7종으로 큰 변화가 없었으나, 동계에는 2종에서 23종으로 큰 폭으로 증가하였다. 석탄회 조립물의 피복이후, 저서생물의 개체수 및 종수가 증가한 것은 저질 황화수소 농도 감소, 영양염 용출 억제로 인한 적조발생빈도의 감소 및 빈산소수괴 발생의 감소 등에 의한 결과로 추정되며, 이상의 결과로부터 석탄회 조립물의 피복은 연안역의 저생 생태계 복원에 효과적인 것으로 판단된다.
7 주변에 고농도로 퇴적됨으로 인한 결과로 보인다. 실험구에서 인산염 농도의 감소는 인산염의 칼슘이온과의 결합에 의한 수산화 아파타이트 또는 인산칼슘의 형성으로 인한 것으로 사료되며, 간극수 중의 인산염 농도 감소는 저질에서 해수층으로 용출되는 인산염 플럭스를 감소시킬 것으로 예측된다.
7(b)). 실험구의 pH, ORP의 증가는 석탄회 조립물의 피복량에 의존하는 경향을 보였으며, 피복량이 가장 많은 St. 3에서 가장 높은 증가량을 보였다.
이상의 결과로부터, 석탄회 조립물 피복기술은 저질의 개선에 효과적인 것으로 드러났다. 본 기술이 실용화되면 오염저질의 개선에 소요되는 막대한 비용의 절감은 물론, 석탄회의 자원화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
인산염은 실험구에서 석탄회 조립물을 피복한 후 감소하여 0.25 mg/l 이하의 농도를 유지한데 비해, 대조구에서는 최대 2.0 mg/l로 실험구에 비해 약 8배 정도 높은 값을 가졌다. 대조구에서도 특히 St.
일본 우지나의 해안가에 조성한 석탄회 조립물 지반에 잘피를 이식한 결과 잘피의 성장이 양호한 것으로 조사되었다(Fig. 3). 즉 석탄회 조립물 지반은 치어의 서식지로 이용되는 해조류 서식지로서의 기능도 할 수 있다(Hibino et al.
일본 카이타만에서 실시된 석탄회 조립물의 이용한 저질 개선실험의 결과로부터, 인산염 및 황화수소의 제거, 산성 토양의 pH 증가, ORP의 증가 등 저질의 개선효과 및 저서생물의 증가를 확인 할 수 있었다.
하계 및 동계의 저서생물의 개체수는 각각 200개체 및 30개체였으나, 석탄회 조립물의 피복한 이후에는 각각 약 1,000개체 및 2,500개채로 증가하였다. 저서생물의 종수는 석탄회 조립물 피복이후 하계에는 8종에서 7종으로 큰 변화가 없었으나, 동계에는 2종에서 23종으로 큰 폭으로 증가하였다. 석탄회 조립물의 피복이후, 저서생물의 개체수 및 종수가 증가한 것은 저질 황화수소 농도 감소, 영양염 용출 억제로 인한 적조발생빈도의 감소 및 빈산소수괴 발생의 감소 등에 의한 결과로 추정되며, 이상의 결과로부터 석탄회 조립물의 피복은 연안역의 저생 생태계 복원에 효과적인 것으로 판단된다.
황화수소 농도는 실험구에서 최대 약 0.3 mg/l로 최대농도 2.4 mg/l의 대조구와 비교하여 큰 폭으로 감소한 것이 확인되었다. 실험구에서의 황화수소 농도는 석탄회 조립물에 의한 황화수소의 흡착 및 pH 증가로 인한 황산환원균의 활동억제에 의한 것으로 사료된다.
석탄회 조립물을 혼합하여 저질 강도를 증가시키는 것이 가능하다. 히로시마 오타가와(太田川)의 점토질 갯벌은 강도가 약 0.1 kg/cm² 정도로 사람의 보행이 불가능했으나, 입경 2 mm 이하의 석탄회 조립물을 원지반과 50% 비율로 혼합한 결과 강도가 약 50 kg/cm² 까지 증가하여 사람의 보행이 가능해졌다(Fig. 2). 이는 게가 서식을 위한 굴을 만들 수 있는 범위의 강도로, 석탄회 조립물의 혼합은 저서생물의 서식환경을 악화시키지 않는 범위 내에서 지반강도를 증가시키는 것으로 조사되었다.

후속연구

이상의 결과로부터, 석탄회 조립물 피복기술은 저질의 개선에 효과적인 것으로 드러났다. 본 기술이 실용화되면 오염저질의 개선에 소요되는 막대한 비용의 절감은 물론, 석탄회의 자원화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석탄회 조립물의 저질개선기능은 무엇이 있는가?	석탄회 조립물의 중금속 농도 및 용출량은 일본의 환경기준을 만족하는 것으로 조사되었으며, 석탄회 조립물의 저질개선기능은 다음과 같이 요약할 수 있다. (1) 인산염 및 황화수소의 제거 (2) 산성 저질의 중화 (3) 투수성의 증가 및 이로 인한 환원상태 저질의 개선 (5) 지반강도의 증가 (6) 부착성 조류의 서식 기반. 일본 카이타만에서 실시한 현장실증실험 결과로부터 연안저질의 pH중화, 인산염 및 황화수소 농도 감소 등 석탄회 조립물의 저질개선효과가 검증되었으며, 이에 따른 저서생물의 증가가 확인되었다.
	황화수소가 발생하는 원인은?	연안저질의 유기물 농도는 그 환경적 특성으로 인해 해수중의 농도에 비해 작게는 수배에서 많게는 수십배 정도 높아서(Chapman[1986]), 저질내에 퇴적되어 있는 유기물의 재부상 및 고농도의 영양염 용출은 부영양화, 적조, 빈산소수괴 등의 발생에 중요한 영향인자 중 하나로 작용하고 있다(Ali and Lemckert[2009]). 또한 고농도의 유기물이 퇴적되어 있는 혐기성 상태의 저질에서는 유기물의 혐기성 분해과정 중 황산환원균의 활동에 의해 황화수소가 발생한다. 황화수소는 독성이 강하고 용존산소를 소비할 뿐만 아니라, 청조의 원인이 되어 저생생태계의 파괴를 촉진하는 것으로 알려져 있다(Richard and Morse[2005]).
	황화수소의 특성은?	또한 고농도의 유기물이 퇴적되어 있는 혐기성 상태의 저질에서는 유기물의 혐기성 분해과정 중 황산환원균의 활동에 의해 황화수소가 발생한다. 황화수소는 독성이 강하고 용존산소를 소비할 뿐만 아니라, 청조의 원인이 되어 저생생태계의 파괴를 촉진하는 것으로 알려져 있다(Richard and Morse[2005]).

참고문헌 (20)

American Public Health Association, American Water Works Association and Water Pollution Control Federation, 1989, "Standard Method for Examination of Water and WasteWater, seventeenth ed", APHA,Washington D.C.
Ayub Ali and Chariles J. Lemckert, 2009. "A traversing system to measure bottom boundary layer hydraulic properties", Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol. 83, pp. 425-433.

상세보기
Chapman, P.M., 1986, "Sediment quality criteria from the sediment quality triad and example", Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 5, pp. 957-964.

상세보기
D. Richard and J.W. Morse, 2005, "Acid volatile sulfide(AVS)", Marine Chemistiry Vol. 97, pp. 141-197.

상세보기
K. Tamai, H. Nishino, Y. Izuro, T. Hibino, A. Suto, M. Nishidoi, 2012, "Empirical study of sustainability for sediment environmental improvement through covering on seabed with fly ash beans", Annual Journal of Civil Engineering in the Ocean, Vol. 68, pp. 1145-1150 (in Japanese with English abstract).
K.H. Kim, Satoshi Asaoka, Tamiji Yamamoto, Shinjiro Hayakawa, Kazuhiko Takeda, Misaki Katayama and Takasumi Onoue, 2012, "Mechanisms of Hydrogen Sulfide Removal with Steel Making Slag", Environmental Science and Technology Vol. 46, pp. 10169- 10174.

상세보기
M. Santana, 2008, "Presence and expression of terminal oxygen reductases in strictly anaerobic sulfate-reducing bacteria isolated from salt-marsh sediments", Anaerobe Vol. 14, pp. 145-156.

상세보기
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2008, Report on the outcome of land use map of foreshore, p. 34.
Mogensen, G.L., Kjeldsen, K.U., Ingvorsen, K., 2005, "Desulfovibrio aerotolerans sp. nov and oxygen tolerant sulphate reducing bacterium isolated from activated sludge", Anaerobe Vol. 11, pp. 339-349.

상세보기
Pape, O.L., Jean, F., Menesguen, A., 1999, "Pelagic and benthic trophic chain coupling in a semi-enclosed coastal system, the Bay of Brest (France): a modeling approach", Marine Ecology Progress Series Vol. 189, pp. 135-147.

상세보기
S. Asaoka, T. Yamamoto, K. Yamamoto, 2008, "A preliminary study of coastal sediment amendment with granulated coal ash e nutrient elution test and experiment on Skeletonema costatum growth" J. Jpn. Soc. Water Environ. Vol. 31, pp. 455-462 (in Japanese with English abstract).

상세보기
S. Asaoka, S. Hayakawa, K. H. Kim, K. Takeda, M. Katayama, T. Yamamoto, 2012, "Combined adsorption and oxidation mechanisms of hydrogen sulfide on granulated coal ash", Journal of Colloid and Interface science Vol. 377, pp. 284-290.

상세보기
T. Hibino, N. Touch, T. Saito, 2011, "The properties of granulated coal ash and its effects on sludge purification", Proceedings of the Sixth International Conference on Asian and Pacific Coasts(APAC 2011), CD.
T. Hibino, H. Matsumoto, 2006, "Characteristic of fluid mud and its seasonal variation in Hiroshima Bay", Journal of Japan Society of Civil Engineering, Vol. 62, No.4, pp. 348-359 (in Japanese).
T. Hibino, N. Touch, M. Imagawa, M. Kimura, T. Saito, 2011, "Thermal gradient formed by large pore layer on the sea bottom and estimation of diffusivity coefficient",Annual Journal of Coastal Engineering, Vol. 67, No. 2, pp. 856-860(in Japanese with English abstract).
T. Saito, T. Yamamoto, T. Hibino, T. Kuwabara and K. Hanaoka, 2011, "Safety assessment of granulated fly ash on benthic animals", Annual Journal of Coastal Engineering, Vol. 67 No. 2, pp. 1111-1115 (in Japanese with English abstract).
T. Yamamoto, K. Harada, K.H. Kim, S. Asaoka a and I. Yoshioka, 2013, "Suppression of phosphate release from coastal sediments using granulated coal ash. Estuarine", Coastal and Shelf Science Vol. 116, pp. 41-49.

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T. Yamamoto, I. Goto, O. Kawaguchi, K. Minagawa, E. Ariyoshi and O. Matsuda, 2008, "Phytoremediation of shallow organically enriched marine sediments using benthic microalgae", Marine Pollution Bulletin, Vol. 57, pp. 108-115.

상세보기
T. Yamamoto, S. Kondo, K.H. Kim, S. Asaoka, H. Yamamoto, M. Tokuoka and, T. Hibino, 2012, "Remediation of muddy tidal flat sediments using hot air-dried crushed oyster shell", Marine Pollution Bulletin Vol. 64, pp. 2428-2434.

상세보기
S.H. Ryu, I.C. Lee, K.H. Kim, T. Hibino, T. SAITO, 2011, "Remediation of Organic Enriched Sediment by using Granulated Coal Ash", Proceedings of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, Busan, Korea.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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