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제안 방법
- 지하수 조사 후 확정하였다. 2012년 11월에 실증실험 조성 중에 안전을 위해 자력탐지기(GA-72Cd Mag- netic Locator)를 사용하여 가로 7m×세로 6m×깊이 2m 지역에 대한 불발탄 조사를 선행하고, 촉매주입장치, 토양채취관정 및 지하수채취관정을 수직으로 설치하고 되메움 하였다. 촉매주입장치는 지상으로 주입공이 돌출되어있으며, 주입공에 볼밸브를 연결하여 주입 시에만 밸브를 열어주어 촉매가 지중 50cm로 유입되도록 설치하였다.
- 2013년 6월에 관정이 설치될 지점으로 토양시추 장비를 이동시킨 뒤 수평계로 수평을 맞추고 3, 4, 5m 깊이로, 지름 3인치로 9공을 시추하였다. 시추한 바닥부터 1m 높이까지 벤토나이트로 채우고 1m부터 1.
- 5oC)에서 냉각시켰다. Batch test를 위하여 무산소 조건에서 생물학적으로 환원된 lepidocrocite는 250mL serum bottle에 넣고 알루미늄 캡과 부틸 고무 마개로 밀봉하였다. MDM(180mL)은 0.
- Batch test를 위하여 무산소 조건에서 생물학적으로 환원된 lepidocrocite는 250mL serum bottle에 넣고 알루미늄 캡과 부틸 고무 마개로 밀봉하였다. MDM(180mL)은 0.3g의 Lepidocrocite과 함께 5mL의 sodium lactate 30mM와 Riboflavin 100µM을 살균된 0.2µm의 PTFE membrane filter의 주사기를 이용해 첨가하였고 세척된 cell(3.5×108cells/mL)과 RDX(0.11mM)을 넣어줌과 동시에 실험을 시작하였다. 그 외에 별도의 언급이 없다면, 모든 실험에서는 N2가스로 4시간동안 처리한 DIW (18MΩ·cm)를 사용하였으며, anaerobic chamber (Coy Laboratory Products) 안에서 실험이 진행되었다.
- 11mM)을 넣어줌과 동시에 실험을 시작하였다. 그 외에 별도의 언급이 없다면, 모든 실험에서는 N2가스로 4시간동안 처리한 DIW (18MΩ·cm)를 사용하였으며, anaerobic chamber (Coy Laboratory Products) 안에서 실험이 진행되었다. 이후, 주사기로 공기를 주입하여 산소농도를 조절하였다.
- 급성 독성은 LumixTox를 사용하여 측정하였는데, fischeri를 재활성화하여 NaCl 2% 용액으로 보정 Vibrio한 시료에 넣고, Lumis mini로 대조군과 시료첨가 군에서 발생하는 광자량의 차이를 측정하여 발광저해도를 계산하였다. 이때 phenol을 표준액으로 사용하여 비교하였다.
- 2와 같이 상부에 3곳 하부에 6곳 지하수채취관정을 설치하였다. 내경이 2.54cm인 PVC 관에 심도 1.5~2m(A1, B1, C1), 2.5~3m(A2, B2, C2), 3.5~4m(A3, B3, C3)에 부 분에 슬릿을 만들어 지하수가 관정내부로 들어오도록 하고, 그 아래로 지하수 저장공간(지름 2.54cm, 높이 100cm, 부피 490 cm3)을 가진 지하수 관정을 제작하였다. 이 때, 관정을 통해 지하로 산소가 유입되지 않도록 관정 상단을 실리콘 마개로 막고, 유리관으로 상하부를 연결한 다음, 관 내부에는 Tygon 튜브를 연결하여 관정 하단까지 튜브가 내려오도록 만들고, 실리콘 마개 위로 나온 유리관에 타이곤 튜브와 2-way 밸브를 연결하여 지하수 채취 시 밸브를 열어 정량펌프로 시료를 채취하도록 계획하였다.
- 3에서와 같이 수질측정기로 pH, DO, ORP를 측정하였고 40mL 바이알에 환원보존제 NaHSO3 8mg을 첨가한 후 채취한 수질시료에 대한 화약 물질을 분석하였다. 또 다른 바이알에는 시약을 넣지 않고 시료를 채취한 다음, 발광미생물을 이용한 급성 독성을 측정하였다. 수질시료채취는 3주 1회 주기로 하였으며, 채취 시기 및 회수는 2014년 5월부터 11월까지 총 8회 실시하였다.
- 설치하였다. 반응벽체는 전자전달매개체로는 riboflavin을, 철광물으로는 lepidocrocite을 사용하고, 산화된 철광물을 철환원 박테리아 CN32로 재생하는 redox active zone을 형성하도록 실험실에서 제조한 촉매를 주기적으로 주입하면서, 지하수 상류부 및 하류부 화약물질을 지속적으로 관측하였다. 그 결과, riboflavin을 전자 전달매개체로 하는 생물환원 광물촉매는 지중에서 장기간 유지되면서 RDX를 환원 분해함을 확인하였다.
- 수질모니터링관정에서 시료를 채취하여 지하수 화약 물질 농도분석을 통한 모니터링을 실시하였다. 먼저 모니터링 관정에 연결되어 있는 밸브를 질소주입통과 연결하여 질소 산기를 하여 공기를 제거하였다.
- 또 다른 바이알에는 시약을 넣지 않고 시료를 채취한 다음, 발광미생물을 이용한 급성 독성을 측정하였다. 수질시료채취는 3주 1회 주기로 하였으며, 채취 시기 및 회수는 2014년 5월부터 11월까지 총 8회 실시하였다.
- 54cm, 높이 100cm, 부피 490 cm3)을 가진 지하수 관정을 제작하였다. 이 때, 관정을 통해 지하로 산소가 유입되지 않도록 관정 상단을 실리콘 마개로 막고, 유리관으로 상하부를 연결한 다음, 관 내부에는 Tygon 튜브를 연결하여 관정 하단까지 튜브가 내려오도록 만들고, 실리콘 마개 위로 나온 유리관에 타이곤 튜브와 2-way 밸브를 연결하여 지하수 채취 시 밸브를 열어 정량펌프로 시료를 채취하도록 계획하였다.
- 따라 이동되는 것을 확인하였다. 이를 제어하기 위해 생물재생 철광물촉매를 토양에 주입하여 redox active zone을 형성하고, 이 지역을 통과하는 지하수내 RDX의 농도 및 독성 변화를 관측하였다. 실험실 분석결과에 의하면 용존산소가 낮을수록, pH가 높을수록 생물환원 광물 촉매에 의한 RDX 분해가 증가되었다.
- 실험실 분석결과에 의하면 용존산소가 낮을수록, pH가 높을수록 생물환원 광물 촉매에 의한 RDX 분해가 증가되었다. 이에 따라 현장에 형성된 redox active zone를 환원상태로 유지하기 위해산소 유입을 최대한 차단하면서 촉매를 주입하였다.
- 현장적용부지는 계속해서 사격이 실시되는 운영 중 사격장으로 화약물질(RDX)이 지속적으로 유입되고, 심도가 깊지 않아 강수로 인한 지하수위 변동이 심하다. 이에 생물환원 광물촉매에 의한 생성된 redox active zone에 의한 화약물질 분해효율은 지역 내 존재하는 화약 물질 전환산물 농도의 상대적 변화를 지표로 평가하였다.
- 그 외에 별도의 언급이 없다면, 모든 실험에서는 N2가스로 4시간동안 처리한 DIW (18MΩ·cm)를 사용하였으며, anaerobic chamber (Coy Laboratory Products) 안에서 실험이 진행되었다. 이후, 주사기로 공기를 주입하여 산소농도를 조절하였다.
- 지하수의 흐름에 대한 추적자실험은 시간 경과에 따른 변화를 관측해야 하므로 추적자 주입 첫날에는 30, 60, 120, 180분까지 측정하였고 현장부지 여건상 1주일, 2주일 경과의 EC와 salinity 분석결과로 지하수의 흐름을 관찰하였다. 2013년 10월 5일~10월 19일간 추적자실험 결과는 Table 4와 같다.
- 채취시료는 4oC로 유지되는 아이스박스에 넣어 실험실로 운반하였는데, 수질시료는 곧바로 0.2µm PTFE로 여과하여 UPLC(Ultra-Performance Liquid Chromatography) 로 분석하였다. 토양시료는 처리 전까지 −24oC에서 보관하였다.
- 질소 산기 후 밸브를 닫고 산소유입을 막은 상태에서 정량펌프를 연결하고, 다시 모니터링 밸브를 열어 용기에 수질시료를 채취하였다. 채취한 수질시료를 Fig. 3에서와 같이 수질측정기로 pH, DO, ORP를 측정하였고 40mL 바이알에 환원보존제 NaHSO3 8mg을 첨가한 후 채취한 수질시료에 대한 화약 물질을 분석하였다. 또 다른 바이알에는 시약을 넣지 않고 시료를 채취한 다음, 발광미생물을 이용한 급성 독성을 측정하였다.
- 겨울철(11월~2월)은 접근도로가 얼고, 눈에 의해 불발탄이 가려지는 등의 안전문제가 발생하기 때문에 현장을 차단하고 촉매를 주입하지 않았다. 촉매는 용량 20L의 Nalgene 용기(총 3개)에 개폐가 가능한 밸브를 장착하여 밸브와 촉매주입정을 연결한 다음, 밸브를 개방하여 실험실에서 제조한 촉매를 redox active zone으로 직접 주입하였고, 매 회마다 관정 1개당 20L 씩 총 60L를 주입하였다(Fig. 3). 현장적용부지는 계속해서 사격이 실시되는 운영 중 사격장으로 화약물질(RDX)이 지속적으로 유입되고, 심도가 깊지 않아 강수로 인한 지하수위 변동이 심하다.
- 2012년 11월에 실증실험 조성 중에 안전을 위해 자력탐지기(GA-72Cd Mag- netic Locator)를 사용하여 가로 7m×세로 6m×깊이 2m 지역에 대한 불발탄 조사를 선행하고, 촉매주입장치, 토양채취관정 및 지하수채취관정을 수직으로 설치하고 되메움 하였다. 촉매주입장치는 지상으로 주입공이 돌출되어있으며, 주입공에 볼밸브를 연결하여 주입 시에만 밸브를 열어주어 촉매가 지중 50cm로 유입되도록 설치하였다. 수질 및 토양채취관정은 촉매주입관정과 2.
- 65%이었다. 추적자 주입 전 지하 수위를 측정하고 A1(상부, 좌측, 1.5~2m 심도 관정) 관정과주입탱크를 20m 길이의 1인치 링 호스로 연결하였다. 이후 펌프를 사용하지 않고 위치수두를 이용하여 추적자를 유량 100L/hr으로 주입하였다.
- 이에 2013년 10월 5일 지하수모니터링관정을 이용하여 추적자실험을 진행하였다. 추적자는 NaCl을 사용하여 수질측정기로 EC와 Salinity의 측정한 다음 Cl− 농도변화로 지하수흐름을 추정하고자 하였다. 추적자 농도는 NaCl 25kg을 주변지역 하천수 1m3에 녹여 사용하였다.
- 현장 환경에 대한 촉매의 한계성을 평가하기 위해 (1) 토양 및 지하수 내 용존 산소의 농도 변화, (2)토양 및 지하수 pH 변화에 따른 RDX 분해 효율을 측정하였다. 실험실에서 회분식 반응조를 이용한 실험 결과, 액상 용존산소 농도가 한계 농도 5ppm 이상으로 높을 경우 RDX가 거의 분해되지 않는 것을 확인할 수 있었다(Fig.
- 실험실 회분식 반응은 다음과 같이 수행하였다. 혐기 조건 아래 Tryptic soy broth(TSB, 30g/L)에서 배양한 CN32를 26oC에서 150rpm으로 계속적으로 교반시켜 준비하였고, 생장 말기 단계에서 추출하여 2회 세척한 뒤 12, 000rpm에서 5분간 원심 분리시켜 남아있는 TSB를 제거하였다. MDMe NaHCO3없이 30mm PIPES buffer 를 이용해서 준비되었으며(Bae and Lee, 2013), 1M의 NaOH를 더함으로써 pH 7.
- 토양시료 전처리 방법은 US EPA에서 개발한 SW-846 method 8330A에 준하였다(USEPA, 2007). 화약 물질 분석은 Waters UPLC H-Class로 분석하였는데, 분석조건은 Acquity UPLC BEH C18칼럼(2.1×100mm, 1.7µm)을 사용하여 탈이온수:메탄올=65%:35%, 온도 40oC에서 유량 0.2mL/min로 15분간 용리하고, 파장 230 nm에서 측정하였다. 이상과 같은 분석조건에서의 검출한계값(Method Detection Limit)과 검량한계값(Limit of Quantitation)은 Table 3에 요약하였다.
대상 데이터
- KAIST 장호남 교수로부터 제공받은 냉동된(이하 CN32) 를 해동하여 Tryptic soy broth(0.3g/100mL)에 1mL를 주입하여 배양하고, 16시간 뒤에 3회 세척한 다음 MDM 에 주입하였다. 생물환원 광물촉매 20L 제조에 총 1L의 배양된 CN32가 필요하였다.
- RDX 정량에 사용한 표준물질은 AccuStandard(New Haven, CT, USA)에서 구매하였다. RDX 3종 부산물 MNX, DNX 및 TNX는 한화종합연구원 주영혁 박사가 합성하였고, 그 순도는 각각 99, 52 및 99%이었다. 실험에 사용된 추출용매, 분석용매로 사용된 초순수의 저항은 18.
- 이때 phenol을 표준액으로 사용하여 비교하였다. RDX 정량에 사용한 표준물질은 AccuStandard(New Haven, CT, USA)에서 구매하였다. RDX 3종 부산물 MNX, DNX 및 TNX는 한화종합연구원 주영혁 박사가 합성하였고, 그 순도는 각각 99, 52 및 99%이었다.
- 본 연구에서는 운영 중인 군사격장에서 강우에 의해 피탄지 토양 내부로 유입되는 화약물질오염 유거수를 처리하기 위해 운영 중인 사격장의 지중에 현장실증규모의 반응 벽체를 설치하였다. 반응벽체는 전자전달매개체로는 riboflavin을, 철광물으로는 lepidocrocite을 사용하고, 산화된 철광물을 철환원 박테리아 CN32로 재생하는 redox active zone을 형성하도록 실험실에서 제조한 촉매를 주기적으로 주입하면서, 지하수 상류부 및 하류부 화약물질을 지속적으로 관측하였다.
- 생물환원광물 촉매 현장 실증실험은 운영 중인 군 사격장 내 피탄지 하단부에 화약물질이 유입되는 지점으로 선정하고, 지하수 조사 후 확정하였다. 2012년 11월에 실증실험 조성 중에 안전을 위해 자력탐지기(GA-72Cd Mag- netic Locator)를 사용하여 가로 7m×세로 6m×깊이 2m 지역에 대한 불발탄 조사를 선행하고, 촉매주입장치, 토양채취관정 및 지하수채취관정을 수직으로 설치하고 되메움 하였다.
- 촉매주입장치는 지상으로 주입공이 돌출되어있으며, 주입공에 볼밸브를 연결하여 주입 시에만 밸브를 열어주어 촉매가 지중 50cm로 유입되도록 설치하였다. 수질 및 토양채취관정은 촉매주입관정과 2.5m 거리를 두고 상류부와 하류부에 각각 설치하였다(Fig. 1).
- RDX 3종 부산물 MNX, DNX 및 TNX는 한화종합연구원 주영혁 박사가 합성하였고, 그 순도는 각각 99, 52 및 99%이었다. 실험에 사용된 추출용매, 분석용매로 사용된 초순수의 저항은 18.3MΩ·cm이고 유기용매는 모두 HPLC급이었으며, 다른 화학물질은 ACS급이었다.
- 이에 2013년 10월 5일 지하수모니터링관정을 이용하여 추적자실험을 진행하였다. 추적자는 NaCl을 사용하여 수질측정기로 EC와 Salinity의 측정한 다음 Cl− 농도변화로 지하수흐름을 추정하고자 하였다.
- 이와 함께 지하수 시료를 채취하기 위해 Fig. 2와 같이 상부에 3곳 하부에 6곳 지하수채취관정을 설치하였다. 내경이 2.
이론/모형
- 토양시료는 처리 전까지 −24oC에서 보관하였다. 토양시료 전처리 방법은 US EPA에서 개발한 SW-846 method 8330A에 준하였다(USEPA, 2007). 화약 물질 분석은 Waters UPLC H-Class로 분석하였는데, 분석조건은 Acquity UPLC BEH C18칼럼(2.
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