[논문]저온 소성 굴 패각의 피복에 의한 연안 오염 퇴적물의 성상 변화에 관한 연구

김형철; 우희은; 정일원; 오석진; 이성호; 김경회

doi:10.7837/kosomes.2019.25.1.074

저온 소성 굴 패각의 피복에 의한 연안 오염 퇴적물의 성상 변화에 관한 연구
Changes in Sediment Properties Caused by a Covering of Oyster Shells Pyrolyzed at a Low Temperature 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.25 no.1, 2019년, pp.74 - 80

김형철 (국립수산과학원 어장환경과) , 우희은 (부경대학교 해양공학과) , 정일원 (부경대학교 해양공학과) , 오석진 (부경대학교 해양학과) , 이성호 ((주)생태기술) , 김경회 (부경대학교 해양공학과)

초록
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본 연구에서는 저온 소성 굴 패각의 재활용을 위한 기초적 연구로서 메조코즘 실험을 통해 저온 소성 굴 패각의 피복에 따른 연안 오염 퇴적물의 성상 변화를 조사하였다. 이를 위해 $350^{\circ}C$에서 소성시킨 굴 패각을 연안 오염 퇴적물에 피복하여 직상수와 간극수의 성상변화를 분석하는 메조코즘 실험을 수행하였다. 실험 결과, 굴 패각의 피복에 의해 수층과 퇴적층이 분리되었기 때문에 직상수의 산화환원전위(ORP) 증가 및 DIN 중의 $NH_3-N$의 비율의 감소가 실험구에서 관측되었다. 실험구의 DIP의 농도는 대조구와 비교하여 유의한 차이를 확인하기 어려웠다. 굴 패각의 피복에 의한 퇴적물의 총유기탄소(TOC)는 감소하였으며, 산휘발성황화물(AVS)은 저온 소성 굴 패각의 황화물 흡착 능력으로 인해 최대 50 %까지 감소한 것으로 확인되었다. 본 연구의 결과로부터 저온 소성 굴 패각은 연안 오염 퇴적물의 정화를 위해 이용될 수 있는 재료인 것으로 결론 지을 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, pyrolyzed oyster shells at a low temperature ($350^{\circ}C$) were applied for a mesocosm experiment to confirm resulting changes in the properties of sediment. After creating a covering of oyster shells, an increase in ORP and decrease in ammonia in the overlying water was observed in an experimental case. The decrease of TOC in this experiment was due to the dilution of organic matter due to the addition of inorganic matter (pyrolyzed oyster shells). The decrease in the concentration of AVS was observed due to the adsorption of AVS by the surface of the oyster shells. From the results obtained in this experiment, it has been concluded that pyrolyzed oyster shells at a low temperature can be used for remediation of polluted sediment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 저온 소성 굴 패각을 활용하기 위한 기초연구로 연안 오염 퇴적물에 350 °C에서 소성시킨 굴 패각을 피복하여 퇴적물의 성상을 조사하였다. 저온 소성 굴 패각의 피복에 의해 퇴적층 용출이 차단되면서 연안 퇴적물의 환원성을 감소시키는 것으로 조사되었다.
본 연구에서는 저온 소성 굴 패각의 재활용을 위한 기초적 연구로써 저온 소성 굴 패각의 피복에 따른 연안 퇴적물의 성상변화를 조사하였다.

제안 방법

본 연구에서는 굴 패각의 열처리 온도에 따른 변화를 확인하기 위하여 Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis(TG-DTA) 분석을 수행하였다. 그 결과, CaCO3의 열분해가 발생하는 경계 온도(약 650 °C)의 전후를 각각 저온 소성과 고온 소성으로 구분하였으며, 실험에는 4 mm 이하로 파쇄하여 350 °C에서 4시간 동안 소성시킨 굴 패각을 이용하였다(Fig. 1).
퇴적물의 성상 분석은 실험 시작 후 0, 3, 10, 20, 40일째에 실시하였다. 분석 항목은 직상수 및 퇴적물 간극수의 ORP, DIN(Dissolved Inorganic Nitrogen; NH3-N+NO2-N+NO3-N), DIP(Dissolved Inorganic Phosphate; PO4-P)와 퇴적물의 AVS와 TOC를 측정하였다. 퇴적물은 표층에서부터 3 cm 깊이까지 채니하여 원심분리(LABOGEN 416, LABOGEN, Korea)하여 간극수를 추출하였으며, 직상수와 간극수는 0.
퇴적물의 성상 분석은 실험 시작 후 0, 3, 10, 20, 40일째에 실시하였다. 분석 항목은 직상수 및 퇴적물 간극수의 ORP, DIN(Dissolved Inorganic Nitrogen; NH3-N+NO2-N+NO3-N), DIP(Dissolved Inorganic Phosphate; PO4-P)와 퇴적물의 AVS와 TOC를 측정하였다.

대상 데이터

경상남도 통영에서 생산된 굴 패각을 실험에 사용하였으며 화학적 구성성분을 Table 1에 나타내었다. 굴 패각은 주성분이 칼슘으로 구성된 칼슘계 폐기물이며, 굴 패각의 칼슘은 대부분 탄산칼슘(CaCO3)의 형태로 존재한다(Yoon et al.
실험에 사용된 퇴적물 및 해수는 경남 고성군 삼산면 두포리 인근의 내만에서 채취하였다(Fig. 2).

데이터처리

, 2003). 본 연구에서는 굴 패각의 열처리 온도에 따른 변화를 확인하기 위하여 Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis(TG-DTA) 분석을 수행하였다. 그 결과, CaCO3의 열분해가 발생하는 경계 온도(약 650 °C)의 전후를 각각 저온 소성과 고온 소성으로 구분하였으며, 실험에는 4 mm 이하로 파쇄하여 350 °C에서 4시간 동안 소성시킨 굴 패각을 이용하였다(Fig.

이론/모형

pH 및 ORP는 LAQUA F-73으로 측정하였으며, DIN과 DIP 농도 측정에는 분광광도계(DR/890, HATCH, USA)를 사용하였다. AVS 및 TOC의 분석은 해양환경공정시험기준(Ministry of Oceans and Fisheries, 2013)에 의거하여 수행되었으며, 모든 측정은 3회 반복 수행되었다.
45 μm syringe filter(Millex, Millipore)로 필터링 후 분석하였다. pH 및 ORP는 LAQUA F-73으로 측정하였으며, DIN과 DIP 농도 측정에는 분광광도계(DR/890, HATCH, USA)를 사용하였다. AVS 및 TOC의 분석은 해양환경공정시험기준(Ministry of Oceans and Fisheries, 2013)에 의거하여 수행되었으며, 모든 측정은 3회 반복 수행되었다.

성능/효과

350 °C에서 소성된 굴 패각은 직상수 및 간극수의 DIP 농도를 저감시킬 만큼 충분한 산화칼슘이 생성되지 않은 것으로 판단된다. TOC의 감소는 무기물인 굴 패각의 희석효과에 의한 것으로 판단되며, 저온 소성 굴 패각은 퇴적물 내의 AVS를 감소시키는 능력이 우수한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 통해 350 °C의 저온에서 소성된 굴 패각은 물리적 차단 효과 및 황화물의 흡착능이 우수한 재료임을 확인하였다.
, 2009). 이상의 결과로부터 저온 소성 굴 패각은 AVS 감소에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
TOC의 감소는 무기물인 굴 패각의 희석효과에 의한 것으로 판단되며, 저온 소성 굴 패각은 퇴적물 내의 AVS를 감소시키는 능력이 우수한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 통해 350 °C의 저온에서 소성된 굴 패각은 물리적 차단 효과 및 황화물의 흡착능이 우수한 재료임을 확인하였다.
본 연구에서는 저온 소성 굴 패각을 활용하기 위한 기초연구로 연안 오염 퇴적물에 350 °C에서 소성시킨 굴 패각을 피복하여 퇴적물의 성상을 조사하였다. 저온 소성 굴 패각의 피복에 의해 퇴적층 용출이 차단되면서 연안 퇴적물의 환원성을 감소시키는 것으로 조사되었다. 350 °C에서 소성된 굴 패각은 직상수 및 간극수의 DIP 농도를 저감시킬 만큼 충분한 산화칼슘이 생성되지 않은 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유기물 기원의 오염물질의 특징은?	유기물 기원의 오염물질은 수질을 직접적으로 오염시킬 뿐 아니라, 연안 저서에 퇴적되어 유기물의 재부상 및 지속적인 영양염 용출을 발생시켜 연안 오염원 중 하나로 작용한다(Cho et al., 2010).
	굴 패각은 어떻게 처리되고 있는가?	굴 패각은 굴의 전체 중량 중 약 93 %를 차지하고 있기 때문에 연간 약 28만 톤의 굴 패각 폐기물이 생산되고 있다. 굴 패각은 폐기물관리법상 폐기물로 지정되어 있어서 단 10 %만이 폐화석 비료나 공업원료로 재활용되고 있으며, 나머지는 대부분 매립(39 %)되거나 해안에 불법으로 야적(51 %)되고 있다(Lee, 2004). 매립 및 야적된 굴 패각은 악취를 발생시키고 주변경관을 훼손시킬 우려가 있다.
	굴 패각이 불법으로 야적될 경우 수질에 발생시키는 폐해는?	매립 및 야적된 굴 패각은 악취를 발생시키고 주변경관을 훼손시킬 우려가 있다. 또한 굴 패각에 잔존해있는 유기물과 중금속 등이 침출수를 통해 지반 및 연안으로 유입될 경우, 수질오염의 오염원이 된다(Sung and Kim, 2010).

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