[논문]지하수 내 질산성 질소 반응-이동 모델링을 위한 부지특이적 탈질화 계수 선정 방안에 대한 고찰

김상현; 정재식; 이승학

doi:10.7857/jsge.2021.26.6.074

지하수 내 질산성 질소 반응-이동 모델링을 위한 부지특이적 탈질화 계수 선정 방안에 대한 고찰
Determination of Site-specific Denitrification Rate for Nitrate Reactive Transport Modeling in Groundwater 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.26 no.6, 2021년, pp.74 - 81

김상현 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단) , 정재식 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단) , 이승학 (한국과학기술연구원 물자원순환연구단)

Abstract ▼ AI-Helper

A simple and efficient scheme is presented that attempts to implement the site-specific denitrification rate in the reactive transport modeling for the nitrate in groundwater. A series of correlation analyses were conducted using 133 datasets obtained from different nitrate-contaminated sites to find the empirical relationships between denitrification rates and various subsurface properties. Based on Pearson's correlation analysis, the soil organic carbon concentrations showed a statistically significant correlation (r = 0.75, p < 0.05) with the denitrification rates. A linear regression was performed, which could be utilized to effectively determine the site-specific denitrification rate based on the soil organic carbon concentration of a site. The proposed method is expected to effectively replace the conventional methods which either were too complicated for practical application or impose large uncertainties that might end up with unreliable results.

주제어

표/그림 (4)

표 Table 1. Methods to determine denitrification rates in previous studies
그림 Fig. 1. Box plot with the maximum and minimum values of denitrification rates obtained from previous studies.
그림 Fig. 2. Denitrification rates versus various physicochemical properties of sites: (a) soil organic carbon, (b) dissolved organic carbon (DOC), (c) dissolved oxygen (DO), (d) pH, (e) temperature. r and p in the graph indicate the Pearson correlation coefficient and its p-value, respectively.
그림 Fig. 3. Linear regression curve between denitrification rate and soil organic carbon content with its 95% confidence interval.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 지하수 질산성 질소 모델링 시 필요한 탈 질화 계수를 효과적으로 선정하기 위한 방안에 대해 고찰하였다. 기존 문헌들에서 사용한 탈질화 계수 결정 방법들은 실질적인 수행에 있어 많은 비용이 들고 복잡하거나 혹은 모델링 결과의 정확도가 크게 떨어진다는 한계가 확인되었다.
이에 본 연구에서는 대수층에서의 질산성 질소 반응-이동 모델링 시 적절한 탈질화 계수를 선정할 수 있는 방안을 마련하고 제안하였다. 먼저, 기존 문헌들에서 질산성 질소의 탈질화 계수를 선정한 방법을 정리하고 그 한계 및 잠재적 문제를 파악하였다.

제안 방법

이에 본 연구에서는 대수층에서의 질산성 질소 반응-이동 모델링 시 적절한 탈질화 계수를 선정할 수 있는 방안을 마련하고 제안하였다. 먼저, 기존 문헌들에서 질산성 질소의 탈질화 계수를 선정한 방법을 정리하고 그 한계 및 잠재적 문제를 파악하였다. 이후, 현장 연구 기반의 다양한 문헌들을 분석하여, 탈질 반응과 관련된 부지 특성치를 선별하고, 각 특성치와 현장에서 관찰된 탈질화 효율의 상관관계를 파악함으로써, 부지특이적인 탈질화 계수선정 방안을 도출하였다.
먼저, 기존 문헌들에서 질산성 질소의 탈질화 계수를 선정한 방법을 정리하고 그 한계 및 잠재적 문제를 파악하였다. 이후, 현장 연구 기반의 다양한 문헌들을 분석하여, 탈질 반응과 관련된 부지 특성치를 선별하고, 각 특성치와 현장에서 관찰된 탈질화 효율의 상관관계를 파악함으로써, 부지특이적인 탈질화 계수선정 방안을 도출하였다.

성능/효과

기존 문헌들에서 사용한 탈질화 계수 결정 방법들은 실질적인 수행에 있어 많은 비용이 들고 복잡하거나 혹은 모델링 결과의 정확도가 크게 떨어진다는 한계가 확인되었다. 현장 연구 기반의 문헌들을 조사하여 다양한 지중환경 특성과 탈질화 계수 간의 상관관계를 파악하고 관계식을 도출한 결과, 현장 토양의 유기탄소 농도와 탈 질화 계수 간 높은 상관성을 확인할 수 있었다. 즉, 이 상관관계에 근거하여 부지특이적 탈질화 계수를 선정한다면 지하수 질산성 질소 모델링 결과의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서는 지하수 질산성 질소 모델링 시 필요한 탈 질화 계수를 효과적으로 선정하기 위한 방안에 대해 고찰하였다. 기존 문헌들에서 사용한 탈질화 계수 결정 방법들은 실질적인 수행에 있어 많은 비용이 들고 복잡하거나 혹은 모델링 결과의 정확도가 크게 떨어진다는 한계가 확인되었다. 현장 연구 기반의 문헌들을 조사하여 다양한 지중환경 특성과 탈질화 계수 간의 상관관계를 파악하고 관계식을 도출한 결과, 현장 토양의 유기탄소 농도와 탈 질화 계수 간 높은 상관성을 확인할 수 있었다.
앞서 서술한 바와 같이, 기존 연구들에서 사용된 세 가지 탈질화 계수 결정 방법들에는 서로 다른 한계점이 존재하며, 이는 결국 질산성 질소 모델링 결과에 큰 오류를 초래할 수 있다. 이를 보완하기 위해서는 모델링 대상 지역에 적합한 부지특이적 탈질화 계수를 효과적으로 선정할 수 있는 방안 마련이 필요하다.
현장 연구 기반의 문헌들을 조사하여 다양한 지중환경 특성과 탈질화 계수 간의 상관관계를 파악하고 관계식을 도출한 결과, 현장 토양의 유기탄소 농도와 탈 질화 계수 간 높은 상관성을 확인할 수 있었다. 즉, 이 상관관계에 근거하여 부지특이적 탈질화 계수를 선정한다면 지하수 질산성 질소 모델링 결과의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 향후, 이 연구에서 제안된 방법으로 산정된 탈질화 계수를 적용하여 실제 질산성 질소 오염부지에 대해 모델링을 수행하고 그 예측치와 실제 관측값을 비교해 봄으로써 제안된 기법의 신뢰성을 검증하는 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.
즉, 이 상관관계에 근거하여 부지특이적 탈질화 계수를 선정한다면 지하수 질산성 질소 모델링 결과의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 향후, 이 연구에서 제안된 방법으로 산정된 탈질화 계수를 적용하여 실제 질산성 질소 오염부지에 대해 모델링을 수행하고 그 예측치와 실제 관측값을 비교해 봄으로써 제안된 기법의 신뢰성을 검증하는 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

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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