초록 ▼

질산성 질소 오염지하수의 원위치 복원을 위해 최적 전자공여체의 도출과 다양한 현장 조건에서 발견된 전자 공여체의 최적 주입방법 개발, 미생물 활성화가 본 과제의 주요 연구 내용이다. 다양한 적용 가능 전자 공여체를 대상으로 현장과 똑같은 조건에서의 실험실 microcosm test를 통해 적정 탄소원을 선정하며 이를 현장에서 오염 지하수에 주입하고 그 반응속도를 결정하는 single well push-pull test, 그리고 현장 공정 설계를 위한 well to well drift test를 연쇄적으로 적용하여 오염 지하수의 복원

질산성 질소 오염지하수의 원위치 복원을 위해 최적 전자공여체의 도출과 다양한 현장 조건에서 발견된 전자 공여체의 최적 주입방법 개발, 미생물 활성화가 본 과제의 주요 연구 내용이다. 다양한 적용 가능 전자 공여체를 대상으로 현장과 똑같은 조건에서의 실험실 microcosm test를 통해 적정 탄소원을 선정하며 이를 현장에서 오염 지하수에 주입하고 그 반응속도를 결정하는 single well push-pull test, 그리고 현장 공정 설계를 위한 well to well drift test를 연쇄적으로 적용하여 오염 지하수의 복원 및 질산성 질소 오염 지하수의 음용수로 적용을 위한 현장 분석방법과 오염 복원 공정 설계 지표를 제시하기 위해 수행되어 졌다. 연구의 신뢰도와 사용자의 편의성 확보를 위해 처리 공정내의 미생물 분석 및 지하수 modeling을 통한 지하수와 질산성질소의 거동분석이 함께 수행되어 졌다.

Abstract ▼

Quantifying rates of microbial processes under subsurface conditions is difficult, and is most commonly approximated by laboratory studies using aquifer materials. In this study a single-well, "push-pull" test method is adapted for the in situ determination of denitrification rates in groundwater aq

Quantifying rates of microbial processes under subsurface conditions is difficult, and is most commonly approximated by laboratory studies using aquifer materials. In this study a single-well, "push-pull" test method is adapted for the in situ determination of denitrification rates in groundwater aquifers. The rates of stepwise reduction of nitrate to nitrite, nitrous oxide, and molecular nitrogenwere determined by performing a series of push-pull tests. The method consists of the controlled injection of a prepared test solution ("push") into an aquifer followed by the extraction of the test solution/ground water mixture ("pull") from the same location. The injected test solution consists of ground water containing a nonreactive tracer and one or more biologically reactive solutes. Reaction rate coefficients are computed from the mass of reactant consumed and/or product formed. A rest phase (with no pumping) may be included between the injection and extraction phases, to allow time for a particular reaction to proceed. A single “transport" test, one "biostimulation" test, and four "activity" tests were conducted for this study. Transport tests are conducted to evaluate the mobility of solutes used in subsequent tests. These included bromide (a conservative tracer), fumarate (a carbon and/or source), and nitrate (an electron acceptor). Tests were conducted at an experimental well field of Korea University, in Korea. At this site, extraction phase breakthrough curves for all solutes were similar, indicating apparent conservative transport of the solutes prior to biostimulation. Biostimulation tests were conducted to stimulate the activity of indigenous heterotrophic denitrifying microorganisms and consisted of injection of site ground water containing fumarate and nitrate. Biostimulation was detected by the simultaneous production of carbon dioxide and nitrite after each injection. Activity tests were conducted to quantify rates of nitrate, nitrite, and nitrous oxide reduction. Estimated zero-order degradation rates decreased in the order nitrate > nitrite > nitrous oxide. The series of push-pull tests developed and field tested in this study should prove useful for conducting rapid, low-cost feasibility assessments for in situ denitrification in nitrate-contaminated aquifers.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...3
• SUMMARY ...6
• CONTENTS ...7
• 목차 ...8
• 제1장 서론 ...11
• 1. 연구개발의 필요성 ...13
• 가. 기술개발의 중요성.필요성 ...13
• 나. 질산성질소의 특성 및 인체 영향 ...17
• 제2장 국내외 기술 개발 현황 ...19
• 1. 국외 ...19
• 2. 국내 ...20
• 3. 국내외 유사과제와의 기술내용의 차별성 ...20
• 4. 연구결과로부터 예상되는 국내외 기술개발현황에서 차지하는 위치 ...21
• 5. 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보 ...22
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ...25
• 제1절 연구개요 ...25
• 제2절 문헌 연구 ...27
• 1. 이론적 고찰 ...27
• 가. 질산성질소의 특성 및 인체 영향 ...27
• 나. 지하에서의 질산성 질소 거동 ...28
• 다. 토양에서의 생물학적 탈질소화 ...30
• 라. 관정 시추의 적용 이론 ...38
• 마. 관정 수리 실험 이론 ...40
• 제3절 연구수행 내용 ...51
• 1. Soil microcosm Test를 위한 시료채취 방법 ...51
• 가. 현장 상황 ...51
• 나. 현장 시료채취 ...52
• 2. Soil microcosm Test ...55
• 가. Soil microcosm의 제작 ...55
• 나. 분석 조건 ...57
• 3. 현장 실험방법 ...58
• 가. 지하수 관정 Point 결정 ...58
• 나. TW(Test well)모식도와 시추 ...59
• 다. Single well Push-Pull test ...64
• 라. Well-to-well drift test ...67
• 마. 현장 미생물 동정 ...83
• 바. 수학적 모형 연구(mathematical model study) ...94
• 사. 현장 시료의 분석 방법 ...97
• 제4절 연구수행 결과 ...100
• 1. 전자공여체(E.D) 및 탄소원의 Screening test 결과 ...100
• 가. Formate를 ED로 사용한 경우 ...107
• 나. Acetate를 ED로 사용하는 경우 ...109
• 다. Lactate를 ED로 사용하는 경우 ...112
• 라. Propionate를 ED로 사용하는 경우 ...113
• 마. Fumarate를 ED로 사용하는 경우 ...115
• 바. Ethanol을 ED로 사용하는 경우 ...118
• 사. Methanol을 ED로 사용하는 경우 ...121
• 아. Hydrogen을 ED로 사용하는 경우 ...123
• 2. 탄소원 비교실험 ...128
• 3. 현장 push pull test ...134
• 가. Transport Test ...134
• 나. Biostimulation Test ...135
• 다. Nitrate Activity Test ...137
• 라. Nitrite Activity Test ...140
• 마. Nitrous oxide activity test ...143
• 4. 현장 pilot test 결과 ...147
• 가. WWCP 추적자 실험 ...147
• 나. WWCP (질산성 질소) 생분해 실험 ...148
• 5. 현장 미생물 특성 분석 결과 ...169
• 가. 시료에 존재하는 미생물의 분리 ...169
• 나. 분리균의 형태적 특성 ...169
• 다. 분리균의 16S rRNA의 염기서열 ...170
• 라. 현장 미생물 동정 ...178
• 6. 현장 해석을 위한 수학적 Model 적용 ...183
• 가. AQTESOLV 프로그램 K 값과 S값 예측 결과 ...183
• 나. 수학적 모형 연구(mathematical model study) ...190
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ...195
• 제1절. 연구개발 목표 달성도 ...195
• 가. In-Situ Bioremediation을 이용한 질산성질소 제거 기술 개발 ...195
• 나. 지하수의 먹는 물 수질 기준 이내로의 처리 ...195
• 1. 평가항목 ...196
• 가. 질산성 질소의 현장 생물복원기술 개발 ...196
• 나. 오염 지하수의 먹는 물 수질 기준 이내로의 처리 기술 개발 ...196
• 2. 기술개발 추진체계 ...197
• 3. 연차별 주요 사업 내용 ...198
• 4. 연구개발 목표 달성도 ...199
• 제2절. 대외기여도 ...200
• 1. 논문 발표 ...201
• 2. 학술발표회 발표논문 ...201
• 3. 지적 재산권 ...202
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...203
• 제6장 참고 문헌 ...204
• 부록 ...208