초록 ▼

Ⅲ. 연구개발결과
원전해체 부지 토양의 지구화학적 특성을 확인하고 실험용 인위오염토양을 확보하기 위해 국내 원자력발전소 주변의 토양을 채취하였다. 원자력발전소 주변의 토양은 SiO₂함량이 80%를 초과하는 사질토양으로 SiO₂, Al₂O₃, K₂O가 토양을 구성하는 주된 성분이었다. 채취한 토양은 Co(NO₃)₂·6H₂O, CsCl용액을 준비하여 인위오염 시켰고 이후 생물

Ⅲ. 연구개발결과
원전해체 부지 토양의 지구화학적 특성을 확인하고 실험용 인위오염토양을 확보하기 위해 국내 원자력발전소 주변의 토양을 채취하였다. 원자력발전소 주변의 토양은 SiO₂함량이 80%를 초과하는 사질토양으로 SiO₂, Al₂O₃, K₂O가 토양을 구성하는 주된 성분이었다. 채취한 토양은 Co(NO₃)₂·6H₂O, CsCl용액을 준비하여 인위오염 시켰고 이후 생물용출실험에 사용하였다.

실험에 사용한 황산화균은 대사활동을 통해 황의 산화와 배양액의 pH감소를 유도하는데, medium 125용액에서 한달동안 배양한 결과 배양액의 pH가 1.5 이하로 감소하고 황산염의 농도가 10 mg/L 이상으로 증가하는 것을 확인하였다. 16s rRNA 분석을 통해 염기서열을 분석한 결과 Acidithiobacillus thiooxidans (ATCC8085)와 95% 유사도를 갖는 종으로 나타났다. Co와 Cs에 노출시켜 배양한 결과 황산화균은 50 mg/L 미만의 Co 노출조건에서 원활한 대사활동을 할 수 있었고, Cs의 농도에 대해서는 대사활동에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

Co와 Cs으로 인위오염시킨 토양을 이용하여 미생물용출 실험을 진행한 결과, 오염토양의 Co 함량은 0.582 mg에서 0.009 mg으로 감소하여 약 98%가 제거되었고 Cs은 0.909 mg에서 0.099 mg으로 감소하여 약 89%가 제거되었다. 미생물용출법의 최적화 방안 도출을 위해 배양액과 토양의 비율(고액비), 황(S) 주입양, 미생물 접종량을 변화시키며 용출실험을 진행하였다. 황(S) 주입양, 미생물 접종량에 변화를 준 실험 전체에선 Co 90%, Cs 80% 이상의 제거효율을 보였지만 고액비에 변화를 준 실험에선 고액비가 5 mL/g 이하일 때 제거효율이 급감하는 것을 확인하였다.

황산화균의 에너지원으로 주입하는 Elemental S powder의 대체제로 Na₂S, S₂O₃, Cysteine (C₃H₇NO₂S), Glutathione (C₁₀H₁₇N₃O₆S)의 적용가능성을 확인하였다. 또한 Elemental S의 형태를 변화시킨 Alginate S ball과 Solid block의 적용가능성도 평가하였다. 다양한 황화물을 사용한 결과, 황산화균의 대사활동이 관찰되지 않았다. 그러나 Alginate S ball과 Solid block을 활용한 실험에서는 황산화균의 대사활동이 나타나 Elemental S의 대체제로 활용 가능한 것으로 판단된다.

부지환경평가는 토양의 생태독성 평가법을 이용하여 수행가능하며 식물 또는 지렁이 등 지표생물종을 이용할 수 있다. 본 연구에서는 Eisenia fetida 종을 활용하여 Co와 Cs으로 인위오염시킨 토양에서 노출실험을 진행하였다. 노출농도 및 시간에 따른 지렁이 체내 흡수 평가 결과 노출농도와 시간이 증가할수록 Co와 Cs의 지렁이 체내 축적농도가 증가하였다. Co와 Cs의 농도가 각각 50 mg/kg인 토양에서 15일간 노출 시켰을 때 Co 축적농도는 65.0±12.5 ug/g 이었고 Cs의 축적농도는 51.17±10.77 ug/g이었다. Co와 Cs의 복합오염토양에서는 지렁이 체내 축적농도가 각 31.3%, 55.7% 감소하였는데, Co와 Cs이 지렁이 체내로 흡수되는 경로에서 서로 경쟁관계에 있거나 원소 상호간에 거동에 영향을 주어 각각의 이동성(mobility) 및 생물학적 이용도(bioavailability)가 감소하는 것으로 판단된다. 다양한 용출법별 용출량은 Co의 경우 TCLP>Mehnich3>EDTA>0.01 M CaCl₂의 순으로 나타나 산에 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있었다. Cs의 경우 Mehnich3>EDTA>TCLP>0.01M CaCl₂의 순으로 나타나 chelation 결합에 의한 토양 내 거동이 주요 기작인 것으로 확인되었다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Ⅲ. Research Results
Soil sampling was carried out at the vicinity area from the NPP in Korea. The collected soil texture is mainly sand, which contained approximately 80% of SiO2, and the main elements were Al₂O₃ and K₂O. The collected soil was artificially contam

Ⅲ. Research Results
Soil sampling was carried out at the vicinity area from the NPP in Korea. The collected soil texture is mainly sand, which contained approximately 80% of SiO2, and the main elements were Al₂O₃ and K₂O. The collected soil was artificially contaminated using solution of Co(NO₃)₂·6H₂O and CsCl for bioleaching experiments.

The sulfur-oxidizing bacteria used in the bioleaching experiment induces oxidation of sulfur and reduction of pH in culture medium. The pH of medium decreased below 1.5 and SO₄^2- concentration increased up to 10 mg/L by the bacteria incubation for a month. The sulfur-oxidizing bacteria was identified a similar species with Acidithiobacillus thiooxidans (ATCC8085) that has 95% similarity by 16s rRNA analysis. Moreover, the bacteria could metabolize under 50 mg/L of Co exposure condition and regardless of Cs concentration.

In order to verify the bioleaching efficiency, the artificially contaminated soi was mixed with the bacteria for 50 days. The Co content in the soil was reduced by 98% from 0.582 mg to 0.009 mg; in addition, the Cs was reduced by 89% from 0.909 mg to 0.099 mg. Various experimental conditions were examined to optimize the bioleaching process. That are solid-liquid ratios, amount of S-powder and bacteria inoculum. The removal efficiency of Co and Cs from soil retained 90% and 80%, respectively regardless of the amount of S-powder and the amount of microbial inoculum, while, removal efficiency decreased when the solid-liquid ratio is below 5 mL/g. Na2S, S2O3, Cystine, and Glutathione were applied for an energy source of bacteria. In addition, alginate S-ball and solid block were assessed for the bacteria growth experiment. The bacteria cannot grow using various sulfur types except for the S-powder, however, alginate S-ball and solid S-block may applicable for their growth.

Environmental Assessment can be performed using the soil ecological toxicity assessment. In this study, we use earthworm species Eisenia petida. Earthworm exposure experiments were conducted in the artificially contaminated soil with Co and Cs. Uptake results from soil to earthworm indicated that accumulation of Co and Cs increased with respect the time and exposure concentration. Co accumulation concentration was 65.0±12.5 ug/g when exposed for 15 days in the soil with Co concentration of 50 mg/kg and Cs accumulation concentration was 51.17±10.77 ug/g when exposed for 15 days in the soil with Cs concentration of 50 mg/kg. In case of Co and Cs mix-contaminated soil, the accumulation concentration was reduced by 31.3% of Co and 55.7% of Cs. The Co and Cs extraction by different methods presents different leaching efficiency. TCLP extraction method showed a higher leaching amount of Co, and Mehnich3 was a higher leaching amount for Cs in the soil

(source : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 9
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 1-1절 연구개발의 목적 및 범위 ... 10
• 1-2절 연구개발의 필요성 ... 10
• 제2장 국내‧외 기술개발 현황 ... 12
• 2-1절 국내 기술동향 ... 12
• 2-2절 국외 기술동향 ... 13
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 14
• 3-1절 원자력 발전시설 주변 부지의 Co와 Cs의 거동특성 평가 ... 14
• 3-2절 인위오염토양의 제조 ... 15
• 3-3절 황산화균의 배양 및 성장특성 평가 ... 16
• 3-4절 황산화균의 Co와 Cs에 대한 내성 평가 ... 17
• 3-5절 황산화균의 배양을 위한 에너지원인 황의 형태변화 ... 18
• 3-6절 미생물용출법을 활용한 토양 내 Co와 Cs 제거 ... 20
• 3-7절 미생물용출법의 최적화 방안 도출 ... 22
• 3-8절 원전해체부지 환경평가 기술 ... 24
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 36
• 4-1절 연구개발목표의 달성도 ... 36
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 37
• 제6장 참고문헌 ... 38
• 끝페이지 ... 39