박형진
(Hyungjin Park)
김영기
(Young-Kee Kim)
†
-
한경대학교 화학공학과, 화학기술연구소
(Department of Chemical Engineering and Research Center of Chemical Technology, Hankyong
National University)
© Korean Society on Water Environment. All rights reserved.
Key words
Biological activated carbon, Bioremediation, Contaminated sediment, In situ capping, Lake water quality
1. Introduction
호소의 유량 및 수질은 유역의 특성과 기상현상에 의해 서 영향을 받게 되는데 국내 호소의 경우 유역면적이 적고 여름철 집중 강우로 인해 최소 유량
대비 최대 유량의 비 가 다른 국가와 비교할 때 매우 큰 특징을 가지고 있어 계 절별로 극심한 유량변동과 함께 인근 유역 개발은 많은 점 오염원 및
비점오염원을 유발하여 수질에 큰 영향을 미치 게 되며 일반적으로 비점오염물질은 강우시 호소 인근 토 지의 강우 유출수에 의해 발생하여 호소로 유입되게
된다 (Park, 2009). 이러한 과정에서 유입된 입자상 물질은 다량 의 유기물과 영양염류 등을 흡착하여 퇴적층을 형성, 저수 용량 잠식뿐만 아니라 장기적으로는 오염원으로
작용하게 된다. 이렇게 형성된 퇴적층은 시간이 경과할수록 화학적, 생물학적 변화과정을 거쳐 새로운 오염물질이 내부에서 용 출된다. 따라서 점오염원
및 비점오염원을 적절하게 관리하 더라도 퇴적물의 적절한 관리 없이는 수질 개선을 효과적 으로 달성하기가 곤란하다.
퇴적층 내 오염물질 이동은 수온, pH, 용존산소(DO)농도, 유속 등과 같은 물리화학적 환경요인과 저서 미생물의 생 물학적 요인에 의해 영향을 받는다(Kairesalo et al., 1995). Park (2003)의 연구에 따르면 호기성 조건에서는 생분해성 용존유기탄소의 용출이 거의 관측되지 않았고 난분해성 용 존유기탄소의 용출만 관찰되었지만, 혐기성 조건에서는
생 분해성과 난분해성 용존유기탄소 모두 용출되는 것으로 나 타났으며, 호기성조건에서도 생분해성 용존유기탄소 용출이 일어나지만 미생물에 의해 빨리 분해되어
관찰되지 않은 것으로 보고하였다. 또한, Li et al. (2013)의 연구에 따르면 DO 농도를 달리하여 인의 용출 속도를 비교하였을 때, DO 농도 1 mg/L 이하의 유사 혐기조건일 때 가장 높은 용출 속도를
보였지만, 9 mg/L의 호기성 조건에서도 용출 이 일어나는 것이 관찰되었다. Cho and Chung (2007)의 연구에서는 혐기성 조건에서보다 호기성 조건에서 더 많은 양의 인이 용출되는 것을 관찰하였는데 이는 현장에서 채 수한 물에 존재하는 미생물에 의한
결과로 보았다. 이처럼 퇴적물 내에 있는 오염물질이 수계로 이동하는 것은 여러 가지 기작이 복합적으로 작용하여 나타나는 것이기 때문에 어떤 조건이
크게 작용했는가를 정량적으로 밝히기는 어렵 다(Cho and Chung, 2007).
국내에서는 현재까지 오염된 퇴적물을 정화하는 방법으 로 준설 후 매립에 의한 방법에 전적으로 의존하여 왔다 (Jung, 2014). 하지만 오염된 준설토는 매립 전에 고비용의 2차처리를 해야 하며 매립장의 확보가 어려운 문제가 발생 하여, 그 대안으로 원위치처리 방법이 연구
개발되고 있다. 대표적인 원위치 처리방법으로 현장피복(in situ capping)이 활용되고 있다. 현장피복은 오염되지 않은 준설토, 모래 등의
소재를 이용하여 오염퇴적물 내 오염물질이 수층으로 이동, 확산하는 것을 제한하여 오염퇴적물과 수층을 물리 적으로 차단하는 방법과 흡착능 또는 산화능을
가지는 소 재를 활용하는 반응성 피복기술로 구분할 수 있다(Jeong, 2017). 활성탄(Activated carbon: AC)은 다공성 구조와 높 은 비표면적으로 인해 오염물질에 대한 높은 흡착능을 가 지며(Moussavi et al., 2013), 반응성 피복소재로 널리 활용 되고 있다. 활성탄을 이용한 피복방법으로는 오염퇴적물 내 오염물질의 흡착성능을 높이기 위해 활성탄을 퇴적물과 기
계적으로 혼합하여 피복하는 방법이 연구되었다(Cho et al., 2009; Cho et al., 2007; Cornelissen et al., 2006; McLeod et al., 2007; Zimmerman et al., 2004; Zimmerman et al., 2005). 하지만 기계적 혼합 방법은 아직까지 갯벌이나 해 변가와 같이 수심이 낮은 곳에서만 제한적으로 사용 가능 하며, 수심이 깊은 곳의 오염퇴적물에
적용할 수 있는 방 법은 아직까지 개발되지 않았다. 활성탄을 이용하는 다른 방법으로는 진흙과 같은 담체와 혼합하여 현장에 직접 박 막 피복하는 방법이
있다. 이 방법은 활성탄-담체 혼합물의 장기간 보존이 가능하며 수심이 깊은 곳에도 적용 가능한 장점을 가진다(Cornelissen et al., 2012). 미국 Grasse river 상류에서 이루어진 활성탄 박막피복 현장적용 결과를 보면 지렁이의 폴리염화 바이페닐(Polychlorinated biphenyls:
PCBs) 생물축적량이 최대 98 %까지 감소한 성과를 보였다 (Samuelsson et al., 2015). 노르웨이에서 Trondheim harbor 를 대상으로 적용한 다른 연구에서는 2 ~ 5 mm의 분말활 성탄을 단독 또는 진흙이나 모래와 함께
사용하여 박막피 복을 실시하였다. 활성탄과 진흙을 혼합한 박막피복 방법이 가장 효과적인 결과를 보여주었다(Cornelissen et al., 2011). 활성탄의 흡착능 유지를 확인하기 위한 연구에서는 활성탄 의 흡착능이 오랜 시간이 지나도 변하지 않는다는 것을 보 여주었다(Oen et al., 2012).
근래 들어 활성탄의 흡착능을 향상시키고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 산처리, 염기처리, 작용기의 도 입 등 화학적 개질, 열처리 등 물리적
개질을 통하여 비표 면적 향상, 기공크기분포 및 기공부피 변화, 표면작용기 도 입 등이 이루어지고 있다(Bhatnagar et al., 2013). 이와 같이 화학적 또는 물리적으로 변화된 표면개질활성탄(Modified activated carbon: MAC)을 제작하여 오염퇴적물 정화에
적 용하는 연구가 주목 받고 있다(Cornelissen et al., 2005; Ghosh et al., 2011; Luthy et al., 1997). 활성탄의 개질 방 법 중 하나로 생물학적 개질이 있으며, 활성탄 표면에 오 염물질 분해능을 가지는 미생물을 부착하여 활성탄의 흡착 능과 미생물에
의한 오염물질 분해가 동시에 이루어지도록 한 것을 생물활성탄(Biological activated carbon: BAC)이라 고 한다(Park et al., 2007). BAC는 수중 유기물의 물리적 흡착과 호기성 미생물에 의한 생물학적 산화처리로 이루어 진 공정으로서, 초기 흡착단계, 풍부한 용존산소를 이용한
호기성 박테리아의 활성탄 표면 증식 단계, 평형 상태에 도달한 미생물의 증식으로 인한 생분해의 3단계로 크게 구 분된다(Lee, 2002).
천연 제올라이트(ZT)는 특이한 결정 구조로 인해 다양한 물리적, 화학적 특성을 가진다. 대표적인 제올라이트의 특 성은 양이온 교환, 흡착 및 분자체
특성이 있다. 첫 번째로 양이온 교환 특성은 제올라이트를 다른 양이온 용액으로 세척하는 정도의 처리만으로도 제올라이트 내부의 나노 세 공에 양이온들이
용액내의 다른 종류의 금속 및 유기 양이 온들과 쉽게 교환이 일어난다(Kang, 2007). 또한 흡착 및 분자체 특성으로 제올라이트 내부의 나노 세공은 많은 양 의 물(10 ~ 50 wt%)을 함유하지만, 200 ~ 300 °C로 수
시간 가열하면 쉽게 탈수되며, 탈수된 제올라이트는 내부의 나노 세공을 통과할 수 있는 적합한 크기와 형태의 무기 및 유 기 분자들을 선택적으로 흡착하며
서로 섞여 있는 다른 분 자들을 각각 분리할 수 있는 뛰어난 분자체 특성을 갖는다 (Lee, 2016). 이러한 특성을 바탕으로 천연제올라이트는 흡 착제로서 높은 가치를 인정받고 있다.
본 연구에서는 퇴적물 내 오염물질의 수계로의 용출차단 을 위한 현장피복공법에 사용될 소재의 성능 평가를 수행 하였다. 활성탄, MAC, BAC, 천연
제올라이트, 미생물부착 제올라이트 등의 소재를 이용한 피복이 오염퇴적물 내 유 기오염물질과 부영양물질의 용출 차단에 미치는 효과를 비 교, 분석하였다.
2. Materials and Methods
2.1. 피복 소재
피복 소재로 사용된 활성탄은 삼천리활성탄소㈜(충남 금 산군)에서 하폐수처리에 주로 사용되는 석탄계 입상 활성 탄인 SLC-100을 구입하여 사용하였다(입도
8 × 30 mesh). 입상 천연 제올라이트는 렉셈㈜(경북 포항시)에서 제공받았 으며, 미생물이 고정화된 제올라이트 상용 제품인 앤라이트 (ZN)와
클린라이트 (ZC)는 상승바이오텍㈜(울산광역시)에 서 구입하여 비교군으로 사용하였다. 피복재는 사용 전 18 mesh (1 mm) 체를 이용하여 입경이
1 mm 이상인 것만 선 별하여 사용하였다.
2.2. 활성탄 표면개질 방법
활성탄 표면에 Ca2+ 양이온을 도입하여 유기오염물질, 부 영양물질의 흡착능 향상을 도모하였다. 먼저 활성탄 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위해 증류수를 이용하여 활성탄
을 수회 세척하였다. 이물질이 제거된 활성탄을 121 °C에서 15분간 멸균한 뒤 활성탄 50 g에 0.1 M CaCl2 용액 500 mL 를 첨가하여 상온에서 80 rpm으로 24시간동안 교반한 뒤 활성탄을 분리하여 105 °C에서 12시간동안 건조하였다.
2.3. 생물활성탄 제조 방법
생물활성탄을 제작하기 위해 Pseudomonas putida (P. putida) ATCC17484와 유용미생물군 (Effective microorganisms: EM) 은 KCTC 생물자원센터와 에버미라클㈜(전북 전주시)에서
각각 구입하여 사용하였다. 그람 음성 세균인 P. putida는 생물 안전등급 1등급으로 독성이 없으며 활성온도는 0 ~ 42 °C, 최적 생장온도는 26 °C이다. 최적 생장 pH는 7로 일반 적인 호소 조건에
적합하고 용존산소 농도가 낮을 때에도 탈인이 가능한 통성 혐기성 미생물이다. EM은 자연계에 존재하는 미생물 중 유익한 미생물을 조합하여 배양한 것
으로 유산균(lactic acid bacteria), 효모(yeast) 및 광합성세 균(photosynthetic bacteria)이 주요 구성 균주이며
이들 균 들간의 공존관계에 따라 오수처리와 호수, 하천 정화에 사 용된다.
미생물은 각각 적합한 영양배지에서 배양하여 균주 생장 이 가장 활발한 지수생장기에서 채취한 시료를 4000 rpm 에서 10분간 원심분리하여 미생물을
분리하였다. 분리한 미생물 표면에 흡착된 유기물과 영양염류 등 불순물을 제 거하기 위해서 멸균된 생리식염수(0.85 wt% NaCl수용액)를 이용하여
2회, 3차 증류수를 이용하여 1회 세척하였다. 세 척을 마친 균주는 3차 증류수 20 mL를 넣고 재 부유시킨 후 활성탄 1 g을 넣고 24시간동안
150 rpm으로 교반하여 미생물을 활성탄 표면에 고정화시켰다.
2.4. 피복 소재 물성 분석
표면개질에 따른 활성탄의 물리적 특성 변화를 확인하기 위해 QUADRASORB (Quantachrome, USA)를 이용하여 비 표면적, 총기공부피
및 평균기공크기 분석을 실시하였다. 또한 표면개질 전, 후 소재 표면의 미세구조 및 주요성분 분 석은 scanning electron microscopy
(SEM, S-3500N, Hitachi, Japan)과 energy dispersive spectroscopy (EDS, 7021-H, Horiba,
Japan)를 이용하여 수행하였다.
2.5. 피복에 의한 오염물질 용출 차단 실험
실제 퇴적물에서는 오염물질이 안정화되어있고 오염도가 상대적으로 낮아 일반적인 환경조건에서 용출속도가 낮다. 본 연구에서는 환경조건을 인위적으로 변화시키지
않으면 서 용출에 의한 오염물질의 거동을 용이하게 관찰하기 위 하여, 오염퇴적물을 모사할 수 있는 시료로 유기물 및 영 양염류를 다수 함유하고 있는
부식토를 이용하여 오염물질 의 용출 차단능을 비교하였다. 부식토는 10 mesh (2 mm) 체를 사용하여 이물질을 제거한 뒤 자생 미생물에 의한
영 향을 제거하기 위하여 100 mL screw cap vial에 15 g의 부 식토를 넣고 121 °C에서 15분간 멸균하여 사용하였다. 멸 균
후 각 vial에 증류수 70 mL를 넣고 실험군으로는 활성 탄(AC), 표면개질활성탄 (MAC), P. putida가 고정화된 생 물활성탄(PBAC), EM이 고정화된 생물활성탄(EBAC) 그리 고 비교군으로 천연제올라이트(ZT)와 앤라이트(ZN), 클린 라이트(ZC)를
각각 2 cm 두께로 피복하였고 대조군에는 피복재를 넣지 않았다. Vial의 입구를 sponge로 막아 오염 물질 유입 차단 및 공기의 흐름이 원활하도록
하였으며, 차광 및 온도유지를 위해 shaking incubator에서 25 °C, 100 rpm의 조건으로 56일간 실험을 수행하였다. 액체 시료는
7 일 간격으로 채취하였고 채취 즉시 pH meter (S20 Seven Easy, Mettler Toledo, Switzerland)를 이용하여
pH를 측정 한 뒤, PVDF syringe filter (0.2 μm pore size)로 여과 후 수층으로 용출된 CODCr, TN, TP의 농도를 분석하였다. 용 출물질의 분석은 수질오염공정시험기준에 준하여 CODCr는 중크롬산칼륨법을 이용하여 측정하였고, TN과 TP는 자외 선/가시선 분광법으로 각각 분석하였다.
2.6. 오염물질 용출속도 계산
부식토로부터 수계로의 오염물질 용출속도(ν)는 식 (1)을 이용하여 계산하였다((Kang et al., 2016).
여기서 V는 vial 내 증류수의 부피[m3], Ct는 t 시간 후 오 염물질의 농도[mg/L], A는 증류수와 부식토 사이의 접촉면 적[m2], t는 시간[day]이다.
3. Results and Discussion
3.1. 표면개질 활성탄의 물리·화학적 특성
AC와 MAC의 물리적 특성과 표면 구성성분의 조성을 Table 1에 나타내었으며, 활성탄 표면에 Ca2+ 양이온을 도 입하는 표면개질 전후에 활성탄의 비표면적, 총세공부피 및 평균세공직경은 크게 변화하지 않았다. 하지만 SEM-EDS 를 이용하여 활성탄
표면 구성성분의 조성을 확인해 본 결 과 표면개질 후 Ca2+이 활성탄 표면에 첨착된 것을 관찰할 수 있었다. SEM을 이용하여 활성탄(AC), 칼슘 양이온으로 표면개질된 활성탄(MAC), P. putida 또는 유용미생물군이 고정화된 활성탄(PBAC 또는 EBAC)의 표면구조 분석 결 과를 Fig. 1에 표시하였다. AC와 MAC간에는 물리적 특성 의 차이가 크지 않은 것에서 예상된 것처럼 표면구조의 근 본적 차이를 관찰할 수 없었다. 하지만,
P. putida 또는 유 용미생물군 등의 미생물이 고정화된 활성탄의 SEM 이미지 에서는 표면에 고정화된 미생물을 확인할 수 있었다(Fig. 1(c), (d)).
Table 1. Chemical composition and physical properties of AC and MAC
|
Properties
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AC
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MAC
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Specific surface area (m2/g)
|
1065.034
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1053.375
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Total pore volume (cc/g)
|
0.5229
|
0.5351
|
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Average pore size (Å)
|
9.818
|
10.159
|
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Chemical composition (%)
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C
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93.43
|
90.99
|
|
O
|
5.24
|
3.23
|
|
Si
|
ND
|
0.74
|
|
P
|
ND
|
0.89
|
|
S
|
1.32
|
0.98
|
|
Cl
|
ND
|
0.29
|
|
Ca
|
ND
|
2.87
|
Fig. 1. SEM images of (a) AC (b) MAC (c) PBAC, and (d) EBAC.
3.2. 피복에 따른 pH 변화 분석
다양한 소재를 이용하여 피복한 실험군과 비교군, 대조군 에서의 시간에 따른 수층의 pH 변화를 Fig. 2에 나타내었 다. 실험군과 비교군, 대조군 모두에서 pH가 증가하였는데, 이는 암모니아성 질소로 인해 약 알칼리성을 띄는 부식토 의 성질로 인해 증가한
것으로 보여진다. 또한 피복재를 넣은 실험군과 비교군에서는 대조군과 비교하였을 때 상대 적으로 큰 증가를 보였는데, 이는 피복소재인 활성탄과 제 올라이트
역시 pH 9 ~ 11의 약 알칼리성을 나타내어 더 크 게 증가한 것으로 볼 수 있다(Kim, 2014).
Fig. 2. Time course change of pH in capping experiments.
3.3. 피복소재별 오염물질 용출 차단 효과 비교
다양한 소재를 이용하여 피복한 실험군, 비교군과 대조군 에 대하여 시간에 따른 CODCr, TN, TP의 수계로의 용출량 비교를 위하여 수층내 각 오염물질의 농도 변화를 Fig. 3에 나타내었다. Fig. 3(a)를 보면 CODCr의 경우 피복 전 부식토 와 증류수의 접촉에 의한 용출로 인하여 초기농도는 191.67 mg/L로 측정되었고 실험 56일 후에는 대조군의 최종 농도
가 762.83 mg/L로 크게 증가하였다. 비교군인 ZT(제올라이 트 피복), ZN(앤라이트 피복), ZC(클린라이트 피복)의 최종 농도도 각각
456.17, 302.83, 256.83 mg/L로 증가한 반면에 실험군인 AC, MAC, PBAC, EBAC의 경우에는 최종 농도 가 각각 23.00,
38.33, 42.17, 65.17 mg/L로 초기 농도인 191.67 mg/L보다 낮은 값을 보였는데 이는 활성탄의 높은 흡착 능력으로 인해 부식토로부터
용출되는 유기물뿐 아니 라 수층에 기 용출된 용존 유기물도 지속적으로 흡착된 것 으로 보인다.
Fig. 3. Time course change of (a) CODCr, (b) total nitrogen, and (c) total phosphorus concentration in capping experiment.
TN의 경우 피복 전 초기 농도는 3.54 mg/L로 측정되었 으며 실험 56일 후 분석한 최종 농도는 대조군이 34.76 mg/L로 증가하였다.
ZT, ZN, ZC를 사용한 비교군에서는 각각 16.83, 13.95, 12.40 mg/L의 최종농도를 보여 피복하 지 않은 대조군에 비해서는 용출된
총질소 농도가 낮았으 나 용출이 일어나는 것은 관찰되었다. 실험군인 AC, MAC, PBAC, EBAC의 경우에는 최종 농도가 각각 3.76, 3.10,
3.10, 5.98 mg/L로 초기 농도인 3.54 mg/L와 유사한 값을 보였다. 이는 활성탄 계열의 소재가 질소용출차단을 효과적 으로 하고 있는
것으로 볼 수 있다(Fig. 3(b)).
TP의 경우 피복 전 초기 농도는 5.80 mg/L로 측정되었 다. 실험 56일 후 피복하지 않은 대조군에서는 농도가 82.03 mg/L로 크게 증가하였다.
ZT, ZN, ZC를 사용한 비 교군에서는 각각 41.40, 18.29, 16.52 mg/L의 최종농도를 보여 피복하지 않은 대조군에 비해서는 용출된
총인 농도 가 낮았으나 용출이 일어나는 것은 관찰되었다. 또한, 제올 라이트에 의한 용출차단 효과가 있기는 하지만, 미생물이 고정화된 제올라이트(ZN,
ZC)의 총인 농도가 훨씬 낮게 나 타나 미생물에 의한 인 제거성능을 관찰할 수 있었다. 활 성탄 계통을 사용한 피복에서는 활성탄만 피복된 실험군의
최종 총인농도가 91.43 mg/L로 대조군보다 더 높은 농도를 나타내었고, MAC로 피복된 실험군에서는 16.18 mg/L의 낮은 농도가 측정되었다.
이는 pH가 8 이상의 약 알칼리성 용액 내에서 존재하는 인의 형태가 HPO42-로 물리적 흡착 인 Van der Waals 힘에 의존하는 소수성의 활성탄 표면에 질소나 유기물에 비해 흡착이 용이하지 않음을 보여준다. 하지만 표면개질한
활성탄에서는 높은 인 흡착능이 관찰되 었는데 이는 활성탄 표면에 첨착된 칼슘이 인과 결합하여 calcium hydroxyapatite [Ca5(PO4)3(OH)]와 같은 광물질이 되기도 하고 CaCO3의 형태로 고체화되어 인의 흡착이 용 이하게 일어난 것으로 볼 수 있다(Jeong, 2013). PBAC 로 피복된 실험군의 최종 TP 농도는 45.23 mg/L로 P. putida 의 인제거 성능이 낮다는 기존연구결과와 유사한 결과를 얻을 수 있었다(Lv et al., 2014). EBAC로 피복된 실험군의 최종 TP 농도는 8.78 mg/L로 가장 낮은 총인 용출농도를 보였으며 이는 유용미생물군의 우수한 인 분해 능력에
기 인한다.
또한 비교군인 ZT, ZN, ZC에서도 CODCr나 TN과 비교 할 때 높은 TP 흡착 및 차단 효과를 보인 것도 제올라이 트를 구성하고 있는 구성 원소 중 칼슘에 의한 인 결합에 의해 설명할 수
있으며, ZN과 ZC가 ZT(제올라이트 단독 사용)에 비해 우수한 TP 용출 저해 성능을 보인 것은 고정 화된 미생물에 의한 분해의 결과로 볼 수
있다.
3.4. 소재별 피복에 따른 용출 속도 비교 분석
피복소재 적용에 따른 용출차단 실험 결과를 식 (1)을 이 용하여 용출속도로 산출하여 Fig. 4에 나타내었다. CODCr의 용출속도를 비교하면 AC (22.89 mg/m2 d) < MAC (38.15 mg/m2 d), < PBAC (41.97 mg/m2 d) < EBAC (64.86 mg/m2 d) < ZC (255.61 mg/m2 d) < ZN (301.39 mg/m2 d) < ZT (453.99 mg/m2 d) < control (759.19 mg/m2 d)의 순으로 용출속도가 낮게 나타났으며(Fig. 4(a)), 피복을 통한 용출속도의 저감 효과는 모두 관찰되었으나, 활성탄 계열의 피복소재가 제올 라이트 계열에 비해 상당히 우수한 결과를 보였다.
Fig. 4. Comparison of release rate of (a) CODCr, (b) total nitrogen, and (c) total phosphorus according to capping materials.
TN의 용출속도를 비교할 경우 MAC (3.09 mg/m2 d) PBAC (3.09 mg/m2 d) < AC (3.75 mg/m2 d) < EBAC (5.95 mg/m2 d) < ZC (12.34 mg/m2 d) < ZN (13.88 mg/m2 d) < ZT (16.75 mg/m2 d) < control (34.60 mg/m2 d)의 순으로 나타났다 (Fig. 4b). 결과적으로 COD용출차단 효과와 유사하게 활성 탄과 제올라이트 모두 질소 용출속도를 낮출 수 있으나 활 성탄이 제올라이트에 비해 우수한 특성을
보였다.
TP의 용출속도를 비교해 보면, EBAC (8.74 mg/m2 d) < MAC (16.10 mg/m2 d) < ZC (16.44 mg/m2 d) < ZN (18.20 mg/m2 d) < ZT (41.20 mg/m2 d) < PBAC (45.02 mg/m2 d) < control (81.64 mg/m2 d) < AC (90.99 mg/m2 d) 순서로 나타났다. 제올라이트의 용출차단 성능은 있는 것으로 검증 되며 실험에서 사용된 미생물이 고정화된 제올라이트 상용 비교군의 순수한 제올라이트에
비해 우수한 인 용출차단성 능이 관찰되었다. 반면에 활성탄은 인의 용출차단성능을 전 혀 보이지 못하는 것으로 나타났으며, 다만 칼슘양이온을 이용한
표면개질 또는 유용미생물군의 고정화를 통한 인 용출 차단성능이 매우 우수함을 동시에 확인할 수 있었다 (Fig. 4c).
4. Conclusion
본 연구에서는 오염퇴적물에 대한 활성탄과 제올라이트 를 기본 소재로 하는 다양한 피복소재의 오염물질 용출차 단성능을 평가하기 위하여, 순수 활성탄,
칼슘양이온으로 표면개질된 활성탄, P. putida가 고정화된 활성탄, 유용미생 물군이 고정화된 활성탄을 실험군으로 제올라이트 및 미생 물이 고정화된 상용 제올라이트 제품을 비교군으로 하여 피복하지
않은 대조군과 부식토 내 CODCr, TN, TP 유발물 질의 수층으로의 용출차단성능을 56일간의 실험을 통해 확 인하였다.
비교군인 제올라이트 계통 소재 피복의 경우보다 활성탄 계통 소재 피복이 유기오염물질 및 질소의 용출차단에 효 과적인 것을 확인하였다. 반면에, 인의
경우 활성탄보다는 제올라이트가 우수한 용출 차단성능을 보였다. 하지만, 활 성탄을 칼슘양이온으로 표면개질하거나 유용미생물군을 표 면에 고정화시킬 경우
전체 실험군과 비교군을 통해 가장 우수한 인 용출차단성능을 보였다.
따라서 실험에 사용된 실험군과 비교군 중에서는 칼슘 양이온에 의해 표면 개질된 활성탄과 유용미생물군(EM)이 고정화된 활성탄이 가장 우수한 유기오염물질,
질소, 인 차 단성능을 보였다. 장기간에 거친 현장 조건에서는 EM에 의한 유기물, 질소, 인의 지속적 분해가 이루어질 것으로 예상되므로 EM이 고정화된
활성탄이 가장 우수한 피복소 재인 것으로 보인다.
본 연구에 도출한 피복소재 간 용출차단 성능비교결과는 유기물 및 영양염류 농도가 매우 높은 부식토를 실제 퇴적 물 모사재료로 사용함으로써 오염물질의
용출속도가 인위 적으로 강화된 조건에서 얻어졌다. 오염물질의 농도가 상대 적으로 낮고 안정화되어 있는 실제 퇴적물이 있는 현장조 건에서는 차이를 보일
수도 있다. 하지만, 반응성 소재를 사용한 피복의 오염물질 용출차단 효과에 대해서는 이미 알려져 있고, 본 연구에서는 기존 피복기술에 비해 얇은 피복층으로
저서 생태계에 끼치는 영향이 적은 생물 피복 소재의 퇴적물 정화 적용 가능성을 제시하고 있다. 하지만 계절의 변화에 따른 물리화학적, 생물학적 환경요인의
변화 가 뚜렷한 국내 호소환경에 실제 적용하기 위해서는 실제 호소 조건에서 실험을 통한 피복소재의 성능 비교가 추가 로 이루어져야한다.
Acknowledgement
본 연구는 환경부의 환경정책기반공공기술개발사업에서 지원받았습니다. (과제번호 2015000200001).
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