• 생태와환경
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• 제39권3호통권117호
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• pp.331-339
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• 2006

본 연구는 퇴적물의 인 용출을 제어하기 위한 방법으로 모래를 이용한 캡핑을 포설할 경우 두께에 따른 인 용출율 저감 효과를 파악하기 위하여 수행되었다. 캡핑은 퇴적물의 인이 수체로 용출되는 속도를 저감시키며, 미생물의 기질소모 이하로 그 속도를 낮추면 수체내의 인의 농도를 일정하게 유지할 수 있음을 알 수 있었다. 모래캡핑의 두께와 용출저감은 선형의 상관관계를 보이며 캡핑 두께가 40 mm에서 80 mm로 두꺼울수록 탈산소계수가 0.311 $day^{-1}$에서 0.262 $day^{-1}$으로 작아지고 있으며, 두께가 증가함에 따라 재폭기 계수는 0.013 $day^{-1}$에서 0.0240 $day^{-1}$으로 커지는 것으로 나타났다. 회귀분석한 결과에 의하면 최소한 20${\sim}$40 mm의 모래캡핑을 실시하더라도 인 용출량을 효율적으로 저감 시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권11호
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• pp.781-790
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• 2014

유속이 약한 하천이나 호소에 침강된 유기물, 영양염류, 유해화학물질 등의 오염물질은 일단 수중으로부터 제거되어 퇴적물 속에 축적되었다가 확산, 재 부유, 생물교란 등의 물리 화학 생물학적 과정에 의해 다시 수층으로 용출되어 수질 및 수생생태에 직 간접적인 악영향을 미칠 수 있게 된다. 특히 인은 수중생태계의 일차 생산량을 결정하는 중요한 물질중의 하나로 수체 내 물질순환 과정에서 주로 퇴적물에 저장되는 원소로 물리적인 교란 및 생 화학적 작용에 의해 수층으로용출되어 부영양화현상을 가속시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 수층 미생물의 영향을 고려한 경우(호소수)와 미생물의 영향을 배제한(증류수)경우로 구분하여 각각 다른 capping 소재를 적용하여 퇴적물에서의 인 용출 저감 효과를 분석하였다. 실험 결과 화학적소재인 Fe-Gypsum, $SiO_2$-Gypsum로 capping을 할 경우, control보다 인 용출을 약 40% 이상 저감시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한 복합소재인 granule gypsum+Sand는 약 50% 이상 용출을 저감 효과가 나타났다. 따라서 화학적 소재인 granule-gypsum과 그 위에 모래와 같은 친환경소재로 capping을 한다면 인 용출 저감에 효과적일 것으로 판단된다. Capping 처리 전후의 퇴적층내의 인 성상변화를 살펴본 결과, gypsum 투입에 의하여 호소 퇴적층에 존재하는 인이 용출되기 어려운 안정한 형태인 apatite-P 변화된 것으로 확인되었다. 이상의 결과를 토대로 capping 기술의 적용을 통하여 하천 및 호소 퇴적물에서 발생되는 인 용출에 대한 저감 효율을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권5호
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• pp.563-572
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• 2006

정체수역 호소 퇴적물로부터 인 용출 저감을 위한 최적의 In-situ 처리 방법을 제시하고자 실험실 규모의 batch test를 수행하였다. 실험에 사용된 퇴적물의 성상은 평균입도 $7.7{\phi}$(mud)로 매우 세립하고, 유기탄소 함량은 2.4%로 매우 높다. 인 용출 실험은 수층 미생물의 영향을 고려한 경우와 미생물의 영향을 배제한 호소수와 증류수로 구분하여 총 12개 컬럼을 비교 평가하였다. In-situ capping 소재로는 모래와 황토를 사용하였으며, in-situ chemical treatment로는 Fe-Gypsum, $SiO_2$-Gypsum의 산화제를 적용하였다. 또한 산화제와 모래층을 결합시킨 복합층에 대해서도 비교 평가하였다. 미생물의 영향을 고려한 호소수의 경우, 실험 초기에는 인의 농도가 급격히 감소하다 10일 이후부터 서서히 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 수층의 미생물에 의해 인이 섭취(uptake)되었다가 다시 용출되는데 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 30일간 퇴적물로부터 용출된 인의 flux는 control의 경우 $3.0mg/m^2{\cdot}d$로 매우 높고, 모래층(5 cm), 황토층(5 cm)으로 rapping을 한 경우 역시 충분한 압밀이 이루어지지 않아 $2.5mg/m^2{\cdot}d,\;1.8mg/m^2{\cdot}d$로 인 저감 효율이 낮았다. 화학적 소재를 적용한 Fe-gypsum와 $SiO_2$-gypsum은 $1.4mg/m^2{\cdot}d$로 control과 비교시 인 용출 저감 효율이 약 40% 이상으로 나타났다. 복합층으로 rapping을 한 경우는 $1.0mg/m^2{\cdot}d$로 60% 이상의 높은 인 저감 효율을 보였다. 즉, 오염퇴적물에 산화제로서 gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$) 적용은 인의 용출을 감소시키며, 퇴적물내 황산염이 서서히 용해되어 SRB(sulfate reducing bacteria)의 활성과 유기물의 광물화를 촉진시킬 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권11호
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• pp.6943-6951
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• 2014

본 연구는 울산시 상수원인 회야호의 부영양화를 평가하고 WASP7을 이용하여 준설로 인한 호수 내 침전물의 용출 저감에 따른 수질개선 효과를 분석하였다. 회야호의 부영양화 평가는 회야호 2개 지점의 투명도, Chlorophyll-a 및 TP를 이용하여 Carlson과 Aizaki 등에 의한 영양상태지수(TSI)로 수행하였다. 평가결과, 2지점 모두 부영양 상태의 호소로 나타나 부영양에 대한 대책이 필요한 것으로 조사되었다. 또한, TN/TP 비에서 볼 때 인이 제한요인으로 작용하는 호소로 나타나 인을 제거하는 수질개선책을 강구해야 할 것으로 판단되었다. 회야호의 수질개선을 위해 퇴적물을 준설할 경우를 가정하여 WASP7 모형을 이용하여 용출저감 10%, 용출저감 40% 및 용출저감 60%의 세 가지 시나리오로 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 준설을 통한 용출저감이 10%일 경우, 회야호 1지점에서는 TN이 0.9%, 2지점에서는 0.6% 저감되었으며, TP의 경우는 1.3%와 0.8%가 저감되는 것으로 예측되었다. 그리고 용출저감 60%를 가정한 시나리오 3의 경우는 TN이 회야호 1지점에서 6.4%, 회야호 2지점에서는 3.9% 저감되는 것으로 예측되었으며, TP의 경우는 각각 9.3%, 5.6% 저감되는 것으로 예측되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1B호
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• pp.125-130
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• 2006

본 연구에서는 호소 바닥의 저니에서 용출된 인이 수질에 악영향을 미치는 것을 제어하기 위하여 모래를 재료로 하는 캡핑을 저니 위에 포설할 때 기대할 수 있는 효과에 대하여 연구하였다. 실험실에서 제작된 칼럼을 외부 공기의 유출입이 없도록 폐쇄하고, 인의 농도가 높은 저니층에서 인의 용출로 인한 상등수의 인농도 변화와 모래로 이루어진 캡핑으로 격리 처리된 저니층에서 인의 용출로 인한 상등수의 인 농도 변화를 비교 분석하였다. 캡핑을 하지 않은 칼럼과 40 mm, 80 mm 캡핑 두께의 3가지 칼럼으로 시험을 수행하였고, DO, ORP, TP, $PO_4$-P를 측정하였다. 캡핑을 하지 않은 칼럼이 80 mm의 모래 캡핑을 한 칼럼보다 4배 이상의 TP농도 증가가 있은 반면 $PO_4$-P의 경우는 큰 차이가 나지 않았다. 본 실험조건에서 모래로 캡핑한 저니의 경우 캡핑이 되지 않은 저니 보다 인의 용출로 인한 상등수의 인의 농도를 저감할 수 있음이 확인되었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.182-185
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• 2005

울산광산 내 지표수와 토양 중의 공극수에 함유되어 있는 비소의 오염현황을 파악하고, pH와 산화-환원 전위 값의 변화에 따른 자연저감 능력을 평가하였다. 유비철석을 비롯한 비소함유 광물은 높은 산화-환원 전위 값과 낮은 pH 조건에서 해리되며, 이후 지하수의 진화과정에서 pH가 상승함에 따라 주로 5가의 비소형태로 존재하게 된다. 울산광산지역 지하수의 비소농도는 Eh가 높은 비포화대와 포화대 지하수의 경계부에서 높은 경향을 나타내며, 포화대의 상부에서는 Eh가 비교적 일정하나 비소 농도는 다양한 분포양상을 보인다. 포화대 하부에서 비소의 함량은 매우 낮으며, Eh 감소에 따라 비소 함량이 비례적으로 감소한다. 반응경로 과정에서 비소농도는 Eh<-0.1(V)인 지하수 포화대에서 가장 낮으며, pH가 상대적으로 낮고 산화-환원 전위값이 높은 비포화대에서 증가되는 경향을 보인다. 풍화 반응 정도가 높은 광미와 토양에서 비소농도 높으나, 용출실험에서 비소가 기준치 이하로 용출되는 것은 풍화반응과 토양에 의한 비소의 자연저감이 진행되고 있음을 반영한다. RMB를 이용한 중금속 제거능력 평가 실내실험에서, 산성과 알칼리 조건 모두에서 제거율이 높은 것으로 나타났다. 인회석과 철산화물질로 구성된 RMB는 친환경적이고 2차 오염문제를 극복할 수 있는 물질로서, 비소의 자연저감 능력을 향상시킬 수 있는 정화처리제로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권4호
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• pp.438-446
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• 2006

팔당호 경안천 하류 정체수역에서 퇴적물 인 용출 저감을 위한 capping 소재를 개발하고자 실험실 규모의 batch test를 수행하였다. 조사지역 퇴적물 평균 입도는 7.7 ${\phi}$로 매우 세립하고, 유기탄소 함량은 2.4%로 매우 높게 나타났다. 최적의 capping 소재 선정을 위한 인 용출 실험을 위해 150 L 반응기 5개에 모래층, powder-gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$), granule-gypsum, 복합층(gypsum+sand)로 capping을 한 경우와 control을 45일간 비교 평가하였다. 모래로 capping할 경우, 퇴적물로부터 용출되는 인을 약 50% 차단 가능한 것으로 나타났다. 그러나 모래층 1 cm로는 $CH_4$ gas 발생으로 인한 퇴적물의 재부유와 유기물 분해에 의한 수층 용존산소 감소(3 mg/L 이하)를 초래하는 것으로 나타났다. 따라서 모래로 capping을 할 경우에는 모래층이 더 높아져야 할 것으로 판단된다. powder-Gypsum과 granule-Gypsum은 80% 이상의 인 용출 저감 효과를 보였으나 수층 ${SO_4}^{2-}$ 농도가 증가되어 상수원보호구역에 적용하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서 ${SO_4}^{2-}$의 용해도를 감소시키기 위해 Fe-Gypsum, $SiO_2$-gypsum 소재를 개발하였다. powder-Gypsum은 물과 결합시 경화되어 퇴적물 층위에 공극이 전혀 없는 차단막을 만들기 때문에 gypsum 층에 crack이 생길 경우, $CH_4$ gas 발생으로 인한 인 용출이 한꺼번에 일어날 수 있다. 복합층(granule-Gypsum+sand(1 cm))으로 capping을 할 경우, 인 용출 차단 효과가 높을 뿐만 아니라, ${SO_4}^{2-}$ 농도 역시 powder-Gypsum, granule-Gypsum 보다 수층으로 용출이 적어 상수원보호구역에 적합한 것으로 나타났다. Gypsum으로 capping을 할 경우, 빠른 초기속성작용(early diagenesis)과 ${SO_4}^{2-}$ 농도가 퇴적물에 충분히 공급되어 SRB(sulfate reducing bacteria)의 활성이 높아져 methanogensis의 진행을 저하시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2003년도 봄 학술발표회 발표논문집
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• pp.227-231
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• 2003

제주항을 대상으로 오염부하의 정량적인 관리를 위하여 물질순환모델을 이용하여 해수유동특성과 COD, DIN 그리고 DIP의 농도분포를 시뮬레이션 하였고, 이 결과를 통해 해역의 수질개선대책으로 하천오염부하 감소와 저질개선을 통한 용출부하 감소에 따른 COD, DIN 그리고 DIP의 농도를 정량적으로 평가한 결과는 다음과 같다. 외부부하인 하천유입 부하량의 감소에 의한 제주항 내 오염물질 농도의 저감효과는 만 중앙부에서 만 외로 갈수록 그 영향범위가 미비하나 하천 유입부에 한정되어 큰 효과를 나타내고 있어 제주항 내로 오염부하의 유입을 방지함으로서 제주항의 하천 유입부 수질개선에 큰 영향을 줄 수 있다. 내부부하인 저질 영양염 용출부하를 감소했을 경우의 제주항 내 영영염 농도의 저감 효과는 하천유입 부하량의 저감시와 상대적으로 비교하여 제주항의 하천 유입부보다는 만 중앙부나 만 유입부의 수질개선에 효율적인 영향을 보이는 것으로 사료되며 특히, DIP의 경우 그 양상이 잘 나타났다. 하천과 저질의 총 부하량을 100% 감소했을 경우, COD의 농도분포는 하천유입부인 정점 St. 1에서 약 44%정도의 저감효과를 나타내어 하천유입 부하량만을 감소했을 때보다는 저감효과가 증가하였다. DIN의 경우는 하천유입부하와 저질 용출부하를 각각 따로 저감했을 경우에 비해 전체적으로 저감효율이 상승하고 있으며, 만 중앙부에서 만 유입부로 갈수록 그 경향이 잘 나타나고 있으며 총 부하를 저감시켰을 때 제주항내의 DIN 농도는 정점 St. 3 다음 지점부터 해역수질기준 II등급을 유지되는 수질개선 효과를 나타내었다. DIP의 경우는 DIN과 유사한 경향을 보였으며 정점 St. 4 이후로 해역수질기준 II등급 이하로 유지되는 수질개선 효과를 나타내었다. 이상의 결과로 볼 때, 현재 해역수질기준 III등급인 제주항 내에서 수질을 향상시키기 위해서는 하천유입부하량의 저감뿐만 아니라 항내 저질개선 등을 통하면 전체적으로 II등급 이하를 유지할 수 있을 것으로 예상된다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권5호
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• pp.472-479
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• 2006

퇴적물로부터 오염물질 용출은 상등수 수질에 많은 영향을 미친다. 본 연구에서는 pH와 산화환원전위에 따른 상등수 및 퇴적물의 인 존재형태의 변화를 관찰하였다. 상등수가 순환되어 호기성 상태를 유지하는 경우, 성층현상으로 인하여 혐기성을 띠는 경우, 퇴적물 상부에 모래 캡핑이 포설된 상태에서 혐기성을 띠는 경우 등 3가지 경우를 가정하여 상등수의 인 형태별 농도를 측정하였다. 퇴적물에서 인 용출은 상등수가 산성일 경우 증가하였으며, 캡핑은 인 용출량을 저감시키고, $PO_4-P$의 용출을 지연시키는 효과가 있는 것으로 나타났다. 상등수와 퇴적물이 혐기성일 때 상등수의 pe/pH가 인이 apatite 상태로 안정하게 존해하는 범위에서 상등수의 인농도는 감소하여 일정한 농도를 나타냈다. 세개의 칼럼에서 최종 평균 인 농도는 순환칼럼에서 0.223 mg/L, 비순환칼럼에서 0.342 mg/L, 캡핑칼럼에서 0.184 mg/L로 캡핑된 칼럼에서 가장 낮게 나타났다. 성층현상에 의해 수질이 악화될 수 있는 호소에 캡핑을 활용할 경우 퇴적물에 의해서 상등수의 인 농도를 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권11호
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• pp.1180-1185
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• 2006

오염된 퇴적물로부터 인 용출 저감을 위한 최적의 capping 소재를 개발하기 위해 lab-scale 실험을 25 L 아크릴 컬럼을 이용하여 실시하였다. 실험에 사용된 퇴적물 내 입도는 8.8 $\Phi$로 매우 세립한 clay로 조성되어 있으며, 유기탄소 함량($C_{org}$)은 2%로 높다. Batch 실험에 사용된 capping 소재는 Brucite($Mg(OH)_2$), Sea sand($SiO_2$), Granular-gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$), Double layer(brucite+sand)와 Control을 30일 동안 비교 평가하였다. 실험기간 동안 용출된 인의 flux는 14.6 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 9.5 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 5.2 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 4.2 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$, 3.1 $mg{\cdot}m^{-2}{\cdot}d^{-1}$로 Control>Sea sand>Granular-gypsum>Double layer>Brucite 순으로 각각 나타났다. Brucite를 적용한 컬럼의 경우, 인 용출 제어 효율이 70% 이상 높게 나타났으며, Sea sand를 적용한 경우에는 35%의 효율만을 보였다. 특히, Brucite를 적용한 컬럼의 표층 퇴적물내 pH는 $8.0{\sim}9.5$로 다소 높게 유지되었으며, 이러한 효과는 퇴적물을 약알카리성으로 유지하여 황산염환원균이 증식할 수 없는 환경을 조성하여 생물에 독성이 있는 $H_2S$ 발생을 억제시킬 수 있다. Gypsum을 적용할 경우, 퇴적물내 빠른 초기 속성화작용의 진행과 충분한 $SO_4^{2-}$-의 공급으로 methanogenesis 진행를 저하시킬 수 있다. 따라서 Brucite와 Gypsum을 적용할 경우, 퇴적물 내 인의 존재형태가 광물(mineral)의 형태인 $Mg_5(OH)(PO_4)_3$, pyrite, apatite-mineral의 형태로 진행되어 퇴적물로부터 인의 용출을 줄일 수 있다.