토양오염의 확산과정중의 서로 다른 지질적 기반위에 놓인 토양에 대한 침투특성과 4단계 이상의 장력을 적용하여 침투율을 산정하였다. 장력과 침투율과는 지수함수로 비선형 회귀시켜서 산정하였으며, 단지 몇단계의 장력만으로 구하여진 값보다 더 많은 불포화대수리특성과 신뢰성있는 포화수리전도도를 제공할 수 있을 것이다. 구하여진 침투율은 토양분석결과를 비교했을 경우 점토함량이 적은 시료에서 적게나오는 경향이 있고, sand가 많은 토양의 경우 높게 산정되었다.
본 토양오염실태조사 사례는 환경부(토양보전과)에서 선정한 전국 158개 폐금속광산에 대한 정밀조사사업(2001-2003년) 중 1차년도 사업으로 수행된 경상북도, 경상남도, 대구광역시, 부산광역시 등 4개 광역자치단체(19개 지방자치단체)에 소재하는 영남권역 32개 폐금속광산 토양오염실태조사 결과의 일부로서 경남 거제시 하청면에 소재하는 동아광산에 대하여 현지조사를 실시하고 토양 및 수질오염 실태를 파악, 오염지역에 대한 적절한 복원방법을 제시한 연구사례이다.
유류로 오염된 토양에 있어서의 미생물의 분포 및 활성도에 관한 연구는 오염토양의 생물학적 복원기술을 적용시키고자 하는 지역에서는 매우 중요한 연구이다. 따라서 본 연구에서는 유류 오염된 지역에서의 미생물 활성도를 ETS(Electron Transport System) 및 그 이외의 몇 가지 방법을 통하여 고찰해 보았다. 본 연구결과에 따르면 순화된 토양에서는 이미 유류를 산화시킬 수 있는 Burkholderia spp.가 이미 우점을 이루고 있었고, 생물학적 복원기술 중 Biostimulation법을 적용할 경우 이미 존재하는 미생물(Indigeonous microorganism)에 의한 유류오염물질의 산화를 가속화시킬 수 있는 것으로 나타났다.
산림, 밭, 초지, 논 토양의 두 깊이(0~2cm, $50{\pm}1cm$)에서 계절별로 채취한 토양 시료로부터 서로 다른 방선균주를 분리, 동정하여 계절별 토양 방선균의 속 다양성을 조사하였다. 토양 표층에 분포하는 Streptomyces속 방선균주의 계절별 변동율은 논(18%)과 산림(18%) 토양에 비해 초지(41%)와 밭(39%) 토양에서 더 높게 나타났으며 $50{\pm}1cm$깊이에서는 논(36%), 밭(28%), 초지(26%), 산림(16%) 토양 순으로 높게 나타났다. 한편 희소 방선균의 계절별 분포 변동율을 토양 표층의 경우 논 토양(26%)을 제외하고는 모두 45%이상이었으나 $50{\pm}1cm$깊이에서는 산림(79%), 논(36%), 밭(24%), 초지(10%) 토양 순으로 높게 나타났다. 따라서, 토양 중에 분포하는 방선균의 속 다양성은 계절 변화에 의지하며 또한 이는 방선균군의 종류, 토양의 유형, 그리고 토양 깊이에 의해서 영향을 받을 것으로 고려된다.
본 연구는 상시 담수 상태의 복합생태 논습지에서 유기농 벼-큰징거미새우 복합생산 조건 시 1) 논습지 토양 화학성 및 세균 군집 특성을 파악하여 토양 화학성과 세균 간의 상관관계를 분석하고, 2) 유기농 벼 단작 토양과 관행 벼 단작 토양의 세균 군집과 비교하여 유기농 복합생태 토양의 미생물 다양성을 비교 분석하는 것이다. 토양 화학성의 경우 유기농 복합생산 운영 기간이 길수록 유효인산과 유기물 함량이 증가한다. 모든 토양 시료에서 문(Phylum) 수준의 세균 분석 결과 9개의 주요 문이 분포되어 있으며, 모든 토양 시료에서 Proteobacteria가 우점하고 있다. 속(Genus) 수준 분셕 결과 37개의 주요 속이 분류되었으며, 벤다이어그램 분석 결과 모든 토양 시료에 존재하는 250개의 OTU가 분류되었고, 유기농 벼재배 토양에 특화된 561개의 OTU가 관찰되었다. 주좌표분석 결과 관행 벼 단작 토양의 세균 군집과 비교하여 유기농 벼 단작 토양과 유기농 복합생태 논습지 토양의 세균 군집 간 유사도가 높은 것으로 나타났다.
고농도로 오염된 난분해성 유해오염물질은 토양계에 존재하고 있는 미생물에 대한 독성과 낮은 활성도로 인하여 복원기술 발전에 제한되어진다. 본 연구에서는 pH 4.8과 pH 7.7인 토양에 Phenanthrene을 인위적으로 오염시킨후 heme 촉매와 과산화수소를 이용하여 오염토양을 복원하는 기술에 대한l 기초적 연구를 수행하였다. Heme과 과산화수소를 오염토양에 첨가한 뒤 30일 반응후 토양내 존재하고 있는 Phenanthrene 초기농도 약 400 mg/kg soil에 대한 분해율은 pH 4.8과 7.7 오염토양내 각각 50%와 67%이었다. Heme과 과산화수소를 이용한 오염토양의 복원기술은 중성 오염토양에서 약 3일후 67% 빠르게 분해되는 결과를 보여주고 있다.
본 연구에서는 유류 오염 토양의 복원에 효율적인 것으로 나타난 Biopile 공법을 오염 토양에 적용하였을 경우, 토양의 생물학적 복원이 가능한지 여부를 평가하고자 하였다. 45일간 의 Biopile 실험 결과, 공기 주입 및 영양분 주입 후 TPH의 감소율이 최대 64.75 %까지 나타났다. 또한 공기만을 주입하였을 경우에도 제거율이 약 33 %를 나타내었다. TPH가 6,000 mg/kg인 인공 오염 토양을 사용하여 Biopile 공법을 적용하였을 경우에는 30일 반웅 후 43.46 %의 높은 제거율을 나타내었다. 오염 토양의 균주를 순화/분리 하였을 때 오염 토양 내에 고 활성의 유류 분해 미생물이 확인되었으며, 이들의 유전자 역시 확인되어 자체적으로 생물학적 분해능을 가지고 있는 토양으로 나타났다.
본 연구에서는 현장규모의 biopile을 제작하여 유류로 오염된 토양을 정화하였다. 오염토양의 TPH농도는 평균 2,800mg/kg(최고 3,590mg/kg)이었으며, 오염토양의 양은 $746m^3$이었다. Biopile $(17{\times}20{\times}2.5m)$을 약 3개월간 운전하며 일정 시간 간격으로 토양가스($O_2,\;CO_2)$ 및 VOCs) 및 토양의 TPH농도를 분석하였다. 지속적인 공기의 주입/추출에 의해 biopile내부는 호기조건을 유지하였으며, 미생물의 활성도 증가에 따라 이산화탄소의 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 토양가스 분석결과 휘발성 유기오염물질(VOCs)은 약 40일 경과 후 90% 제거되었으며, 90일 경과 후 토양의 TPH 제거율은 98%로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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