밭에서의 비점오염은 경사에 따른 토양유실과 높은 비료 시용량으로 부하가 상대적으로 높아 이에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 4개의 강우 사상에 대하여 경사지 밭에서 유출되는 오염물질의 농도와 특성을 파악하여 밭에서의 비점오염 관리의 기초 자료로 제공하고자 한다. 본 연구의 조사 지구는 충청북도 청주시 상당구 미원면 옥화리에 위치한 경사지 밭으로 면적은 0.77 ha이며, 중앙에 위치한 배수로 말단에 삼각위어를 설치하여 4개의 강우사상에 대해 모니터링을 수행하였다. 연구결과 강우사상의 강우량은 17.0~33.6 mm의 범위로 나타났으며, 평균 강우강도는 1.0~4.8 mm/h로 나타났다. 유출률은 3.1~26.8 %로 나타났는데, 선행강우가 높은 강우사상에서 가장 높은 값을 보였다. 오염물질 유량가중평균농도(Event Mean Concentration; EMC)는 TN 5.6~13.1 mg/L(평균 10.8 mg/L), $NO_3-N$ 4.1~12.9 mg/L(평균 9.3 mg/L), TP 0.46~1.34 mg/L(평균 0.8 mg/L), $PO_4-P$ 0.3~0.8 mg/L(평균 0.5 mg/L), SS 1,099~6,547 mg/L(평균 3,438 mg/L) 및 COD 27.1~38.6 mg/L(평균 33.1 mg/L)의 범위를 보였다. TN과 TP의 유량가중평균농도 평균값은 강우시 농촌유역 유출수의 유량가중평균농도인 3.1, 0.3 mg/L보다 높게 나타나 밭으로부터의 유출수가 유역 유출수의 농도를 높이는 것으로 판단된다. 또한 TN 농도는 시비의 영향을 받고, TP 농도는 강우강도와 작물 부분 토양 피복도의 영향을 받는 것으로 나타났다. SS 농도는 평균 강우강도에 비례하는 것으로 나타났다. 강우에 따른 오염물질 농도변화를 보면 TN의 농도는 강우 초기에 높게 나타났으며, 유량이 증가함에 따라 감소하고, 유량이 감소하면서 다시 증가하는 경향을 보였다. TP, SS 및 COD의 농도는 유량이 증가함에 따라 증가하고, 유량이 감소하면서 다시 감소하는 경향을 보였다. 또한, SS의 경우 최대농도가 첨두유량 앞에서 나타나는 초기 세척현상(First flush)을 보였다. 향후 보다 많은 강우사상을 대상으로 밭 유출수의 농도 및 오염부하에 대한 추가적인 모니터링을 통해 오염물질의 유출특성을 파악해야 할 것으로 판단된다.
토양 및 수질 유기물질과 금속 산화물사이의 상호 반응관계는 환경지구화학적으로 중요하게 다루어진다 (Sposito, 1984). 토양내 광물들의 표면은 토양 유기물질의 주요한 부분을 차지하는 휴믹물질, 즉 휴믹산과 펄빅산에 의해서 이온강도와 산도에 따라 피복하는 현상을 일으킨다. 특히, 휴믹산과 펄빅산은 토양 및 수질내 주요한 구성 유기물로 존재하며 다양한 유기화합물과 분자량을 갖으며, 중금속들의 유출에 의한 오염 환경에서 그 화학종과 이동도에 영향을 주게된다 (Thurman, 1985). (중략)
본 연구는 광미오염토양을 대상으로 입자크기에 따른 토양세척기술의 중금속 추출특성 평가와 토양세척 전과 후의 화학적 분포형태를 파악하고자 실시되었다. 오염토양의 입자크기 별 총 농도는 모든 중금속에서 입자가 작을수록 증가하는 경향을 보였지만, Fe과 Mn은 입자크기와는 무관하였다. 0.05 M EDTA를 이용한 토양세척(Soil washing)에 의한 중금속 추출은 모든 중금속에서 추출 6 h 내에 준평형상태에 도달하였다. 추출효율은 입자크기가 작을수록 Pb, Cu, Zn의 일부에서 추출효율이 감소하였지만, Cd에서는 추출효율의 차이가 크지 않았다. Cd의 추출효율이 86~91%로 가장 높은 반면에 Fe이 5~14%로 가장 적었다. 화학적 분포형태는 토양세척 이전 모든 중금속에서 거의 대부분이 환원성, 산화성, 잔류성으로 존재하였으며 특히, Pb과 Cu는 입자가 작을수록 잔류성 형태도 증가하였다. 그러나, 0.05 M EDTA에 의한 토양세척 이후에는 Cu를 제외하고 Pb, Zn, Cd에서 상당부분이 환원성(Fe/Mn산화물)과 잔류성으로 존재하였고, Cu는 주로 산화성과 잔류성으로 존재하였다. 특히, Pb과 Cu는 입자가 작을수록 잔류성 형태도 증가하였다. 또한, Pb, Zn, Cd에서 환원성형태의 화합물이 0.05 M EDTA에 의해 거의 90% 이상이 제거되었다. 본 연구결과 광미오염토양의 중금속 분포형태 및 추출효율은 많은 인자들 외에 광물학적 요인과 함께 토양입자크기에 좌우되는 주요인자임이 확인되었다.
Groundwater ubiquity score(GUS)를 이용하여 제주도 농가에서 많이 사용되고 있는 농약에 대한 지하수 오염가능성을 평가하고 등급화 하였다. 살충제 12종, 제초제 6종, 살균제 3종을 선정하여 제주도 20개 토양통에 대한 흡착특성과 농약의 이화학적 특성을 이용하여 GUS를 구하였다. 제주도 토양에서 조사된 각종 농약의 전반적인 지하수 오염가능성은 제초제 > 살균제 > 살충제 순서이었다. 제초제의 지하수 오염가능성의 크기는 bromacil > metolachlor > alachlor > linuron pretilachlor > butachlor 순서로 나타났다. 살충제의 지하수 오염가능성의 크기는 carbofuran > ethoprophos > diazinone > dimethoate > penthoate > mecarbam > methidathion > endosulfan > fenitrothion > parathion > chlorpyrifos > terbufos 순서로 나타났다. 살균제의 지하수 오염가능성의 크기는 metalaxyl > chlorothalonil > triadimefon 순서로 나타났다. 이들 농약 중에서 특히 지하수 오염가능성이 높은 것으로 분류된 것은 제초제 alachlor, metolachlor, bromacil, 살충제 ethorophos와 carbofuran 그리고 살균제 metalaxyl이었다. 농약에 의한 지하수 오염을 방지하기 위해서는 농약의 절대 사용을 줄일 수 있는 방안을 마련함과 동시에 지하수 오염가능성이 낮고 오염시킨 예가 적은 약제의 선별적 사용이 바람직할 것이다. 그리고 특히 오염가능성이 매우 높은 것으로 평가되고 오염의 예가 많은 약제에 대해서는 적극적인 사용제한 방안을 마련할 필요도 있을 것이다.
본 연구에서는 기존 바이오차의 제한점인 비소 오염 토양 안정화에 대한 낮은 효율과 비산에 의한 유실 가능성을 개선할 수 있는 철 나노입자가 담지된 바이오차 기반 비드 형태 안정화제인 INPBC/bead (Iron Nano-Particles Impregnated BioChar/bead)를 제조하였다. 폐목재 바이오매스를 Fe(III) 용액과 함께 수열 반응을 진행하고 이후 소성을 거쳐 INPBC를 제조하였다. INPBC/bead는 알지네이트의 cross-linking 반응을 통해 제조 하였다. 제조한 INPBC/bead의 특성을 평가하기 위해 FT-IR, XRD, BET 비표 면적, SEM-EDS 분석을 실시하였다. 특성 평가 결과 입자 크기가 1-4 mm인 INPBC/bead는 여러 산소 함유 관능기를 보유하며 표면의 철 결정성은 Fe3O4인 것으로 확인되었다. INPBC/bead의 성능을 평가하기 위해 폐광산 주변 지역에서 채취한 비소 및 중금속 오염 토양을 이용하여 배양 실험을 실시하였다. 4주 동안의 배양이 종료된 후 처리된 토양을 대상으로 TCLP, SPLP 시험을 실시한 결과 안정화제 적용 비율이 증가함에 따라 안정화 효율은 높아지는 것으로 확인되었다. SPLP 시험 결과, INPBC/bead 5%의 비소 안정화 효율은 81.56%이며 납의 경우에는 농도가 검출한계 미만으로 저감되었다. 상기의 결과를 종합하였을 때 INPBC/bead는 토양 중 비소와 납에 대한 안정화 효과를 동시에 보유하고 토양의 pH 변화를 일으키지 않으며 비드 형태로써 적용 과정에서 비산되는 것이 방지할 수 있는 안정화제이기 때문에 비소 및 중금속 복합 오염 토양 안정화에 적용 가능성이 높은 안정화제 인 것으로 판단된다.
이 연구는 폐금·은광산 주변의 토양과 수계에서 비소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 안티모니(Sb), 아연(Zn)의 지구화학적 분산 특성을 확인하였다. 토양시료 내 각 원소의 지구화학적 오염도는 enrichment factor (EF), geoaccumulation index (Igeo), pollution load index (PLI)와 같은 지화학 지수를 이용해 평가하였다. 수계의 지구화학적 오염도는 광물찌꺼기 적치장에서부터 거리에 따른 중금속 및 황산염(SO42-)의 농도 변화를 이용하여 평가하였다. 지화학 지수를 이용한 토양의 오염도 평가 결과 광산 및 광물찌꺼기 저장시설과 가까운 지역에서 As, Cd, Pb, Zn의 농축지수가 높게 나타났으며, Sb는 모든 토양시료에서 높은 농축지수를 보였다. 이러한 결과는 광산 활동으로 대표되는 인위적인 요인에 의해 주변의 토양으로 중금속의 분산이 진행되었음을 보여주는 결과이다. 수계에서 중금속 농도 및 SO42-의 농도 변화를 확인한 결과 특정 지점에서 As, Cd, Zn, 그리고 SO42- 농도의 이상점이 나타났으며, 거리에 따라 점차 각 원소의 농도가 감소하였다. 이는 수계의 오염이 광물찌꺼기 적치장과 그 인근의 황화광물의 풍화에 기인한 것을 의미한다. 조사를 수행한 지역에서는 과거에 중금속으로 오염된 토양의 복원사업이 진행되었지만, 그 이후에도 잠재적인 오염원인 광물찌꺼기 적치장 인근에서부터 오염이 다시 진행되고 있는 것으로 판단된다. 따라서 복원을 완료한 지역에서도 토양과 수질시료를 대상으로 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.
생물여과 (biofiltration)로 알려진 기술은 오염물을 gas stream이나 liquid stream을 사용하여 생물학적으로 처리할 수 있다. 주요 방법으로 생물세정 방법과 생물여과의 두 방법을 사용하고 있다. 오염물질 제거효율에 영향을 미치는 인자로는 오염물질의 종류와 특징, 오염물질의 유입농도, 충진물의 종류와 형상, 오염물질이 충진물에 머무름 시간 등이 있다. 일반적으로 생물 여과에 있어서 반응기의 충진물로 compost, peat, wood chips와 토양을 이용하거나 또는 활성이 없는 합성 매체를 이용하기도 한다(Leson and Winer, 1991). (중략)
대전광역시에 분포하는 민방위 비상용 지하수 급수시설은 현재 총 225개소가 확보되어 있고 확보된 수량은 약 51,597톤/일이다. 비상용 지하수 중 정부지원시설은 년간 4회에 걸쳐 수질분석을 실시하고 있다. 1996년∼1999년 사이에 수질분석 내용을 보면 약 36% 정도가 음용수 부적합한 것으로 나타났다. 주요 부적합 항목으로 일반세균, 대장균, 질산성질소, 불소 등이다. 수질분석자료를 근거로 보면 동구와 중구의 구도심권의 수질이 나쁜 상태이고, 도시계획도상 녹지지역이 가장 많은 유성구가 가장 좋은 수질특성을 보인다. 대덕구는 공단지역 등을 중심으로 수질이 저하되어 있고, 서구는 신도시보다는 기존도심지의 지하수의 수질이 저하되어 있음을 보이는데, 이는 대전시 지하수의 수질특성이 토지이용 및 도시발달과 밀접한 관계가 있음을 시사한다. 이러한 대전 지하수의 수질 향상을 위하여, 부적합 판정을 받은 급수시설에 대해서는 정밀한 조사를 통하여 오염물질의 종류와 농도변화, 오염의 원인, 오염물의 확산 등에 대한 정밀조사를 실시한 후, 오염정화를 통한 복구나 폐공처리 조치 또는 관측정으로의 전환 등을 모색하여야 할 것이다. 그리고 표본지역에 대한 양수시험결과 기록된 지하수량과 실제치에서 상당한 차이를 보여주어 비상급수시설에 대한 정확한 1일 적정 채수량을 다시 산정할 필요가 있다.
여천공단의 대기오염이 산림생태계에 미치는 영향을 파악하기 위하여 공단의 남단에 위치한 남해화학주변과 그 지역에서 2km, 4km, 6km, 8km 및 10km 떨어진 지점을 선정하여 산림토양의 화학적 특성, 탈질균 및 황산환원균 동태와 지의류 출현도를 비교하였다. 여천공단 주변지역의 토양은 적황색 산림토양군(R Y)에 속하는 토양이었으나 같은 산림토양군에 속하는 토양에 비해 pH가 매우 낮았다. 산림토양의 pH가 낮음으로 인해 C/N비가 15~25의 범주에 있음에도 불구하고 유기물의 분해 등 무기화에 관여하는 미생물의 활력이 낮아서 유기물함량이나 전질소함량은 상대적으로 높았다. 공단 인접지역에서 4km 지점에 이르는 곳까지의 토양 화학특성이 6km 이후 지역에 비해 대기오염 피해도가 심하게 나타났으나 탈질균 및 황산환원균의 분포량 차이에 따른 피해도 구분은 어려웠다. 한편, 지의류는 산림토양에 반영된 대기오염도의 차이에 비해 확연한 결과를 나타냈으며, 특히 엽상지의류는 바위에 붙어 사는 지의류에 비해서 더 민감한 반응을 나타냄을 확인할 수 있었다.
금번 연구에서 울산지역의 토지이용도에 따른 지하수 수질 및 오염특성을 파악하고, 지하수의 오염 정도를 평가하고 도면으로 시각화하는 방법인 오염지수를 산출하였다. 연구지역내 216개 시료에 대한 지하수의 화학조성은 매우 다양하게 나타나며, 전기전도도의 경우, $100{\sim}31,360\;{\mu}S/cm$로 매우 큰 변화를 보이고 있다. pH값은 $4.6{\sim}8.57$의 범위로 산성 내지 약알카리를 보이며 평균값은 7.0이다. 연구지역 지하수의 화학조성은 토지용도에 따라 많은 영향을 받는 것으로 해석되었다. 수질유형은 $Ca-HCO_3$, $Ca-Na-HCO_3$, 유형이 우세하며, 주거/상업지역과 공업지역 지하수의 경우는 농업지역과 녹지지역 지하수에 비해 Cl이 풍부한 (Na, Ca)-Cl 유형으로 변하고 있다. 연구지역 오염지수의 범위는 $1.1{\sim}117.6$으로 평균은 9.56으로 산출되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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