한국원자력연구소에서는 토양폐기물의 규제해제를 통한 처리를 위하여 토양의 핵종 및 방사능분석에 대한 절차를 개발하고 있다. 토양의 규제해제를 위한 기반작업으로 대표성 있는 시료를 추출하기 위하여 균질화, 평균화를 거쳐 임의추출(random sample)하는 시료추출의 방법론을 결정하였다. 통계학적인 관점에서의 대표성은 시료추출의 방법론 뿐 만 아니라 시료의 크기를 얼마로 할 것인가에 대한 설계가 선행 되어야 한다. 본 연구에서는 토양폐기물에서 시료를 채취하는 절차에 따라 예비시료를 추출한 후 핵종 및 방사능평가 작업을 수행한 결과를 사용하여 신뢰구간과 오차 한계에 따른 시료의 개수를 산정하였다.
본 연구는 기존의 토양 코어 시료 채취기 (double-cylinder hammer-driven soil core sampler)를 개량하여 원하는 토양 깊이에서 자연상태의 토양 코어 시료를 쉽고 편리하게 채취하여 운반, 보관할 수 있는 새로운 도구를 제시하기 위하여 수행되었다. 본 연구에서 제시된 도구와 이전에 일반적으로 사용되던 채취기와의 차이점은 1) 해머가 본체로부터 분리되고, 2) 내부 실린더가 2개로 분할되며, 3) 플라스틱 시료 보관통을 사용하도록 한 것 등이다. 본 도구는 적습한 산림토양을 대상으로 이용하는 것이 효과적이며, 해머 사용 전에 토양 시료의 압축을 줄이기 위하여 시료 채취기를 가능한 손으로 깊게 토양에 삽입한 후 해머 작업을 실시하는 것이 바람직할 것으로 생각된다. 본 도구는 채취된 토양 층위와 부피가 원래 토양과 같은 상태로 유지되는 깊이 40cm, 직경 5cm의 코어 시료 채취에 적합한 것으로 판단된다.
본 연구는 GC/MS를 이용하여 수질, 토양 및 저질 시료 중의 benzo(a)pyrene(BaP)을 분석하는 방법을 확립하고자 하였다. BaP은 수질 시료(100mL)에서 n-hexane으로 추출하였으며, 토양 및 저질 시료(l0g) 에서는 먼저 메탄올로 추출한 후 hexane으로 다시 추출하여 농축시켜 분석하였다. 수질 시료 중의 BaP 회수율은 94.8% 이상이었으며 토양에서의 회수율은 약 93%를 보였고 재현성은 10.49% 이하였다. 검정 곡선은 상관계수(R²)값이 수질과 토양 모두에서 0.996 이상의 좋은 직선성을 보여주었다. 토양 시료의 경우 35지역 중 6지역의 토양에서 0.5~223.5㎍/kg의 농도 범위로 BaP가 검출되었으며 수질과 저질 시료에서는 모든 지역에서 검출한계 이하로 나타났다. 이 분석방법은 환경 중에 미량으로 존재하는 BaP의 분석과 모니터링에 유용하게 사용할 수 있는 적합한 방법이라 사료된다.
미국 Oak Ridge 연구소 관리지역에서 Inceptisol(Inc) 및 Utisol(Ult)이 지배적으로 분포된 토양층의 A- 및 B-층으로부터 채취한 물리화학적 특성이 잘 규명된 4종의 토양시료에 As(III) 및 As(V)를 흡착시킨 후 토양시료에 대한 추출용액의 비 1:100 조건에서 pH를 1.5로 고정시킨 생리학적 추출용액을 이용한 추출시험을 통하여 초기 노화조건에서의 비소의 생접근도(bioaccessibility) 및 As(III) 산화정도와 6개월간의 노화시간 경과에 따른 비소의 생접근도를 조사하였다. 토양시료에 As(C)를 주입시킨 후 48시간이 경과되었을 때 모든 토양시료에서, 특히 Ult-B, 빠르고도 강한 As(V)의 고정화(sequestration) 현상이 일어났다. 그렇지만 3개월이 지난 후에는 As(V)의 고정화에 큰 변화가 없었다. 동일한 토양시료에 As(III)를 인위적으로 오염시킨 후 48시간이 경과되었을 때 Inc-A 및 Ult-A 토양시료에서는 상당 분율의 As(III)가 As(V)로 산화되었다. 이러한 As(III)의 산화정도는 토양시료내의 망간 함량과 비례관계가 있는 것으로 나타났다. As(III)를 오염시킨 Inc-B 및 Ult-B 토양시료에서의 노화시간 경과에 따른 총비소의 생접근도 감소는 Inc-A 및 Ult-A 토양시료에서 얻어진 값보다 더 크게 나타났다. 이러한 경향은 철 함량이 풍부한 Inc-B 및 Ult-B 토양들이 As(III)로부터 산화된 As(V)를 지속적으로 고착화시킴에 따른 것으로 여겨지며 As(V)로 오염시킨 토양시료에서 얻어진 As(V) 고착화 정도와 유사한 경향을 나타내었다.
본 연구는 GC/MS를 이용하여 수질, 토양 및 저질 시료 중의 4-Nitrotoluene(4-NT)을 분석하는 방법을 확립하고자 하였다. 4-NT은 수질 시료(100mL)에서 n-hexane으로 추출하였으며, 토양 및 저질 시료(10g)에서는 먼저 메탄올로 추출한 후 hexane으로 다시 추출하여 농축시켜 분석하였다. 수질 시료 중의 4-NT의 회수율은 $99.1\%$ 이상이였으며 토양에서의 회수율(recovery)은 약 $110\%$를 보였고 재현성 (relative standard deviation)은 $11.99\%$ 이하였다. 검정곡선은 상관계수$(R^2)$값이 수질과 토양 모두에서 0.994이상의 좋은 직선성을 보여주었다. 본 연구에서 채취한 수질 43개 지역, 토양 35개 지역 및 저질 11개 지역의 모든 시료에서 4-NT은 검출한계 이하로 나타났다. 이 분석방법은 환경 중에 미량으로 존재하는 4-NT의 분석과 모니터링에 유용하게 사용할 수 있는 적합한 방법이라 사료된다.
CCA 처리 방부 목재로부터 용출되는 크롬, 구리 및 비소는 주변의 토양을 오염시키는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 방부 목재를 사용하여 설치한 방음벽 주변의 토양을 채취하여 분석하였다. 방음벽은 4차선의 자동차 도로와 마을 사이에 1m 높이의 콘크리트 구조물 위에 설치되었다. 수평 및 수직 시료와 더불어 대조 토양 시료를 채취하여 목재 방음벽으로 인한 주변의 토양 오염도를 평가하였다. 방음벽 인접한 곳의 토양이 대조시료에 비해 10-13mg/kg 더 높은 것으로 나타났고, 1년 전에 채취하여 분석한 자료와 비교했을 때, 시설물 인접 토양에서 크롬과 비소의 농도가 더 낮은 것으로 보아, 구성 성분의 용출 속도는 감소하고 토양에 용출된 성분은 강우 등에 의해 주변으로 이동한 것으로 판단된다.
유류오염 토양의 투수성 및 정화효율을 개선하기 위하여 고전압 아크 방전에 의한 플라즈마 블라스팅을 토양에 적용하였다. 이 연구를 위하여 고전압 발생장치를 새로 제작하였고, 실트질 모래인 토양시료, 토양시료에 소석회를 혼합한 시료와 토양시료에 시멘트를 혼합한 세 종류의 토양시료를 다져서 소형 토조와 대형 토조를 제작한 후 각각의 토조내에서 플라즈마 블라스팅을 시행하여 유체확산의 범위와 투수성의 변화를 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행된 토양시료에서는 플라즈마 블라스팅이 시행되지 않은 대조군에 비해 유체의 확산 부피가 약 11~71% 증가하였다. 낮은 전압하에서 플라즈마 블라스팅이 시행되면 토양 내에서는 구조적 취약면(다짐면)을 따라 수평적 확산이 우세하게 나타났으나 높은 전압에 의한 플라즈마 블라스팅은 토양 내에 구형의 입체적인 확산을 발생시켰다. 플라즈마 블라스팅은 투수성 또한 증가시켰으며, 소석회 및 시멘트가 혼합된 토양에서 더욱 뚜렷하게 관찰되어, 플라즈마 블라스팅이 시행된 시료들은 대조군 시료에 비해 투수계수가 450~1,052% 범위로 증가하였다. 플라즈마 블라스팅이 1회만 실시된 토양시료의 투수계수는 방전 전압이 높아질수록 증가하였으나 동일한 전압으로 여러 번의 블라스팅이 시행된 토양시료의 투수계수는 증가하거나 감소하였다. 토양시료에 경유를 이용하여 인위적으로 오염시킨 토양시료에 플라즈마 블라스팅을 실시하여 정화효율을 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행되면, 방전지점 근처의 토양에서는 평균 393%, 방전지점으로부터 20 cm 이상 이격된 하부 토양에서는 평균 239% 정도의 정화효율이 개선되었으나 방전 전압과 정화효율은 상관성을 보이지 않았다. 위의 결과는 플라즈마 블라스팅이 토양의 투수성과 정화효율을 상당히 개선하므로, 유류오염 토양의 원위치 정화에 효율적으로 이용될 가능성을 보여주었다.
불건전 토양과 건전 토양의 환경을 이해하기 위해 자연적으로 역병에 감염되거나 감염되지 않은 고추와 토마토 시설재배지의 비근권토양, 근권토양, 근면을 채취하고 연구하였다. 시료는 경상남도의 시설재배지에서 1999년 4월에 채집되었으며, 진균의 분리는 희석평판법을 이용하였다. 각 작물 별 재배지에서 25 종의 진균이 분리되었으며 건전 시료보다는 감염 시료에서, 근권이나 근면토양보다 비근권토양에서 더 많은 수의 종이 분리되었다. 역병이 감염되지 않은 시료에서만 Trichoderma sp.가 분리되었으며 각 작물의 서식지별로 분리된 진균의 수는 다양하였다.
생물 발광 생산 균주, Escherichia coli DH5 RB1436를 이용하여 고형환경 시료에 대한 독성 방법을 개발하고 적용하였다. 토양과 균주의 비율은 1 : 4(w/v) 정도가 적절하였으며, 측정 방법의 간편성을 고려하여 가열 감량된 토양 첨가군 대신에 동일한 부피의 인산염 완충액 첨가군을 고형시료 독성의 대조군으로 정하였다. 토양측정망 시료중 대체적으로 오염원 농도가 상대적으로 높은 그룹과 낮은 그룹의 독성은 각 43과 26%로 뚜렷한 차이를 나타내었다. 토양 그룹들의 $EC_{50}$는 범위가 $1.8{\sim}4.6\;g$으로 조사된 반면에, 댐저수지 퇴적물과 매립물들은 모두 0.22 g 보다 낮게 조사되었다. 상이한 고형환경 시료에 대해 뚜렷한 독성 차이를 나타낸 본 생물검정법은 다양한 환경 시료의 독성을 평가하는 유용한 방법으로 사용할 수 있을 것이다.
토양 중 우라늄 동위원소의 분석을 위해서 알파분광분석법이 보편적으로 사용되고 있다. 다수의 토양시료를 분석할 경우 시료분해 시간을 단축함으로써 전체 분석시간을 효과적으로 줄일 수 있으며, 이를 위해 본 연구에서는 단시간에 시료를 완전 분해할 수 있는 마이크로파 용해장치를 활용하였다. IAEA-375를 분석 대상 토양으로 하여 용해되지 않은 시료의 양과 분석한 $^{234}U$과 $^{238}U$의 방사능 농도 값을 통해 시료분해 방법을 최적화 하였으며, 0.5 g의 토양시료에 최소 3 ml의 불산을 가했을 때 80분 내에 효과적으로 분해되는 것을 확인하였다. 이는 2~3일의 분해시간이 필요한 통상적인 방법(open vessel 및 closed vessel을 이용하는 방법)에 비해 시간을 단축 할 수 있어 효율적이며, 불산 사용을 최소화 하여 시료용해 시 발생할 수 있는 유해 물질의 발생 및 접촉을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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