KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.4
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pp.1227-1240
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2014
Abandoned mines often cause environmental problems, such as alteration of landscape, metal contamination, and landslides due to a heavy rainfall. Geotechnical and rheological tests were performed on waste materials corrected from Imgi waste rock dump, located in Busan Metropolitan City. Debris flow mobility was examined with the help of 1-D BING model which was often simulated in both subaerial and subaqueous environments. To determine flow curve, we used a vane-penetrated rheometer. The shear stress (${\tau}$)-shear rate (${\dot{\gamma}}$) and viscosity(${\eta}$)-shear rate (${\dot{\gamma}}$) relationships were plotted using a shear stress control mode. Well-known rheological models, such as Bingham, bilinear, Herschel-Bulkley, Power-law, and Papanastasiou concepts, were compared to the rheological data. From the test results, we found that the tested waste materials exhibited a typical shear shinning behavior in ${\tau}$-${\dot{\gamma}}$ and and ${\eta}$-${\dot{\gamma}}$ plots, but the Bingham behavior is often observed when the water contents increased. The test results show that experimental data are in good agreement with rheological models in the post-failure stage during shearing. Based on the rheological properties (i.e., Bingham yield stress and viscosity as a function of the volumetric concentration of sediment) of waste materials, initial flowing shape (5 m, 10 m, and 15 m) and yield stress (100 Pa, 200 Pa, 300 Pa, and 500 Pa) were input to simulate the debris flow motion. As a result, the runout distance and front velocity of debris flow are in inverse propositional to yield stress. In particular, when the yield stress is less than 500 Pa, most of failed masses can flow into the stream, resulting in a water contamination.
This study was conducted to investigate the effects of cadmium (Cd) exposure on biochemical factors in the hemolymph and hepatopancreas of the abalone, Haliotis discus hannai. The abalone were exposed to 0, 5, 10, 20 and 40 ${\mu}g/L$ Cd for 4 weeks. The phenoloxidase (PO) activity was decreased in hemolymph of abalone exposed to 40 Cd ${\mu}g/L$ for 4 weeks compared to the control (P < 0.05). The hemolymph enzymes, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) activities were markedly elevated in 40 Cd ${\mu}g/L$ after 4 weeks. The hemolymph calcium concentrations were significantly decreased in 20 and 40 Cd ${\mu}g/L$ for 4 weeks. Hepatopancreas superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities were significantly increased by Cd. SOD was increased in both 20 and 40 Cd ${\mu}g/L$ and CAT, in 40 Cd ${\mu}g/L$ after 2 weeks (P < 0.05). These results suggested that the abalone SOD and CAT including PO may serve as a protective mechanism against oxidative stress by Cd. We conclude that a Cd concentration, 40 ${\mu}g/L$ in water may curtail hemolymph homeostasis and anti-oxidative reactions in abalone hepatopancreas. From these results, these biochemical factors may represent a convenient method of monitoring heavy metal pollution in coastal areas.
We studied concentrations of trace elements such as iron, zinc, copper, lead and cadmium in three shorebird species from Saemankeum mudflat, Korea$(1999{\sim}2000)$, and also analysed correlations between elements in livers. Iron(ANOVA, p=0.018), copper(ANOVA, p=0.043), lead(ANOVA, p=<0.001) and cadmium (ANOVA, p=0.016) concentrations significantly differed among shorebird species, but zinc concentrations wasn't different among species. We suggested that iron, zinc, and copper concentrations were within a range for normal and are maintained by normal homeostatic mechanisms for wild birds. Lead concentrations in Great Knots Calidris tenuirostris$(5.76{\pm}2.14{\mu}g/dry\;g)$ were at the background level but Red-necked Stints Calidris ruficollis$(29.4{\pm}10.6{\mu}g/dry\;g)$ and Terek Sandpipers Xenus sinereus$(15.9{\pm}11.9{\mu}g/dry\;g)$ were within the exposed level for wild birds. In particular, Red-necked Stints were nearly poisoned level. Cadmium concentrations in Terek Sandpipers and Great Knots were at the background concentration, but Red-necked Stints were greater than the poisoned level$(3{\mu}g/dry\;g)$. We found significantly correlations between lead and cadmium concentrations, but other elements didn't find.
In this study, an acrylic acid (AAc) was grafted on a polypropylene (PP) nonwoven fabric using electron beam irradiation. Electron beam grafting was carried out under various conditions to produce AAc grafted PP (PP-g-AAc) nonwoven fabric having a grafting yield of about 50% at radiation dose of 100 kGy and a monomer concentration of 60%. The physical and chemical properties of PP-g-AAc nonwoven fabric were evaluated by SEM, ATR-FTIR, thermal analysis and tensile strength. The morphology of PP and PP-g-AAc nonwoven fabric confirmed by SEM showed no significant change, and it was judged that AAc was introduced into PP nonwoven fabric from ATR-FTIR. PP-g-AAc nonwoven fabric showed an increase in tensile strength and a decrease in tensile strain compared to PP nonwoven fabric. However, since change of value is not significant, it is considered that there is no significant influence on the physical characterization. Adsorption experiments of PP-g-AAc nonwoven fabric on various ions showed selective adsorption behavior for lead ion. In conclusion, the electron beam radiation-induced PP-g-AAc nonwoven fabric is expected to be applied as an effective adsorbent for the adsorption of lead ions.
Park, Kyung-Il;Choi, Min-Soon;Park, Sung-Woo;Park, Kwan-Ha;Choi, Sang-Hoon;Yoon, Jong-Man
The Korean Journal of Malacology
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v.25
no.2
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pp.135-143
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2009
The Manila clam, Ruditapes philippinarum, has been considered as a sentinel species due to dominant distribution along the coast of Korea and well developed regulatory system. In order to develop and understand immune responses of the Manila clams, clams were exposed to $50\;{\mu}g/L$ of cadmium chloride (Cd) for 8 days and monitored the cellular immune parameters of the hemocytes including blast cell composition, DNA damage, necrosis, apoptosis and hemocyte mortality using a flow cytometer. The results showed that all immune parameters analyzed in the present study increased remarkably compared to the controls and the increases were statistically significant. Apoptosis rate was higher than necrosis rate in the clams exposed to Cd suggesting that apoptosis was preferably induced by the concentration of Cd used in the present study. Our study indicates that the measurement of cellular immune responses of the Manila clam using flow cytometer will be a useful technique for assessment of heavy metal contamination in marine environment.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2005.04a
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pp.202-210
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2005
In this study, the fly ash was employed as a possible alternative to the bentonite for its high sorption capacity against cationic heavy metal. To consider the constituents of barrier possibly used, the specimens were mixed with different material contents (fly ash : weathered soil : bentonite), then sorption test was performed. Also the specimens were molded on the wet side of optimum moisture contents like mixing ratio of sorption test and their hydraulic conductivities were measured in flexible-wall permeameters. And to confirm the effect of dissolved cations, the hydraulic conductivity tests were repeated by converting the permeant liquids from water to $Cd^{2+}$ solution. Finally, the Cd-concentration at the effluent was analyzed for 500hrs to compare the effectiveness of each specimen in contaminant retardation. Test results showed that the more the ratio of fly ash increase, the more Kd value increase, and the hydraulic conductivity of weathered soil/bentonite (95:5) mixture was the lowest $(2.9*10^{-8}cm/sec)$, and specimens made of fly ash and fly ash/weathered soil mixtures showed similar hydraulic conductivity. Although the permeant liquid was changed from water to $Cd^{2+}$ solution, the hydraulic conductivity of all specimens except for weathered soil maintained similarly like before. Consequently, the initial breakthrough point of Cd in weathered soil specimen was observed at about 5hrs after the test started while that of fly ash specimens was not observed during the whole test period of 500hrs. The results implied that fly ash had a sufficient retardation capacity against contaminant transport possibly by its high sorption capacity although it showed little effect on the reduction of hydraulic conductivity. Based on the test results, it could be concluded that the fly ash can be possibly used as a suitable barrier material in containment system to attenuate the contaminant transport for its high retardation capacity and for the low cost.
Present study aimed to investigate the effect of zinc accumulation on the tissues of Carassius auratus with various rearing condition. Heavy metal, Zn, was accumulated in the gill, bone and muscle increased for exposure period of 40 days. Moreover, the accumulated concentration of Zn in the gill showed relatively higher than that in other tissues. Also, activities of antioxidant enzymes in the gill, kidney, liver and muscle tissues after exposure to Zn were increased in the manner of exposure period. Antioxidant enzyme activities were shown higher in the gill and muscle than those in the kidney and liver tissues. The gill of C. auratus showed abnormal shapes in its secondary lamellae by long time exposure condition and determined the increased numbers of mucous cells in gill exposed to Zn. In addition, the edema, the exfoliation of epithelial cell was shown in the gill and membrane damages were observed in mitochondria and nucleus. In the kidney, we observed not only the atrophied glomerulus, but the expansion of empty space in Bowman's capsule. Based on the above results, it is considered that the exposure to the high level of Zn for long period possibly involves in the decrease of respiratory and excretory rates, giving rise to secondary lesion of tissues.
Influence of sulfate on the early hydration in the solidification treatment of abandoned mine tailings was characterized. Solidified specimens using hydrated lime as a binder were prepared with various amounts of added $Na_2SO_4$ and different curing days. Unconfined compressive strength measurement, heavy metal leaching test, XRD analysis were performed after 7-, 14- and 28-days curing. According to curing days strength of solidified specimens using only distilled water increased but those with addition of $Na_2SO_4$ decreased. External cracks of specimens developed definitely with increasing $Na_2SO_4$ concentration and curing days. Concentrations of Cu, Cd, Zn, and As in the leached solutions from solidified specimens decreased significantly but Pb was leached readily in cases of hydrated lime dosage more than 10 wt%. Gypsum and $MgSO_4$ were identified in the cracked solidified specimens by XRD analysis, and pillar-shaped crystals of SEM image were identified as gypsum in reference with EDS analysis. Crystallization of sulfate in the process of lime-tailing solidification caused cracking, which should be supplemented for solidification treatment of highly sulfur-contained tailing.
This study was conducted to investigate the physiological and structural damages to cadmium (Cd) in Acorus calamus var. angustatus as a native aquatic species in Korea. In addition to the physiological responses such as plant growth, photosynthesis, and root activity, the structural damages in leaf and root tissues were observed through light and scanning electronic microscopy. The five-leaf plants were treated with different Cd concentrations 0, 10, 25, and 50 ${\mu}M$ for 15 days. The plant damages to Cd were significant at 10-25 ${\mu}M$ Cd physiologically and at 25-50 ${\mu}M$ Cd structurally. The physiological damages in the shoot part (photosynthesis) started at 10 ${\mu}M$ Cd whereas those in root part (root activity) were serious above 25 ${\mu}M$ Cd. On the other hand, the structural damages began at 25 ${\mu}M$ Cd in the leaf and root tissues similarly, but the plant tissue destruction was more serious in the roots than in leaves. Based on the plant physiological and structural damages, 10 ${\mu}M$ was assumed to be the limited concentration for sustainable growth and landscaping ability in Acorus calamus var. angustatus to Cd.
Objectives: We conducted ecological risk assessment for cadmium, a heavy metal and carcinogen, to identify safety standards by environmental media and to determine its impact on ecosystems by estimating and evaluating exposure levels. Methods: Species sensitivity distributions (SSDs) were generated using ECOTOX DB. A hazardous concentration of 5% (HC5) protective of most species (95%) in the environment was estimated. Using this estimate, predicted no effect concentrations (PNECs) were calculated for aquatic organisms. Based on the calculated PNECs for aquatic organisms, PNEC values for soil and sediment were calculated using the partition coefficient. Predicted exposure concentrations (PECs) were also calculated from environmental monitoring data with hazard quotients (HQs) calculated using PNECs for environmental media. Results: Chronic toxicity data were categorized into four groups and 11 species. In species sensitivity distribution (SSD) analysis, HC5 was $0.340{\mu}g/L$. Based on this value, the PNEC value for aquatic organisms was calculated as $0.113{\mu}g/L$. PNEC values for soil and sediments using a partition coefficient were calculated as 15.02 mg/kg and 90.61 mg/kg, respectively. In an analysis of environmental monitoring data, PEC values were calculated as $0.017{\mu}g/L$ for water, 1.01 mg/kg for soil, and 0.521 mg/kg for sediment. Conclusions: HQs were 0.150, 0.067 and 0.006 for water, soil and sediment, respectively. HQs of secondary toxicity were 0.365 for birds and 0.024 for mammals. In principle, it is judged that an HQ above 1 indicates a high level of risk concern while an HQ less than 1 indicates an extremely low level of risk concern. Therefore, with HQs of cadmium in the environment being <1, its risk levels can be considered low for each media.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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