Earticle

Harmful heavy metal (HHM) pollution in marine sediments threatens aquatic ecosystems and human health. Accurate characterization of HHM is crucial for protecting environmental health and supporting coastal community resilience. This study analyzes 28 years of HHM data from Cartagena Bay (CB), Colombia, to assess sediment quality and ecological risk using various geochemical methods. A modified index was developed to account for vertical HHM distribution in sediments. Results show that anthropogenic pollution in CB poses low to moderate risk, with mercury (Hg) as the main contributor to total toxicity. Positive multivariate correlations highlight anthropogenic activities as the primary source of pollution. This research provides valuable data for Colombia’s future environmental projects and offers a new methodology for assessing sediment pollution in similar coastal environments worldwide. Further details will be presented at the 2024 KEDS Conference.

leaching, and the release of harmful heavy metals (HHMs), alongside high costs for maintenance and rehabilitation, particularly in disaster-prone countries like the Philippines. This study focuses the sustainable reuse of IOTs as an alternative to conventional disposal methods. A review of the literature shows that IOTs have beneficial properties, making them suitable for construction materials like cement, bricks, and ceramics. However, risk assessments and pre-treatment are essential for safe reuse when harmful heavy metals are present. The study proposes a preliminary framework for sustainable mine waste management, emphasizing waste reduction, minimizing environmental risks, and aligning with global sustainability goals. Successful reuse of IOTs in various countries highlights their potential to support infrastructure development while addressing environmental concerns. Additionally, the study calls for establishing environmental guidelines and sediment quality management, benefiting nations facing similar challenges. This research promotes sustainable IOT reuse, advancing the UN Sustainable Development Goals and fostering a circular economy

안동댐은 낙동강 상류의 청정 지역에 위치해 있음에도 불구하고, 상류오염원 및 휴·폐광산 등의 영향으로 인해 퇴적물 내 중금속 오염 문제가 지속적으로 제기되어 왔다. 따라서 이러한 오염 퇴적물의 안정적 관리 방안을 마련하기 위해, 보다 정확한 중금속 용출 특성 평가가 요구되고 있다. 본 연구에서는 현장 조건을 반영하여 중금속 용출량(flux)과 변동성을 정량적으로 평가하기위해Benthic flux chamber를 활용하였다. Benthic flux chamber는 퇴적물 표면과 상층수 사이의 오염 물질이동을 직접 측정할 수 있는 장치로, 내부에 새롭게 개발된'무한흡수체(infinite sink)'흡착제를 설치하여 환경 조건을 최대한 보존한 상태에서 퇴적물-수계 간 오염 물질의 용출을 평가하는 데에 적용할 수 있다. 계절별(갈수기,해빙기,홍수기)조사결과,갈수기(1월)와 해빙기(4월)의 경우 Zn>As>Pb>Cd순으로, 홍수기(8월)의 경우 As>Zn>Pb>Cd순으로 용출량이 측정되었다. Zn, Cd, Pb의경우 조사 시기와 상관없이 변동성이 크지 않았으나, As의경우 수온 상승으로 인한 용존 산소감소와 녹조현상으로 혐기성 조건이 형성되면서 용출량이 증가하는 경향을 보였다. 따라서 본 연구결과는 향후 안동댐 오염 퇴적물의 효율적이고 안정적인 관리방안을 마련하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

일반적으로 불포화대 오염은 지상에서의 오염물질 유출 등에 의해 발생하며, 특히 철도부지와 같이 운영 중인 부지의 경우 선로마모, 열차 도장/도색, 폐기물 관리시설, 지상탱크 누유/누출 등 다양한 원인에 의해 토양을 오 염시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 운영 중인 부지 등 굴착처리(Ex-situ) 공법이 제한될 수 밖에 없는 오염부 지의 경우, 유류 및 유기화합물 등의 경우 지중정화 공법이 개발, 상용화되고 있으나. 중금속을 포함한 무기계 오염물질에 대한 정화기술 연구는 미미한 실정이다. 이에 따라, 해당 연구에서는 선로 마모, 부식 등을 고려한 적정 유기산을 선정 및 사용으로 불포화대 내 중금속 오염토, 특히 납오염 정화를 위한 정화기술을 개발하여 현 장실증 하고자 한다.

안동댐 하류 퇴적토는 중금속(Pb, Zn, Cd) 그리고 As로 복합 오염되어 있고, 이는 환경적으로 다양한 문제를 야기하고 있다. 본 연구에서는 벤토나이트와 철코팅모래를 혼합한 안정화제를 활용하여 안동댐 내 오염물질의 이동성을 저감하고, 장기적으로 오염부지를 안정화하는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해, 안동댐 하류 실증부지에 시험구를 설치하여 안정화제 함량을 5%, 10%로 다르게 투입하고, 그 효과를 장기간 모니터링하였다. 또한 안정화제와 퇴적토를 혼합하는 방식에 따라 안정화제 층 두께를 10cm, 20cm로 다르게 적용하여 층 두께에 따른 안정화제 효과를 비교하였다. 안정화 효과는 diffusive gradients in thin films (DGT)를 이용하여 평가하였으며, 30일 간격의 샘플링 주기에 맞추어 현장 시험구 pH, EC, ORP, 온도가 측정되었다. 실험 결과, DGT에 축적된 중금속 양과 flux의 영향 관계 평가를 통해 중금속의 생체 이용 가능성을 확인하였고, 특히 대조군과 비교하여 안정화제를 투입한 시험구에서 중금속 용출량이 감소하였다. 또한 안정화제 함량과 안정화제 층 두께가 증가함에 따라 장기적으로 안정화제가 중금속 오염 퇴적토를 안정화하는데 유의미한 역할을 함을 확인하였다. 본 연구는 안동댐 하류 지역의 중금속 오염 문제를 해결하는데 있어 벤토나이트와 철코팅모래 혼합 안정화제의 실용적 가능성을 제시하고, 향후 퇴적토 정화 기술 개발에 중요한 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

우리나라의 일부 폐 광산지역에서 광산배수가 유출되고 있다. 광산배수들 중 일부는 철(Fe), 알루미늄(Al), 망간(Mn) 등 금속이온으로 오염되어 있고 또한 산성 광산배수 특성도 나타낸다. 1990년 후반 부터 폐광산 유출수에 의한 수질오염을 방지하기 위하여 active, semi-active, 자연정화방식으로 처리해 오고 있다. Active 처리 현장은 인력과 기계력을 항시 사용함으로 슬러지는 원활하게 관리된다. 반면에 semi-active 및 자연정화시설은 상주 인력이 없어 주기적인 관찰과 적기에 준설 및 탈수를 해야하는 현장이다. 본 연구에서는 국내 5개의 semi-active 처리장의 공정과 슬러지 준설 및 탈수 방식 즉 필터 프레스방식, 벨트프레스 방식, geobag 방식 등을 비교하였다. 현장 조사 및 문헌 조사 결과 semi-active 침전조 슬러지의 효과적인 준설 및 관리를 위해서 현장 슬러지 특성이 준설 및 탈수 효과에 미치는 연구 등이 필요할 것으로 판단된다.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH’s), such as naphthalene and phenanthrene, are persistent contaminants in sediment environments, posing significant dangers to benthic ecosystems. Activated carbon (AC) has emerged as a promising material for the sequestration of PAH’s due to its high surface area, adsorption capacity, and cost-effectiveness. This study investigates the efficacy of granular activated carbon (GAC) of three different particle sizes, mixed into sediment to form a stabilizing layer, in sequestering naphthalene and phenanthrene from contaminated sediments. The research employs microcosm experiments with Lumbriculus variegatus to evaluate the ecological impact and bioturbation effects associated with the different GAC sizes. A polyethylene passive sampler will be used to assess the free concentration of PAHs over time, aiming to determine the optimal GAC size that maximizes contaminant sequestration while minimizing ecological disturbance. The expected outcome of this research is to identify a GAC size that effectively balances remediation efficiency with benthic organism health, contributing to the development of sustainable in-situ sediment remediation strategies

본 연구에서는 알칼리 활성 왕겨 바이오차(RH-NaOH)를 이용한 microcosm 규모 실험을 통해 벤조(a)피렌(BaP)으로 오염된 퇴적토의 안정화 기술을 연구하였다. 알칼리 활성 왕겨 바이오차는 큰 비표면적과 다중 탄소 결합 특성을 지니며, 이를 기계 또는 생물혼합 방식으로 microcosm 반응기에 적용하여 퇴적토에서 수층으로의 BaP flux, 공극수 내 농도, 실지렁이붙이(Lumbriculus variegtus) 내 생물축적량을 평가하였다. XPS 및 Raman 분석을 통해 흡착 전후를 비교한 결과, 알칼리 활성 왕겨 바이오차의 계층적 기공구조 및 다양한 상호작용을 확인할 수 있었다. 기존 오염 퇴적토와 비교한 결과, 28일 후 생물혼합 방식에서 BaP의 수층으로의 flux는 최대 98% 저감되었으며, 공극수 내 농도와 생물축적 각각 최대 93%, 89% 감소하였다. 이러한 결과는 알칼리 활성 왕겨 바이오차가 퇴적토 내 BaP를 효과적인 안정화제로 활용될 수 있는 가능성을 입증하였으며, 오염퇴적토 처리에 유망한 기술로 평가될 수 있음을 시사한다.

하구는 육상과 해양의 연결 통로이면서 유기물의 생산, 분해, 변동이 활발한 장소이다. 낙동강은 길이 약 525 km, 유역면적 약 23,384 km2로, 국토 면적의 약 4분의 1을 차지하는 대규모 수계이다. 1987년 건설된 낙동강 하구둑은 수문 조작을 통해 담수와 해수를 이동 및 혼합하면서 염수쐐기를 형성하고 수층의 성층화 현상을 발생시킨다. 이러한 담수와 해수의 이동 및 혼합은 육상과 해양에서 기인한 원소들 간에 생지·화학적 반응을 일으켜, 수층의 염분 농도뿐만 아니라 유·무기 물질에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 하구둑의 해수 유입 전·후에 수층과 퇴적층의 염분 및 유·무기 물질의 변화를 정량·정성적으로 분석함으로써 하구둑 수문 개방이 하구의 환경 변화에 미치는 영향을 보고자 한다. 특히, 수층과 퇴적층의 메탄 분포를 살펴봄으로써, 낙동강 하구둑의 수문 개방으로 인한 해수 유입이 낙동강 하구의 생지·화학적 과정과 메탄 발생에 미치는 영향을 심층적으로 분석해보고자 한다.

기후변화는 유역의 유량변화와 더불어 수문 시스템에 전반적인 변화를 가져옴으로써 수자원의 양과 질에 영향을 미치고, 이로 인해 하천의 단면 감소 등을 유발하며 수질 악화 등의 원인 이 되기도 한다. 불확실성을 고려한 미래 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 모의하기 위해 다양한 기후변화 시나리오들이 연구되고 있으며, 그중 SSP5-8.5는 산업기술의 빠른 발전에 중심을 두어 화석연료 사용량이 가장 높고 도시 위주의 무분별한 개발을 가정한 시나리오이다.본 연구에서는 SWAT 모형의 GIS 공간 입력자료 DEM (Digital Elevation Model)과 토양도는 국가수자원관리종합정보시스템(WAter management Information System, WAMIS)을 이용하였고,토지이용도 환경공간정보 서비스의 41개의 토지이용으로 분류되어있는 세분류 자료를 취합하여 22개의 중분류 항목으로 재분류하였다. 유역 내 호소로는 소천, 임기, 봉화 소수력발전댐과 안동댐이 있다. SWAT 모형 내에 소수력 발전 댐은 만수위가 도면 월류되어 유출이 발생 되도록 구성하였다. 수집한 월별 (2021~2023) 유입량 관측자료를 이용하여 SWAT의 안동댐 상류를 보정을 수행하였다. 보정에는 결정계수 R2를 활용하여 검증하였다. 미래 전반기(2021~2040), 중반기(2041~2060),후반기(2081~2100)에서 하천 유량 차이를 평가하였고, 2023년과 2100년의 연평균 유출 부유사 농도를 홍수기, 해빙기, 갈수기로 구분하여 비교하였다..

준설토 내 중금속 오염은 환경 문제로 대두되고 있으며, 특히 납은 신경계와 혈액에 치명적인 영향을 미치는 독성을 가지고 있어 적절한 처리가 필수적이다. 본 연구는 마 기반 바이오차를 이용해 준설토 내 납의 흡착 효과를 분석하고자 하였다. 이를 위해 isotherm 실험과 kinetic 실험을 pH 5-6에서 수행해 납 흡착 특성을 평가하였으며, 납 농도 변화는 ICP-OES로 분석하였다. 또한, 표면 분석으로 zeta potential을 사용해 point of zero charge (pzc)를 측정한 결과, pzc는 4.5로 확인되었다. FT-IR 분석을 통해 바이오차 표면의 작용기를 확인하였다. 실험 결과, 마 기반 바이오차는 pH 5-6에서 높은 납 흡착 효율을 보였으며, 이는 흡착 등온선 및 속도 실험 결과와 일치하는 경향을 나타냈다. 본 연구는 마 기반 바이오차가 준설토 내 납 제거에 효과적일 수 있음을 확인하였으며, 향후 바이오차 원료에 따른 흡착 성능 비교 연구를 진행할 예정이다.

오염 퇴적토에서 용출되는 중금속은 생물학적으로 분해되지 않고 축적되어 생태계에 악영향을 끼치며, 이러한 퇴적토 내 오염물질 저감을 위해서 활성탄이 주로 활용된다. 활성탄은 다공성 구조를 가지고 있어 높은 흡착효율을 가지고 있다. 또한, 활성탄을 질산으로 개질하면 활성탄 표면에 다수의 작용기가 형성되어 중금속 흡착능력이 개선된다. 따라서 본 연구에서는 산-염기로 개질된 활성탄과 일반 활성탄의 중금속 흡착 효율을 비교하였다. 퇴적토는 안동댐 퇴적토를 사용하였고, 산-염기 개질 활성탄은 일반 활성탄을 질산에 3회, NaOH에 1회, DI water에 1회 세척하고 80도에서 24시간 건조하여 제조하였다. 중금속 안정화 효율은 수동형 채취기인 diffusive gradients in thin films (DGT) 샘플러를를 이용하여 실험을 진행하였다. 실험 후 회수된 DGT의 regin gel을 1cm 간격으로 잘라 오염퇴적토 깊이에 따른 중금속 농도를 측정하였으며, 개질 및 일반 활성탄의 안정화 효율을 비교하여 어떠한 활성탄이 중금속 안정화 효율이 더 높은지 확인하였다.

인류의 발전으로 발생량이 증가한 유기오염물질은 자연의 순환과정을 비롯한 다양한 경로를 통해 수생태계로 유입되고 있다. 유입된 유기오염물질은 퇴적토에 강하게 흡착되어 토양 내 공극수의 오염과 같은, 생태계 불안정성을 야기하며 재용출와 유출에 의해 2차오염 발생의 원인이 될 가능성이 매우 높다. 활성탄을 개질하여 유기오염물질에 오염된 퇴적토에 적용하면 개질활성탄의 특성에 의해 유기오염물질이 강하게 흡착이 되고 오염의 안정화와 함께 2차오염의 발생을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 HNO3와 NaOH를 이용하여 개질한 활성탄을 안정화제로 이용하였으며, 대표적인 유기오염물질 중 하나인 Benzyl butyl phthalate(BBP)를 오염물질로 선정하여 인공오염을 통한 오염상태를 조성하였다. 공극수의 오염농도 변화 및 깊이별 변화 모니터링을 위해 Low-density polyethylene(LDPE)를 이용한 수동 샘플러를 제작하였으며, 이를 2cm 간격으로 총 8cm 깊이를 총 28일간 분석하였고 7일간격으로 추출하여 그 변화를 확인하였다.

The sediments of Andong Dam (Andong-si, South Korea) are contaminated with heavy metals such as cadmium (Cd), lead (Pb), and zinc (Zn), largely due to upstream refineries and abandoned mines. Recently, heavy metals have also been detected in fish from the dam, raising concerns about ecological risks and potential impacts on human health through the food chain. In situ stabilization has emerged as a promising and effective technology for restoring contaminated sediments. Rice husk biochar (RBC), a pyrolysis product of agricultural waste, has a large surface area and rich functional groups, making it effective at reducing the bioavailability of heavy metals released from sediments. After in situ stabilization, heavy metal concentrations in sediment pore water were measured using the diffusion gradient in thin-film (DGT) technique. Building on the results from previous years, this year’s field experiment was conducted at the Andong experimental site using 5 mesocosms with 3 treatments: Control, Biochar Pellet (RBC) and Biochar Composite Pellet (MgO@RBC), a composite material was developed using rice husk biochar (RBC) and magnesium oxide (MgO). After 3 months of implementation and sediment layer monitoring, results showed that heavy metal concentrations were stabilized by the Biochar Composite Pellet, with the most significant effect being the stabilization of Pb concentration when comparing the mesocosms treated with composites to the control sample.

Stream and lake sediments are often subject to contamination by heavy metals due to both natural processes and human activities, such as industrial waste disposal and steel production. Lead (Pb), one of the most concerning contaminants, is a potent neurotoxin that can accumulate to hazardous levels, threatening both aquatic ecosystems and human health. Pb has a strong affinity for binding to fine-grained sediments and organic matter, and its adsorption is highly dependent on factors such as pH and the organic content of the sediments. In this study, we aimed to assess Pb contamination in sediments by utilizing electrical resistivity measurements in combination with multivariate statistical techniques. Sediment samples were systematically collected and analyzed for Pb concentrations using aqua regia extraction. Electrical resistivity was measured using a Sample Core Induced Polarization (SCIP) device to evaluate the geophysical properties of the sediments. The resulting geochemical and geophysical data were then analyzed using multivariate statistical methods to explore the relationships between these datasets and derive regression models. These models were employed to estimate and verify Pb contamination levels based on the electrical properties of the sediments.

Trichloroethylene(TCE)은 낮은 용해도와 높은 비중을 가진 DNAPL 물질로, 주요 지하수 오염 물질 중 하나이다. TCE는 공업지역에서 유기용제로 널리 사용되며, 발암성 독성을 지녀 환경에 심각한 영향을 미친다. 본 연구는 과황산을 이용한 고도산화처리와 영가철을 이용한 환원처리를 통해 TCE 오염 지하수를 효과적으로 처리하는 방법을 평가하였다. 과황산은 높은 안정성과 다양한 오염물질에 대한 반응성을 보여, 과산화수소 및 과망간산을 대체할 수 있는 산화제로 주목받고 있다. 영가철(ZVI)은 TCE를 탈염소화하여 무해한 물질로 분해하는 데 효과적이다. 실험 결과, 과황산 고도산화처리(k=7.2-39.1 hr⁻¹)는 TCE를 빠르게 분해하였으며, 산화제 주입량이 증가할수록 반응속도와 제거율도 향상되었다. 영가철 환원처리(k=0.18-0.58 hr⁻¹) 역시 주입된 환원제 양에 따라 처리 효율이 증가하였다. 컬럼 실험에서는 지하수의 체류시간(RT)에 따라 TCE 제거율을 평가하였으며, 100분의 RT에서 90% 이상의 처리 효율을, 250분에서는 99% 이상의 제거율을 기록하였다. 영가철을 이용하는 PRB는 ISCO와 비교하여 설비 및 운영에서 월등히 경제적이므로 부지특이성을 고려한 적정기술의 선정이 요구된다.