Earticle

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 분말 활성탄의 중금속 흡착 효율을 비교하였다. 실험에 사용된 중금속은 Pb, Cd, Zn과 Pb-Cd, Pb-Zn, Cd-Zn, Pb-Cd-Zn을 등온흡착실험을 진행하여 중금속 흡착효율을 비교하였다.

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.

낙동강 상류지역인 안동댐 상류지역에서 2008년부터 매년 반복되는 조∙어류 집단 폐사의 원인으로 오염퇴적물이 언론 및 지역 주민으로부터 꾸준히 제기되어 왔다. 이에 환경부는 선행연구를 통해 안동댐 상류 퇴적물이 중금속으로 오염되어 있음을 공식적으로 확인하였고 오염퇴적물의 제거 및 정화가 필요하다고 평가하였다. 이에 따라 낙동강 상류 하천 오염 퇴적물에 적합한 맞춤형 퇴적물 관리대책을 마련하고 시범지역(Test-bed) 운영을 통해 오염 퇴적물 처리 방안 수립에 반영하고자 한다. 시범지역에서 채취한 퇴적물을 대상으로 깊이별 중금속 오염도 조사 결과 대부분 용출 가능성이 낮은 형태로 존재하고, 용출 가능성이 있는 일부 중금속(납과 아연)도 호소 퇴적물 오염도 기준으로 대부분 Ⅰ등급 이하의 농도로 존재하는 것을 확인하였다. 카드뮴의 경우, 표층(Ⅲ등급)을 제외한 모든 심도에서 Ⅳ등급 이상으로 나타났으며, 용출 및 이동 가능성이 높은 형태(이온교환 + 탄산염 형태)로 존재하는 비율과 농도 또한 각각 32.9 ~ 56.9 %와 0.49 ~ 3.28 mg/kg으로 표층(Ⅰ등급)을 제외하고 퇴적물 오염도가 Ⅱ등급과 Ⅲ등급으로 나타났다. 정화대상 퇴적물 물량(부피) 산정을 위해 준설프리즘법과 면적×깊이법을 비교 검토하였다.

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.

호수의 수질은 외부오염원, 내부오염원에 의해 오염될 수 있다. 외부오염원은 생활폐수, 농·축산폐수, 산업폐수 등을 통해 유입된 오염물질이고, 내부오염원은 호수 내에서 생성되어 축적된 오염물질이다. 특히, 인공호수와 같은 정체수역에서는 퇴적되는 오염물질의 양이 상대적으로 많아 저층 퇴적물에서 용출되는 영양염이 수질에 미치는 영향이 크다. 또한, 계절 변화에 따른 호수 내 수층의 온도 및 밀도 차이로 인한 성층 현상으로 인해 호수의 상·하층 간 물질교환이 활발하게 이루어지지 못하고 대기 중 공기가 퇴적물 층에 도달하는 것을 방해하여 퇴적물 층은 혐기성 상태가 된다. 혐기성 상태의 호수에서는 용존산소의 양이 감소하고, 영양염 등의 용출이 활발해져 수질 저하를 야기한다. 아산호는 유역비가 높아 유역에서 유입된 오염물질로 인한 부영양화의 가능성이 높은 하구형 호수이다. 본 연구에서는 3차원 수리 및 수질 동역학 모델인 Environmental Fluid Dynamics Code(EFDC)를 활용하여 아산호의 수리·수질을 재현하고 성층현상에 따른 하구 퇴적물 용출이 아산호의 수질 변화에 미치는 영향을 모의하였다. 이를 통해 호수의 퇴적물 층에 존재하는 오염물질 용출에 의한 내부오염원의 효과적인 관리 필요성을 제시하고자 한다.

물과 가정용 및 산업용 하수구에 의해 운반되는 높은 수치의 인은 호수와 강과 같은 지표수역으로 배출된다. 강과 호수로 배출되는 고농도의 인은 부영양화를 일으키며, 하천 퇴적토 또한 오염시킨다. 이에 따라 지표수역으로 배출되기 전에 폐수에서 인을 허용 가능한 수준으로 제거할 필요가 있다. 인을 제거하기 위한 다양한 방법 중 흡착은 효율이 높고 경제적이라는 장점이 있다. 본 연구에서는 동죽조개 껍질을 재활용하여 열 활성화를 통해 인 흡착능력을 증가시켜 인 흡착능력을 평가하였다. 열 활성화 온도 조건은 100, 300, 500, 700, 800, 900℃이며, 800 ℃와 900 ℃에서 29.96mg/g, 29.95 mg/g으로 가장 높은 흡착능력을 보였다. 또한 전계방출 주사현미경을 통해 열 활성화 온도별 동죽조개 껍질(MVS)의 표면을 관찰하고 XRD, XRF 분석을 통해 동죽조개껍질 열 활성화 온도별 특성분석을 시행하였다. 열 활성화 온도가 높아질수록 MVS의 기공이 증가하며 800 ℃에서 가장 큰 기공이 관찰되었으며, 원소 조성 결과 Ca 함량이 증가하고, C 함량이 감소함을 보였습니다.

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.