갯벌과 황토에 의한 중금속 (Cu, Cd, Pb)의 흡착 kinetics

유선재,김종구,김종배,YOU Sun-Jae,KIM Jong-Gu,KIM Jong-Bae 한국수산과학회 2000 한국수산과학회지 Vol.33 No.3

조성이 다른 3곳 갯벌과 적조구제를 위해 사용되는 2곳의 황토를 이용해 금속 (Cu, Cd 및 Pb)의 흡착 kinetic을 밝히고, nonlinear regression model을 이용하여 구한 흡착속도와 갯벌의 조성과의 관계를 평가해 보았다. 중금속흡착에 영향을 주는 갯벌이나 황토의 조성 중에서 강열 감량 (I.L.), 산화철${\cdot}$망간${\cdot}$알루미늄의 함량은 황토가 갯벌보다 $1.5{\~}6$배 높았다. 하지만 니질의 함량은 어은리 갯벌이 다른 시료보다 $4{\~}50$배 많았다. 중금속흡착은 초기 30분 동안에 매우 빠르게 일어났다. 이때 흡착량은 Cu, Cd과 Pb이 각각 $4.1{\~}14.7\;{\mu}g/g,\;42.8{\~}16.7\;{\mu}g/g$ 그리고 $43.3{\~}101.7 {\mu}g/g$으로 3시간 실험 후 총 누적흡착량의 $8{\~}70{\%},\;18{\~}31{\%}$ 그리고 $19{\~}52{\%}$이었다. 흡착실험시 초기 금속농도를 동일 (약$ 0.5{\times}10^(-5)M$)하게 하여 운전한 결과 흡착량은 Pb>Cu>Cd 순으로 많았다. 중금속의 흡착 kinetic은 one-site kinetic model로 표현할 수 있었다. 특히 구리의 경우 non-linear model로 계산된 흡착속도 (Ka)와 3개 갯벌의 I.L., 산화알루미늄 및 니질 함량 사이에는 $R^2=-0.88{\~}-0.99$의 역 상관관계를 나타내었다. The purpose of this study was to investigate the adsorption kinetics of heavy metals (Cu, Cd and Pb) using three tidal flat sediments and two yellow loesses. The relationship between adsorption rate calculated by non-linear regression model and chemical parameters was estimated. The contents of ignitiot loss (I.L.) am Fe, Mn and Al oxides of yellow loess were higher $1.5{\~}6 times$ than those of tidal flat sediments. But the contents of silt and clay of tidal flat sediment in Eueunri was higher than others. Heavy metals adsorption were occured rapidly in the intial 30 min and the concentration of adsorbed heavy metals were $4.1{\~}14.7\;{\mu}g/g\;for\;Cu,\;2.8{\~}16.7\;{\mu}g/g\;for\;Cd\;and\;43.4{\~}101.7\;{\mu}g/g$ for Pb, showing a high cumulative adsorption of $8{\~}70{\%}\;for\;Cu,\;18{\~}31{\%}\;for\;Cd and\;19{\~}52{\%}$ for Pb after 3hr. In initial concentration of $0.5{\times}10^(-5)M$, adsorption rate of heavy metals by the tidal flat sediments and yellow loesses was the sequence Pb>Cu^gt;Cd. The adsorption kinetics of Cu, Cd and Pb was found to be one-site kinetic model. Especially, in the case of Cu, there was a high negative ($R^2= -0.88{\~}-0.99$) linear correlation between chemical parameter such as I.L., Al oxide, silt and clay, and adsorption rate coefficients ($K_a$) calculated by non-linear model.

Water Quality of the Yellow Sea in Summer

유선재,김종구,김광수,YOU Sun-Jae,KIM Jong-Gu,KIM Gwang-Su The Korean Society of Fisheries and Aquatic Scienc 1994 한국수산과학회지 Vol.27 No.6

1994년 6월${\sim}7$월에 황해의 수질 특성을 조사하였으며, 황해의 수온, 염분, 용존산소, 화학적 산소요구량, 용존무기질소 및 인산인에 관한 분포 특성을 기술하였다. 수온과 염분의 분포를 살펴본 결과, 양자강에서 유입하는 담수는 제주도 주변 해역에까지 영향을 미치는 것으로 나타났다. 용존산소 및 화학적 산소요구량의 분포에 의하면 중국측에 위치한 황해 서부 해역은 한국측에 위치한 황해 동부 해역보다 수질이 악화되어 있었으며, 또한 영양염 농도와 화학적 산소요구량을 이용하여 나타낸 부영양도는 황해 서부 해역에서 높게 나타났다. 따라서 중국으로부터 다량의 오염물질이 황해의 서부 해역으로 유입하는 것으로 보이며, 황해 서부 해역은 적조 발생 잠재력이 높은 것으로 평가되었다. The distributions of temperature, salinity, dissolved oxygen, chemical oxygen demand, dissolved inorganic nitrogen and phosphate in the Yellow Sea are described from data collected in June and July, 1994. Based on the observations of water temperature and salinity, the fresh waters originated from the Changjiang River were found to affect the waters adjacent to Cheju Island. In the light of the distributions of dissolved oxygen and chemical oxygen demand, the western part of the Yellow Sea was worse in water quality than the eastern part. Based on data of nutrients, eutrophication indices of the western part were higher than those of the eastern part in summer. It is concluded that the western part of the Yellow Sea appeared to receive high pollution loads from rivers and was evaluated to have high potentiality of red tide occurrence.

갯벌의 오염물질 정화능력 평가

유선재,김종구,YOU Sun-Jae,KIM Jong-Gu 한국수산과학회 1999 한국수산과학회지 Vol.32 No.4

우리나라 갯벌의 오염물질 정화능력을 알아보기 위해 물리, 화학적 특성이 서로 다른 충남 서천군 춘장대 갯벌, 전북 옥구군 어은리 갯벌 그리고 전북 계화도 갯벌을 채취하였다. 실험은 갯벌의 물리화학적 성분분석을 행하고, 갯벌을 채운 반응기를 이용해 유기물, 영양염류 및 중금속의 정화능력을 평가해 보았다. 1. 3개 갯벌의 입도분석 결과 어은리 갯벌이 니질의 함량이 $98.8\%$로 가장 높고, 춘장대 갯벌은 모래성분이 $97.84\%$로 가장 높았다. 유기물함량 (IL, COD, POC)는 니질 함량이 높은 어은리 갯벌에서 다른 두 갯벌 보다 2$\~$8배 이상 높았다. 2. 갯벌의 유기물 정화능력을 COD로 계산한 결과, 어은리 갯벌 0.75kg/ha/12hr, 계화도 갯벌 0.60kg/ha/12hr 그리고 춘장대갯벌 0.55 kg/ha/12hr 이었고, 3개 갯벌의 1일 평균 COD 정화능력은 1.27kg/ha/day이었다. 앞의 결과를 새만금 간척사업으로 소멸될 면적 (20000ha)에서 제거될 수 있는 유기물량으로 환산하면 25.4 ton/day로 계산되었다. 3. 갯벌의 영양염류 정화능력은 인산 인의 경우, 계화도에서 0.21 kg/ha/12hr, 어은리에서 0.39kg/ha/12hr, 그리고 춘장대에서 0.22kg/ha/12hr였고, 질산질소는 계화도에서 0.53kg/ha/12hr, 어은리에서 0.74kg/ha/12hr 그리고 춘장대에서 0.43kg/ha/12hr 이었다. 4. 갯벌의 중금속 정화능력은 Cu의 경우, 계화도 갯벌 88.9g/ha/12hr, 어은리 갯벌 89.1 g/ha/12hr 그리고 춘장대 갯벌 55.3g/ha/12hr이고 Pb은 계화도 갯벌 11.0g/ha/12hr, 어은리 갯벌 18.0g/ha/12hr 그리고 춘장대 갯벌 13.1g/ha/12hr그리고 Cd은 계화도 갯벌 1.7 g/ha/12 hr, 어은리 갯벌 2.6 g/ha/12 hr 그리고 2.1 g/ha/12 hr 이었다. 이상의 결과에서 갯벌의 정화능력은 니질의 함량이 많은 어은리 갯벌이 모래로 이루어진 춘장대 갯벌보다 상대적으로 높은 정화능력을 나타내어, 갯벌의 물리, 화학적 성상이 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. To evaluate the purification capacity of pollutants (COD, $PO_4^{3-}-p$, $NO_3^{-}-N$, Cu, Cd, Pb) in the three tidal flats, Eueunri, Gyewhado, Chunjangdae, the experiments were carried out with the batch reactor equipped with artifical tidal flats. Eueunri tidal flat was $98.8\%$ content of silt and clay and Chungjangdae was $97.84\%$ content of sand. The organic matters (I.L., $COD_{sed}$, POC) in Eueunri tidal flat were 2$\~$8 times higher than other tidal flats. The purification capacity of COD was 0.75 kg/ha/12 hr in Eueunri, 0.60 kg/ha/12 hr in Gyewhado and 0.55 kg/ha/12 hr in Chunjangdae. The mean purification capacity of COD in three tidal flats was 1.27 kg/ha/day. The calculated purification capacity of COD was 25.4 ton/day in the disappeared tidal flat areas (20,000 ha) of the Saemangeum reclamation. The purification capacity of phosphorus was 0.21 kg/ha/12 hr in Gyewhado, 0.39 kg/ha/12 hr in Eueunri and 0.22 kg/ha/12hr in Chunjangdae. The nitrate was 0.53, 0.74 and 0.43kg/ha/12hr, respectively. The purification capacity of heavy metals (Cu, Cd, Pb) were 88.9g/ha/12hr, 11.0g/ha/12hr, 1.7g/ha/12hr in Gyewhado, 89.1g/ha/12hr, 18.0g/ha/12hr, 2.6g/ha/12hr in Eueunri and 55.3g/ha/12hr, 18.0g/ha/12hr, 2.1g/ha/12hr in Chunjangdae, respectively. Accordingly, the purification capacity of pollutants in Eueunri tidal flat with high contents of organic matter were higher than other tidal flats. So, the purification capacity of pollutants were affected by physical and/or chemical characteristics of tidal flats.

BHC의 生物濃縮係數와 吸着係數

유선재(Sun-jae You),김광수(Guang-su Kim),송교욱(Kyo-ook Song) 군산대학교 수산과학연구소 1993 水産科學硏究 Vol.- No.9

합성유기화합물의 환경중 운명을 예측하기 위해 많은 평형분배모델과 동적모델이 제안되어져 있는데, 평행분배모델에 가장 중요한 인자인 생물농축계수와 흡착계수를 Benzenhexachloride(BHC)를 대상물질로 실험을 하였다. 향어(Cyprinus carpio)에 대한 α, β, γ-BHC의 생물농축계수는 각각 146, 195.3, 185.6으로 상관관계식에서 구한 α-BHC 153~875, β-BHC 149~185, γ-BHC 138~778와 비교해 보면 하한값에 가까웠다. 흡착계수를 구하기 위해 kaoline, 낙동강 하류 저질, 마산만 저질을 사용하였는데 kaoline에 대한 α, β, γ-BHC의 흡착계수는 각각 201.6, 200.2, 213.5 그리고 낙동강하류 저질에 대해서는 각각 51.6, 49.1, 45.8 이었으며 마산만 저질은 각각 1,389, 2,282, 1,295이었다. 이들값은 상관관계식으로구한 Koc(or Kom)와 비교해 보면 매우 높은 값으로 나타났다. 이상과 같이 생물농축계수는 상관관계식으로 구할 때 범위가 커 선택의 어려움이 있고 흡착계수는 상당한 차이를 보여 분배모델의 정확도를 높이기 위해서는 중요인자인 분배계수를 실측하는 것이 바람직하다. Many equilibrium partition or kinetic models have been proposed to predict the fate of Synthetic organic compounds in the marine environment. Important factors in equilibrium model, such as bioconcentration factors and sorption coefficients were determined by indoor experiments with Benzenhexach1oride(BHC). For α, β, γ-BHC, bioconcentration factors of the carp, Cyprinus carpio were 146, 195.3, 185.6, respectively. For α, β, γ-BHC, sorption coeafficients of the kaoline were 201.6, 200.2, 213.5 and of the Nakdong estuary sediment were 51.6, 49.1, 45.8 and of the Masan bay sediment were 1389, 2282, 1295, respectively. Campared with calculated values by correlation equations, bioconcentration factors were similar and sorption coefficients were high.

BHC의 화학적 분해

유선재(Sun-jae You),김종구(Jong-gu Kim) 군산대학교 수산과학연구소 1996 水産科學硏究 Vol.- No.12

Many equilibrium partition or kinetic models have been proposed to predict the behavior of synthetic organic compounds in the environment. Important factors in none equilibrium steady state model, such as chemical degradations, have been determined by indoor erperiments with Benzenhexachloride(BHC). The results from this study could be summarized as follows: 1) For α, β, r-BHC, photolysis rate constant in pure water were 0.002, 0.00026, 0.004 (I/h) respectively. 2) For α, β, r-BHC, oxidation rate constant were 25.3, 37.6, 5.7 (l/mol.sec) respectively.

BHC의 화학적 분해

유선재(Sun-jae You),김종구(Jong-gu Kim) 군산대학교 수산과학연구소 2004 군산대학교 수산과학연구소 연구논문집 Vol.3 No.-

Many equilibrium partition or kinetic models have been proposed to predict the behavior of synthetic organic compounds in the environment Important factors in none equilibrium steady state model, such as chemical degradations, have been determined by indoor erperiments with Benzenhexachloride(BHC). The results from this study could be summarized as follows: 1) For α, β, ν -BHC, photolysis rate constant in pure water were 0.002, 0.00026, 0.004 (l/h) respectively. 2) For α, β, ν -BHC, oxidation rate constant were 25.3, 37.6, 5.7 (1/mol.sec) respectively.

靈興島 周圍 海域에 있어서의 表層海水의 化學的 特性

유선재(Sun-jae You),김종배(Jong-bae Kim) 군산대학교 수산과학연구소 1993 水産科學硏究 Vol.- No.9

영흥도 주위 해역의 해양화학적 특성을 조사하기 위해 1990년 5월부터 1991년 3월까지 2개월 간격으로 6회 표층해수의 수질조사를 실시하였다. 수온은 1.2~25.1℃ 범위였고 염분은 26.97~31.66‰의 범위였는데 염분의 변화는 인천지역의 강수량과 상관관계가 있었다. 총무기질소의 농도 범위는 1.29~68.42μg-at/l로 1월에 가장 높은 농도를 보였으며 chlorophyll-a와 r=-0.955의 높은 역의 상관관계를 나타냈다. 영흥도 주위 해역의 영양염 농도 분포는 경기만을 통해 유입되는 담수에 가장 큰 영향을 받으며 아산만도 어느 정도 영향을 미쳤다. 화학적산소요구량은 평균 2.35mg/l로 수산환경수질기준 2mg/l보다 높은데 이는 주위 섬에서 배출되는 생활오수에 의한 것으로 판단된다. 총부유물질 농도는 북서계절풍에 의해 겨울철에 높게 나타났으며 투명도와는 달리 r=-0.92(n=114)의 양호한 음의 상관성을 나타냈다. In order to utilize the basic data of marine pollution, characterics of surface seawater were investigated in the vicinity of Yeonghung Island from May 1990 to March 1991 with every bimonthly. The surface water temperature and salinity were in the range 1.2~25.1℃, 26.97~31.66‰, respectively, and the salinity has relation to rainfall in Inchon area. The concentration of nutrients were in the range of 1.29~68.42μg-at/l for total inorganic nitrogen and 0.08~1.95μg-at/l for phosphate phosphorus. Correlationship between the mean concentration of phosphate phosphorus and the chlorophyll-a was very high(r=-0.955). The mean concentration of COD was 2.35mg/l, and it was over the quality criteria in fishing ground. The concentration of TSS was showed high in winter which was caused by the northwest seasonal wind. However, significant reverse relationship between the TSS and the transparency(r=-0.92 : n=114) suggest that TSS sources were resuspended sediment.

금강하구둑 건설후의 수질변화

김종구,유선재,권정노,KIM Jong-Gu,YOU Sun-Jae,KWON Jung-No 한국수산과학회 1998 한국수산과학회지 Vol.31 No.5

To evaluate the water quality characteristic after construction of Keum river estuary barrage, water quality analysis were conducted on August October in 1995 and January, May in 1996 respectively. The results were summarized as follows. The concentrations of COD were in the range of 1.01~5.10 (mean 2.50)mg/$\ell$ for surface water and 0.51$\~$6.68 (1.88)mg/$\ell$ for bottom water. The concentrations of dissolved inorganic nitrogen (DIN) were in the range of 1.26$\~$105.91 (29.66)$\mu$g-at/$\ell$ for surface water and 1.42$\~$68.38 (19.12)$\mu$g-at/$\ell$ for bottom water. The concentrations of phosphate phosphorus were in the range of ND$\~$0.99 (0.34)$\mu$g-at/$\ell$ for surface water and 0.17$\~$1.04 (0.49)$\mu$g-at/$\ell$ for bottom water. The nitrogen ratio to the phosphorus were as high as 3.5$\~$849.5 (146.5). Therefore, Phosphate phosphorus was playing an important role in phytoplankton growth as limiting factor in Keum river estuary. The correlation coefficient of salinity and DIN according to COD was shown to -0.757 and -0.874 respectivity. Mean values of eutrophicaton indies were calculated to 9.7, 7.2 for surface and bottom water, these values were exceeding 1, the value of eutrophication criteria. Especially station 1$\~$3 were shown over 10 as eutrophication indices. Therefore, Keum river estuary could be evaluate to possibility area for breakout of red tides.

줄포만 갯벌의 입도특성 및 중금속 오염도 평가

김종구,유선재,안욱성,Kim, Jong-Gu,You, Sun-Jae,Ahn, Wook-Sung 해양환경안전학회 2008 海洋環境安全學會誌 Vol.14 No.4

줄포만 갯벌의 체계적이고 과학적인 관리를 위하여 갯벌 퇴적물을 대상으로 입도특성 및 유기물 그리고 중금속 조사를 실시하였고, 퇴적물중의 중금속 오염도를 평가하였다. 줄포만 전체 갯벌의 입도는 연안과 직각방향인 F라인에서 대부분 Clay질이 우세한 반면, 만의 연안측면에 위치한 R과 L라인에서 Silt질이 우세한 것으로 나타나서 Silt-Clay 또는 Clay-Silt가 대부분이었다. 평균입경은 3.7 ${\phi}{\sim}$ 10.4 ${\phi}$의 범위로 평균 7 ${\phi}$ 이상의 높은 평균입도를 나타내어 퇴적물 분류학상 세립질 퇴적물(4 ${\phi}$ 이상)에 해당되었다. 퇴적물의 유기물 농도는 연안에서 직각방향으로 뻗은 F라인에서 높게 나타난 반면, 연안 측면을 따라 조사된 L과 R라인에서 상대적으로 낮게 나타났다. 갯벌 퇴적물의 중금속 분포를 보면 연안의 직각방향인 F라인보다 연안측면의 R과 L라인에서 대체적으로 높은 중금속 농도를 나타내고 있었다. 유기물과 입도는 양호한 상관성을 보였고, 입도 평균치와 중금속의 일부 원소와 양호한 상관성을 나타내었지만, 중금속 원소간에는 약간의 상관성은 있었으나 대체적으로 낮은 상관계수를 보였다. 중금속 오염도 평가를 위하여 미국 EPA와 NOAA 그리고 한국 환경정책평가연구원에서 제시한 중금속 오염기준을 적용해 보았다. 줄포만 갯벌퇴적물의 중금속 오염도는 미국 EPA 기준에서 항목별 편차는 있었으나 대부분이 Nonpolluted와 Moderaterly polluted에 속하였고, NOAA의 기준에서는 대부분이 ERL 이하의 오염수준을 보였다. 한국 환경정책평가연구원에서 제시한 기준안에서는 대부분이 목표수준 이하의 값을 나타내었다. For the systematic scientific management of tidal flat sediment in Julpo bay of Korea, this study conducted a survey of particle composition, organic matter(l.L) and heavy metals for three lines ; including F, R and L lines in tidal flat sediment. Particle composition of tidal flat sediments consisted predominantly of clay at F line which was in right angle direction to the coast, whereas R and L lines were located horizontally along the coast and consisted predominantly of silt. Mean grain size values of tidal flat sediments were in the range of 3.7 ${\phi}{\sim}$10.4 ${\phi}$(average 7${\phi}$). The contents of heavy metals observed at R and L lines were lower than those at F line. The correlation analysis among heavy metals, organic matter and particle size was found to have a good interrelationship. For the evaluation of heavy metals pollution, two criteria of US NOAA and KEI(in Korea) were applied Heavy metals pollution level of tidal flat sediments belonged in Non polluted and Moderately polluted groups in US EPA criteria, and its pollution levels sat below ERL in NOAA criteria. The results of heavy metals pollution level obtained by KEI criteria were found to be less than the goal level.

금강 하구에 나타나는 황색 수색대의 환경특성

유병철,유선재,조주환,YU Byeong-Cheol,YOU Sun-Jae,CHO Ju-Whan 한국수산과학회 1994 한국수산과학회지 Vol.27 No.1

금강 하구에서 관찰되는 황색 수색대의 발생 원인과 성상을 규명하기 위하여 92년 5월, 7월, 8월, 10월, 93년 2월 금강 하구해역 18개 정점에서 행한 연구 조사 결과를 요약하면 금강 하구 해역에 나타나는 황색 수색대의 수색은 수색계급 9에 해당되며 보통 조사점 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 13, 14, 15 및 17에서 연중 계속 존재하였다. 금강하구 해역의 일반수질은 해역환경기준 I 등급에 해당하는 양호한 상태이나 유기오염물은 증가되고 있으며 영양염 농도는 황색 수색대 안쪽 해역이 바깥쪽 해역보다 높은데 총무기질소 안쪽 해역에서 보면 총무기질소는 해역환경기준 III등급을 초과하였고 인산인 농도는 III등급이었으며 바깥쪽 해역에서는 총무기질소 농도와 인산인 농도 모두 II등급에 해당하는 부영양 상태였다. 그러나 금강하구 해역은 유속이 빠르고 총부유물질로 인한 광투과 저하 때문에 식물성 프랑크톤의 대량증식에는 부적합한 지역이었다. 또한, 금강하구 해역에 나타나는 황색 수색대의 형성 원인 총부유물질 중 $85\%$ 이상을 점유하는 토사때문이었다. To investigate the characteristic and the cause of the yellow water zones in the estuary of keum River, physico-chemical measurement and analyses were made on seawater samples collected from 18 stations in May, July, august, October in 1992, and February in 1993 respectively. The yellow water zones were recorded as grade 9 on the forel water color meter and appeared consistently at the stations 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 13, 14, 15 and 17 through out the year. The organically polluted matter gradually increased in the study area. The nutrient concentrations of inner waters of water zones were higher than that of the surrounding waters and were over red tide criteria levels. But abnormal aggregation of phytoplanktons could not occur because of lack of light and high current velocity. In Conclusion, this yellowish colored water zone was caused not by abnormal aggregation of phytoplanktons but by inorganic matters such as sand or soil particles, $85\%$ of which consisted of suspended solids.