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낚시터로 활용중인 농업용 저수지의 퇴적물 내 영양염류 용출 분석
주진철,최선화,허남주,유자함,전준영,허준욱 대한환경공학회 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.11
For two agricultural reservoirs that are rented for fishing spots, benthic nutrient fluxes experiment were performed two times with two sediments from fishing-effective zone and one sediment from fishing-ineffective zone using laboratory core incubation in oxic and anoxic conditions. During benthic nutrient fluxes experiment, the changes in DO, EC, pH, and ORP in the supernatant were not significantly different between fishing-effective zone and fishing-ineffective zone, and were similar to the sediment-hypolimnetic diffused boundary layer in agricultural reservoir. Except for NO3 --N, more benthic nutrient fluxes of NH4 +-N, T-P, and PO4 3--P from sediment to hypolimnetic was measured in anoxic than in oxic conditions (p<0.05). As the DO concentration in hypolimnetic decreases, the microorganism-mediated ammonification is promoted, the nitrification is suppressed, and finally the NH4 +-N diffuses out from sediment to hypolimnetic. Also, the diffusion of T-P and PO4 3--P from sediments to hypolimnetic is accelerated through the dissociation of the phosphorus bound to both organic matters and metal hydroxides. The difference in the benthic nutrient diffusive fluxes between fishing-effective zone and fishing-ineffective zone was not statistically significant (p>0.05). Therefore, it was found that fishing activities did not increase the benthic nutrient diffusive fluxes to a statistically significant level. Due to the short fishing activities of 10 years and the rate-limited diffusion of the laboratory core incubation, the contribution of fishing activities on sediment pollution is estimated to be low. No significant correlation was found between the total amount of nutrients in sediment and the benthic nutrient diffusive fluxes in both aerobic and anaerobic conditions. Therefore, nutrients input from various nonpoint sources of watersheds are considered to be a more dominant factor rather than fishing activities in water quality deterioration, and both aeration and water circulation in hypolimnetic were required to suppress the anoxic environment in agricultural reservoirs. 낚시터로 장기 임대중인 농업용 저수지 2곳을 대상으로 낚시터 영향권(effective zone) 2지점의 퇴적물과 비영향권(ineffective zone) 1지점의 퇴적물을 호기(oxic)와 무산소(anoxic) 조건을 조성한 실험실 코어배양법(laboratory core incubation)을 이용해 영양염류 용출시험을 2회씩 실시하였다. 용출 실험동안 상등수 내 DO, EC, pH, ORP의 변화는 낚시터 영향구간과 비영향구간 사이에 유의할만한 차이는 관측되지 않았으며(p>0.05), 농업용 저수지의 퇴적물-심층수 확산경계면과 유사한 환경으로조성되었다. 질산성 질소(NO3 --N)를 제외하고 암모니아성 질소(NH4 +-N), 총인(T-P), 인산염 인(PO4 3--P)이 호기 보다는 무산조조건에서 통계학적으로 유의한 수준(p<0.05)으로 퇴적물에서 상등수로 더 많은 용출량이 측정되었다. 이는 상등수 내 DO 농도 감소에 따라 미생물 매개의 암모늄화가 촉진되고 질산화 작용이 억제되어 암모니아성 질소가 퇴적물에서 상등수로 확산용출되고, 퇴적물 표층의 산화층이 환원되어 유기물에 결합된 인과 금속 산화물과 결합된 인의 해리 등을 통해 인산염인이퇴적물에서 상등수로 확산용출이 가속화되었기 때문이다. 낚시터 영향권과 비영향권 사이 영양염류 용출량(benthic nutrient diffusive flux)값의 차이는 통계학적으로 유의하지 않았다(p>0.05). 따라서 농업용 저수지 내 낚시활동이 퇴적물의 영양염류 용출량을 통계학적으로 유의한 수준으로 증대시키지 않는 것으로 조사되었다. 이러한 결과는 농업용 저수지 설립년도 대비 10 여년의 단기간 낚시활동으로 인해 퇴적물 오염 기여도가 비교적 낮고, 코어배양법의 속도제한된 확산(rate-limited diffusion)으로 발생한 것으로 판단된다. 호기와 무산소 조건 모두에서 퇴적물 내 영양염류 총량과 영양염류 용출량 사이에 유의적 상관관계가 도출되지 않았다. 따라서 농업용 저수지 수질오염의 가속화가 낚시활동으로 인한 직접적 원인보다는 유역에서 유입되는 다양한 비점오염원 내 영양염류가 주요 요인으로 판단되며, 영양염류의 용출을 저감하기 위해 포기 및 물순환 등을 통해 심층수의 빈산소화를 억제할 필요가 있다.
복잡한 혼합 유기오염물의 거동 예측을 위한 실용적인 오염물 집략화 모델링 기법 개발
주진철,송호면,Joo, Jin-Chul,Song, Ho-Myeon 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.5
다양한 물리화학적 특성을 지닌 12개의 유기오염물이 저표면적의 무기물 지반 수착제로 수착 시 12개의 유기오염물을 적은 수의 pseudocompound로 집략화하는 접근법(lumped approach)의 타당성과 정확성을 평가하였다. 집략화 접근법은 복잡한 혼합 유기오염물의 수착 거동을 근거로 통계적인 처리방법인 집략분석(cluster analysis)을 통해 개발되었다. 집략화 접근법을 이용해 수용액상에서 복잡한 혼합 유기오염물이 친수성 무기물로 수착 시 감소된 수의 집략화된 오염물(pseudocompound)과 집략화된 오염물의 수착 매개변수($K_f$, n)를 이용하여 복잡한 혼합 유기오염물의 수착을 설명할 수 있었다. 또한, 실험을 수행하지 않고(a priori) 복잡한 혼합 유기오염물 내 각 유기오염물의 특성(${\gamma_w}^{sat}$)을 근거로 pseudocompound를 예측할 수 있었다. 따라서 집략화 접근법은 복잡한 혼합 유기오염물의 수착거동을 단순화하여 반응관련 매개변수 산출에 필요한 시간과 비용을 감소시켜주고 통계적으로 정확성이 동일한 범위 내의 실용적인 수착 결과를 제공해 줄 수 있다. 향후 더 많은 반응 인자소결합크기, 수착제 내 반응 지점 수 및 반응성 그룹 등)를 고려한 다중회귀분석(multiple regression analysis)을 통해 집략화 접근법(lumped approach)의 정확도를 높일 필요가 있다고 판단된다. Both feasibility and accuracy of lumped approach to group 12 organic compounds in mixtures into a fewer number of pseudocompounds in sorption processes were evaluated using mixtures containing organic compounds with various physicochemical properties and low-surface-area mineral sorbents. The lumped approach for sorption to simulated mineral sorbents was developed by cluster analysis from statistics. Using the lumped approach, the sorption estimated from both reduced number of pseudocompounds and their sorption parameters (i.e., $K_f$, n) can approximate sorption behavior of complex organic mixtures. Additionally, the pseudocompounds for various mixtures to different types of low-surface-area mineral sorbents can be estimated a priori from the physicochemical properties of organic compound (i.e., ${\gamma_w}^{sat}$). Therefore, the lumped approach may help to simplify the complex fate and transport model of organic contaminant mixtures, reduce experimental efforts, and yet provide results that are statistically identical for practical purposes. Further research is warranted to enhance the accuracy of lumped approach using the multiple regression analysis considering the H-bonding capacity, site concentrations, functional groups for mineral sorbents.
주진철,이새로미,박재로,황태문,이수지 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0
A noble method to immobilize titanium dioxide (TiO2) powder to expanded polypropylene (EPP) balls with controlled-temperature melting method was developed. Based on the comparison of degradation efficiency between uncoated and TiO2-embedded EPP balls under UV illumination, the degradation of methylene blue was significantly improved using TiO2-embedded EPP balls, and surface reactions in heterogeneous photocatalysis were found to be more dominant than photoinduced radical reactions in aqueous solutions. Also, the algal growth in river was suppressed after the buoyant TiO2-embedded EPP balls were applied. Thus, TiO2-embedded EPP balls were found to be an effective photocatalyst to suppress the algal growth in river.